KR20090046861A - 방사선 요법 치료 시스템의 교정 방법 및 장치 - Google Patents

방사선 요법 치료 시스템의 교정 방법 및 장치 Download PDF

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KR20090046861A
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로버트 엘. 크라벤스
케네스 제이. 루찰라
구스타보 에이취. 올리베라
다니엘 루카스
안드레아 콕스
폴 제이. 렉워드트
소우자 클레버 드
더글라스 핸더슨
데이비드 아서 스펜스
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토모테라피 인코포레이티드
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Abstract

방사선 치료 시스템 및 방사선 치료 시스템을 커미셔닝하는 방법을 제공하며, 방사선 치료 시스템은 갠트리, 방사선빔을 발생하도록 동작할 수 있는 방사선 소스, 및 측정 장치를 포함한다. 측정 장치는 갠트리에 물리적으로 연결되며, 복수 차원의 스캐닝 아암 및 검출기를 포함한다. 방사선 치료 시스템을 커미셔닝하는 방법은, 방사선 소스로부터 방사선을 생성하는 단계, 방사선을 감쇠 블록에 통과시키는 단계, 방사선을 측정 장치로 수신하는 단계를 포함한다. 측정 장치는 물과 접촉하지 않도록 위치된다. 수신된 방사선으로부터 데이터가 생성되며, 방사선 치료 시스템은, 시스템 특성을 사전에 정해진 표준에 부합시키기 위해, 생성된 데이터를 이용하여 커미셔닝된다.
방사선 소스, 이온 챔버, 갠트리, 감쇠 블록, 스캐닝 아암

Description

방사선 요법 치료 시스템의 교정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING A RADIATION THERAPY TREATMENT SYSTEM}
본 출원은 2006년 7월 28일자로 출원된 미국 특허 가출원 번호 60/820,690을 우선권으로 주장하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 발명의 일부로서 원용되어 있다.
본 발명은 방사선 요법 촬영 및 치료 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 방사선 요법 영상화 및 치료 시스템을 교정하기 위해 이용되는 시스템 내의 구성 및 이 시스템을 커미셔닝(commissioning) 또는 튜닝하는 방법에 관한 것이다.
방사선 요법(radiation therapy)을 위한 의료 장비는 종양 조직을 높은 에너지의 방사선으로 치료한다. 방사선의 1회 투여량(dose) 및 이 투여량이 가해지는 지점은 종양이 충분한 방사선을 받아 파괴되도록 하고 또한 그 주변의 인접한 비종양 조직에 대한 손상이 최소화되도록 하기 위해 정밀하게 조절되어야 한다. 강도 조절 방사선 요법(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)은 강도 및/또는 에너지가 독립적으로 조절될 수 있는 복수의 방사선으로 환자를 치료한다. 방사선은 환자에 대하여 상이한 각도로부터 지향되고, 요구된 1회 투여량 패턴을 제공하도록 조합된다. 외부 소스 방사선 요법에서는, 환자 외부의 방사선 소스가 내부 종양을 치료한다. 외부 소스는 통상적으로 방사선빔을 종양 위치에만 지향시키도록 시준된다. 대표적으로, 방사선 소스는 고에너지 X-레이, 특정의 선형 가속기로부터의 전자, 또는 집속도가 높은 방사선 동위원소로부터의 감마선 중의 하나로 이루어지지만, 다른 유형의 방사선 소스 또한 가능하다.
정확한 환자 치료를 보장하기 위해서는 1회 투여량 및 투여 지점이 충분하게 조절될 필요가 있기 때문에, 시스템 자체는 착수 시에 적절하게 커미셔닝될 필요가 있고, 또한 시스템이 적합하고 예상된 파라미터 내에서 동작하도록 하기 위해 지속적으로 모니터링될 필요가 있다. 시스템 또는 기기가 커미셔닝될 때, 시스템을 구성하여 시스템이 예상된 파라미터 내에서 작동하도록 하기 위해, 시스템 특성이 측정되어 소정의 표준과 비교된다. 커미셔닝은, 다른 요소 중에서도, 전체 기기 교정의 고려, 전달된 방사선빔의 지오메트리의 튜닝, 및 방사선빔 내의 모든 곳에서의 출력 및 에너지가 동일하게 되도록 하는 것을 포함한다. 일부 경우에, 개별 시스템은 서로에 대해 교정되지 않으며, 이로써 각각의 개별 시스템이 독립형으로 작동하여, 방사선빔 형상, 강도 등에서의 변동이 기기 간에 다를 수도 있다. 각각의 시스템은 제조 범위 내에서 튜닝될 것이고, 고유의 계획 단계 모델(unique planning station model)이 생성된다. 실제로, 각각의 커미셔닝으로, 기기에 맞도록 모델을 변경할 수 있다.
