KR100981781B1 - 방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 그 장치를 이용한방사선 치료장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 방사선 치료장치는, 제1관통부가 구비되며, 환자의 치료부위를 향해 가속된 고에너지 방사선의 진행경로 상에 배치된 몸체; 상기 제1관통부에 대응하는 관통공이 구비되며, 상기 몸체에 슬라이딩 가능하게 설치된 프레임; 상기 관통공에 대해 슬라이딩 가능하게 설치된 방사선 차폐제로 이루어진 다엽의 콜리메이터; 및 상기 프레임을 상기 몸체에 대해 슬라이딩 이동시키기 위한 서보모터; 일단부가 상기 프레임에 연결되고 타단부가 상기 서보모터의 출력축에 상대고정된 볼스크류; 및 상기 환자의 호흡에 따른 그 환자의 치료부위의 움직임에 대한 위치변위 데이터를 외부로부터 입력받아 그 위치변위 데이터에 기초하여, 상기 콜리메이터가 상기 치료부위를 추종하면서 연속적으로 그 치료부위에 방사선을 조사할 수 있도록 상기 서보모터의 구동을 제어하는 신호를 발생시키는 모터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 그 장치를 이용한 방사선 치료장치{Collimator device for radiotherapy and curing device using thereof}

본 발명은 방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 방사선 치료장치에 관한 것으로써 암 환자를 치료하기 위한 방사선 치료장치에 설치되어 치료 중 생리학적으로 움직이는 환자의 치료부위를 추종하면서 연속적이고 정확하게 그 치료부위에만 방사선이 조사될 수 있도록 구조가 개선된 방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 방사선 치료장치에 관한 것이다.

복잡해진 사회를 살아가는 현대인들은 많은 스트레스와 불규칙한 식사 등으로 건강을 유지하기 힘들어졌다. 특히, 이런 현대인들은 악성종양 즉, 암에 의한 사망원인 확률이 가장 높다. 사회적으로 암의 발병률 또한 증가하는 추세에 있으며, 국가적인 대책이 시급히 요구되고 있다. 이에 따라, 암 등의 치료방법도 주요한 관심의 대상이 되며, 특히 방사선 치료법의 중요성이 강조되고 있다.

종양의 성공적 방사선 치료를 위해서는 두 가지 중요한 요소가 필요하다. 첫째, 종양에 조사되는 방사선의 위치가 정확해야 하며, 둘째, 계획된 방사선량과 실제 투여된 방사선량이 일치하여야 한다.

종양에 대한 정확한 방사선 조사를 위해서는 여러 가지 변위 오차를 줄여야 한다. 환자의 인체와 관련하여 생기는 변위오차에는 크게 3가지로 분류할 수 있으며 그 종류는 자세관련 장기움직임 오차, 사이분획 장기움직임 오차, 내부분획 장기움직임 오차로 분류된다.

자세관련 장기움직임 오차는 환자가 치료받을 때 서 있거나 누워있거나 하는 자세에 따라 내부 장기들의 위치가 변하게 되는 것이다. 자세관련 장기움직임 오차는 치료위치를 계획할 때, 치료할 때와 같은 환자의 자세를 만들어 촬영하고 그에 따라 계획함으로써 그 오차를 줄일 수 있다.

사이분획 장기움직임 오차는 내부 장기의 상태에 따른 움직임들로, 방광의 채워짐 정도라든가 직장의 채워짐 정도, 혹은 위의 채워짐 정도에 따라 해당 장기 및 주변 장기들의 위치가 변하게 되어 생기는 것이다. 이와 같은 사이분획 장기움직임 오차는 치료계획 할 때와 치료할 때 환자의 상태를 같게 만들어 줌으로써 제거할 수 있다.

내부분획 장기움직임 오차는 호흡이나 심장의 박동에 의해 해당 장기 및 주변 장기들의 위치 변화가 발생하는 것이다. 이 오차는 살아있는 사람에게 있어서 생리적으로 발생할 수 밖에 없으며, 그 움직임이 빈번하고, 특히 호흡에 의한 경우에 그 변동폭이 커서 횡격막을 포함한 호흡 움직임에 영향을 받는 해당장기들에 있어서 위치 변화가 크게 문제된다. 이와 같은 내부분획 장기움직임 오차를 제거하기 위해서는 호흡에 따른 외부 해부학적 움직임을 추적하여 그에 따른 내부 장기의 특정부분의 위치변화를 반영하여 상기 특정부분에만 방사선이 조사되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 발명자들은 특허 제706758호 및 특허 제740340호와 같은 장치를 고안한바 있다.

