KR20230038632A - 대상체의 하드론-요법 치료 동안 하드론 빔을 모니터링하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
대상체의 하드론-요법 치료 동안 하드론 빔을 모니터링하기 위한 방법 및 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230038632A KR20230038632A KR1020227016120A KR20227016120A KR20230038632A KR 20230038632 A KR20230038632 A KR 20230038632A KR 1020227016120 A KR1020227016120 A KR 1020227016120A KR 20227016120 A KR20227016120 A KR 20227016120A KR 20230038632 A KR20230038632 A KR 20230038632A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hadron
- tumor
- volume
- interaction
- measured
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 93
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 85
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 claims abstract description 18
- 239000012217 radiopharmaceutical Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229940121896 radiopharmaceutical Drugs 0.000 claims abstract description 16
- 230000002799 radiopharmaceutical effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 16
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 5
- 241001637516 Polygonia c-album Species 0.000 claims description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 20
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 210000000920 organ at risk Anatomy 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000002600 positron emission tomography Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000005255 beta decay Effects 0.000 description 4
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 4
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 4
- 101000642630 Homo sapiens Sine oculis-binding protein homolog Proteins 0.000 description 3
- 102100036670 Sine oculis-binding protein homolog Human genes 0.000 description 3
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005461 Bremsstrahlung Effects 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000008236 biological pathway Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- -1 carbon ions Chemical class 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011961 computed axial tomography Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 210000001165 lymph node Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002661 proton therapy Methods 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1001—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
- A61N2005/1061—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using an x-ray imaging system having a separate imaging source
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
- A61N5/1065—Beam adjustment
- A61N5/1067—Beam adjustment in real time, i.e. during treatment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
- A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
- A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
- A61N5/1069—Target adjustment, e.g. moving the patient support
- A61N5/107—Target adjustment, e.g. moving the patient support in real time, i.e. during treatment
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포를 포함하는 대상체의 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔을 모니터링하는 방법으로서, 하드론 빔이 복수의 이산 하드론 버스트를 포함하고, 상기 방법이, 버스트가 대상체에 충격되는 때에, 콤프턴 망원경에 의해서 대상체의 조직과의 버스트의 하드론의 상호작용에 의해서 생성된 즉발 감마선을 검출하는 단계(111), 상호작용 부피의 이미지를 재구성시키는 단계(112); 버스트가 대상체에 충격되지 않는 때에, 콤프턴 망원경(Compton telescope)에 의해서 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포의 위치를 추출하는 단계(121), 종양의 전체 부피의 이미지를 재구성시키는 단계(122); 측정된 상호작용 부피를 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 위치시키기 위해서 상호작용 부피의 이미지와 종양의 전체 부피의 이미지를 비교하는 단계(131)를 포함하는, 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 암을 앓고 있는 대상체(subject)의 하드론-요법 치료(hadron-therapy treatment) 동안에 하드론 빔(hadron beam)을 모니터링하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 빔의 하드론과 대상체 조직 사이의 상호작용 영역을 모니터링하고, 그에 따라, 양전자와 탈-여기 감마선(de-excitation gamma ray)을 의사-동시입사로 방출하는 방사성 동위원소를 포함하는 방사성 의약품으로 표지된 치료하고자 하는 종양 덩어리에 대한 전달된 선량(dose)을 간접적으로 모니터링하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하드론-치료는 양성자 입자 또는 탄소 이온 빔을 사용하는 매우 효과적인 암 치료이다. 이러한 혁신적인 기술은 통상의 방사선 치료를 이용하여 치료하기 어려운 종양의 경우에 효과적인 것으로 입증되었는데, 그 이유는 이들 종양은 방사선-내성이거나 깊은 위치에 또는 중요 기관 근처에 위치되기 때문이다. 하드론 빔의 사용은 세로 및 가로 둘 모두로 선량을 침적시키는데 있어서 매우 정밀할 수 있다. 사실, 에너지 침적이 환자에 진입시의 첫 번째 센티미터로부터 최대이고 깊이기 깊어짐에 따라서 약화되는 광자 빔과는 달리, 하전된 이온은 최소 입력 침적된 선량을 유지하면서 이의 경로의 말단(브래그 피크(Bragg peak))에서 이의 에너지 최대를 침적시킨다. 더욱이, 양성자의 측 반응영(lateral penumbra)은 광자 빔으로 얻은 것보다 더 약하다. 그러나, 하드론-치료의 높은 탄도학적 정밀함이 이러한 기술을 치료 계획에 대한 편차의 어떠한 원천: 불량한 환자 정위, 기관 운동 또는 불획들 사이의 해부학적 변화 또는 종양 퇴행, 체중 감소, 치료 세션(treatment session)들 사이에 충전되는 해부학적 공동(anatomical cavity)에 민감하게 한다.
높은 탄도학적 정밀함의 이익을 이용하기 위해서, 방사선에 의해서 전달된 선량의 위치의 철저한 검사가 필요하다. 일차 빔이 환자 내부에서 중지되면, 하드론의 경로의 실시간 모니터링이 신체 내의 하드론의 핵 반응으로부터의 이차 방사선, 특히, 감마선에 의해서 수행될 수 있다.
일부 영상화 방식은 하드론 빔, 예컨대, 이온-유도된 초음파의 프로파일에 관한 정보를 얻기에, 이차 전자 제동복사 측정(secondary electron bremsstrahlung measurement)에, 또는 실시간 MRI의 경우에 자기장에서의 하드론 빔 굴절과 연관된 특이적 문제가 있는 자기 공명 영상화(magnetic resonance imaging(MRI))에 유망한 듯하다. 그러나, 이들 기술은 수행하기가 어려울 수 있다. 현재, "인-빔(in-beam) 양전자 방출 단층 촬영(PET) 시스템이 제안되었고, 이는 조직에서 하드론 상호작용에 의해서 생성된 방사성 동위원소의 베타 붕괴 동안에 방출되는 양전자의 소멸로부터의 511 keV의 동시입사(coincident) 감마선을 사용한다. 그러나, 베타 붕괴를 진행하는 적은 수의 동위원소로 인해서, 그리고, 베타 붕괴의 관찰이 방사성 동위원소의 수명의 지속에 의해서 붕괴에 비해서 지연됨을 고려하여, 비교적 긴 데이터 획득 시간이 요구된다. 그 결과, 인-빔 PET에 의한 실시간 빔 영상화는 단지 치료 후에 전달된 선량의 위치와 관련된 정보를 제공한다. 더욱이, 통상의 PET 시스템과는 달리, 인-빔 PET 시스템은 "갠트리(Gantry)" 아이소센트릭 로터리 헤드(isocentric rotary head)의 포지셔닝(positioning)을 가능하게 할 수 있는 감소된 커버리지 각도(reduced angle of coverage)를 가지며, 이는 시스템의 민감성 부피를 감소시킨다.
본 문맥에서, 문헌[Frandes, Mirela, et al. "A tracking Compton-scattering imaging system for hadron therapy monitoring." IEEE Transactions on Nuclear Science 57.1 (2010): 144-150.]은, 디지털 시뮬레이션을 통해서, 콤프턴 망원경(Compton telescope) 및 쌍-생성 카메라(pair-creation camera)의 조합을 기반으로 하는 의학적 영상화 시스템의 가능성을 입증하였다. 하드론-치료에 전형적인 상이한 빔 에너지를 위한 시스템의 시뮬레이션은 프렌데스(Frandes) 등이 전달된 선량의 위치를 재구성시키도록 콤프턴 상호작용의 에너지 체계 특성 내의 감마선을 검출하는 이러한 영상화 시스템의 능력을 입증하게 하였다. 그러나, 소멸로부터의 감마선의 검출을 표적하는 이러한 시스템은 인-빔 PET와 동일한 단점을 갖는다.
더욱이, 환자의 내부 해부학적 구조는 한 세션과 다음 세션 사이에 또는 동일한 세션 동안에 달라질 수 있다. 결국, 실시간으로 환자 부피 내에 침적된 선량 위치 및 양을 모니터링할 수 있다는 것은, 가능한 한 많은 주변의 건강한 조직에 전달된 선량을 최소화하면서, 표적 종양 부피가 그 전체에 조사됨을 보장하는 것은 충분하지 않다. 사실, 환자를 빔에 대해서 정렬시키기 위해서 사용되는 외부 해부학적 마커에 대한 종양 부피의 이동은 선량이 치료 계획에 따라서 전달되지 않을 것이고, 그에 따라서, 건강한 조직이 조사될 것이라는 심각한 결과를 초래할 수 있다.
본 발명은 특히 하드론-요법 치료 동안에 종양 덩어리의 위치 및 치료 계획에 따라서 선량 침적을 가능하게 하는 환자 내에서 빔에 의해서 전달된 선량의 위치 둘 모두를 실시간 모니터링할 수 있는 시스템을 제공함으로써 이들 단점을 치유하고자 한다.
