KR20210158050A - A control module of an apparatus for measuring proton dose distribution using prompt gamma and positron emission tomography images - Google Patents

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KR20210158050A
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Abstract

The present invention relates to a control module of a device for measuring proton dose distribution in a body and a method of calculating the proton dose distribution in the body using prompt gamma and positron emission tomography images, and more specifically, to a technology capable of improving the accuracy and efficiency of measurement of the proton dose distribution in the body by pre-processing the prompt gamma images which detected at the device for measuring the proton dose distribution in the body using the prompt gamma and positron emission tomography images.

Description

즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈{A CONTROL MODULE OF AN APPARATUS FOR MEASURING PROTON DOSE DISTRIBUTION USING PROMPT GAMMA AND POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY IMAGES}A CONTROL MODULE OF AN APPARATUS FOR MEASURING PROTON DOSE DISTRIBUTION USING PROMPT GAMMA AND POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY IMAGES

본 발명은 체내 양성자 선량분포(proton dose distribution) 측정장치의 제어모듈 및 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포정보 산출방법에 관한 것으로, 구체적으로는 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 모두 획득하여 체내 양성자 선량분포를 추정할 수 있는 장치에서 검출한 즉발감마선 측정 정보를 전처리함으로써 영상화질을 향상시키고 이를 통하여 체내 양성자 선량의 측정의 정확성 및 효율을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a control module of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body and a method for calculating proton dose distribution information in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image, specifically, an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image It relates to a technology capable of improving the image quality by preprocessing the instantaneous gamma-ray measurement information detected by a device that can estimate the proton dose distribution in the body by acquiring all

방사선 치료는 외과적 수술, 항암제를 이용하는 화학요법과 더불어 3대 암 치료방법 중의 하나이며, 방사선 치료의 궁극적인 목적은 종양 부위에는 최적의 방사선량을 조사함과 동시에 주위 정상조직을 최대한 보호하는 것이다. Radiation therapy is one of the three major cancer treatment methods along with surgery and chemotherapy using chemotherapy. .

이러한 방사선 치료를 크게 두 분야로 나누면 고 에너지 X-선 혹은 감마선이나 양성자 혹은 중이온 입자를 외부에서 조사하여 암을 치료하는 외부방사선치료와 방사성 동위원소를 체내에 주입하여 암을 치료하는 근접방사선치료가 있다.Radiation therapy is broadly divided into two areas: external radiation therapy, which treats cancer by irradiating high-energy X-rays or gamma rays, protons, or heavy ion particles from the outside, and brachytherapy, which treats cancer by injecting radioactive isotopes into the body. have.

특히 외부방사선치료 중 양성자치료는 수소 원자핵인 양성자를 가속하여 에너지를 높인 후 이를 환자의 종양 위치에 조사하는 방법을 의미하는데, 양성자 빔은 환자 체내 물질과 충돌하면서 운동에너지를 잃다가 일정 운동에너지가 되면 대부분의 에너지를 주위 물질에 전달하는 선량특성(Bragg Peak)을 보인다. In particular, during external radiation therapy, proton therapy refers to a method of accelerating protons, which are atomic hydrogen nuclei, to increase energy and then irradiating them to the patient's tumor location. It shows a dose characteristic (Bragg Peak) that transfers most of the energy to the surrounding material.

가속된 양성자의 초기 에너지에 따라 대부분의 에너지를 전달하는 특정 깊이가 결정되고, 환자 체내 종양이 위치한 깊이와 크기에 따라 에너지를 다양하게 조절함으로써 넓은 면적에 선량을 균일하게 전달할 수 있는 SOBP (Spread Out Bragg Peak)를 만들어 치료가 수행된다. The specific depth through which most of the energy is delivered is determined according to the initial energy of the accelerated proton, and the SOBP (Spread Out (SOBP) Treatment is performed by creating a Bragg Peak).

피부 부근에 최대의 선량을 전달하고 체내로 깊이 들어감에 따라 전달 선량이 점점 낮아지는 X선을 사용한 가장 보편적인 방사선 치료와는 달리 양성자치료는 정상조직에 전달되는 선량을 줄일 수 있어 정상조직합병증과 2차 암의 발생을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Unlike the most common radiation therapy using X-rays, which deliver the maximum dose near the skin and the delivered dose gradually decreases as it goes deep into the body, proton therapy can reduce the dose delivered to normal tissues, so It has the advantage of reducing the incidence of secondary cancer.

한편, 도 1에서 확인되는 바와 같이 X-선의 경우 1 cm의 깊이 오차에 대해서 3%의 선량차이만 발생하지만, 양성자 빔의 경우 동일한 깊이 오차에 대해서 최대 90%의 선량차이가 발생할 수 있음을 보여주고 있으며, 이를 고려해 볼 때 양성자 치료에 있어서 양성자 빔의 선량급락지점(또는 비정)의 정확한 예측이 매우 중요하다.On the other hand, as confirmed in FIG. 1, in the case of X-rays, only a 3% dose difference occurs for a depth error of 1 cm, but in the case of a proton beam, a dose difference of up to 90% can occur for the same depth error. Given this, it is very important to accurately predict the dose drop point (or irregularity) of the proton beam in proton therapy.

즉, 빔 전달 장치, 치료계획, 환자 셋업 등에서 발생하는 오차에 의해서 양성자 빔의 선량급락지점이 정확하게 예측되지 못한 경우에는 암 조직에 계획된 선량을 전달하지 못하거나, 주변 주요 장기에 과도한 선량을 전달할 수 있다.That is, if the point of sharp drop in the dose of the proton beam is not accurately predicted due to errors occurring in the beam delivery device, treatment plan, patient setup, etc., the planned dose may not be delivered to the cancer tissue, or excessive dose may be delivered to surrounding major organs. have.

따라서 환자 체내에서 실제 전달된 양성자 선량의 급락지점을 실시간으로 정확히 확인할 수 있는 장치 및 방법이 요구되고 있는 실정이다. Therefore, there is a need for an apparatus and method capable of accurately confirming in real time the drop point of the actually delivered proton dose in the patient's body.

한편, 하기 선행기술문헌에는 PET-MRI 융합시스템에 대한 기술이 개시되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 개시하고 있지 않다.On the other hand, the following prior art literature discloses a technology for a PET-MRI fusion system, but does not disclose the technical gist of the present invention.

대한민국 공개특허공보 10-2010-0060193호Korean Patent Publication No. 10-2010-0060193

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈 및 체내 양성자 선량분포 측정방법은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.The control module and method for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray image and positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention are for solving the above problems. do.

환자 체내의 양성자 선량급락지점을 정확히 결정함으로써 양성자 치료시 암 조직에 계획된 선량을 전달하지 못하거나, 주변 주요 장기에 과도한 선량을 전달할 수 있는 문제점을 방지할 수 있는 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈 및 체내 양성자 선량분포 측정방법을 제공하는 것이다. A control module of the proton dose distribution measuring device in the body that can prevent problems in which the planned dose cannot be delivered to cancer tissue during proton treatment or excessive dose can be delivered to surrounding major organs by accurately determining the point of sharp drop in the proton dose in the patient's body And to provide a method for measuring the proton dose distribution in the body.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.The problems to be solved of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈은 갠트리 내부에 배치되어 양성자 빔과 매질의 상호작용에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 생성된 양전자방출체 근처에서 발생하는 소멸방사선 중 적어도 하나를 검출하고 복수 개의 검출기를 포함하는 검출모듈과, 상기 검출기의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터를 포함하는 콜리메이터 모듈를 포함하는 체내 양성자 선량분포 측정장치를 제어하는 체내 양성자 선량분포 제어모듈에 관한 것으로, 상기 검출모듈로부터 상기 양전자방출체 근처에서 발생하는 즉발감마선 검출정보를 전달받는 제1 획득부; 상기 검출모듈로부터 상기 양전자방출체 근처에서 발생하는 소멸방사선의 검출정보를 전달받은 제2 획득부; 상기 제1 획득부가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키기 위한 전처리를 수행하는 전처리부; 상기 전처리부에서 전처리된 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 생성부; 상기 양전자방출체 근처에서 발생하는 소멸방사선의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 양전자방출단층영상 생성부; 및 상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 양성자 선량분포정보 생성부;를 포함한다.The control module of the apparatus for measuring proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is disposed inside the gantry, and the instantaneous gamma-ray generated by the interaction of the proton beam with the medium and the generated positron A proton dose distribution measuring device in the body, comprising: a detection module that detects at least one of extinction radiation generated near an emitter and includes a plurality of detectors; and a collimator module that includes a plurality of collimators that are detachably formed at the front end of the detector The present invention relates to a proton dose distribution control module in the body, comprising: a first acquisition unit receiving information on detection of immediate gamma rays generated near the positron emitter from the detection module; a second acquisition unit receiving detection information of extinction radiation generated near the positron emitter from the detection module; a pre-processing unit performing pre-processing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first obtaining unit; an immediate gamma-ray image generator for generating an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information preprocessed by the preprocessor; a positron emission tomography image generation unit for generating a positron emission tomography image based on detection information of extinction radiation generated near the positron emitter; and a proton dose distribution information generating unit that calculates proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image.