그러나 이와 같은 장치를 사용하여 환자의 치료부위에 방사선을 조사할 경우 장기의 위치가 특정한 위치에 위치하는 경우에만 방사선 개폐장치를 개방하기 때문에 실제 치료에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있다.

한편, 환자의 치료부위를 방사선으로 치료를 하는 과정에 있어서 최대한 정상 조직을 보호하기 위해 차폐물을 제작한 후 실제 치료 시 방사선치료기에 차폐물을 부착하여 방사선을 조사한다. 차폐체의 종류에는 일반적으로 사용되는 리포위츠 합금(leafowitz metal) 차폐체와 다엽 콜리메이터(MLC, multi-leaf collimator)가 있다. 리포위츠 합금 차폐체는 합금 블록제작에 1~2일의 시간이 필요하지만 다엽 콜리메이터의 경우는 별도의 차폐체 제작시간이 필요하지 않다. 또한, 다양한 조사면을 합금블록보다 쉽게 구현할 수 있다. 그러나 기존의 상용화된 다엽 콜리메이터의 경우 가격이 고가인 문제점과 다양한 방사선 조사장치와 연동하여 운용하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 방사선 치료장치는 환자의 내부 장기의 움직임을 추종하면서 치료부위에만 연속적이고 정확하게 방사선이 조사될 수 있는 방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 방사선 치료장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치는, 제1관통부가 구비되며, 환자의 치료부위를 향해 가속된 고에너지 방사선의 진행경로 상에 배치된 몸체;

상기 제1관통부에 대응하는 관통공이 구비되며, 상기 몸체에 슬라이딩 가능하게 설치된 프레임;

상기 관통공에 대해 슬라이딩 가능하게 설치된 방사선 차폐제로 이루어진 다엽의 콜리메이터; 및

상기 프레임을 상기 몸체에 대해 슬라이딩 이동시키도록 상기 몸체와 상기 프레임에 동력적으로 연결된 서보모터; 및

상기 환자의 호흡에 따른 그 환자의 치료부위의 움직임에 대한 위치변위 데이터를 외부로부터 입력받아 그 위치변위 데이터에 기초하여, 상기 콜리메이터가 상기 치료부위를 추종하면서 연속적으로 그 치료부위에 방사선을 조사할 수 있도록 상기 서보모터의 구동을 제어하는 신호를 발생시키는 모터 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.

본 발명에 따른 방사선 치료장치는, 방사선을 조사하는 방사선 조사장치;

제1관통부가 구비되며, 환자의 치료부위를 향해 가속된 고에너지 방사선의 진행경로 상에 배치되며 상기 방사선 조사장치에 결합된 몸체;

상기 제1관통부에 대응하는 관통공이 구비되며, 상기 몸체에 슬라이딩 가능하게 설치된 프레임;

상기 관통공에 대해 슬라이딩 가능하게 설치된 방사선 차폐제로 이루어진 다엽의 콜리메이터; 및

상기 프레임을 상기 몸체에 대해 슬라이딩 이동시키도록 상기 몸체와 상기 프레임에 동력적으로 연결된 서보모터; 및

상기 환자의 호흡에 따른 그 환자의 치료부위의 움직임에 대한 위치변위 데이터를 입력받아 그 위치변위 데이터에 기초하여, 상기 콜리메이터가 상기 치료부위를 추종하면서 연속적으로 그 치료부위에 방사선을 조사할 수 있도록 상기 서보모터의 구동을 제어하는 신호를 발생시키는 모터 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.

상기 몸체는 가이드 레일을 포함하며,

상기 프레임은 그 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능하게 설치된 것이 바람직하다.

상기 방사선 차폐제는 탄소강 또는 텅스텐 합금인 것이 바람직하다.

상기 다엽의 콜리메이터는 수동으로 조작되는 것이 바람직하다.

상기 다엽의 콜리메이터는 서로 인접하는 콜리메이터들과 요철 구조의 상호 결합에 의해 슬라이딩 가능한 것이 바람직하다.

상기 콜리메이터의 방사선 통과영역의 형태를 설정하기 위한 형판을 더 구비하며, 그 형판은 아크릴 소재로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 프레임은 상기 몸체에 대해 일방향으로 이동 가능하게 그 프레임에 결합되며,

상기 서보모터는, 상기 프레임을 상기 몸체에 대해 상기 일방향으로 이동시키도록 상기 프레임에 설치되어 상기 프레임에 동력적으로 연결될 수 있다.