본 발명은 의사-동시입사(quasi-coincidence)로 양전자 및 탈-여기 감마선(de-excitation gamma ray)을 방출하는 방사성 동위원소를 갖는 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포를 포함하는 대상체의 하드론-요법 치료(hadron-therapy treatment) 동안에 하드론 빔(hadron beam)을 모니터링하는 방법으로서, 하드론-요법 치료가 하드론-요법 치료 동안의 시간에 따른 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 정의하기 하기 위해서 시간의 함수로서의 미리 정의된 파라미터를 포함하는 치료 계획에 따라서 전달되고, 하드론 빔이 가속 장치에 의해서 미리 정의된 빈도로 방출된 복수의 이산 하드론 "버스트"(discrete hadron "burst")를 포함하고, 상기 방법이,
- "버스트"가 대상체에 충격되는 때에,
· 액체-제논 콤프턴 망원경에 의해서 대상체의 조직과의 "버스트"의 하드론의 상호작용에 의해서 생성된 "즉발 감마선(prompt gammas)"을 검출하는 단계;
· "버스트"의 하드론이 대상체의 조직과 내부에서 상호작용하는 상호작용 부피의 이미지(image)를 재구성시키기 위해서 검출된 "즉발 감마선"을 사용하는 단계;
- "버스트"가 대상체에 충격되지 않는 때에,
· 탈-여기 감마선과 양전자에 의해서 생성된 두 소멸 감마선을 액체-제논 콤프턴 망원경에 의해서 동시에 검출함으로써 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포의 위치를 추출하는 단계;
· 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔에 의해서 치료되는 종양의 전체 부피의 이미지를 재구성시키는 단계;
- 측정된 상호작용 부피를 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 위치시키기 위해서 상호작용 부피의 이미지와 종양의 전체 부피의 이미지를 비교하는 단계;
- 측정된 상호작용 부피가 종양의 측정된 전체 부피 내에 적어도 부분적으로 포함되는 때마다, 한편으로는, 종양의 측정된 전체 부피 내의 측정된 상호작용 부피의 위치와, 다른 한편으로는, 치료 계획에서 정의된 종양의 전체 부피 내의 상호작용 부피의 미리 정의된 위치 사이의 편차를 계산하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.
본 발명 덕분에, 하드론-요법 치료 세션을 실시간으로 모니터링하고, 상호작용 부피의 이미지와 종양의 전체 부피의 이미지의 재구성 및 비교 덕분에 치료 계획에 따라서 치료가 투여되었는지를 효적으로 분석하는 것이 가능하다.
일 구체예에서, 상호작용 부피의 이미지는 대상체에 충격되는 각각의 "버스트"에 대해서 얻어진다. 이는 대상체 내의 빔위 위치를 실시간으로 모니터링하는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 방법은 추가로 상호작용 부피의 미리 정의된 위치와 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 측정된 상호작용 부피의 위치 사이의 편차가 미리 정의된 임계치와 비교되는 단계를 포함한다. 유리하게는, 이러한 구체예는 대상체 내에서 빔에 의해서 전달된 선량의 분포가, 임상 관점으로부터 허용 가능한 오차 범위 내에서, 치료 계획에 맞다는 것을 실시간으로 확인하는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법은 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 새로운 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다. 방사선 치료 계획은 일반적으로는, "CT-스캔" 계산된 축상 단층 촬영("CT-scan" computed axial tomography)에 의해서 얻은 대상체의 3-차원 이미지를 기반으로 하여, 하운스필드 단위(Hounsfield unit(HU))들을 양전자 정지 파워(proton stopping power)로 전환시켜 선량 분포를 계산할 수 있게 함으로써 정의된다. 그러나, CT-스캔은 단지 치료 전의 주어진 위치 및 주어진 시간에서의 대상체의 정적 이미지이다. 그러나, 하드론-요법 치료에서, 기관운동, 예컨대, 장 운동, 호흡, 심장 박동 또는 방광 충만 또는 체중 변화로 인한 내부 해부학적 구조의 변화가, 밀도의 변화, 및 그에 따른, 빔 궤적을 따라, 방사선학적 경로의 길이의 변화를 발생시킨다. 양성자-치료에서의 이의 영향은 표적 임상 부피의 심각한 과소 선량 및 표적으로부터의 원위의 정상조직 및 위험에 처한 기관의 과다 선량을 발생시킬 수 있다. 이러한 구체예는 어떠한 기하학적 변화를 설명하고 하드론 빔의 파라미터를 실시간으로 보정하는 것을 가능하게 하여 선량을 치료 계획으로 표적 종양 부피 내에 전달하는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 대상체는 하드론-요법 치료 동안에 대상체를 빔에 대해서 이동하도록 구성된 전동 기계 지지물 상에 위치된다. 본 구체예에서, 치료 계획의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나는 전동 기계 지지물의 공간적 위치에 상응한다.
일 구체예에서, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법은 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서 전동 기계 지지물의 새로운 공간적 위치에 상응하는 치료 계획의 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다. 이는 고정된 위치에서 빔 공급원을 가지며 "갠트리"의 사용을 회피하는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 하드론 빔의 새로운 파라미터는 상호작용 부피의 위치를 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 수정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 수정하는 가속 장치에 보내진다. 이는 치료 계획에 대한 빔의 실시간 조정을 가능하게 하는 피드백 루프(feedback loop)를 생성시킨다.
일 구체예에서, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법은 하드론 빔을 중단시킴을 포함하다. 유리하게는, 이러한 구체예는 위험에 처한 기관의 과다 선량을 방지하기 위해서 치료를 중단하는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 방법은 추가로 동일한 콤프턴 카메라 레퍼런스(Compton camera reference) 내의 전체 종양 부피를 갖는 3-차원 이미지와의 상호작용 부피의 3-차원 이미지의 합류로부터 생성되는 3-차원 이미지 시퀀스(three-dimensional image sequence)를 재구성시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 의사-동시입사로 양전자 및 탈-여기 감마선을 방출하는 방사성 동위원소를 갖는 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포를 포함하는 대상체의 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔을 모니터링하는 시스템으로서, 하드론-요법 치료가 하드론-요법 치료 동안의 시간에 따른 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 정의하기 하기 위해서 시간의 함수로서의 미리 정의된 파라미터를 포함하는 치료 계획에 따라서 전달되고, 하드론 빔이 가속 장치에 의해서 미리 정의된 빈도로 방출된 복수의 이산 하드론 "버스트"를 포함하고, 시스템이,
- "버스트"가 대상체에 충격되는 때에 액체-제논 콤프턴 망원경으로부터 획득된 데이터를 수용하고, 이들 데이터를 분석하여 대상체의 조직과의 "버스트"의 상호작용에 의해서 생성된 "즉발 감마선"의 방출점을 측정하도록 구성된 빔 영상화 모듈로서, "버스트"의 하드론이 조직과 내부에서 상호작용하는 상기 대상체의 조직으로부터의 상호작용 부피의 이미지가 재구성되는, 빔 영상화 모듈;
- "버스트"가 대상체에 충격되지 않는 때에 액체-제논 콤프턴 망원경에 의해서 획득된 데이터를 수용하고, 이들 데이터를 분석하여 탈-여기 감마선 및 양전자에 의해서 생성된 두 소멸 감마선을 동시에 검출함으로써 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포의 위치를 추출하고 종양 세포의 위치를 이용하여 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔에 의해서 치료되는 종양의 전체 부피의 이미지를 재구성시키도록 구성된 종양 영상화 모듈;
- 상호작용 부피의 이미지와 전체 종양 부피의 이미지를 비교하여 측정된 상호작용 부피를 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 위치시키고, 측정된 상호작용 부피가 종양의 측정된 전체 부피에 적어도 부분적으로 포함되는 때마다, 한편으로는, 종양의 측정된 전체 부피에 대한 측정된 상호작용 부피의 위치와, 다른 한편으로는, 치료 계획에서 정의된 종양의 전체 부피 내의 상호작용 부피의 미리 정의된 위치 사이의 편차를 계산하도록 구성된 평가 모듈을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법을 실행하는 시스템은 유리하게는 상호작용 부피의 이미지와 전체 종양 부피의 이미지의 재구성 덕분에 대상체에 전달되는 선량을 실시간으로 모니터링하고 그것이 치료 계획에서 제공된 선량 분포에 순응함을 확인하는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 평가 모듈에서, 상호작용 부피의 이미지는 대상체에 충격되는 각각의 버스트에 대해서 얻어진다.
일 구체예에서, 평가 모듈은 더욱이 상호작용 부피의 미리 정의된 위치와 종양의 측정된 전체 부피에 대해 측정된 상호작용 부피의 위치 사이의 편차를 미리 정의된 임계치와 비교하도록 구성된다.
일 구체예에서, 대상체는 하드론-요법 치료 동안에 빔에 대해서 대상체를 이동시키도록 구성된 전동 기계 지지물 상에 위치되고, 치료 계획의 미리 정의된 파라미터 중 적어도 하나는 전동 기계 지지물의 공간적 위치에 상응한다.
일 구체예에 따르면, 시스템은 추가로, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서, 하드론 빔의 적어도 하나의 새로운 파라미터를 계산하도록 구성된 보정 모듈을 포함한다.
