KR20220148597A - Bnct장비를 위한 치료 계획 제공 장치 및 방법 - Google Patents

Bnct장비를 위한 치료 계획 제공 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 BNCT장비를 위한 치료 계획 제공 장치에서의 치료 계획 제공 방법은, (a) 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA 라이브러리, KERMA 라이브러리 및 GDOSE라이브러리가 제공되는 단계; (b) 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하는 단계; (c) 중성자 빔을 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 따라 각각 그룹화하여 에너지 그룹, 각도 그룹 및 공간 그룹을 각각 생성하는 단계; (d) 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 에너지 그룹별 가중치가 적용된 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하는 단계; (e) 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하는 단계; (f) 상기 단계에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하는 단계; 및 (g) 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

BNCT장비를 위한 치료 계획 제공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING TREATMENT PLAN FOR BNCT EQUIPMENT}
본 발명은 BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) 장비를 위한 치료 계획 제공 장치 및 방법에 관한 것이다.
중성자 빔을 이용한 방사선 치료를 통해 암을 치료하고자 하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히, 가속기 기술이 발전함에 따라 가속기 기반 중성자 빔을 이용한 AB-BNCT 장비(Accelerator based BNCT)가 기존의 원자로 기반 BNCT 장비를 대체하여 병원 환경에 적용되고 있다. 이와 같은 병원 환경에서 BNCT 장비를 효율적으로 운영하기 위해서는 적합한 중성자 치료용 치료 계획 시스템(TPS: Treatment planning system)의 준비가 필요하다.
특히, 방사선 치료 과정에서 환자에 노출되는 방사선 흡수 선량을 적절하게 계획하는 것이 무엇보다 중요하며, 이를 위해서는 인체에 조사되는 방사선량을 정확하면서도 신속하게 계산할 수 있어야 한다.
방사선량 계산을 위한 방법으로는 결정론적 방법과 확률론적 방법이 알려져있다. 기존의 X-선 치료 시에는 Convolution/Superposition 방법을 이용한 결정론적 알고리즘이 주로 적용된다. 하지만, 중성자 선량 계산의 경우 X-선과 비교할 때 반응 양상이 다르고, 선량 구성성분이 복잡하여 기존의 엑스선, 전자선 치료와는 다른 새로운 선량 계산 알고리즘이 필요하다. 종래에 중성자 치료에서는 확률론적 알고리즘인 몬테카를로(Monte Carlo)법에 의한 시뮬레이션 방식을 이용하여 방사선량을 계산하였다. 그러나, 이러한 방식은 결정론적 알고리즘을 이용한 계산에 비해 정확도는 비슷하나, 계산 시간이 더 많이 소요된다는 문제점이 있어, 방사선량을 즉각적으로 계산하여 치료 계획을 수립해야 하는 환자 치료에 적용하기에는 부적합하였다.
이에, 본 발명은 기존의 X-선, 전자선을 이용하는 방사선치료계획시스템에 사용되는 선량계산 알고리즘듬과 같은 정도의 계산속도, 편의성, 호환성을 제공할 수 있는 중성자치료용 치료 계획 제공 장치 및 방법을 제안 한다.
대한민국 등록특허공보 제 10-2143063호 (발명의 명칭: 중성자 빔의 방사선량 계산 방법, 장치 및 방사선량 계산 프로그램이 저장된 기록매체)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 병원 환경 등에서 신속하게 사용할 수 있는 BNCT 장비를 위한 치료 계획 제공 장치 및 치료 계획 제공 방법을 제안하는 것을 기술적 과제로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1측면에 따른 BNCT(Boron Neutron Capture Therapy) 장비를 위한 치료 계획 제공 장치에서의 치료 계획 제공 방법은 (a) 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP (Monte Carlo N-Particle) 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA(Total Energy Generated per unit Mass) 라이브러리, KERMA(Kinetic Energy Released per unit mass) 라이브러리 및 GDOSE(Internal Gamma Dose)라이브러리가 제공되는 단계; (b) 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하는 단계; (c) 중성자 빔을 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 따라 각각을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별 가중치를 생성하는 단계; (d) 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 에너지 그룹별 가중치가 적용된 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하는 단계; (e) 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 상기 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하는 단계; (f) 상기 단계에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하는 단계; (g) 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 BNCT장비를 위한 치료 계획 제공 장치에서의 치료 계획 제공 방법은 (a) 상기 BNCT 장비가 설치된 장소에서의 BNCT 중성자 빔에 대한위상 공간 파일에 포함된 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA 라이브러리, KERMA라이브러리 및 GDOSE라이브러리가 제공되는 단계; (b) 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하는 단계; (c) 중성자 빔을 공간 분포에 따라 복수의 그룹으로 구분하고, 그룹별 가중치를 생성하는 단계; (d) 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하는 단계; (e) 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 상기 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하는 단계; (f) 상기 단계에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하는 단계; (g) 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 3 측면에 따른 BNCT장비를 위한 치료 계획 제공 장치는 통신모듈; 치료 계획 제공 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 치료 계획 제공 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며, 상기 치료 계획 제공 프로그램은, 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA라이브러리, KERMA라이브러리 및 GDOSE라이브러리를 포함하는 것이고, 상기 치료 계획 제공 프로그램은 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하고, 상기 중성자 빔을 에너지 스펙트럼, 각도 분포 또는 공간 분포에 따라 각각을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별 가중치를 생성하고, 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 에너지 그룹별 가중치가 적용된 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하고, 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하고, 상기 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하고, 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출한다.
또한, 본 발명의 제 4 측면에 따른 BNCT장비를 위한 치료 계획 제공 장치는, 통신모듈; 치료 계획 제공 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 치료 계획 제공 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며, 상기 치료 계획 제공 프로그램은, 상기 BNCT 장비가 설치된 장소에서의 BNCT 중성자 빔에 대한 위상 공간 파일에 포함된 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA라이브러리, KERMA라이브러리 및 GDOSE라이브러리를 포함하는 것이고, 상기 치료 계획 제공 프로그램은 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하고, 상기 중성자 빔을 공간 분포에 따라 복수의 그룹으로 구분하고, 그룹별 가중치를 생성하고, 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하고, 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서 상기 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하고, 상기 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하고, 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출한다.
전술한 본원의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 해당하는 치료 계획 제공 프로그램은 몬테 카를로 기법에 따라 방사선량을 계산하는 종래 기법과는 달리, 먼저 계산된 데이터를 포함하는 라이브러리를 활용하여 방사선량을 계산하기 때문에 보다 신속한 치료 계획 산출이 가능하다.