상기 몸체에 제1방향으로 이동 가능하게 결합되는 슬라이딩 부재를 구비하며, 상기 프레임은 상기 슬라이딩 부재에 대해 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 이동 가능하게 그 슬라이딩 부재에 결합되며,

상기 서보모터는, 상기 슬라이딩 부재를 상기 몸체에 대해 상기 제1방향으로 이동시키도록 상기 몸체에 설치되어 상기 슬라이딩 부재에 동력적으로 연결된 제1서보모터와, 상기 프레임을 상기 슬라이딩 부재에 대해 상기 제2방향으로 이동시키도록 상기 슬라이딩 부재에 설치되어 상기 프레임에 동력적으로 연결된 제2서보모터를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치 및 방사선 치료장치는 환자의 치료부위의 움직임을 추종하여 연속적으로 그 치료부위에만 정확히 방사선을 조사함으로써 효율적이고 신속한 치료가 가능한 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방사선 치료 장치의 개략적 블럭도이다. 도 2는 도 1에 도시된 방사선 치료장치의 개략적 구성요소를 도식적으로 보여주는 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 방사선 치료용 콜리메이터 장치의 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 방사선 치료용 콜리메이터 장치의 평면도이다. 도 5는 도 3에 도시된 방사선 치료용 콜리메이터 장치에서 콜리메이터들의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방사선 치료 장치는(10)는 방사선 조사장치(20)와, 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)를 포함하고 있다.

상기 방사선 조사장치(20)는 환자의 치료 예정 부위에 치료용 방사선을 조사하는 장치이다. 상기 방사선 조사장치(20)는 전자나 입자를 가속시킴으로써 방사선을 발생시켜 조사하는 장치로서, 물리학이나 의학분야에서 주로 사용되는 것으로서 그 구조 및 원리는 공지된 것이므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.

상기 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)는 콜리메이터 구동부(40)와, 모터 제어부(50)를 포함하고 있다.

상기 콜리메이터 구동부(40)는 몸체(32)와, 슬라이딩 부재(34)와, 프레임(36)과, 제1서보모터(323)와, 제2서보모터(341)를 포함하고 있다.

상기 몸체(32)는 상기 방사선 조사장치(20)에 상대고정되어 있다. 상기 몸 체(32)는 제1관통부(미도시)을 구비하고 있다. 상기 제1관통부는 상기 방사선 조사장치(20) 중 환자의 치료부위를 향해 가속된 고에너지 방사선의 진행경로 상에 위치하도록 배치되어 있다. 상기 몸체(32)에는 2개의 가이드 레일(321)이 마련되어 있다. 상기 몸체(32)는 탄소강이나 알루미늄 합금 등의 금속재질로 이루어져 있다. 그러나 그 재질이 금속으로 한정되는 것은 아니며, 후술하는 프레임(36)을 지지할 수 있는 어떤 재질도 사용될 수 있다. 상기 몸체(32)에는 제1서보모터(323)가 설치되어 있다.

상기 슬라이딩 부재(34)는 상기 몸체(32)에 대해 일방향으로 이동가능하도록 설치되어 있다. 상기 슬라이딩 부재(34)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 몸체(32)상의 가이드 레일(321)을 따라 제1방향(X)으로 그 몸체(32)에 대해 슬라이딩이 가능하도록 설치되어 있다. 상기 슬라이딩 부재(34)는 상기 몸체(32)에 마련된 제1관통부에 대응하는 제2관통부(미도시)가 마련되어 있다. 이 슬라이딩 부재(34)는, 본 실시예에 있어서는 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 주기 위한 용도로 널리 사용되고 있는 볼스크류(325)와 볼너트(365) 기구에 의해 상기 제1서보모터(323)와 동력적으로 연결되어 있다. 즉, 상기 제1서보모터(323)의 출력축에 볼스크류(325)가 고정되고 상기 슬라이딩 부재(34)에는 상기 볼스크류(325)에 나사결합되는 볼너트(365)가 고정되어, 제1서보모터(323)의 회전시에 그 볼스크류(325)가 회전함으로써 상기 볼너트(365)와 고정되어 있는 슬라이딩 부재(34)가 상기 제1방향(X)으로 슬라이딩 되도록 되어 있다. 한편, 볼스크류(325)와 볼너트(365) 기구 대신 공지의 랙과 피니언 기구 등이 채용될 수도 있다.

