WO2014189260A1 - 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치 - Google Patents

수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치 Download PDF

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WO2014189260A1
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radiation
human body
plate
body model
horizontal
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PCT/KR2014/004499
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이세병
김태현
박세준
신동호
신재익
임영경
정치영
조성구
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국립암센터
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    • A61N2005/1076—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for testing, calibrating, or quality assurance of the radiation treatment apparatus using a dummy object placed in the radiation field, e.g. phantom

Definitions

  • the present invention relates to a radiation dose measuring apparatus, and more particularly, it is possible to detach various types of human models, to maintain a precise angle of incidence from a rotating radiation generating device, and to be capable of horizontal and rotational driving with a small and lightweight radiation dose.
  • a measuring apparatus and its radiation detection apparatus are particularly, it is possible to detach various types of human models, to maintain a precise angle of incidence from a rotating radiation generating device, and to be capable of horizontal and rotational driving with a small and lightweight radiation dose.
  • Cancer Therapy can be divided into Surgery, Chemotherapy and Radiation Therapy.
  • Surgery Chemotherapy
  • Radiation Therapy With the increase of population, the development of diagnostic technology has greatly increased the number of cancer patients, especially the role of radiation therapy in recent years.
  • the ultimate goal of radiation therapy is to protect the normal cells with the lowest possible dose of radiation and the tumor cells with the highest dose.
  • Bragg Peak refers to a phenomenon in which energy absorption in the body reaches its peak when protons reach cancer tissues when the human body penetrates the human body, and thus a lot of energy absorption occurs specifically in cancer tissues.
  • treatment planning of a patient is determined by a strong dose change in tumor cell tissue. Therefore, highly accurate treatment within a few mm is required, and more accurate quality assurance for treatment is required.
  • the present applicant discloses a radiation dose measuring apparatus capable of measuring radiation dose in vivo using a scintillation plate in Korean Patent Publication No. 10-1203676 (November 15, 2012).
  • the present invention is to overcome the problems of the prior art described above, and can be detached from various types of human body, to maintain the exact angle of incidence from the rotating radiation generating device, the radiation capable of horizontal and rotational drive to make the device compact and lightweight
  • An object thereof is to provide a dose measuring device and a radiation detecting device thereof.
  • the radiation generating unit And a fixed plate for selectively attaching and detaching and fixing the human body model on the upper part of the human body model, through which the human body model is transmitted and incident radiation of the radiation generating unit, and formed under the fixing plate, and excited by radiation passing through the human body model.
  • a radiation detector A radiation detector; A driving control unit mounted on the moving plate and moving in the horizontal direction or rotating in the vertical direction; An image processor which analyzes an image formed by the camera of the radiation detector and measures a radiation dose transmitted through the human body model; And a display unit for displaying an image processed by the image processor as a 2D or 3D image.
  • the radiation generator rotates along the outer circumferential surface of the gantry, and the drive control unit rotates the movable plate constantly along the rotation angle of the radiation generator to control the radiation incident from the radiation generator to the fixed plate in the vertical direction. It is preferable.
  • the human body model may have a triangular prism shape, a rectangular plate shape, a plurality of stacked shapes, or an irregular polygonal shape.
  • the material of the human body model may be poly methyl methacrylate (PMMA).
  • the fixing plate is further provided with a gripping portion for attaching or detaching the human body model as necessary.
  • the radiation transmitted through the human body model is attenuated along the shape of the human body moving in the horizontal direction and input to the flash plate.
  • the drive control unit A linear motor for moving the moving plate in a horizontal direction; It may include a rotary motor for rotating the moving plate in the vertical direction.
  • the fixing plate for selectively detaching and fixing the human body model on the upper part, and transmits the radiation through the fixed human body model;
  • a flash plate formed under the fixed plate and excited by radiation passing through the human body to generate light;
  • a reflection plate formed under the flash plate and refracting and reflecting light generated from the flash plate at a predetermined angle;
  • a camera for capturing the light reflected from the reflector to form an image.
  • the material is made of PMMA as an example of various types of human body, a triangular prism form, a rectangular plate form a plurality of A human body model of a stacked or irregular polygonal shape can be attached and detached, an accurate angle of incidence can be maintained from a rotating radiation generating device, and the device can be miniaturized and lightened by simplifying parts.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a radiation dose measuring apparatus capable of horizontal and rotational driving according to a preferred embodiment of the present invention and a radiation detecting apparatus thereof.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a human body of various forms according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 is a perspective view showing a radiation dose measuring apparatus capable of horizontal and rotational drive according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view showing a state in which radiation is incident on the human body by the radiation dosimetry device capable of horizontal and rotational drive according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a 2D image photographed by a camera according to the device configuration of FIG. 5.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a 2D image photographed by a camera according to the device configuration of FIG. 5.
  • FIG 7 and 8 are screens showing images processed by the image processing tool in the image processing unit of the present invention.