상기 전처리부는, 상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 에너지 범위 내의 검출정보만 추출하는 제1 전처리유닛을 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the pre-processing unit includes a first pre-processing unit that extracts only detection information within a preset energy range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.

상기 검출기는, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되는 신틸레이터; 상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부; 및 상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부;를 포함하는 것이 바람직하다.The detector may include: a scintillator configured by combining and arranging a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape; a photoelectric conversion unit coupled to one end of the scintillator to convert the flash signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output it; and a detection circuit unit that is electrically connected to the photoelectric conversion unit and converts the electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm and transmits it to the control module.

상기 전처리부는, 양성자 빔에 의하여 발생되는 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로 입사되는 경우 상기 섬광 결정셀에서 상기 방사선이 반응한 입사 깊이 정보를 파악하고, 가장 얕은 깊이에서 반응한 제1 섬광 결정셀의 위치를 초기 방사선의 입사 위치라고 판단한 후, 상기 다수개의 섬광 결정셀에 전달된 에너지의 합을 상기 제1 섬광 결정셀에서 검출한 에너지로 간주하는 제2 전처리유닛;을 포함하는 것이 바람직하다.The pre-processing unit, when the radiation generated by the proton beam is incident on the plurality of scintillation crystal cells, grasps incident depth information to which the radiation reacts in the scintillation crystal cells, and the first scintillation crystal cell reacted at the shallowest depth It is preferable to include a; after determining the position of the initial radiation incident position, a second pre-processing unit that considers the sum of the energy transferred to the plurality of scintillation crystal cells as the energy detected by the first scintillation crystal cell.

상기 검출기는, 상기 다수개의 섬광 결정셀의 일단에 배치되는 제1 광센서; 및 상기 다수개의 섬광 결정셀의 타단에 배치되는 제2 광센서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.The detector may include: a first photosensor disposed at one end of the plurality of scintillation crystal cells; and a second photosensor disposed at the other end of the plurality of flash crystal cells.

상기 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로의 에너지 전달에 기초하여 발생된 빛의 양을 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집하고, 상기 입사 깊이 정보는 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집한 상기 빛의 양의 비율에 기초하여 결정되는 것이 바람직하다.The amount of light generated by the radiation based on energy transfer to the plurality of scintillation crystal cells is collected by the first optical sensor and the second optical sensor, and the incident depth information is obtained from the first optical sensor and the second optical sensor. Preferably, it is determined based on the ratio of the amount of the light collected by the sensor.

상기 전처리부는, 상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 시간 범위 내에서의 검출정보만 추출하는 제3 전처리유닛을 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the pre-processing unit includes a third pre-processing unit that extracts only detection information within a preset time range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈 및 체내 양성자 선량분포 측정방법은 양성자 치료 분야에서 환자 체내의 방사선량 분포를 정밀하게 확인하기 위해 연구되었던 즉발감마선 분포 측정과 PET 스캔 방식을 동시에 적용할 수 있는 측정기술을 제안함으로써 선량급락지점 및 3차원적인 선량분포를 정확하게 확인할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.The control module and the method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention are to precisely check the radiation dose distribution in the body of the patient in the field of proton therapy. By proposing a measurement technology that can apply both the instantaneous gamma-ray distribution measurement and PET scan method, which have been studied for this purpose, it can be expected to accurately identify the dose drop point and three-dimensional dose distribution.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 물 깊이에 따른 X-선 빔과 치료용 양성자 빔의 선량분포 및 1 cm 깊이 오차에 대한 X-선 및 양성자 빔의 선량 변화를 표시한 그래프이다.
도 2는 양성자 선량분포와 동일 빔에 의해서 발생되는 양전자방출체의 분포를 PET을 통해 재구성한 영상이다.
도 3은 깊이에 따른 80, 150, 220 MeV 에너지의 양성자 빔에 의한 선량분포 및 각각의 양성자 빔에 의해 발생되는 즉발감마선의 분포를 표시한 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 구성 중 검출기의 상세 구성을 도시한 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 구성 중 콜리메이터의 사시도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치에서 콜리메이터의 탈부착 구조에 대한 여러 구현예를 도시한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 구성 중 제어모듈의 세부구성을 도시한 블록도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치 중 전처리부의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이다.
도 18은 도 17의 단계 중 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계의 세부 단계를 도시한 플로우차트이다.
1 is a graph showing the dose distribution of an X-ray beam and a proton beam for treatment according to the depth of water, and the change in dose of the X-ray and proton beam with respect to a 1 cm depth error.
FIG. 2 is an image reconstructed through PET of a proton dose distribution and a distribution of a positron emitter generated by the same beam.
3 is a graph showing the distribution of doses by proton beams of 80, 150, and 220 MeV energy and the distribution of instantaneous gamma rays generated by each proton beam according to depth.
4 and 5 are conceptual diagrams of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view illustrating a detailed configuration of a detector among configurations of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view of a collimator in the configuration of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
8 to 11 are conceptual diagrams illustrating various embodiments of a detachable structure of a collimator in an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
12 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a control module in the configuration of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
13 to 16 are diagrams for explaining the function of a preprocessor in an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention.
17 is a flowchart illustrating a method for measuring a proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention in time series.
FIG. 18 is a flowchart illustrating detailed steps of generating proton dose distribution information in the body of a subject among the steps of FIG. 17 .

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. A preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.

양전자방출단층촬영 기술은 1978년 처음으로 제안되었으며, 양전자방출체(positron emitter)로부터 발생된 양전자가 주변 매질의 음전자와 결합하면 180도 방향으로 소멸광자 2개가 방출되는 원리를 이용하여 수많은 소멸방사선의 궤적을 토대로 3차원적인 양전자방출체 분포를 영상화할 수 있다. Positron emission tomography technology was first proposed in 1978, and using the principle that two extinction photons are emitted in a 180 degree direction when positrons generated from a positron emitter combine with negative electrons in the surrounding medium, numerous extinction radiation Based on the trajectory of the three-dimensional positron emitter distribution can be imaged.

양성자 빔은 인체를 구성하는 주요 원자인 16O, 12C, 14N 등과 핵반응을 통해 15O, 11C, 13N 등의 양전자방출체를 발생시킨다. The proton beam generates positron emitters such as 15 O, 11 C, and 13 N through a nuclear reaction with 16 O, 12 C, and 14 N, which are the main atoms constituting the human body.

발생된 양전자방출체는 2 내지 20분의 짧은 반감기로 붕괴하기 때문에 치료 직후 측정을 수행해야 하며, 측정된 양전자방출체의 분포를 통해 양성자 선량의 3차원 분포를 유추할 수 있게 된다. Since the generated positron emitter decays with a short half-life of 2 to 20 minutes, measurement must be performed immediately after treatment, and the three-dimensional distribution of the proton dose can be inferred through the measured distribution of the positron emitter.

그러나 이러한 양전자방출단층촬영 기술은 도 2에 도시된 바와 같이 양전자방출체 분포와 양성자 선량 간의 직접적인 상관관계가 없기 때문에 3차원 적인 양성자 빔의 궤적은 확인할 수 있지만, 선량급락지점의 확인이 어렵다는 문제점이 있다.However, since this positron emission tomography technique does not have a direct correlation between the positron emitter distribution and the proton dose, as shown in FIG. have.