상기 제2서보모터(341)는 상기 제1서보모터(323)에 대해 수직인 방향으로 배치되어 상기 슬라이딩 부재(34)에 고정되어 있다.

상기 프레임(36)은 상기 슬라이딩 부재(34)에 대해 도 3에 도시된 바와 같이 가이드 레일(331)을 따라 제2방향(Y)으로 슬라이딩 가능하게 결합되어 있다. 상기 프레임(36)은 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사되는 방사선이 조사되어 투과할 수 있도록 관통공(361)을 구비하고 있다. 상기 관통공(361)은 상기 제1관통부에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 상기 관통공(361)에는 다엽의 콜리메이터(363, 또는 '차폐엽'이라고도 칭함)가 설치되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기 다엽의 콜리메이터(363)는 서로 인접한 콜리메이터(363)들과 요철 구조에 의해 상호 슬라이딩 가능하게 설치되어 있다. 본 실시예에서 상기 다엽의 콜리메이터(363)는 상기 관통공(361)의 중심에서 양측으로 분리되어 각각 25개씩이 쌍으로 배치되어 있다. 또한, 상기 다엽의 콜리메이터(363)는 상기 프레임(36)에 대해 슬라이딩 가능함은 물론이다. 상기 프레임(36)의 측면에는 상기 다엽의 콜리메이터(363)의 일단부를 밀거나 당길 수 있도록 개방되어 있다. 상기 다엽의 콜리메이터(363)는 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사되는 방사선을 필요에 따라 개폐할 수 있도록 하기 위해 그 방사선을 차폐할 수 있는 재료인 탄소강이나 텅스텐 합금으로 이루어져 있다. 상기 다엽의 콜리메이터(363)는 수동으로 조작이 가능하도록 되어 있다. 상기 다엽의 콜리메이터(363)의 개방형태에 의해 결정되는 방사선 통과영역의 형태를 설정하기 위한 형판(365)이 더 구비될 수 있다. 상기 형판(365)은 아크릴 소재로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 형판(365)은 환자의 치료부위의 형태와 대응되는 형상을 갖도록 여러 가지 형태로 미리 제작된다. 상기 다엽의 콜리메이터(363)가 상기 관통공(361)을 개방하도록 조작한 상태에서 그 관통공(361)에 상기 형판(365)을 배치한 다음 상기 다엽의 콜리메이터(363)가 상기 관통공(361)을 차폐하도록 슬라이딩 조작하면 상기 형판(365)이 배치된 부위만 개방되고 나머지 관통공(361) 부위는 차폐되어 치료하고자 하는 환자의 치료부위 모양으로 방사선이 통과하게 된다.

상기 제1방향(X)과 상기 제2방향(Y)은 서로 수직을 이루고 있다. 따라서 상기 프레임(36)은 상기 슬라이딩 부재(34)를 매개로 하여 상기 몸체(32)에 대해 2차원 이동이 가능하도록 배치되어 있다. 상기 프레임(36)은 상기 제2서보모터(341)와 동력적으로 연결되어 있는데, 본 실시예에 있어서는 상기 프레임(36)과 상기 제2서보모터(341)의 동력적 연결수단도, 상기 슬라이딩 부재(34)와 제1서보모터(323) 간의 동력적 연결수단과 마찬가지로, 볼스크류(326)와 볼너트(367)이다.