또한, 범용 치료 계획 제공 프로그램, 준범용 치료 계획 제공 프로그램, 장소 특정적 치료 계획 제공 프로그램 등 BNCT 장비의 특성에 맞게 다양한 옵션의 치료 계획 제공 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치에서 사용되는 중성자 빔의 에너지 스펙트럼 분포를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치에서 사용되는 중성자 빔의 각도 분포를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치에서 사용되는 중성자 빔의 공간 분포를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 팬텀을 나타내는 복셀 공간을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용(universal) 치료 계획 제공 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용 치료 계획 제공 프로램의 상세 동작을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 준범용(semi-universal) 치료 계획 제공 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용 치료 계획 제공 프로램의 상세 동작을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 장소 특정(site-specific) 치료 계획 제공 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용 치료 계획 제공 프로램의 상세 동작을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 의료 영상으로부터 복셀 모델을 생성하는 과정을 도시한 예시도이다.
도 13과 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 복셀 모델의 변환 과정을 설명하기위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
치료 계획 제공 장치 (100)는 BNCT 장비(200)와 데이터 교환을 수행하는 인터페이스 모듈(110), 메모리(120), 프로세서(130), 데이터베이스(DB)를 포함한다.
치료 계획 제공 장치(100)는 BNCT 장비(200)의 운영에 앞서, 방사선 치료 계획을 미리 산출하는 것으로서, 사용자가 입력한 데이터와 라이브러리에 저장된 정보를 활용하여, 방사선 선량 분포와 선량 체적 분포도(DVH, Dose Volume Histogram)등을 생성하여 사용자에게 출력한다.
치료 계획 장치(100)는 메모리(120)에 저장된 치료 계획 제공 프로그램을 실행하여 방사선 치료 계획을 생성하는데, 이를 위해서는 RT(Radiation Therapy) 이미지, RT 스트럭처, RT 플랜, RT 선량을 포함하는 4개의 DICOM(Digital Imaging and COmmunications in Medicine) 정보가 필요하다. 이때, DICOM은 의료 영상의 표준 형식을 의미하며, RT 이미지로는 CT, MRI, PET 등 다양한 의료 영상 이미지가 사용될 수 있다. 또한, RT 스트럭처는 의료 영상에서 종양(cancer)과 같이 치료 대상이 되는 타겟, 타겟 주변에 위치하여 방사선 치료시 손상될 위엄이 있는 손상 위험 장기(OAR) 및 타겟의 중심 위치를 나타내는 기준 위치에 대한 정보를 포함하는 것이다. 이와 같은 RT 스트럭처에 대한 정보는 사용자에 의해 RT 이미지에 미리 표시된 것일 수 있다.
또한, RT 플랜은 사용자에 의해 설정된 타겟의 중심 위치, 즉 기준 위치로 향하는 중성자 빔의 크기 및 방향 정보를 포함하는 것으로, 사용자 또는 방사선 기기 전문가 등에 의해 제공되는 정보이다.
메모리(120)에 저장된 치료 계획 제공 프로그램은 몬테 카를로 기법에 따라 방사선량을 계산하는 종래 기법과는 달리, 먼저 계산된 데이터를 포함하는 라이브러리를 활용하여 방사선량을 계산하기 때문에 보다 신속한 치료 계획 산출이 가능하다. 또한, 메모리(120)에 저장된 치료 계획 제공 프로그램은 BNCT 장비와의 관계에서 크게 3가지 종류로 구분되어 설계될 수 있다.
첫번째 종류의 치료 계획 제공 프로그램은 범용(universal) 프로그램으로서, BNCT 중성자 빔의 에너지 스펙트럼 분포, 각도 분포 및 공간 분포에 따라 구분되는 에너지 스펙트럼 그룹, 각도 그룹 및 공간 그룹별로 TEGMA, KERMA, GDOSE 라이브러리를 미리 마련하고, 이를 이용하여 치료 계획을 산출하는 것이다. 모든 종류의 BNCT 장비에 대하여 적용이 가능하다는 장점이 있다.
두번째 종류의 치료 계획 제공 프로그램은 준범용(semi-universal) 프로그램으로서, 앞서 설명한 범용 프로그램의 경우 좌표 변환 등의 연산이 자주 요구되는 단점을 해소하기 위한 것으로, 방향성 그룹별로 TEGMA, KERMA, GDOSE 라이브러리를 미리 마련하고, 이를 이용하여 치료 계획을 산출하는 것이다. 범용 프로그램 대비 계산 속도가 빠르다는 장점이 있다.
세번째 종류의 치료 계획 제공 프로그램은 장소 특정적(site-specific) 프로그램으로서, BNCT 장비가 설치된 장소 특성이 고려된 TEGMA, KERMA, GDOSE 라이브러리를 미리 마련하고, 이를 이용하여 치료 계획을 산출하는 것이다. 타 프로그램 대비 계산 속도가 빠르다는 장점이 있으나, 특정한 장소에 대해서만 사용이 가능하다.
이와 관련하여, 중성자 빔의 에너지 스펙트럼 분포, 각도 분포, 공간 분포에 대하여 먼저 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치에서 사용되는 중성자 빔의 에너지 스펙트럼 분포를 도시한 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치에서 사용되는 중성자 빔의 각도 분포를 도시한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 장치에서 사용되는 중성자 빔의 공간 분포를 도시한 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 중성자 빔을 에너지 스펙트럼에 따라 복수의 그룹으로 그룹화하여 에너지 그룹을 생성한다. 에너지 그룹을 생성하는 이유는 중성자 빔의 에너지 특성이 명확하게 결정되지 않은 첫번째와 두번째 종류의 치료 계획 제공 프로그램(universal /semi-universal)에 활용하기 위함이다. 에너지 분포에 따라 대략 10~20 개의 에너지 그룹이 생성될 수 있으며, 각 에너지 그룹별로 상이한 가중치(weighting factor)를 곱하여 사용한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 중성자 빔의 각도 분포에 따라 복수의 그룹으로 그룹화하여 각도 그룹을 생성한다. 펜슬 빔(pencil beam) 형태의 중성자 빔의 복셀 모델에 수직으로 입사된다고 가정할 때, 실제로는 수직축에 대하여 소정의 각도를 형성하면서 중성자 빔이 입사되는 것을 반영하여 방사선량 산출에 고려하기 위함이다. 유형 1의 경우는 첫번째 치료 계획 제공 프로그램(universal)에 사용되는 것으로서, 각 복셀에 투과되는 중성자 빔의 방향이 수직이 아닌 경우, 중성자 빔과 복셀 모델이 수직인 관계를 갖도록 신규 복셀 모델을 설정하는 과정을 반복적으로 수행한다. 유형 2의 경우는 두번째 치료 계획 제공 프로그램(semi-universal), 세번째 치료 계획 제공 프로그램(site-specific)에 사용되는 것으로서, 분산된 각도 그룹별로 상이한 가중치를 적용하여 TEGMA 라이브러리를 생성하도록 한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 중성자 빔의 공간 분포에 따라 복수의 그룹으로 그룹화하여 공간 그룹을 생성한다. 펜슬 빔이 입사되는 선원 중심으로부터 레퍼런스 위치까지 평행한 선을 그릴 수 있으며, 이를 CAX(Central Axis of the Beam) 라고 정의한다. CAX와 대상체를 나타내는 복셀 모델과 교차하는 지점을 접촉점 TP (Touching Point) 라고 정의한다. 펜슬 빔이 복셀 모델과 접촉하는 지점(TP)를 기준으로, 방사상으로 이격된 거리에 따라 선량이 달라지는 것을 고려하여, 각 공간을 그룹화한다. 이와 같이, 공간 그룹별로 상이한 가중치를 적용하여 TEGMA 라이브러리를 생성하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 팬텀을 나타내는 복셀 공간을 설명하기 위한 도면이다.