한편, 양성자와의 핵반응을 통해 들뜬 상태에 놓인 핵자는 짧은 시간 안에 MeV 단위의 고 에너지 감마선을 방출하는데 이를 즉발감마선이라 부르며, 이러한 즉발감마선은 양성자 빔의 에너지가 낮을 때(브래그 피크 근처) 발생확률이 높은 특성을 가지고 있어 선량급락지점을 정밀하게 확인하는 것이 가능한 장점이 있다.On the other hand, nucleons placed in an excited state through a nuclear reaction with protons emit high-energy gamma rays of the MeV unit within a short period of time, which is called immediate gamma rays. With this high characteristic, it has the advantage of being able to precisely identify the point of sharp drop in dose.

도 3은 양성자 빔의 에너지에 따라 체내 비정이 다르며 양성자 빔에 의해 체내에 전달된 선량분포(붉은 실선)와 즉발감마선의 발생분포(검은 실선)의 상관관계를 보여주는데, 아직 이 기술은 치료용 양성자 빔에 대한 비정 검증을 위해 고 에너지 즉발감마선을 고효율/고해상도로 측정할 수 있는 시스템이 부족하며 선량분포를 3차원적으로 획득하는 것이 어려운 문제점이 있다.3 shows the correlation between the distribution of doses delivered to the body by the proton beam (solid red line) and the generation distribution of instantaneous gamma rays (solid black line), which differs according to the energy of the proton beam. There is a lack of a system capable of measuring high-energy instantaneous gamma rays with high efficiency and high resolution for non-deterministic verification of the beam, and there is a problem in that it is difficult to obtain the dose distribution in three dimensions.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치는 상술한 두 기술의 장점을 융합할 수 있는 측정장치로, 구체적으로 실시간으로 양성자 빔의 체내 비정을 확인할 수 있는 즉발감마선영상 및 양성자 빔의 3차원적 범위를 확인할 수 있는 양전자방출단층영상을 융합하여 실시간으로 정밀하게 환자체 내의 양성자 선량분포를 측정할 수 있는 장치이다.The apparatus for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray imaging and positron emission tomography according to an embodiment of the present invention is a measuring device capable of fusion of the advantages of the two technologies described above. It is a device that can accurately measure the proton dose distribution in a patient in real time by fusing the instant gamma-ray image that can be confirmed and the positron emission tomography image that can confirm the three-dimensional range of the proton beam.

상술한 기능의 구현을 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 검출모듈(100), 콜리메이터 모듈(200) 및 제어모듈(300)을 포함하도록 구성된다. In order to implement the above-described function, the apparatus for measuring the proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is a detection module 100 and a collimator module as shown in FIGS. 4 and 5 . 200 and the control module 300 is configured to include.

검출모듈(100)은 갠트리 내부에 배치되어 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하는 기능을 수행하며, 이러한 검출모듈(100)은 복수 개의 검출기(110)를 포함하도록 구성되되 이러한 검출모듈(110)는 피검사체(10)를 중심으로 환형 형상으로 배치되는 것이 바람직하다. The detection module 100 is disposed inside the gantry and performs a function of detecting at least one of immediate gamma rays and positron emitters generated by the proton beam, and the detection module 100 includes a plurality of detectors 110 . It is preferably configured such that the detection module 110 is arranged in an annular shape around the object 10 to be inspected.

한편, 각각의 검출기(110)는 도 6에 도시된 바와 같이 신틸레이터(111), 광전변환부(112) 및 검출회로부(113)를 포함하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, each detector 110 may be configured to include a scintillator 111 , a photoelectric conversion unit 112 , and a detection circuit unit 113 as shown in FIG. 6 .

신틸레이터(111)는 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되며, 광전변환부(112)는 신틸레이터(111)의 일단에 결합되어 신틸레이터(111)로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 구성이다.The scintillator 111 is configured by combining a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape, and the photoelectric conversion unit 112 is coupled to one end of the scintillator 111 to provide a flash signal transmitted from the scintillator 111 . It is a configuration that converts and outputs an electrical signal.

검출회로부(113)는 광전변환부(112)에 전기적으로 연결되어 광전변환부(112)로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 제어모듈(300)로 전달하는 기능을 수행하는 구성이다. The detection circuit unit 113 is electrically connected to the photoelectric conversion unit 112 and converts the electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit 112 into data through a preset detection algorithm and transmits it to the control module 300 . is a configuration that

콜리메이터 모듈(200)은 검출기(110)의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터(210)를 포함하는 구성으로, 이러한 콜리메이터(210)는 도 7에 도시된 바와 같이 복수 개의 콜리메이터 홀(211)이 미리 설정된 간격으로 이격 배열된 평행다공형 콜리메이터인 것이 바람직하다. The collimator module 200 is configured to include a plurality of collimators 210 that are formed to be detachably attached to the front end of the detector 110 , and the collimator 210 has a plurality of collimator holes 211 as shown in FIG. 7 . It is preferable that the parallel porous type collimators are spaced apart and arranged at a predetermined interval.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 즉발감마선은 양성자 빔이 조사되는 동안에 검출되어야 하는데, 이때 배경방사선이 많이 발생하기 때문에 이로 인한 측정의 정확성이 담보되지 않을 수 있기 때문에, 양성자 빔이 조사되는 동안에는 콜리메이터(210)가 검출기(110) 전단에 부착된 상태에서 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하여야 한다.On the other hand, as shown in FIG. 4 , the instantaneous gamma ray should be detected while the proton beam is irradiated. At this time, since a lot of background radiation is generated, the accuracy of the measurement may not be guaranteed. In a state where the 210 is attached to the front end of the detector 110, the instantaneous gamma rays generated by the proton beam must be detected.

이후 양성자 빔의 조사가 완료된 이후에는 도 5에 도시된 바와 같이 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단으로부터 탈락된 상태에서 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체 근처에서 생성된 소멸방사선을 검출한다.After the irradiation of the proton beam is completed, as shown in FIG. 5, the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110, and extinction radiation generated near the positron emitter generated by the proton beam is detected. .

즉, 즉발감마선의 검출시점과 양전자방출체의 검출시점에 따라 콜리메이터 모듈(200)이 겐트리 내부에서 이동 가능하도록 구성되어야 하는데, 이러한 콜리메이터 모듈(200)의 이동을 위한 2가지 구현예를 고려해 볼 수 있다.That is, the collimator module 200 should be configured to be movable inside the gantry according to the detection time of the instantaneous gamma ray and the detection time of the positron emitter. Consider two implementations for the movement of the collimator module 200. can

첫번째 구현예의 경우 도 8 및 도 9에 도시된 구현예로, 콜리메이터 모듈(200)은 콜리메이터(210)의 측면에 결합되는 이송부(220)를 포함하고, 이러한 이송부(220)는 갠트리 내주면에 겐트리의 길이방향을 따라 형성된 이송레일(20) 상에서 이동 가능하도록 형성되도록 구성될 수 있다.In the case of the first embodiment, in the embodiment shown in FIGS. 8 and 9 , the collimator module 200 includes a transfer unit 220 coupled to a side surface of the collimator 210 , and the transfer unit 220 is a gantry on the inner circumferential surface of the gantry. It may be configured to be movable on the transfer rail 20 formed along the longitudinal direction of the.

즉, 양전자 빔을 조사할 경우에는 도 8과 같이 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단에 배치됨으로써 검출기(110)가 즉발감마선을 검출하되, 양전자 빔의 조사가 완료된 상태에서는 도 9에 도시된 바와 같이 이송부(220)의 구동에 의하여 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단으로부터 탈락되게 되며, 이때 검출기(110)는 피검사체(10)에서 나오는 양전자방출체 근처에서 생성된 소멸방사선을 검출하게 된다. That is, when irradiating the positron beam, the collimator 210 is disposed at the front end of the detector 110 as shown in FIG. 8 , so that the detector 110 detects the instantaneous gamma ray. As shown, the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110 by the driving of the transfer unit 220, and the detector 110 emits extinction radiation generated near the positron emitter from the subject 10. will detect

두 번째 구현예의 경우 도 10 및 도 11에 도시된 구현예로, 검출모듈(100)은 환형 형상으로 배치된 복수 개의 검출기(110)를 포함하도록 구성되되, 콜리메이터 모듈(200)은 복수 개의 검출기(110)에 대응하는 복수 개의 콜리메이터(210)와 복수 개의 콜리메이터(210)를 지지하는 지지링(230)을 포함하도록 구성될 수 있다.In the case of the second embodiment, in the embodiment shown in FIGS. 10 and 11 , the detection module 100 is configured to include a plurality of detectors 110 arranged in an annular shape, and the collimator module 200 includes a plurality of detectors ( It may be configured to include a plurality of collimators 210 corresponding to 110 and a support ring 230 supporting the plurality of collimators 210 .

