WO2017043783A1 - 다엽 콜리메이터 - Google Patents
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- WO2017043783A1 WO2017043783A1 PCT/KR2016/009296 KR2016009296W WO2017043783A1 WO 2017043783 A1 WO2017043783 A1 WO 2017043783A1 KR 2016009296 W KR2016009296 W KR 2016009296W WO 2017043783 A1 WO2017043783 A1 WO 2017043783A1
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- 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
Definitions
- the present invention relates to a multi-leaf collimator used in radiation therapy, and more particularly to a multi-leaf collimator that can be operated simultaneously in the two-dimensional direction.
- Radiotherapy is one of the three major cancer treatment methods along with surgery and chemotherapy, and is a method of killing cancer cells by irradiating the tumor volume with radiation.
- radiotherapy is performed by X-ray imaging, CT imaging, etc., to identify the tumor volume and normal organs around it, and then calculate the radiation dose to be irradiated to the target tumor volume and calculate the radiation dose according to the calculated radiation dose. The treatment will proceed.
- FIG. 1A and 1B are diagrams illustrating a conventional two-dimensional radiation treatment method and a three-dimensional stereoscopic radiation treatment method, respectively.
- a 2D image obtained through X-ray imaging is read to obtain a location and size of a tumor volume, and then radiation irradiation is calculated based on the radiation volume.
- the two-dimensional radiation treatment method not only the radiation volume is accurately irradiated but also a high radiation dose is irradiated to the surrounding normal organs.
- IMRT intensity modulated radiation therapy
- VMAT volumetric modulated arc therapy
- Therapeutic methods such as therapy, are used.
- Intensity-controlled radiation therapy is a treatment method that modulates radiation intensity spatially to deliver sufficient radiation dose to tumor volume and minimize exposure to normal organs.
- Volumetric modulation line radiation therapy involves radiation with spatial modulation of radiation intensity.
- Multi-leaf collimator (MLC) is mainly used as a treatment method for transmitting radiation more precisely by rotating a gantry equipped with an irradiation device, for spatial modulation of radiation intensity.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional multileaf collimator.
- the conventional multileaf collimator 10 two sets of a plurality of leaves 11 are disposed to face each other.
- the leaf 11 serves to shield radiation, so that the radiation irradiated toward the multileaf collimator 10 passes through the space (opening) formed between the leaves 11. That is, the multi-leaf collimator adjusts the intensity of the radiation by selectively shielding the radiation irradiated in a specific direction.
- the spatial resolution of the radiation distribution through the multi-leaf collimator should be excellent. That is, the distance (space) to which the radiation irradiated toward the target can be distinguished from the adjacent radiation should be made small so that the desired radiation dose can be irradiated to the desired region.
- the present invention is to solve the problems of the prior art described above, by providing a multi-leaf collimator with improved resolution of the radiation distribution diagram to deliver the exact amount of radiation required to the tumor volume during radiation treatment while minimizing the radiation dose to the normal organs It is for that purpose.
- the multileaf collimator comprises a pair of leaf assemblies.
- the leaf assemblies are each provided with a plurality of leaves and are arranged to face each other, the leaves of the leaf assembly being able to move in a first direction in which the leaf assemblies face each other while being orthogonal to the first direction and arranged in a second direction It is installed so that it can be moved.
- Movement of the leaf of the leaf assembly in the first direction may be achieved by driving a motor individually connected to each of the plurality of leaves.
- the multi-leaf collimator according to an embodiment of the present invention may further include a guide rail, a motor for driving the guide rail, and a connecting portion connecting the guide rail and the leaf assembly, and the leaf assembly moves in the second direction of the guide. It can be done by the operation of the rail.
- Movement of the leaf of the leaf assembly in the second direction may be in a range smaller than the thickness of the leaf measured along the second direction.
- the movement of the leaf of the leaf assembly in the second direction can be made in such a way that the plurality of leaves travel in the same way throughout.
- the leaf of the multi-leaf collimator by configuring the leaf of the multi-leaf collimator to be movable in two directions perpendicular to each other, it is possible to improve the resolution of the radiation distribution. Accordingly, the amount of radiation irradiated to the normal organs can be minimized while delivering exactly the amount of radiation required for the tumor volume during the radiation treatment, thereby enabling the treatment through radiation therapy for patients who cannot be surgically operated. .
- FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating a conventional two-dimensional radiation treatment method and a three-dimensional stereoscopic radiation treatment method, respectively.
- FIG. 2 is a view schematically showing a conventional multi-leaf collimator.
- Figure 3 is a schematic diagram of a radiation system using a multi-leaf collimator according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a view showing a multi-leaf collimator according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a view showing a leaf of the multi-leaf collimator according to an embodiment of the present invention.
- 6A and 6B are diagrams illustrating a distribution of radiation intensity and a region in which radiation is transmitted when radiation is irradiated through a conventional multi-leaf collimator and a collimator according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a radiation system using a multi-leaf collimator according to an embodiment of the present invention, wherein the radiation system includes a radiation source 100, a first collimator 200, and a second collimator 300. These components are, for example, mounted on and supported by a device such as a gantry.
- the radiation generated by the radiation source 100 is irradiated to the target 400 after passing through the first collimator 200 and the second collimator 300.
- the radiation source 100 radiation generated from a linear accelerator or a radioisotope (for example, Co-60) may be used, but the present invention is not limited thereto, and other sources may be used.
- the irradiation area and the intensity of the radiation generated from the radiation source 100 are controlled through the first collimator 200 and the second collimator 300.
- the first collimator 200 is disposed adjacent to the radiation source 100 to primarily define an area through which radiation generated by the radiation source 100 passes
- the second collimator 300 is an area to which radiation is to be irradiated from the target 400. Specifically, the radiation dose irradiated for each region, that is, the radiation intensity is determined.
- the radiation system may further comprise other components in addition to these collimators.
- it may include one or more jaw sets movable in the x- or y-direction to form a square shaped beam.
- the second collimator 300 for setting the radiation area and determining the radiation intensity is configured as a multi-leaf collimator of a specific type.
- the spatial resolution of the radiation distribution can be improved by thinning the leaf thickness of the multileaf collimator, and a multileaf collimator using a leaf having a thickness of about 1.6 mm is known.
- a multileaf collimator using a leaf having a thickness of about 1.6 mm is known.
- there are physical limitations to continuously reducing the thickness of the leaf if the number of leaves is increased while reducing the thickness of the leaf, an additional driving system for each leaf is required, and the radiation leakage between the leaves increases. Increasing leakage radiation can lead to unexpected secondary cancers caused by radiation exposure to normal organs.
- the present inventors have studied a new approach to improve the spatial resolution.
- the leaf of the multi-leaf collimator is moved in the two-dimensional direction, that is, in FIG. It was concluded that the spatial resolution of the radiation distribution map is remarkably improved when irradiating the radiation while moving in the x-direction and y-direction of.
- the leaf of the multi-leaf collimator is configured to operate in the two-dimensional direction instead of moving only in the one-dimensional direction.
- Figure 4 is a view showing a multi-leaf collimator according to the present embodiment
- Figure 5 is a view showing one leaf in the multi-leaf collimator according to the present embodiment.
- a pair of leaf assemblies 310 including a plurality of leaves 311 are disposed to face each other at a central portion of the multi-leaf collimator 300 according to the present embodiment.
- the individual leaf 311 of the leaf assembly 310 is formed of a material capable of shielding radiation, for example, tungsten, carbon steel, etc. serves to block the radiation irradiated toward the target.
- the plurality of leaves 311 have the same shape and are configured to be individually movable in the first direction (the x-direction in FIG. 3 and the transverse direction in FIG. 4), so that the radiation passes through the multi-leaf collimator 300. You can control the area and its intensity.
- a protrusion 311a is formed at one side of the leaf 311 according to the present embodiment in a length direction, that is, a y-direction in FIG. 5, and a recess is formed at the other side in the length direction.
- 311b is formed, and these protrusions 311a and recesses 311b are formed to match each other.
- the plurality of leaves 311 are arranged side by side along the thickness direction, ie the x-direction in FIG. 5 as in FIG. 4, specifically, the protrusions of one leaf conform to the recesses of the leaf adjacent thereto and one leaf
- the recesses of are arranged in such a manner as to conform to the protrusions adjacent thereto.
- the leaves 311 can each move along the longitudinal direction (y-direction), wherein the projections 311a of the leaf 311 are in the recesses of the leaf adjacent thereto, and the recesses 311b of the leaf 311 It slides in the protrusion of the leaf adjacent to it.