한 가지 유리한 특징에 따르면, 보정 모듈은 더욱이, 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 상호작용 부피의 위치를 수정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 수정하는 가속 장치에 하드론 빔의 새로운 파라미터를 보내도록 구성된다.
일 구체예에 따르면, 시스템은 추가로, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 하드론 빔을 중단시키기 위한 명령을 가속 장치에 보내도록 구성된 안전 모듈을 포함한다.
일 구체예에 따르면, 시스템은 추가로 동일한 콤프턴 카메라 레퍼런스에 따른 전체 종양 부피를 갖는 3-차원 이미지와의 상호작용 부피의 3-차원 이미지의 합류로부터 생성되는 3-차원 이미지 시퀀스를 재구성시키도록 구성된 이미지 재구성 모듈을 포함한다.
일 구체예에 따르면, 시스템은 액체-제논 콤프턴 망원경인 콤프턴 망원경을 포함한다.
일 구체예에 따르면, 시스템은 가속 장치 및/또는 전동 기계 지지물을 포함한다.
일 구체예에 따르면, 하드론 빔을 모니터링하는 방법은 컴퓨터-실행 방법이다.
본 발명은 또한, 프로그램이 컴퓨터에 의해서 실행되는 때에, 상기 기재된 하드론 빔을 모니터링하기 위한 실행 방법을 컴퓨터에서 생성시키는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 프로그램이 컴퓨터에 의해서 실행되는 때에, 상기 기재된 하드론 빔을 모니터링하기 위한 실행 방법을 컴퓨터에서 생성시키는 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 관한 것이다.
정의
본 발명에서, 이하 용어는 다음과 같이 정의된다:
- "버스트(Burst)"는 동일한 가속 상(acceleration phase)을 갖는 하드론의 번치(bunch)를 나타낸다.
- "즉발 감마선(Prompt Gammas)"은 대상체의 조직과의 하드론의 핵 반응 후에 자연적으로 방출되는 고속 및 고에너지 감마선을 나타낸다.
- 위험에 처한 기관("Organs At Risk (OARs))"은 가능한 한 방사선-관련된 부작용을 방지하기 위해서 의사가 선량 제한치를 설정한 기관을 나타낸다.
- "PTV(또는 계획 표적 부피(Planning Target Volume)"는 치료 과정(깊이에 관한 불확실성, 치료 기계의 고유한 불확실성, 등)으로 인한 부정확에 의해서 정의되는 마진(margin)를 첨가함으로써 치료되는 질환의 유형(CTV 또는 "임상적 표적 부피(Clinical Target volume)")에 따른 의사에 의해서 정의된 치료 마진에 의해서 연장된 영상화 조사(GTV 또는 "전체 종양 부피")에서 보이는 종양을 포함하는 부피를 나타낸다.
- "대상체"는 포유동물, 바람직하게는 인간을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 대상체는 환자, 즉, 의학적 치료가 진행중이거나 진행되었거나, 질환의 발생에 대한 후속 조치가 진행중인 의학적 보호관찰 하의 사람일 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 단지 비제한 예로 주어지고 첨부된 도면을 참조로 하는 본 발명에 따른 시스템 및 방법의 여러 구체예의 이하 설명에서 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 구체예에 따른 치료 테이블 및 개방-구성 콤프턴 망원경의 대략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 구체예에 따른 방법의 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 구체예에 따른 치료 테이블 및 개방-구성 콤프턴 망원경의 대략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 구체예에 따른 치료 테이블 및 폐쇄-구성 콤프턴 망원경의 대략적인 사시도이다.
도 1은 본 발명의 제1 구체예에 따른 치료 테이블 및 개방-구성 콤프턴 망원경의 대략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 구체예에 따른 방법의 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 구체예에 따른 치료 테이블 및 개방-구성 콤프턴 망원경의 대략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 구체예에 따른 치료 테이블 및 폐쇄-구성 콤프턴 망원경의 대략적인 사시도이다.
본 발명은 종양을 앓고 있는 대상체의 하드론-요법 치료 동안 하드론 빔을 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
전형적으로는, 하드론-치료 중심에서, 하드론은, 일반적으로는 사이클로트론(cyclotron) 또는 싱크로트론(synchrotron)에 의해서, 70 내지 250 MeV 사이의 치료학적 에너지에서 가속되고, 이들이 치료 노즐로 진입하는 치료실내로 수송된다. 얇은 초기 하드론 빔은 측면으로 그리고 세로로 분배되고, 치료를 가능하게 하도록 적합하게 포맷을 형성한다. 사용된 하드론은 전형적으로는 양성자 또는 탄소 이온이다. 빔의 산란 및 포맷 형성은 수동적으로-산란된 하드론-치료(passively-scattered hadron-therapy(PSHT))로 환자를 치료하기 위한 전기기계적 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 기술은 특히 양성자와 함께 사용된다. 균일한 스캐닝으로 일컬어지는 제2 방식은 넓은 시야에 걸쳐서 거친 빔을 스캐닝하는 것으로 구성되고, 그러한 넓은 시야는 이어서 환자의 해부학적 구조에 맞춰진 악세서리(accessory)들에 의해서 평행하게 되고 깊이에서 상쇄된다. 이는 더 깊은 경로로 더 넓은 시야를 치료하는 것을 가능하게 한다. 또 다른 접근 방법은 초기 에너지 시퀀스에서의 하드론의 미니-빔의 자기 스캐닝으로 이루어진다. 하드론은 전용 악세서리를 사용하지 않으면서 종양을 조사하기 위해서 3 방향(x,y,z)으로 종양에서 매우 미세하게 그리고 정밀하게 스캐닝된다. 이러한 기술은 세기 변조된 하드론-치료에 의해서 환자를 치료하기 위해서 사용될 수 있다.
상기 하드론-치료는 하드론-요법 치료 동안에 시간에 따른 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 정의하기 위해서 시간의 함수로서 미리 정의된 파라미터를 포함하는 치료 계획에 따라서 전달된다.
일 구체예에 따르면, 빔의 적어도 하나의 특성을 정의하는 미리 정의된 파라미터는 사용된 하드론-치료 기술에 따라서 달라진다.
수동적인 산란 방법의 경우에, 빔의 측면 및 세로 산란은 경로 변조 휠(path modulation wheel) 및 관심 부위에서 플랫 와이드 빔(flat wide beam)을 생성시키기 위한 높은-Z 재료로 제조된 하나 또는 두 개의 산란체의 사용 덕분에 얻어진다. 변조 휠은 브래그 피크를 확산시키고 이를 표적 부피의 깊이로 조정하기 위해서 회전 동안에 하드론의 경로에 상이한 두께의 재료의 블레이드를 삽입하도록 구성된다. 따라서, 브래그 피크의 변조는 이산적이다. 블레이드 두께 및 폭은 생성되는 개별적인 브래그 피크가 균일하고 균질한 깊이, 동종의 SOBP 또는 "확산 브래그 피크(spread-out Bragg peak)"의 선량 분포를 생성시키도록 설계된다. 표적 부피의 모양(플러스 적합한 마진)에 측면으로 선량 분포를 조정하기 위해서, 일반적으로는, 가장 높은 에너지 입자 하드론을 흡수하기에 충분한 두께(2 cm 내지 8 cm)의 황동 블록으로 이루어진, 조리개가 사용된다. 마지막으로, 표적의 원위 모양에 따른 선량 분포를 생성시키기 위해서, 수동으로 산란된 빔의 브래그 피크는 거리 보상체(distance compensator)를 사용하여 더 멀리 확산된다.
일 구체예에 따르면, 하드론-요법 치료는 수동 산란 기술을 사용한다. 본 구체예에서, 미리 정의된 파라미터는 적어도 빔 에너지 및 하드론 경로 변조(SOBP)를 포함한다. 사실, 흡수기(absorber) 및 보상기는 환자에 대해서 전용화된 악세서리이고, 이의 위치는 치료 동안에 변화되지 않는다.
균일한 스캐닝을 위해서, 능동 스캐닝 시스템(active scanning system)이 사용되며, 이는, 복수의 미니-조사(multiple mini-irradiation)와 함께, 종양에서 변조된 브래그 피크를 구성시킨다. 표적 부피는 한 층 후 다른 층의 측면 스캐닝에 의해서 조사된다. 전용 변조 휠이 단계적으로 브래그 피크를 번역하기 위해서 사용된다. 변조된 브래그 피크의 더 우수한 정의를 위해서, 중간-깊이 층이 산란기의 흡수판과 변조 휠의 블레이드의 회합 덕분에 조사된다. 변조되면, 양성자 빔은 첫 번째 위치에서 수직 자석(vertical magnet)에 의해서 이어서 이어지는 수평 자석에 의해서 각각 Y 및 X 방향으로 광범위하게 스캐닝된다.
일 구체예에 따르면, 하드론-요법 치료는 균일한 스캐닝 기술을 사용한다. 본 구체예에서, 미리 정의된 파라미터는 적어도 빔 에너지, 하드론 경로 변조 및 빔의 X 및 Y 위치를 포함한다.