이러한 지지링(230)은 갠터리 내부에서 회전 가능하도록 배치되며, 양전자 빔을 조사할 경우에는 도 10과 같이 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단에 배치됨으로써 검출기(110)가 즉발감마선을 검출하되, 양전자 빔의 조사가 완료된 상태에서는 도 11에 도시된 바와 같이 지지링(230)이 회전함으로써 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단으로부터 탈락되게 되며, 이때 검출기(110)는 피검사체(10)에서 나오는 양전자방출체 근처에서 생성된 소멸방사선을 검출하게 된다. The support ring 230 is rotatably disposed inside the gantry, and when the positron beam is irradiated, the collimator 210 is disposed at the front end of the detector 110 as shown in FIG. However, in a state in which irradiation of the positron beam is completed, as shown in FIG. 11 , the support ring 230 rotates so that the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110 , in which case the detector 110 is the subject. The extinction radiation generated near the positron emitter from (10) is detected.

제어모듈(300)은 검출모듈(100)에 의하여 검출된 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체(10)의 체내 양성자 선량분포를 측정하는 구성으로, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 획득부(310), 제2 획득부(320), 즉발감마선영상 생성부(330), 양전자방출단층영상 생성부(340) 및 양성자 선량분포정보 생성부(350)를 포함하도록 구성된다. The control module 300 is configured to measure the proton dose distribution in the body of the subject 10 based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module 100, and as shown in FIG. 12 , the first acquisition It is configured to include a unit 310 , a second acquisition unit 320 , an immediate gamma ray image generation unit 330 , a positron emission tomography image generation unit 340 , and a proton dose distribution information generation unit 350 .

제1 획득부(310)는 검출모듈(100)로부터 즉발감마선 검출정보를 전달받는 기능을 수행하고, 제2 획득부(320)는 검출모듈(100)로부터 양전자방출체 분포에 관한 검출정보를 전달받는 기능을 수행한다.The first acquisition unit 310 performs a function of receiving immediate gamma-ray detection information from the detection module 100 , and the second acquisition unit 320 delivers detection information about the positron emitter distribution from the detection module 100 . perform the receiving function.

즉발감마선영상 생성부(330)는 제1 획득부(310)가 획득한 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 기능을 수행하고, 양전자방출단층영상 생성부(340)는 제2 획득부(320)가 획득한 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 기능을 수행하낟.The instantaneous gamma-ray image generator 330 performs a function of generating an immediate gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first acquirer 310, and the positron emission tomography image generator 340 acquires the second The unit 320 performs a function of generating a positron emission tomography image based on the obtained detection information of the positron emitter.

양성자 선량분포정보 생성부(350)는 즉발감마선영상 생성부(330) 및 양전자방출단층영상 생성부(340)가 각각 생성한 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 기능을 수행한다.The proton dose distribution information generating unit 350 calculates proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image generated by the instantaneous gamma ray image generation unit 330 and the positron emission tomography image generation unit 340, respectively. perform the function

한편 고에너지 양성자 빔은 피검사체(10) 매질과 상호작용할 때 즉발감마선 또는 양전자방출체 뿐만 아니라 중성자, 알파, 베타, 선량분포와 무관한 감마선 등 많은 배경방사선이 발생된다. On the other hand, when the high-energy proton beam interacts with the medium of the subject 10, not only immediate gamma rays or positron emitters, but also a lot of background radiation such as neutrons, alpha, beta, and gamma rays independent of the dose distribution are generated.

양전자방출체의 분포를 측정하는 PET 영상은 양성자 빔 조사 후에 측정되기 때문에 상대적으로 배경방사선이 적은 반면에 즉발감마선 측정은 양성자 빔 조사 중에 수행되므로 노이즈인 배경방사선의 전처리가 필요하다.Since PET images measuring the distribution of positron emitters are measured after proton beam irradiation, there is relatively little background radiation, whereas immediate gamma-ray measurement is performed during proton beam irradiation, so pretreatment of background radiation, which is noise, is required.

따라서 제어모듈(300)은 제1 획득부(310)가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키위한 전처리를 수행하는 전처리부(360)를 더 포함할 수 있으며, 이때 즉발감마성영상 생성부(330)는 전처리된 즉발감마선 정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 것이 바람직하다.Accordingly, the control module 300 may further include a preprocessing unit 360 that performs preprocessing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma ray detection information acquired by the first acquiring unit 310 . It is preferable that the sex image generator 330 generates an immediate gamma-ray image based on the pre-processed immediate gamma-ray information.

특히 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치에서는 배경방사선의 저감을 위하여 Energy window(이하 'EW'라 함) 기술, Depth of interaction(이하 'DOI'라 함) 및 Time of flight(이하 'TOF'라 함) 기술 등을 이용하여 즉발감마선을 전처리하는데, 이하 이에 대하여 도 13 내지 도 16을 참조하여 설명하도록 한다.In particular, in the apparatus for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma ray imaging and positron emission tomography according to an embodiment of the present invention, energy window (hereinafter referred to as 'EW') technology, Depth of interaction (hereinafter referred to as 'EW') to reduce background radiation DOI') and time of flight (hereinafter referred to as 'TOF') technology, etc. are used to pre-process the instantaneous gamma rays, which will be described below with reference to FIGS. 13 to 16 .

먼저 EW 기술과 관련하여, 도 13은 150 MeV 양성자 빔이 물팬텀을 지나가면서 발생되는 즉발감마선(자주색 실선)과 그 외의 배경방사선(주황색 실선)이 다공형 콜리메이터를 지나 9.6 * 9.6 * 3 cm3 섬광체에서 흡수된 에너지스펙트럼을 보여주고 있다.First, in relation to the EW technology, FIG. 13 shows that the instantaneous gamma ray (purple solid line) and other background radiation (orange solid line) generated while the 150 MeV proton beam passes through the water phantom pass through the porous collimator to 9.6 * 9.6 * 3 cm 3 The energy spectrum absorbed by the scintillator is shown.

검은 점선은 물팬텀 표면에서 기록된 즉발감마선의 운동에너지스펙트럼을 보여주며 아주 낮은 에너지를 제외하고는 약 4.4 MeV, 5.2 MeV에서 가장 발생 빈도가 높은 경향이 확인된다.. The black dotted line shows the kinetic energy spectrum of the instantaneous gamma ray recorded on the surface of the water phantom, and except for very low energies, the trend with the highest occurrence frequency is confirmed at about 4.4 MeV and 5.2 MeV.

9.6 * 9.6 * 3 cm3 섬광체에 흡수된 에너지스펙트럼은 산란영향으로 인해 상대적으로 저에너지 영역이 높으나 3 MeV 이상의 에너지 영역에서는 기준 에너지스펙트럼과 동일한 에너지에서 높은 빈도수를 보여주고 있다..The energy spectrum absorbed by the 9.6 * 9.6 * 3 cm 3 scintillator has a relatively high low energy region due to the scattering effect, but in the energy region above 3 MeV, it shows a high frequency at the same energy as the reference energy spectrum.

그러나 150 MeV 양성자 빔이 만들어내는 배경방사선의 양은 즉발감마선에 비해 280배 이상 높으며 배경방사선에 의해 섬광체에 흡수된 에너지는 저에너지에서부터 지수함수 형태로 빈도수가 점차 감소하는 형태를 보여주고 있다. However, the amount of background radiation produced by the 150 MeV proton beam is 280 times higher than that of instantaneous gamma rays, and the energy absorbed by the scintillator by the background radiation gradually decreases from low energy to an exponential function.