  • Figure 9 is a photograph showing a beam shaper to form a beam attached to the radiation generating unit according to an embodiment of the present invention.
  • 10 and 11 are screens showing an image processed using the beam shape of FIG.
  • FIGS. 12 and 13 are perspective views illustrating a radiation dose measuring apparatus using a radiation generating unit that is formed in a cylindrical shape and rotates along an outer circumferential surface thereof according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional image of FIGS. 10 and 11, illustrating a part of an image constituting a final 3D image obtained by using a radiation dose measuring apparatus.
  • spatially relative terms below, beneath, lower, above, upper, etc. facilitate the correlation of one device or components with other devices or components as shown in the figures. Can be used to describe. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures.
  • the device described as beneath the other device may be placed above the other device.
  • the exemplary term below may include both the direction below and above.
  • the device can also be oriented in other directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to orientation.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a radiation dose measuring device and a radiation detection device capable of horizontal and rotational driving according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a human body of various forms according to a preferred embodiment of the present invention
  • 3 and 4 are perspective views illustrating a radiation dose measuring apparatus capable of horizontal and rotational driving according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the radiation dose measuring apparatus capable of horizontal and rotational drive according to an embodiment of the present invention
  • the radiation generating unit 100 the human body model 210, the fixed plate 220, the flash plate 230,
  • the reflective plate 240 includes a radiation detector 200 including a camera 250, a moving plate 260, a drive controller 500, an image processor 300, and a display unit 400.
  • the radiation generator 100 generates predetermined radiation.
  • the radiation here includes both conventional proton beams, particle radiation including carbon beams, and other types of radiation that can be used or predicted today and similar rays.
  • the radiation detector 200 includes a fixing plate 220, a flashing plate 230, a reflecting plate 240, and a camera 250.
  • the fixed plate 220 selectively attaches and detaches the human body 210 to the upper portion thereof, and transmits the radiation of the radiation generator 100 by passing through the fixed human body 120.
  • the fixing plate 220 may be further provided with a holding portion 221 for attaching or detaching any one of the human body 210 as necessary.
  • the radiation incident through the human body 210 is attenuated along the shape of the human body 210 moving in the horizontal direction and input to the flashing plate 230.
  • the flashing plate 230 is formed under the fixed plate 220, and is excited by radiation passing through the human body model 210 to generate light.
  • the scintillator plate 230 uses scintillation materials or fluorescent materials capable of generating light by interaction with radiation, and includes, for example, an organic scintillator plate, a crystalline inorganic scintillator plate, and a fluorescent plate. And the scintillation plate can have a density similar to water. In addition, the flash plate 230 may be excited by particle radiation passing through the human body model 210 to generate radiation such as X-rays.
  • the principle that the scintillator plate 230 generates radiation is that the energy level of the scintillator plate 230 exists in a home appliance band and a conduction band. As the electrons were, the electrons go up. Then, the household appliance is a hole (hole), and the electrons come back down to the household appliance to maintain the equilibrium state, which generates radiation by the difference between the energy of the household appliance and the conduction band (fluorescence).
  • the scintillator plate 120 is doped with other materials, the quasi-equilibrium states are generated near the conduction band and the electrons in the conduction band may fall into the quasi-equilibrium state without falling into the home appliances, and radiation may occur. (Phosphorescence).
  • the reflector 240 is formed under the scintillator 230, and refracts and reflects the light generated by the scintillator 230 at a predetermined angle.
  • the reflector 240 is positioned below the scintillator 230 and reflects radiation, such as X-rays generated by the scintillator 230, toward the lens of the camera 250.
  • the reflective plate 240 may have a flat plate shape inclined at a predetermined angle with respect to the flash plate 230.
  • the angle formed by the reflecting plate 240 and the flashing plate 230 may be about 45 °, and may have a geometrically stable structure in which light may be directed to the lens of the camera 250.
  • the camera 250 forms an image by photographing the light reflected from the reflector 2140.
  • the camera 250 is a camera for capturing a normal image, for example, a CCD camera may be applied, and may include an infrared camera and a thermal camera.
  • the driving controller 500 mounts the radiation detector 200 on the moving plate 260 and moves the radiation detector 200 in a horizontal direction or in a vertical direction.
  • the moving plate 260 may move the radiation detector 200 one-dimensionally or two-dimensionally perpendicularly to the incident direction of the radiation while the particle radiation is incident on the human body model 210. At this time, the moving plate 260 moves the human body model 210 so that the radiation moves along the shape of the human body model 210 to detect information of different transmission depths. Can be moved by.
  • the drive control unit 500 includes a linear motor 510 for moving the movable plate 260 in a horizontal direction; It may include a rotary motor 520 for rotating the moving plate 260 in the vertical direction.
  • the radiation detection unit 200 is supported by the bottom frame 203 and the side frame 202, the cover 201 may be installed on the upper portion to be blocked from external light or noise, the cover 201 )
  • the cover 201 Preferably has a metal frame such as aluminum and a black wall.