입사된 중성자 빔의 감쇠와 감속은 대상체가 되는 두피와 두개골 두께에 따라 크게 좌우되는 것으로 알려져 있다. 따라서 두피와 두개골 두께의 다양한 조합에 의해 TEGMA, KERMA, GDOSE 라이브러리가 생성되어야 한다. 통상적으로 인간의 두피와 두개골의 평균 두께는 각각 9mm(4-12mm)와 5mm(2~10mm)로 알려져 있다. 이러한 범위 두께의 범위를 격자(Δ)로 나누면 복수의 조합들(b = 1, 2, u)을 확인할 수 있다. 예를 들어, 격자 Δ = 2.5 mm를 포함하는 5개의 케이스 (1Δ, 2Δ … 5Δ)의 경우, 각각 두피와 두개골 두께의 u = 25(=5×5)개 조합으로 이루어지게 된다.
MCNP 시뮬레이션에서는 u 조합의 TEGMA, KERMA, GDOSE 라이브러리를 생성하기 위해 각 u 조합에 대해 비균질 평판 팬텀(15×15×15cm3 크기를 가지는 두피/두개골/뇌로 된 조합) 생성할 수 있다. 이때, 팬텀은 3차원 데카르트 좌표의 Δ3 복셀 공간으로 구성되어 있으며, 팬텀 내부의 각 복셀은 Δ2 펜슬빔에 의해 조사된 중앙 복셀(0, 0, 0)으로부터 인덱스(i, j, k)을 가진다.
(0,0,0)의 Δ2 펜슬빔은 실제로 방향 코사인 μ=cos(0°)=1(범용 라이브러리의 경우: 완전 평행) 또는 그룹화된 μ=cos(θ)=0~1, h = 1, 2, …, m로 방출되는 표면 빔이다. 그러나 두 경우 모두 방위각 대칭에 해당한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용(universal) 치료 계획 제공 방법을 도시한 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용 치료 계획 제공 프로램의 상세 동작을 도시한 도면이다.
먼저, 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP (Monte Carlo N-Particle) 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA(Total Energy Generated per unit Mass) 라이브러리, KERMA(Kinetic Energy Released per unit mass) 라이브러리 및 GDOSE(Internal Gamma Dose)라이브러리가 제공된다(S110).
이때, 데이터 라이브러리는 3차원 데카르트 좌표계(i, j, k)에서 계산된, 두피와 두개골 두께 S(b = 1, 2, …, u)의 조합 u에 대한 펜슬빔 선량 요소 라이브러리로서, TEGMA 라이브러리, KERMA 라이브러리 및 GDOSE 라이브러리를 포함하며, 각각은 아래와 같이 정의된다.
TEGMA,
Figure pat00001
: 붕소, 질소와 중성자의 반응으로 체내 전달된 선량 정보
KERMA,
Figure pat00002
: 수소와 중성자의 반응으로 체내 전달된 선량 정보
GDOSE,
Figure pat00003
: 모든 체내 (n,γ) 반응으로 체내 전달된 선량 정보
또한, 각 라이브러리를 정의하는 수학식 1 내지 3은 아래와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00004
, where Σ for g'
[수학식 2]
Figure pat00005
, where Σ for g'
수학식 1과 2에서, Q_vaule는 핵반응 전후에 질량 차이에 따라 발생하는 또는 필요한 에너지를 나타낸다. 또한,
Figure pat00006
는 에너지 g' 그룹, 그리고 S=b 때에 대한 입사 중성자 빔 MCNP 시뮬레이션에 의한 (i, j, k) 복셀에서의 에너지 g' 그룹의 중성자 플럭스를 나타낸다.
수학식 1과 2에서,
Figure pat00007
=ENDF/B-VII의 에너지 g' 그룹에 대한 뇌에서의 B-10 또는N-14의 거시적 단면적을 나타낸다.
수학식 1과 2에서,
Figure pat00008
는 에너지 g' 그룹에 대한 H의 kerma 요소를 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pat00009
에너지 g 그룹 그리고 S=b의 입사 중성자 빔의 대한 (i, j, k) 복셀에서의 내부 감마 선량을 나타낸다. MCNP 시뮬레이션에서는 중성자 플럭스는 FMESH (내부 감마 선량)와 TMESH(에너지 계산 기록) 옵션을 사용하여 계산된다.
다음으로, 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신한다(S120).
이때, RT 스트럭처는 의료 영상에서의 타겟, 손상 위험 장기 및 타겟의 중심 위치에 대한 정보를 포함하는 것이고, RT 플랜은 사용자에 의해 설정된 타겟의 중심 위치로 향하는 중성자 빔의 크기 및 방향 정보를 포함하는 것이다.
다음으로, 중성자 빔을 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 따라 각각을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별 가중치를 생성한다(S130).