- the longitudinal (y-direction) movement of the leaf 311 may be made by a motor (not shown) connected to the individual leaf 311.
- the shape and driving method of the leaf is not limited thereto, and the shape and driving of the individual leaf may be implemented by other known methods.
- the multi-leaf collimator 300 may have carriages 320 installed at both sides of the leaf assembly 310, and the carriage 320 may be connected to the leaf assembly 310 to move them. Rail assembly 330 is installed.
- the rail assembly 330 includes a guide rail 331, a motor 333 driving the guide rail 331, and a connection 335 connecting the guide rail 331 and the leaf assembly 310.
- the guide rail 331 is a second direction orthogonal to the first direction in which the individual leaves 311 are moved by the driving of the motor 333, that is, the thickness direction of the leaves 311, y- in FIGS. 3 and 5.
- Direction, the leaf assembly 310 connected to the guide rail 331 through the connecting portion 335 can also move in the second direction.
- the rail assembly 330 may be installed in each of the carriages 320 adjacent to the pair of leaf assemblies 310, and thus, a pair of leafs facing each other according to the driving of the guide rail 331 and the motor 333.
- the assemblies 310 may each move in a second direction. In this case, the movement of the leaf assembly 310 by the rail assembly 330 in the second direction may be set smaller than the thickness of the individual leaf 311.
- the multi-leaf collimator of this embodiment may be connected to a control unit (not shown) for controlling the movement of the leaf assembly.
- the control unit controls the amount and speed of movement of the leaf assembly, specifically, the amount and speed of movement of the individual leaf in the first direction, and the amount and speed of movement of the leaf assembly in the second direction, depending on the pre-measured position and size of the tumor volume. Calculate and control the motor accordingly.
- each leaf 311 of the leaf assembly 310 may move in a first direction by driving an individual drive motor, and the leaf assembly 310 may be orthogonal to the first direction as a whole. Can move in the direction. That is, in the multi-leaf collimator of this embodiment, the leaf can move simultaneously in the first direction and the second direction.
- Radiation irradiated toward the multi-leaf collimator is shielded by the leaf, which is changed when the leaf moves in the first direction and the second direction at the same time.
- the portion of the leaf overlaps before and after the movement of the leaf is shielded from radiation and there is no radiation transmission, and the portion of the non-overlapping portion has a relatively high radiation dose.
- the radiation dose delivered to an area not passed by the leaf is 1, and the center portion where the leaf overlaps before and after the leaf movement is 0.
- the area in between has a continuous radiation dose between zero and one.
- the conventional leaf has a significant effect as compared to the multi-leaf collimator is irradiated while moving only in one direction through 6a and 6b.
- 6A and 6B are diagrams illustrating a distribution of radiation intensity and a region in which radiation is transmitted when radiation is irradiated through a conventional multi-leaf collimator and a collimator according to an embodiment of the present invention.
- the leaf of the multi-leaf collimator moves only in the longitudinal direction, in which a region to be irradiated (a red mark portion) is formed around a tumor volume (green mark portion).
- a region to be irradiated a red mark portion
- the leaf of the multi-leaf collimator simultaneously moves in the longitudinal direction and the direction orthogonal thereto, as shown in FIG. 6B, the area to which the radiation is irradiated (red portion) is concentrated around the tumor volume (green portion). It can be confirmed.
- the radiation can be focused on the tumor volume and the exposure to the surrounding normal organs can be minimized.
- the present inventors also examined whether the same effect can be expected by stacking two multi-leaf collimators moving in one direction so as to move in a direction perpendicular to each other, unlike the present embodiment.
- the present inventors it was confirmed that not only the configuration of the entire equipment is complicated but also the error of the multi-leaf collimator movement is doubled, and the excellent effect of improving the spatial resolution of the radiation distribution diagram as in this embodiment is Little thing confirmed.
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Abstract
본 발명은 방사선 치료에 사용되는 다엽 콜리메이터에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터는 한 쌍의 리프 어셈블리를 포함한다. 다엽 콜리메이터의 리프 어셈블리는 각각 복수의 리프를 구비하고 서로 마주하도록 배치되고, 리프 어셈블리의 리프는 리프 어셈블리가 서로 마주하는 제1 방향으로 이동할 수 있는 동시에 제1 방향과 직교하고 복수의 리프가 배열되는 제2 방향으로도 이동할 수 있도록 설치된다.