  • the image processor 300 analyzes an image formed by the camera 250 of the radiation detector 200 to measure radiation dose transmitted through the human body 210.
  • the display unit 400 displays the image processed by the image processor 300 as a 2D or 3D image.
  • the human body model 210 may be a triangular prism (a), a rectangular plate form of a plurality of stacked form (b) or irregular polygonal form (c).
  • the triangular prism shape (a) and the shape in which a plurality of rectangular plate shapes are stacked (b) are a human body model used to measure the characteristics of the beam because the measuring method is different depending on the irradiation method of the radiation
  • irregular polygonal shape (c) refers to the type of tissue in the human body that will receive the actual radiation treatment.
  • the constituent material of the human model 210 is polymethyl methacrylate (PMMA) or a compound close to the human body composition.
  • the radiation detection apparatus of the present invention like the configuration of the radiation detection unit 200, selectively attaches and detaches the human body 210 on the upper portion, and transmits the radiation through the fixed human body model 120 is incident Fixing plate 220; A flashing plate 230 formed below the fixing plate 220 and excited by radiation passing through the human body model 210 to generate light; A reflection plate 240 formed under the flash plate 230 and refracting and reflecting the light generated by the flash plate 230 at a predetermined angle; And a camera 250 capturing light reflected from the reflector 240 to form an image.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which radiation is incident on a human body by a radiation dose measuring apparatus capable of horizontal and rotational driving according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is photographed by a camera according to the device configuration of FIG. 5.
  • 7 and 8 are screens illustrating an image processed by an image processing tool in the image processing unit of the present invention.
  • the radiation detector 200 is located on the moving plate 260, so that the radiation irradiated from the radiation generator 100 in the upward direction passes through the human model 210 and is excited by the radiation. The light generated while the electrons are transferred is reflected using the reflector 240 to be photographed by the camera 250.
  • neutrons When radiation is incident on the human body model 210, neutrons, gamma rays, electrons, etc. may occur secondarily. Among them, the neutron most affects the device, and the neutrons decrease with distance and may vary with the angle of the radiation generator. In particular, the camera 250 is most affected by the neutron. When neutrons enter the camera 250, bad pixels may occur in the camera 250, and the bad pixels appear as white dots in the image. A shield (not shown) for shielding the camera 250 from the neutrons may be used to reduce the generation of defective pixels by the neutrons. In order to maximize the neutron blocking effect, it is preferable to surround the entire body except the lens portion of the camera 250 with a shield.
  • the image processor 300 may analyze the image acquired by the camera 250 as a 2D radiation dose distribution image through software.
  • This two-dimensional radiation dose distribution image needs correction. Since the scintillation plate 230 is dependent on the line energy transition, the particle radiation passing through the human model 210 and the scintillator plate 230 interact with each other and the excited electrons lose energy while generating X-rays. At that time, molecules of the scintillation plate 230 nearby are excited. In other words, linear energy transfer (LET) is used in part to excite molecules, thus preventing the generation of X-rays. As a result, the relationship between the line energy transition value and the X-ray output loses linearity. This is called the quenching effect. This quenching effect should be corrected using the output data values obtained by measuring particle radiation that passes through the human model with an ion chamber or diode detector.
  • LET linear energy transfer
  • the moving unit 260 scans the human body 210 while driving, and the particle radiation passing through the human body 210 to the scintillator plate 230
  • the image processor 300 obtains a 2D radiation dose distribution image.
  • the 2D dose distribution image is corrected using the output data of the particle radiation obtained by the same method using an ion chamber or a diode detector instead of the scintillator 230. This process is called a quenching correction algorithm.
  • the image processor 300 may convert the corrected 2D radiation dose distribution image into a 3D radiation dose distribution image using an image reconstruction program.
  • the two-dimensional dose distribution image corrected by the quenching correction algorithm may be implemented using an image reconstruction program.
  • a beam shaper and a compensator may be mounted on the radiation generator 100 of the particle radiation generator.
  • FIG. 9 is a photograph showing a beam shaper to form a beam attached to the radiation generating unit according to an embodiment of the present invention
  • Figures 10 and 11 are screens showing an image processed using the beam shaper of FIG. .
  • FIGS. 10 and 11 when a model having a beam shaper shape is attached to the radiation generator 100 and transmits radiation, 2D and 3D images as illustrated in FIGS. 10 and 11 can be obtained.
  • the 3D image of FIG. 11 is reconstructed using FIG. 10, which is a 2D image obtained by the image processor 300, and the image is irradiated from the radiation generator 100 and modulated by passing through a beam shaper and a compensator. The distribution of the beams is shown. And the cross-sectional image at a specific depth of the modulated beam is shown in FIG.
  • FIGS. 12 and 13 are perspective views illustrating a radiation dose measuring apparatus using a radiation generator that rotates along the outer circumferential surface of the gantry according to one embodiment of the present invention.
