KR20220038089A - 입자를 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

입자를 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법 Download PDF

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Abstract

입자(118)를 포함하는 빔(116)을 사용한 환자(114)의 신체 부위(112)의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스(110) 및 방법이 개시된다. 본 명세서에서, 디바이스(110)는, - 입자(118)를 포함하는 빔(116)을 전달하고 빔(116)의 전파의 방향(124)을 환자(114)의 신체 부위(112) 상으로 조정하도록 지정되는 빔 전달 유닛(120); 및 - 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)에서 환자(114)의 신체 부위(112)와의 입자(118)의 상호 작용에 의해 생성되는 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정하는 것에 의해 빔(116)에 의해 환자(114)의 신체 부위(112)로 제공되는 입자(118)의 범위 및 선량 전달을 검증하도록 지정되는 검증 유닛(130)을 포함하되, 검증 유닛(130)은, 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)에 대해 대칭이고 빔(116)의 전파의 방향(124)과 관련하여 직각으로 위치되는 대칭축(149)을 포함한다. 디바이스(110) 및 방법은, 특히 빔(116)에 의해 환자(114)의 신체 부위(112)로, 특히 환자(114)의 종양 조직을 향하여 제공되는 입자(118)의 범위 및 선량 전달을 검증하기 위한 입자 치료의 분야에서 사용될 수도 있다.

Description

입자를 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법
본 발명은 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위(body part)의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디바이스 및 방법은, 바람직하게는, 이온 빔 치료의 분야에서, 특히 환자의 신체 부위로, 특히 환자의 종양 조직을 향해 빔에 의해 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달(dose delivery)을 검증하기 위해 사용될 수도 있다. 그러나, 다른 종류의 애플리케이션도 또한 가능하다.
하드론 빔을 사용한 입자 치료법은 효능 및 효과의 관점에서 높은 임상적 잠재력을 가지고 있는데, 여기서 하드론(hadron)은, 특히 양성자(proton)로부터 또는 헬륨, 탄소 또는 산소의 이온, 또는 중성자로부터 선택되는 이온이다. 본 명세서에서, 탄소 이온 빔은, 그들이 감소된 횡방향 확산(lateral spread) 및 증가된 생물학적 효과를 나타내기 때문에 특히 유망하다. 본 명세서에서, 50 MeV를 초과하는 에너지까지의 입자에 대한 주요 가속기로서 싱크로트론이 통상적으로 사용되는데, 본 명세서에서, 임상 사용의 경우, 최대 에너지는 일반적으로, 230과 250 MeV/u 사이이지만 그러나 최대 515 MeV/u까지의 값을 또한 취할 수도 있다. 가속된 입자 빔은, 후속하여, 일련의 진공관을 활용하는 것뿐만 아니라 자석을 형성하고 집속하는 것에 의해 적어도 하나의 환자 치료실을 향해 이송된다. 치료실에서, 빔은 수평 또는 수직 방위에 대해 또는 특정한 각도에 대해 고정된 방향을 갖는 고정된 빔일 수도 있거나 또는 회전 갠트리(gantry)를 적용하는 것에 의해 임의의 바람직한 방향으로 전달될 수 있다. 본 명세서에서, 갠트리는 치료에 의해 명시되는 각도에서 빔을 전달하기 위한 360도°에 걸쳐 완전히 회전하도록 적응되는 유닛을 지칭한다. 게다가, 빔은, 빔이 종양의 부피 측정법(stereometry)에 부합하는, 바람직하게는 종양의 단면 형상 및 원위 표면(distal surface)의 형상 둘 모두에 부합하는 양식으로 빔을 성형하도록 설계되는 전달 노즐에 의해 제공될 수도 있는데, 그 목적을 위해, 범위 변조기(range modulator), 디그레이더(degrader), 시준기(collimator), 및 보상기(compensator)가 사용될 수도 있다. 능동 자기 스캐닝(active magnetic scanning)도 또한 가능할 수도 있다. 일반적으로, 환자는 치료를 받도록 적절하게 위치 결정될(positioned) 수도 있다. 이 목적을 위해, 6 개의 이동 또는 회전 방향과 관련하여 환자를 정확하게 위치 결정하도록 지정되는 로봇 기구가 사용될 수도 있다. 바람직하게는, 치료 제어 시스템은, 치료를 제어하고 모니터링하기 위한 인터페이스로서 추가로 사용될 수도 있다.
일반적으로, 환자의 건강한 기관(organ)이 방사선, 특히 빔에 의해 제공되는 입자를 받는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 소위 '브래그 피크(Bragg Peak)'를 활용하여 환자에 대한 부작용을 현저히 감소시키는 것이 공지되어 있다. 일반적으로서 사용되는 바와 같이, 용어 "브래그 피크"는, 재료를 통과하는, 구체적으로는 환자의 조직을 통과하는 빔의 이동 거리와 관련한 입사 빔의 에너지 손실의 그래픽 표현을 나타내는 소위 "브래그 곡선(Bragg curve)" 내에서의 현저한 피크를 지칭한다. 하드론 빔은, 하드론이 재료 내에서, 특히 환자의 조직 내에서 정지에 이르기 직전에 브래그 피크가 발생한다는 유리한 효과를 나타낸다. 따라서, 건강한 기관이 방사선을 받는 것을 방지하는 위에서 나타낸 문제를 해결하기 위해서는, 조직 내에서의 브래그 피크의 위치에 대한 향상된 범위 제어가 바람직하다. 본 명세서에서는, 범위 불확실성을, 따라서, 안전 마진(safety margin)을 가능한 한에서 감소시킬 수 있고 일종의 범위 검증을 적용하는 것이 특별히 의도된다.
환자의 조직에서 이온 하드론 빔의 범위 검증을 위해 사용되는 기술 중에서, 즉발 감마 이미징(prompt-gamma imaging)이 이온 빔의 실시간 추적을 위한 가장 유망한 피처를 갖는 것으로 임상 환경에서 입증되었다. 훨씬 더 긴 시간 스케일의 광자(photon)의 방출에 의존하는 양전자 방출 단층 촬영과 같은 다른 범위 검증 기술과는 반대로, 즉발 감마 이미징은, 조직과의 하드론 빔의 핵 상호 작용으로부터 유래하는 감마 방사선의 거의 즉각적인 방출에 기인하여, 방출된 감마 방사선의 신속한 검출을 허용한다. 그러나, 즉발 감마 방사선(prompt-gamma radiation)은 등방성이 아니라 오히려 후방 피크의 및 전방 피크의 감마 방사선과 관련하여 더 높은 수율을 수반한다는 것이 설명되었다. 게다가, 목적하는 범위 검증은 빔 방향에서 브래그 피크 이후 발생하는 단편(fragment)의 존재에 기인하여 더 복잡한 것으로 판명되었다.
문헌[J. Krimmer, D. Dauvergne,
Figure pct00001
, and
Figure pct00002
, Prompt-gamma monitoring in hadrontherapy: A review, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 878, 2018, pp. 58-73]은, 하드론 치료법에서의 품질 보증을 향상시키기 위해 즉발 감마 방사선의 검출을 사용하는 모든 기술에 대한 리뷰를 제시하고 최신 기술을 논의한다. 본 명세서에서, 핵 반응에 의해 야기되는 2차 방사선 방출은 재료에서의 이온의 경로에 상관된다. 따라서, 그러한 투과 방사선은, 1차 빔이 환자 내부에 흡수되는 하드론 치료법 치료의 생체내 제어를 위해 사용될 수 있다. 2차 방사선 방출 중, 이온 범위의 실시간 검증을 위해 즉발 감마 방사선이 제안되었다. 그러한 검증은 치료 계획의 불확실성을 감소시키기 위한 목적하는 조건이다. 이 리뷰는, 임상 조건에서 사용될 즉발 감마 방사선 기반의 디바이스를 촉진하기 위해 10년 더 넘게 전 세계적으로 취해진 노력을 포괄한다. 광범위하고 높은 에너지 분포, 큰 배경, 높은 순시 계수율(count rate), 환자 조사(patient irradiation)와의 호환성 제약의 도전 과제를 극복하기 위해서는 전용 카메라가 필요하다. 물리적으로 시준되는 또는 전자적으로 시준되는 여러 가지 타입의 즉발 감마 이미징 디바이스가 제안되었다. 또한, 비행 시간 또는 광자 에너지 측정 중 어느 하나를 사용하는 특정한 카운팅에 기초하는, 직접적인 즉발 감마 이미징과는 다른 방법이 제안되었다.
문헌[Fernando
Figure pct00003
, Moritz Rabe, Thomas A Ruggieri, Thomas Bortfeld and Joost M Verburg, A full-scale clinical prototype for proton range verification using prompt gamma-ray spectroscopy, Phys. Med. Biol. 63, 2018, 185019]은, 즉발 감마선(prompt gamma-ray) 분광학 방법을 사용하여 양성자 펜슬 빔(proton pencil-beam)의 생체내 검증을 위한 풀 스케일 임상 프로토타입 시스템(full-scale clinical prototype system)을 제시한다. 검출 시스템은, 회전 프레임 상에 장착되는 텅스텐 시준기 및 여덟 개의 LaBr3 신틸레이터로 구성된다. 임상 선량 레이트에서의 양성자 조사 동안 에너지 및 시간 분해 감마선 스펙트럼을 측정하기 위해 맞춤형 전자기기 및 캘리브레이션 알고리즘이 개발되었다. 실험적으로 결정된 핵 반응 단면 및 GPU 가속 몬테 카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 사용하여, 각각의 개개의 펜슬 빔에 대해 예상되는 감마 방사선 방출의 세부 모델이 생성된다. 양성자 펜슬 빔의 절대 범위는, 빔의 절대 범위 및 조사된 재료의 원소 농도를 자유 파라미터로서 남겨 두면서, 측정치와 이 모델 사이의 불일치를 최소화하는 것에 의해 결정된다. 시스템은 스캐닝 펜슬 빔을 사용하여 상이한 모형(phantom)을 조사하는 것에 의해 임상과 같은 상황에서 특성 묘사되었다. 모형에 입사하는 2 nA의 빔 전류를 사용하여 0.9㏉의 선량이 5×10×10㎤ 타깃에 전달되었다. 검증 방법의 견고성을 테스트하고 검출된 범위의 정확도를 계산하기 위해, 상이한 범위 시프터 및 재료가 사용되었다. 펜슬 빔 스팟을 10㎜ 반경 및 10㎜ 깊이의 원통형 영역 내에 집성한 경우, 95% 신뢰 레벨 및 0.5㎜의 평균 계통 편차(mean systematic deviation)에서 1.1㎜의 평균 통계적 정밀도를 갖는 절대 양성자 범위가 원위 에너지 계층의 각각의 스팟에 대해 결정되었다. 의도적으로 도입되는 작은 범위 에러가 성공적으로 검출되었으며, 심지어, 원소 조성에서의 큰 차이도 범위 검증 정확도에 영향을 끼치지 않는다. 결과적으로, 이 시스템은 임상 연구에서 환자 치료 동안 범위 검증에 대해 적합하다. 그러나, 이 시스템은, 사이클로트론의 무선 주파수와의 입사 양성자의 잘 상관된 도달 시간이 관찰될 수 있는 사이클로트론에서 가속되는 양성자 빔을 위해 설계되었다.
문헌[Yunhe Xie, El Hassane Bentefour, Guillaume Janssens, Julien Smeets, Francois Vander Stappen, Lucian Hotoiu, Lingshu Yin, Derek Dolney, Stephen Avery, Fionnbarr O'Grady, Damien Prieels, James McDonough, Timothy D. Solberg, Robert A. Lustig, Alexander Lin, and Boon-Keng K. Teo, Prompt Gamma Imaging for In Vivo Range Verification of Pencil Beam Scanning Proton Therapy, Radiation Oncology, Vol. 99 (2017), p. 210-218]은, 특히, 사이클로트론에서의 사용을 위해 설계되는 펜슬 빔 스캐닝 모드에서 생체내 양성자 범위 검증을 위한 프롬프트 감마 이미징의 임상적 결과 및 값 평가를 보고한다. 뇌암 환자에 대한 양성자 치료의 전달 동안 양성자 트랙을 따라 방출되는 바와 같은 즉발 감마 신호를 기록하기 위해, 칼날 슬릿 시준기 설계(knife-edge slit collimator design)를 활용하는 독립형의 트롤리 장착형 프로토타입 즉발 감마 카메라(stand-alone, trolley-mounted, prototype prompt-gamma camera)가 사용되었다. 개개의 펜슬 빔 스팟의 기록된 즉발 감마 깊이 검출 프로파일은 치료 계획으로부터 시뮬레이팅된 예상된 프로파일과 비교되었다.
문헌[Chul Hee Min, Han Rim Lee, Chan Hyeong Kim, and Se Byeong Lee, Development of array-type prompt gamma measurement system for in vivo range verification in proton therapy, Med. Phys. 39(4), 2012]은, 배경 감마에 대해 즉발 감마를 효과적으로 측정하기 위해, 측정 시스템의 구성을 최적화함에 있어서 MCNPX 코드를 사용하여 몬테 카를로 시뮬레이션을 활용하였고, 또한, 측정된 감마 분포에서, 배경 감마, 주로 중성자 포획 감마의 효과를 이해하기 위해 몬테 카를로 방법을 사용하였다. 배경 감마의 영향을 감소시키기 위해, 즉발 감마를 측정함에 있어서 4 내지 10 MeV의 최적화된 에너지 윈도우가 활용되었다. 최적화 연구에서 계산 속도를 최대화하기 위해 파라미터화된 소스가 사용되었다. 단일의 Csl(TI) 신틸레이션 검출기, 다중 슬릿 시준 시스템, 및 하나의 측정 위치로부터 다음 번 측정 위치로 하나의 검출기만을 이동시키도록 지정되는 모션 시스템을 통합하는 단순화된 테스트 측정 시스템이 구성되어 80 내지 220 MeV의 치료 양성자 빔에 적용되었다. 원위 선량 가장자리의 정확한 결정을 위해, 즉발 감마의 측정된 분포에 S자 모양의 곡선 적합법이 적용되었고, 그 다음, 곡선 적합에서의 최대 값과 최소 값 사이의 반값 위치가 원위 선량 가장자리로서 결정되었고 그리고 양성자 선량 분포에 의해 평가되는 빔 범위와 비교되었다.
문헌[Christian Richter, Guntram Pausch, Steffen Barczyk, Marlen Priegnitz, Isabell Keitz, Julia Thiele, Julien Smeets, Francois Vander Stappen, Luca Bombelli, Carlo Fiorini, Lucian Hotoiu, Irene Perali, Damien Prieels, Wolfgang Enghardt, and Michael Baumann, First clinical application of a prompt gamma based in vivo proton range verification system, Radiotherapy and Oncology 118, p. 232-237, 2016]은, 일곱 개의 연속적인 부분에 대한 머리 및 목 종양의 양성자 치료 동안 즉발 감마선 깊이 분포를 측정하기 위해 칼날 형상의 슬릿 카메라의 프로토타입을 사용하는 것을 설명한다. 즉발 감마 프로파일의 부분간(Inter-fractional) 변동이 평가되었다. 세 개의 부분에 대해, 실내 대조군 CT가 획득되었고 선량 관련 변화에 대해 평가되었다.