능동 미니-빔 스캐닝(Active mini-beam scanning)은 환자에게 맞춰진 악세서리를 사용하지 않으면서 전체 종양 부피를 층별로 스캐닝하기 위해서 양성자의 초기 에너지를 변화시키면서 수평으로 그리고 수직으로 자석으로 기본적인 이온 빔을 스캐닝하는 것으로 이루어진다. 깊이(Z)는 에너지 선택 시스템(energy selection system) 덕분에 양성자 빔 에너지 변조에 의해서 관리된다. 평면(X, Y)에서의 미세한 빔의 위치는 이하 기재되는 바와 동일한 스캐닝 자석 덕분에 조절된다. 따라서, 스폿(spot)들의 세트가 전체 표적 부피에 걸쳐서 생성되고 분포된다. 등선량 중심점(isocentre)에서의 스폿의 크기는 스캐닝 자석 앞에 위치된 사중극자(quadrupole) 덕분에 조정된다. 이의 주된 이점은 생성된 중성자의 양 및 출력 손실을 둘 모두 수동 빔 포맷 형성 악세서리(passive beam formatting accessory)들로 인해서 감소시키는 것이다.
일 구체예에 따르면, 하드론-요법 치료는 능동 미니-빔 스캐닝 기술을 사용한다. 본 구체예에서, 미리 정의된 파라미터는 적어도 X, Y 및 Z 좌표(즉, 빔 에너지) 및 각각의 스폿의 세기를 포함한다.
자기 빔 스캐닝을 실행하는 기술은 빔 편향을 가능하게 하여 30 cm x 40 cm에 도달할 수 있는 치료 영역을 커버할 수 있게 하도록 구성된다.
하드론-요법 치료실에서, 대상체는 일반적으로는 의자에 앉아 있거나 빔이 나와서 대상체를 충격하는 치료 노즐에 대해서 미리 정의된 위치에서 치료 테이블에 기대어 있다.
일 구체예에서, 치료 노즐은 대상체로부터 미리 정의된 거리에서 고정된 위치에 위치된다. 처리 노즐은 빔 F의 입자 방향이 대상체의 사상면(sagittal plane)에 수직으로 대상체에 진입하도록 대상체에 대해서 정위될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 치료 노즐은 빔이 대상체의 앞 부분 상에 이의 진입점을 갖도록 대상체를 향해 정위된다. 이는 건강한 조직 및/또는 위험에 처한 기관의 최소 가능한 두께를 통해서 통과하여 이들이 받는 선량을 감소시킴으로써 빔이 표적 부피까지 대상체를 통과하게 할 수 있다.
고정된 위치에서의 치료 노즐에 의해서, 빔 F의 입자 방향, 및 이에 따른, 또한 조직에서의 이의 진입 점이 단지 빔의 소규모 편차를 가능하게 하는 자기 스캐닝을 사용하여 달라질 수 있다.
180도 초과의 원호에 걸쳐서 빔의 입사각을 달라지게 하는 것을 가능하게 하기 위해서, 일 구체예에서, 치료 테이블 T는, 특히, 하드론-요법 치료 동안에, 빔의 입사점에 대해서 대상체를 이동시키도록 구성된다. 도 1에 예시된 이러한 제1 구체예에서, 처리 테이블 T는 둘 모두의 회전 방향에서 세 개의 축 A1, A2 및 A3에 대해서 회전하하고 각각의 축의 둘 모두의 반대 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진할 수 있다.
이러한 제1 구체예에서, 콤프턴 망원경 TC는 축 A1에 대해 대칭이고 대상체 위에 도달하는 빔 F의 통과를 가능하기 하기 위해서 방향 A2를 따라서 서로 분리되어 있는 두 개의 중공 반-실린더(hollow half-cylinder)의 형태의 두 개의 콤프턴 반-검출기(Compton semi-detector)를 포함한다. 두 개의 반-실린더는 상보성이고, 결합될 경우, 완전한 중공 실린더를 형성시킬 수 있다. 특히, 각각의 반-검출기는 180° 각도를 갖는 원의 원호를 형성시킨다. 본 구체예에서, 각각의 콤프턴 반-검출기는 둘 모두의 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진하고 축 A3에 대해서 회전할 수 있다.
도 3에 예시된 제2 구체예에서, 치료 테이블 T는 또한 둘 모두의 회전 방향에서 세 개의 축 A1, A2 및 A3에 대해서 회전하고 각각의 축의 둘 모두의 반대 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진할 수 있다. 콤프턴 망원경 TC는, 축 A1에 대해서 대칭이고 A3 방향을 따라 서로 분리되어 있어 대상체의 측면에 도달하는 빔 F의 통과를 가능하게 하는, 두 개의 중공 반-실린더의 형태의 두 개의 콤프턴 반-검출기를 포함한다.
제1 및 제2 구체예에서의 콤프턴 망원경의 구성은 본 설명에서 "개방-구성 콤프턴 망원경(open-configuration Compton telescope)"으로 일컬어진다. 제1 및 제2 구체예에서, 각각의 콤프턴 반-검출기는 대상체에 대한 콤프턴 망원경 TC의 가능한 가장 폐쇄된 구성을 유지하면서 대상체에 대한 빔 F의 입사 위치 및 방향에 더 많이 적응하도록 서로 독립적으로 이동할 수 있다. 사실, 콤프턴 망원경은, 두 개의 반-검출기가 대상체에 가장 가까워서 더 많은 사건(즉, 즉발 감마선, 탈-여기 감마선 또는 소멸 감마선)을 검출할 수 있을 때에, 더 높은 공간 해상도를 갖는다.
도 4에 예시된 제3 구체예에서, 콤프턴 망원경은 중공 실린더의 형태를 가지며 대상체의 측면에 도달하는 빔 F의 통과를 허용할 수 있는 치수를 갖는 측면 슬릿을 포함하는 단일 검출 부피를 포함한다. 콤프턴 망원경의 이러한 구성은 본 설명에서 "폐쇄된-구성 콤프턴 망원경(closed-configuration Compton telescope)"으로 일컬어진다. 치료 테이블 T는 중공 실린더의 세로 축이기도 한 축 A1을 따라 정렬된다. 치료 테이블 T는 폐쇄된-구성 콤프턴 망원경의 내부에서 이동할 수 있고, 특히 둘 모두의 회전 방향에서 세 개의 축 A1, A2 및 A3에 대해서 회전할 수 있고, 각각의 축의 둘 모두의 반대 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진할 수 있다. 본 구체예에서, 콤프턴 망원경은 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진하고 축 A3에 대해서 피봇 회전하는 것을 가능하게 하기 위해서 모터 구동되는 기계적 지지물 상에 장착된다.
제1, 제2 및 제3 구체예에서, 대상체가 위에 정위되는 치료 테이블 T는 전동 기계 지지물(도시되지 않음) 상에 견고히 장착되며, 이는 이하 기재된 자유도로 대상체를 이동 가능하게 한다. 전동 기계 지지물은 특히 2 내지 15도 사이에서 달라지는 간격으로 치료 테이블 T의 회전 운동 및 0.5 cm 내지 5cm 사이에서 달라지는 간격에 의한 병진 운동을 가능하게 할 수 있다.
일 구체예에서, 전동 지지물은 0.1 cm 내지 1 cm 사이의 민감도를 갖도록 구성된 로봇 정위 아암(robotic positioning arm)이다.
전동 기계 지지물 상에 치료 테이블 T를 포함하는 구체예에서, 치료 계획의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나가 치료 테이블 T 및 그에 따른 전동 기계 지지물의 공간적 위치에 상응한다. 이러한 특히 유리한 구체예는 180°초과에 걸친 가변 각으로 빔을 전달하도록 구성된 거대한 등선량 중심점 회전 헤드(huge isocentric rotary head)("갠트리")의 사용을 회피하는 것을 가능하게 한다. 치료 노즐이 통합되는 "갠트리"는 전동 치료 베드(motorised treatment bed)의 비용에 비해서 생산 비용이 극히 높다. 결과적으로, "갠트리"의 사용을 피하는 것은 하드론-치료 인프라구조의 건설 비용을 줄여서 이러한 기술이 더욱 접근 가능하게 할 수 있다.
콤프턴 망원경이 이동할 수 있는 구체예에서, 치료 계획의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나는 폐쇄된-구성 콤프턴 망원경 또는 개방-구성 콤프턴 망원경의 각각의 콤프턴 반-검출기의 공간적 위치에 상응한다.
본 발명에 따른 방법에서 사용되는 가속 장치는 가속 장치에 의해서 미리 정의된 빈도로 방출되는 복수의 이산 하드론 "버스트"를 포함하는 하드론 빔을 생산한다.
일 구체예에서, 사용되는 하드론 빔을 생성시키는 가속 장치는 싱크로트론 또는 선형 가속기이다. 싱크로트론은 요망되는 에너지의 하드론들을 번치들(펄스들)에서 가속한다. 번치가 획득된 에너지에 도달하면, 이는 추출되어 "빔 라인(beam line)"을 통해서 치료실로 보내진다. 그러나, 가속기의 유형과는 무관하게, 추출된 좁은 나노에너지 빔이 빔 라인을 통해서 치료 노즐로 자기적으로 안내된다.