이러한 방식으로 커미셔닝이 행해질 때, 환자가 여전히 적절한 치료를 받고 있도록 하기 위해 행해질 필요가 있을 1회의 투여량 및 다른 치료 파라미터에 대한 필요한 변경 때문에, 치료가 시작된 후 환자를 개별 시스템 간에 이동시키는 것이 곤란하다. 환자가 받은 1회의 투여량이 방사선빔 형상 및 출력에 좌우될뿐만 아니라 방사선빔 자체 내의 에너지에 따라 변화하므로, 개별 커미셔닝은 치료가 시작된 후에는 환자를 기기 간에 이동시키는 것을 곤란하게 한다. 또한, 이러한 유형의 개별 커미셔닝은, 공지의 표준치에 대해 이루어질 간편한 비교치가 없기 때문에, 기기의 서비스 및 품질 보증(QA) 분석을 더욱 곤란하게 한다. 그러므로, 커미셔닝, 서비스 및 QA 분석을 위한 공지의 표준 세트에 대해 측정될 수 있는 치료 시스템을 제공하는 것이 요망된다.
본 발명은 "골드 스탠다드(gold standard)"로도 알려져 있는 공지의 표준 세트에 대하여 시스템의 간편한 교정을 가능하게 하는 방사선 요법 치료 시스템을 제공한다. 골드 스탠다드 값은 다양한 방식으로 결정될 수 있지만, 종래에는 골드 스탠다드를 설정하기 위해 사용된 공지의 감쇠 결과(attenuation result)를 발생하기 위해 물탱크를 이용하여 행해졌다. 골그 스탠다드에 대하여 튜닝될 수 있는 방사선 요법 치료 시스템을 제공함으로써, 개별 시스템을 커미셔닝하기 위해 요구된 시간 및 노력이 감소되며, 방사선 요법 치료 시스템은 QA 관점에서의 서비스 및 유지가 더욱 용이하게 된다. 실제로, 모든 시스템은 골드 스탠다드에 대하여 튜닝될 때에는 등선량적으로(dosimetrically) 동등하다. 기기들을 등선량적으로 동등하도록 튜닝하는 것은 간혹 "트위닝(twinning)"으로 지칭되며, 골드 스탠다드에 대해 튜닝되는 그 결과의 기기들은 "트윈즈(twins)"로 간주된다. 시스템의 허용 오차가 시스템 간에 동일하게 유지되기 때문에, 환자의 치료 계획에 지장을 주지 않고 환자를 어떠한 개별 시스템 상에서의 치료에서 또 다른 시스템 상에서의 치료로 용이하게 이관시킬 수 있다. 튜닝 및 커미셔닝은 실질적으로 자동적으로 이루어지게 되며, 기기는 모델에 맞추도록 변경될 수 있다.
일실시예에서, 본 발명은 방사선 요법 치료 시스템을 제공한다. 방사선 요법 치료 시스템은, 방사선빔을 발생하도록 동작할 수 있는 방사선 소스, 갠트리(gantry), 및 상기 갠트리에 연결된 측정 장치를 포함한다. 측정 장치는, 다차원 스캐닝 아암, 및 상기 방사선 소스로부터 방사선을 수신하도록 동작할 수 있는 검출기를 포함한다. 일부 실시예에서, 방사선 요법 치료 시스템은, 방사선 요법 치료 시스템의 일부분에 연결된 감쇠 블록을 더 포함하며, 감쇠 블록은 방사선 소스에 의해 생성된 방사선빔의 경로에 진입 및 이탈하도록 이동할 수 있다. 일실시예에서, 감쇠 블록은, 함께 연결되어 실질적으로 계단 형상으로 되는 쇄기를 형성하는 복수의 알루미늄 판을 포함한다. 감쇠 블록을 통과한 방사선은 방사선 요법 치료 시스템의 구성요소를 교정하기 위해 사용된다.
