KR102066899B1

KR102066899B1 - 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치

Info

Publication number: KR102066899B1
Application number: KR1020180065740A
Authority: KR
Inventors: 윤명근; 문선영
Original assignee: 고려대학교산학협력단
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2038-06-08
Also published as: KR20190139365A

Abstract

본 발명은 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치에 관한 것으로서, 방사선이 방출되는 축방향을 따라 양방향으로 개구부가 형성되어 갠트리에 결합되는 하우징; 개구부에 복수로 배열되어 방출되는 방사선에 광을 발생하는 섬광섬유; 섬광섬유에 각각 연결되어 섬광섬유에서 발생한 광 신호를 전달하는 광섬유; 광섬유를 통해 전달된 광 신호를 비교신호로 변환시키는 신호변환부; 및 비교신호와 방사선 치료기에서 방출된 방사선량에 대한 기준신호를 생성하고, 비교신호와 기준신호를 실시간으로 비교하여 방사선 치료기의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 방사선 치료목적으로 방사선 조사를 통한 방사선 치료가 이루어질 때에 환자에게 전달되는 방사선량을 실시간으로 확인할 수 있기 때문에 방사선 피폭에 대한 사고발생 여부 및 즉각적인 대처가 가능하여 2차 인명피해를 방지할 수 있다.

Description

광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치{Real-time radiotherapy beam monitoring device based on optical sensor}

본 발명은 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방사선 치료목적으로 방사선 조사를 통한 방사선 치료가 이루어질 때에 환자에게 전달되는 방사선량을 실시간으로 확인할 수 있는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치에 관한 것이다.

방사선치료에서 치료의 성공과 실패 여부의 관련된 가장 결정적인 요인은 정확한 방사선량의 전달이라고 할 수 있다. 1992 ~ 2007년까지 15년 동안 near miss에 의한 사고에 관한 통계를 살펴보면, 총 4,616건의 발생사고 중에 가장 많은 유형은 시스템의 오류가 보다 치료과정 중 정보전송의 오류가 대부분이다.

이러한 이유로, 선형가속기 등 방사선치료기기의 성능을 사전에 확인하고 정확도를 향상시켜 의료사고를 미연에 방지하고자 방사선치료 전과 후 주기적으로 기기의 정도관리를 실시하고 있다. 하지만 기기 및 시스템의 결함이 아닌 정보전송에 의한 오류의 발생이 많고, 이는 치료 중 발생하는 오류로 치료 전에 행해지는 정도관리를 통해서는 확인할 수 없는 문제점이 있다.

즉, 방사선치료관련 의료사고를 줄이기 위해서는 치료의 최종단계에서 시행되는 실제치료가 처음에 목표로 했던 치료계획과 일치하는지 실시간으로 확인하는 것이 필수적이며 따라서 방사선치료를 하고 있는 동안 치료기로부터 나오는 방사선량을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장치의 필요성이 증대되고 있다.

(한국등록특허 제10-0598577호, 2006년 7월 13일)

본 발명의 목적은 방사선 치료목적으로 방사선 조사를 통한 방사선 치료가 이루어질 때에 환자에게 전달되는 방사선량을 실시간으로 확인할 수 있는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 치료기의 갠트리에 결합되어 방출되는 방사선량을 실시간으로 모니터링하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치는 방사선이 방출되는 축방향을 따라 양방향으로 개구부가 형성되어 갠트리에 결합되는 하우징; 개구부에 복수로 구비되어 방출되는 방사선에 광을 발생하는 섬광섬유; 섬광섬유에 각각 연결되어 섬광섬유에서 발생한 광 신호를 전달하는 광섬유; 광섬유를 통해 전달된 광 신호를 비교신호로 변환시키는 신호변환부; 및 방사선 치료기에서 방출된 방사선량에 대한 기준신호를 생성하고, 비교신호와 기준신호를 실시간으로 비교하여 방사선 치료기의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.

여기서, 제어부는 비교신호가 기준신호에 대해서 기설정된 범위를 벗어난 경우, 방사선 치료기의 작동을 중지시키고 경고알람을 형성할 수 있다.

여기서, 섬광섬유는 하우징의 개부구 내측에 배치되어 섬광섬유를 고정하는 섬광섬유 고정유닛을 구비할 수 있다.

여기서, 섬광섬유는 기설정된 길이로 절단되며, 정사각형 단면으로 형성될 수 있다.