  • the radiation generator 100 rotates along the outer circumferential surface of the gantry, and the drive control unit 500 constantly moves the movable plate 260 along the rotation angle of the radiation generator 100. Rotation may be controlled such that radiation is incident in the vertical direction from the radiation generator 100 to the fixed plate 220.
  • the present invention can use various types of human body models, maintain accurate angle of incidence from the rotating radiation generator, and simplify the device components so that it can be miniaturized and lightweight, so that the dose distribution of radiation can be measured simply, quickly and accurately. It is expected that the present invention can be applied to radiation dose and detection devices that can be used.

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Abstract

본 발명은 다양한 종류의 인체모형을 착탈시킬 수 있고, 회전되는 방사선 발생장치로부터 정확한 입사각을 유지하며, 소형 경량화가 가능한 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치에 관한 것이다.

Description

수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치
본 발명은 방사선 선량 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 종류의 인체모형을 착탈시킬 수 있고, 회전되는 방사선 발생장치로부터 정확한 입사각을 유지하며, 소형 경량화가 가능한 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치에 관한 것이다.
암 치료(Cancer Therapy)는 수술(Surgery)과 항암치료(Chemotherapy) 그리고 방사선치료(Radiation Therapy)로 나눌 수가 있다. 인구 증가와 더불어 진단 기술의 발전으로 암환자의 수가 크게 증가하고 있으며 특히 최근에 방사선 치료가 담당하는 역할이 커지고 있다. 방사선 치료의 궁극적 목적은 정상세포를 최대한 보호하여 최소한의 방사선량을 조사하며 종양세포에는 최대한의 방사선량을 조사하는 것이다.
최근에는 사이버나이프와 토모테라피 등의 첨단 장비들의 등장으로 종양 조직만의 이상적인 최적의 선량분포(dose distribution)를 얻을 수 있다. 특히 양성자와 탄소 등의 입자치료(particle Therapy)는 특이한 물리학적 성질, 즉 브래크 피크(Bragg Peak)를 이용하는 것이 특징이다. 브래그 피크란 양성자가 인체 투과시 암 조직에 도달할 무렵 체내 에너지 흡수가 절정에 달해 암 조직에 특이적으로 많은 에너지 흡수가 일어나는 현상을 말한다.
이상적인 최적의 선량 분포를 위하여 환자의 치료 계획(Treatment planning)은 종양세포 조직에서 강한 선량의 변화에 의해서 결정된다. 그렇기 때문에 수 mm 이내의 고도의 정확한 치료가 요구되며, 치료를 위한 더 정확한 정도관리(quality assurance)가 필요한 실정이다.
이에 본 출원인은 대한민국 등록특허공보 제10-1203676호(2012년11월15일)에 섬광판을 이용하여 생체 내 방사선 선량을 측정할 수 있는 방사선 선량 측정장치를 개시하였다.
개시된 종래기술에 의하면, 인체모형과 섬광판을 이용하여 입자 방사선(particulate radiation)이 조사되는 생체 내 방사선의 선량 분포를 간단하고 신속하게 그리고 정확하게 측정할 수 있었다.
그러나, 장치에 인체모형이 고정되어 있기 때문에 다양한 종류의 인체모형을 사용할 수 없고, 회전되는 방사선 발생장치로부터 정확한 입사각을 유지하기 어려우며, 장치 구성 요소의 수가 증가하여 소형 경량화가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 다양한 종류의 인체모형을 착탈시킬 수 있고, 회전되는 방사선 발생장치로부터 정확한 입사각을 유지하며, 장치를 소형 경량화시킨 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 방사선 발생부; 그 상부에 인체모형을 선택적으로 착탈 고정시키고, 고정된 상기 인체모형을 투과하여 상기 방사선 발생부의 방사선을 입사시키는 고정판과, 상기 고정판의 아래에 형성되고, 상기 인체모형을 투과하는 방사선에 의해 여기되어 빛을 발생시키는 섬광판과, 상기 섬광판의 아래에 형성되고, 상기 섬광판에서 발생한 빛을 소정 각도로 굴절 반사시키는 반사판 및 상기 반사판에서 반사되어 오는 빛을 촬영하여 이미지를 형성하는 카메라를 포함하는 방사선 검출부; 상기 방사선 검출부를 이동판 상에 탑재하고, 수평방향으로 이동시키거나 수직방향으로 회전시키는 구동제어부; 상기 방사선 검출부의 상기 카메라에서 형성된 이미지를 분석하여 상기 인체모형에 투과되는 방사선 선량을 측정하는 영상 처리부; 및 상기 영상 처리부에서 처리된 영상을 2D 또는 3D 영상으로 디스플레이하는 표시부를 포함하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치를 제공한다.
