WO2022211550A1 - 입자 빔 조사 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 빔의 조사 위치를 추적하는 것이 가능한 입자 빔 조사 장치 및 방법에 대한 것이다. 본 발명은, 입자 빔 발생부에서 전달된 입자 빔을 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔과 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔을 포함하는 조사용 입자 빔으로 성형하는 빔 성형부; 타겟의 전단에 배치되도록 구비되고, 상기 조사용 입자 빔의 위치를 트래킹하는 빔 트래킹 디텍터; 상기 타겟의 후단에 배치되도록 구비되고, 상기 조사용 입자 빔의 영상을 검출하는 빔 이미징 디텍터; 및 상기 빔 트래킹 디텍터와 상기 빔 이미징 디텍터의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 입자 빔 조사 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 입자 빔 조사 장치 및 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 입자 빔의 조사 위치를 추적하는 것이 가능한 입자 빔 조사 장치 및 방법에 대한 것이다.
X선이나 감마선과 같은 방사선 치료의 단점에 대한 대안으로서 입자 빔 치료가 암 치료 등에 적용되고 있다. 입자 빔은 양성자 빔 또는 탄소, 수소, 헬륨, 네온이나 아르곤 같은 다른 하전 입자의 빔을 의미한다.
1946년 미국의 과학자 로버트 윌슨(Robert Wilson)에 의해 처음으로 제안되었던 양성자 치료의 개념은 수십년에 걸쳐 발전하였고, 1990년 미국 로마린다 병원에서 최초로 환자 전용 양성자 치료가 시작되었다. 현재, 전 세계 100여 개의 의료기관에서 약 20,000명의 환자가 양성자 치료의 혜택을 받은 것으로 보고되고 있으며, 높은 정확도와 낮은 피폭량을 강점으로 그 수요는 점점 증가하는 추세이다.
기본적으로 양성자 빔으로 대표되는 입자 빔은 하전 입자들로 이루어지며, 전자기파인 X선과는 물질과 상호작용하는 메커니즘을 달리한다.
X선을 이용한 신호 검출은 방사선이 물질을 투과하며 발생하는 광전 효과(photoelectric effect) 혹은 컴프턴 산란(Compton scattering)에 의한 지수함수적 세기 감쇄를 이용하는 반면, 양성자는 원자핵과 직접 반응하거나 고유의 전하로부터 기인하는 다중 쿨롱 산란(multiple coulomb scattering)에 의한 에너지 감소를 이용하여 신호를 검출한다.
하지만 양성자 빔은 물질을 투과할 때, 상대적으로 에너지를 거의 잃지 않고 진행하다가 특정 깊이에서 대부분의 에너지를 방출하는 브래그 피크(Bragg peak) 특성을 가진다. 이에 따라, 피사체의 후면으로 투과하는 신호를 검출하는 방식의 X선 검출 기법은 양성자 빔 검출에 사용되기 어렵다.
한편, 양성자 빔에 의한 다중 쿨롱 산란 현상은 이미지의 해상도를 상당히 저하시키기 때문에, 양성자 치료에서는 보조적인 영상 취득 장치로서 별도의 X선 발생기와 디텍터 쌍을 함께 사용하기도 한다. 양성자 치료시에 X선을 함께 활용하는 방법은 종양의 위치를 실시간으로 파악하거나 호흡 동조 치료에 이용할 수 있다는 장점이 있지만, 환자에게 피폭되는 방사선량이 크기 때문에 2차적인 부작용을 유발할 가능성도 상당히 높다.
양성자 빔 치료에 있어서, 환자의 후면에 레인지 텔레스코프(range telescope)나 칼로리미터(calorimeter) 등을 두어서 에너지 손실(energy loss)을 직접 측정하여 영상을 취득하는 방식이 사용되기도 하나, 이는 스캐닝 방식의 양성자 치료 시스템에서만 적용 가능하고 실시간 영상 촬영에는 적용되기 어렵다.
최근에는 치료용 양성자 에너지(60~230 MeV)보다 높은 에너지 빔(200~ 270 MeV)을 사용하여 환자의 체적을 투과하는 양성자에 의한 영상을 이차원 디텍터를 이용하여 촬영하는 방식도 연구되고 있다. 이 방식은 앞서 언급되었던 양성자 산란의 영향으로 영상의 품질이 떨어진다는 단점을 갖고 있음에도, 환자의 피폭량을 X선 대비 10배 이상 줄일 수 있다는 장점이 있기 때문에 X선 방식의 대안으로 고려되고 있다.
하지만 이 경우에도 환자의 체적을 완전히 투과하고 환자의 후면에 위치한 디텍터에 도달할 정도의 높은 에너지를 별도로 사용해야 하기 때문에 치료와 동시에 영상을 촬영하는 것은 실질적으로 어렵다.
[선행기술문헌]
Poludniowski G, et al. Proton radiography and tomography with application to proton therapy. Br J Radiol. September 2015; 88(1053): 20150134. doi: 10.1259/bjr.20150134
Krah N, et al. A comprehensive theoretical comparison of proton imaging set-ups in terms of spatial resolution. Physics in Medicine & Biology 2018 Jul 2;63(13):135013. doi: 10.1088/1361-6560/aaca1f.