여기서, 섬광섬유 고정유닛은 복수로 배열되는 섬광섬유의 배열방향을 따라 섬광섬유의 두께에 대응되는 폭으로 고정홈이 형성되고, 고정홈은 복수의 섬광섬유가 일방향을 따라 계단식으로 배열될 수 있도록 고정홈의 길이가 단계적으로 연장되는 제1 고정홈이 형성되고, 제1 고정홈이 개구부에 대해서 수평방향을 따라 병렬 배치되어 섬광섬유를 고정시켜 개구부에 대한 방사선의 획득범위를 증대시킬 수 있다.

여기서, 신호변환부는 광섬유를 통해 전달된 광신호를 증폭시키는 PMT(Photo Multiplier Tube); 증폭된 신호를 전류로 변환시키는 PCB; 및 전류를 디지털의 비교신호로 변화시키는 DAQ;를 구비할 수 있다.

여기서, 섬광섬유는 계단식으로 배열된 고정홈의 종단에 기설정된 길이로 배치되고, 광섬유는 섬광섬유가 배치된 후방에서 고정홈을 따라 연장될 수 있다.

여기서, 하우징은 합성수지 필름으로 코팅되어 외부 빛이 유입되는 것이 차폐될 수 있다.

여기서, 제어부는 신호변환부와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

본 발명에 의한 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치는 방사선 치료목적으로 방사선 조사를 통한 방사선 치료가 이루어질 때에 환자에게 전달되는 방사선량을 실시간으로 확인할 수 있기 때문에 방사선 피폭에 대한 사고발생 여부 및 즉각적인 대처가 가능하여 2차 인명피해를 방지할 수 있다.

또한, 방사선치료의 정확도를 향상할 수 있으며, 방사선 치료기의 정도관리를 위해 사용하고 버려지는 일회성 장비들을 대처하여 영구적으로 사용함으로써 유지관리비용을 현저히 절감시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치가 방사선 치료기의 갠트리에 결합된 상태를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치의 사진이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 섬광섬유 고정유닛에 고정홈이 형성된 것을 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 섬광섬유 고정유닛의 고정홈에 섬광섬유와 광센서가 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치의 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치가 방사선 치료기의 갠트리에 결합된 상태를 나타내는 사진이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치는 방사선 치료기(1)의 갠트리(G)에 결합되어 방출되는 방사선량을 실시간으로 모니터링하는 것으로서, 하우징(110), 섬광섬유(120), 광섬유(130), 신호변환부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 구성된다.

하우징(110)은 방사선이 방출되는 축방향을 따라 양방향으로 개구부(111)가 형성되어 방사선 치료기(1)의 갠트리(G)에 결합된다.

섬광섬유(120)는 개구부(111)에 복수로 배열되어 방출되는 방사선에 비례하여 광을 발생하며, 섬광섬유(120)에서 발생하는 광량에 따라 현재 방출되고 있는 방사선량을 확인할 수 있게 된다.

광섬유(130)는 복수의 섬광섬유(120)에 각각 연결되어 섬광섬유(120)에서 발생한 광 신호를 전달한다. 이때, 광섬유(130)는 방사선에 대해서 영향을 미치지 않기 때문에 섬광섬유(120)를 통해 획득된 정보만을 전달할 수 있는 역할을 할 수 있다.

신호변환부(140)는 광섬유(130)를 통해 전달된 광신호를 비교신호로 변환시킨다.

제어부(150)는 방사선 치료기에서 방출된 방사선량에 대한 기준신호를 생성하고, 비교신호와 기준신호를 실시간으로 비교하여 방사선 치료기(1)에서 방출되고 있는 방사선량이 적정한지를 판단하여 방사선 치료기(1)의 작동을 제어한다.

이하에서, 각각의 구성에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치의 사진이고, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 섬광섬유 고정유닛에 고정홈이 형성된 것을 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 섬광섬유 고정유닛의 고정홈에 섬광섬유와 광센서가 연결된 상태를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치의 블록도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 각 하우징(110), 섬광섬유(120), 광섬유(130), 신호변환부(140) 및 제어부(150)에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.

하우징(110)은 대략적으로 납작한 직육면체 형상으로 형성되어 내부에 수용공간이 형성되고, 방사선 치료기(1)의 갠트리(G)에서 방출되는 방사선 방향을 따라 양방향으로 개구부(111)가 형성된다. 개구부(111)는 후술하는 양방향으로 형성되기 때문에 방사선이 유입되고, 유입된 방사선이 치료환자를 향하여 피폭되도록 할 수 있다.