Description
본 발명은 방사선 치료에 사용되는 다엽 콜리메이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2차원 방향으로 동시에 동작이 가능한 다엽 콜리메이터에 관한 것이다.
방사선 치료는 수술, 항암 화학요법과 더불어 3대 암 치료 방법 중 하나로, 종양 체적에 방사선을 조사하여 암 세포를 죽이는 방식의 치료 방법이다. 일반적으로 방사선 치료는 X-ray 촬영, CT 촬영 등을 통해 얻은 체내 영상으로부터 종양 체적과 그 주변의 정상 기관을 확인한 후, 타깃이 되는 종양 체적에 조사할 방사선량을 계산하고 계산된 방사선량에 따라 치료를 진행하게 된다.
방사선 치료에서는 무엇보다도 종양 체적에 암 세포를 죽일 수 있는 정도의 충분한 방사선을 전달하면서, 이와 동시에 종양 체적 주변의 정상 기관으로의 방사선 전달은 최소화하는 것이 중요하다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래 2차원 방사선 치료 방식 및 3차원 입체 조형 방사선 치료 방식을 나타낸 도면이다. 우선, 도 1a를 참조하면 종래 2차원 방사선 치료에서는 X-ray 촬영을 통해 얻은 2차원 영상을 판독하여 종양 체적의 위치, 크기 등을 구한 후, 이를 토대로 방사선 조사 영역을 계산하여 방사선 치료를 수행한다. 하지만, 2차원 방사선 치료 방식에서는 종양 체적에만 방사선을 정확하게 조사하지 못할 뿐만 아니라 주변 정상 기관에도 높은 방사선량이 조사되는 문제가 있었다.
이러한 2차원 방사선 치료 방식의 문제를 개선하기 위하여 도 1b에 도시된 바와 같이, CT 촬영을 통해 3차원의 체내 영상을 얻은 후 이를 토대로 2차원 방사선 치료에 비해 복잡한 형태의, 입체적인 방사선 조사 계획을 수립하여 치료를 수행하는 3차원 방사선 입체 조형 치료 방식이 도입되었다. 하지만, 3차원 입체 조형 방사선 치료에 있어서도 2차원 방사선 치료보다는 적지만 주변 정상 기관에 대한 방사선 조사가 많이 발생하고, 치료 계획을 수립하는데 있어서, 즉 방사선 조사 위치, 방향 등을 정하는데 있어서 시행 착오법을 이용하기 때문에 많은 시간과 인력이 소모되는 문제가 있었다.
최근에는 2차원 방사선 치료 방식과 3차원 입체 조형 방사선 치료 방식에 비해 종양 체적을 더욱 정밀하게 치료하기 위하여 세기 조절 방사선 치료(IMRT; intensity modulated radiation therapy), 용적변조회선 방사선 치료(VMAT; volumetric modulated arc therapy) 등의 치료 방식이 이용되고 있다. 세기 조절 방사선 치료는 종양 체적에는 충분한 방사선량을 전달하고 정상 기관에의 피폭을 최소화하기 위해 방사선 세기를 공간적으로 변조하여 수행하는 치료 방식이며, 용적변조회선 방사선 치료는 방사선 세기의 공간적 변조와 함께 방사선 조사 장치가 장착된 갠트리(gantry)를 회전시켜 보다 정밀하게 방사선을 전달하는 치료 방식으로서, 이들 치료 방식에는 방사선 세기의 공간적 변조를 위하여 다엽 콜리메이터(MLC; multi-leaf collimator)가 주로 이용된다.
도 2는 기존 다엽 콜리메이터를 나타낸 도면으로서, 기존의 다엽 콜리메이터(10)에는 두 세트의 복수의 리프(leaf)(11)가 서로 마주보게 배치되어 있다. 리프(11)는 방사선을 차폐하는 역할을 하여, 다엽 콜리메이터(10)를 향해 조사되는 방사선은 리프(11) 사이에 형성되는 공간(개구)을 통해 통과하게 된다. 즉, 다엽 콜리메이터는 특정 방향으로 조사되는 방사선을 선택적으로 차폐함으로써 방사선의 세기를 조절하게 된다.