상기 방사선 발생부는 겐트리의 외주면을 따라 회전하고, 상기 구동제어부는 상기 이동판을 상기 방사선 발생부의 회전 각도를 따라 일정하게 회전시켜 상기 방사선 발생부로부터 상기 고정판에 방사선이 수직방향으로 입사되도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 인체모형은 삼각기둥 형태이거나, 사각판 형태가 다수개의 적층된 형태이거나 또는 불규칙한 다각형 형태일 수 있다.
상기 인체모형의 재질은 PMMA(poly methyl methacrylate)일 수 있다.
상기 고정판은 필요에 따라 상기 인체모형을 부착하거나 또는 분리시키는 파지부가 더 형성된 것이 바람직하다.
상기 인체모형을 투과하여 입사되는 방사선이 수평 방향으로 이동하는 상기 인체모형의 형상을 따라 감쇄되어 상기 섬광판에 입력되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 구동제어부는; 상기 이동판을 수평방향으로 이동시키는 리니어 모터; 상기 이동판을 수직방향으로 회전시키는 회전 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 그 상부에 인체모형을 선택적으로 착탈 고정시키고, 고정된 상기 인체모형을 투과하여 방사선을 입사시키는 고정판; 상기 고정판의 아래에 형성되고, 상기 인체모형을 투과하는 방사선에 의해 여기되어 빛을 발생시키는 섬광판; 상기 섬광판의 아래에 형성되고, 상기 섬광판에서 발생한 빛을 소정 각도로 굴절 반사시키는 반사판; 및 상기 반사판에서 반사되어 오는 빛을 촬영하여 이미지를 형성하는 카메라;를 포함하는 방사선 검출 장치를 제공한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치에 의하면, 그 재질이 PMMA으로 이루어진 다양한 종류의 인체모형 예로서,삼각기둥 형태, 사각판 형태가 다수개의 적층된 형태 또는 불규칙한 다각형 형태의 인체모형을 착탈시킬 수 있고, 회전되는 방사선 발생장치로부터 정확한 입사각을 유지할 수 있으며, 부품의 간소화로 장치의 소형 경량화가 가능하게 하는 매우 다양한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치를 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다양한 형태의 인체모형을 나타낸 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치에 의하여 인체모형에 방사선이 입사되는 상태를 나타낸 사시도.
도 6은 도 5의 장치 구성에 따라 카메라에 촬영된 2D 이미지를 나타낸 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 영상처리부에서 이미지 처리 툴을 이용하여 처리되는 영상을 나타낸 화면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 발생부에 부착하여 빔의 형태를 만들어 주는 빔쉐이퍼를 나타낸 사진.
도 10 및 도 11은 도 9의 빔쉐이프를 이용하여 처리된 영상을 나타낸 화면.
도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원통 형상으로 형성되어 그 외주면을 따라 회전하는 방사선 발생부를 이용한 방사선 선량 측정 장치를 나타낸 사시도.
도 14는 도 10 및 도 11의 단면 영상으로, 방사선 선량 측정장치를 이용하여 얻은 최종적인 3D 이미지를 구성하는 영상의 일부를 나타낸 도면
본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변형, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 개시된 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안되며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
따라서, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 또한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치 및 그 방사선 검출 장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다양한 형태의 인체모형을 나타낸 단면도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치는, 방사선 발생부(100), 인체모형(210), 고정판(220), 섬광판(230), 반사판(240), 카메라(250)를 포함하는 방사선 검출부(200), 이동판(260), 구동제어부(500), 영상 처리부(300) 및 표시부(400)를 포함한다.
방사선 발생부(100)는 소정의 방사선을 발생시킨다. 여기서 상기 방사선이란, 통상의 양성자 빔, 탄소 빔을 포함하는 입자 방사선 및 기타 현재 사용하거나 예측할 수 있는 다양한 종류의 방사선 및 이와 유사한 광선을 모두 포함한다.
방사선 검출부(200)는 고정판(220), 섬광판(230), 반사판(240) 및 카메라(250)를 포함한다.
고정판(220)은 그 상부에 인체모형(210)을 선택적으로 착탈 고정시키고, 고정된 상기 인체모형(120)을 투과하여 상기 방사선 발생부(100)의 방사선을 입사시킨다.
상기 고정판(220)은 필요에 따라 어느 하나의 상기 인체모형(210)을 부착하거나 또는 분리시키는 파지부(221)가 더 형성될 수 있다.
상기 인체모형(210)을 투과하여 입사되는 방사선이 수평 방향으로 이동하는 상기 인체모형(210)의 형상을 따라 감쇄되어 상기 섬광판(230)에 입력된다.
섬광판(230)은 상기 고정판(220)의 아래에 형성되고, 상기 인체모형(210)을 투과하는 방사선에 의해 여기되어 빛을 발생시킨다.
섬광판(230)은 방사선과의 상호 작용에 의해 빛을 발생할 수 있는 섬광물질이나 형광물질을 사용하며 플라스틱 등으로 된, 예컨대 유기체 섬광판, 결정질로 된 무기체 섬광판, 형광판 등이 있다. 그리고 섬광판은 물과 비슷한 밀도를 가질 수 있다. 또한 섬광판(230)은 인체모형(210)을 통과한 입자 방사선에 의해 여기되어 엑스선과 같은 방사선을 발생시킬 수 있다.