에너지 그룹화: (1) 일정한 레서지(lethargy)를 가지게 E = 0에서 Emax까지 에너지 구간을 n개의 그룹으로 나눈다.(g = 1, 2, n)
그리고, 각 그룹별로 가중치를 적용하여 정규화한다. (2) 정규화
Figure pat00010
각도 그룹화: (1) 방향코사인은 CAX를 기준으로 m 그룹의 방향성 cosine
Figure pat00011
를 계산한다., h = 1, 2,..., m;
그리고, 각 그룹별로 가중치를 적용하여 정규화한다. (2) 정규화
Figure pat00012
입사 중성자 빔의 방위각(방사선 = 0 ~ 360°)을 c = 1, 2, ?? t (예를 들면, 각45° 각도)로 분할함으로 인해, (m Х t)의 입체각 쌍들이 생성된다. 즉, 각 입체각 쌍은
Figure pat00013
로 정의 된다.
공간 그룹화: (1) CAX, 중성자 빔의 중심축으로부터 필드 크기의 반경 거리 내에서 r = 0 부터 rmax cm까지의 u 그룹들 (빔 포트의 최대 반지름),
Figure pat00014
(r1 = 0 ~ r1), 2,..., u (ru = ru-1 ~ rmax), CAX에서의 f의 값은 1입니다. 강도비를 f = 1 와 f = u 로 지정한다.
다음으로, 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 에너지 그룹별 가중치가 적용된 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성한다(S140).
아래는 앞선 단계(S110)에서의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE에 대해 에너지 그룹별 가중치를 적용한 수학식을 나타낸다.
TEGMA:
Figure pat00015
KERMA:
Figure pat00016
)
GDOSE:
Figure pat00017
다음으로, 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정한다(S150).
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 의료 영상으로부터 복셀 모델을 생성하는 과정을 도시한 예시도이다.
원본이 되는 의료 영상(예를 들면, CT, MRI, PET 등)의 3차원 모델로부터 복셀 모델을 재구성하는데, 이와 관련된 요소 기술은 종래 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략한다.
예를 들어, 원본 CT는 일반적으로 512×512 픽셀의 복수의 슬라이스로 구성된다. 이러한 원본 CT를 CAX를 따라 Δ3(예: 15.625 mm3)의 정육면체 복셀 모델로 다시 구성한다. 이러한 복셀 모델에서의 각 복셀 GV (i, j, k)라고 정의한다.
이렇게 되면, TP=(0, 0, -0.5*Δ)에 위치하게 된다.
GO (Global Origin)는 CAX를 따라 가장 먼저 나온 복셀의 중심으로서, GO = (0, 0, 0) 이다.
만약, 경계에 있는 복셀에 두피와 공기의 체적 비율이 0.5 이하이면 두피이고, 그렇지 않으면 공기를 나타낸다. 또한, 두피와 두개골 사이의 접촉면에 있는 복셀의 부피 비율(두피/두개골)이 0.5 이하이면 두개골이고, 그렇지 않으면 두피를 나타낸다. 또한, 두개골과 뇌의 부피 비율이 0.5 이하이면 뇌이고, 그렇지 않으면 두개골을 나타낸다.
활성화 픽셀은 다음과 같은 과정을 통해 특정된다. 즉, 두피 표면에 해당하는 영역 중 중성자 빔이 직접 입사되는 영역 안 픽셀이 활성화 픽셀(AP)로 지정된다.
구체적으로 살펴보면, 두피에 필드 크기를 그리면, AP는 필드 크기 내의 픽셀을 의미한다. 만약, 두피표면 경계면의 픽셀이 0.5×Δ2보다 크면 AP이고, 그렇지 않으면 null이다.
탐색된 AP 의 번호는 AP(p), p = 1, 2, ..., l로 지정되며, 여기서 CAX의 AP(1)는 다음과 같다. 즉, AP(1)의 원점은
Figure pat00018
)이고, AP(p)의 새로운 원점은
Figure pat00019
이며 여기서
Figure pat00020
이다.
각 AP의 경우, 적절한 TEGMA, KERMA, GDOSE 라이브러리는 두피와 두개골의 침투 두께에 의해 결정되며, 따라서I 쌍의 (AP(p), S(b))가 생성될 수 있다.
다음으로, 앞선 단계(S150)에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정한다(S160).
이를 위해, 앞선 단계에서 생성된 I 쌍의 (AP(p), S(b))에 대하여 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 각각 산출한다.
먼저, 중성자 빔의 에너지 분포, 각도 분포 및 공간 분포는 서로 상관 관계가 없다고 가정합니다.
그리고, 공간 분포의 특성을 먼저 고려한 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 산출한다.
이를 위해, TP와
Figure pat00021
가 최소값을 갖는 f를 찾는다.
모든 AP(p)를 f 와 rp에 대응되는 공간 그룹화 가중치(wf)를 구한다.
Figure pat00022
그리고, 앞선 단계(S140)에서 구한 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE에 공간 그룹화를 적용하여, 에너지 그룹화와 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 생성한다.
Figure pat00023
, Tp는 복셀 p에서의 에너지 그룹화와 공간 그룹화가 고려된 TEGMA이다.
Figure pat00024
, Kp는 복셀 p에서의 에너지 그룹화와 공간 그룹화가 고려된 KERMA 이다.
Figure pat00025
, Gp는 복셀 p에서의 에너지와 공간 그룹화가 고려된 GDOSE 이다.
그리고, 추가적으로 AP(p)의 각도 분포를 고려한다.
m set of
Figure pat00026
hTp 는 복셀 p에서의 에너지 그룹화, 각도 그룹화 및 공간 그룹화가 고려된 TEGMA 이다.
m set of
Figure pat00027
,
hKp 는 복셀 p에서의 에너지 그룹화, 각도 그룹화 및 공간 그룹화가 고려된 KERMA 이다.
m set of
Figure pat00028
hGp 는 복셀 p에서의 에너지 그룹화, 각도 그룹화 및 공간 그룹화가 고려된 GDOSE 이다.
한편, 이러한 단계는 각각의 활성화 픽셀에 대하여 반복적으로 수행되는데, 범용 프로그램의 경우 각 복셀에 입사되는 중성자 빔이 수직이 아닌 경우, 빔과 수직인 방향이 되도록 복셀 모델을 변환하는 작업을 수행하는 것이 필요하다.
도 13과 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 복셀 모델의 변환 과정을 설명하기위한 도면이다.
본 발명의 각 라이브러리는 중성자 빔이 복셀 모델에 수직으로 입사되는 것을 전제로 하여 마련되므로, 중성자 빔의 각도 분포를 추가적으로 고려한다면, 각 활성화 픽셀에 입사되는 중성자 빔이 수직으로 입사되는 것이 아니라면, 해당 활성화 픽셀과 중성자 빔이 수직이 되도록 AP(p)를 위한 새 복셀 모델을 구축하게 된다.