문헌[K. Rusiecka,
Figure pct00004
, P. Bednarczyk,
Figure pct00005
, A. Bubak, S. Feyen, L. Kelleter, A. Konefal, K. Laihem, J. Leidner, A. Magiera, G. Obrzud, A. Stahl,
Figure pct00006
, Determination of Gamma Angular Distribution from the Shape of Spectral Line for the First Excited State of Carbon Nucleus, World Journal of Nuclear Science and Technology, 2016, Vol. 6, pp. 63-70] 및 문헌[K. Rusiecka,
Figure pct00007
, A. Magiera, G. Gazdowicz, G. Obrzud, L. Kelleter, K. Laihem, J. Leidner, A. Stahl, A. Chrobak, A. Konefal, Shape of the spectral line and gamma angular distribution of the 12C(p, p'Y4.44) 12C reaction, Acta Physica Polonica B, Vol. 49 (9), 1637, 2018]은, 70.54 MeV 및 88.97 MeV의 초기 빔 에너지를 갖는 양성자 빔의 즉발 감마 분광법에서 사용되는 핵 반응에 고유한 스펙트럼 라인의 형상을 설명하는 모델을 제시한다. 이 감마 방출의 각도 분포는 약 50도 및 130도의 두 개의 로컬 최대치를 갖는다. 더구나, 문헌[J. Kiener, Shape and angular distribution of the 4.439-MeV y-ray line from proton inelastic scattering off 12C, Physical Review C 99, 014605, 2019]은, 인간 조직에서 정지되는 68 MeV 양성자 빔으로부터의 시뮬레이션을 사용하여 이들 결과를 확인한다.
EP 2 977 083 A1은, 하전된 하드론 빔으로 타깃을 조사할 때 생성되는 즉발 감마를 검출 및/또는 정량화하는 것에 의해 하전된 하드론 치료법 검증을 위한 장치 및 방법을 개시한다. 장치는 빔 라인에 대해 직각으로 배열되도록 구성되고 타깃을 향하는 슬릿 형상의 부분을 구비하는 시준기, 상기 즉발 감마를 검출하기에 적절한 검출 수단 및 계산 및 표현 수단을 포함한다. 본 발명의 장치 및 방법에서, 슬릿은 상기 타깃의 일정 범위의 깊이로부터 방출되는 즉발 감마의 통과를 허용하도록 구성되는데, 상기 깊이는 하전된 하드론 빔의 방향에서 측정된다. 더구나, 상기 검출 수단은 상기 범위 내의 각각의 위치로부터 방출되는 즉발 감마를 검출하도록 구성되고, 상기 계산 및 표현 수단은 검출된 즉발 감마로부터 상기 즉발 감마가 방출되는 위치에서의 선량을 표현하는 값을 유도하도록, 그리고 상기 범위 내의 복수의 위치에 대한 선량 관련 분포를 나타내도록 구성된다.
US 2011/0057110 A1은, 적어도 즉발 감마 방사선 및 중성자를 생성하는 하드론의 입사 빔에 의한 타깃의 충격 시 타깃의 영역에 의해 수신되는 국소적 선량의 실시간 측정을 위한 방법을 개시한다. 타깃에 의해 방출되는 입자는, 타깃의 영역을 시준하는 것에 의해 그리고 측정될 타깃의 영역으로부터 일정 거리에 검출기를 배치하는 것에 의해 측정된다. 검출기는 입자 에너지 및 비행 시간 측정을 위한 디바이스에, 예컨대 섬광 검출 섬유(scintillating fiber) 또는 다결정 다이아몬드 검출기를 포함하는 호도스코프(hodoscope)에 연결된다. 검출기에 의해 수신되는 즉발 감마선의 수는 기록된 이벤트를 선택하는 것에 의해 결정되며, 빔의 공간 정보를 제공하기 위해 입사 하드론의 횡방향 포지션을 획득하기 위해 타깃 앞에서 입사 하드론의 빔에 배치되는 양방향 하전 입자 검출 시스템이 사용된다.
US 2015/0321025 A1은 하전된 하드론 치료법 검증을 위한 장치 및 방법을 개시한다. 장치는, 타깃으로부터의 즉발 감마의 통과를 허용하도록, 빔 라인에 대해 직각으로 배치되도록 구성되는, 상호 슬릿 형상의 개구의 어레이를 형성하도록 이격되는, 주어진 두께의 복수의 시준기 슬래브를 포함하는 시준기를 포함하는데, 시준기는, 슬릿 형상의 개구의 폭 및 깊이 및 충전율(fill factor)인 세 개의 기하학적 파라미터에 의해 적어도 정의된다. 본 개시는 다중 슬릿 카메라를 사용한 하전된 하드론 치료법 검증을 위한 방법에 또한 관련된다.
WO 2015/040225 A1은, 단일의 감마 입자를 검출할 수도 있는 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 분석기를 갖는 방사선 요법을 위한 방사선 디바이스로서의 사이클로트론의 입자 방사선의 범위의 모니터링을 위한 디바이스 및 방법을 개시한다. 감마 입자(이벤트)를 검출하는 경우, 검출기에서 신호가 생성되고, 그에 의해 신호는 검출기에서의 감마 입자의 도달과 시간적으로 상관된다. 검출기의 신호를 분석하는 분석기는 모든 이벤트 또는 선택된 이벤트 중 어느 한 쪽에 검출의 시간을 할당한다. 방사선 디바이스 또는 별개의 입자 검출기는, 10ns 이하의 시간 불확실성을 가지고 방사선 디바이스로부터의 단일의 입자 또는 입자 다발의 방출에 상관되는 기준 신호를 제공한다. 즉발 감마 타이밍(prompt-gamma timing: PGT)으로서 또한 공지되어 있는 그 기술은, 타깃의 입사 평면에서의 입사 양성자의 도달과 감마 검출기에서의 즉발 감마의 검출의 시간 사이의 시간 차이를 상관시킨다. 타깃에서 더 멀리 이동하는 양성자로부터의 즉발 감마는 더 일찍 멈추는 것들보다 더 늦게 검출되는데, 이것은 양성자 범위와 상관될 수 있는 시간 분포 시프트를 초래한다.
WO 2017/156113A1은, 고에너지 입자 소스와 관련되는 하나 이상의 공지된 방출 에너지 세트를 나타내는 데이터를 수신하는 것 및 세트 내의 각각의 방출 에너지에 대한 Compton(콤프턴) 라인을 결정하는 것을 포함하는 타깃 볼륨(target volume)에서 방사성 방출을 이미지화하기 위한 기술을 개시한다. 콤프턴 카메라는 실험 대상자의 타깃 볼륨으로부터 단일의 소스 이벤트와 관련되는 상호 작용으로부터 위치 및 퇴적된 에너지를 수집한다. 단일의 소스 이벤트의 경우, 가장 먼저 퇴적된 에너지(E1), 및 제1 산란 각도(θ1), 및 소스 이벤트에 대한 가능한 위치의 원뿔이 결정된다. E1이 공지된 방출 에너지 중 적어도 하나에 대해 콤프턴 라인의 사전 결정된 간격 내에 있지 않은 경우, 단일의 소스 이벤트를 포함하지 않고 타깃 볼륨 내에서 고에너지 입자 소스에 대한 특정한 위치. 솔루션이 디스플레이 디바이스 상에서 제시된다.
WO 2012/011083 A1은, 다중 홀 시준기, 판독 전자기기 및 LINAC 지지 구조물에 부착되는 고정된 또는 신축 자재의 암에 의해, 또는 독립적인 지지체에 의해 지지되는, 검출된 이벤트 및 빔 포지션을 프로세싱할 수 있는 데이터 획득 시스템 외에 방사선 검출기를 포함하는 광자 방사선 요법을 모니터링하기 위한 디바이스를 개시한다. LINAC 헤드와 상기 시준기 사이에서 방사선 흡수 재료가 배치될 수 있다. 또한, 상기 디바이스 바로 옆에서, 그것과 LINAC 헤드 사이에서 차폐 재료가 사용될 수 있다. 다중 홀 시준기는, 소파 상의 타깃/환자를 탈출하는 광자가, 그들이 빔 방향의 중심 축에 대해 대략 직각으로 방출되는 경우에만 수집되는 것을 허용한다.
EP 2 078 537 A1은, 실험 대상자에서의 흡수 선량의 공간적 분포를 표현하는 흡수 선량 볼륨 데이터를 저장하는 저장 유닛, 복수의 세그먼트와 관련되도록 실험 대상자의 형태학 볼륨 데이터(morphology volume data) 및 흡수 선량 볼륨 데이터와 관련되는 융합 데이터를 생성하는 생성 유닛, 및 융합 데이터를 사용하여 실험 대상자의 이차원 형태학 이미지 상에 흡수 선량의 분포를 중첩시킨 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 유닛을 포함하는 방사선 요법 치료 지지 장치를 개시한다.
US 2006/0113482 A1은, 방사선 요법 장치로부터 방출되는 빔에 의해 환자가 치료될 수 있고 감마선 광자 이미징 디바이스에 의해 이미지가 촬상될 수 있도록 방사선 요법 방사선 소스 및 감마선 광자 이미징 디바이스가 환자 영역과 관련하여 위치 결정되는 이미지 유도 방사선 요법 장치 및 방법을 개시한다. 방사선 요법 치료 및 이미징은 실질적으로 동시에 수행될 수 있고 그리고/또는 몇몇 실시형태에서 환자를 이동시키지 않고도 수행될 수 있다. 감마선 광자 이미징 디바이스는, 건물 구조물의 임의의 부분과 관련하여 커플링될 있고 이동 가능할 수 있거나, 방사선 요법 방사선 소스 및 환자로 그리고 그들로부터 이동 가능한 휴대용 프레임 상에 위치될 수 있거나, 또는 다른 형태를 취할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 감마선 광자 이미징 디바이스는 다른 타입의 의료 개입과 관련한 이미징을 위해 사용될 수 있다.
EP 2 950 119 A1은 타깃으로 입자 또는 입자의 다발을 전달하기 위한 입자 빔 시스템을 개시하고, 그에 의해 시스템은 즉발 감마를 검출하기 위한 검출기를 포함하고 있다. 즉발 감마는 즉발 감마 타이밍 프로파일을 획득하기 위해, 타깃과 관련하여 두 개의 상이한 위치에서 그리고 기준 타이밍 신호와 동기하여 검출된다. 두 개의 타이밍 프로파일의 시간 폭에서의 차이는, 타깃에서의 입자 빔의 침투 깊이를 추론하기 위해 사용된다. 게다가, 그것은, 두 개의 즉발 감마 타이밍 프로파일의 차이를, 타깃과 관련한 검출기의 위치에서의 차이와 상관시키는 것에 의해, 에너지를 가진 입자 빔(energetic particle beam)의 침투 깊이를 검증하기 위한 방법을 개시한다.
WO 2012/152938 A2는, 양성자 빔과 같은 하전된 하드론 빔을 사용하여 조사되는 타깃에서 빔 범위를 검증하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 빔 범위는, 선량의 가장 큰 부분이 전달되는 위치인, 타깃에서의 브래그 피크의 위치이다. 방법은, 빔 라인을 따라 선량 분포의 1차원 프로파일을 생성할 수 있기 위해, 슬릿 형상의 개구를 구비하는 즉발 감마 카메라를 활용한다. 카메라는 빔 라인에 대해 직각으로 배향되는 슬릿을 가지고 장착된다. 방법은, 조사될 복수의 빔 에너지 및 스팟에 대해, 타깃에 대한 카메라의 포지션을 계산하는 단계를 포함한다. 방법은, 상기 복수의 스팟에 대한 빔 범위를 검증하는 단계, 및 추정된 빔 범위와 실제 빔 범위 사이의 차이를 표현하는 값을 전달하는 단계를 더 포함한다. 장치는 카메라의 위치 결정을 위한 위치 결정 모듈을 구비한다.
JP 2010 032451 A는, 두 가지 이상의 타입의 입자 빔의 인가를 가능하게 하는 입자 빔 조사 시스템에서 하나의 종류의 기기를 사용하여 입자 빔의 조사 포지션을 확인하기 위한 수단을 개시한다. 시스템은, 두 가지 이상의 종류의 입자 빔을 생성하기 위한 입자 빔 생성기, 조사될 오브젝트 상으로 입자 빔을 방출하기 위한 조사 기기, 조사 기기로부터 방출되는 입자 빔에 기반하여 조사될 오브젝트로부터 생성되는 감마선을 검출하기 위한 감마선 검출기, 감마선 검출기로부터의 감마선 검출 신호가 즉발 감마선으로부터 발생하는지 또는 쌍 소멸(pair annihilation) 감마선으로부터 발생하는지의 여부를 결정하기 위한 신호 프로세서, 및 신호 프로세서에 의해 즉발 감마선으로부터 발생하는 것으로 결정되는 감마선 검출 신호로부터 입자 빔으로 조사되는 필드를 찾고 쌍 소멸 감마선으로부터 비롯되는 것으로 결정되는 감마선 검출 신호로부터 입자 빔으로 조사되는 필드를 획득하는 조사 필드 확인 디바이스를 포함한다.
WO 2012/104416 A1은, 하전된 하드론 빔으로 타깃을 조사할 때 생성되는 즉발 감마를 검출 및/또는 정량화하는 것에 의해 하전된 하드론 치료법 검증을 위한 장치 및 방법을 개시한다. 장치는 빔 라인에 대해 직각으로 배열되도록 구성되고 타깃을 향하는 슬릿 형상의 부분을 구비하는 시준기, 상기 즉발 감마를 검출하기에 적절한 검출 수단 및 계산 및 표현 수단을 포함한다. 장치 및 방법에서, 슬릿은 상기 타깃의 일정 범위의 깊이로부터 방출되는 즉발 감마의 통과를 허용하도록 구성되는데, 상기 깊이는 하전된 하드론 빔의 방향에서 측정된다. 더구나, 상기 검출 수단은 상기 범위 내의 각각의 위치로부터 방출되는 즉발 감마를 검출하도록 구성되고, 상기 계산 및 표현 수단은 검출된 즉발 감마로부터 상기 즉발 감마가 방출되는 위치에서의 선량을 표현하는 값을 유도하도록, 그리고 상기 범위 내의 복수의 위치에 대한 선량 관련 분포를 나타내도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 공지된 디바이스 및 방법의 단점을 적어도 부분적으로 회피하는, 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다.
이에 의해, 본 발명의 특정한 목적은, 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달을 검증하기 위한 브래그 피크를 결정함에 있어서 더 높은 분해능을 허용하는 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다.
특히, 디바이스 및 방법은, 범위 및 선량 전달을 검증함에 있어서 빔 방향에서 브래그 피크 이후 발생하는 즉발 감마 방사선의 비등방성 부분 및 단편을 고려하도록 설계될 수도 있는 것이 바람직하다.
이 문제는, 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법뿐만 아니라, 독립 청구항의 주제에 따른 방법을 수행하기 위한 실행 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 해결된다. 분리된 방식으로 또는 어떤 임의의 조합으로 실현될 수도 있는 본 발명의 바람직한 실시형태는 종속 청구항에 개시된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는(comprising)" 또는 이것의 문법적 변형어는, 언급된 피처, 정수, 단계 또는 컴포넌트 또는 이들의 그룹의 존재를 지정하기 위해 취해질 것이지만, 그러나, 하나 이상의 다른 피처, 정수, 단계, 컴포넌트 또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다. 용어 "포함하는"에 대한 동의어로서 사용되는, 용어 "구비하는(having)" 또는 그것의 문법적 변형어에 대해서도 동일하게 적용된다.