다른 실시예에서, 본 발명은, 갠트리에 연결된 측정 장치 및 방사선을 발생할 수 있는 방사선 소스를 포함하는 방사선 시스템을, 사전에 정해진 표준으로 커미셔닝(commissioning)하는 방사선 시스템 커미셔닝 방법을 제공한다. 상기 방밥은, 상기 방사선 소스로 방사선을 생성하는 단계, 상기 방사선을 감쇠 블록에 통과시키는 단계, 상기 방사선을 상기 측정 장치에 의해 수신하는 단계, 수신된 상기 방사선으로부터 데이터를 생성하는 단계, 및 시스템 특성을 사전에 정해진 표준에 부합시키기 위해, 생성된 상기 데이터를 이용하여 상기 방사선 시스템을 커미셔닝하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 측정 장치를 물과 접촉하지 않도록 위치시키는 단계를 포함한다.
도 1은 방사선 요법 치료 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1에 예시된 방사선 요법 치료 시스템에 사용될 수 있는 다엽 시준기(multi-leaf collimator)의 사시도이다.
도 3은 도 1의 방사선 요법 치료 시스템에 사용하기 위한 트위닝 아암(twinning arm)의 사시도이다.
도 4는 도 1의 방사선 요법 치료 시스템의 갠트리에 연결된 도 3의 트위닝 아암의 사시도이다.
도 5는 도 1의 방사선 요법 치료 시스템에 연결된 감쇠 블록의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 소프트웨어에 의해 생성된 대표적인 사용자 인터페이스의 스크린샷이다.
도 7은 컴포넌트 입력 특징부를 예시하는, 도 6의 사용자 인터페이스의 일부분에 대한 스크린샷이다.
도 8은 길이 방향의 프로파일 데이터를 예시하는 본 발명의 소프트웨어에 의해 생성된 데이터의 그래프 표현이다.
도 9는 가로 방향의 프로파일 데이터를 예시하는 본 발명의 소프웨어에 의해 생성된 데이터의 그래프 표현이다.
도 10은 계단형 감쇠 블록 데이터를 예시하는 본 발명의 소프웨어에 의해 생 성된 데이터의 그래프 표현이다.
도 11은 본 발명에 따른 선형 가속기 탑재 브라켓의 사시도이다.
본 발명의 다른 특징은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 명확하게 될 것이다.
본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 그 응용이 이하의 설명에서 언급되거나 또는 이하의 도면에 예시된 구성 및 부품의 배열의 세부 내용으로 한정되지 않음을 이해할 것이다. 본 발명은 다른 실시예도 가능하며, 또한 다양한 방식으로 실시 또는 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 특수 용어 및 전문 용어는 설명을 목적으로 하는 것이며, 본 발명을 그러한 것으로 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것에 유의하기 바란다. 또한, 본 명세서에 사용된 "포함하는", "이루어지는" 또는 "갖는" 등의 표현 및 그 변형의 표현의 사용은 그 후에 나열된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 그 외의 추가의 항목을 포함하는 것을 의미한다. "탑재된", "접속된", "지지된", 및 "연결된"이라는 표현 및 그 변형의 표현은, 그렇지 않은 것으로 특정되거나 한정되지 않는 경우에는, 광의의 것으로 사용되며, 직간접적인 탑재, 접속, 지지 및 연결 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "접속된" 및 "연결된"이라는 표현은 물리적 또는 기계적인 접속 또는 연결로 제한되지 않는다.