본 발명은 제 1 에너지를 갖는 입자 빔과 제 2 에너지를 갖는 입자 빔을 포함하는 입자 빔을 타겟에 조사함으로써 입자 빔의 조사 위치를 용이하게 추적하는 것이 가능한 입자 빔 조사 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 입자 빔 발생부에서 전달된 입자 빔을 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔과 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔을 포함하는 조사용 입자 빔으로 성형하는 빔 성형부; 타겟의 전단에 배치되도록 구비되고, 상기 조사용 입자 빔의 위치를 트래킹하는 빔 트래킹 디텍터; 상기 타겟의 후단에 배치되도록 구비되고, 상기 조사용 입자 빔의 영상을 검출하는 빔 이미징 디텍터; 및 상기 빔 트래킹 디텍터와 상기 빔 이미징 디텍터의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 입자 빔 조사 장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 빔은 상기 제 1 빔을 둘러싸는 형태로 형성되고, 상기 제 1 에너지의 크기는 상기 제 2 에너지의 크기보다 작게 설정될 수 있따.
또한, 상기 제 1 빔은 상기 타겟에 직접 조사되도록 제어되고, 상기 제 2 빔은 상기 빔 이미징 디텍터에서 이미지를 형성하도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 디스플레이에 사전에 확보된 상기 타겟을 포함하는 영상에 상기 조사용 입자 빔의 조사 위치가 표시되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 빔 트래킹 디텍터의 검출 결과와 상기 빔 이미징 디텍터에 조사된 상기 입자 빔의 영상을 바탕으로 상기 제 1 빔이 상기 타겟에 조사되는지를 판단할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 빔 성형부는, 상기 입자 빔을 상기 제 1 빔과 상기 제 2 빔으로 에너지를 조정하는 에너지 모듈레이터와, 상기 에너지 모듈레이터에서 에너지가 조정된 상기 조사용 입자 빔을 시준하는 콜리메이터를 포함한다.
상기 에너지 모듈레이터는 상기 제 1 빔을 성형하기 위한 에너지 감쇠부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 에너지 모듈레이터는 광축을 중심으로 회전 가능하게 구비될 수 있다.
또한, 상기 콜리메이터는 상기 제 1 빔의 투과를 방지하고 상기 제 2 빔의 투과를 허용하는 것일 수 있다.
또한, 상기 콜리메이터는 복수의 콜리메이터를 조합하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 빔의 경로 상에 상기 제 1 빔의 원위 물 등가길이를 제어하는 보상체가 더 구비된 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
일 실시예에 있어서, 상기 콜리메이터는, 중앙에 개방부가 형성되고, 중앙에서 외측으로 갈수록 두께가 작아지도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 입자 빔 조사 장치는 상기 타겟에 상기 제 1 빔이 흡수되는 위치에서 브래그 피크를 검출하는 브래그 피크 검출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 입자 빔 발생부에서 입자 빔을 출력하는 입자 빔 출력 단계; 빔 성형부에서 상기 입자 빔을 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔과 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔을 포함하는 조사용 입자 빔으로 성형하는 빔 성형 단계; 및 콜리메이터를 통과한 상기 조사용 입자 빔을, 타겟의 전단에 구비된 빔 트래킹 디텍터와 상기 타겟의 후단에 구비된 빔 이미징 디텍터에서 검출되는 빔 검출 단계;를 포함하는 입자 빔 조사 방법이 제공된다.
상기 입자 빔 조사 방법은, 제어부에서 상기 조사용 입자 빔이 상기 타겟에 조사되는 상태를 판단하는 판단 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 빔 성형 단계에서, 상기 제 2 빔은 상기 제 1 빔을 둘러싸고 상기 제 1 에너지의 크기는 상기 제 2 에너지의 크기보다 작게 성형될 수 있다.
또한, 상기 판단 단계에서, 상기 제어부는 상기 빔 트래킹 디텍터에서 검출된 조사용 입자 빔의 위치 정보를 사전에 확보된 상기 타겟을 포함하는 영상과 매칭할 수 있다.
상기 입자 빔 조사 방법은 상기 제어부가 상기 빔 트래킹 디텍터와 상기 빔 이미징 디텍터에서 검출된 영상을 이용하여 상기 제 1 빔의 궤적을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 빔 트래킹 디텍터와 상기 빔 이미징 디텍터에서 검출된 영상에서 특징점을 추출하여 상기 빔 트래킹 디텍터의 영상과 상기 빔 이미징 디텍터의 영상에서의 대응되는 픽셀 쌍을 검출하여 상기 제 1 빔의 궤적을 추정할 수 있다.
또한, 상기 타겟에 상기 제 1 빔이 흡수되는 위치에서 브래그 피크를 검출하는 브래그 피크 검출부의 측정 결과에 따라, 상기 제어부가 상기 제 1 빔의 침투 깊이를 추정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 타겟에 제 1 에너지를 갖는 입자 빔을 조사함과 동시에, 제 2 에너지를 갖는 입자 빔에 따른 영상을 취득할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 본 발명을 적용한 입자 빔 치료 장치의 경우, 타겟에 대한 입자 빔 치료를 하면서 입자 빔의 조사 위치를 영상으로 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치의 원리를 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치의 빔 성형부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 빔 조사 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
입자 빔 조사 장치(1)는, 입자 빔을 발생시키는 입자 빔 발생부(2), 입자 빔 발생부(2)에서 전달된 입자 빔을 성형하는 빔 성형부(10), 빔 성형부(10)에서 성형된 입자 빔의 위치를 트래킹하는 빔 트래킹 디텍터(20) 및 입자 빔의 조사에 따른 영상을 검출하는 빔 이미징 디텍터(30)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 빔 트래킹 디텍터(20)는 입자 빔이 조사될 타겟(예를 들면, 암세포와 같은 종양)의 전단에 위치하고, 빔 이미징 디텍터(30)는 타겟의 후단에 위치한다. 또한, 입자 빔 조사 장치(1)는, 빔 트래킹 디텍터(20)와 빔 이미징 디텍터(30)의 작동을 제어하고, 검출 결과를 처리하는 제어부(40)를 포함할 수 있다. 또한, 입자 빔 조사 장치(1)는 빔 트래킹 디텍터(20)의 검출 결과 또는 빔 이미징 디텍터(30)의 검출 결과를 시각적으로 표시하는 디스플레이(50)를 더 포함할 수 있다.