본 발명의 제1 양태에서, 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스가 개시되는데, 여기서 검출기는,
- 입자를 포함하는 빔을 전달하고 빔의 전파의 방향을 환자의 신체 부위 상으로 조정하도록 지정되는 빔 전달 유닛; 및
- 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트에서 환자의 신체 부위와의 입자의 상호 작용에 의해 생성되는 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정하는 것에 의해 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달을 검증하도록 지정되는 검증 유닛을 포함하되,
검증 유닛은, 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트에 대해 대칭이고 빔의 전파의 방향과 관련하여 직각으로 위치되는 대칭축을 포함한다.
따라서, 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스는, 바람직하게는, 환자의 신체 부위의 입자 치료법을 모니터링하기 위해 사용될 수도 있는데, 여기서 환자의 신체 부위는 종양 조직을 포함한다. 본 명세서에서, 종양 조직은 암에 의해 환자의 조직에 도입되었을 수도 있는 종양 변형(tumorous modification)을 포함할 수도 있다. 일반적으로서 사용되는 바와 같이, 용어 "암(cancer)"은, 일반적으로 "암 세포"로 표기되는, 체세포의 그룹에 의한 제어되지 않는 성장에 의해 특성 묘사되는, 동물의, 특히 포유동물의, 특히 인간의 질병을 지칭한다. 이 제어되지 않는 성장은, 주변 조직으로의 침입 및 파괴(즉, "침습") 및 어쩌면 신체의 다른 위치로의 암세포의 확산(즉, "전이(metastasis)")을 수반할 수도 있다. 바람직하게는, 암은 다음의 것으로 구성되는 목록으로부터 선택될 수도 있다: 급성 림프모구 백혈병(acute lymphoblastic leukemia), 급성 골수성 백혈병(acute myeloid leukemia), 부신겉질샘 암종(adrenocortical carcinoma), 에이즈 관련 림프종, 항문암, 충수 암, 성상세포종(astrocytoma), 비정형 기형(atypical teratoid), 기저세포 암종(basal cell), 담관암(bile duct cancer), 방광암(bladder cancer), 뇌간 신경교종(brain stem glioma), 유방암, 버킷 림프종(burkitt lymphoma), 카르시노이드 종양, 소뇌 성상세포종(cerebellar astrocytoma), 자궁경부암, 척삭종(chordoma), 만성 림프구성 백혈병(chronic lymphocytic leukemia), 만성 골수성 백혈병(chronic myelogenous leukemia), 결장암(colon cancer), 결장직장암(colorectal cancer), 두개인두종(craniopharyngioma), 자궁내막암(endometrial cancer), 뇌실막모세포종(ependymoblastoma), 뇌실막세포종(ependymoma), 식도암(esophageal cancer), 두개외 생식 세포 종양(extracranial germ cell tumor), 성선외 생식 세포 종양(extragonadal germ cell tumor), 간외 담관암(extrahepatic bile duct cancer), 담낭암(gallbladder cancer), 위암(gastric cancer), 위장관 기질 종양(gastrointestinal stromal tumor), 임신성 영양막 종양(gestational trophoblastic tumor), 모양 세포성 백혈병(hairy cell leukemia), 두경부암(head and neck cancer), 간세포암(hepatocellular cancer), 호지킨 림프종(hodgkin lymphoma), 하인두암(hypopharyngeal cancer), 시상하부 및 시각 경로 신경교종(hypothalamic and visual pathway glioma), 안내 흑색종(intraocular melanoma), 카포시 육종(kaposi sarcoma), 후두암(laryngeal cancer), 수모세포종(medulloblastoma), 수질상피종(medulloepithelioma), 흑색종(melanoma), 메르켈 세포 암종(merkel cell carcinoma), 중피종(mesothelioma), 구강암(mouth cancer), 다발성 내분비선 종증 증후군(multiple endocrine neoplasia syndrome), 다발성 골수종(multiple myeloma), 균상 식육종(mycosis fungoides), 비강 및 부비동암(nasal cavity and paranasal sinus cancer), 비인두암(nasopharyngeal cancer), 신경모세포종(neuroblastoma), 비호지킨 림프종(non-hodgkin lymphoma), 비소세포 폐암(non-small cell lung cancer), 구강암(oral cancer), 구강인두암(oropharyngeal cancer), 골육종(osteosarcoma), 난소암(ovarian cancer), 난소 상피암(ovarian epithelial cancer), 난소 생식 세포 종양(ovarian germ cell tumor), 난소의 저악성 잠재성 종양(ovarian low malignant potential tumor), 췌장암(pancreatic cancer), 유두종증(papillo-matosis), 부비동 및 비강암(paranasal sinus and nasal cavity cancer), 부갑상선암(parathyroid cancer), 음경암(penile cancer), 인두암(pharynx-geal cancer), 갈색세포종(pheochromocytoma), 뇌하수체 종양(pituitary tumor), 흉막 폐 모세포종(pleuropulmonary blastoma), 원발성 중추신경계 림프종(primary central nervous system lymphoma), 전립선암(prostate cancer), 직장암(rectal cancer), 신장 세포암(renal cell cancer), 망막모세포종(retinoblastoma), 횡문근육종(rhabdomyosarcoma), 침샘암(salivary gland cancer), 시자리 증후군(
Figure pct00008
), 소세포 폐암(small cell lung cancer), 소장암(small intestine cancer), 연조직 육종(soft tissue sarcoma), 편평 세포 암종(squamous cell carcinoma), 편평 경부암(squamous neck cancer), 고환암(testi-cular cancer), 인후암(throat cancer), 흉선 암종(thymic carcinoma), 흉선종(thymoma), 갑상선암(thyroid cancer), 요도암(urethral cancer), 자궁 육종(uterine sarcoma), 질암(vaginal cancer), 외음부암(vulvar cancer), 발텐스트롬 마크로글로불린혈증(
Figure pct00009
), 및 빌름스 종양(wilms tumor).
대안적으로 또는 추가적으로, 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스는, 빔에 의해 제공되는 입자에 의해 조사되고 있는 환자의 신체 부위 내에서의 존재 및/또는 원소 조성을 결정하기 위해 또한 사용될 수도 있다. 결과적으로, 용어 "환자의 신체 부위"는, 본 발명에 따르면, 한편으로는, 환자의 신체 내에서 발달된 조직, 특히 상기에서 설명되는 바와 같이 특정한 신체 부위 내에서 생성된 종양성 조직을 포함하지만, 그러나, 다른 한편으로는, 의도적으로 또는 우발적으로, 환자의 특정한 신체 부위에 도입된 인서트를 또한 포함한다. 예로서, 환자의 체성분을 조사하는 것은, 영양 상태를 평가하기 위한 총 체단백질(body protein)의 직접적인 척도로서 총 체질소(body nitrogen)에 관련될 수도 있다. 그것은 또한, 소정의 오염 지역에서 간과 신장에서의 카드뮴 중독의 초기 사례를 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 게다가, 총 체수소(body hydrogen), 총 체염소(body chlorine), 및 총 체칼슘(body calcium)도 측정이 또한 가능한데, 그 목적을 위해, 생체내 활성화를 통한 분석(through in-vivo activation analysis)(IVAA)이 활용될 수도 있다. 추가적인 예로서, 조사된 타깃의 원소 조성을 결정하는 것은, 조사된 종양 조직의 산소 및/또는 탄소 농도를 계산하기 위해 사용될 수도 있고, 그에 의해 상이한 타입의 암이 산소 및/또는 탄소 농도에서의 그들의 변동에 의해 검출될 수도 있다. 추가적인 예로서, 인서트는, 주로 의학적 목적을 위해, 수술에 의해 환자의 신체에 도입된 임플란트일 수도 있거나 또는 그 임플란트를 포함할 수도 있다. 추가적인 예로서, 인서트는 사고 또는 손상의 결과로서 환자의 신체에 도입될 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 또한, 환자의 신체 내에서, 특히 금속 임플란트가 조사를 위한 타깃 볼륨에 가까울 수도 있는 배열에서, 금속 임플란트와 같은 인서트의 존재 및/또는 원소 조성을 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 결과적으로, 용어 "치료"는, 한편으로는, 특히 종양 조직 내의 암을 치료하기 위한 방사선 요법 적용을 지칭하지만, 그러나, 다른 한편으로는, 입자 빔을 사용하여 이 특정한 신체 부위를 치료하는 것에 의해 환자의 신체 내의 인서트, 예컨대 임플란트의 존재 및/또는 원소 조성을 결정하는 것을 또한 지칭할 수도 있다. 게다가, 용어 "환자"는, 한편으로는, 본 발명에 따른 입자 빔을 수반하는 치료를 받고 있는 임의의 사람을, 그 사람이 어떤 종류의 의학적 치료를 필요로 하든 또는 그렇지 않든 간에, 지칭하고, 다른 한편으로는, 모형, 특히 의인화된 모형(anthropomorphic phantom)을 지칭한다. 본 명세서에서, 중성자, 양성자 또는 광 이온은, 인체로부터 질소, 탄소 및/또는 산소 원자를 여기시킬 수도 있는데, 이들은 즉발 감마 방사선의 방출에 의해 붕괴될 수도 있다. 본 명세서에서, 임플란트에 관련되고 있는 저에너지 라인은 금속 또는 다른 고 임피던스(high-Z) 재료의 존재를 조사하기 위한 수단으로 사용될 수도 있고, 그에 의해, 조사된 타깃의 조성은 비침습적 방식으로 평가될 수 있다. 예로서, 전립선암(prostate cancer)에서, 이 기관이 조사되고 있을 수도 있는지 또는 아닌지의 여부에 대한 정보를 제공하기 위해, 직장에 임플란트가 삽입될 수도 있다. 본 명세서에서, 직장은 방사선에 민감하지만, 그러나, 전립선 바로 곁에 있고, 직장을 방사선으로부터 보존하는(sparing) 것이 환자에게 바람직하다.
위에서 나타낸 바와 같이, 본 디바이스는 환자의 신체 부위가 입자를 포함하는 빔을 수반하는 치료를 받는 상황에서 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "빔"은 특정한 방향으로 방출되는 복수의 입자를 지칭하며, 그 방출에 의해, 복수의 입자는, 빔의 "전파 방향"으로도 또한 약칭되는 빔의 전파의 방향을 형성한다. 게다가, 빔은 입자를 포함하며 전파 방향에 대해 직각인 방향에서 사전 결정된 연장을 갖는 번들(bundle)일 수도 있다.
본 발명에 따르면, 디바이스는 빔 전달 유닛을 포함한다. 용어 "빔 전달 유닛"은, 환자의 신체 부위에 빔을 전달하고 빔의 전파 방향을 환자의 신체 부위 상으로 조정하는 목적을 위해 지정되는 장치를 지칭한다. 이 목적을 위해, 빔 전달 유닛은, 바람직하게는, 방사선 소스에 의해 제공되고 있는 입사 입자 빔에 대한 수용부(reception) 및 입사 입자 빔이, 바람직하게는, 신체 부위의 단면 형상 및 그것의 원위 표면의 형상 둘 모두에 대해, 가능한 한에서 조사될 환자의 신체 부위의 부피 측정법에 부합할 수도 있는 양식으로 입사 입자 빔을 성형하도록 지정되고 있는 조정 가능한 전달 노즐을 포함할 수도 있다. 이 목적을 위해, 빔 전달 유닛은, 범위 변조기, 디그레이더, 시준기, 또는 보상기 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 그러나, 빔 전달 유닛의 다른 종류의 실시형태도 또한 고려 가능할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 빔은 빔의 방향을 따라 전파하는 중성자 또는 이온으로부터 선택되는 하드론 입자를 포함한다. 구체적으로, 바람직하게는, 본 명세서에서 사용되는 이온은, 특히, 양성자(1p)로부터 또는 헬륨(4He)의, 탄소(12C)의 또는 산소(16O)의 이온으로부터 선택되는데, 이들 종류 또는 타입의 이온 각각이 효능과 효과의 관점에서 높은 임상적 잠재력을 가지기 때문이다. 이에 의해, 탄소 이온(12C)은, 그들이 감소된 횡방향 확산 및 증가된 생물학적 효과를 나타내기 때문에, 특히, 바람직하다. 본 발명을 위해 사용되는 이온은, 바람직하게는, 전기장 및 자기장의 조합을 사용하는 것에 의해 입자가 가속되는 사이클로트론 또는 싱크로트론(synchrotron)으로부터 선택되는 방사선 소스에 의해 제공될 수도 있다. 사이클로트론에서의 입자가 일정한 인가된 자기장에 기인하여 나선형으로 이동하는 동안, 싱크로트론에서의 자기장은, 가속된 입자를 원형 궤도에서 계속 유지하는 것을 허용하는 방식으로 지속적으로 조정되고, 그 결과, 입자에 대한 고정된 폐루프 경로를 초래한다. 이러한 양식으로 제공되는 입자의 일부는, 그 다음, 하나 이상의 빔라인에서 이동하는 목적하는 이온 빔을 생성하기 위해 사용된다.
위에서 이미 추가로 나타낸 바와 같이, 환자의 건강한 기관이 빔에 의해 제공되는 입자를 받는 것을 가능한 한에서 방지하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 본 발명에 따른 디바이스는 입자 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하도록 지정된다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "모니터링"은 데이터를 지속적으로 획득하고 그로부터 목적하는 정보를 유도하는 프로세스를 지칭한다. 이 목적을 위해, 복수의 측정 신호가 생성 및 평가될 수도 있고, 그로부터 목적하는 정보가 결정될 수 있다. 본 명세서에서, 복수의 측정 신호는 고정된 또는 가변 시간 간격 내에서, 또는 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 사전 명시된 이벤트의 발생시에 기록될 수도 있다. 특히, 본 발명에 따른 디바이스는, 특히, 환자의 신체 부위의 입자 범위 및 환자의 신체 부위로의 선량 전달을 연속적으로 결정하도록 지정될 수도 있다.