일 구체예에서, 가속 장치는 자석들이 외부 빔 제어 수단 및 이들(스위치 및 FPGA)을 제어할 수 있는 온보드 컴퓨터(onboard computer) 덕분에 이의 작동 빠른 변화에 노출되는 유도 셀(induction cell)들을 포함하는 "디지털" 싱크로트론이다.
"버스트"의 상호작용은 재료에서 하전된 입자의 자기-활성화 및 방출에 추가로, "즉발 감마선"으로 일컬어지는 고에너지 감마선의 신속한 방출을 생성시킨다. "즉발 감마선" 생성 프로파일은 하드론 경로와 잘 상관 관련되어 있다. 결국, "즉발 감마선"의 검출은 빔의 상호작용점 및 대상체에서의 선량 침착을 모니터링하기 위해서 효과적으로 사용될 수 있다.
도 2는 몇 개의 데이터 획득 및 계산 단계를 포함하는 방법의 구체예를 예시하고 있다.
본 발명에 따른 방법은 "버스트"의 하드론이 대상체의 조직과 내부에서 상호작용하는 상호 작용 부피의 이미지의 시퀀스를 얻음으로써 하드론-요법 치료 및 전체 종양 부피의 실시간 모니터링을 가능하게 하도록 구성된다. 상호작용 부피의 이미지는 "버스트"가 대상체에 충격되는 동안에만 얻어질 수 있다.
따라서, 방법은, "버스트"가 대상체에 충격되는 때(10)의 제1 상을 포함하며, 이러한 제1 상(first phase)은,
- 콤프턴 망원경에 의해서 대상체의 조직과의 "버스트"의 하드론의 상호작용에 의해서 생성되는 "즉발 감마선"을 검출하는 단계(111);
- 검출된 "즉발 감마선"을 사용하여 "버스트"의 하드론이 대상체의 조직과 상호작용하는 내부에서 상호작용 부피의 이미지를 재구성시키는 단계(112)를 포함한다.
바람직한 구체예에서, 콤프턴 망원경은 액체-제논 콤프턴 망원경이다. 액체 제논의 근본적인 물리적 특성, 예컨대, 이의 고밀도 및 이의 높은 원자 번호는 이온화 방사선에 높은 정지 파워(stopping power)를 부여하고, 이는 액체 제논이 몇 십 keV로부터 수십 MeV에 이르는 에너지 범위에서 감마선 검출기로서 이상적인 재료가 되게 한다. 액체 제논은 이온화 방사선을 검출하기 위한 우수한 능동 매체 및 균질의 민감성 매체와의 대형 검출기의 구성을 가능하게 하는 이점을 갖는 우수한 신틸레이터(scintillator) 둘 모두이다. 콤프턴 망원경은 상호작용 부피에서 입사 광자의 연속적인 상호작용(둘 또는 그 초과)을 이용한다. 상호작용점 및 각각의 상호작용에서 침적된 에너지를 기반으로 하여, 입사 광자의 방향이 콤프턴 운동학(Compton kinematics)의 적용을 통해서 원뿔로 감소될 수 있다. 광자 공급원의 위치는, 동일한 공급원으로부터의 광자의 후속 상호작용으로부터 추론된, 상이한 콤프턴 원뿔의 교차점에 의해서 측정될 수 있다. 따라서, 이러한 유형의 검출기는 콤프턴 산란이 우세한 과정인 몇 MeV의 상응하는 에너지 범위에서 "즉발 감마선"을 검출하도록 잘 조정된다.
측정된 상호작용 부피의 이미지는 3-차원 이미지일 수 있다.
일 구체예에서, 상호작용 부피의 이미지는 대상체에 충격되는 각각의 "버스트"에 대해서 얻어진다. 본 구체예에서, 이미지 획득 빈도는 가속 장치에서 "버스트" 생산 빈도에 의존적이다. 따라서, 초당 획득되는 이미지의 수는 5 내지 30으로 다양할 수 있다.
일 구체예에서, 콤프턴 망원경은 "버스트"의 각각의 이미지에 대해서 대략 1mm의 공간 해상도를 갖도록 구성된다.
본 발명에서, 대상체의 종양 세포는 의사-동시입사로 양전자 및 탈-여기 감마선을 방출하는 방사성 동위원소를 포함하는 방사성 의약품으로 표지된다. 이는 3-광자 영상화 원리의 사용 덕분에 방사성-마커(radio-marker)의 위치의 확인을 가능하게 한다. 사실, 양전자는 반대 방향으로 이동하는 511 keV의 두 광자("백-투-백 감마선(back-to-back gammas)")에서 소멸 전에 (1 mm의 정도의) 조직 내 짧은 경로를 따라서 이동한다.
3-광자 영상화는 콤프턴 망원경 및 의사-동시입사로 양전자 및 탈-여기 감마선을 방출하는 방사성 동위원소를 갖는 방사성 의약품의 조합 사용을 기반으로 한다.
이들 두 소명 광자의 동시 검출은 응답 라인(line of response (LOR)), 즉, 콤프턴 망원경에서의 소멸 광자의 두 상호작용점을 연결하고 조직내의 양전자의 소멸점을 통해서 통과하는 선을 플로팅(plotting)하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 방사성 동위원소의 위치는 LOR와 콤프턴 망원경과의 탈-여기 감마선의 상호작용을 기반으로 하여 정의된 콤프턴 원뿔 사이의 교차점에 의해서 얻어진다. 콤프턴 원뿔의 표면은 탈-여기 감마선의 입사 방향을 포함하고 콤프턴 운동학으로부터 직접적으로 추론될 수 있다. 콤프턴 원뿔의 조리개의 각도 θ는 콤프턴 산란식에 의해서 정의되며, 여기에서, 콤프턴 원뿔의 축은 망원경에 진입하는 탈-여기 감마선의 두 상호작용점 중 첫번째 검을 사용하여 측정된다.
이러한 기술은 유리하게는 이미지를 얻고 그에 따라서 획득 시간 및/또는 환자 당 접종되는 물질의 양을 감소시키기 위해서 요구되는 붕괴의 수의 감소를 가능하게 한다.
방법의 제1 상은, "버스트"가 대상체에 충격되지 않는 때에(11),
- 상기 기재된 바와 같이, 콤프턴 망원경에 의해 탈-여기 감마선 및 양전자에 의해서 생성되는 두 소멸 감마선을 동시에 검출함으로써 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포의 위치를 추출하는 단계(121);
- 종양 세포의 위치를 기반으로 하여, 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔에 의해서 치료되는 종양의 전체 부피의 이미지를 재구성시키는 단계(122)를 포함한다.
바람직한 일 구체예에서, 방사성 의약품에서 사용되는 방사성 동위원소는 공간적 및 시간적 의사-동시입사로 양전자 및 에너지 1.157 MeV의 광자를 방출하는 44Sc이다.
전체 종양 부피의 이미지는 두 개의 연속 "버스트" 사이에서 획득되어 "즉발 감마선"에 의해서 생성된 신호에 의한 이미지의 오염을 방지한다.
일 예에서, 콤프턴 망원경의 구조는, 10 초의 획득 동안에, 종양의 전체 부피의 이미지의 공간 해상도가 대략 1 mm이도록 한다. 얻은 해상도는 검출기의 물리적인 한계 및 대상체 내로 주입된 동위원소의 활성에 기인한다.
일 구체예에서, 종양의 전체 부피의 이미지는 3-차원 이미지이다.
방법은 추가로,
- 측정된 상호작용 부피를 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 위치시키기 위해서 상호작용 부피의 이미지와 종양의 전체 부피의 이미지를 비교하는 단계;
- 측정된 상호작용 부피가 종양의 측정된 전체 부피에 적어도 부분적으로 포함되는 때마다, 한편으로는, 종양의 측정된 전체 부피에 내의 측정된 상호작용 부피의 위치와, 다른 한편으로는, 치료 계획에서 정의된 종양의 전체 부피 내의 상호작용 부피의 미리 정의된 위치 사이의 편차를 계산하는 단계(132)를 포함하는 제2 상을 포함한다.
편차는 이미지들을 겹쳐 놓음으로써 계산될 수 있다. 이는 측정된 상호작용 부피 및 측정된 전체 종양 부피의 이미지들이 동일한 검출기에 의해서 획득되고 그에 따라서 동일한 레퍼런스에 대해서 재구성되는 때에 용이하게 얻어진다.
비교 상(comparison phase)은 치료 계획을 생성시키기 위해 계산 소프트웨어에서 계산된 위치에 대해서 브래그 피크의 실제 위치를 비교하는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 방법은 추가로 상호작용 부피의 미리 정의된 위치와 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 측정된 상호작용 부피의 위치 사이의 편차가 미리 정의된 임계치와 비교되는 단계(133)을 포함한다. 미리 정의된 임계치는 표적 부피 (PTV) 둘레의 1 mm 내지 5 mm의 마진에 상응할 수 있다. 임계치는 또한 표적 부피를 둘러싸는 위험에 처한 기관의 방사선 민감성을 기반으로 하여 정의될 수 있다. 예를 들어, 미리 정의된 임계치는 고도로 방사선 민감성인 림프절에 대한 0.5 mm의 마진 및 이보다 더 적은 폐의 방향의 1mm 마진에 상응한다.