입자 빔 발생부(2)에서 발생되는 입자 빔은, 양성자 빔 또는 탄소, 수소, 헬륨, 네온이나 아르곤 같은 다른 하전 입자의 빔일 수 있다. 본 발명에 따르면, 입자 빔 발생부(2)에서 전달되는 입자 빔은 빔 성형부(10)에서 성형된 후 타겟에 조사되는 것을 일 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치의 원리를 개념적으로 설명하는 도면이다. 도 2에서, 입자 빔(70), 조사용 입자 빔(72), 제 1 디텍팅 이미지(74), 제 2 디텍팅 이미지(76)는 설명의 편의를 위해 단면 형상으로 나타내었다.
도 2를 참조하면, 입자 빔 발생부(2)에서 전달되는 입자 빔(70)은, 빔 성형부(10)에서 조사용 입자 빔(72)으로 성형된다. 조사용 입자 빔(72)은 제 1 에너지의 제 1 빔(72a)과 제 2 에너지의 제 2 빔(72b)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제 2 빔(72b)은 제 1 빔(72a)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 에너지의 크기는 제 2 에너지의 크기보다 작을 수 있다.
조사용 입자 빔(72)은 빔 트래킹 디텍터(20)를 통과하며 제 1 디텍팅 이미지(74)와 같은 형태로 빔 트래킹 디텍터(20)에서 검출될 수 있다.
또한, 제 1 빔(72a)은 치료를 목적으로 타겟(62)에 조사되는 치료용으로 사용되고, 제 2 빔(72b)은 타겟(62)을 통과하여 빔 이미징 디텍터(30)에 이미지를 형성하도록 사용될 수 있다. 도 2에서 타겟(62)은 암과 같은 종양일 수 있고, 타겟(62)은 환자 신체(60)의 내부에 위치할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 빔(72a)은 타겟(62)에 조사된 후 대부분 소멸하고, 제 2 빔(72b)은 환자 신체(60)를 통과하여 빔 이미징 디텍터(30)에 이미지를 형성할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 입자 빔을 매우 큰 에너지로 조사하면 환자의 체적을 투과하여 반대 방향에서 영상을 촬영할 수 있다는 점에 착안하여, 단일 에너지의 입자 빔을 치료용과 영상 촬영용으로 분리하는 것을 제시한다. 본 발명에 따르면, 빔 성형부(10)에서 성형된 저에너지 빔은 치료용으로 사용하고, 에너지가 감쇄되지 않는 주변부의 고에너지 빔는 이미징으로 사용하여 치료와 동시에 빔 조사 위치에 대한 모니터링이 가능하다.
도 1에 도시된 제어부(40)는 빔 트래킹 디텍터(20)에서의 검출 결과와 빔 이미징 디텍터(30)에서의 검출 결과를 바탕으로 조사용 입자 빔(72)의 조사 위치를 실시간으로 추정할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 추정된 조사용 입자 빔(72)의 조사 위치에 근거하여 디스플레이(50)에 조사용 입자 빔(72)의 조사 상태를 표시할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제어부(40)는 조사용 입자 빔(72)의 조사 상태를, 사전에 확보된 환자의 CT 영상이나, X선 영상 또는 MRI 영상에 중첩하여 디스플레이(50)에 표시되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 조사용 입자 빔(72)의 조사 위치에 근거하여 입자 빔(70) 또는 조사용 입자 빔(72)의 조사 방향을 제어할 수 있고, 이 경우, 입자 빔(70) 또는 조사용 입자 빔(72)의 조사 방향을 제어하기 위한 빔 가이드(미도시)가 추가로 구비될 수 있다.
빔 성형부(10)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치의 빔 성형부를 도시한 도면이다.
인체와 같은 물질에 입사하는 입자의 저지능(stopping power:S(E))은 베테-블로흐(Bethe-Bloch) 이론에 의해 수학식 1과 같이 기술된다.
수학식 1에서, x는 입자의 침투 깊이, v는 입사 입자의 초기 속도, Z는 물질의 원자 번호, A는 물질의 원자량, z는 입사 입자의 원자 번호이다.
수학식 1은 특정 깊이에서 에너지가 흡수되는 양이 입사 입자의 초기 에너지(∝ v2)와 대상 물질의 조성(Z/A)의 함수로 주어지는 것을 의미하며, 수학식 1의 역수를 적분함으로써 입자 빔의 체내 침투 깊이에 대한 예측이 수학식 2와 같은 방식으로 가능하다.
수학식 2에서 r0는 입자 빔의 체내 침투 깊이에 대한 추정값을 의미한다.
입자의 침투 깊이는 입사 입자의 초기에너지에 비례하는 관계가 있으며, 예를 들어 160MeV의 양성자 빔이 물에 입사되면 약 17cm의 침투 깊이를 갖게 됨을 계산할 수 있다.
침투 깊이와 더불어 양성자에 의한 산란 작용 역시 치료 계획에 있어서 매우 중요한 요소이며 이는 1947년 기술된 몰리에르(Moliere)의 이론으로 수학식 3과 같이 표시된다.
수학식 3에서, β는 상대론적 보정, p는 입사 입자의 모멘텀, z는 입사 입자의 전하, 
는 입자의 침투 깊이를 복사 길이(radiation length)로 나타낸 양이다.
이 때, 250MeV의 양성자가 20cm 두께의 물을 통과한다고 하면, 산란각은 
에 해당한다.