섬광판(230)이 방사선을 발생시키는 원리는, 섬광판(230)의 에너지 준위는 가전도대(valance band)와 전도대(conduction band)로 존재하게 되는데 섬광체에 입자 방사선이 입사하면 가전도대에 있던 전자들이 전도대로 전자가 올라가게 된다. 그러면 가전도대는 정공(hole)이 생기게 되고, 다시 이 전자가 평형 상태를 유지하기 위해서 가전도대로 내려오게 되는데 이때 가전도대와 전도대의 에너지의 차이만큼 방사선을 발생시키게 된다(형광). 또는 섬광판(120)에 다른 물질이 도핑되어 있다면 전도대 근처 아래로 준평형상태(metastable states)가 생성되며 전도대에 있던 전자가 가전도대로 떨어지지 않고 준평형상태로 떨어질 수 있으며, 그 때도 방사선이 발생할 수 있다(인광).
반사판(240)은 상기 섬광판(230)의 아래에 형성되고, 상기 섬광판(230)에서 발생한 빛을 소정 각도로 굴절 반사시킨다.
반사판(240)은 상기 섬광판(230)의 아래에 위치하고 섬광판(230)에서 발생한 엑스선과 같은 방사선을 반사시켜 카메라(250)의 렌즈로 향하게 한다. 반사판(240)은 상기 섬광판(230)에 대해 소정 각도로 기울어진 평판 모양일 수 있다. 반사판(240)과 섬광판(230)이 이루는 각도는 대략 45°내외 일수 있으며, 빛이 카메라(250)의 렌즈로 향하게 할 수 있는 기하학적으로 안정된 구조를 갖을 수 있다.
카메라(250)는 상기 반사판(2140)에서 반사되어 오는 빛을 촬영하여 이미지를 형성한다. 상기 카메라(250)는 통상의 영상을 촬영하는 카메라로서, 예로서 CCD 카메라가 적용될 수 있으며, 그 외에 적외선 카메라 및 열감지 카메라 등을 포함할 수 있다.
구동제어부(500)는 상기 방사선 검출부(200)를 이동판(260) 상에 탑재하고, 수평방향으로 이동시키거나 수직방향으로 회전시킨다.
이동판(260)은 입자 방사선이 인체모형(210)에 입사하는 동안 상기 방사선 검출부(200)을 방사선의 입사방향과 수직하게 1차원 또는 2차원적으로 이동시킬 수 있다. 이때, 이동판(260)이 인체모형(210)을 이동시킴으로써 방사선이 인체모형(210)의 형상을 따라 이동하면서 각기 다른 투과 깊이의 정보를 검출할 수 있다.이동판(260)은 통상의 모터에 의해 이동할 수 있다.
이를 위하여, 상기 구동제어부(500)는 상기 이동판(260)을 수평방향으로 이동시키는 리니어 모터(510); 상기 이동판(260)을 수직방향으로 회전시키는 회전 모터(520)를 포함할 수 있다.
상기 방사선 검출부(200)는 바닥 프레임(203)과 측면 프레임(202)에 의하여 지지되고, 그 상부에 외부의 빛 또는 노이즈 등으로부터 차단될 수 있도록 커버(201)가 설치될 수 있으며, 커버(201)는 알루미늄과 같은 금속 프레임과 검은 벽을 구비하는 것이 바림직하다.
영상 처리부(300)는 상기 방사선 검출부(200)의 상기 카메라(250)에서 형성된 이미지를 분석하여 상기 인체모형(210)에 투과되는 방사선 선량을 측정한다.
표시부(400)는 상기 영상 처리부(300)에서 처리된 영상을 2D 또는 3D 영상으로 디스플레이한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인체모형(210)은 삼각기둥 형태(a)이거나, 사각판 형태가 다수개의 적층된 형태(b)이거나 또는 불규칙한 다각형 형태(c)일 수 있다. 여기서, 삼각기둥 형태(a) 및 사각판 형태가 다수개 적층된 형태(b)는 방사선의 조사 방식에 따라 측정 방법이 상이하기 때문에 빔의 특성을 측정하기 위해 사용되는 인체 모형이고, 불규칙한 다각형 형태(c)는 실제 방사선 치료를 받을 인체 내 조직의 모형을 말한다.
그리고, 상기 인체모형(210)의 구성물질은 PMMA(poly methyl methacrylate)이거나 인체 조성에 가까운 화합물이 바람직하다.