한편, 다엽 콜리메이터를 사용한 세기 조절 방사선 치료, 용적변조회선 방사선 치료에 있어서 정밀한 치료를 수행하기 위해서는, 다엽 콜리메이터를 통과하는 방사선 분포도의 공간 분해능이 우수해야 한다. 즉, 원하는 영역에 원하는 방사선량을 조사할 수 있도록 타깃을 향해 조사되는 방사선이 인접한 방사선과 구별할 수 있는 거리(공간)를 작게 하여야 한다.
다엽 콜리메이터에 있어서 방사선 분포도의 분해능을 향상시키기 위해 많은 연구가 수행되고 있는데, 다수의 연구에 따르면 다엽 콜리메이터의 리프 두께가 방사선 분포도의 공간 분해능과 관련이 있으며 리프의 두께를 얇게 함으로써 공간 분해능을 향상시킬 수 있다는 것이 알려져 있다.
하지만, 리프의 두께를 줄이는 데에는 물리적인 제약이 존재하기 때문에 이를 통해 분해능을 개선하는데 한계가 있다. 동일한 전체 방사선 조사 면적을 다엽 콜리메이터에 의해서 만들어지게 되면 리프의 두께가 작을수록 더 많은 리프가 필요하게 되고, 리프를 동작시키는 시스템도 그만큼 추가로 증가해야 된다. 또한, 리프 두께가 얇아질수록 리프 사이의 공간으로 방사선이 누설되는 양이 증가한다는 문제도 존재한다.
이와 같이, 다엽 콜리메이터의 리프 두께 조절만으로는 원하는 공간 분해능을 얻기는 어려우므로, 방사선 분포도의 분해능을 향상시키기 위해 다른 접근 방식이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방사선 분포도의 분해능을 향상시킨 다엽 콜리메이터를 제공하여 방사선 치료 시 종양 체적에 정확히 필요한 양의 방사선을 전달하면서도 정상 기관에 조사되는 방사선량은 최소화하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터는 한 쌍의 리프 어셈블리를 포함한다. 리프 어셈블리는 각각 복수의 리프를 구비하고 서로 마주하도록 배치되고, 리프 어셈블리의 리프는 리프 어셈블리가 서로 마주하는 제1 방향으로 이동할 수 있는 동시에 제1 방향과 직교하고 복수의 리프가 배열되는 제2 방향으로도 이동할 수 있도록 설치된다.
리프 어셈블리의 리프의 제1 방향으로의 이동은 복수의 리프 각각에 개별적으로 연결된 모터의 구동에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터는 가이드 레일, 가이드 레일을 구동하는 모터 및 가이드 레일과 리프 어셈블리를 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있고, 리프 어셈블리의 리프의 제2 방향으로의 이동은 가이드 레일의 작동에 의해 이루어질 수 있다.
리프 어셈블리의 리프의 제2 방향으로의 이동은 제2 방향을 따라 측정한 리프의 두께보다 작은 범위에서 이루어질 수 있다.
리프 어셈블리의 리프의 제2 방향으로의 이동은 복수의 리프가 전체적으로 동일하게 이동하는 방식으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다엽 콜리메이터의 리프를 서로 직교하는 2방향으로 이동 가능하게 구성함으로써 방사선 분포도의 분해능을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 방사선 치료 시 종양 체적에 정확히 필요한 양의 방사선을 전달하면서도 정상 기관에 조사되는 방사선량은 최소화할 수 있으며, 따라서 외과적 수술이 불가능한 환자에 대해 방사선 치료를 통한 치료를 가능토록 할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래 2차원 방사선 치료 방식 및 3차원 입체 조형 방사선 치료 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 다엽 콜리메이터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터를 이용하는 방사선 조사 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터의 리프를 나타낸 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 종래의 다엽 콜리메이터 및 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이터를 통해 방사선을 조사한 경우 방사선 세기의 분포와 방사선이 전달되는 영역을 나타낸 도면이다.
<부호의 설명>
100: 방사선원
200: 제1 콜리메이터
300: 제2 콜리메이터
311: 리프 어셈블리
311: 리프
320: 캐리지
330: 레일 어셈블리
331: 모터
333: 가이드 레일
335: 연결부
400: 타깃
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자기 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터를 이용하는 방사선 조사 시스템을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 방사선 조사 시스템은 방사선원(100), 제1 콜리메이터(200), 제2 콜리메이터(300)를 구비하며, 이들 구성요소들은 예를 들어 갠트리와 같은 장치에 장착되어 지지된다.