따라서, 가우시안의 형태로 산란되는 입자 빔의 퍼짐에 대한 예측이 가능하며 치료 시스템의 구성을 최적화하는데 이용되고 있다.
침투 깊이와 유사하게 산란각도 입자의 감속에 비례하는 양상을 보이지만 특정 두께의 물질을 투과한다고 가정할 때, 산란각은 두께의 스퀘어 루트(square root)에 비례하고 침투 깊이에 영향을 주는 에너지 손실은 두께에 직접 비례하는 양상을 띤다.
입자(양성자)의 에너지 손실은 원자의 궤도 전자와의 상호작용에 의해 발생하는 반면 산란은 원자핵과의 상호작용에 의해 발생하기 때문에, 상대적으로 원자 번호가 작은 물질은 입자의 에너지 손실에 큰 영향을 받으며 원자 번호가 큰 물질은 산란의 영향을 더욱 크게 받는다.
입자 빔의 에너지 감소를 주목적으로 한다면 납(Pb)과 같은 높은 원자 번호의 물질의 사용이 가능하고, 최소한의 산란으로 입자 빔의 에너지를 조절하려 한다면 플라스틱 수지나 베릴륨(Be)과 같은 낮은 원자 번호의 물질을 사용할 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 빔 성형부(10)는 에너지 모듈레이터(12)와 콜리메이터(14)를 포함할 수 있다. 에너지 모듈레이터(12)는 입자 빔 발생부(2)에서 전달된 입자 빔(70)을 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)과 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔(72b)으로 에너지를 조정한다. 콜리메이터(14)는 에너지 모듈레이터(12)에서 에너지가 조정된 조사용 입자 빔(72)을 시준한다.
도 3의 (b)는 에너지 모듈레이터(12)의 평면을 나타낸다. 도 3의 (a)와 (b)를 참조하면, 에너지 모듈레이터(12)는 휠 형태를 갖고, 중앙부에 에너지 감쇠부(13)를 구비한다.
에너지 감쇠부(13)의 외측을 통과하는 입자 빔(70)은 에너지 손실없이 진행하고, 에너지 감쇠부(13)를 통과하는 입자 빔(70)은 에너지가 낮춰진다. 이에 따라, 에너지 모듈레이터(12)를 통과하는 입자 빔(70)은 낮은 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)과 제 1 빔(72a)보다는 높은 에너지를 갖는 제 2 빔(72b)으로 분리될 수 있다. 에너지 감쇠부(13)가 에너지 모듈레이터(12)의 중앙에 위치한 도 3의 예에서는, 제 1 빔(72a)은 제 2 빔(72b)의 대략 중앙부에 위치하게 될 것이다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서, 에너지 감쇠부(13)의 위치는 도 3에 도시된 예에 한정되는 것은 아니다.
에너지 감쇠부(13)는, 앞서 설명한 바와 같이, 입자 빔(70)의 에너지를 감쇠시킬 수 있는 어떠한 재료를 사용해도 무방하며, 에너지 감쇠를 목적으로 하여 소정 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 일 실시예에 있어서, 최소한의 산란으로 입자 빔의 에너지를 조절할 목적으로, 에너지 감쇠부(13)는 플라스틱이나 베릴륨과 같은 낮은 원자 번호의 물질로 이루어질 수 있다.
콜리메이터(14)는 에너지 모듈레이터(12)의 후방에 배치되어 입자 빔의 산란을 최소화한다.
콜리메이터(14)는 타겟(62)의 형상에 맞추어 중앙의 개방부(15) 형상이 마련될 수 있다. 개방부(15)의 형상에 따라 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)이 타겟(62)으로 집속된다. 또한, 콜리메이터(14)는 다엽 콜리메이터(multi-leaf collimator, MLC)의 형태로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 콜리메이터(14)는, 에너지 모듈레이터(12)의 에너지 감쇠부(13)에서 감쇠된 제 1 빔(72a)이 산란되어 개방부(15)가 아닌 영역에서 투과되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 즉, 제 2 빔(72b)에 제 1 빔(72a)이 산란되어 혼합되는 것은 방지됨이 바람직하다. 이는, 제 2 빔(72b)은 빔 이미징 디텍터(30)에서 검출되어 영상을 생성하는 용도로 사용되어야 하기 때문이다.
이에 따라, 콜리메이터(14)의 두께는 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)의 침투 깊이보다 두껍게 형성될 수 있다.
발명의 실시에 있어서, 콜리메이터(14)의 재질 또는 두께는, 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)의 투과를 방지하고 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔(72b)의 투과를 허용하도록 선택될 수 있다.
타겟(62)의 전단에 위치한 빔 트래킹 디텍터(20)와, 타겟(62)의 후단에 위치한 빔 이미징 디텍터(30)에서 검출된 조사용 입자 빔(72)의 위치에 기반하여 조사용 입자 빔(72)의 조사 위치를 판단할 수 있다. 이에 따라, 치료용의 제 1 빔(72a)과 타겟(62)의 위치 관계를 확인할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 빔 트래킹 디텍터(20)는 입자 빔을 검출하는 복수의 픽셀을 갖는 픽셀 디텍터일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 빔 이미징 디텍터(30)는 픽셀 디텍터, 칼로리미터(calorimeter), 또는 레인지 텔레스코프(range telescope)일 수 있다.
빔 트래킹 디텍터(20)에서 획득되는 조사용 입자 빔(72)의 분포에 의해, 환자에게 입사되는 조사용 입자 빔(72)의 에너지 분포를 공간적으로 확인할 수 있다.
조사용 입자 빔(72)의 제 1 빔(72a)은 타겟(62)에 도달하여 치료를 수행하고, 제 1 빔(72a)의 주변에 공간적으로 분리되어 있는 고에너지의 제 2 빔(72b)은 환자 신체(60)를 투과하여 빔 이미징 디텍터(30)에서 검출된다.