본 명세서에서는 첨부 도면을 설명함에 있어서 상부, 하부, 상방향, 하방향, 후방향, 저부, 전방, 후방 등의 방향을 나타내는 표현이 사용되고 있지만, 이들 표 현은 편의를 위해 도면에 대한 상대적인 방향(정상적으로 봤을 때)을 나타낸다. 따라서, 이러한 방향은 표현 그대로 받아들이거나 본 발명을 임의의 형태로 한정하는 것으로 간주하여서는 안된다. 또한, 본 명세서에서는 설명을 위해 "제1", "제2" 및 "제3" 등의 표현이 사용되고 있으며, 이들 표현은 상대적인 중요도를 나타내거나 암시하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
또한, 하드웨어, 소프트웨어, 및 전자 부품이나 모듈을 포함하는 본 발명의 실시예의 구성요소의 대부분이 하드웨어로만 구현되는 것으로 도시 및 개시되어 있지만, 본 발명의 기술 분야에 익숙하고 본 명세서의 상세한 설명에 대한 이해를 기반으로 하고 있는 사람은, 적어도 일실시예에서, 본 발명의 전자 공학을 기반으로 하는 특징이 소프트웨어로 구현될 수도 있음을 인지할 것이다. 이와 같이, 본 발명을 구현하기 위해 복수의 하드웨어 및 소프트웨어를 기반으로 하는 장치뿐만 아니라 복수의 상이한 구조의 부품이 이용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 이하의 설명에서 언급되는 바와 같이, 도면에 도시된 구체적인 기계적 구성은 본 발명의 실시예를 예시하기 위한 것이며, 다른 기계적인 구성 또한 이용 가능하다.
도 1은 환자(14)에게 방사선 요법을 제공할 수 있는 방사선 요법 치료 시스템(10)을 예시한다. 방사선 요법 치료로는 포톤 기반 방사선 요법(photon-based radiation therapy)과, 방사선근접치료(brachytherapy)와, 전자 빔 요법과, 양자, 중성자, 또는 입자 요법과, 기타 유형의 치료 요법이 있다. 방사선 요법 치료 시스템(10)은 갠트리(18)를 포함한다. 갠트리(18)는 방사선 모듈(22)을 지지할 수 있으며, 방사선 모듈은 방사선빔(30)을 생성하도록 동작할 수 있는 방사선 소스(24) 및 선형 가속기(26)를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 갠트리(18)가 링형 갠트리, 즉 전체 360°의 호로 연장하여 완전한 링 또는 원을 형성하는 갠트리이지만, 다른 유형의 탑재 구성 또한 채용될 수 있다. 예컨대, C-타입, 부분 링 갠트리, 또는 로보트 아암이 사용될 수 있다. 환자(14)에 대하여 방사선 모듈(22)을 다양한 회전 위치 및/또는 축 위치로 위치시킬 수 있는 어떠한 다른 프레임워크도 채용될 수 있다. 또한, 방사선 소스(24)는 갠트리(18)의 형상을 따르지 않는 경로로 이동할 수도 있다. 예컨대, 예시된 갠트리(18)가 전반적으로 원의 형상으로 되어있지만, 방사선 소스(24)는 비원형의 경로로 이동할 수도 있다. 예시된 실시예의 갠트리(18)는 환자(14)가 치료 동안에 그 안으로 이동하는 갠트리 애퍼처(32)를 형성한다.
방사선 모듈(22)은 또한 방사선빔(30)을 수정 또는 조절하도록 동작할 수 있는 조절 장치(modulation device, 34)를 포함할 수 있다. 조절 장치(34)는 방사선빔(30)의 조절을 제공하며, 방사선빔(30)을 환자(14)를 향해 지향시킨다. 구체적으로, 방사선빔(30)은 환자의 일부 부위(38)를 향해 지향된다. 폭넓게 말하면, 이 부위는 전신을 포함할 수도 있지만, 일반적으로는 전신보다 작으며, 2차원 면적 및/또는 3차원 체적으로 형성될 수 있다. 타겟 또는 타겟 지역으로 지칭될 수도 있는 방사선을 쪼이도록 요구되는 부분 또는 면적은 해당 지역의 예이다. 다른 유형의 대상 지역으로는 위험 지역(region at risk)이 있다. 환자의 부위가 위험 지역을 포함한다면, 방사선빔은 위험 지역을 향하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 러한 조절은 강도 조절 방사선 치료 요법(IMRT)으로서 지칭된다.
조절 장치(34)는 도 2에 도시된 바와 같이 시준 장치(42)를 포함할 수 있다. 시준 장치(42)는 방사선빔(30)이 통과할 수도 있는 애퍼처(50)의 크기를 결정하고 조정하는 한 세트의 조오(jaw, 46)를 포함한다. 조오(46)는 상위 조오(54) 및 하위 조오(58)를 포함한다. 상위 조오(54) 및 하위 조오(58)는 애퍼처(50)의 크기를 조정하기 위해 이동할 수 있다. 조오(46)의 위치는 환자(14)에게 전달되는 빔(30)의 형상을 정규화한다.