상기 모터 제어부(50)는 상기 제1서보모터(323) 및 상기 제2서보모터(341)의 구동을 제어하기 위한 신호를 발생시키는 부위이다. 상기 모터 제어부(50)는 상기 제1서보모터(323) 및 상기 제2서보모터(341)와 전선 등에 의하여 전기적으로 연결되어 있다. 상기 모터 제어부(50)는 상기 환자의 호흡에 따른 그 환자의 치료부위의 움직임에 대한 위치변위 데이터를 외부로부터 입력받아 그 위치변위 데이터에 기초하여, 상기 콜리메이터(363)들이 상기 치료부위를 추종하면서 연속적으로 그 치료부위에 방사선을 조사할 수 있도록 상기 제1서보모터(323) 및 제2서보모터(341)의 구동을 제어하는 신호를 발생시킨다. 상기 모터 제어부(50)에 입력되는 환자의 치료부위의 위치변위 데이터는 본 발명의 발명자에 의해 선출원 되어 등록 된 특허 제0706758호에 개시된 장치에 의해 획득될 수 있다. 본 발명의 핵심은 환자의 치료부위의 위치변위 데이터를 구하는 것이 아니므로 그 위치변위 데이터를 구하는 것에 대한 더 이상의 상세한 서술은 생략하고 상기 특허공보를 참조하기로 한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 방사선 치료장치(10)의 작용을 환자를 치료하는 경우를 예로 들어 상세하게 서술하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 방사선 치료장치(10)에 도 2에 도시된 바와 같이 치료될 환자가 그 치료장치(10)에 누워 있는 상태로부터 서술을 시작한다. 환자의 치료부위가 폐부위라고 가정한다. 먼저, 환자의 치료부위 방사선이 조사될 형태를 상기 형판(365)으로 제작한다. 상기 형판(365)은 아크릴 소재로 이루어지기 때문에 제작이 쉽고 시간상 빠르게 제작될 수 있다. 상기 관통공(361)을 개방한 후 상기 형판(365)을 그 관통공(361)에 끼워 넣은 후 상기 콜리메이터(363)들을 그 관통공(361)의 중심을 향하여 밀어넣는다. 그러면 상기 관통공(361)의 대부분은 상기 콜리메이터(363)들에 의해 차폐된 상태가 되고 도 3에 도시된 바와 같이 상기 형판(365)의 양각 모양이 위치한 부위만이 방사선이 투과될 수 있는 상태가 된다. 상기 형판(365)은 그 상태로 둔 상태로 상기 방사선 조사장치(20)를 가동하여 환자의 치료부위에 방사선을 조사하게 된다. 이때 상기 형판(365)은 아크릴 소재로 이루어져 있기 때문에 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사된 방사선의 진행에 크게 영향을 미치지 않으므로 조사될 방사선량 및 에너지를 계획할 때 이를 고려하여 계획한다. 상기 방사선 조사장치(20)에서 방사선이 조사됨과 동시에 환자의 치료부위에 대한 위치변위 데이터가 상기 모터 제어부(50)에 실시간으로 입력된다. 이러한 환자의 치료부위에 대한 위치변위 데이터는 위에서 언급한 특허 제0706758호에 개시된 장치에 의해 추적하여 획득함과 동시에 미리 획득하여 기록된 움직임 관련 정보를 이용하여 위치 데이터를 상기 모터 제어부(50)에 입력되도록 한다. 상기 위치변위 데이터는 실시간이 아니라 미리 일정시간 예컨대 예정된 치료시간에 맞추어 상기 모터 제어부(50)에 입력될 수도 있다. 상기 모터 제어부(50)에 의해 상기 제1서보모터(323) 및 상기 제2서보모터(341)의 구동을 제어하는 신호가 발생하여 상기 프레임(36)의 관통공(361)에 마련된 방사선 조사형태를 유지하면서 그 환자의 치료부위의 움직임에 따라 그 프레임(36)이 연속적으로 그 움직임을 추종하게 된다. 결과적으로 환자는 호흡이 없는 이상적인 상태와 거의 동일하게 연속적으로 치료부위에만 방사선을 조사받게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 방사선 치료장치(10)는 환자의 치료부위를 추종하면서 그 치료부위에만 연속적으로 방사선을 조사하게 되므로 효율적이고 신속한 방사선 치료가 가능한 효과가 있다. 또한, 환자의 정상적인 부위에는 방사선이 조사되지 않게 되므로 치료의 부작용도 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 상기 다엽의 콜리메이터(363)를 수동으로 조작할 수 있도록 제작하면 상기 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)의 제조원가가 저렴하므로 경제적으로 유리한 효과가 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 상기 형판(365)을 사용하여 치료부위의 형태를 결정하면 정확한 치료부위의 세팅이 가능한 효과가 있다. 상기 방사선 치료장치(10)는 상기 방사선 조사장치(20)와, 상기 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)를 포함하고 있으 나, 상기 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)는 쉽게 상기 방사선 조사장치(20)와 착탈이 가능하기 때문에 그 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)만을 제작하여 다양한 방사선 조사장치(20)에 부착하여 사용할 수 있으므로 치료의 유연성이 현저하게 증대되는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 효과를 검증하기 위해 제작된 시제품의 규격과 실험결과를 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면 콜리메이터 장치(30)의 제원을 알 수 있다. 상기 콜리메이터 장치(30)의 차폐엽은 철과 탄소의 합금인 탄소강을 소재로 제작하였으며 50개의 금속 차폐엽이 양방향 각각 25개로 구성되어 있으며 각각의 엽은 개별적으로 움직임이 가능하다. 각 차폐엽의 길이×폭×높이는 10cm×0.4cm×5cm으로, 최대 방사선조사면(또는 관통공)은 10×10㎠로 설계하였다. 또한, 각 차폐엽의 옆면은 선속에 평행이 되도록 설계하였으며 엽과 엽사이의 방사선 누출을 막기 위하여 도 5에 보이는 것처럼 요철 구조로 인접되도록 제작하였다.