빔 트래킹 디텍터(20)는 이차원적으로 분포하는 조사용 입자 빔(72)의 위치정보를 실시간으로 모니터링하고, 제어부(40)는 치료 전 촬영되었던 환자의 영상 데이터(X선 영상, CT 영상, MRI 영상 등)를 토대로 가상의 공간에서 조사용 입자 빔(72)의 위치를 매칭시킨다.
빔 이미징 디텍터(30)는 환자 신체(60)를 투과한 조사용 입자 빔(72)의 제 2 빔(72b)의 분포를 검출하고, 제어부(40)는 환자의 해부학적 구조를 이차원적 영상으로 구현하여 타겟(62)에 흡수된 제 1 빔(72a)의 위치가 빔 이미징 디텍터(30)에서 잔상으로 표현되는지 여부를 판단할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 빔(72a)은 대부분 환자 신체(60)를 투과하지 못하므로, 빔 이미징 디텍터(30)에서는 제 1 빔(72a)에 의한 영상은 거의 검출되지 않을 것이고, 제 2 빔(72b)에 의한 영상이 검출된다. 이러한 이미징 결과에 기초하여, 제어부(40)는 제 1 빔(72a)의 조사 위치를 산출하여 타겟(62)에 대한 적절한 치료가 이루어지고 있는지를 실시간으로 판단할 수 있다.
한편, 제 1 빔(72a)에 의해 빔 이미징 디텍터(30)에서 검출되는 잔상은, 콜리메이터(14)의 개방부(15)와 동일한 형태를 취하는 것이 이상적이나, 고에너지의 제 2 빔(72b)이 에너지 모듈레이터(12)에 의한 에너지 분리 단계에서부터 산란의 영향을 받게 되므로 이상적인 형태를 띠지 않을 수 있다. 따라서, 제 1 빔(72a)에 의해 빔 이미징 디텍터(30)에서 생성되는 잔상에 대한 평가를 위해, 빔 트래킹 디텍터(20)에 나타나는 콜리메이터(14)의 개방부(15)의 형태 변화를 실시간으로 가상의 공간에 매핑하는 과정이 수행됨이 바람직할 수 있다.
즉, 빔 트래킹 디텍터(20)에서 검출되는 조사용 입자 빔(72)의 영상과, 빔 이미징 디텍터(30)에서 검출되는 조사용 입자 빔(72)의 영상과, 빔 트래킹 디텍터(20)와 빔 이미징 디텍터(30)의 위치 관계를 이용하면, 소정 위치(예를 들면, 환자의 신체 내부의 소정 깊이)에서의 조사용 입자 빔(72)의 크기 또는 형태를 매핑하는 것이 가능하다. 콜리메이터(14)의 개방부(15)를 MLC 방식으로 구성하는 경우, 조사용 입자 빔(72), 특히 제 1 빔(72a)의 단면 형상은 개방부(15)의 형태에 따라 변화될 것이고, 환자의 신체 내부에서의 제 1 빔(72a)의 크기와 형상을 추정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 입자 빔 조사 장치(1)는, 입자 빔 발생부(2)에서 전달된 입자 빔(70)을 성형하는 빔 성형부(10), 빔 트래킹 디텍터(20), 및 빔 이미징 디텍터(30)를 포함하고, 빔 성형부(10)는 에너지 모듈레이터(12)와 복수 개의 그룹으로 형성된 콜리메이터(14)를 포함한다.
에너지 모듈레이터(12)는 산란을 최소화하면서 에너지를 효율적으로 조절할 수 있는 구조와 물질을 사용함이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 에너지 모듈레이터(12)는 광축을 중심으로 소정 속도로 회전할 수 있다. 일례로, 에너지 모듈레이터(12)는 500~1500rpm으로 회전될 수 있다. 에너지 모듈레이터(12)는 정지된 상태로서 그 기능을 수행할 수 있으나, 입자 빔(70)을 성형함에 있어서 제 1 빔(72a)과 제 2 빔(72b)의 에너지 밀도를 고르게 하기 위해 에너지 모듈레이터(12)를 회전하도록 구성할 수 있다.
도 4에 도시된 콜리메이터(14)는, N개의 콜리메이터를 조합하여 사용된 것일 수 있다. N개의 콜리메이터를 조합함에 있어서, 콜리메이터의 두께는 환자 신체(60)의 타겟(62) 위치와 동일한 물 등가길이(Water Equivalent Path length, WEPL)를 갖는 두께로서 설정될 수 있으며, 이는 브래그 피크가 체내에서 발생하는 에너지 대역의 양성자 빔(proton beam)을 필터링하기 위함이다.
또한, 도 4에 있어서, 입자 빔 조사 장치(1)는 타겟(62)에 조사되는 제 1 빔(72a)의 원위 물 등가길이(distal WEPL)를 제어하기 위한 보상체(80, compensator)를 더 구비할 수 있다.
도 4에 도시된 양성자 브래그 피크 위치(Proton Bragg-peak location)와 방사선 조사량(radiation dose)의 관계를 살펴보면, 제 1 빔(72a)은 타겟(62) 위치에서 방사선 조사량이 피크값을 갖고, 제 2 빔(72b)은 빔 이미징 디텍터(30)에서 방사선 조사량이 피크값을 갖는다.