일실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 조절 장치(34)는 강도 조절을 제공하기 위해 다엽 시준기(multi-leaf collimator, MLC)(62)를 포함할 수 있으며, 다엽 시준기(62)는 한 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 서로 엇갈려 배치된 복수의 엽부(interlaced leaf, 66)를 포함한다. 엽부(66)는 최소 개방 위치와 최대 개방 위치 사이의 어느 곳의 위치로도 이동될 수 있다. 복수의 엽부(66)는 방사선빔(30)이 환자(14) 위의 부위(38)에 도달하기 전에 방사선빔(30)의 세기, 크기 및 형상을 조절한다. 각각의 엽부(66)는, 방사선의 통과를 허용 또는 차단하기 위해 신속하게 개방 및 폐쇄할 수 있도록 모터 또는 에어 밸브 등의 액추에이터(70)에 의해 독립적으로 제어된다. 액추에이터(70)는 컴퓨터(74) 및/또는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
방사선 요법 치료 시스템(10)은 또한 예컨대 방사선빔(30)을 수신하도록 동작할 수 있는 예컨대 킬로볼트 또는 메가볼트 검출기 등의 검출기(78)를 포함할 수 있다. 선형 가속기(26) 및 검출기(78)는 또한 CT(컴퓨터 단층 촬영) 시스템으로서 동작하여 환자(14)의 CT 영상을 생성할 수 있다. 선형 가속기(26)는 방사선빔(30)을 환자(14)의 부위(38)를 향해 방출하며, 환자의 부위(38)는 방사선의 일부를 흡수한다. 검출기(78)는 부위(38)에 의해 흡수된 방사선의 양을 검출하거나 측정한다. 검출기(78)는 선형 가속기(26)가 환자(14) 주변을 회전하고 환자(14)를 향해 방사선을 방출할 때에 상이한 각도로부터 흡수 데이터를 수집한다. 수집된 흡수 데이터는 컴퓨터(74)에 전송되며, 컴퓨터가 흡수 데이터를 처리하여 환자의 인체 조직 및 기관에 대한 영상을 생성한다. 이 영상은 뼈, 연조직(soft tissue) 및 혈관을 보여줄 수 있다. 시스템(10)은 또한 치료 동안 환자(14)의 적어도 일부 부위를 지지하도록 동작할 수 있는 코치(coach, 82)로서 도시된 환자 지지대를 포함한다. 예시된 코치(82)가 환자(14)의 전신을 지지하도록 설계되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예에서는, 환자 지지대는 전신을 지지할 필요가 없고, 그 대신 치료 동안에 환자(14)의 일부 부위만을 지지하도록 설계될 수 있다.
전술한 트위닝 프로세스에서의 제1 단계에서는 골드 스탠다드가 설정되며, 이 골드 스탠다드에 대하여 전체 방사선 요법 치료 시스템(10)이 측정될 것이다. 골드 스탠다드는 커미셔닝, 서비스 또는 QA 프로세스(조정을 포함) 동안 측정될 수 있는 방사선 요법 치료 시스템의 모든 기본적인 특징의 표준이다. 기본적인 특징은 정렬, 출력, 에너지, 빔 형상, 및 다엽 시준기(62)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 골드 스탠다드로 변형하는 것은, 빔 대칭(선형 가속기 정렬)의 고려; 소스의 강도 또는 초당 방출되는 포톤의 수(출력 작용률); 파장, 광의 컬러, 또는 방사선의 침투 깊이(에너지); x 및 y 방향의 프로파일, 필드 폭, 및 조우 위치(빔 형 상); 및 엽부 개방/폐쇄 시간 및 엽부 응답(MLC)을 포함한다.