모니터링에 기초하여, 입자 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달의 검증이 수행될 수 있다 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "검증(verification)" 및 "검증하는(verifying)"은, 환자의 신체 부위에서의 입자 범위 및 환자의 신체 부위로의 선량 전달과 관련하여, 특히, 환자의 신체 부위 내에서의 소위 "브래그 피크"의 위치와 관련하여, 증거를 제공하는 것에 관련이 있다. 상기에서 언급되는 바와 같이, 용어 "브래그 피크"는, 환자의 신체 부위를 통한 빔의 이동 거리와 관련한 입사 빔의 에너지 손실의 그래픽 표현을 나타내는 소위 "브래그 곡선" 내에서의 현저한 피크를 지칭한다. 유리하게는, 브래그 피크는 빔에 의해 제공되는 입자가 환자의 신체 부위 내에서 정지되기 직전에 발생한다. 본 명세서에서, 용어 "범위"는, 브래그 피크에 의해 주로 결정되는 환자의 신체 부위 내에서의 입자의 이동 거리를 지칭하고, 용어 "선량 전달"은 브래그 피크에서의 입자 방사선의 강도에 관련된다. 따라서, 검증은, 환자의 건강한 기관이 방사선을 받는 것을 방지하는 것에 의해 환자에 대한 부작용을 크게 감소시키기 위해 환자의 치료 동안의 범위 불확실성 및 안전 마진을 감소시킬 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 디바이스는 검증 유닛을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "검증 유닛"은, 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달을 검증하도록 지정되는 장치에 관련이 있다. 이 목적을 위해, 검증 유닛은, 환자의 조사된 신체 부위와의 입자의 상호 작용에 의해 생성되는 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정하도록 적응된다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "상호 작용"은, 입자에 의한 조사시 환자의 신체 부위에 의해 제공되는 반응을 지칭한다. 추가로 일반적으로서 사용되는 바와 같이, 용어 "즉발 감마 방사선(prompt-gamma radiation)"은, 재료에서의 입자의 경로와 상관하여 핵 반응에 의해 유도되는 2차 방사선 방출을 지칭한다. 이 목적을 위해, 입사 빔에 의해 제공되고 있는 입자의 에너지는 환자의 신체 부위 내부에서 흡수된다. 따라서, 이러한 방식으로 생성되는 즉발 감마 방사선은, 임상적 조건 하에서 환자의 신체 부위 내에서의 입자 범위 및 환자의 신체 부위로의 선량 전달의 검증을 위해, 바람직하게는 실시간 검증을 위해, 본 발명에 따라 사용될 수 있는데, 이것은, 바람직하게는, 치료 계획에서의 불확실성의 감소로 귀결될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 입자 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료는, 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트, 바람직하게는 두 개, 네 개, 여섯 개, 여덟 개, 열두 개, 또는 그 이상의 상이한 상호 작용 포인트에서 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정하는 것에 의해 모니터링되는데, 여기서 두 개, 네 개, 여섯 개, 여덟 개, 또는 열두 개의 상호 작용 포인트가 선호된다. 일반적으로, 모니터링 목적을 위해 선택될 상호 작용 포인트의 수는, 임의의 노력을 가능한 한에서 감소시키는 것에 의해 높은 공간 분해능을 갖는 충분한 정보를 달성하기 위해 조정될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "상호 작용 포인트(interaction point)"는, 검증 유닛에 의해 관찰될 수 있는 입자에 의한 조사시 환자의 신체 부위의 특정한 반응이 발생하는 환자의 신체 부위 내의 위치를 지칭한다. 위에서 나타낸 바와 같이, 즉발 감마 방사선은 등방성이 아니라 오히려 후방 피크의 및 전방 피크의 감마 방사선과 관련하여 더 높은 수율을 수반한다. 게다가, 목적하는 범위 검증은 빔 방향에서 브래그 피크 이후 발생하는 단편(fragment)의 존재에 기인하여 더 복잡한 것으로 판명되었다. 결과적으로, 환자의 신체 부위와의 입자의 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트에서 즉발 감마 방사선을 결정하는 것은, 최신 기술에 따른 다른 디바이스 및 방법과 비교하여, 브래그 피크 내에서의 입자 범위의 검증의 정확도를 증가시키는 것을 허용한다.
본 발명에 따르면, 검증 유닛은 대칭축을 포함하는데, 여기서 대칭축은 개개의 상호 작용 포인트에 대해 대칭이다. 일반적으로서 사용되는 바와 같이, 용어 "대칭축(symmetry axis)"은, 대칭축에 의해 생성되고 있는 검증 유닛의 두 개의 절반이 서로에 대해 동일한, 특히, 하나의 절반이, 미러에서와 같이, 다른 절반의 이미지처럼 보이는 양식으로 동일한 검증 유닛의 배열 및 셋업을 지칭한다. 본 명세서에서, 두 개의 절반은, 예컨대 각각의 검출기 요소의 대칭적 배열에 의해, 동시적인 방식으로 검증 유닛에서, 물리적으로, 존재할 수 있다. 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 검증 유닛에서 단일의 검출기 요소만이, 물리적으로, 존재할 수도 있는 대안적인 실시형태에서, 단일의 검출기 요소는, 개개의 상호 작용 포인트와 관련하여 대칭적인 포지션으로 검증 유닛 내에서 이동 가능할 수도 있다.
또한 본 발명에 따르면, 검증 유닛의 대칭축은 빔의 전파의 방향과 관련하여 직각의 방식으로 위치된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "직각(perpendicular)"은, 빔의 전파 방향과 관련하여, 90°±10°, 바람직하게는 90°±1°, 바람직하게는 90°±0.1°의 각도를 지칭한다. 유사하게, 용어 "평행"은 빔의 전파 방향과 관련하여 0°±10°, 바람직하게는 0°±1°, 바람직하게는 0°±0.1°의 각도에 관련된다. 따라서, 검증 유닛에 의해 결정되는 즉발 감마 방사선에 대한 정보는, 빔의 전파 방향에 대해 직각인 성분만을 포함한다.
빔의 전파의 방향에 대한 검증 유닛의 대칭축의 직각 배열의 결과로서, 검증 유닛의 검출기 요소 중 적어도 두 개가 대칭적인 방식으로 위치될 수도 있는 또는, 위에서 나타낸 바와 같은 대안적인 실시형태에서, 검증 유닛의 단일의 검출기 요소가 대칭적인 양식으로 이동 가능할 수도 있는 적어도 하나의 평면이 형성될 수도 있다. 검증 유닛이 네 개, 여섯 개 또는 그 이상의 검출기 요소를 포함할 수도 있는 경우, 대칭적인 방식으로 위치될 수도 있는 검출기 요소 중 두 개는 개개의 평면을 형성할 수도 있다. 그러나, 평면 내에서의 검출기 요소의 수에 관계없이, 각각의 평면은 빔의 전파의 방향과 교차할 수도 있다. 다시 말하면, 평면은 빔의 방향을 따르는 직선 및 검출기 요소로부터의 다수의 가능한 포인트 중 하나를 포함하고, 그 결과, 모든 검출된 즉발 감마는 이 평면 내에 놓이게 된다.
추가로, "방출 각도"는 빔의 방향을 따르는 특정한 상호 작용 포인트에서의 즉발 감마선의 원점 및 각각의 검출기 요소에 의한 검출의 포인트에 의해 정의될 수도 있다. 모든 검출된 즉발 감마가 상기에서 정의된 평면 내에 놓이기 때문에, 방출 각도는 검출될 즉발 감마선의 원점인 상호 작용 포인트를 중심으로 평면 상에서 회전될 수도 있다. 적어도 하나의 검출기 요소 및 환자의 신체 부위 내에서의 검출 라인의 재구성은, 빔 방향에 의해 정의되는 바와 같은 직선 및 적어도 하나의 검출 포인트의 위치의 지식을 포함한다. 다시 말하면, 검출 라인을 빔의 전파의 방향과 교차시키면, 상호 작용 포인트가 검출될 수 있다. 본 발명에 따른 배열의 결과로서, 몇몇 방출 각도는 동일 평면(co-planar) 양식으로 평면 내에 위치된다. 검출 포인트 및 직선과 교차하지 않을 수도 있는 상이한 평면은 관련이 없다. 결과적으로, 환자의 신체 부위와의 빔의 상호 작용에 의해 생성되는 바와 같은 각각의 즉발 감마 방사선의 경우, 즉발 감마 방사선의 원점은 상호 작용이 발생한 장소에 관련될 수도 있다. 이 위치에서, 빔은, 환자의 신체 부위에서 빔의 깊이를 증가시킴에 따라 감소하는 특정한 에너지를 나타낼 수도 있다. 추가적인 결과로서, 각진 단면(angular cross-section)은, Rusiecka 등 및 Kiener(상기 참조)에 의해 표시된 바와 같이 방출 각도에 의존할 수도 있는데, 여기서 소정의 방출 각도는 다른 방출 각도보다 더 높은 단면을 나타낼 수도 있고, 그 결과, 다른 방출 각도와 비교하여 소정의 방출 각도에 대해 더 높은 즉발 감마 수율의 예상을 초래할 수도 있다.
빔의 전파의 방향에 대한 검증 유닛의 대칭축의 직각 배열의 추가적인 결과로서, 검증 유닛은 빔의 전파의 방향 및 검출기 요소에 의해 형성되는 적어도 하나의 평면 내에서의 빔의 전파 방향에 대해 직각인 이동을 위해 지정되고, 따라서, 환자의 신체 부위에 충돌하는 입자의 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트에서 환자의 신체 부위와의 입자의 상호 작용에 의해 2차 방사선 방출로서 생성되고 있는 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 획득하도록 특히 설계된다.
입자 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료의 모니터링을 위해 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트를 사용하는 것의 특히 중요한 결과로서, 본 발명에 따른 디바이스 및 방법은 환자의 신체 부위 내에서의 입자 범위에 대한 절대값을 결정하도록 설계된다. 본 명세서에서, 용어 "절대값(absolute value)"은, 숫자 및 물리적 단위의 형태로 제공되는 한 조각(piece)의 데이터를 지칭하는데, 여기서 물리적 단위는, 구체적으로는, 환자의 신체 부위 내에서의, 예컨대 pm 단위로 주어지는 거리를 지칭한다. 이 피처는, 입자 범위를 상대적 값의 형태로만 제공할 수 있는 공지된 디바이스 및 방법과 대조되는데, 여기서 용어 "상대적 값(relative value)"은 숫자의 형태로만 제공되는 또는 환자의 신체 부위 내부에서의 물리적 단위, 예컨대 거리와 관계가 없는 임의의 단위 및 숫자의 형태로 제공되는 또 다른 조각의 데이터를 지칭한다. 입자 범위에 대한 절대값을 결정하는 것의 결과로서, 환자의 신체 부위 내에서의 거리가 높은 공간 분해능을 가지고 결정될 수 있고, 그에 의해, 입사 입자 빔에 의한 환자의 신체 부위의 치료의 제한을, 목적하는 입자 범위까지, 특히 암에 의해 도입되는 종양 변형을 포함하는 종양 조직까지 허용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 빔의 전파의 방향에 대한 검증 유닛의 대칭축의 직각 배열은 다양한 실시형태의 형태로 제공될 수도 있다.
바람직한 실시형태에서, 디바이스는, 단일의 회전 갠트리 및 환자 위치 결정 플랫폼을 더 포함하는데, 여기서 갠트리 및 환자 위치 결정 플랫폼 중 적어도 하나는, 빔의 전파의 방향이 환자와 관련하여 상이한 포지션으로 조정 가능한 양식으로 다른 것에 대해 이동 가능하다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "이동 가능한(movable)"은, 한 부분을 상이한 위치로 가져갈 수 있도록 각각의 부분의 위치가 고정되지 않는다는 것을 나타내는 부분의 피처를 가리킨다. 이러한 종류의 구성은, 이미 디바이스의 단일의 부분만을 이동시키는 것에 의해 갠트리와 환자 위치 결정 플랫폼 사이의 거리 및/또는 상대적 방위를 수정하는 것을 허용할 수도 있다.
추가로 일반적으로서 사용되는 바와 같이, 용어 "환자 위치 결정 플랫폼(patient positioning platform)"은, 환자를 수용하도록, 치료를 받기 위해 지정되는 적절한 포지션으로 환자를 이동시키도록, 그리고 치료 동안 이 포지션에서 환자를 유지하도록 지정되는 수용부를 지칭한다. 이 목적을 위해, 바람직하게는, 이동 또는 회전의 여섯 개의 방향과 관련하여 환자를 정확하게 위치 결정하기 위해 로봇 기구가 활용될 수도 있다. 그러나, 또 다른 종류의 환자 위치 결정 플랫폼도 또한 실현 가능할 수도 있다. 환자가, 일반적으로, 길이 방향 축을 따라 회전 대칭을 갖는 기하학적 형상을 나타내는 인간 사람이기 때문에, 환자 위치 결정 플랫폼은, 바람직하게는, 환자의 이러한 기하학적 형상을 반영하기 위해 설계될 수도 있다. 이러한 구성의 결과로서, 환자 위치 결정 플랫폼은, 바람직하게는, 환자의 길이 방향 축에 적응될 수도 있는 가늘고 긴 형상을 갖는 플랫폼을 포함할 수도 있다. 또한, 환자 위치 결정 플랫폼의 가늘고 긴 형상은, 예컨대, 조정 기능, 예컨대 적합 기능(fit function)을 활용하는 것에 의해, 환자 위치 결정 플랫폼의 "평면"을 정의하기 위해 사용될 수도 있다.
추가로 일반적으로서 사용되는 바와 같이, 용어 "회전 갠트리(rotational gantry)" 또는 단순히 "갠트리(gantry)"는, 환자 위치 결정 플랫폼을 수용하도록 그리고, 임의의 바람직한 각도에서, 특히 치료에 의해 명시될 수도 있는 각도에서 환자의 신체 부위로 입자 빔을 전달하기 위해 환자 위치 결정 플랫폼과 관련하여, 바람직하게는, 360°의 전체 원에 걸쳐 회전되도록 적응되는 유닛을 지칭한다. 이 실시형태에 따르면, 갠트리, 환자 위치 결정 플랫폼, 또는 갠트리 및 환자 위치 결정 플랫폼 둘 모두는, 목적하는 대로 환자에 대한 입자의 전파 방향을 조정하기 위해 이동되도록 지정될 수도 있다.
이 바람직한 실시형태에서, 갠트리는 이동 가능한 측벽(side wall) 및 이동 가능한 전면 벽(front wall)을 포함할 수도 있는데, 여기서 전면 벽은 측벽에 대해 직각으로 배치될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "측벽"은, 환자의 길이 방향 축에 대해 평행하게 위치되는 갠트리의 내부 표면의 제1 부분을 지칭하고, 반면, 용어 "전면 벽"은, 환자의 길이 방향 축에 대해 직각으로 위치되는 갠트리의 내부 표면의 또 다른 부분을 지칭한다. 게다가, 갠트리의 나머지 부분은, 환자에 의한, 의료 종사자에 의한, 또는 서비스 직원에 의한 환자 위치 결정 플랫폼의 액세스를 위해 개방될 수도 있다. 이 실시형태의 결과로서, 전면 벽은 측벽에 대해 직각의 방위를 취할 수도 있다. 그러나, 갠트리뿐만 아니라 갠트리 내부의 환자 위치 결정 플랫폼의 상이한 방향 및/또는 방위에 관련될 수도 있는 또 다른 배열체에 대한 다른 종류의 실시형태도 또한 실현 가능할 수 있다.
특정한 실시형태에서, 빔 전달 유닛 및 검증 유닛 둘 모두는 측벽에 커플링될 수도 있고 환자 위치 결정 플랫폼과 관련하여 상이한 포지션으로 측벽과 함께 동기화된 방식으로 이동 가능할 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "동기화되는(synchronized)"은 적어도 두 개의 개개의 부분의 이동의 양식을 지칭하는데, 여기서 개개의 부분은 동일한 방향 벡터 및 동일한 회전 벡터를 가지고 이동되고, 여기서 방향 벡터 또는 회전 벡터의 각각의 벡터는 제로 벡터일 수 있다. 이 실시형태의 결과로서, 빔의 전파 방향에 대한 검증 유닛의 대칭축의 직각 배열은 치료 동안 유지될 수 있지만, 측벽만이 이동될 수 있고, 한편, 디바이스의 다른 부분, 예컨대, 전면 벽 또는 환자 위치 결정 플랫폼은 제자리에서 유지될 수도 있다.