이때, 하우징(110)은 검은색 계통의 합성수지 필름으로 코팅되어 외부 빛의 유입이 차폐될 수 있다. 따라서 방사선이 환자에게 전달되는 경로를 최대한 방해하지 않도록 하면서 외부 빛의 유입을 방지함으로써 섬광섬유(120)를 통해 획득되는 방사선량의 정보 오류를 최소화시킬 수 있다.

섬광섬유(120)는 기설정된 길이로 절단되어 정사각형 단면으로 형성되고, 하우징(110)의 개부구(111) 내측에 배치되어 섬광섬유(120)를 고정하는 섬광섬유 고정유닛(121)을 통해 개구부(111)에 고정된다. 본 발명에서는 섬광섬유(120)는 개구부(111)의 형상의 형상에 대응하여 2차원적 조사면적을 고려한 방사선량의 획득범위를 증대시킬 수 있도록 1cm의 단위길이로 형성되어 후술하는 고정홈(122)에 고정될 수 있도록 형성되었으나, 그 길이가 이에 제한되지 않으며 개구부(111)의 크기 등을 고려하여 다양한 길이로 변경될 수 있다.

섬광섬유 고정유닛(121)은 판상으로 형성되며, 섬광섬유(120)를 복수로 배열하여 고정할 수 있도록 섬광섬유(120)의 배열방향을 따라 섬광섬유의 두께에 대응되는 폭으로 고정홈(122)이 형성된다.

이때, 고정홈(122)은 단위길이로 형성되는 섬광섬유(120)의 후단에 전기적으로 연결되는 광섬유(130)를 함께 고정할 수 있도록 섬광섬유 고정유닛(121)의 내측에서 바깥방향의 외주면 까지 연장되어 형성된다.

즉, 고정홈(122)은 단위길이의 섬광섬유(120)를 일방향을 따라 계단식으로 배열될 수 있도록 단계적으로 길이가 연장되는 복수의 홈으로 형성되는 제1 고정홈(122a)이 형성된다. 그리고, 제1 고정홈(122a)이 개구부(111)에 대해서 홈 형성방향에 대해서 수평방향을 따라 병렬 배치되어 고정홈(122)을 형성하고, 고정홈(122)을 통해 섬광섬유(120)를 고정시킴으로써 개구부(111)에 대한 방사선의 획득범위를 증대시킬 수 있다.

이와 같이 배열된 고정홈(122)에 고정된 섬광섬유(120)는 개구부(111)를 통과하는 방사선에 대한 획득범위를 증대시킴으로써 현재 방출되고 있는 방사선의 피폭양을 보다 정밀하게 획득할 수 있게 된다. 본 발명에서는 고정홈(122)은 8개씩 8열로 이루어져 각각에 섬광섬유(120)와 광섬유가 연결되어 64 채널을 형성한 것을 예시로 설명하였으나, 그 배열방법이 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 고정홈(122)은 섬광섬유(120)의 단면형상에 대응되도록 사각형 형상으로 형성됨으로써, 고정홈(122)에 고정된 섬광섬유(120)를 움직이지 않도록 견고하게 고정시킬 수 있다. 따라서 섬광섬유(120)는 계단식으로 배열된 고정홈의 종단에 기설정된 길이로 배치되고, 광섬유(130)는 섬광섬유(120)가 배치된 후방을 따라 고정홈(122)을 따라 연장될 수 있다.

신호변환부(140)는 광전자증폭관(PMT, Photo Multiplier Tube)(141), PCB(142) 및 데이터수집(DAQ, Data Acquisition System)을 구비할 수 있다. PMT(Photo Multiplier Tube, 141)는 광섬유를 통해 전달된 광신호를 증폭시키고, PCB(142)는 증폭된 신호를 전류로 변환시키며, 광전자증폭관(143)은 전류를 디지털의 비교신호로 변화시키는 것으로서, 하우징(110)의 내측에 구비될 수 있다.

제어부(150)는 신호변환부(140)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 비교신호가 기준신호에 대해서 기설정된 범위를 벗어난 경우, 방사선 치료기의 작동을 중지시키고 경고알람을 형성할 수 있다. 여기서, 기준신호는 전술한 바와 같이, 방사선 치료기(1)에서 설정된 조건에 해당하는 방사선량을 기준신호로 변환한 것이고, 비교신호는 방사선 치료기(1)에서 실시간으로 방출되고 있는 방사선량으로 부터 획득된 정보이다.