도 3을 참조하면, 방사선원(100)에서 생성된 방사선은 제1 콜리메이터(200)와 제2 콜리메이터(300)를 지나 타깃(400)으로 조사된다. 방사선원(100)으로는 선형 가속기에서 발생되는 방사선 또는 방사선 동위원소(예를 들어, Co-60)가 이용될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 선원을 사용하는 것도 가능하다.
방사선원(100)에서 발생된 방사선의 조사 영역 및 그 세기는 제1 콜리메이터(200)와 제2 콜리메이터(300)를 통해 제어한다. 제1 콜리메이터(200)는 방사선원(100)에 인접 배치되어 방사선원(100)에서 생성되는 방사선이 지나가는 영역을 일차적으로 정의하며, 제2 콜리메이터(300)는 타깃(400)에서 방사선이 조사되어야 하는 영역을 구체적으로 설정하고 이와 함께 각 영역별 조사되는 방사선량, 즉 방사선 세기를 결정한다.
방사선 조사 시스템은 이들 콜리메이터 이외에 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 사각형 형태의 빔을 형성하기 위하여 x-방향 또는 y-방향으로 이동이 가능한 하나 이상의 조(jaw) 세트를 포함할 수 있다.
이러한 방사선 조사 시스템을 이용하여 세기 조절 방사선 치료 내지 용적변조회선 방사선 치료를 수행하는 때에 있어서 정밀한 치료를 위하여는 방사선 분포도의 공간 분해능이 우수해야 한다. 이에, 본 실시예에서는 방사선 조사 영역을 설정하고 방사선 세기를 결정하는 제2 콜리메이터(300)를 특정한 형태의 다엽 콜리메이터로 구성한다.
앞선 연구들에 따르면 다엽 콜리메이터의 리프 두께를 얇게 함으로써 방사선 분포도의 공간 분해능을 향상시킬 수 있음이 알려져 있고, 현재 약 1.6mm 정도의 두께를 갖는 리프를 사용한 다엽 콜리메이터가 알려져 있다. 하지만, 리프의 두께를 지속적으로 줄이는 데에는 물리적인 한계가 존재한다. 더군다나, 리프의 두께를 줄이면서 리프의 개수를 늘리는 경우에는 리프 하나하나에 대한 구동 시스템이 추가로 필요하고, 리프 사이의 방사선 누설이 증가하는 문제도 발생한다. 누설 방사선량이 증가하면 정상 기관에 대한 방사선 피폭에 의해 예기치 못한 2차적인 암 발생을 유발할 수 있게 된다.
한편, 실제 종양의 움직임을 실시간으로 추적하면서 방사선 치료의 정확성을 높이는 연구도 이루어지고 있다. 하지만, 종양의 움직임을 실시간으로 추적하기 위해 다엽 콜리메이터를 장착한 겐트리 등을 회전시키는 경우에도 방사선 분포도의 공간 분해능에는 영향이 없으며, 이러한 경우에는 오히려 종양의 추적을 위해 x-ray 영상을 실시간으로 얻어야 하므로 그에 따른 방사선 피폭이 증가하는 문제가 생길 수 있다.
이와 같이, 기존 연구에 따를 때 방사선 분포도의 공간 분해능을 향상시키는데 한계가 있기에, 본 발명자는 공간 분해능을 향상시키기 위한 새로운 접근 방법을 연구하였으며, 이에 다엽 콜리메이터의 리프를 2차원 방향, 즉 도 3에서의 x-방향 및 y-방향으로 동시에 이동시키면서 방사선을 조사하는 경우 방사선 분포도의 공간 분해능이 현저히 향상된다는 결론을 도출하였다.
이에 따라, 본 발명에서는 방사선 분포도의 공간 분해능을 향상시키기 위해 다엽 콜리메이터의 리프들을 일차원 방향으로만 이동시키는 것이 아니라 2차원 방향으로 동작할 수 있도록 구성한다. 이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 실시예에 따른 다엽 콜리메이터를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 실시예에 따른 다엽 콜리메이터에서 하나의 리프를 나타낸 도면이다.
우선 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 다엽 콜리메이터(300)의 중앙부에는 각각 복수의 리프(311)를 포함하여 서로 마주하도록 배치되는 한 쌍의 리프 어셈블리(310)가 설치된다. 리프 어셈블리(310)의 개별 리프(311)는 방사선을 차폐할 수 있는 재질, 예를 들어 텅스텐, 탄소강 등으로 형성되어 타깃을 향해 조사되는 방사선을 차단하는 역할을 한다.