대안적인 실시형태에서, 빔 전달 유닛은 측벽에 커플링될 수도 있고 환자 위치 결정 플랫폼과 관련하여 상이한 포지션으로 측벽과 함께 이동 가능할 수도 있고, 반면, 검증 유닛은 전면 벽에 커플링될 수도 있고 빔 전달 유닛과 동기화된 방식으로 환자 위치 결정 플랫폼과 관련하여 상이한 포지션으로 전면 벽과 함께 이동 가능할 수도 있다. 이미 위에서 나타낸 바와 같이, 전면 벽은, 바람직하게는, 측벽에 대해 직각의 방위를 취할 수도 있고, 그 결과, 이 구성에서, 빔의 전파의 방향에 대한 검증 유닛의 직각의 배열은, 특히 쉬운 양식으로, 치료 동안 유지될 수 있다.
또 다른 대안적인 실시형태에서, 빔 전달 유닛은 환자 위치 결정 플랫폼과 관련하여 고정된 포지션에서 제공될 수도 있는데, 여기서 빔 전달 유닛은 환자 위치 결정 플랫폼과 관련하여 임의의 방위에서, 바람직하게는 0° 또는 90°의 각도에서 빔을 전달하도록 지정될 수도 있다. 대안적으로, 빔 전달 유닛은 45°±45°의 각도에서 빔을 전달하도록 지정될 수도 있다. 따라서, 빔 전달 유닛은 환자 위치 결정 플랫폼에 의해 정의되는 바와 같은 평면과 관련하여 수직 방위에서 또는 거의 수직 방위에서 제공될 수도 있고, 한편, 검증 유닛은, 바람직하게는 45°의 각도에서, 환자 위치 결정 플랫폼의 움직임과의 간섭을 회피하기 위해 그것에 대해 직각의 방위에서 제공될 수도 있거나, 또는 그것은 환자 위치 결정 플랫폼과의 충돌을 회피하기 위해 환자 위치 결정 플랫폼 주위에서 목적하는 포지션으로 이동 가능할 수도 있다. 이러한 구성의 결과로서, 검증 유닛은, 빔 전달 유닛의 이동에 상관 없이, 빔의 전파의 방향과 관련하여 목적하는 직각의 방위를 항상 유지할 수 있다.
또 다른 대안적인 실시형태에서, 예컨대 WO 2019/224215 A1에서 개시되는 토로이드 갠트리(toroidal gantry)가 사용될 수도 있는데, 여기서 갠트리는 회전하지 않는다. 본 명세서에서, 빔은 다양한 가능한 방향을 가지며 자기장은 원환체(torus) 내부에서 제로이다. 그러나, 본 발명에 따른 디바이스는 갠트리와는 독립적으로 회전하는 것, 그러나, 여전히, 빔의 방향에 대해 직각인 것에 의해 사용될 수 있다. 본 명세서에서, 디바이스의 동기화는 빔의 방향에 관련되는 사전 정보를 사용하는 것에 의해 제공될 수 있는데, 여기서 적어도 하나의 검출기 요소는 갠트리와 동기화되는 것이 아니라 빔의 방향과 동기화된다. 대안적으로, 빔의 가능한 전달 각도에 독립적인 디바이스가 부착될 수 있다.
하기에서, 분리된 방식으로 또는 어떤 임의의 조합으로 실현될 수도 있는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태가 더욱 상세하게 개시된다.
특히 바람직한 실시형태에서, 검증 유닛은 적어도 하나의 검출기 요소를 포함할 수도 있는데, 여기서 검출기 요소는, 환자의 신체 부위와의 입자의 상호 작용에 의해 생성되는 바와 같은 즉발 감마 방사선을 결정하도록 지정된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "검출기 요소"는, 입사 즉발 감마 방사선으로부터 측정 가능한 신호를 생성하도록 지정되는 장치를 지칭한다. 이 목적을 위해, 측정 가능한 신호는, 바람직하게는, 전기 신호, 특히 전압 또는 전류로부터 선택될 수도 있다. 특히, 검출기 요소는 다음의 것 중 적어도 하나로부터 선택될 수도 있다: 광전자 증배관(photomultiplier tube: PMT), 솔리드 스테이트 단일 광자 감응 디바이스(solid-state single-photon-sensitive device)(실리콘 광전자 증배 소자: silicon photomultiplier: SiPM), 전하 결합 소자(charge-coupled device: CCD), 상보형 금속 산화물 반도체(complementary metal-oxide-semiconductor: CMOS), 또는 양자 이미지 센서(quanta image sensor: QIS) 칩. 그러나, 다른 종류의 검출기 요소도 또한 실현 가능할 수도 있다. 검증 유닛이 하나보다 더 많은 개개의 검출기 요소를 포함할 수도 있는 경우, 개개의 검출기 요소 사이의 측정된 신호의 비교 가능성을 증가시키기 위해, 개개의 검출기 요소는 동일한 타입 및 종류를 갖는 것이 특히 바람직하다.
이 특히 바람직한 실시형태에서, 검증 유닛은 적어도 두 개의 검출기 요소, 바람직하게는 두 개, 네 개, 여섯 개, 여덟 개, 열두 개, 또는 그 이상의 검출기 요소를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서, 두 개의 검출기 요소는 서로에 대해 이격되고, 따라서, 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트에서 즉발 감마 방사선에 대한 정보를, 바람직하게는 동시적 방식으로, 결정할 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 연속적으로 결정하는 것도 또한 실현 가능할 수도 있다.
게다가, 각각의 검출기 요소는, 바람직하게는, 빔의 전파 방향에 대해 직각인 양식으로 환자의 신체 부위를 향하여 또는 그로부터 멀어지게 이동 가능하도록 지정될 수도 있고, 그에 의해, 각각의 검출기 요소와 환자의 신체 부위 사이의 거리는 각각의 검출기 요소에 대해 동일하게 유지된다. 각각의 검출기 요소와 환자의 신체 부위 사이에서 동일한 거리를 유지하는 것은, 동일한 강도를 갖는 즉발 감마 방사선에 대한 목적하는 정보를 결정하는 것을 허용하고, 따라서, 각각의 검출기 요소 사이의 측정된 신호의 비교 가능성을 증가시킨다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "신체 부위를 향하여 또는 그로부터 멀어지게(towards or away from the body part)"는, 특정한 검출기 요소와 환자의 신체 부위 사이의 거리를 감소 또는 증가시키는 움직임을 지칭한다. 이러한 양식으로 특정한 검출기 요소를 이동시키는 것에 의해, 두 개의 개개의 상호 작용 포인트 사이의 거리가 조정될 수 있다. 그 결과로서, 빔의 전파 방향을 따르는 포지션이 포커싱 또는 디포커싱될 수 있고, 그에 의해, 즉발 감마 방사선의 검출을 위한 공간 분해능이 이러한 양식으로 설정될 수도 있다. 이 목적을 위해, 각각의 검출기 요소는, 특정한 실시형태에서, 지지체의 개개의 부재에 적용될 수 있는데, 여기서 지지체는 갠트리에, 예컨대 갠트리의 측벽에 직접적으로 커플링될 수도 있고, 여기서 적어도 하나의 개개의 부재는 빔의 전파 방향에 대해 직각인 방향에서 갠트리와 관련하여 이동 가능할 수 있다. 추가적인 구성에서, 네 개 이상의 검출기 요소가 어레이의 형태로 배열될 수도 있다. 검출기 요소, 지지체 및 지지체의 개개의 부재에 대한 추가적인 세부 사항에 대해서는, 하기의 설명의 예에 대한 참조가 이루어질 수도 있다. 그러나, 검출기 요소의 또 다른 종류의 배열도 또한 고려 가능할 수도 있다.
대안적인 실시형태에서, 검증 유닛은 단일의 검출기 요소만을 포함할 수도 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고, 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트에서 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정할 수 있기 위해, 단일의 검출기 요소는, 바람직하게는, 환자의 신체 부위와 관련하여 검증 유닛 내의 적어도 두 개의 상이한 포지션에 배치되도록 지정될 수도 있다. 적어도 두 개의 상이한 포지션에서의 배치 사이의 이동 동안, 검출기 요소와 환자의 신체 부위 사이의 거리는, 바람직하게는, 위에서 나타낸 바와 동일한 이유 때문에, 각각의 상이한 포지션에 대해 유지된다. 이러한 대안적인 실시형태에서, 단일의 검출기 요소는, 따라서, 빔의 전파 방향에 대해 직각인 환자의 신체 부위를 향해 또는 그로부터 멀어지게 검출기 요소를 이동시키는 제2 시간 스케일과 비교하여 더 빠른 제1 시간 스케일에서 적어도 두 개의 상이한 포지션 사이에서 이동될 수도 있고, 그에 의해, 개개의 상호 작용 포인트 사이의 거리는 상기에서 추가로 설명되는 바와 같이 조정될 수 있다. 본 명세서에서, 검출기 요소를 신체 부위를 향해 또는 그로부터 멀어지게 이동시키는 것은 등에너지 슬라이스(iso-energy slices: IES)에 관련될 수도 있다. 모든 슬라이스에 대해, 검출기 요소는 목적하는 분해능에 따라 포지션으로 이동될 수 있다. 본 명세서에서, 가장 원위 단부에서의 슬라이스는 더 높은 분해능을 위해 더 집중된 구성을 요구할 수도 있다. 예로서, 모든 슬라이스에 대한 전달 시간은 5초일 수도 있고, 두 개의 후속하는 슬라이스 사이에서 4초의 일시 중지가 후속될 수도 있다. 이 예에서, 4초의 일시 중지는 상기에서 정의되는 바와 같은 제2 시간 스케일을 구성할 수도 있는데, 여기서 5초의 제1 시간 스케일은 검출기 요소의 두 개의 상이한 포지션 사이의 움직임을 포함하는 전달 시간일 수도 있다. 그러나, 다수의 IES 전달의 경우, 전달 속도를 증가시키기 위해, 이 실시형태는 가장 원위 슬라이스에 포커싱하기 위해 여전히 사용될 수 있다. 단일의 검출기 요소만을 사용하는 것이 그 단순성에 기인하여 디바이스의 품질 보증의 목적에 대해 유리할 수도 있는 반면, 적어도 두 개, 바람직하게는 네 개, 여섯 개, 여덟 개 또는 열두 개의 검출기 요소가, 특히, 환자의 실제 치료에 대해 선호될 수도 있는데, 그 이유는, 이 구성이 검증 유닛의 감도, 따라서, 환자의 신체 부위 내에서의 입자 범위의 결정을 위한 공간 분해능을 증가시키는 것을 허용할 수도 있기 때문이다.
게다가, 검증 유닛은 시준기 유닛을 더 포함할 수도 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "시준기 유닛(collimator unit)"은, 즉발 감마 방사선을, 환자의 신체 부위와의 입자의 상호 작용에 의해 생성된 이후에 그러나 적어도 하나의 검출기 요소에 진입하기 이전에 시준 및 성형하도록 지정되는 장치를 지칭한다. 즉발 감마 방사선을 대응하는 검출기 요소에서의 그 검출 이전에 시준하는 것은, 유리하게는, 환자의 신체 부위 내에서의 즉발 감마 방사선의 검출의 공간 분해능의 목적하는 증가로 귀결될 수도 있다. 그러나, 시준기 유닛이 없는 검증 유닛이 또한 고려 가능할 수도 있다.
또한, 검증 유닛은 평가 디바이스를 더 포함할 수도 있다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "평가 디바이스"는, 적어도 하나의 검출기 요소에 의해 획득된 그리고, 구체적으로는, 적어도 하나의 검출기 요소에 의해 평가 디바이스로 제공되고 있는 측정 가능한 신호에 기초하는 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정하도록 지정되는 장치를 지칭한다. 이 목적을 위해, 적어도 하나의 검출기 요소와 평가 디바이스 사이의 유선 기반의 연결, 또는 대안적으로 또는 추가적으로, 무선 연결이 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른 평가 디바이스는, 특히, 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 바와 같은 입자 범위 및 입자의 선량 전달을 검증하도록 설계될 수도 있는데, 여기서 이러한 종류의 정보는, 적어도 하나의 검출기 요소에 의해 평가 디바이스에 제공되는 측정 가능한 신호에 기초할 수도 있다. 이 목적을 위해, 평가 디바이스는, 바람직하게는, 10 ns, 더욱 바람직하게는 4 ns, 더욱 바람직하게는 1 ns 이하의 샘플링 레이트를 갖는 고속 아날로그 대 디지털 컨버터(analog-to-digital converter)를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서, 고속 아날로그 대 디지털 컨버터는, 바람직하게는, 다음의 것 중 적어도 하나로부터 선택될 수도 있다: 플래시 아날로그 대 디지털 컨버터(flash analog-to-digital converter: FADC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array: FPGA), 버사 모듈 유로카드(versa module eurocard: VME) 디지타이저, 시간 판독 보드(time readout board: TRB), 또는 오실로스코프. 그러나, 다른 타입의 고속 아날로그 대 디지털 컨버터도 또한 고려 가능할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 방법이 개시된다. 본 명세서에서, 본 발명에 따른 방법은 적어도 다음의 단계를 포함하되, 그러나, 추가적인 단계가 추가로 수행될 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 나타낸 단계는 순차적 접근법에서 수행될 수도 있되, 그러나, 후속하는 단계가, 적어도 부분적으로는, 이전 단계와 동시에 수행될 수도 있다. 대안적으로 바람직한 실시형태에서, 언급된 단계는, 특히, 본 방법을 수행하는 데 필요한 시간 및/또는 저장 공간을 최소화하기 위해, 통합 접근법에서 또는 순차적 접근법과 통합 접근법을 결합하는 혼합 접근법에서 수행될 수도 있다. 또한, 여기에 나타내지 않은 추가적인 단계가 또한 수행될 수도 있다.
특히, 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스를 제공하는 단계;
- 입자를 포함하는 빔을 전달하고 빔의 전파의 방향을 환자의 신체 부위 상으로 조정하는 단계;
- 환자의 신체 부위와의 입자를 포함하는 빔의 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트에서 환자의 신체 부위와의 입자의 상호 작용에 의해 생성되는 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정하는 단계; 및
- 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달을 검증하는 단계.
특히 바람직한 실시형태에서, 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정하는 것은 바람직하게는 다음의 것을 포함할 수도 있다
- 빔의 전파의 방향에 대해 직각인 검증 유닛에 의해 포함되는 적어도 하나의 검출기 요소를 이동시키는 것에 의해 빔의 전파의 방향을 따라 적어도 두 개의 포지션을 명시하는 단계;
- 검증 유닛에 의해 더 포함되는 지지체의 개개의 부재를 이동시키는 단계로서, 적어도 하나의 검출기 요소는 개개의 부재에 적용되고, 개개의 부재는 빔의 전파의 방향을 따르는 포지션이 포커싱 또는 디포커싱되는 방식으로 환자의 신체 부위를 향해 또는 그로부터 멀어지게 이동되고, 그에 의해, 즉발 감마 방사선의 검출을 위한 공간 분해능이 설정되는, 지지체의 개개의 부재를 이동시키는 단계; 및
- 적어도 하나의 검출기 요소와의 즉발 감마 방사선의 상호 작용에 의해 생성되는 신호를 검출하는 단계.