빔 이미징 디텍터(30)에서의 제 2 디텍팅 이미지(76)의 검출에 따라 타겟(62)의 그림자(76a)를 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 콜리메이터(14)의 구성에서 도 3 또는 도 4의 실시예와 차이점이 있다. 콜리메이터(14)는 중앙에 개방부가 형성되고 개방부의 두께가 가장 크고 외측으로 갈수록 두께가 작아지는 원뿔대 형상으로 구성될 수 있다. 이는 에너지 모듈레이터(12)에서의 산란에 따른 영향을 줄임으로써, 제 1 빔(72a)과 제 2 빔(72b)의 에너지 밀도를 고르게 하기 위함이다.
한편, 디스플레이(50)에는 환자의 방사선 영상(78)에 타겟(62)의 그림자(76a)를 함께 표시할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 입자 빔 조사 장치를 도시한 도면이다.
입자 빔 조사 장치(1)는 브래그 피크 검출부(90)를 추가로 포함할 수 있다. 브래그 피크 검출부(90)는 타겟(62)에서 제 1 빔(72a)이 흡수되는 위치에서의 브래그 피크(Bragg peak)를 검출한다. 브래그 피크 검출부(90)를 구비하면, 조사용 입자 빔(72)의 진행경로에 대한 실시간 모니터링이 가능하여 최종적으로는 삼차원 공간에서 조사용 빔(72), 특히 제 1 빔(72a)의 위치를 결정하는 것이 가능하게 되어 치료를 위한 제 1 빔(72a)에 대한 완전한 공간 정보를 취득하는 것이 가능해지게 된다.
브래그 피크 검출부(90)는 양성자가 체내를 투과할 때 발생하는 즉발 감마(prompt gamma) 혹은 쌍소멸(pair annihilation)에 의한 백투백 감마(back-to-back gamma)를 이용하는 방식을 적용할 수 있다. 즉발 감마를 이용하는 방식은 슬릿 카메라(slit camera), 즉발 감마선 타이밍(prompt gamma timing, PGT), 즉발 감마선 분광(prompt gamma spectroscopy, PGS), 감마전자 버텍스 영상법(gamma-electron vertex imaging, GEVI), 콤프턴 카메라(Compton camera, CC) 방식 등이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 빔 조사 방법을 도시한 순서도이다.
입자 빔 조사 장치(1)를 설정한다(S10).
입자 빔 조사 장치(1)를 설정함에 있어서, CT, MRI, PET 등의 영상 촬영 정보가 참조될 수 있다.
입자 빔(70)의 경로상의 콜리메이터(14)와 환자 신체(60)의 체적을 완전히 투과하여 제 2 빔(72b)의 브래그 피크가 빔 이미징 디텍터(30)에 위치할 수 있도록 입자 빔(70)의 출력 에너지가 설정될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 입자 빔(70)의 에너지 범위는 치료 전 촬영된 환자에 대한 CT 데이터로 추정된 저지능(Stopping power)에 대한 정보를 바탕으로 100MeV에서 350MeV까지 조절될 수 있다.
또한, 조사용 입자 빔(72)의 조사영역이 환부 영역보다 충분히 넓어서 영상처리장치에서 환부와 그 주변에 대한 이차원적 정보까지 얻을 수 있도록 조사용 입자 빔(72)의 조사범위가 조절될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 조사용 입자 빔(72)의 제 1 빔(72a)은 타겟(62)에 대응되도록 그 모양과 크기가 제어되고, 제 2 빔(72b)의 조사 영역은 타겟(62)을 포함한 외부 영역에 대하여 필요에 따라 확장되거나 축소될 수 있다. 또한, 조사용 입자 빔(72)으로서, 스캐닝 방식의 펜슬 빔(pencil beam)을 사용하는 경우에는 조사 범위의 조절은 생략될 수 있다.
입자 빔(70)이 출력된다(S20).
입자 빔(70)의 진행 경로에 빔 성형부(10)가 구비되어, 입자 빔(70)은 제 1 빔(72a)과 제 2 빔(72b)의 조사용 입자 빔(70)으로 성형된다.
빔 성형부(10)의 에너지 모듈레이터(12)에 의해 입자 빔(70)이 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)과 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔(72b)으로 분리된다. 상기 에너지 모듈레이터(12)에서 분리되는 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔(72b)은 이 후의 빔 경로에 구비되어 있는 콜리메이터(14)와 환자 신체(60)를 모두 투과하여 빔 이미징 디텍터(30)에서 브래그 피크를 생성할 수 있도록 조정됨이 바람직하다. 또한, 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)은 타겟(62)에서 브래그 피크를 생성할 수 있도록 조정됨이 바람직하다.
콜리메이터(14)는, 에너지 모듈레이터(12)에서 생성과 동시에 산란되는 제 1 빔(72a)이 제 2 빔(72b) 영역을 침범하는 것을 최소화하기 위해 에너지 모듈레이터(12)의 다음에 구비된다. 제 2 빔(72b)은 콜리메이터(14)를 투과하되, 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔(72a)은 콜리메이터(14)에서 흡수된다.
콜리메이터(14)는 제 1 빔(72a)의 투과를 위한 개방부(15)를 구비할 수 있다. 또한, 콜리메이터(14)는 복수 개의 조합으로 구비될 수 있고, 복수 개로 조합된 콜리메이터(14)의 합산 두께는 제 1 빔(72a)의 물 등가두께(water equivalent thickness, WET)보다 두껍게 하여 제 2 빔(72b) 영역으로 산란된 제 1 빔(72a)은 환자 신체(60)에 도달하기 전에 대부분 소멸될 수 있도록 함이 바람직하다.
또한, 콜리메이터(14)의 개방부(15)는 치료 간 능동적으로 크기와 모양을 조절이 가능하도록 MLC의 형태로 구성될 수 있다. 또한, 콜리메이터(14)의 후단에는 제 1 빔(72a)의 원위 물 등가길이를 제어하기 위한 보상체(80)가 구비될 수 있다.