따라서, 제어부(150)는 방사선 치료기(1)에서 환자의 방사선 치료조건에 따라 설정된 방사선량으로부터 생성한 기준신호의 크기와 계단 배열된 섬광섬유(120)로부터 획득한 방사선량을 신호처리하여 비교신호를 실시간으로 비교한다. 그리고, 비교신호가 설정된 조건을 초과하는 경우, 방사선 치료기(1)에서 방출되고 있는 방사선량이 설정된 방사선량보다 많은 방사선을 환자에게 방출하고 있는 것으로 판단하여 방사선 치료기(1)의 작동을 중단시킴으로써 환자에게 과다한 방사선 피폭으로 인한 피해를 방지하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 갠트리에 장착하여 사용하는 것이고, 섬광섬유(120)가 방사선 피폭에 따라 내구성이 저하되지 않기 때문에 영구적으로 사용할 수 있어 유지관리비용을 현저히 절감시킬 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 광자선 빔 모니터링 장치
110 : 하우징
111 : 개구부
120 : 섬광섬유
121 : 섬광섬유 고정유닛
122 : 고정홈
130 : 광섬유
140 : 신호변환부
141 : PMT
142 : PCB
143 : DAQ
150 : 제어부

Claims

방사선 치료기의 갠트리에 결합되어 방출되는 방사선량을 실시간으로 모니터링하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치에 있어서,
방사선이 방출되는 축방향을 따라 방사선이 유입되고, 상기 유입된 방사선이 치료환자를 향하여 피폭될 수 있도록 양방향으로 개구부가 형성되며, 납작한 직육면체 형상으로 형성되어 상기 갠트리에 결합되는 하우징;
상기 개구부에 복수로 구비되어 방출되는 방사선에 광을 발생하며, 섬광섬유 고정유닛에 고정되는 섬광섬유;
상기 섬광섬유에 각각 연결되어 상기 섬광섬유에서 발생한 광 신호를 전달하는 광섬유;
상기 광섬유를 통해 전달된 광 신호를 비교신호로 변환시키는 신호변환부; 및
상기 방사선 치료기에서 방출된 방사선량에 대한 기준신호를 생성하고, 상기 비교신호와 상기 기준신호를 실시간으로 비교하여 상기 방사선 치료기의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 섬광섬유 고정유닛은,
판상으로 형성되며, 상기 판상의 면에 상기 섬광섬유의 두께에 대응되는 폭으로 일방향으로 복수의 고정홈이 형성되고,
상기 고정홈은,
길이가 상측으로 단계적으로 연장되는 제1 고정홈으로 형성되고, 상측으로 연장된 상기 제1 고정홈의 종단에 상기 섬광섬유가 배치되도록 하며, 상기 고정홈에 고정된 상기 섬광섬유의 후방으로 상기 광섬유를 함께 고정할 수 있도록 상기 섬광섬유 고정유닛의 바깥방향의 외주면 까지 연장형성되며,
상기 섬광섬유는,
기설정된 크기로 형성되어 상기 섬광섬유 고정유닛의 종단에 상측으로 단계적으로 이격배열되고, 상기 상측으로 단계적으로 이격된 복수의 섬광섬유가 수평방향을 따라 병렬배치되어 상기 개구부에 대한 방사선의 획득범위를 증대시키는 것을 특징으로 하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 비교신호가 상기 기준신호에 대해서 기설정된 범위를 벗어난 경우, 상기 방사선 치료기의 작동을 중지시키고 경고알람을 형성하는 것을 특징으로 하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 섬광섬유는,
기설정된 길이로 절단되며, 정사각형 단면으로 형성된 것을 특징으로 하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 섬광섬유는 계단식으로 배열된 상기 고정홈의 종단에 기설정된 길이로 배치되고,
상기 광섬유는 상기 섬광섬유가 배치된 후방에서 상기 고정홈을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호변환부는,
상기 광섬유를 통해 전달된 광신호를 증폭시키는 광전자증폭관(PMT, Photo Multiplier Tube);
상기 증폭된 신호를 전류로 변환시키는 PCB; 및
상기 전류를 디지털의 상기 비교신호로 변화시키는 데이터수집(DAQ, Data Acquisition System);를 구비하는 것을 특징으로 하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징은,
합성수지 필름으로 코팅되어 외부 빛이 유입되는 것이 차폐되는 것을 특징으로 하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 신호변환부와 유선 또는 무선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광센서 기반 실시간 치료용 광자선 빔 모니터링 장치.