A: p≠1인 경우, AP(1)의 복셀 공간, 즉
Figure pat00029
를 AP(p)의 새 기준점(NOP) 으로 변환한다. 만약 p =1인 경우, 이 프로세스를 건너뛰고 아래 B 프로세스로 이동한다.
B: 새 기준점(Nop)에서입체각 쌍
Figure pat00030
방향으로 회전한다.
C: 회전 후에 새 복셀 공간인
Figure pat00031
를 생성한다.
D: 각 AP(p)에 경우, 원점 NOp를 가진 hcNVp의 새로운 (m Х t)개의 복셀 공간이 형성된다.
이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여, 전체 활성화 픽셀에 대하여 새로운 복셀 모델로 변환하는 과정을 처리한다.
위의 과정을 정리하면, 먼저, 제 1 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하고, 제 1 활성화 픽셀의 주변에 위치한 제 2 활성화 픽셀을 기준점으로하는 신규 복셀 공간을 구성하고, 제2 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하며, 이러한 단계를 전체 활성화 픽셀에 대하여 반복적으로 수행한다.
특히, 범용 프로그램에서는 중성자 빔의 수직축을 기준으로 하는 분포 및 중성자 빔의 방위각을 기준으로 하는 분포를 반영하여 입체각 쌍 방향으로 회전하는 단계를 포함한다.
다음으로, 다시 도 5를 참조하면, 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출한다(S170).
즉, 각각의 결과를 중첩하여 붕소 선량, 질소 선량, 고속 중성자 선량 및 내부 감마 선량과 같은 4개의 선량 구성을 산출할 수 있다.
먼저, 각 활성화 픽셀 AP(p)에 대한 GV(i, j, k)에서의 새로운 복셀 공간인 hcNVp(i', j', k')에서 4개의 선량 구성 요소를 할당하며, 다음과 같은 프로세스를 수행한다.
A: AP(p)에 대한 주어진 h 및 c 쌍의 경우, 새 복셀 공간인 hcNVp(i', j', k')에는 hTp B or N(i', j', k'), hKp H(i', j', k') 및 hGp γ(i', j', k')의 4개의 선량 구성 요소가 정의된다.
B: GV에서 (i, j, k)를 찾아
Figure pat00032
를 최소화하는 좌표를 탐색한다.
C: 만약 최소값이
Figure pat00033
이면, 이것은 GV 안에서 null 이 될 것이다.
D: AP(p)에 대해 주어진 한쌍의 h와 c에 대해 hTp B or N(i', j', k'), hKp H(i', j', k') 및 hGp γ(i', j', k')를 GV(i, j', k')에 할당한다. hTp B or N(i', j', k'), hKpH(i', j', k') 및 hGp(i', j', k')는 빔의 방위각에 독립적이다.
E: hcNVp의 새 복셀 공간 t에서 모든 c = 1, ... , t에 대해 (A부터 D) 프로세스를 반복수행한다.
F: hcNVp의 (m Х t) 새 복셀 공간에 대해 모든 h = 1,..., m에 대해 (A 부터 E) 프로세스를 반복수행한다.
G: (m Х t)의 총합(Σ )에 대한 선량은 복셀 p에서의 최종선량 Dp가 된다.
Figure pat00034
총 선량 D(i, j, k)는 다음과 같이 산출된다.
I개의 각각의 활성화 픽셀(AP(p)) 에 대하여, 앞서 설명한 복셀 변환을 수행하는 절차와4개의 선량 구성을 산출하는 단계를 반복 수행한다.
I개의 활성화 픽셀의 선량을 모두 합산한 총 선량은
Figure pat00035
이다.
그리고, 총 선량 성분은
Figure pat00036
이다.
또한, 타겟 및 주변의 손상 위험 장기(OAR)에 대한 DVH는 아래와 같이 산출된다.
i, j, k ∈ 타겟 복셀 일 때, 타겟 선량은 DT(i, j, k) 이다.
i, j, k ∈ OARs 복셀 일 때, 손상 위험 장기 선량은 Do(i, j, k) 이다.
평균 타겟 선량은
Figure pat00037
이다.
평균 손상 위험 장기 선량은
Figure pat00038
이다.
Figure pat00039
, 여기서 Dpres는 처방 선량을 뜻 한다.
Figure pat00040
위의 내용은 도 7을 통해 보다 직관적으로 이해할 수 있다.
본 발명에 따른 치료 계획 제공 프로그램은 입력 데이터(RT 스트럭처, RT 플랜)을 이용하여, 입력된 의료 영상을 복셀화 처리한 후 타겟과 손상 위험 장치 및 타겟의 중심 위치에 대한 정보를 기초로 활성화 픽셀을 탐색할 수 있다.
또한, 치료 계획 제공 프로그램은 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA라이브러리, KERMA라이브러리 및 GDOSE라이브러리를 제공한다.
그리고, 중성자 빔의 공간 분포와 각도 분포를 추가적으로 반영한 TEGMA라이브러리, KERMA라이브러리 및 GDOSE라이브러리를 산출한다.
그리고, 각 활성화 픽셀에 입사되는 중성자 빔이 수직이 되도록 복셀 공간을 새롭게 변환하고, 각각의 활성화 픽셀에 대하여 TEGMA, KERMA및 GDOSE를 산출한 후 이를 중첩하여 방사선량을 산출한다.
이와 같이 산출된 방사선량 데이터를 이용하여 전체 선량 분포에 대한 영상 또는 DVH 를 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 준범용(semi-universal) 치료 계획 제공 방법을 도시한 순서도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용 치료 계획 제공 프로그램의 상세 동작을 도시한 도면이다.
대체적인 동작은 도 6에서 설명한 범용 치료 계획 제공 방법과 동일하므로, 공통적인 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP (Monte Carlo N-Particle) 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA(Total Energy Generated per unit Mass) 라이브러리, KERMA(Kinetic Energy Released per unit mass) 라이브러리 및 GDOSE(Internal Gamma Dose)라이브러리가 제공된다(S210).
다음으로, 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신한다(S220).
다음으로, 중성자 빔을 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 따라 각각을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별 가중치를 각각 생성한다(S230).
다음으로, 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 에너지 그룹별 가중치가 적용된 에너지 그룹화 및 상기 생성된 각도 그룹별 가중치가 적용된 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성한다(S240).
앞선 단계(S140)와 비교할 때, 에너지 그룹화 및 각도 그룹화를 함께 고려하는 것에 차이점이 있으며, 이를 반영한 수학식은 다음과 같다.