일 구체예에서, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법은 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 새로운 파라미터를 계산하는 단계(134)를 포함한다.
일 구체예에서, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법은 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서 전동 기계 지지물의 새로운 공간적 위치에 상응하는 치료 계획의 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 하드론 빔의 새로운 파라미터는 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 상호작용 부피의 위치를 수정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 수정하는 가속 장치에 보내진다.
일 구체예에서, 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법은 하드론 빔을 중지시킴을 포함한다. 이는 치료 계획에 따르지 않는 어떠한 조사를 피하기 위한 안전 조치를 갖는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 방법은 추가로 동일한 콤프턴 카메라 레퍼런스 내의 전체 종양 부피를 갖는 3-차원 이미지와의 상호작용 부피의 3-차원 이미지의 합류로부터 생성되는 3-차원 이미지 시퀀스를 재구성시키는 단계를 포함한다. 그러한 이미지 시퀀스는 의료 전문가에게 시각적 정보를 제공하기 위한 스크린 덕분에 실시간으로 보여질 수 있다.
본 발명은 또한 대상체의 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔을 모니터링하는 시스템에 관한 것이다. 그러한 시스템은, 하드론-요법 치료 동안에 시간에 따른 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 정의하기 위해서 시간의 함수로서 미리 정의된 파라미터를 포함하는 치료 계획에 따라서 전달되는 하드론-요법 치료 동안에, 가속 장치에 의해서 미리 정의된 빈도로 방출되는 복수의 이산 하드론 "버스트"를 포함하는, 하드론 빔을 모니터링하도록 구성된다.
하드론 빔을 모니터링하는 시스템이 이제 기재될 것이다. 이후, 모듈들은 물리적으로 분리된 하드웨어 구성요소들로서가 아닌 기능적 엔티티(entity)들로서 이해되어야 한다. 따라서, 이들은 동일한 콘크리트 하드웨어 구성요소로 그룹화되거나 이들 구성요소들 중 몇몇으로 분배될 수 있다. 더욱이, 이들 모듈들의 각각은 임의로 적어도 두 개의 물리적인 구성요소들 사이에 공유된다. 더욱이, 모듈들은 하드웨어, 소프트웨어, 마이크로프로그램 또는 이들의 어떠한 다른 조합된 형태에서 실행된다.
시스템은 "버스트"가 대상체에 충격되는 때에 콤프턴 망원경으로부터 획득되는 데이터를 수용하도록 구성되는 빔 영상화 모듈을 포함한다. 일 구체예에서, 데이터 획득은 온라인으로 연속적으로 수행된다. 대상체로의 "버스트"의 전달에 상응하는 시간 범위 동안에 획득된 데이터는 빔 영상화 모듈에 보낸다. 이러한 모듈은 더욱이 대상체 조직과의 "버스트'의 상호작용에 의해서 생성된 "즉발 감마선"의 방출점을 측정하기 위해서 이들 데이터를 분석하도록 구성된다. 따라서, 이러한 모듈은 "버스트"의 하드론이 조직과 상호작용하는 내부에서 상호작용 부피의 이미지를 개구성시키기 위한 "즉발 감마선"의 방출점을 사용한다.
일 구체예에서, 빔 영상화 모듈은 더욱이 콤프턴 망원경의 민감성 부피에서 "즉발 감마선"의 상호작용을 기반으로 하지 않는 사건에 상응하는 어떠한 데이터를 확인하고 거부하도록 구성된다.
시스템은 또한 "버스트"가 대상체에 충격되지 않는 때에 콤프턴 망원경에 의해서 획득된 데이터를 수용하도록 구성된 종양 영상화 모듈을 포함한다. 일 구체예에서, 데이터 획득은 온라인으로 연속적으로 수행되고, 단지 두 개의 연속적인 대상체 "버스트"들 사이에서 획득된 데이터가 종양 영상화 모듈에 보내진다. 이는 단지 종양 세포에 의해서 포획된 방사성 동위원소의 베타 붕괴로부터 데이터를 선택하는 것을 가능하게 한다. 이러한 모듈은 더욱이 탈-여기 감마선 및 양전자에 의해서 생성된 두 소멸 감마선을 동시에 검출함으로써 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포의 위치를 추출하기 위해서 이들 데이터를 분석하고 종양 세포의 위치를 이용하여 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔에 의해서 치료되는 종양의 전체 부피의 이미지를 재구성시키도록 구성된다.
일 구체예에서, 콤프턴 망원경은 액체-제논 콤프턴 망원경이다.
시스템은 추가로 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 측정된 상호작용 부피를 위치시키기 위해서 상호작용 부피의 이미지와 전체 종양 부피의 이미지를 비교하고, 측정된 상호작용 부피가 종양의 측정된 전체 부피에 적어도 부분적으로 포함되는 때마다, 한편으로는, 종양의 측정된 전체 부피에 대한 측정된 상호작용 부피의 위치와, 다른 한편으로는, 치료 계획에서 정의된 종양의 전체 부피 내의 상호작용 부피의 미리 정의된 위치 사이의 편차를 계산하도록 구성된 평가 모듈을 포함한다.
일 구체예에서, 방법 평가 모듈은 상호작용 부피의 미리 정의된 위치와 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 측정된 상호작용 부피의 위치 사이의 편차를 미리 정의된 임계치화 비교하도록 구성된다.
일 구체예에서, 시스템은 추가로, 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서, 하드론 빔 편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다 적어도 하나의 새로운 파라미터를 계산하도록 구성된 보정 모듈을 포함한다.
설명의 첫 번째 부분에서 설명된 바와 같이, 하드론 빔의 특성을 정의하는 미리 정의된 파라미터는 하드론-요법 치료의 유형에 따라서 달라진다. 치료 노즐에 의해서 전달될 수 있는 치료의 유형을 기반으로 하여, 세션 동안에 역학적으로 영향을 받을 수 있는 미리 정의된 파라미터는 빔 에너지, 하드론 경로 변조(즉, SOBP), 하드론 경로 변조 및/또는 빔의 X 및 Y 위치를 포함한다.
일 구체예에서, 보정 모듈은 더욱이 종양의 측정된 전체 부피에 대한 상호작용 부피의 위치를 수정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 수정하는 가속 장치에 하드론 빔의 새로운 파라미터를 보내도록 구성된다.
일 구체예에서, 가속 장치는 치료 테이블에 대해서 고정된 위치에서 치료실에 배치된 치료 노즐을 포함한다.
일 구체예에서, 치료 테이블 T는, 특히, 하드론-요법 치료 동안에, 빔의 입사점에 대해서 대상체를 이동시키도록 구성된다. 도 1에 예시된 이러한 제1 구체예에서, 치료 테이블 T는 둘 모두의 회전 방향에서 3개의 축 A1, A2 및 A3에 대해 회전할 수 있고 각각의 축의 둘 모두의 반대 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진할 수 있다.
이러한 제1 구체예에서, 콤프턴 망원경 TC는, 축 A1에 대해서 대칭이고 A2 방향을 따라 서로 분리되어 있어 대상체 위에 도달하는 빔 F의 통과를 가능하게 하는, 두 개의 중공 반-실린더의 형태의 두 개의 콤프턴 반-검출기를 포함한다. 두 개의 반-실린더는 상보성이고, 결합될 경우, 완전한 중공 실린더를 형성시킬 수 있다. 특히, 각각의 반-검출기는 180° 각도를 갖는 원의 원호를 형성시킨다. 본 구체예에서, 각각의 콤프턴 반-검출기는 둘 모두의 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진하고 축 A3에 대해서 회전할 수 있다.
도 3에 예시된 제2 구체예에서, 치료 테이블 T는 또한 둘 모두의 회전 방향에서 세 개의 축 A1, A2 및 A3에 대해서 회전하고 각각의 축의 둘 모두의 반대 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진할 수 있다. 콤프턴 망원경 TC는, 축 A1에 대해서 대칭이고 A3 방향을 따라 서로 분리되어 있어 대상체의 측면에 도달하는 빔 F의 통과를 가능하게 하는, 두 개의 중공 반-실린더의 형태의 두 개의 콤프턴 반-검출기를 포함한다.