제작한 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)의 유용성 검증을 위하여 기존에 사용중인 리포위츠 합금 차폐체와 본 발명에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)에 방사선을 조사한 후 필름에 조사된 영상을 비교하였다. 선량 측정에는 Gafchromic EBT필름을 사용하였다. 측정된 필름은 투과형 스캐너를 이용하여 판독하였다.

실험에는 감마선조사기인 T780(AECL, 캐나다)의 Co-60을 선원으로 이용하였고, 방사선량율은 160.76cGy/min으로 하였다. 방사선원과 방사선 치료용 콜리메이 터 장치간 거리(SCD)는 80cm로 하였으며 방사선원과 필름간 거리(SFD)는 112cm, 필름은 아크릴로 고정시켰다. 도 7에 본 발명에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)의 유용성 검증을 위한 구체적인 실험조건을 나타냈다.

실험은 세 가지 경우에 대해 실시하였다. 첫째로, 장기의 움직임이 없는 경우 예컨대 환자의 생체활동이 정지된 상태를 가상하여 방사선을 조사하였다. 둘째로, 실제 장기움직임을 가상하여 장기의 위치변위 데이터를 본 발명의 발명자가 고안하여 특허받은 장기 움직임 재현장치(특허 제0740339호)에 필름을 설치하고 방사선을 조사하였다. 셋째로, 장기움직임과 함께 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)와 상기 장기 움직임 재현장치를 함께 적용하면서 방사선을 조사한 후 필름에 조사된 방사선의 분포를 분석하였다.

도 8a 내지 도 10b은 상기 세 가지 실험에 대한 결과를 보여주고 있다.

먼저 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 장기의 움직임이 없을 시에 방사선치료 후 정상세포에 미치는 영향이 어느 정도인지를 파악하기 위해 필름을 놓은 스테이지의 위치를 한 지점으로 고정하여 방사선을 그 필름에 조사한 후 영상을 획득하였다. 그 결과 도 8a에서 보이는 것처럼 윤곽선이 뚜렷하게 검출되었다.

정량적인 데이터를 얻기 위해 결과영상에 대한 등선량곡선과 반음영(penumbra)을 추출하였다. 정량적인 데이터분석에는 Verisoft사의 PTW를 사용하였다. 반음영에 대한 실제거리 측정은 해당지점의 픽셀 값을 획득한 후 실제거리로 환산하였다. 실험 조건에서 1픽셀은 0.2647857mm으로 설정하여 획득한 픽셀값에 대한 실제거리를 구하였다. 첫째 실험에서 획득한 영상에서 횡축방향의 광학밀도평균 은 157.3MU로 나타났다. 도 8b는 획득한 필름의 선량분포를 나타낸다. 최대선량에서 등선량곡선의 90%에서 20%까지의 거리를 나타내는 반음영의 범위는 도 8c의 등선량곡선의 좌측에서 4.8mm, 우측에서 4.2mm를 보였다.

한편, 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 필름을 놓은 스테이지의 위치를 앞서 획득한 장기의 움직임과 신호를 이용하여 지정된 범위만큼 자동으로 움직이면서 방사선을 EBT 필름에 조사한 후 영상을 획득하였다.

도 9a의 영상에서는 윤곽선이 흐릿해지는 현상을 볼 수 있다. 이는 실제 환자 치료 시 계획했던 범위에 방사선량이 제대로 전달되지 않고 정상부분의 장기에까지 영향을 미친다는 것을 의미한다. 앞의 실험에서처럼 좀더 정량적인 데이터를 얻기 위해 결과영상에 대한 등선량곡선과 반음영을 추출하였다.

표적이 장기의 움직임신호와 동기 되어 움직였을 때 획득한 영상에서 횡축방향의 광학밀도평균은 158MU로 나타났다. 도 9b는 획득한 필름의 선량분포를 나타낸다. 반음영의 범위는 도 9c의 등선량곡선의 좌측에서 10.3mm, 우측에서 13.5mm를 보였다. 필름(즉 표적)을 고정하였을 때와 비교하여 좌측에서 5.5mm, 우측에서 9.3mm의 오차가 나타났다.