TEGMA:
Figure pat00041
]
KERMA:
Figure pat00042
GDOSE:
Figure pat00043
이러한 구성상 차이점은 도 9에 도시된 라이브러리 구성에서도 확인할 수 있다.
다음으로, 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정한다(S250).
다음으로, 앞선 단계(S250)에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정한다(S260).
이를 위해, 앞선 단계에서 생성된 I 쌍의 (AP(p), S(b))에 대하여 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 각각 산출한다.
그리고, 앞선 단계(S240)에서 구한 에너지 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE에 공간 그룹화를 적용하여, 에너지 그룹화, 각도 그룹화 및 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 생성한다.
Figure pat00044
, Tp는 복셀 p에서의 공간 그룹화가 고려된 TEGMA이다.
Figure pat00045
, Kp는 복셀 p에서의 공간 그룹화가 고려된 KERMA이다.
Figure pat00046
, Gp는 복셀 p에서의 공간 그룹화가 고려된 GDOSE이다.
한편, 이러한 단계는 각각의활성화 픽셀에 대하여 반복적으로 수행되는데, 범용 프로그램의 경우와는 달리, 각도 그룹화가 먼저 반영된 상태이므로, 신규 복셀 공간을 생성하는 과정외에 입체각 쌍 방향으로 회전하는 단계는 생략된다.
즉, 다음과 같이, 각 활성화 픽셀에 대하여 새 복셀 공간을 구축하는 동작을 수행한다.
A: p≠1인 경우, AP(1)의 복셀 공간, 즉
Figure pat00047
를 AP(p)의 새 기준점(NOP) 으로 변환한다. 만약 p =1인 경우, 이 프로세스를 건너뛰고 아래 B 프로세스로 이동한다.
B: 새 복셀 공간인
Figure pat00048
를 생성한다.
이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여, 전체 활성화 픽셀에 대하여 새로운 복셀 모델로 변환하는 과정을 처리한다.
다음으로, 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출한다(S270).
즉, 각각의 결과를 중첩하여 붕소 선량, 질소 선량, 고속 중성자 선량 및 내부 감마 선량과 같은 4개의 선량 구성을 산출할 수 있다.
먼저, 각 활성화 픽셀 AP(p)에 대한 GV(i, j, k)에서의 새로운 복셀 공간인 NVp(i', j', k')에서 4개의 선량 구성 요소를 할당하며, 다음과 같은 프로세스를 수행한다.
A: AP(p)에 대해, 새 복셀 공간인 NVp(i', j', k')에는 hTp B or N(i', j', k'), hKp H(i', j', k') 및 hGp γ(i', j', k')의 4개의 선량 구성 요소가 정의된다.
B: GV에서 (i, j, k)를 찾아
Figure pat00049
최소화하는 좌표를 탐색한다.
C: 만약 최소값이
Figure pat00050
를 만족하는 (i, j, k)가 없다면, 이것은 GV 안에서 null 이 될 것이다.
D: 선량은 복셀 p에서의 최종선량 Dp가 된다.
Figure pat00051
Figure pat00052
총 선량 D(i, j, k)는 다음과 같이 산출된다.
I개의 각각의 활성화 픽셀(AP(p)) 에 대하여, 앞서 설명한 복셀 변환을 수행하는 절차와4개의 선량 구성을 산출하는 단계를 반복 수행한다.
I개의 활성화 픽셀의 선량을 모두 합산한 총 선량은
Figure pat00053
이다.
그리고, 총 선량 성분은
Figure pat00054
이다.
또한, 타겟 및 주변의 손상 위험 장기(OAR)에 대한 DVH는 아래와 같이 산출된다.
i, j, k ∈ 타겟 복셀 일 때, 타겟 선량은 DT(i, j, k) 이다.
i, j, k ∈ OARs 복셀 일 때, 손상 위험 장기 선량은 Do(i, j, k) 이다.
평균 타겟 선량은
Figure pat00055
이다.
평균 손상 위험 장기 선량은
Figure pat00056
이다.
Figure pat00057
, 여기서 Dpres는 처방 선량을 뜻한다.
Figure pat00058
위의 내용은 도 9를 통해 보다 직관적으로 이해할 수 있다.
도 7과는 달리, 라이브러리에서 중성자빔의 에너지 그룹화 및 각도 그룹화가 먼저 반영된 것을 확인 할 수 있으며, 이에 따라 신규 복셀을 탐색하는 과정이 좀더 간소화되었다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 장소 특정(site-specific) 치료 계획 제공 방법을 도시한 순서도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 BNCT 장비를 위한 범용 치료 계획 제공 프로그램의 상세 동작을 도시한 도면이다.
대체적인 동작은 도 6에서 설명한 범용 치료 계획 제공 방법과 동일하므로, 공통적인 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
먼저, BNCT 장비가 설치된 장소에서의 BNCT 중성자 빔에 대한 위상 공간 파일에 포함된 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA 라이브러리, KERMA 라이브러리 및 GDOSE 라이브러리가 제공된다(S310).
이때, 위상 공간 파일은 관심 평면을 가로지르는 각 입자의 입자 위치(공간분포), 방향(각도 분포), 에너지 스펙트럼, 유형(입자의 종류) 및 추가 변수가 저장된 데이터로서, 각 BNCT 장비별로 이에 대한 정보를 미리 확보하고 있다면, 연산에 소요되는 리소스를 최소화할 수 있다.
다음으로, 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신한다(S320).
다음으로, 중성자 빔을 공간 분포에 따라 복수의 그룹으로 구분하고, 그룹별 가중치를 생성한다(S330).
앞서 설명한 범용과 준범용 치료 계획 제공 방법과는 달리 공간 그룹을 사전에 생성하는 것에 차이점이 있다.
다음으로, 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 공간 그룹별 가중치가 적용된 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성한다(S340).
이러한 구성상 차이점은 도 11에 도시된 라이브러리 구성에서도 확인할 수 있다.
다음으로, 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정한다(S350).
다음으로, 앞선 단계(S350)에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정한다(S360).
이를 위해, 앞선 단계에서 생성된 I 쌍의 (AP(p), S(b))에 대하여 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 각각 산출한다.
Figure pat00059
, Tp는 복셀 p에서의 공간 그룹화가 고려된 TEGMA이다.
Figure pat00060
, Kp는 복셀 p에서의 공간 그룹화가 고려된 KERMA이다.
Figure pat00061
, Gp는 복셀 p에서의 공간 그룹화가 고려된 GDOSE이다.