시스템 상에서 어느 특정 에너지 범위를 지정하지 않고 전체 에너지 영역으로 즉발감마선을 측정한다면 배경방사선의 영향이 매우 커져 정확한 선량분포를 획득하기가 어렵기 때문에 도 13의 붉은 영역과 같이 배경방사선의 비율은 작으면서 즉발감마선의 비율은 높은 특정 에너지 영역을 정한 후, 해당 영역 안에 들어오는 방사선 수만을 세는 방법으로 즉발감마선의 분포를 측정하게 되면 전체 에너지 영역에 비해 선량분포의 예측 정확도가 상당히 높아지게 된다.If instantaneous gamma rays are measured in the entire energy region without designating any specific energy range on the system, the effect of background radiation is very large and it is difficult to obtain an accurate dose distribution. If a specific energy region with a high ratio of instantaneous gamma rays is determined and then the distribution of instantaneous gamma rays is measured by counting only the number of radiations entering the region, the prediction accuracy of the dose distribution is significantly higher than that of the entire energy region.

따라서 상술한 EW 기술을 구현하기 위하여 전처리부(360)는 상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 에너지 범위 내의 검출정보만 추출하는 제1 전처리유닛을 포함하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to implement the above-described EW technology, the pre-processing unit 360 preferably includes a first pre-processing unit that extracts only detection information within a preset energy range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.

두 번째, DOI 기술의 경우 도 14에 도시된 바와 같이 한 개의 방사선이 섬광체 집합체(100)에 입사하였을 때 각각의 단위 섬광체에서 방사선이 반응한 깊이 정보를 알아내고, 그 중 가장 얕은 깊이에서 반응한 단위 섬광체의 위치가 초기 방사선의 입사 위치라고 판단한 후, 각각의 단위 섬광체에 전달된 에너지의 합을 해당 단위 섬광체에 부여하는 기술이다.Second, in the case of DOI technology, as shown in FIG. 14 , when one radiation is incident on the scintillator assembly 100, the depth information to which the radiation reacts in each unit scintillator is found, and the reaction at the shallowest depth is found. It is a technique of giving the sum of energy transferred to each unit scintillator to the unit scintillator after determining that the position of the unit scintillator is the initial radiation incident position.

이 때, 각각의 단위 섬광체에서 반응한 깊이 정보는 섬광체 양 끝단에 센서를 부착하여 방사선이 섬광체에 에너지를 전달함에 따라 발생된 빛의 양이 양 끝단에 수집되는 비율을 이용하여 확인할 수 있다.At this time, the depth information reacted by each unit scintillator can be confirmed by attaching sensors to both ends of the scintillator, and using the ratio of the amount of light generated as the radiation transmits energy to the scintillator is collected at both ends.

한편, 도 15는 DOI 기술을 적용했을 때와 하지 않았을 때의 섬광체 내 흡수 에너지스펙트럼을 나타내고 있는데, 도 15의 검은색 실선과 같이 즉발감마선이 섬광체 내부에서 전달한 에너지 스펙트럼은 즉발감마선의 초기 에너지 스펙트럼에 비해 저에너지 영역의 비율이 증가한 것을 확인할 수 있다.On the other hand, FIG. 15 shows the absorption energy spectrum in the scintillator when the DOI technology is applied and when the DOI technique is not applied. It can be seen that the ratio of the low-energy region is increased compared to the comparison.

이러한 현상은 첫 번째로는 콜리메이터와의 반응으로부터 발생된 산란선의 영향과, 두 번째로는 섬광체와의 반응확률에 따른 에너지 전달 특성의 영향에 의한 것으로 파악될 수 있다. This phenomenon can be understood as firstly the effect of scattered rays generated from the reaction with the collimator, and secondly, the effect of the energy transfer characteristics according to the reaction probability with the scintillator.

이 중 DOI 기술은 섬광체와의 반응확률에 따른 에너지 전달 특성의 영향을 최소화함으로써 효율을 높이고 정확한 즉발감마선을 측정할 수 있는 기술이다.Among them, DOI technology is a technology that can increase efficiency and accurately measure instantaneous gamma rays by minimizing the effect of energy transfer characteristics according to the reaction probability with the scintillator.

예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이 7개의 단위 섬광체를 가지고 있는 검출기(100)를 측면에서 바라보았을 때, 4번째 단위 섬광체에 4.4 MeV의 감마선이 입사하고 2, 3, 4번째 단위 섬광체에 각각 1 MeV, 2.4 MeV, 1 MeV 에너지가 흡수되었다고 가정하면, DOI 기술을 적용하지 않고 3-7 MeV EW만 적용했을 때에는 세 개의 단위 섬광체 중 두 번째 단위 섬광체에 3.2 MeV의 감마선이 입사했다고 인식하고 DOI 기술을 적용했을 때는 4번째 단위 섬광체에 4.4 MeV 감마선이 입사했다고 인식한다. For example, when the detector 100 having 7 unit scintillators is viewed from the side as shown in FIG. 14 , gamma rays of 4.4 MeV are incident on the 4th unit scintillator, and the 2nd, 3rd, and 4th unit scintillators are Assuming that 1 MeV, 2.4 MeV, and 1 MeV energies are absorbed, respectively, when only 3-7 MeV EW is applied without DOI technology, it is recognized that 3.2 MeV gamma rays were incident on the second unit scintillator among the three unit scintillators. When DOI technology is applied, it is recognized that 4.4 MeV gamma rays are incident on the 4th unit scintillator.

DOI 기술을 적용하지 않았을 때는 각각의 단위 섬광체에 흡수된 에너지 스펙트럼이, DOI 기술을 적용했을 때는 전체 섬광체 집합체에 흡수된 에너지 스펙트럼이 EW의 기준이 된다.When DOI technology is not applied, the energy spectrum absorbed by each unit scintillator is the standard of EW, and when DOI technology is applied, the energy spectrum absorbed by the entire scintillator assembly is the standard.

도 15의 그래프는 5개 위치에서의 단위 섬광체에 흡수되는 에너지 스펙트럼과 전체 섬광체 집합체에 흡수되는 에너지 스펙트럼을 보여주고 있는데, DOI 기술을 적용하지 않았을 때는 각 섬광체에 2 MeV 이하의 에너지가 흡수되는 빈도수가 상당히 높은 경향이 확인되었고, 2 MeV 이상의 에너지 영역에서는 양성자 선량분포에 따라 즉발감마선의 발생 강도가 높은 78번째 단위 섬광체에서 그 외의 단위 섬광체에 비해 흡수 에너지의 빈도수가 상대적으로 높은 경향이 확인되었다.The graph of FIG. 15 shows the energy spectrum absorbed by the unit scintillator at five positions and the energy spectrum absorbed by the entire scintillator assembly. When the DOI technology is not applied, the frequency at which energy of 2 MeV or less is absorbed by each scintillator was confirmed to be quite high, and in the energy region of 2 MeV or higher, the frequency of absorbed energy was found to be relatively high in the 78th unit scintillator, which has a high intensity of instantaneous gamma ray generation, compared to other unit scintillators, according to the proton dose distribution.

앞서 설명된 바와 같이 EW 기술을 사용하여 3 내지 5 MeV 에너지 영역에 대해서만 즉발감마선의 분포를 측정하면 흡수 에너지 빈도수 차이를 통해 양성자 선량분포를 유추해낼 수 있다.As described above, when the distribution of instantaneous gamma rays is measured only in the energy region of 3 to 5 MeV using the EW technique, the proton dose distribution can be inferred from the difference in the frequency of absorbed energy.

DOI 기술을 적용하면 각각의 단위 섬광체가 아닌 전체 섬광체 집합체를 기준으로 흡수 에너지를 분석하기 때문에 저에너지 영역에서의 흡수 에너지 빈도수가 DOI 기술을 적용하지 않았을 때에 비해 상대적으로 낮은 경향성이 확인되었고 이에 따라 고에너지 영역에서의 흡수에너지 빈도수는 높아지게 되며, 이는 즉발감마선 측정 시스템의 민감도를 향상시키는 목적에서 큰 이점을 얻을 수 있다.When the DOI technology is applied, since the absorbed energy is analyzed based on the entire scintillator assembly, not each unit scintillator, the frequency of absorbed energy in the low energy region tends to be relatively lower than when the DOI technology is not applied. The frequency of absorbed energy in the region is increased, which can be a great advantage for the purpose of improving the sensitivity of the instantaneous gamma-ray measurement system.