빔 트래킹 디텍터(20)와 빔 이미징 디텍터(30)에서 조사용 입자 빔(72)을 검출한다(S30).
빔 트래킹 디텍터(20)에 의해 환자에게 입사되는 조사용 입자 빔(72)의 에너지 분포를 공간적으로 확인함과 동시에, 제 1 빔(72a)은 타겟(62)에 도달하여 치료를 수행하고 제 1 빔(72a)의 주변에 공간적으로 분리되어 있는 제 2 빔(72b)은 환자를 그대로 투과하여 빔 이미징 디텍터(30)에 도달하여 영상이 획득된다.
빔 트래킹 디텍터(20)는 이차원적으로 분포하는 조사용 입자 빔(72)의 위치정보를 실시간으로 모니터링하도록 하고, 제어부(40)는 치료 전 촬영되었던 CT 데이터와 같은 영상 데이터를 토대로 가상의 공간에서 조사용 입자 빔(72)의 위치를 매칭한다.
빔 이미징 디텍터(30)는 환자의 체적을 투과한 조사용 입자 빔(72)의 분포를 통해 환자의 해부학적 구조를 이차원적 영상으로 검출하고, 제어부(40)는 타겟(62)에 흡수된 제 1 빔(72a)의 위치가 빔 이미징 디텍터(30)에서 잔상(shadow)으로 표현되는지 여부를 확인할 수 있다. 상기 잔상은 콜리메이터(14)의 개방부(15)와 동일한 형태를 취하는 것이 이상적일 것이나, 제 2 빔(72b)은 에너지 모듈레이터(12)에 의한 에너지 분리 단계에서부터 산란의 영향을 받게 되므로 이상적인 형태를 띠지는 않을 수 있다. 따라서, 제어부(40)는 빔 트래킹 디텍터(20)에 나타나는 콜리메이터(14)의 개방부(15)에 따른 형태 변화를 실시간으로 가상의 공간에 매핑하고, 빔 이미징 디텍터(30)에서 검출되는 잔상과 대비하는 작업을 수행하는 것도 바람직할 수 있다.
한편, 도 6에 도시한 브래그 피크 검출부(90)가 구비되는 경우, 제 1 빔(72a)의 침투 깊이(location of the distal dose fall-off)가 확인될 수 있다. 브래그 피크 검출부(90)는 양성자가 체내를 투과할 때 발생하는 즉발 감마 혹은 쌍소멸에 의한 백투백 감마를 이용하는 방식을 적용할 수 있다. 즉발 감마를 이용하는 방식은 슬릿 카메라, 즉발 감마선 타이밍, 즉발 감마선 분광, 감마전자 버텍스 영상법, 콤프턴 카메라 방식 등이 있다. 침투 깊이는 브래그 피크 검출부(90)에서 측정되는 선량(dose)이 10%~50% 미만으로 떨어지는 값을 기준으로 그에 해당하는 거리값으로 추정될 수 있다.
빔 이미징 디텍터(30)에서 취득된 잔상의 영상과 빔 트래킹 디텍터(20)에서 취득된 빔의 영상에서 각각 특징점을 추출해 빔 이미징 디텍터(30)의 영상 내 픽셀과 빔 트래킹 디텍터(20) 영상 내 픽셀 쌍이 검출될 수 있다.
이러한 과정은, 빔 이미징 디텍터(30)에서 취득된 잔상을 특징점 추출에 적합하도록 디콘볼루션을 수행하는 단계; 디콘볼루션된 빔 이미징 디텍터(30)에서 취득된 영상과 빔 트래킹 디텍터(20)에서 취득된 영상에서 각각 특징점을 추출하는 단계; 추출된 특징점 중 유효한 특징점을 이용하여 빔 이미징 디텍터(30)의 영상 내 픽셀 - 빔 트래킹 디텍터(20) 영상 내 픽셀 쌍을 생성하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
취득된 잔상을 특징점 추출에 적합하도록, 디콘볼루션은 몬테카를로 시뮬레이션(Monte-Carlo Simulation)을 이용하여 디콘볼루션 커널을 추정하여 적용하는 방법, 인공지능 기반 알고리즘을 통해 디콘볼루션을 수행하는 방법 등에 의해 수행될 수 있다.
또한, 디콘볼루션된 빔 이미징 디텍터(30)에서 취득된 영상과 빔 트래킹 디텍터(20)에서 취득된 영상에서 각각 특징점을 추출하는 단계는, 각 영상에 SIFT(Scale Invariant Feature Transform), SURF(Speed Up Robust Feature), BRIEF(Binary Robust Independent Elementary Features), 인공지능 기반 특징점 추출 알고리즘과 같은 특징점 추출 알고리즘이나, 캐니 에지 검출(Canny edge detection method), 소벨 필터(Sobel filter)와 같은 에지 검출 알고리즘을 사용하여 수행될 수 있다.
추출된 특징점 중 유효한 특징점을 이용하여 빔 이미징 디텍터(30)의 영상 내 픽셀 - 빔 트래킹 디텍터(20)의 영상 내 픽셀 쌍을 생성하는 단계는, RANSAC(Random Sample Consensus)과 같은 대응점 필터링을 적용하여 유효한 빔 이미징 디텍터(30)의 영상 내 픽셀 - 빔 트래킹 디텍터(20)의 영상 내 픽셀 쌍을 생성할 수 있다.
3차원 상의 조사용 입자 빔(72)의 궤적을 산출한다(S40).