이 특히 바람직한 실시형태에서, 즉발 감마 방사선에 대한 정보를 결정하는 것은, 바람직하게는, 다음의 것을 더 포함할 수도 있다
- 입자와 환자의 신체 부위 사이의 다수의 각진 단면을 결정하는 단계로서, 각각의 각진 단면은 30° 내지 150°의 상이한 방출 각도에 대해 결정되는, 다수의 각진 단면을 결정하는 것; 및
- 각각의 상호 작용 포인트에 대한 환자의 신체 부위와의 입자의 상호 작용에 의해 생성되는 즉발 감마 방사선의 그리고 빔의 에너지를 평가하는 것.
이 특히 바람직한 실시형태에서, 각각의 상호 작용 포인트에 대한 즉발 감마 방사선의 그리고 빔의 에너지의 평가는, 특히, 다음의 것을 포함할 수도 있다
- 환자의 신체 부위 내의 상호 작용 포인트와 적어도 하나의 검출기 요소 사이의 검출 라인을 재구성하는 것;
- 검출 라인을 빔의 전파의 방향과 교차시키고, 그에 의해, 상호 작용 포인트를 검출하는 것; 및
- 각진 단면 및 에너지에 대한 다수의 상호 작용 포인트를 결정하는 것으로서, 그에 의해, 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달이 검증되는, 다수의 상호 작용 포인트를 결정하는 것.
나타낸 방법 단계 외에도, 추가적인 방법 단계, 특히 다음의 하위 단계를 포함할 수도 있는 "치료를 계획하는" 단계가 또한 수행될 수도 있다:
- 빔의 전파의 방향을 정의하는 것;
- 선량을 받는 것에 의해 치료될 적어도 하나의 신체 부위를 정의하는 것;
- 선량을 받지 않는 것에 의해 보존될 적어도 하나의 추가적인 신체 부위를 정의하는 것; 및
- 치료될 적어도 하나의 신체 부위 내의 적어도 하나의 영역으로 전달될 다수의 입자 및 빔의 적어도 하나의 에너지를 정의하는 것.
이 바람직한 실시형태에서, 빔에 의한 환자의 신체 부위로의 입자의 전달은, 다음의 추가적인 하위 단계에 따라 치료 계획과 측정 사이에서 에러가 발견될 수도 있는 경우, 보정될 수 있다:
- 본 발명에 따른 방법 및 디바이스를 사용한 치료 동안 획득되는 데이터와 치료 계획 사이의 범위 차이 및 선량 차이를 측정하는 하위 단계;
- 적어도 하나의 차이가, 임의의 추가적인 액션이 취해져야 하도록 너무 클 수도 있는 편차를 초래할 수도 있는지의 여부를 결정하는 하위 단계;
- 편차가 너무 큰 경우, 본 발명에 따른 방법 및 디바이스에 의해 획득되는 정보를 또한 사용하여 새로운 치료 계획을 확립하는 하위 단계; 및
- 위에서 나타낸 "입자를 포함하는 빔을 전달하고 빔의 전파의 방향을 환자의 신체 부위 상으로 조정하는" 단계를 업데이트하는 하위 단계.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 소정의 에너지를 갖는 즉발 감마 수율을 결정하기 위한 모델이 모든 빔 에너지 및 방출 각도에 대해 확립될 수도 있는데, 여기서 그 모델은, 바람직하게는, 입자와 환자의 신체 부위 사이의 각진 단면, 검출기 요소의 속성, 빔, 환자 및 검증 유닛 사이의 상대적 포지션, 및, 옵션 사항으로, 치료 계획을 포함할 수도 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 방법에 관련된다. 이 방법은, 특히, 디바이스의 시운전 동안 또는 매주, 2주 또는 1 개월과 같은 정기적인 품질 평가 내에서 빈번하게 수행될 수도 있다. 이 방법은 다음의 단계를 포함할 수도 있다:
- 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스를 제공하는 단계;
- 입자를 포함하는 빔을 전달하고 빔의 전파의 방향을 대리 모형(surrogate phantom)의 신체 부위 상으로 조정하는 단계;
- 환자 내부의 소정의 깊이에서의 빔의 에너지를 계산하고 즉발 감마 방사선의 에너지 및 수율을 측정하는 단계;
- 모든 빔 에너지, 방출 각도 및 소정의 에너지를 갖는 즉발 감마 수율에 대한 다수의 각진 단면을 결정하는 단계;
- 옵션 사항으로, 대리 모형 내의 소정의 깊이에서의 빔의 에너지 및 즉발 감마 방사선의 에너지를 결합하는 단계;
- 모든 빔 에너지 및 방출 각도에 대해 소정의 에너지를 갖는 즉발 감마 수율을 결정하기 위한 모델을 확립하는 단계;
- 각진 단면 및 에너지에 대한 다수의 상호 작용 포인트를 결정하는 단계로서, 그에 의해, 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달이 검증되는, 다수의 상호 작용 포인트를 결정하는 단계;
- 모델의 예측치를, 즉발 감마 방사선의 측정으로부터 획득되는 결과와 비교하는 단계; 및
- 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달을 검증하는 단계.
방법에 관한 추가적인 세부 사항에 대해서는, 이 문서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 본 발명에 따른 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스에 대한 참조가 이루어질 수도 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은, 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 방법을 수행하기 위한 실행 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관련된다. 컴퓨터 프로그램 제품에 대한 추가적인 세부 사항에 대해서는, 이 문서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 본 발명에 따른 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 방법 및 디바이스에 대한 참조가 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 디바이스 및 방법은 공지된 디바이스 및 방법에 비해 상당한 이점을 제공한다. 특히, 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법은, 빔에 의해 환자의 신체 부위로 제공되는 입자의 범위 및 선량 전달을 검증하기 위한 브래그 피크를 결정하기 위한 더 높은 분해능을 가지고 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링할 수 있다. 특히, 디바이스 및 방법은, 유익하게도, 범위 및 선량 전달을 검증할 때 빔 방향에서 브래그 피크 이후 발생하는 즉발 감마 방사선 및 단편의 비등방성 부분을 고려하는 데 사용될 수 있다. 게다가, 그것은 조사된 타깃의 원소 조성을 결정하는 데 사용될 수 있다. 게다가, 그것은 빔 경로 내에서 고임피던스 재료를 추적하는 데 사용될 수 있다. 게다가, 그것은 치료 이전 품질 보증 및 계획 검증에 대해 사용될 수 있다.
본 발명은 특히, 휴대용 프레임이,
Figure pct00010
등(상기 참조)에 의해 제안되는 바와 유사한 양식으로, 방사선 요법 방사선 소스 및 환자 쪽으로 그리고 그로부터 이동될 수 있는, 환자 주위를 회전하는 커플링되고 이동 가능한 광자 이미징 디바이스를 개시하는 US 2006/0113482 A1와 대조적이다. 본 발명에 따르면, 빔의 범위는, 빔 방향을 따르는 다양한 더 가까운 또는 또 다른 상호 작용 포인트에서 즉발 감마 방사선을 측정하는 것에 의해 실시간 양식으로 제어될 수 있다. 따라서, 수반되는 기하학적 문제는 상이하며 각각의 목적을 위해 사용되는 변수도 역시 상이하다. 그들의 반응의 라인(line-of-response)이 등방성이고 기관에서의 양전자 소멸로부터 유래하는 신호는 그 기관의 흡수에 의존하지만, 본 발명에 따른 반응의 라인은 빔에 의해 실제로 교차되고 있는 환자의 신체 부위로부터의 방출에 관련된다. US 2006/0113482 A1이 환자의 치료를 적응시키기 위해 해부학적, 형태학적 및/또는 기능적 관점에서 환자를 추적하거나 또는 이미지화하려고 시도하는 반면, 빔의 추적 및/또는 이미지화는, 환자의 신체 부위 내에서의 빔 위치 결정을 적응시키기 위해, 본 발명에 따라 수행된다.
본 발명은 브래그 피크 대신 광자 이동 시프트(photon travel shift)의 결정을 개시하는 EP 2 950 119 A1과 더욱 특히 대조적이다. 이 광자 이동 시프트는 제1 시간 폭과 제2 시간 폭 사이의 차이와 동일한 시간 간격에서 광자에 의해 이동되는 거리로서 정의된다. 그에 의해, 제1 및 제2 시간 폭은, 개개의 상호 작용 포인트 대신, 확장된 특수 간격을 스캐닝하는 두 검출기로부터의 타이밍 프로파일을 통해 획득된다. 그 다음, 광자 이동 시프트로부터 획득되는 정보는, 타깃에서의 침투 깊이를 계산하기 위해 사용되지만, 그러나, 또 다른 파라미터에 의존하는 전달 선량을 계산하기 위해서는 사용되지 않는다.
본 발명은, 검출기 배열 및 움직임에서 대칭성이 없는 것을 각각 개시하는 WO 2012/152938 A2와 더욱 특히 대조적이다. 슬릿 카메라 디바이스를 사용하여 그 안에서 제안되는 바와 같은 개념은, 상호 작용 포인트의 비대칭 검출에 오히려 의존한다. 검출기는 추가적으로 상대적으로 얇으며 즉발 감마 방사선의 전체 에너지를 흡수할 수 없고, 그 결과, 공간 분해능을 증가시키기 위해서는 복수의 검출기가 필요로 된다. 슬릿 카메라는 동일한 기저의 개념을 따르는 WO 2012/104416 A1에서 더욱 엄밀하게 설명되어 있다. 또한 JP 2010 032451 A 및 Richter 등은, 검출기 셋업에 관한 대응하는 공간 대칭성을 개시하지 않는다. 그들은, 추가로 또한, 즉발 감마 분포로부터 전달 선량을 검색하기 위한 방법을 개시하지 않는다. 이러한 맥락에서, Richter 등은 CT 기반의 선량 재구성만을 개시한다.
본 발명의 추가적인 옵션 사항의 세부 사항 및 피처는, 바람직하게는, 종속 청구항과 조합하여, 바람직한 실시형태의 후속하는 설명으로부터 유도될 수도 있다. 거기에서, 각각의 피처는 분리된 방식으로 또는 임의의 조합으로 실현될 수도 있다. 본 발명은 바람직한 실시형태로 제한되지는 않는다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 요소 또는 동일한 또는 유사한 기능을 갖는 요소 또는 그들의 기능성과 관련하여 서로 대응하는 요소를 지칭한다.
도 1은, 본 발명에 따른 입자 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스의 바람직한 실시형태를 상면도에서 예시하는데, 여기서 디바이스는 측면 배열의 빔 전달 유닛 및 두 개의 개개의 검출기 요소를 구비하는 검증 유닛을 포함한다;
도 2는 입자 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스의 또 다른 바람직한 실시형태를 사시도에서 예시하는데, 여기서 디바이스는 측면 배열의 빔 전달 유닛 및 여덟 개의 개개의 검출기 요소를 구비하는 검증 유닛을 포함한다;
도 3은 입자 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스의 또 다른 바람직한 실시형태를 사시도에서 예시하는데, 여기서 디바이스는 상부 배열의 빔 전달 유닛 및 두 개의 개개의 검출기 요소를 구비하는 검증 유닛을 포함한다; 그리고
도 4a 및 도 4b는 도 3의 입자를 포함하는 빔을 사용한 환자의 신체 부위의 치료를 모니터링하기 위한 방법의 바람직한 실시형태를 측면도에서 추가로 예시하는데, 여기서 검출기 요소는 두 개의 개개의 상호 작용 포인트 사이의 거리를 조정하기 위해 도 4a와 도 4b 사이에서 이동되고, 그에 의해, 즉발 감마 방사선 검출을 위한 공간 분해능이 설정된다.
도 1은, 본 발명에 따른 입자(118)를 포함하는 빔(116)을 사용한 환자(114)의 신체 부위(112)의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스(110)의 바람직한 실시형태를 상면도에서 예시한다. 이미 위에서 나타낸 바와 같이, 바람직하게는, 본 발명의 맥락에서 사용되는 입자(118)는, 중성자(0n), 양성자(1p)로부터, 또는 헬륨(4He), 탄소(12C) 또는 산소(16O)의 이온으로부터 선택되는 하드론이며, 특히, 이들 입자(118)는 효능 및 효과의 관점에서 높은 임상적 잠재력을 나타낸다. 그러나, 다른 종류의 입자(118)가 본 발명의 디바이스(110)에 의해 여전히 사용될 수 있다.
도 1에서 개략적으로 묘사되는 바와 같이, 디바이스(110)는, 여기에서 조정 가능한 전달 노즐(122)의 형태로 제공되는 빔 전달 유닛(120)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 빔 전달 유닛(120)은 입자(118)를 포함하는 입사 빔(116)을 전달하는 것, 및, 동시에, 빔(116)에 의해 포함되는 입자(118)가, 구상된 치료를 수행하기 위해 입자(118)에 대한 타깃 볼륨으로서 선택된 환자(114)의 목적하는 신체 부위(112)에 실제로 충돌할 수도 있는 양식으로, 빔(116)의 전파의 방향(124)을 조정하는 것 둘 모두를 하도록 설계된다. 그 결과로서, 빔 전달 유닛(120), 특히 조정 가능한 전달 노즐(122)은, 특히, 신체 부위(112)의 단면 형상 및 신체 부위(112)의 원위 표면의 형상 둘 모두와 관련하여, 조사될 신체 부위(112)의 부피 측정법에 빔(116)이 가능한 한에서 부합할 수도 있는 방식으로, 입사 빔(116)을 성형할 수도 있다. 이를 위해, 빔 전달 유닛(120)는 스캐닝 자석(scanning magnet), 범위 변조기, 디그레이더, 시준기, 또는 보상기(여기서는 묘사되지 않음) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 그러나, 빔 전달 유닛(120)에 대한 다른 종류의 배열체도 또한 고려 가능할 수도 있다.
이와 관련하여, 도 1은, 환자(114)의 조사된 신체 부위(112)를 통과하는 빔(116)의 이동 거리와 관련한 입사 빔(116)의 에너지 손실의 그래픽 표현을 나타내는 소위 브래그 곡선(126)을 추가로 개략적으로 예시한다. 하드론 입자(118)를 포함하는 빔(116)은, 브래그 피크(128)로서 또한 나타낸 브래그 곡선(126)에서의 피크가 하드론 입자(118)가 정지하기 직전에 발생하는 유리한 효과를 나타낸다. 따라서, 건강한 기관이 방사선을 받는 것을 방지하기 위해, 브래그 피크(128)는 환자(114)의 조사된 신체 부위(112) 내의 위치를 취하는 것이 바람직하다.