도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 앞서 행한 두 가지 실험을 통하여 장기움직임에 따른 주변세포의 불필요한 방사선노출의 정도를 확인할 수 있다. 이번 실험에서는 환부의 주변세포에 조사되는 방사선을 줄이고자 특허 제0740339호에 공개된 장기 움직임 재현장치와 본 발명에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)를 연동하여 치료하는 경우를 모델로 하였다. 사람에게 직접 방사선을 조사할 수 없으므 로 앞의 실험환경에서처럼 장기 움직임 재현장치를 이용하여 실험을 진행하였다.

도 10a는 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)와 장기 움직임을 대신하는 필름을 부착한 스테이지를 동시에 이동하여 방사선 조사 후 획득한 영상으로 앞의 실험 결과인 도 8a와 같은 뚜렷한 윤곽선이 검출되었다. 획득한 영상에서 횡축방향의 광학밀도평균은 158MU로 나타났다. 도 10b는 획득한 필름의 선량분포를 나타낸다. 반음영의 범위는 도 10c의 등선량곡선의 좌측에서 6.6mm, 우측에서 4.2mm를 보였다. 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)를 연동하지 않았을 때와 비교하여 좌측에서 3.8mm, 우측에서9.3mm의 오차를 감소할 수 있었다. 이것은 방사선치료시 장기움직임과 함께 방사선 치료용 콜리메이터 장치(30)를 연동하면 치료 오차가 감소한다는 효과를 확실하게 보여주는 결과라 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 몸체는 가이드 레일을 포함하며, 상기 프레임은 그 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능하게 설치된 것으로 서술하였으나, 상기 가이드 레일이 마련되지 않는 경우라도 예컨대 상기 가이드 레일이 프레임에 설치되거나 다른 구조에 의해 상기 프레임이 상기 몸체에 대해 슬라이딩 가능한 구조라면 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 방사선 차폐제는 탄소강 또는 텅스텐 합금인 것으로 서술하였으나, 상기 방사선 차폐제는 이에 한정하지 않으며, 방사선을 차폐할 수 있는 것이면 다양한 형태의 차폐제가 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 다엽의 콜리메이터는 수동으로 조작되는 것으로 서술하였으나, 모터와 기어를 이용하여 자동으로 조작되더라도 제조 비용이 증가하 는 단점은 있으나 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 다엽의 콜리메이터는 서로 인접하는 콜리메이터들과 요철 구조의 상호결합에 의해 슬라이딩 가능한 것으로 서술하였으나 상기 요철 구조가 마련되지 않더라도 예컨대 서로 슬라이딩 가능하게 면 접촉하는 경우 등과 같은 경우에는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 콜리메이터의 방사선 통과영역의 형태를 설정하기 위한 형판을 더 구비하며, 그 형판은 아크릴 소재로 이루어진 것으로 서술하였으나, 상기 형판은 예컨대 목재와 같이 방사선을 차폐하지 않는 재료이면 다양한 형태의 소재가 채용될 수 있으며, 상기 형판이 마련되지 않더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 몸체에 제1방향으로 이동 가능하게 결합되는 슬라이딩 부재를 구비하며, 상기 프레임은 상기 슬라이딩 부재에 대해 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 이동 가능하게 그 슬라이딩 부재에 결합되며, 상기 서보모터는, 상기 슬라이딩 부재를 상기 몸체에 대해 상기 제1방향으로 이동시키도록 상기 몸체에 설치되어 상기 슬라이딩 부재에 동력적으로 연결된 제1서보모터와, 상기 프레임을 상기 슬라이딩 부재에 대해 상기 제2방향으로 이동시키도록 상기 슬라이딩 부재에 설치되어 상기 프레임에 동력적으로 연결된 제2서보모터를 포함하는 것으로 서술하였으나, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 프레임은 상기 몸체에 대해 일방향으로 이동 가능하게 그 프레임에 결합되며, 상기 서보모터는, 상기 프레임을 상기 몸체에 대해 상기 일방향으로 이동시키도록 상기 프레임에 설치되어 상기 프 레임에 동력적으로 연결되도록 구성할 수도 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방사선 치료 장치의 개략적 블럭도이다.