검출된 빔 이미징 디텍터(30)의 영상 내 픽셀 - 빔 트래킹 디텍터(20)의 영상 내 픽셀 쌍을 이용하여 특정 타겟(62) 깊이에서의 제 1 빔(72a)의 궤적이 추정될 수 있다. 복수개의 빔 이미징 디텍터(30)의 영상 내 픽셀 - 빔 트래킹 디텍터(20) 영상 내 픽셀 쌍의 연장선과 특정 깊이를 이루는 평면과의 교점을 구함으로써, 특정 타겟(62) 깊이에서의 제 1 빔(72a)의 궤적을 추정할 수 있다. 또한, 상기의 특정 타겟(62)의 깊이로서, 브래그 피크 검출부(90)에 의해 측정된 침투 깊이 정보가 활용될 수 있다.
조사용 입자 빔(72)의 궤적과 환자의 CT 영상과 같은 영상 촬영 정보를 비교하여 현재의 위치가 목표하는 위치와 일치하는지 여부를 확인한다(S50).
현재 조사용 입자 빔(72)의 제 1 빔(72a)이 조사되고 있는 위치가 목표하는 위치 범위 내에 존재한다면 치료를 지속하되, 오차 범위를 벗어나서 조사되고 있다면 입자 빔의 조사 방향을 바꾸어 실시간으로 위치를 보정한다(S60).
제 1 빔(72a)의 조사 량이 치료 목표에 도달하였는지를 판단하여(S70), 치료 목표에 도달하였으면 입자 빔의 조사를 종료한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (20)
- 입자 빔 발생부에서 전달된 입자 빔을 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔과 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔을 포함하는 조사용 입자 빔으로 성형하는 빔 성형부;타겟의 전단에 배치되도록 구비되고, 상기 조사용 입자 빔의 위치를 트래킹하는 빔 트래킹 디텍터;상기 타겟의 후단에 배치되도록 구비되고, 상기 조사용 입자 빔의 영상을 검출하는 빔 이미징 디텍터; 및상기 빔 트래킹 디텍터와 상기 빔 이미징 디텍터의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 빔은 상기 제 1 빔을 둘러싸는 형태로 형성되고, 상기 제 1 에너지의 크기는 상기 제 2 에너지의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 빔은 상기 타겟에 직접 조사되도록 제어되고, 상기 제 2 빔은 상기 빔 이미징 디텍터에서 이미지를 형성하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제어부는 디스플레이에 사전에 확보된 상기 타겟을 포함하는 영상에 상기 조사용 입자 빔의 조사 위치가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제어부는 상기 빔 트래킹 디텍터의 검출 결과와 상기 빔 이미징 디텍터에 조사된 상기 입자 빔의 영상을 바탕으로 상기 제 1 빔이 상기 타겟에 조사되는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 빔 성형부는, 상기 입자 빔을 상기 제 1 빔과 상기 제 2 빔으로 에너지를 조정하는 에너지 모듈레이터와, 상기 에너지 모듈레이터에서 에너지가 조정된 상기 조사용 입자 빔을 시준하는 콜리메이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 에너지 모듈레이터는 상기 제 1 빔을 성형하기 위한 에너지 감쇠부를 구비하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 에너지 모듈레이터는 광축을 중심으로 회전 가능하게 구비된 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 콜리메이터는 상기 제 1 빔의 투과를 방지하고 상기 제 2 빔의 투과를 허용하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 콜리메이터는 복수의 콜리메이터를 조합하여 구성된 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 빔의 경로 상에 상기 제 1 빔의 원위 물 등가길이를 제어하는 보상체가 더 구비된 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 콜리메이터는, 중앙에 개방부가 형성되고, 중앙에서 외측으로 갈수록 두께가 작아지는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 타겟에 상기 제 1 빔이 흡수되는 위치에서 브래그 피크를 검출하는 브래그 피크 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 장치.
- 입자 빔 발생부에서 입자 빔을 출력하는 입자 빔 출력 단계;빔 성형부에서 상기 입자 빔을 제 1 에너지를 갖는 제 1 빔과 제 2 에너지를 갖는 제 2 빔을 포함하는 조사용 입자 빔으로 성형하는 빔 성형 단계; 및콜리메이터를 통과한 상기 조사용 입자 빔을, 타겟의 전단에 구비된 빔 트래킹 디텍터와 상기 타겟의 후단에 구비된 빔 이미징 디텍터에서 검출되는 빔 검출 단계;를 포함하는 입자 빔 조사 방법.
- 제 14 항에 있어서,제어부에서 상기 조사용 입자 빔이 상기 타겟에 조사되는 상태를 판단하는 판단 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 빔 성형 단계에서, 상기 제 2 빔은 상기 제 1 빔을 둘러싸고 상기 제 1 에너지의 크기는 상기 제 2 에너지의 크기보다 작게 성형되는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 판단 단계에서, 상기 제어부는 상기 빔 트래킹 디텍터에서 검출된 조사용 입자 빔의 위치 정보를 사전에 확보된 상기 타겟을 포함하는 영상과 매칭하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제어부가 상기 빔 트래킹 디텍터와 상기 빔 이미징 디텍터에서 검출된 영상을 이용하여 상기 제 1 빔의 궤적을 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 제어부는 상기 빔 트래킹 디텍터와 상기 빔 이미징 디텍터에서 검출된 영상에서 특징점을 추출하여 상기 빔 트래킹 디텍터의 영상과 상기 빔 이미징 디텍터의 영상에서의 대응되는 픽셀 쌍을 검출하여 상기 제 1 빔의 궤적을 추정하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 타겟에 상기 제 1 빔이 흡수되는 위치에서 브래그 피크를 검출하는 브래그 피크 검출부의 측정 결과에 따라, 상기 제어부가 상기 제 1 빔의 침투 깊이를 추정하는 것을 특징으로 하는 입자 빔 조사 방법.
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