이 문제를 해결하기 위해, 디바이스(110)는, 빔(116)에 의해 환자(116)의 조사된 신체 부위(112)로 제공되는 바와 같은 입자(118)의 범위 및 선량 전달을 검증하도록 지정되는 검증 유닛(130)을 포함한다. 도 1a의 바람직한 실시형태에서, 검증 유닛(130)은, 서로에 대해 이격되며, 따라서, 정보를, 바람직하게는, 동시적인 방식으로 결정할 수 있는 두 개의 개개의 검출기 요소(132)를 포함한다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 정보를 연속적으로 결정하는 것도 또한 실현 가능할 수도 있다. 본 명세서에서, 각각의 검출기 요소(132)는, 화살표(138)로 표시된 바와 같이 환자(114)의 신체 부위(112)를 향해 또는 그로부터 멀어지게 이동 가능한 개개의 부재(136)를 갖는 지지체(134)에 부착되는데, 여기서는, 각각의 검출기 요소(132)와 환자(114)의 신체 부위(112) 사이에서 동일한 거리가 유지된다. 도 4a 및 도 4b의 맥락에서 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 개개의 부재(136)는, 따라서, 개개의 검출기 요소(132)에 대한 공간 분해능을 설정하기 위해, 환자의 신체 부위를 향해 또는 그로부터 멀어지게 이동될 수 있다. 여기서, 지지체(134) 및 대응하는 개개의 부재(136)는, 검출기 요소(132)를 부착하는 것 및 검출기 요소(132)를, 나타낸 양식으로, 환자(114)의 신체 부위(112)를 향해 또는 그로부터 멀어지게 이동시키는 것이 가능한 한, 예시되는 바와 같이 또는 다양한 종류의 상이한 배열 또는 구성으로 제공될 수도 있다는 것이 나타내어진다.
환자(116)의 신체 부위(112)를 조사하는 입자(118)의 범위 및 선량 전달을 검증하는 목적을 위해, 검증 유닛(130)은 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정하도록 적응되는데, 여기서 즉발 감마 방사선(140)은 환자(114)의 조사된 신체 부위(112)와의 입사 빔(116)에 의해 제공되는 바와 같은 입자(118)의 상호 작용에 의해 생성된다. 이미 상기에서 설명되는 바와 같이, 즉발 감마 방사선(140)은, 환자(114)의 신체 부위(112) 내부에서 흡수되는 입사 빔(116)의 에너지에 의해 제공되고 있는 입자(118)의 경로와 상관하여 핵 반응에 의해 유도되는 2차 방사선 방출을 지칭한다. 따라서, 이러한 양식으로 생성되는 즉발 감마 방사선(140)은, 임상 조건 하에서 환자(114)의 신체 부위(112) 내에서의 입자 범위 및 환자(114)의 신체 부위(112)로의 선량 전달의 검증을 위한, 바람직하게는 실시간 검증을 위한 적절한 도구를 구성하고, 따라서, 치료 계획의 불확실성의 감소를 허용한다.
결과적으로, 검증 유닛(130)에 의해 포함되는 바와 같은 각각의 검출기 요소(132)는, 환자(114)의 조사된 신체 부위(112)와의 입자(118)의 상호 작용에 의해 생성되고 있는 즉발 감마 방사선(140)을 결정하도록 지정된다. 이 목적을 위해, 검출기 요소(132)는 입사 즉발 감마 방사선(140)으로부터 측정 가능한 신호를 생성하도록 설계되는데, 여기서 측정 가능한 신호는, 바람직하게는, 전기 신호, 특히 전압 또는 전류로부터 선택될 수도 있다. 특히, 검출기 요소(132)는, 따라서, 다음의 것 중 적어도 하나로부터 선택될 수도 있다: 광전자 증배관(PMT), 솔리드 스테이트 단일 광자 감응 디바이스(실리콘 광전자 증배 소자: SiPM), 전하 결합 소자(CCD), 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS), 또는 양자 이미지 센서(QIS) 칩.
그러나, 다른 종류의 검출기 요소도 또한 실현 가능할 수도 있다. 검증 유닛(130)이, 도 1 내지 도 4b에서 예시되는 바와 같이, 적어도 두 개의 개개의 검출기 요소(132)를 포함할 수도 있는 경우, 개개의 검출기 요소(132) 사이의 측정된 신호의 비교 가능성을 증가시키기 위해, 개개의 검출기 요소(132)는 동일한 타입 및 종류를 갖는 것이 특히 바람직하다.
도 1에서 추가로 예시되는 바와 같이, 검증 유닛(130)은, 바람직하게는, 즉발 감마 방사선(140)을, 환자(112)의 신체 부위(112)와의 입자(118)의 상호 작용에 의해 생성된 이후에 그러나 대응하는 검출기 요소(132)에 진입하기 이전에 시준 및 성형하도록 지정되는 시준기 유닛(142)을 포함할 수도 있다. 대응하는 검출기(132) 요소에서의 검출 이전에 즉발 감마 방사선(140)을 시준하기 위해 예시된 시준기 유닛(142)을 사용하는 것은, 유리하게도, 환자(114)의 신체 부위(112) 내에서의 즉발 감마 방사선(140)의 검출의 공간 분해능의 목적하는 증가를 초래할 수도 있다. 그러나, 검증 유닛(140)이 시준기 유닛(142) 없이 제공될 수도 있다는 것이 또한 고려 가능할 수도 있다.
또한, 검증 유닛(140)은, 특히 검출기 요소(132)에 의해 평가 디바이스(144)로 제공되는 바와 같은 측정 가능한 신호를 평가하는 것에 의해, 검출기 요소(132)에 의해 획득되는 바와 같은 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정하도록 지정되는 평가 디바이스(144)를 더 포함할 수도 있다. 정보의 교환을 위해, 검출기 요소(132)와 평가 디바이스(144) 사이에서, 도 1에서 개략적으로 묘사되는 바와 같은 유선 기반의 연결(145), 또는, 대안적으로 또는 추가적으로, 무선 연결(여기서는 묘사되지 않음)이 제공될 수도 있다. 평가 디바이스(144)는, 특히, 빔(116)에 의해 환자(114)의 신체 부위(112)로 제공되는 입자(118)의 입자 범위 및 선량 전달을 검증하도록 설계될 수도 있다. 이 목적을 위해, 평가 디바이스(144)는, 바람직하게는, 10 ns, 더욱 바람직하게는 4 ns, 더욱 바람직하게는 1 ns 이하의 샘플링 레이트를 갖는 고속 아날로그 대 디지털 컨버터를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서, 고속 아날로그 대 디지털 컨버터는, 바람직하게는, 다음의 것 중 적어도 하나로부터 선택될 수도 있다: 플래시 아날로그 대 디지털 컨버터(FADC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 버사 모듈 유로카드(VME) 디지타이저, 시간 판독 보드(TRB), 또는 오실로스코프. 그러나, 다른 타입의 고속 아날로그 대 디지털 컨버터도 또한 고려 가능할 수도 있다.
게다가, 평가 디바이스(144)는, 바람직하게는, 디바이스(110) 외부에 위치될 수도 있는 모니터(146) 및 키보드(148)에 연결될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 프로세싱 디바이스(여기서는 묘사되지 않음)는 또한, 유선 접속 또는 무선 양식으로, 평가 디바이스(144)에 연결될 수도 있는데, 여기서 프로세싱 디바이스는, 예컨대 마스터-슬레이브 관계에서, 평가 디바이스(144)를 제어하도록 설계될 수도 있다. 그러나, 또 다른 종류의 프로세싱 디바이스도 또한 실현 가능할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 검증 유닛(130)의 대칭축(149)은 빔(116)의 전파의 방향(124)과 관련하여 직각의 방식으로 위치되고, 그 결과, 검증 유닛(130)이, 빔(116)의 전파의 방향(124)에 대해 직각인 방위에서 즉발 감마 방사선(140)에 대한 목적하는 정보를 결정하는 방식으로, 위치되는 검증 유닛(130)의 배열체로 귀결된다. 따라서, 검증 유닛(130)에 의해 결정되는 즉발 감마 방사선(140)에 관한 정보는, 빔(116)의 전파의 방향(124)에 대해 직각인 성분만을 포함한다. 이 목적을 위해, 검증 유닛(130)은 빔(116)의 전파의 방향(124)에 대해 직각인 이동을 위해 지정되고, 따라서, 환자(114)의 신체 부위(112)에 충돌하는 입자(118)의 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)에서 검증 유닛(130)이 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정하는 것을 허용한다. 추가적인 세부 사항에 대해서는, 하기의 도 4a 및 도 4b의 설명에 대한 참조가 이루어질 수도 있다.
도 1에서 예시되는 바와 같이, 빔(116)의 전파의 방향(124)에 대한 검증 유닛(130)의 대칭축(149)의 직각 배열은, 회전 갠트리(152) 및 환자 위치 결정 플랫폼(154)의 상대적 배열에 의해 제공되는데, 이들 둘 모두는 디바이스(110)에 의해 더 포함될 수도 있다. 도 1에서 개략적으로 묘사되는 바와 같이, 환자 위치 결정 플랫폼(154)은, 환자(114)를 수용하도록, 치료를 받기 위해 지정되는 적절한 포지션으로 환자(114)를 이동시키도록, 그리고 치료의 지속 기간 동안 이 포지션에서 환자(114)를 유지하도록 지정되는 수용부를 포함한다. 이 목적을 위해, 바람직하게는, 이동 또는 회전의 여섯 개의 방향과 관련하여 환자(114)를 정확하게 위치 결정하기 위해 로봇 기구가 활용될 수도 있다.
게다가, 회전 갠트리(152)는 환자 위치 결정 플랫폼(154)을 수용하도록 그리고 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여, 연속적인 방식으로 또는 임의의 또는 사전 정의된 단계에서, 바람직하게는 360°의 전체 원에 걸쳐 회전하도록 적응되고, 그에 의해, 빔(116)은 임의의 목적하는 각도에서, 특히 치료 계획에 의해 명시될 수도 있는 각도에서, 환자(114)의 신체 부위(112)로 전달된다. 이 실시형태에 따르면, 회전 갠트리(152) 및/또는 환자 위치 결정 플랫폼(154)은, 환자(114)와 관련한 빔(116)의 전파의 방향(124)을, 목적하는 방식으로, 조정하기 위해 이동될 수 있다. 그에 의해, 회전 갠트리(152)와 환자 위치 결정 플랫폼(154) 사이의 거리 및/또는 상대적 방위는 디바이스(110)의 단일의 부분을 이동시키는 것에 의해 수정될 수 있다.
디바이스(110)의 이 바람직한 실시형태에 따르면, 회전 갠트리(152)는 이동 가능한 측벽(156) 및 이동 가능한 전면 벽(158)을 포함할 수도 있는데, 여기서 전면 벽(158)은 측벽(156)과 관련하여 직각 양식으로 배치될 수도 있다. 도 1에서 개략적으로 묘사되는 바와 같이, 빔 전달 유닛(120)은 측벽(156)에 커플링될 수도 있고 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 상이한 포지션으로 측벽(156)과 함께 이동 가능할 수도 있고, 반면, 검증 유닛(130)은 전면 벽(158)에 커플링될 수도 있고 빔 전달 유닛(120)과 동기화된 방식으로 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 상이한 포지션으로 전면 벽(158)과 함께 이동 가능할 수도 있다. 전면 벽(158)이, 바람직하게는, 측벽(156)과 관련하여 직각 방위를 취할 수도 있기 때문에, 빔(116)의 전파의 방향(124)에 대한 검증 유닛(130)의 대칭축(149)의 직각 배열은 환자(114)의 치료 동안 특히 쉬운 양식으로 유지될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시형태(여기서는 묘사되지 않음)에서, 빔 전달 유닛(120) 및 검증 유닛(130) 둘 모두는 측벽(156)에 커플링될 수도 있고 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 상이한 포지션으로 측벽(156)과 함께 동기화된 방식으로 이동 가능할 수도 있고, 그에 의해, 측벽(156)만이 이동될 수도 있고, 한편, 디바이스의 다른 부분, 예컨대, 전면 벽(158) 또는 환자 위치 결정 플랫폼(154)은 제자리에서 유지될 수도 있지만, 치료 동안 빔(116)의 전파의 방향(124)에 대해 검증 유닛(130)의 대칭축(149)의 직각 배열을 유지할 수도 있다.
본 발명의 추가적인 실시형태(여기서는 묘사되지 않음)에서, 빔 전달 유닛(120)은 환자 위치 결정 플랫폼(154)에 의해 정의되고 있는 평면과 관련하여 수직 방위 또는 거의 수직 방위에서 제공될 수도 있는데, 여기서, 거의 수직 방위는 수직 방위로부터 ±15°의, 바람직하게는 ±5°의 편차를 지칭하고, 한편 검증 유닛(130)은, 바람직하게는, 45°의 각도에서, 환자 위치 결정 플랫폼(154)의 움직임과의 간섭을 방지하기 위해, 직각 방위에서 제공될 수도 있다. 대안으로서, 검증 유닛(130)은 환자 위치 결정 플랫폼(154)과의 충돌을 방지하기 위해 환자 위치 결정 플랫폼(154) 주위에서 목적하는 포지션으로 이동 가능할 수도 있다.
도 2는, 검증 유닛이 여덟 개의 개개의 검출기 요소(132)를 포함하는 본 발명에 따른 디바이스(110)의 또 다른 바람직한 실시형태를 예시한다. 본 명세서에서, 검증 유닛(150)의 대칭축(149)은 빔(116)의 전파의 방향(124)에 직교하지만, 그러나, 검출기 요소(132)는 대략 ±140°까지 회전할 수도 있다. 개략적으로 묘사되는 바와 같이, 검출기 요소(132) 중 네 개는, 그들이 환자(114)의 신체 부위(112)를 향해 또는 그로부터 멀어지게 공동으로 이동될 수 있는 방식으로 개개의 지지체(134)에 적용된다. 그러나, 더 많은 수의 개개의 검출기 요소(132) 또는 개개의 검출기 요소(132)의 상이한 배열이 또한 실현 가능할 수도 있다. 따라서, 빔(116)에 의해 제공되는 바와 같은 입자(118)를 사용한 환자(114)의 신체 부위(112)의 치료는, 바람직하게는, 두 개 이상의 상이한 상호 작용 포인트에서 모니터링될 수도 있고, 그에 의해, 브래그 피크(138) 내의 입자 범위의 검증의 정확도가 최신 기술에 따른 공지된 디바이스와 비교하여 증가될 수 있다.
도 2에서 예시되는 바와 같은 추가적인 피처의 상세한 설명을 위해, 상기의 도 1의 설명에 대한 참조가 이루어질 수도 있다.
도 3은, 빔 전달 유닛(120)이 환자 위치 결정 플랫폼(154)에 의해 정의되고 있는 평면과 관련하여 수평 방위 또는 거의 수평 배향에서 제공될 수도 있는 본 발명에 따른 디바이스(110)의 또 다른 바람직한 실시형태를 예시한다. 도 3에서 개략적으로 묘사되는 바와 같이, 조정 가능한 전달 노즐(122)의 형태로 여기에서 다시 제공되는 빔 전달 유닛(120)은, 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 직각 방위에서 빔(116)을 전달하도록 설계된다. 그러나, 빔 전달 유닛(120)은, 대안적으로, 45±45°의 각도에서 빔을 전달하도록 설계될 수도 있다. 결과적으로, 검증 유닛(130)은, 빔 전달 유닛(120)의 이동에 상관 없이, 빔(116)의 전파의 방향(124)과 관련하여 직각 방위를 항상 유지할 수 있다.