한편, 이러한 단계는 각각의 활성화 픽셀에 대하여 반복적으로 수행되는데, 범용 프로그램의 경우와는 달리, 위상 공간 파일에 의해 중성자의 방향성 정보가 먼저 고려되어진 상태이므로, 신규 복셀 공간을 생성하는 과정외에 입체각 쌍 방향으로 회전하는 단계는 생략된다.
즉, 다음과 같이, 각 활성화 픽셀에 대하여 새 복셀 공간을 구축하는 동작을 수행한다.
A: p≠1인 경우, AP(1)의 복셀 공간, 즉
Figure pat00062
를 AP(p)의 새 기준점(NOP) 으로 변환한다. 만약 p =1인 경우, 이 프로세스를 건너뛰고 아래 B 프로세스로 이동한다.
B: 새 복셀 공간인
Figure pat00063
를 생성한다.
이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여, 전체 활성화 픽셀에 대하여 새로운 복셀 모델로 변환하는 과정을 처리한다.
다음으로, 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출한다(S370).
즉, 각각의 결과를 중첩하여 붕소 선량, 질소 선량, 고속 중성자 선량 및 내부 감마 선량과 같은 4개의 선량 구성을 산출할 수 있다.
먼저, 각 활성화 픽셀 AP(p)에 대한 GV(i, j, k)에서의 새로운 복셀 공간인 NVp(i', j', k')에서 4개의 선량 구성 요소를 할당하며, 다음과 같은 프로세스를 수행한다.
A: AP(p)에 대해, 새 복셀 공간인 NVp(i', j', k')에는 hTp B or N(i', j', k'), hKp H(i', j', k') 및 hGp γ(i', j', k')의 4개의 선량 구성 요소가 정의된다.
B: GV에서 (i, j, k)를 찾아
Figure pat00064
를 최소화하는 좌표를 탐색한다.
C: 만약, 최소값이
Figure pat00065
이면, 이것은 GV 안에서 null 이 될 것이다..
D: 주어진AP(p)에 대해 GV(i', j', k')안의 TpB or N(i', j', k'), KpH(i', j', k') 및 Gpγ(i', j', k')를 할당한다.
E: 선량은 복셀 P에서 최종선량 Dp 가 된다.
Figure pat00066
Figure pat00067
총 선량 D(i, j, k)는 다음과 같이 산출된다.
I개의 각각의 활성화 픽셀(AP(p)) 에 대하여, 앞서 설명한 복셀 변환을 수행하는 절차와4개의 선량 구성을 산출하는 단계를 반복 수행한다.
I개의 활성화 픽셀의 선량을 모두 합산한 총 선량은
Figure pat00068
이다.
그리고, 총 선량 성분은
Figure pat00069
이다.
또한, 타겟 및 주변의 손상 위험 장기(OAR)에 대한 DVH는 아래와 같이 산출된다.
i, j, k ∈ 타겟 복셀 일 때, 타겟 선량은 DT(i, j, k) 이다.
i, j, k ∈ OARs 복셀 일 때, 손상 위험 장기 선량은 Do(i, j, k) 이다.
평균 타겟 선량은
Figure pat00070
이다.
평균 손상 위험 장기 선량은
Figure pat00071
이다.
Figure pat00072
, 여기서 Dpres는 처방 선량을 뜻 한다.
Figure pat00073
위의 내용은 도 11을 통해 보다 직관적으로 이해할 수 있다.
도 7과는 달리, 라이브러리에서 중성자빔의 위상 공간 파일이 반영된 것을 확인 할 수 있으며, 이에 따라 신규 복셀을 탐색하는 과정이 좀더 간소화되었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 치료 계획 제공 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 치료 계획 제공 장치
110: 인터페이스 모듈
120: 메모리
130: 프로세서
140: DB
200: BNCT 장비

Claims (23)

  1. BNCT(Boron Neutron Capture Therapy) 장비를 위한 치료 계획 제공 장치에서의 치료 계획 제공 방법에 있어서,
    (a) 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP (Monte Carlo N-Particle) 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA(Total Energy Generated per unit Mass) 라이브러리, KERMA(Kinetic Energy Released per unit mass) 라이브러리 및 GDOSE(Internal Gamma Dose)라이브러리가 제공되는 단계;
    (b) 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하는 단계;
    (c) 중성자 빔을 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 따라 각각을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별 가중치를 생성하는 단계;
    (d) 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 에너지 그룹별 가중치가 적용된 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하는 단계;
    (e) 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하는 단계;
    (f) 상기 단계에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하는 단계; 및
    (g) 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출하는 단계를 포함하는, 치료 계획 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는
    (f1) 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 포함하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는
    (f1-1) 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 상기 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE에 대하여, 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계 및
    (f1-2) 상기 에너지 그룹화 및 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE에 대하여, 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 포함하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는
    상기 (f1) 단계의 이후에,
    (f2) 제 1 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계 및
    (f3) 상기 제 1 활성화 픽셀의 주변에 위치한 제 2 활성화 픽셀을 기준점으로하는 신규 복셀 공간을 구성하고, 상기 제2 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 포함하고,
    전체 활성화 픽셀에 대하여 상기 (f3) 단계를 반복 수행하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (f2) 단계 또는 (f3) 단계는
    상기 중성자 빔의 수직축을 기준으로 하는 분포 및 상기 중성자 빔의 방위각을 기준으로 하는 분포를 반영한 복수의 그룹별로 상기 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 각각 산출하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 생성된 각도 그룹별 가중치가 적용된 각도 그룹화가 추가로 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는
    (f1) 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 상기 에너지 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE에 대하여, 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하여, 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는
    상기 (f1) 단계의 이후에,
    (f2) 제 1 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계 및
    (f3) 상기 제 1 활성화 픽셀의 주변에 위치한 제 2 활성화 픽셀을 기준점으로하는 신규 복셀 공간을 구성하고, 상기 제2 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 포함하고,
    전체 활성화 픽셀에 대하여 상기 (f3) 단계를 반복 수행하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  9. BNCT장비를 위한 치료 계획 제공 장치에서의 치료 계획 제공 방법에 있어서,
    (a) 상기 BNCT 장비가 설치된 장소에서의 BNCT 중성자 빔에 대한위상 공간 파일에 포함된 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA라이브러리, KERMA 라이브러리 및 GDOSE라이브러리가 제공되는 단계;
    (b) 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하는 단계;
    (c) 중성자 빔을 공간 분포에 따라 복수의 그룹으로 구분하고, 그룹별 가중치를 생성하는 단계;
    (d) 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하는 단계;
    (e) 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서 상기 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하는 단계;
    (f) 상기 단계에서 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하는 단계; 및
    (g) 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출하는 단계를 포함하는, 치료 계획 제공 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 중성자 빔의 중심축으로부터 이격된 거리에 의해 나타나는 공간 분포를 복수의 그룹으로 구분하고, 각 공간 그룹별 가중치를 적용하여 정규화를 수행하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는
    (f1) 제 1 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계 및
    (f2) 상기 제 1 활성화 픽셀의 주변에 위치한 제 2 활성화 픽셀을 기준점으로하는 신규 복셀 공간을 구성하고, 상기 제2 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 포함하고,
    전체 활성화 픽셀에 대하여 상기 (f2) 단계를 반복 수행하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 RT 스트럭처는 상기 의료 영상에서의 타겟, 손상 위험 장기 및 상기 타겟의 중심 위치에 대한 정보를 포함하는 것이고,
    상기 RT 플랜은 상기 사용자에 의해 설정된 상기 타겟의 중심 위치로 향하는 중성자 빔의 크기 및 방향 정보를 포함하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 중성자 빔의 에너지 스펙트럼을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 에너지 그룹별 가중치를 적용하여 정규화를 수행하고,
    상기 중성자 빔의 수직축을 기준으로 하는 분포 및 상기 중성자 빔의 방위각을 기준으로 하는 분포를 반영한 복수의 그룹으로 구분하고, 각 각도 그룹별 가중치를 적용하여 정규화를 수행하고,
    상기 중성자 빔의 중심축으로부터 이격된 거리에 의해 나타나는 공간 분포를 복수의 그룹으로 구분하고, 각 공간 그룹별 가중치를 적용하여 정규화를 수행하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (g) 단계는
    붕소 선량, 질소 선량, 고속 중성자 선량 및 내부 감마 선량과 이들을 합산한 총 선량, 상기 타겟에 조사되는 평균 타겟 선량, 상기 손상 위험 장기에 조사되는 평균 OAR 선량을 산출하는 것인, 치료 계획 제공 방법.