제1 및 제2 구체예에서의 콤프턴 망원경의 구성은 본 설명에서 "개방-구성 콤프턴 망원경"으로 일컬어진다. 제1 및 제2 구체예에서, 각각의 콤프턴 반-검출기는 대상체에 대한 콤프턴 망원경 TC의 가능한 가장 폐쇄된 구성을 유지하면서 대상체에 대한 빔 F의 입사 위치 및 방향에 더 많이 적응하도록 서로 독립적으로 이동할 수 있다. 사실, 콤프턴 망원경은, 두 개의 반-검출기가 대상체에 가장 가까워서 더 많은 사건(즉, 즉발 감마선, 탈-여기 감마선 또는 소멸 감마선)을 검출할 수 있을 때에, 더 높은 공간 해상도를 갖는다. 도 4에 예시된 제3 구체예에서, 콤프턴 망원경은 중공 실린더의 형태를 가지며 대상체의 측면에 도달하는 빔 F의 통과를 허용할 수 있는 치수를 갖는 측면 슬릿을 포함하는 단일 검출 부피를 포함한다. 콤프턴 망원경의 이러한 구성은 본 설명에서 "폐쇄된-구성 콤프턴 망원경"으로 일컬어진다. 치료 테이블 T는 중공 실린더의 세로 축이기도 한 축 A1을 따라 정렬된다. 치료 테이블 T는 폐쇄된-구성 콤프턴 망원경의 내부에서 이동할 수 있고, 특히 둘 모두의 회전 방향에서 세 개의 축 A1, A2 및 A3에 대해서 회전할 수 있고, 각각의 축의 둘 모두의 반대 방향에서 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진할 수 있다. 본 구체예에서, 콤프턴 망원경은 축 A1, A2 및 A3을 따라서 병진하고 축 A3에 대해서 피봇 회전하는 것을 가능하게 하기 위해서 모터 구동되는 기계적 지지물 상에 장착된다.
제1, 제2 및 제3 구체예에서, 대상체가 위에 정위되는 치료 테이블 T는 전동 기계 지지물(도시되지 않음) 상에 견고히 장착되며, 이는 이하 기재된 자유도로 대상체를 이동 가능하게 한다. 전동 기계 지지물은 특히 2 내지 15도 사이에서 달라지는 간격으로 치료 테이블 T의 회전 운동 및 0.5 cm 내지 5cm 사이에서 달라지는 간격에 의한 병진 운동을 가능하게 할 수 있다.
일 구체예에서, 전동 지지물은 0.1 cm 내지 1 cm 사이의 민감도를 갖도록 구성된 로봇 정위 아암이다.
전동 기계 지지물 상에 치료 테이블 T를 포함하는 구체예에서, 치료 계획의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나가 전동 기계 지지물, 특히, 치료 테이블 T의 공간적 위치에 상응한다. 보정을 위한 보정 모듈은 더욱이, 특히 빔의 입사 방향 및 입사점에 상응하는, 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서 전동 기계 지지물의 새로운 공간적 위치에 상응하는 치료 계획의 새로운 파라미터를 계산하도록 구성된다.
콤프턴 망원경이 이동할 수 있는 구체예에서, 치료 계획의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나는 폐쇄된-구성 콤프턴 망원경 또는 개방-구성 콤프턴 망원경의 각각의 콤프턴 반-검출기의 공간적 위치에 상응한다. 보정 모듈은 더욱이 폐쇄된-구성 콤프턴 망원경 또는 개방-구성 콤프턴 망원경의 각각의 콤프턴 반-검출기의 시로운 공간적 위치에 상응하는 치료 계획의 새로운 파라미터를 계산하도록 구성된다.
일 구체예에서, 보정 모듈은, 빔의 입사 방향 및/또는 입사점을 수정하고 그에 따라서 종양의 측정된 전체 부피에 대한 상호작용 부피의 위치를 수정하기 위해서, 전동 기계 지지물의 새로운 위치로 회전하는 하드론 빔의 새로운 파라미터를 전동 기계 지지물 자체에 보내도록 구성된다.
일 구체예에서, 시스템은 동일한 콤프턴 카메라 레퍼런스에 따른 전체 종양 부피를 갖는 3-차원 이미지와의 상호작용 부피의 3-차원 이미지의 합류로부터 생성되는 3-차원 이미지 시퀀스를 재구성시키도록 구성된 이미지 재구성 모듈을 포함한다. 이는 치료 세션의 필름을 얻는 것을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 시스템의 모듈은 적어도 하나의 프로세서 및 적어도 하나의 프로세서-판독 가능한 기록 매체를 포함한다.
용어 "프로세서"는 소프트웨어를 실행할 수 있는 "하드웨어"로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하며, 일반적으로는, 예를 들어, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그램 가능 논리 제어기(programmable logic controller(PLD))를 포함할 수 있는 처리 장치를 나타낸다. 프로세서는 또한, 인포그래픽(infographics) 및 이미지 처리를 위해서 또는 다른 기능을 위해서 사용되든지, 하나 이상의 그래픽 처리 장치(graphics processing unit(GPU))를 포함할 수 있다. 더욱이, 관련된 및/또는 생성되는 기능을 실행하기 위한 명령 및/또는 데이터는 프로세서에 의해서 판독 가능한 어떠한 매체, 예를 들어, 집적 회로, 하드 드라이브, CD(Compact Disc), 광 디스크(optical disc), 예컨대, DVD(다기능 디지털 디스크(Digital Versatile Disc)), RAM(랜덤-액세스 메모리(Random-Access Memory)) 또는 ROM (읽기 전용 메모리(Read-Only Memory))에 저장될 수 있다. 그러한 명령은 특히 하드웨어, 소프트웨어, 마이크로프로그램 또는 이들의 어떠한 조합에 저장될 수 있다.
본 발명은 또한, 프로그램이 컴퓨터에 의해서 실행되는 때에, 상기 기재된 하드론 빔을 모니터링하는 실행 방법을 컴퓨터에서 생성시키는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 명령들이 컴퓨터에 의해서 실행되는 때에, 상기 기재된 하드론 빔을 모니터링하기 위한 실행 방법을 컴퓨터에서 생성시키는 그러한 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 관한 것이다.
일 구체예에서, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 비-일시적이다.
Claims (15)
- 의사-동시입사(quasi-coincidence)로 양전자 및 탈-여기 감마선(de-excitation gamma ray)을 방출하는 방사성 동위원소를 갖는 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포를 포함하는 대상체(subject)의 하드론-요법 치료(hadron-therapy treatment) 동안에 하드론 빔(hadron beam)을 모니터링하기 위한 방법으로서, 하드론-요법 치료가 하드론-요법 치료 동안의 시간에 따른 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 정의하기 하기 위해서 시간의 함수로서의 미리 정의된 파라미터를 포함하는 치료 계획에 따라서 전달되고, 하드론 빔이 가속 장치에 의해서 미리 정의된 빈도로 방출된 복수의 이산 하드론 버스트(discrete hadron burst)를 포함하고, 상기 방법이,
- "버스트"가 대상체에 충격되는 때에(10),
· 액체-제논 콤프턴 망원경(liquid-xenon Compton telescope)(TC)에 의해서 대상체의 조직과의 "버스트"의 하드론의 상호작용에 의해서 생성된 즉발 감마선(prompt gammas)을 검출하는 단계(111);
· 버스트의 하드론이 대상체의 조직과 내부에서 상호작용하는 상호작용 부피의 이미지(image)를 재구성시키기 위해서 검출된 "즉발 감마선"을 사용하는 단계(112);
- "버스트"가 대상체에 충격되지 않는 때에(11),
· 탈-여기 감마선과 양전자에 의해서 생성된 두 소멸 감마선(annihilation gamma ray)을 콤프턴 망원경(Compton telescope)에 의해서 동시에 검출함으로써 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포의 위치를 추출하는 단계(121);
· 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔에 의해서 치료되는 종양의 전체 부피의 이미지를 재구성시키는 단계(122);
- 측정된 상호작용 부피를 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 위치시키기 위해서 상호작용 부피의 이미지와 종양의 전체 부피의 이미지를 비교하는 단계(131);
- 측정된 상호작용 부피가 종양의 측정된 전체 부피 내에 적어도 부분적으로 포함되는 때마다, 한편으로는, 종양의 측정된 전체 부피 내의 측정된 상호작용 부피의 위치와, 다른 한편으로는, 치료 계획에서 정의된 종양의 전체 부피 내의 상호작용 부피의 미리 정의된 위치 사이의 편차를 계산하는 단계(132)를 포함하는, 방법. - 청구항 1에 있어서,
상호작용 부피의 이미지가 대상체에 충격되는 각각의 버스트에 대해서 얻어지는, 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상호작용 부피의 미리 정의된 위치와 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 측정된 상호작용 부피의 위치 사이의 편차가 미리 정의된 임계치(predefined threshold)와 비교되는 단계(133)을 추가로 포함하는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법이 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 새로운 파라미터를 계산하는 단계(134)를 포함하는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
대상체가 하드론-요법 치료 동안에 빔에 대해서 대상체를 이동시키도록 구성된 전동 기계 지지체(motorised mechanical support) 상에 위치되고, 치료 계획의 미리 정의된 파라미터의 적어도 하나가 전동 기계 지지체의 공간적 위치에 상응하는, 방법. - 청구항 5에 있어서,
편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법이 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서 전동 기계 지지체의 새로운 공간적 위치에 상응하는 치료 계획의 파라미터를 계산하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
하드론 빔의 새로운 파라미터가, 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 상호작용 부피의 위치를 수정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 수정하는, 가속 장치에 보내지는 것을 특징으로 하는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 방법이 하드론 빔을 중단시킴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 모니터링 방법. - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
동일한 콤프턴 카메라 레퍼런스(Compton camera reference) 내의 전체 종양 부피를 갖는 3-차원 이미지와의 상호작용 부피의 3-차원 이미지의 병합(merging)으로부터 생성되는 3-차원 이미지 시퀀스(three-dimensional image sequence)를 재구성시키는 단계를 추가로 포함하는, 모니터링 방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
콤프턴 망원경이 액체-제논 콤프턴 망원경인 것을 특징으로 하는, 모니터링 방법. - 의사-동시입사로 양전자 및 탈-여기 감마선을 방출하는 방사성 동위원소를 갖는 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포를 포함하는 대상체의 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔을 모니터링하기 위한 시스템으로서, 하드론-요법 치료가 하드론-요법 치료 동안의 시간에 따른 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 정의하기 하기 위해서 시간의 함수로서의 미리 정의된 파라미터를 포함하는 치료 계획에 따라서 전달되고, 하드론 빔이 가속 장치에 의해서 미리 정의된 빈도로 방출된 복수의 이산 하드론 버스트를 포함하고, 시스템이,