이하에서는 세번째, TOF 기술을 도 16을 참조하여 설명하도록 하며, 도 16은 150 MeV 양성자 빔이 30 * 20 * 20 cm3 물 팬텀의 중심을 통과하면서 발생된 방사선의 물 팬텀 표면에서의 시간적 발생분포를 보여주는 그래프이다.Hereinafter, the third, TOF technology will be described with reference to FIG. 16, which shows the temporal distribution of the generation of radiation on the surface of the water phantom of the 150 MeV proton beam passing through the center of the 30 * 20 * 20 cm3 water phantom. This is a graph showing

몬테칼로 전산모사 상에서 양성자 빔은 물 팬텀 표면으로부터 100 cm 떨어진 위치에서 조사되었으며, 시간 분포의 분석 결과, 양성자 빔이 물 팬텀까지 100 cm 거리를 이동하고, 양성자와 물 팬텀 간 상호작용으로 인해 발생한 즉발감마선(붉은 실선)이 10 cm 거리를 이동하면서 일정 시간이 소요된 후 약 6 ns에서부터 검출기 표면에서 감지되는 것을 확인하였으며, 물 팬텀 내에서 즉발감마선은 약 1.5 ns 동안 발생 강도가 가장 높은 것으로 확인되었다.In the Monte Carlo simulation, the proton beam was irradiated at a position 100 cm away from the surface of the water phantom, and as a result of time distribution analysis, the proton beam moved 100 cm to the water phantom, It was confirmed that gamma rays (solid red line) traveled a distance of 10 cm and were detected on the surface of the detector from about 6 ns after a certain period of time. .

특히 도 16의 그래프에서의 녹색 실선은 양성자, 즉발감마선, 중성자 등의 방사선이 매질 내에서 발생시킨 즉발감마선 외의 감마선(예, 지발감마선, 산란감마선)의 시간적 분포를 보여주며 파랑 실선은 중성자의 시간적 분포를 보여주는데, 즉발감마선을 제외한 감마선과 중성자 등의 방사선은 수 μs까지 발생되는 것으로 확인된다.In particular, the green solid line in the graph of FIG. 16 shows the temporal distribution of gamma rays (eg, delayed gamma rays, scattered gamma rays) other than the immediate gamma rays generated in the medium by radiation such as protons, immediate gamma rays, and neutrons, and the blue solid line shows the temporal distribution of neutrons It shows the distribution, and it is confirmed that radiation such as gamma rays and neutrons, except for immediate gamma rays, is generated up to several μs.

TOF 기술을 이용하여 즉발감마선 강도가 가장 높은 6 ns에서부터 1.5 ns 동안에만 신호를 처리하고 나머지 시간 영역에서는 신호처리를 수행하지 않음으로써 배경방사선을 효과적으로 제거할 수 있다.By using TOF technology, the signal is processed only for 1.5 ns from 6 ns, the highest intensity of the instant gamma ray, and no signal processing is performed in the rest of the time domain, thereby effectively removing background radiation.

그러나 사이클로트론에서 가속된 양성자 빔의 강도는 radio-frequency (RF) 주기를 가지고 펄스 형태로 변하는데, 도 16의 시간적 발생분포는 이러한 RF 주기를 고려하지 않고 양성자 빔이 일정하게 발생한다는 전제 하에 계산된 결과이므로, 실제 즉발감마선 검출 시스템에서는 RF 주기에 맞춰 검출기의 신호처리 시작 주기를 설정해야하며 시작시간으로부터 약 1.5 ns 동안에만 신호처리가 수행되도록 회로가 구성되는 것이 바람직하다. However, the intensity of the proton beam accelerated in the cyclotron changes in the form of a pulse with a radio-frequency (RF) period. As a result, in an actual instantaneous gamma-ray detection system, the signal processing start period of the detector should be set according to the RF period, and it is preferable that the circuit be configured such that the signal processing is performed only for about 1.5 ns from the start time.

이하에서는 도 17 및 도 18 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for measuring a proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17 and 18 .

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법은 앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치를 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법으로, 체내 양성자 선량분포 측정장치에 대한 내용은 앞에서 설명하였으므로 그 자세한 내용의 설명은 생략하도록 한다.The method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention is to measure the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to the embodiment of the present invention described above. As a method for measuring the proton dose distribution in the body using the device, the details of the proton dose distribution measuring device in the body have been described above, so the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정방법은 도 17에 도시된 바와 같이 먼저 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단에 부착되도록 제어모듈(300)이 콜리메이터 모듈(100)을 이동시키는 단계가 먼저 수행된다.In the method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 17, first, a control module ( 300) The step of moving the collimator module 100 is performed first.

이후 양성자 빔을 갠트리 내부에 배치된 피검사체에 조사하는 단계(S200) 및 검출모듈(100)이 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하는 단계(S300)가 순차적으로 수행된다.Thereafter, the step of irradiating the proton beam to the subject disposed inside the gantry (S200) and the step of detecting the instantaneous gamma rays generated by the proton beam by the detection module 100 (S300) are sequentially performed.

이후 양성자 빔의 조사를 중단하고 콜리메이터(210)가 검출기(110)의 전단과 탈락되도록 제어모듈(300)이 콜리메이터 모듈(200)을 이동시키는 단계(S400)와 검출모듈(200)이 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하는 단계(S500)가 순차적으로 진행된다.After that, the control module 300 moves the collimator module 200 so that the irradiation of the proton beam is stopped and the collimator 210 is removed from the front end of the detector 110 (S400) and the detection module 200 is applied to the proton beam. The step (S500) of detecting the positron emitter generated by the method is sequentially performed.

마지막으로 제어모듈(300)이 검출모듈(100)이 검출한 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체(10)의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계(S600)가 수행되는데, 이러한 피검사체의 체내 양성자 선량분포정보를 생성하는 단계(S600)는 도 18에 도시된 바와 같이 구체적인 단계로 세분화할 수 있다.Finally, the control module 300 generates proton dose distribution information in the body of the subject 10 based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module 100 (S600) is performed. The step of generating proton dose distribution information in the body (S600) can be subdivided into specific steps as shown in FIG. 18 .

먼저 제1 획득부(310)가 즉발감마선 검출정보를 획득하는 단계(S610), 전처리부(360)가 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계(S620) 및 즉발감마영상 생성부(330)가 제1 획득부(310)가 획득한 즉발감마선 검출정보에 기초항 즉발감마선영상을 생성하는 단계(S3630)가 진행된다.First, the first acquisition unit 310 acquires the instantaneous gamma-ray detection information (S610), the preprocessor 360 pre-processes the instantaneous gamma-ray detection information (S620), and the instantaneous gamma image generator 330 performs the first A step ( S3630 ) of generating a base term immediate gamma-ray image based on the acquired immediate gamma-ray detection information by the acquisition unit 310 is performed.

특히 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계(S620)의 경우, 전술한 EW 기술, DOI 기술 및 TOF 기술 등이 적용될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다. In particular, in the case of the step of pre-processing the instantaneous gamma-ray detection information ( S620 ), the above-described EW technology, DOI technology, TOF technology, etc. may be applied, and a detailed description thereof will be omitted.

이후 제2 획득부(320)가 양전자방출체의 검출정보를 획득하는 단계(S640)와, 양전자방출단층영상 생성부(340)가 제2 획득부(320)가 획득한 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 단계(S650)가 수행된다.Thereafter, the second acquisition unit 320 acquires the detection information of the positron emitter (S640), and the positron emission tomography image generator 340 acquires the positron emitter detection information obtained by the second acquirer 320 A step (S650) of generating a positron emission tomography image based on the

마지막으로 선량분포정보 생성부(350)가 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 단계(S660)가 수행된다.Finally, the dose distribution information generating unit 350 calculating the proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image (S660) is performed.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치 및 측정방법은 정밀한 선량급락지점 확인을 가능하게 하는 즉발감마선의 분포와 동시에 3차원적인 양성자 빔의 선량분포 나타내주는 양전자방출단층영상을 동시에 획득할 수 있는 융합기술이며, 양성자 치료기술을 선도하기 위한 핵심적 기반기술의 선점이 가능하다.The apparatus and method for measuring the proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma-ray image and the positron emission tomography image according to an embodiment of the present invention described above is a three-dimensional proton beam at the same time as the distribution of instantaneous gamma-rays that enable precise identification of the point of sharp drop in dose. It is a fusion technology that can simultaneously acquire positron emission tomography images showing the dose distribution of

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The embodiments described in this specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Therefore, since the embodiments disclosed in the present specification are for explanation rather than limitation of the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Modifications and specific embodiments that can be easily inferred by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention are included in the scope of the present invention. will have to be interpreted.