도 2는 도 1에 도시된 방사선 치료장치의 개략적 구성요소를 도식적으로 보여주는 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 방사선 치료용 콜리메이터 장치의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 방사선 치료용 콜리메이터 장치의 평면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 방사선 치료용 콜리메이터 장치에서 콜리메이터들의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 6a 내지 도 10은 도 4에 도시된 방사선 치료용 콜리메이터 장치의 효과를 설명하기 위한 실험결과를 설명하기 위한 자료이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 치료용 콜리메이터 장치의 개략적 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...방사선 치료 장치

20...방사선 치료용 콜리메이터 장치

30...콜리메이터 구동부 32...몸체

34...슬라이딩 부재 36...프레임

40...모터 제어부 321,331...가이드 레일

323...제1서보모터 325,326...볼스크류

365,367...볼너트 341...제2서보모터

361...관통공 363...콜리메이터

365...형판 X...제1방향

Y...제2방향

Claims (9)

1. 제1관통부가 구비되며, 환자의 치료부위를 향해 가속된 고에너지 방사선의 진행경로 상에 배치된 몸체;

   상기 제1관통부에 대응하는 관통공이 구비되며, 상기 몸체에 슬라이딩 가능하게 설치된 프레임;

   상기 관통공에 대해 슬라이딩 가능하게 설치된 방사선 차폐제로 이루어진 다엽의 콜리메이터; 및

   상기 프레임을 상기 몸체에 대해 슬라이딩 이동시키도록 상기 몸체와 상기 프레임에 동력적으로 연결된 서보모터; 및

   상기 환자의 호흡에 따른 그 환자의 치료부위의 움직임에 대한 위치변위 데이터를 외부로부터 입력받아 그 위치변위 데이터에 기초하여, 상기 콜리메이터가 상기 치료부위를 추종하면서 연속적으로 그 치료부위에 방사선을 조사할 수 있도록 상기 서보모터의 구동을 제어하는 신호를 발생시키는 모터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 몸체는 가이드 레일을 포함하며,

   상기 프레임은 그 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 방사선 차폐제는 탄소강 또는 텅스텐 합금인 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 다엽의 콜리메이터는 수동으로 조작되는 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 다엽의 콜리메이터는 서로 인접하는 콜리메이터들과 요철 구조의 상호결합에 의해 슬라이딩 가능한 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 다엽의 콜리메이터의 방사선 통과영역의 형태를 설정하기 위한 형판을 더 구비하며, 그 형판은 아크릴 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 프레임은 상기 몸체에 대해 일방향으로 이동 가능하게 그 몸체에 결합되며,

   상기 서보모터는, 상기 프레임을 상기 몸체에 대해 상기 일방향으로 이동시키도록 상기 프레임에 설치되어 상기 프레임에 동력적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 몸체에 제1방향으로 이동 가능하게 결합되는 슬라이딩 부재를 구비하며, 상기 프레임은 상기 슬라이딩 부재에 대해 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 이동 가능하게 그 슬라이딩 부재에 결합되며,

   상기 서보모터는, 상기 슬라이딩 부재를 상기 몸체에 대해 상기 제1방향으로 이동시키도록 상기 몸체에 설치되어 상기 슬라이딩 부재에 동력적으로 연결된 제1서보모터와, 상기 프레임을 상기 슬라이딩 부재에 대해 상기 제2방향으로 이동시키도록 상기 슬라이딩 부재에 설치되어 상기 프레임에 동력적으로 연결된 제2서보모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료용 콜리메이터 장치.
9. 방사선을 조사하는 방사선 조사장치;

   제1관통부가 구비되며, 환자의 치료부위를 향해 가속된 고에너지 방사선의 진행경로 상에 배치되며 상기 방사선 조사장치에 결합된 몸체;

   상기 제1관통부에 대응하는 관통공이 구비되며, 상기 몸체에 슬라이딩 가능하게 설치된 프레임;

   상기 관통공에 대해 슬라이딩 가능하게 설치된 방사선 차폐제로 이루어진 다엽의 콜리메이터; 및

   상기 프레임을 상기 몸체에 대해 슬라이딩 이동시키도록 상기 몸체와 상기 프레임에 동력적으로 연결된 서보모터; 및

   상기 환자의 호흡에 따른 그 환자의 치료부위의 움직임에 대한 위치변위 데이터를 외부로부터 입력받아 그 위치변위 데이터에 기초하여, 상기 콜리메이터가 상기 치료부위를 추종하면서 연속적으로 그 치료부위에 방사선을 조사할 수 있도록 상기 서보모터의 구동을 제어하는 신호를 발생시키는 모터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료장치.

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