트위닝 프로세스를 달성하기 위해, 방사선 요법 치료 시스템(10)에는 추가의 하드웨어 및/또는 소프트웨어가 연결된다. 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 방사선 요법 치료 시스템(10)은 트위닝 아암(90)을 포함한다. 트위닝 아암(90)은 갠트리에 사전 탑재되는 마운팅 패드(94)를 통해 갠트리(18)에 연결된다. 예시된 실시예에 도시된 바와 같이, 복수의 마운팅 패드(94)는 복수의 탑재 위치를 제공하도록 갠트리(18)의 둘레에 위치된다. 마운팅 패드(94)는 트위닝 아암(90)이 추가의 허용오차 또는 조정을 위한 필요없이 갠트리(18)에 탑재될 수 있도록 기밀하게(tightly) 허용오차가 정해진다. 도시된 바와 같이, 트위닝 아암(90)은 브라켓(96)을 이용하여 마운팅 패드(94)에 볼트로 고정된다. 트위닝 아암(90)을 캔트리(18)에 결합시킴으로써, 갠트리 및 트위닝 아암(90)의 제어가 단일화될 수 있다.
트위닝 아암(90)은 x- 방향 및 y-방향에서 측정치를 얻을 수 있는 2차원(2D) 스캐너(98)를 포함한다. 다른 실시예에서는, 트위닝 아암(90)은 3차원 또는 다른 차원으로 측정할 수 있는 스캐너를 포함할 수도 있다. 트위닝 아암은 또한 선형 가속기(26)로부터 신호를 수신하는 이온 챔버(102)를 포함한다. 이온 챔버(102)는 이온 챔버에 연결된 선량보강 캡(build-up cap, 106)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 선량보강 캡(106)은 가상의 물(virtual water)로 구성되며, 이온 챔버(102)에 수신된 신호를 증가시키도록 기능한다. 스캐너(98) 및 이온 챔버(102)의 이동은 종래의 컨트롤러(110, 114)를 이용하여 달성된다. 갠트리 애퍼처(32) 내의 이온 챔버(102)의 높이는 마운팅 패드(94)의 위치에 의해 결정되며, 갠트리(18)의 등 선량 중심점(isocenter)을 이용하여 조정된다. 예시된 실시예에서, 이온 챔버(102)의 높이는 갠트리(18)의 등선량 중심점 상에 중심이 맞추어지지 않고, 그 보다는 등선량 중심점은 이온 챔버(102)의 높이를 설정하기 위한 기준 지점으로서 사용된다. 예시된 실시예에서, 이온 챔버(102)는 갠트리(18)의 등선량 중심점의 바로 위에 중심이 맞추어진다.
예시된 실시예에서는 하나의 이온 챔버(102)가 이용되고 있지만, 본 발명의 다른 실시예서는 하나 이상의 이온 챔버가 어레이 형태(array)로, 그리드 형태(grid)로 또는 덩어리 형태(volume)로 탑재될 수 있음에 유의하기 바란다. 복수의 이온 챔버를 이용함으로써 다차원 방사선빔의 더욱 효율적인 교정이 가능하게 될 것이다. 또한, 예시된 실시예가 이온 챔버를 검출기로서 이용하고 있지만, 이 이온 챔버 대신에 다이오드 검출기, 다이아몬드 검출기 등을 포함하는 다른 유형의 검출기가 사용될 수 있으며, 이것 또한 요구된 결과를 마찬가지로 달성한다는 것에 유의하기 바라며, 다른 유형의 검출기는 전술한 예로만 한정되지 않는다.
방사선 요법 치료 시스템(10)은 또한 트위닝 프로세스를 추가로 보조하는 감쇠 블록(118)을 포함한다. 종래의 커미셔닝 프로세스는 1회 분량에 대한 절대 측정치를 구하기 위해 선형 가속기로부터 이온 챔버까지 신호를 감쇠시키기 위해 물탱크를 이용하였으며, 측정 장치가 이 물탱크 안에 잠겨져 이용된다. 탱크 내의 물의 깊이에 의해, 방사선 요법 치료 시스템의 구성요소를 조정하기 위해 사용될 수 있는 감쇠량을 알 수 있게 된다. 그러나, 간혹 물탱크가 매우 커서 방사선빔의 경로 내로 정확하게 이동시키는 것이 곤란하기 때문에, 커미셔닝에서의 물탱크 및 개별 시스템의 사용은 다루기가 어렵고 조정이 곤란하다. 또한, 폭이 더 좁은 특정의 방사선빔 지오메트리를 이용하는 경우, 물탱크를 사용하여 정확한 측정치를 구하기가 곤란한다. 또한, 방사선 요법 치료 시스템(10)의 민감한 구성요소와 접촉하게 될 수 있는 어떠한 물의 존재는 불확실성 및 위험을 추가시킨다. 그러므로, 방사선 요법 치료 시스템(10)은, 동일한 결과를 달성하기 위해 갠트리(18)에 연결된(즉, 물에 잠겨지지 않는) 트위닝 아암(90)과 함께, 감쇠 블록(118)을 이용한다.