복수의 리프(311)는 동일한 형상으로 이루어져 있으며, 제1 방향(도 3에서의 x-방향 및 도 4에서의 횡방향)으로 개별적으로 이동 가능하게 구성되어, 방사선이 다엽 콜리메이터(300)를 통과하는 영역과 그 세기를 제어할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 리프(311)의 일 측면에는 길이 방향, 즉 도 5에서의 y-방향을 따라 돌출부(311a)가 형성되고, 타 측면에는 역시 길이 방향을 따라 오목부(311b)가 형성되며, 이들 돌출부(311a)와 오목부(311b)는 서로 정합하도록 형성된다.
복수의 리프(311)는 도 4에서와 같이 두께 방향, 즉 도 5에서의 x-방향을 따라 나란히 배치되며, 구체적으로 하나의 리프의 돌출부는 그에 인접한 리프의 오목부에 정합하고, 하나의 리프의 오목부는 그에 인접한 돌출부에 정합하는 방식으로 배치된다.
리프(311)는 각기 길이 방향(y-방향)을 따라 이동할 수 있으며, 이 때 리프(311)의 돌출부(311a)가 그에 인접한 리프의 오목부에, 리프(311)의 오목부(311b)는 그에 인접한 리프의 돌출부에 슬라이드하는 방식으로 이동하게 된다. 리프(311)의 길이 방향(y-방향) 이동은 개별 리프(311)에 연결된 모터(미도시)에 의해 이루어질 수 있다. 하지만, 리프의 형상과 구동 방식은 이에 국한되는 것이 아니며, 개별 리프의 형상과 그 구동은 공지의 다른 방식에 의하여도 구현될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 다엽 콜리메이터(300)는 리프 어셈블리(310) 양측에 캐리지(320)가 설치되고, 캐리지(320)에는 리프 어셈블리(310)와 연결되어 이를 이동시킬 수 있는 레일 어셈블리(330)가 설치된다.
레일 어셈블리(330)는 가이드 레일(331), 가이드 레일(331)을 구동하는 모터(333) 및 가이드 레일(331)과 리프 어셈블리(310)를 연결하는 연결부(335)를 구비한다.
가이드 레일(331)은 모터(333)의 구동에 의해 개별 리프(311)가 이동하는 제1 방향과 직교하는 제2 방향, 즉 리프(311)의 두께 방향으로서 도 3 및 도 5에서의 y-방향으로 직선 이동할 수 있으며, 이에 의해 연결부(335)를 통해 가이드 레일(331)과 연결된 리프 어셈블리(310) 역시 제2 방향으로 이동할 수 있다.
레일 어셈블리(330)는 한 쌍의 리프 어셈블리(310)에 인접한 캐리지(320) 각각에 설치될 수 있으며, 이에 따라 가이드 레일(331) 및 모터(333)의 구동에 따라 서로 마주보는 한 쌍의 리프 어셈블리(310)는 각각 제2 방향으로 이동할 수 있다. 이때 레일 어셈블리(330)에 의한 리프 어셈블리(310)의 제2 방향으로의 이동은 개별 리프(311)의 두께보다 작게 설정할 수 있다.
본 실시예의 다엽 콜리메이터는 리프 어셈블리의 이동을 제어하는 제어부(미도시)에 연결될 수 있다. 제어부는 사전 측정된 종양 체적의 위치, 크기에 따라 리프 어셈블리의 이동량과 그 이동 속도, 구체적으로 개별 리프의 제1 방향으로의 이동량과 이동 속도, 리프 어셈블리의 제2 방향으로의 이동량과 이동 속도를 계산하여 이에 따라 모터를 제어하게 된다.
이처럼, 본 실시예에 따르면 리프 어셈블리(310)의 각각의 리프(311)가 개별 구동 모터의 구동에 의해 제1 방향으로 이동할 수 있으며, 리프 어셈블리(310)가 전체적으로 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 본 실시예의 다엽 콜리메이터에서는 리프가 제1 방향과 제2 방향으로 동시에 이동할 수 있다.