또한, 본 발명의 방사선 검출 장치는 상기 방사선 검출부(200)의 구성과 같이, 그 상부에 인체모형(210)을 선택적으로 착탈 고정시키고, 고정된 상기 인체모형(120)을 투과하여 방사선을 입사시키는 고정판(220); 상기 고정판(220)의 아래에 형성되고, 상기 인체모형(210)을 투과하는 방사선에 의해 여기되어 빛을 발생시키는 섬광판(230); 상기 섬광판(230)의 아래에 형성되고, 상기 섬광판(230)에서 발생한 빛을 소정 각도로 굴절 반사시키는 반사판(240); 및 상기 반사판(240)에서 반사되어 오는 빛을 촬영하여 이미지를 형성하는 카메라(250);를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치에 의하여 인체모형에 방사선이 입사되는 상태를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 장치 구성에 따라 카메라에 촬영된 2D 이미지를 나타낸 도면이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 영상처리부에서 이미지 처리 툴을 이용하여 처리되는 영상을 나타낸 화면이다.
도시된 바와 같이, 방사선 검출부(200)는 이동판(260) 위에 위치함으로써 위 방향의 방사선 발생부(100)에서 조사되는 방사선이 인체모형(210)을 통과하고 방사선에 의해 여기된 섬광판(230)의 전자가 전이하면서 생성하는 빛을 반사판(240)을 이용해 반사시켜 카메라(250)에 촬영되도록 한다.
방사선이 인체모형(210)으로 입사할 때 2차적으로 중성자나 감마선, 전자 등이 발생할 수 있다. 그 중에서 장치에 가장 영향을 미치는 것이 중성자이며 중성자는 거리에 따라 감소하며 방사선 발생부의 각도에 따라서 달라질 수 있다. 특히 중성자에 가장 영향을 받는 곳이 카메라(250)이다. 중성자가 카메라(250)로 입사하면 카메라(250)에 불량 픽셀이 발생할 수 있으며 불량 픽셀은 화상에서 흰색의 점으로 나타난다. 이러한 중성자에 의한 불량 픽셀 발생을 줄이기 위해서 카메라(250)를 중성자로부터 차폐하는 차폐체(미도시)가 쓰일 수 있다. 중성자 차단효과를 최대로 하기 위하여 카메라(250)의 렌즈 부분을 제외한 몸체 모두를 차폐체로 둘러싸는 것이 바람직하다.
또한, 영상 처리부(300)는 카메라(250)가 획득한 이미지를 소프트웨어를 통하여 2차원 방사선 선량 분포 이미지로 분석할 수 있다. 이러한 2차원 방사선 선량 분포 이미지는 보정이 필요하다. 섬광판(230)은 선에너지 전이에 대하여 의존성이 있으므로 인체모형(210)을 통과한 입자 방사선과 섬광판(230)이 상호 작용하면서 여기된 전자가 엑스선을 발생하면서 에너지를 잃는다. 그 때 근처에 있는 섬광판(230)의 분자들을 여기(excitation)시킨다. 즉 선 에너지 전이(Linear Energy Transfer; LET)가 분자들을 여기시키는 데 일부 사용됨으로써, 엑스선의 발생을 방해하게 된다. 결국 선에너지 전이값과 엑스선의 아웃풋의 관계는 선형성을 잃어버리게 된다. 이것을 퀀칭 효과(quenching effect)라고 부른다. 이러한 퀀칭 효과는 인체모형을 통과하는 입자 방사선을 이온챔버 또는 다이오드 검출기로 측정하여 획득한 아웃풋 데이터 값을 이용하여 보정해야 한다.
도시된 바와 같이, 인체 모형(210)에 방사선을 조사하는 동안 이동부(260)가 구동하면서 인체모형(210)을 스캔하며, 인체모형(210)을 통과한 입자 방사선은 섬광판(230)에 도달하여 빛을 발생시키고 영상 처리부(300)에서 2차원 방사선 선량 분포 이미지를 얻는다. 그리고 섬광판(230)을 대신하여 이온 챔버나 다이오드 검출기를 이용하여 동일한 방법으로 획득한 입자 방사선의 아웃풋 데이터를 이용하여 2차원 선량 분포 이미지에 대하여 보정을 하게 된다. 이러한 과정을 퀀칭 보정 알고리즘(Quenching correction algorithm)이라 부른다.
영상 처리부(300)는 보정된 상기 2차원 방사선 선량 분포 이미지를 영상 재구성 프로그램을 이용하여 3차원 방사선 선량 분포 이미지로 변환할 수 있다. 상기 퀀칭 보정 알고리즘을 통해 보정된 2차원 선량 분포 이미지를 영상 재구성 프로그램을 이용하여 3차원 방사선 선량 분포 이미지를 구현할 수 있다. 암조직에 대한 3차원 방사선 선량 분포 영상을 얻기 위해서는 입자 방사선 발생장치의 방사선 발생부(100)에 빔쉐이퍼와 보상체(compensator)가 장착될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 발생부에 부착하여 빔의 형태를 만들어 주는 빔 쉐이퍼를 나타낸 사진이고, 도 10 및 도 11은 도 9의 빔 쉐이퍼를 이용하여 처리된 영상을 나타낸 화면이다.