  15. BNCT 장비를 위한 치료 계획 제공 장치에 있어서,
    통신모듈;
    치료 계획 제공 프로그램이 저장된 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 치료 계획 제공 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은, 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA라이브러리, KERMA라이브러리 및 GDOSE라이브러리를 포함하는 것이고,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하고, 상기 중성자 빔을 에너지 스펙트럼, 각도 분포 또는 공간 분포에 따라 각각을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹별 가중치를 각각 생성하고, 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 상기 생성된 에너지 그룹별 가중치가 적용된 에너지 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하고, 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하고, 상기 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하고, 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은
    상기 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하기 위해, 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 수행하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은
    제 1 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계 및
    상기 제 1 활성화 픽셀의 주변에 위치한 제 2 활성화 픽셀을 기준점으로하는 신규 복셀 공간을 구성하고, 상기 제2 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 에너지 그룹화, 공간 그룹화 및 각도 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 반복 수행하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은
    상기 TEGMA, KERMA 및 GDOSE의 생성시에, 상기 생성된 각도 그룹별 가중치가 적용된 각도 그룹화를 추가로 고려하여 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  19. BNCT장비를 위한 치료 계획 제공 장치에 있어서,
    통신모듈;
    치료 계획 제공 프로그램이 저장된 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 치료 계획 제공 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은, 상기 BNCT 장비가 설치된 장소에서의 BNCT 중성자 빔에 대한위상 공간 파일에 포함된 중성자 빔 소스의 에너지 스펙트럼, 각도 분포 및 공간 분포에 대한 데이터와 복수의 대상체에 대한 MCNP 시뮬레이션 결과가 반영된 TEGMA라이브러리, KERMA라이브러리 및 GDOSE라이브러리를 포함하는 것이고,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은 의료 영상에서의 RT 스트럭처 및 사용자에 의해 설정된 RT 플랜을 수신하고, 상기 중성자 빔을 공간 분포에 따라 복수의 그룹으로 구분하고, 그룹별 가중치를 생성하고, 상기 복수의 대상체에 포함된 하나 이상의 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 각 조합 별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 생성하고, 상기 RT 스트럭처 및 RT 플랜을 기초로 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서 상기 의료 영상을 복셀로 변환한 복셀 공간에서, 상기 중성자 빔이 복셀로 변환된 대상체와 만나는 영역에 위치하는 활성화 픽셀을 특정하고, 상기 특정된 활성화 픽셀들에 대하여 최적의 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 결정하고, 상기 결정된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE를 적용하고, 각각의 결과를 중첩하여 방사선량을 산출하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은
    제 1 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계 및
    상기 제 1 활성화 픽셀의 주변에 위치한 제 2 활성화 픽셀을 기준점으로하는 신규 복셀 공간을 구성하고, 상기 제2 활성화 픽셀을 기준점으로 하는 복셀 공간에서 각각의 활성화 픽셀과 상기 두피의 두께 및 하나 이상의 두개골의 두께의 조합을 매칭한 각 쌍별로 공간 그룹화가 고려된 TEGMA, KERMA 및 GDOSE 를 각각 산출하는 단계를 반복 수행하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  21. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RT 스트럭처는 상기 의료 영상에서의 타겟, 손상 위험 장기 및 상기 타겟의 중심 위치에 대한 정보를 포함하는 것이고,
    상기 RT 플랜은 상기 사용자에 의해 설정된 상기 타겟의 중심 위치로 향하는 중성자 빔의 크기 및 방향 정보를 포함하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  22. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은 상기 에너지 그룹, 각도 그룹 및 공간 그룹을 각각 생성하기 위해, 상기 중성자 빔의 에너지 스펙트럼을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 에너지 그룹별 가중치를 적용하여 정규화를 수행하고, 상기 중성자 빔의 수직축을 기준으로 하는 분포 및 상기 중성자 빔의 방위각을 기준으로 하는 분포를 반영한 복수의 그룹으로 구분하고, 각 각도 그룹별 가중치를 적용하여 정규화를 수행하고, 상기 중성자 빔의 중심축으로부터 이격된 거리에 의해 나타나는 공간 분포를 복수의 그룹으로 구분하고, 각 공간 그룹별 가중치를 적용하여 정규화를 수행하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
  23. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 치료 계획 제공 프로그램은 붕소 선량, 질소 선량, 고속 중성자 선량 및 내부 감마 선량과 이들을 합산한 총 선량, 상기 타겟에 조사되는 평균 타겟 선량, 상기 손상 위험 장기에 조사되는 평균 OAR 선량을 산출하는 것인, 치료 계획 제공 장치.
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