도 3에서 예시되는 바와 같은 추가적인 피처의 상세한 설명을 위해, 상기의 도 1의 설명에 대한 참조가 이루어질 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는, 검출기 요소(132)가 환자(114)의 신체 부위(112)으로부터 떨어져 있는 지지체(134)의 개개의 부재(136)를 사용하는 것에 의해 도 4a와 도 4b 사이에서 이동되는 도 3에 따른 바람직한 실시형태를 측면도에서 추가적으로 예시한다. 이러한 양식으로, 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150) 사이의 거리(160)가 조정될 수 있고, 그에 의해, 즉발 감마 방사선(140)의 검출을 위한 공간 분해능을 설정할 수 있다. 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정하기 위한 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)를 사용하는 것의 결과로서, 디바이스(110)는 환자(114)의 신체 부위(112) 내에서의 입자 범위에 대한 절대값을 결정하도록 설계된다. 입자 범위에 대한 절대값을 결정하는 것의 결과로서, 환자(114)의 신체 부위(112) 내에서의 거리가 높은 공간 분해능을 가지고 결정될 수 있고, 그에 의해, 입사 빔(116)의 입자(118)에 의한 신체 부위(112)의 치료의 제한을, 목적하는 입자 범위까지, 특히 암에 의해 도입되는 종양 변형을 포함하는 종양 조직까지 허용한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 검증 유닛(130)은 단일의 검출기 요소(132)만을 포함할 수도 있는데, 여기서, 그러나, 그럼에도 불구하고, 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)에서 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정할 수 있기 위해, 단일의 검출기 요소(132)는, 바람직하게는, 환자(114)의 신체 부위(112)와 관련하여 검증 유닛(130) 내의 적어도 두 개의 상이한 포지션에 배치되도록 지정될 수도 있다. 적어도 두 개의 상이한 포지션에서의 배치 사이의 이동 동안, 단일의 검출기 요소(132)와 신체 부위(112) 사이의 거리는 각각의 포지션에 대해 유지될 수도 있다. 이 실시형태에서, 단일의 검출기 요소(132)는, 따라서, 빔(116)의 전파의 방향(124)에 대해 직각인 신체 부위(112)를 향해 또는 그로부터 멀어지게 단일의 검출기 요소(132)를 이동시키는 제2 시간 스케일과 비교하여 더 빠른 제1 시간 스케일에서 적어도 두 개의 상이한 포지션 사이에서 이동될 수도 있고, 그에 의해, 개개의 상호 작용 포인트 사이의 거리는 상기에서 설명되는 바와 같이 조정될 수 있다. 결과적으로, 도 1, 도 3, 도 4a 및 도 4b는, 두 개의 상이한 포지션에서 단일의 검출기 요소(132)를 동시에 나타낼 때 이 실시형태를 예시하는 것으로서 간주될 수 있다.
단일의 검출기 요소(132)를 사용하는 것이, 특히 그 단순성에 기인하여, 디바이스의 품질 보증의 목적에 유리할 수도 있는 반면, 적어도 두 개, 바람직하게는 네 개, 여섯 개, 여덟 개 또는 열두 개의 검출기 요소(132)가 환자(114)의 실제 치료에 대해 선호될 수도 있는데, 그 이유는, 적어도 두 개의 개개의 검출기 요소(132)가 환자(114)의 신체 부위(112) 내에서의 입자 범위의 결정의 감도, 및, 따라서, 공간적 분해능을 증가시키는 것을 허용할 수도 있기 때문이다.
110 디바이스
112 신체
114 환자
116 빔
118 입자
120 빔 전달 유닛
122 조정 가능한 전달 노즐
124 전파의 방향
126 브래그 곡선
128 브래그 피크
130 검증 유닛
132 검출기 요소
134 지지체
136 개개의 부재
138 화살표
140 즉발 감마 방사선
142 시준기 유닛
144 평가 디바이스
145 유선 기반의 연결
146 모니터
148 키보드
149 대칭축
150 상호 작용 포인트
152 회전 갠트리
154 환자 위치 결정 플랫폼
156 측벽
158 전면 벽
160 거리

Claims (15)

  1. 입자(118)를 포함하는 빔(116)을 사용한 환자(114)의 신체 부위(112)의 치료를 모니터링하기 위한 디바이스(110)로서,
    - 입자(118)를 포함하는 빔(116)을 전달하고 상기 빔(116)의 전파의 방향(124)을 환자(114)의 신체 부위(112) 상으로 조정하도록 지정되는 빔 전달 유닛(120); 및
    - 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)에서 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)와의 상기 입자(118)의 상호 작용에 의해 생성되는 즉발 감마 방사선(prompt-gamma radiation)(140)에 대한 정보를 결정하는 것에 의해 상기 빔(116)에 의해 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)로 제공되는 상기 입자(118)의 범위 및 선량 전달(dose delivery)을 검증하도록 지정되는 검증 유닛(130)
    을 포함하되, 상기 검증 유닛(130)은, 상기 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)에 대해 대칭이고 상기 빔(116)의 상기 전파의 상기 방향(124)과 관련하여 직각으로 위치되는 대칭축(149)을 포함하고, 상기 대칭축(149)은, 상기 대칭축(149)에 의해 생성되고 있는 상기 검증 유닛(130)의 두 개의 절반이 서로에 대해 동일한 상기 검증 유닛(130)의 배열 및 셋업에 관련되는, 디바이스(110).
  2. 제1항에 있어서, 단일의 회전 갠트리(rotational gantry)(152) 및 환자 위치 결정 플랫폼(154)을 더 포함하되, 상기 환자 위치 결정 플랫폼(154)은 상기 환자(114)를 수용하도록 지정되고, 상기 갠트리(152) 및 상기 환자 위치 결정 플랫폼(154) 중 적어도 하나는 다른 것에 대해 이동 가능하며, 상기 갠트리(152)는 이동 가능한 측벽(156) 및 이동 가능한 전면 벽(158)을 포함하고, 상기 전면 벽(158)은 상기 측벽(156)에 대해 직각으로 배치되고, 상기 빔(116)의 상기 전파의 상기 방향(124)은 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)와 관련하여 상이한 포지션으로 조정 가능한, 디바이스(110).
  3. 제2항에 있어서, 상기 빔 전달 유닛(120) 및 상기 검증 유닛(130) 둘 모두는 상기 측벽(156)에 커플링되고 상기 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 상이한 포지션으로 상기 측벽과 함께 동기화된 방식으로 이동 가능한, 디바이스(110).
  4. 제2항에 있어서, 상기 빔 전달 유닛(120)은 상기 측벽(156)에 커플링되고 상기 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 상이한 포지션으로 상기 측벽)과 함께 이동 가능하며, 상기 검증 유닛(130)은 상기 전면 벽(158)에 커플링되고 상기 빔 전달 유닛(120)과 동기화된 방식으로 상기 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 상이한 포지션으로 상기 전면 벽과 함께 이동 가능한, 디바이스(110).
  5. 제2항에 있어서, 상기 빔 전달 유닛(120)은 상기 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 고정된 포지션에서 제공되고, 상기 빔 전달 유닛(120)은 상기 환자 위치 결정 플랫폼(154)과 관련하여 임의의 방위에서 상기 빔(116)을 전달하도록 지정되며, 상기 검증 유닛(130)은 상기 환자 위치 결정 플랫폼(114)에 의해 결정되는 평면과 관련하여 상이한 포지션으로 이동 가능한, 디바이스(110).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검증 유닛(130)은 적어도 하나의 검출기 요소(132)를 포함하되, 상기 검출기 요소(132)는, 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)와의 상기 입자(118)의 상기 상호 작용에 의해 생성되는 상기 즉발 감마 방사선(140)을 결정하도록 지정되는, 디바이스(110).
  7. 제6항에 있어서, 상기 검증 유닛(130)은 적어도 두 개의 개개의 검출기 요소(132)를 포함하되, 상기 적어도 두 개의 검출기 요소(132)는 상기 검증 유닛(130)의 상기 대칭축(149)과 관련하여 대칭적인 방식으로 서로에 대해 이격되고, 각각의 검출기 요소(132)는, 각각의 검출기 요소(132)와 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112) 사이의 거리가 각각의 검출기 요소(132)에 대해 동일한 방식으로, 상기 빔(116)의 상기 전파의 상기 방향(124)에 대해 직각인 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)를 향해 또는 그로부터 멀어지게 이동 가능하도록 지정되는, 디바이스(110).
  8. 제6항에 있어서, 상기 검증 유닛(130)은 단일의 검출기 요소(132)를 포함하되, 상기 검출기 요소(132)는, 상기 검출기 요소(132)와 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112) 사이의 거리가 각각의 상이한 포지션에 대해 유지되는 방식으로, 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)와 관련하여 상기 검증 유닛(130) 내의 적어도 두 개의 상이한 포지션에서 배치되도록 지정되는, 디바이스(110).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검증 유닛(130)은, 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)와의 상기 입자(118)의 상기 상호 작용에 의해 생성되는 상기 즉발 감마 방사선(140)을, 상기 적어도 하나의 검출기 요소(132)에 진입하기 이전에, 시준 및 성형하기 위한 시준기 유닛(142)을 더 포함하는, 디바이스(110).
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검증 유닛(130)은 평가 디바이스(144)를 더 포함하되, 상기 평가 디바이스(144)는, 상기 적어도 하나의 검출기 요소(132)에 의해 결정되는 상기 즉발 감마 방사선(140)에 대한 상기 정보에 기초하여, 상기 빔(116)에 의해 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)로 제공되는 상기 입자(118)의 상기 범위 및 상기 선량 전달을 검증하도록 지정되는, 디바이스(110).
  11. 입자(118)를 포함하는 빔(116)을 사용한 환자(112)의 신체 부위(114) 치료를 모니터링하기 위한 방법으로서,
    - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 디바이스(110)를 제공하는 단계;
    - 입자(118)를 포함하는 빔(116)을 전달하고 상기 빔(116)의 전파의 방향(124)을 환자(114)의 신체 부위(112) 상으로 조정하는 단계;
    - 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)와의 상기 입자(118)를 포함하는 상기 빔(116)의 적어도 두 개의 개개의 상호 작용 포인트(150)에서 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)와의 상기 입자(118)의 상호 작용에 의해 생성되는 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정하는 단계; 및
    - 상기 빔(116)에 의해 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)로 제공되는 상기 입자(118)의 범위 및 선량 전달을 검증하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 즉발 감마 방사선(140)에 대한 상기 정보를 결정하는 단계는,
    - 상기 빔(116)의 상기 전파의 상기 방향(124)에 대해 직각인 상기 검증 유닛(130)에 의해 포함되는 적어도 하나의 검출기 요소(132)를 이동시키는 것에 의해 상기 빔(116)의 상기 전파의 상기 방향(124)을 따라 적어도 하나의 포지션을 명시하는 단계;
    - 상기 검증 유닛(130)에 의해 더 포함되는 지지체(134)의 개개의 부재(136)를 이동시키는 단계로서, 상기 적어도 하나의 검출기 요소(132)는 상기 개개의 부재(136)에 적용되고, 상기 개개의 부재(136)는 상기 빔(116)의 상기 전파의 상기 방향(124)을 따르는 상기 포지션이 포커싱 또는 디포커싱되는 방식으로 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)를 향해 또는 그로부터 멀어지게 이동되고, 그에 의해, 상기 즉발 감마 방사선(140)의 상기 검출을 위한 공간 분해능이 설정되는, 상기 지지체의 개개의 부재를 이동시키는 단계; 및
    - 상기 적어도 하나의 검출기 요소(132)와의 상기 즉발 감마 방사선(140)의 상호 작용에 의해 생성되는 신호를 검출하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 즉발 감마 방사선(140)에 대한 정보를 결정하는 단계는,
    - 상기 입자(118)와 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112) 사이의 다수의 각진 단면(angular cross-section)을 결정하는 단계로서, 각각의 각진 단면은 30° 내지 150°의 상이한 방출 각도에 대해 결정되는, 상기 다수의 각진 단면을 결정하는 단계; 및
    - 각각의 상호 작용 포인트(150)에 대한 상기 환자(140)의 상기 신체 부위(112)와의 상기 입자(118)의 상기 상호 작용에 의해 생성되는 상기 즉발 감마 방사선(140)의 그리고 상기 빔(116)의 에너지를 평가하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 상호 작용 포인트(150)에 대한 상기 즉발 감마 방사선(140)의 그리고 상기 빔(116)의 상기 에너지를 평가하는 단계는,
    - 상기 환자(115)의 상기 신체 부위(112) 내의 상기 상호 작용 포인트(150)와 상기 적어도 하나의 검출기 요소(132) 사이의 검출 라인을 재구성하는 단계;
    - 상기 검출 라인을 상기 빔(116)의 상기 전파의 상기 방향(124)과 교차시키고, 그에 의해, 상기 상호 작용 포인트(150)를 검출하는 단계; 및
    - 상기 각진 단면 및 상기 에너지에 대한 다수의 상호 작용 포인트(150)를 결정하는 단계로서, 그에 의해, 상기 빔(116)에 의해 상기 환자(114)의 상기 신체 부위(112)로 제공되는 상기 입자(118)의 상기 범위 및 상기 선량 전달이 검증되는, 상기 다수의 상호 작용 포인트를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 실행 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7356370B2 (ja) * 2020-02-14 2023-10-04 株式会社日立製作所 ビーム監視システム、粒子線治療システム、およびビーム監視方法
JP7539751B2 (ja) 2021-03-05 2024-08-26 株式会社日立ハイテク 照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法
CN117980036A (zh) * 2021-07-20 2024-05-03 美国迈胜医疗系统有限公司 具有可缩回盖的机架
JP2023049895A (ja) * 2021-09-29 2023-04-10 株式会社日立製作所 放射線治療システム、および、放射線治療システムの運転方法
CN118045298B (zh) * 2024-02-23 2024-10-22 成都理工大学 一种基于探测器的质子束射程在线测量方法、装置及设备

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7265356B2 (en) 2004-11-29 2007-09-04 The University Of Chicago Image-guided medical intervention apparatus and method
US8238516B2 (en) 2008-01-09 2012-08-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Radiotherapy support apparatus
JP2009172261A (ja) 2008-01-28 2009-08-06 Hitachi Ltd 荷電粒子ビーム照射システム
FR2930995B1 (fr) 2008-05-07 2010-07-30 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif de mesure en temps reel d'une dose locale lors du bombardement d'une cible par des hadrons au moyen des gamma prompts
JP2010032451A (ja) 2008-07-31 2010-02-12 Hitachi Ltd 粒子線照射システム
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WO2012104416A1 (en) 2011-02-04 2012-08-09 Ion Beam Applications S.A. An apparatus for particle therapy verification
US9358406B2 (en) 2011-05-11 2016-06-07 Ion Beam Applications S.A. Method and apparatus for particle beam range verification
NL2007596C2 (en) 2011-10-14 2013-04-16 Univ Delft Tech A hadron radiation installation and verification method.
EP2950119B1 (en) 2014-05-26 2016-05-18 Ion Beam Applications S.A. System and method for verifying a particle beam
US9364688B2 (en) 2013-09-20 2016-06-14 Ion Beam Applications, S.A. Method and apparatus for monitoring the range of a particle beam
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