100: 검출모듈
200: 콜리메이터 모듈
300: 제어모듈
100: detection module
200: collimator module
300: control module

Claims (18)

갠트리 내부에 배치되어 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하고 복수 개의 검출기를 포함하는 검출모듈과, 상기 검출기의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터를 포함하는 콜리메이터 모듈를 포함하는 체내 양성자 선량분포 측정장치를 제어하는 체내 양성자 선량분포 제어모듈에 있어서,
상기 검출모듈로부터 상기 즉발감마선 검출정보를 전달받는 제1 획득부;
상기 검출모듈로부터 상기 양전자방출체 분포와 관련된 검출정보를 전달받은 제2 획득부;
상기 제1 획득부가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키기 위한 전처리를 수행하는 전처리부;
상기 전처리부에서 전처리된 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 즉발감마선영상 생성부;
상기 양전자방출체 분포와 관련된 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 양전자방출단층영상 생성부; 및
상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 양성자 선량분포정보 생성부;
를 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈.
A collimator comprising a detection module disposed inside the gantry to detect at least one of instantaneous gamma rays and positron emitters generated by the proton beam and including a plurality of detectors, and a plurality of collimators detachably formed at the front end of the detector In the body proton dose distribution control module for controlling the body proton dose distribution measuring device including the module,
a first acquisition unit receiving the instantaneous gamma-ray detection information from the detection module;
a second acquisition unit receiving detection information related to the distribution of the positron emitter from the detection module;
a pre-processing unit performing pre-processing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first obtaining unit;
an immediate gamma-ray image generator for generating an instantaneous gamma-ray image based on the instantaneous gamma-ray detection information preprocessed by the preprocessor;
a positron emission tomography image generator for generating a positron emission tomography image based on the detection information related to the distribution of the positron emitter; and
a proton dose distribution information generating unit that calculates proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image;
A control module for a device for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image, comprising:
청구항 1에 있어서, 상기 전처리부는,
상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 에너지 범위 내의 검출정보만 추출하는 제1 전처리유닛을 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈.
The method according to claim 1, The pre-processing unit,
A control module of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an immediate gamma-ray image and a positron emission tomography image, including a first pre-processing unit that extracts only detection information within a preset energy range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.
청구항 1에 있어서, 상기 검출기는,
다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되는 신틸레이터;
상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부; 및
상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부;
를 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈.
The method according to claim 1, wherein the detector,
a scintillator comprising a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape combined and arranged;
a photoelectric conversion unit coupled to one end of the scintillator to convert the flash signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output it; and
a detection circuit unit electrically connected to the photoelectric conversion unit to convert an electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm and transmit it to the control module;
A control module for a device for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image, comprising:
청구항 3에 있어서, 상기 전처리부는,
양성자 빔에 의하여 발생되는 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로 입사되는 경우 상기 섬광 결정셀에서 상기 방사선이 반응한 입사 깊이 정보를 파악하고, 가장 얕은 깊이에서 반응한 제1 섬광 결정셀의 위치를 초기 방사선의 입사 위치라고 판단한 후, 상기 다수개의 섬광 결정셀에 전달된 에너지의 합을 상기 제1 섬광 결정셀에서 검출한 에너지로 간주하는 제2 전처리유닛;
을 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈.
The method according to claim 3, The pre-processing unit,
When the radiation generated by the proton beam is incident on the plurality of scintillation crystal cells, information on the incident depth to which the radiation reacts in the scintillation crystal cells is grasped, and the position of the first scintillation crystal cell reacted at the shallowest depth is initially determined. a second pre-processing unit that considers the sum of energy transferred to the plurality of scintillation crystal cells as energy detected by the first scintillation crystal cell after determining that it is the incident position of the radiation;
A control module of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image, comprising:
청구항 4에 있어서, 상기 검출기는,
상기 다수개의 섬광 결정셀의 일단에 배치되는 제1 광센서; 및
상기 다수개의 섬광 결정셀의 타단에 배치되는 제2 광센서;
를 더 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈.
The method according to claim 4, wherein the detector,
a first photosensor disposed at one end of the plurality of flash crystal cells; and
a second photosensor disposed at the other end of the plurality of flash crystal cells;
A control module of the apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image further comprising a.
청구항 5에 있어서,
상기 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로의 에너지 전달에 기초하여 발생된 빛의 양을 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집하고,
상기 입사 깊이 정보는 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집한 상기 빛의 양의 비율에 기초하여 결정되는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈.
6. The method of claim 5,
Collecting the amount of light generated based on the energy transfer to the plurality of scintillation crystal cells by the radiation in the first photosensor and the second photosensor,
The incident depth information is a control module of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an immediate gamma-ray image and a positron emission tomography image, which is determined based on a ratio of the amount of light collected by the first and second optical sensors
청구항 1에 있어서, 상기 전처리부는,
상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 시간 범위 내에서의 검출정보만 추출하는 제3 전처리유닛을 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈.
The method according to claim 1, The pre-processing unit,
A control module of an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an immediate gamma-ray image and a positron emission tomography image, including a third pre-processing unit that extracts only detection information within a preset time range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.
갠트리 내부에 배치되어, 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선 및 양전자방출체 중 적어도 하나를 검출하고, 복수 개의 검출기를 포함하는 검출모듈;
상기 검출기의 전단에 탈부착 가능하도록 형성되는 복수 개의 콜리메이터를 포함하는 콜리메이터 모듈; 및
상기 검출모듈에 의하여 검출된 즉발감마선 및 양전자방출체에 기초하여 피검사체의 체내 양성자 선량분포를 측정하는 제어모듈;
을 포함하고,
상기 검출모듈은 상기 양성자 빔이 조사되는 동안에는 상기 콜리메이터가 상기 검출기 전단에 부착된 상태에서 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 즉발감마선을 검출하고, 상기 양성자 빔의 조사가 완료된 이후에는 상기 콜리메이터가 상기 검출기의 전단으로부터 탈락된 상태에서 상기 양성자 빔에 의하여 발생되는 양전자방출체를 검출하되,
상기 제어모듈은 상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 배경방사선에 의한 노이즈를 저감시키기 위한 전처리를 수행하는 전처리부를 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
a detection module disposed inside the gantry to detect at least one of immediate gamma rays and positron emitters generated by the proton beam, the detection module including a plurality of detectors;
a collimator module including a plurality of collimators formed to be detachably attached to the front end of the detector; and
a control module for measuring a proton dose distribution in the body of the subject based on the instantaneous gamma rays and positron emitters detected by the detection module;
including,
The detection module detects instantaneous gamma rays generated by the proton beam while the proton beam is irradiated while the collimator is attached to the front end of the detector. Detecting the positron emitter generated by the proton beam in a state separated from the front end,
The control module includes a preprocessing unit that performs preprocessing for reducing noise caused by background radiation among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.
청구항 8에 있어서, 상기 전처리부는,
상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 에너지 범위 내의 검출정보만 추출하는 제1 전처리유닛을 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 8, wherein the pre-processing unit,
An apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an immediate gamma-ray image and a positron emission tomography image, comprising a first pre-processing unit that extracts only detection information within a preset energy range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.
청구항 8에 있어서, 상기 검출기는,
다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되는 신틸레이터;
상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부; 및
상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부;
를 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 8, wherein the detector,