다엽 콜리메이터를 향해 조사되는 방사선은 리프에 의해 차폐되는데, 리프가 동시에, 제1 방향과 제2 방향으로 이동하게 되면 차폐되는 영역이 변화하게 된다. 이에 의해, 리프의 이동 전후로 리프가 중첩되는 부분으로는 방사선이 차폐되어 방사선 전달이 없게 되고, 중첩되지 않는 부분은 상대적으로 전달되는 방사선량이 많게 된다. 예를 들어, 리프의 제2 방향으로 리프 두께의 절반만큼 이동하는 경우를 상정하면, 리프가 지나지 않은 영역으로 전달된 방사선량이 1이라 할 때 리프의 이동 전후로 리프가 중첩되는 가운데 부분은 방사선량이 0이 되고, 그 사이의 영역은 0과 1 사이의 연속적인 방사선량을 갖게 된다.
이러한 원리로 제1 방향 이외에 제2 방향으로 복수의 리프를 이동시킴으로써 2차원 방향으로 공간 분해능을 현저히 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 원하는 종양 체적에 집중적인 방사선 전달이 가능할 뿐만 아니라 정상 기관에는 방사선 피폭을 최소화할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 다엽 콜리메이터를 사용할 때 종래 리프들이 일 방향으로만 이동하면서 방사선 조사가 이루어지는 다엽 콜리메이터와 대비하여 현저한 효과가 있다는 점은 도 6a 및 도 6b를 통해서도 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 종래의 다엽 콜리메이터 및 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이터를 통해 방사선을 조사한 경우 방사선 세기의 분포와 방사선이 전달되는 영역을 나타낸 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 대비하면, 도 6a에서는 다엽 콜리메이터의 리프가 그 길이 방향으로만 이동하는 경우로서 방사선이 조사되는 영역(붉은색 표시 부분)이 종양 체적(초록색 표시 부분) 주위로 넓게 형성되는 반면에, 도 6b에서와 같이 다엽 콜리메이터의 리프가 그 길이 방향 및 이에 직교하는 방향으로 동시에 이동하는 경우에는 방사선이 조사되는 영역(붉은색 표시 부분)이 종양 체적(초록색 표시 부분) 주위로 집중되어 있음을 확인할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 다엽 콜리메이터를 사용하는 경우 방사선을 종양 체적으로 집중시킬 수 있고 주변의 정상 장기로의 피폭은 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명자는 본 실시예와 달리 일 방향으로 이동하는 다엽 콜리메이터 2개를 서로 직교하는 방향으로 이동하도록 적층함으로써 동일한 효과를 기대할 수 있을지에 대하여도 검토하였다. 하지만, 이 경우 전체 장비의 구성이 복잡해질 뿐만 아니라 다엽 콜리메이터 이동에 대한 오류가 두 배로 커지게 되는 문제가 있다는 점을 확인하였고, 본 실시예에서와 같이 방사선 분포도의 공간 분해능이 향상되는 우수한 효과는 적은 것으로 확인하였다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
Claims (5)
- 한 쌍의 리프 어셈블리를 포함하는 다엽 콜리메이터에 있어서,상기 리프 어셈블리는 각각 복수의 리프를 구비하고 서로 마주하도록 배치되고,상기 리프 어셈블리의 리프는 상기 리프 어셈블리가 서로 마주하는 제1 방향으로 이동할 수 있는 동시에, 상기 제1 방향과 직교하고 상기 복수의 리프가 배열되는 제2 방향으로도 이동할 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 다엽 콜리메이터.
- 제1항에 있어서,상기 리프 어셈블리의 리프의 상기 제1 방향으로의 이동은 복수의 리프 각각에 개별적으로 연결된 모터의 구동에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 다엽 콜리메이터.
- 제1항에 있어서,가이드 레일, 상기 가이드 레일을 구동하는 모터 및 상기 가이드 레일과 상기 리프 어셈블리를 연결하는 연결부를 포함하는 레일 어셈블리를 더 포함하고,상기 리프 어셈블리의 리프의 상기 제2 방향으로의 이동은 상기 가이드 레일의 작동에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 다엽 콜리메이터.
- 제1항에 있어서,상기 리프 어셈블리의 리프의 상기 제2 방향으로의 이동은 상기 제2 방향을 따라 측정한 리프의 두께보다 작은 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 다엽 콜리메이터.
- 제1항에 있어서,상기 리프 어셈블리의 리프의 상기 제2 방향으로의 이동은 복수의 리프가 전체적으로 동일하게 이동하는 방식으로 이루어지는 것을, 다엽 콜리메이터.
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