- 버스트가 대상체에 충격되는 때에 액체-제논 콤프턴 망원경으로부터 획득된 데이터를 수용하고, 이들 데이터를 분석하여 대상체의 조직과의 버스트의 상호작용에 의해서 생성된 즉발 감마선의 방출점을 측정하도록 구성된 빔 영상화 모듈(beam imaging module)로서, 버스트의 하드론이 조직과 내부에서 상호작용하는 상기 대상체의 조직으로부터의 상호작용 부피의 이미지가 재구성되는, 빔 영상화 모듈;
- 버스트가 대상체에 충격되지 않는 때에 콤프턴 망원경, 특히, 액체-제논 콤프턴 망원경에 의해서 획득된 데이터를 수용하고, 이들 데이터를 분석하여 탈-여기 감마선 및 양전자에 의해서 생성된 두 소멸 감마선을 동시에 검출함으로써 방사성 의약품으로 표지된 종양 세포의 위치를 추출하고 종양 세포의 위치를 이용하여 하드론-요법 치료 동안에 하드론 빔에 의해서 치료되는 종양의 전체 부피의 이미지를 재구성시키도록 구성된 종양 영상화 모듈;
- 상호작용 부피의 이미지와 전체 종양 부피의 이미지를 비교하여 측정된 상호작용 부피를 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 위치시키고, 측정된 상호작용 부피가 종양의 측정된 전체 부피에 적어도 부분적으로 포함되는 때마다, 한편으로는, 종양의 측정된 전체 부피에 대한 측정된 상호작용 부피의 위치와, 다른 한편으로는, 치료 계획에서 정의된 종양의 전체 부피 내의 상호작용 부피의 미리 정의된 위치 사이의 편차를 계산하도록 구성된 평가 모듈을 포함하는, 시스템. - 청구항 11에 있어서,
평가 모듈이 상호작용 부피의 미리 정의된 위치와 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 측정된 상호작용 부피의 위치 사이의 편차를 미리 정의된 임계치화 비교하도록 추가로 구성되는, 시스템. - 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 보정하기 위해서, 하드론 빔의 적어도 하나의 새로운 파라미터를 계산하도록 구성되는 보정 모듈을 추가로 포함하는, 시스템. - 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
보정 모듈이 종양의 측정된 전체 부피에 대해서 상호작용 부피의 위치를 수정하기 위해서 하드론 빔의 적어도 하나의 특성을 수정하는, 가속 장치에 하드론 빔의 새로운 파라미터를 보내도록 추가로 구성되는, 시스템. - 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
편차가 미리 정의된 임계치보다 클 때마다, 하드론 빔을 중단시키기 위한 명령을 가속 장치에 보내도록 구성된 안전 모듈을 추가로 포함하는, 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FRFR1911704 | 2019-10-18 | ||
| FR1911704A FR3102063A1 (fr) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Procédé et sytème de suivi d’un faisceau d’hadrons pendant un traitement d’hadrontherapie d’un sujet |
| PCT/FR2020/051863 WO2021074551A1 (fr) | 2019-10-18 | 2020-10-16 | Procédé et sytème de suivi d'un faisceau d'hadrons pendant un traitement d'hadrontherapie d'un sujet |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230038632A true KR20230038632A (ko) | 2023-03-21 |
Family
ID=70228085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020227016120A KR20230038632A (ko) | 2019-10-18 | 2020-10-16 | 대상체의 하드론-요법 치료 동안 하드론 빔을 모니터링하기 위한 방법 및 시스템 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240100365A1 (ko) |
| EP (1) | EP4045141A1 (ko) |
| JP (1) | JP2022552715A (ko) |
| KR (1) | KR20230038632A (ko) |
| CN (1) | CN114761078A (ko) |
| FR (1) | FR3102063A1 (ko) |
| WO (1) | WO2021074551A1 (ko) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100265078A1 (en) * | 2009-04-20 | 2010-10-21 | Integrated Sensors, Llc | Plasma panel based ionizing-particle radiation detector |
| US20130060134A1 (en) * | 2011-09-07 | 2013-03-07 | Cardinal Health 414, Llc | Czt sensor for tumor detection and treatment |
| DE102013102920A1 (de) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Technische Universität Dresden | Vorrichtung zum Verifizieren der Hadronentherapie durch Messung prompter Gammastrahlung unter Verwendung aktiver Kollimatoren |
| WO2014179430A2 (en) * | 2013-05-01 | 2014-11-06 | Indiana University Research And Technology Corporation | System design and method for verifying 3d dosimetric imaging of charged particles in media |
| WO2016168076A1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-10-20 | The University Of Chicago | Positron-emission tomography detector systems based on low-density liquid scintillators and precise time-resolving photodetectors |
| EP3427081A4 (en) * | 2016-03-09 | 2020-02-26 | University of Maryland, Baltimore | TECHNIQUES FOR PRODUCING AN IMAGE OF RADIOACTIVE EMISSIONS USING A COMPTON CAMERA AND COMPTON LINES |
| CN106310543A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-11 | 清华大学 | 基于时间序列的质子或重离子放射治疗剂量实时监测方法 |
| EP3305200A1 (en) * | 2016-10-07 | 2018-04-11 | Ion Beam Applications S.A. | Medical apparatus comprising a hadron therapy device, a mri, and a prompt-gamma system |
-
2019
- 2019-10-18 FR FR1911704A patent/FR3102063A1/fr active Pending
-
2020
- 2020-10-16 EP EP20803222.7A patent/EP4045141A1/fr active Pending
- 2020-10-16 JP JP2022523133A patent/JP2022552715A/ja active Pending
- 2020-10-16 KR KR1020227016120A patent/KR20230038632A/ko unknown
- 2020-10-16 WO PCT/FR2020/051863 patent/WO2021074551A1/fr active Application Filing
- 2020-10-16 CN CN202080083874.1A patent/CN114761078A/zh active Pending
- 2020-10-16 US US17/769,039 patent/US20240100365A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021074551A1 (fr) | 2021-04-22 |
| US20240100365A1 (en) | 2024-03-28 |
| CN114761078A (zh) | 2022-07-15 |
| EP4045141A1 (fr) | 2022-08-24 |
| FR3102063A1 (fr) | 2021-04-23 |
| JP2022552715A (ja) | 2022-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10806950B2 (en) | Rapid imaging systems and methods for facilitating rapid radiation therapies | |
| JP7408743B2 (ja) | 放射線治療のシステム、方法およびソフトウェア | |
| Mohan et al. | Empowering intensity modulated proton therapy through physics and technology: an overview | |
| US8710445B2 (en) | Apparatus and method for evaluating an activity distribution, and irradiation system | |
| JP7066621B2 (ja) | 磁気共鳴イメージングを用いた粒子治療 | |
| JP6615445B2 (ja) | 軟組織を同時に画像化しながら等角放射線治療を送達するためのシステム | |
| US20180099155A1 (en) | Apparatus and method for visualizing a hadron beam path traversing a target tissue by magnetic resonance imaging | |
| Pawelke et al. | In-beam PET imaging for the control of heavy-ion tumour therapy | |
| EP3056245A1 (en) | Radiation therapy guided using pet imaging | |
| US7346144B2 (en) | In vivo planning and treatment of cancer therapy | |
| US20180099153A1 (en) | Medical apparatus comprising a hadron therapy device, a mri, and a hadron radiography system | |
| KR20230038632A (ko) | 대상체의 하드론-요법 치료 동안 하드론 빔을 모니터링하기 위한 방법 및 시스템 | |
| Hernández | Low-dose ion-based transmission radiography and tomography for optimization of carbon ion-beam therapy | |
| AjayKumar | A Study on Physical and Dosimetric Aspects of image Guided Radiation Therapy | |
| Parodi et al. | First 4D in-beam PET measurement for beam tracking of a moving phantom with a scanned carbon ion beam | |
| Massie | Respiratory-Gated IMRT Quality Assurance with Motion in Two Dimensions | |
| Rinaldi | Imaging techniques in ion beam therapy: status and perspective |