a scintillator comprising a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape combined and arranged;
a photoelectric conversion unit coupled to one end of the scintillator to convert the flash signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output it; and
a detection circuit unit electrically connected to the photoelectric conversion unit to convert an electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm and transmit it to the control module;
An apparatus for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma-ray images and positron emission tomography images, comprising:
청구항 10에 있어서, 상기 전처리부는,
양성자 빔에 의하여 발생되는 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로 입사되는 경우 상기 섬광 결정셀에서 상기 방사선이 반응한 입사 깊이 정보를 파악하고, 가장 얕은 깊이에서 반응한 제1 섬광 결정셀의 위치를 초기 방사선의 입사 위치라고 판단한 후, 상기 다수개의 섬광 결정셀에 전달된 에너지의 합을 상기 제1 섬광 결정셀에서 검출한 에너지로 간주하는 제2 전처리유닛;
을 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 10, The pre-processing unit,
When the radiation generated by the proton beam is incident on the plurality of scintillation crystal cells, information on the incident depth to which the radiation reacts in the scintillation crystal cells is grasped, and the position of the first scintillation crystal cell reacted at the shallowest depth is initially determined. a second pre-processing unit that considers the sum of energy transferred to the plurality of scintillation crystal cells as energy detected by the first scintillation crystal cell after determining that it is the incident position of the radiation;
An apparatus for measuring proton dose distribution in the body using instantaneous gamma-ray images and positron emission tomography images, including:
청구항 11에 있어서,
상기 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로의 에너지 전달에 기초하여 발생된 빛의 양을 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집하고,
상기 입사 깊이 정보는 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집한 상기 빛의 양의 비율에 기초하여 결정되는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
12. The method of claim 11,
Collecting the amount of light generated based on the energy transfer to the plurality of scintillation crystal cells by the radiation in the first photosensor and the second photosensor,
The incident depth information is an apparatus for measuring proton dose distribution in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image, which is determined based on a ratio of the amount of light collected by the first and second optical sensors.
청구항 8에 있어서, 상기 전처리부는,
상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 시간 범위 내에서의 검출정보만 추출하는 제3 전처리유닛을 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치.
The method according to claim 8, wherein the pre-processing unit,
and a third pre-processing unit for extracting only detection information within a preset time range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.
청구항 1에 따른 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포 측정장치의 제어모듈을 이용한 체내 양성자 선량분포정보 산출방법에 있어서,
상기 제1 획득부가 상기 즉발감마선 검출정보를 획득하는 단계;
상기 전처리부가 상기 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계;
상기 즉발감마영상 생성부가 전처리된 상기 즉발감마선 검출정보에 기초하여 즉발감마선영상을 생성하는 단계;
상기 제2 획득부가 상기 양전자방출체의 검출정보를 획득하는 단계;
상기 양전자방출단층영상 생성부가 양전자방출체의 검출정보에 기초하여 양전자방출단층영상을 생성하는 단계; 및
상기 양성자 선량분포정보 생성부가 상기 즉발감마선영상 및 양전자방출단층영상에 기초하여 양성자 선량분포정보를 산출하는 단계;
를 포함하는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포정보 산출방법.
In the method for calculating proton dose distribution information in the body using the control module of the apparatus for measuring proton dose distribution in the body using the instantaneous gamma ray image and positron emission tomography image according to claim 1,
obtaining, by the first obtaining unit, the instantaneous gamma-ray detection information;
pre-processing, by the pre-processing unit, the instantaneous gamma-ray detection information;
generating, by the instantaneous gamma image generator, an instantaneous gamma-ray image based on the preprocessed instantaneous gamma-ray detection information;
acquiring, by the second acquiring unit, detection information of the positron emitter;
generating, by the positron emission tomography image generator, a positron emission tomography image based on the detection information of the positron emitter; and
calculating, by the proton dose distribution information generating unit, proton dose distribution information based on the instantaneous gamma ray image and the positron emission tomography image;
A method of calculating proton dose distribution information in the body using instantaneous gamma-ray images and positron emission tomography images, including:
청구항 14에 있어서, 상기 전처리부가 상기 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계;는,
상기 전처리부가 상기 제1 획득부가 획득한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 에너지 범위 내의 검출정보만 추출하는 단계인 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포정보 산출방법.
The method according to claim 14, wherein the pre-processing step of pre-processing the instantaneous gamma-ray detection information;
A method for calculating in-body proton dose distribution information using an immediate gamma-ray image and a positron emission tomography image, wherein the pre-processing unit extracts only detection information within a preset energy range from among the instantaneous gamma-ray detection information acquired by the first acquisition unit.
청구항 14에 있어서,
상기 검출기는, 다각형 기둥 형상을 갖는 다수개의 섬광 결정셀이 결합 배열되어 구성되는 신틸레이터와, 상기 신틸레이터의 일단에 결합되어 상기 신틸레이터로부터 전달된 섬광신호를 전기적 신호로 변환하여 출력시키는 광전변환부와, 상기 광전변환부에 전기적으로 연결되어 광전변환부로부터 전달되는 전기적 신호를 미리 설정된 검출 알고리즘을 통해 데이터로 변환하여 상기 제어모듈로 전달하는 검출회로부와, 상기 다수개의 섬광 결정셀의 일단에 배치되는 제1 광센서와, 상기 다수개의 섬광 결정셀의 타단에 배치되는 제2 광센서를 포함하고,
상기 전처리부가 상기 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계;는,
양성자 빔에 의하여 발생되는 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로 입사되는 경우 상기 섬광 결정셀에서 상기 방사선이 반응한 입사 깊이 정보를 파악하고, 가장 얕은 깊이에서 반응한 제1 섬광 결정셀의 위치를 초기 방사선의 입사 위치라고 판단한 후, 상기 다수개의 섬광 결정셀에 전달된 에너지의 합을 상기 제1 섬광 결정셀에서 검출한 에너지로 간주하는 단계인 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포정보 산출방법.
15. The method of claim 14,
The detector includes a scintillator comprising a plurality of scintillation crystal cells having a polygonal columnar shape coupled and arranged, and photoelectric conversion that is coupled to one end of the scintillator to convert the scintillation signal transmitted from the scintillator into an electrical signal and output it and a detection circuit unit that is electrically connected to the photoelectric conversion unit and converts an electrical signal transmitted from the photoelectric conversion unit into data through a preset detection algorithm and transmits it to the control module; a first photosensor disposed at the second photosensor disposed at the other end of the plurality of scintillation crystal cells;
The pre-processing unit pre-processing the instantaneous gamma-ray detection information;
When the radiation generated by the proton beam is incident on the plurality of scintillation crystal cells, information on the incident depth to which the radiation reacts in the scintillation crystal cells is grasped, and the position of the first scintillation crystal cell reacted at the shallowest depth is initially determined. Proton dose distribution in the body using instantaneous gamma-ray image and positron emission tomography image, which is a step in which the sum of the energy delivered to the plurality of scintillation crystal cells is regarded as the energy detected by the first scintillation crystal cell after determining the radiation incident position Information Calculation Method.
청구항 16에 있어서,
상기 방사선이 상기 다수개의 섬광 결정셀로의 에너지 전달에 기초하여 발생된 빛의 양을 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집하고,
상기 입사 깊이 정보는 상기 제1 광센서 및 제2 광센서에서 수집한 상기 빛의 양의 비율에 기초하여 결정되는 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포정보 산출방법.
17. The method of claim 16,
Collecting the amount of light generated based on the energy transfer to the plurality of scintillation crystal cells by the radiation in the first photosensor and the second photosensor,
The incident depth information is a method of calculating proton dose distribution information in the body using an instantaneous gamma ray image and a positron emission tomography image, which is determined based on a ratio of the amount of light collected by the first and second optical sensors.
청구항 14에 있어서, 상기 전처리부가 상기 즉발감마선 검출정보를 전처리하는 단계;는,
상기 검출모듈이 검출한 즉발감마선 검출정보 중 미리 설정된 시간 범위 내에서의 검출정보만 추출하는 단계인 즉발 감마선영상 및 양전자방출단층영상을 이용한 체내 양성자 선량분포정보 산출방법.
The method according to claim 14, wherein the pre-processing step of pre-processing the instantaneous gamma-ray detection information;
A method of calculating proton dose distribution information in the body using an instantaneous gamma-ray image and a positron emission tomography image, which is a step of extracting only detection information within a preset time range from among the instantaneous gamma-ray detection information detected by the detection module.
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