이와 같은 구성에 따라 빔 쉐이퍼(beam shaper) 형태의 모형을 방사선 발생부(100)에 부착시키고, 방사선을 투과시킬 경우 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같은 2D 및 3D 영상을 얻을 수 있다. 이때, 도 11의 3D 영상은 영상 처리부(300)에서 획득한 2차원 영상인 도 10을 이용하여 재구성한 것이며, 본 영상은 방사선 발생부(100)에서 조사되어 빔 쉐이퍼와 보상체를 통과하여 변조된 빔의 분포를 보여준 것이다. 그리고 변조된 빔의 특정 깊이에서의 단면 영상은 도 14에 도시하고 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 겐트리의 외주면을 따라 회전하는 방사선 발생부를 이용한 방사선 선량 측정 장치를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 상기 방사선 발생부(100)는 겐트리의 외주면을 따라 회전하고, 상기 구동제어부(500)는 상기 이동판(260)을 상기 방사선 발생부(100)의 회전 각도를 따라 일정하게 회전시켜 상기 방사선 발생부(100)로부터 상기 고정판(220)에 방사선이 수직방향으로 입사되도록 제어할 수 있다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
본 발명은 다양한 종류의 인체모형을 사용할 수 있고, 회전되는 방사선 발생장치로부터 정확한 입사각을 유지하며, 장치 구성 요소를 간소화시켜 소형 경량화가 가능하기 때문에, 방사선의 선량 분포를 간단하고 신속하게 그리고 정확하게 측정할 수 있는 방사선 선량 및 검출 장치에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (16)

  1. 방사선 발생부;
    그 상부에 인체모형을 선택적으로 착탈 고정시키고, 고정된 상기 인체모형을 투과하여 상기 방사선 발생부의 방사선을 입사시키는 고정판과, 상기 고정판의 아래에 형성되고, 상기 인체모형을 투과하는 방사선에 의해 여기되어 빛을 발생시키는 섬광판과, 상기 섬광판의 아래에 형성되고, 상기 섬광판에서 발생한 빛을 소정 각도로 굴절 반사시키는 반사판 및 상기 반사판에서 반사되어 오는 빛을 촬영하여 이미지를 형성하는 카메라를 포함하는 방사선 검출부;
    상기 방사선 검출부를 이동판 상에 탑재하고, 수평방향으로 이동시키거나 수직방향으로 회전시키는 구동제어부;
    상기 방사선 검출부의 상기 카메라에서 형성된 이미지를 분석하여 상기 인체모형에 투과되는 방사선 선량을 측정하는 영상 처리부; 및
    상기 영상 처리부에서 처리된 영상을 2D 또는 3D 영상으로 디스플레이하는 표시부;를 포함하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방사선 발생부는 겐트리의 외주면을 따라 회전하고,
    상기 구동제어부는 상기 이동판을 상기 방사선 발생부의 회전 각도를 따라 일정하게 회전시켜 상기 방사선 발생부로부터 상기 고정판에 방사선이 수직방향으로 입사되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인체모형은 삼각기둥 형태인 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 인체모형은 사각판 형태가 다수개의 적층된 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인체모형은 불규칙한 다각형 형태인 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  6. 제 3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인체모형의 재질은 PMMA(poly methyl methacrylate)인 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 고정판은 필요에 따라 상기 인체모형을 부착하거나 또는 분리시키는 파지부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 인체모형을 투과하여 입사되는 방사선이 수평 방향으로 이동하는 상기 인체모형의 형상을 따라 감쇄되어 상기 섬광판에 입력되는 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 구동제어부는;
    상기 이동판을 수평방향으로 이동시키는 리니어 모터;
    상기 이동판을 수직방향으로 회전시키는 회전 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 및 회전 구동이 가능한 방사선 선량 측정 장치.
  10. 그 상부에 인체모형을 선택적으로 착탈 고정시키고, 고정된 상기 인체모형을 투과하여 방사선을 입사시키는 고정판;
    상기 고정판의 아래에 형성되고, 상기 인체모형을 투과하는 방사선에 의해 여기되어 빛을 발생시키는 섬광판;
    상기 섬광판의 아래에 형성되고, 상기 섬광판에서 발생한 빛을 소정 각도로 굴절 반사시키는 반사판; 및
    상기 반사판에서 반사되어 오는 빛을 촬영하여 이미지를 형성하는 카메라;를 포함하는 방사선 검출 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 인체모형은 삼각기둥 형태인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 인체모형은 사각판 형태가 다수개의 적층된 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 인체모형은 불규칙한 다각형 형태인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
  14. 제 11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인체모형의 재질은 PMMA(poly methyl methacrylate)인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 고정판은 필요에 따라 상기 인체모형을 부착하거나 또는 분리시키는 파지부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 인체모형을 투과하여 입사되는 방사선이 수평 방향으로 이동하는 상기 인체모형의 형상을 따라 감쇄되어 상기 섬광판에 입력되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
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