감쇠 블록(118)은, 도 5에 예시된 바와 같이, 실질적으로 쐐기 형상(wedge-shaped)으로 되며, 일정한 두께의 알루미늄 판(120)의 스택으로 형성되어, 계단형 감쇠 패턴을 발생한다(계단형 감쇠 패턴의 그래프 표현에 대해서는 도 10을 참조). 예시된 실시예의 감쇠 블록(118)은 코치(82)에 연결되고, 코치의 이동에 의해 방사선빔의 경로에 진입 및 이탈된다(즉, 감쇠 블록(118)은 예시된 실시예에서는 선형 가속기(26)인 x-레이 소스의 경로에 진입 및 이탈된다). 다른 실시예에서는, 감쇠 블록(118)은 감쇠 블록(118)을 선형 가속기(26)에 의해 생성된 방사선빔의 경로에 진입 및 이탈하도록 이동시키기 위해 사용된 별도의 장치에 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 감쇠 블록(118)은 고정 상태의 것일 수도 있다. 감쇠 블록(118)은 소정의 에너지를 갖는 방사선빔을 이용한 측정을 위해 사용될 수 있지만, 방사선빔 강도를 보상하기 위해 알루미늄 판(120)의 두께(또는 감쇠 블록(118)의 전체 두께)가 조정될 필요가 있을 수도 있다.
감쇠 블록(118)은 종래의 물탱크를 이용한 것과 유사한 감쇠 결과를 달성한 다. 감쇠 블록(118)을 사용함으로써 얻어지는 결과는 물탱크 감쇠를 이용하는 경우의 예상 결과에 비교될 수 있다. 감쇠 블록(118)을 형성하기 위한 재료로서 알루미늄을 사용하면 특정의 이점을 갖게 된다. 먼저, 알루미늄은 물보다 조밀하여, 소정 깊이의 물을 시뮬레이션하기 위해 더 적은 재료가 요구된다. 이것은 감쇠기의 중량 및 요구된 알루미늄 판의 두께 양자를 감소시킨다. 또한, 커미셔닝, 서비스, 및 QA 프로세스 동안 테스트되는 에너지 레벨에서, 알루미늄은 물과 비교적 유사한 성질을 나타내어, 감쇠 블록(118)의 감쇠 결과와 예상된 물탱크의 감쇠 결과의 비교를 용이하게 한다. 그러나, 재료의 사용법이 알려져 있는 한, 감쇠 블록을 형성하기 위해 어떠한 수의 재료도 사용될 수 있다. 예컨대, 감쇠 블록(118)을 형성하기 위해 플라스틱 또는 다른 금속이 사용될 수 있지만, 다수의 경우에, 알루미늄 판과 동일한 결과를 생성하기 위해서는 다른 재료로 이루어진 더 두꺼운 판이 요구될 것이다. 또한, 예시된 실시예의 알루미늄 판이 모두 동일한 두께이지만, 다른 실시예에서는 요구되는 결과에 따라서는 판 자체의 두께가 변화될 수 있다.
도 6은 트위닝 프로세스를 제어하는 소프트웨어에 의해 방사선 요법 치료 시스템(10)의 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린샷(122)을 예시하고 있다. 도 6 및 도 7에 예시된 바와 같이, 사용자는 방사선빔("126"에서), 코치(82)("130"에서), MLC(62)("134"에서), 갠트리(18)("138"에서), 및 조우(46)("142"에서)를 포함한 방사선 요법 치료 시스템(10)의 각종 부분의 제어에 관한 정보를 입력할 수 있다. 소프트웨어는 방사선 요법 치료 시스템(10)으로부터 데이터를 수집하고, 도 8 내지 도 10에 예시된 그래프 표현과 같은 출력을 생성한다. 소프트웨어는 제어 및 측정 기능을 통합함으로써 효율적인 시스템 튜닝을 제공하며, 필수적으로 완전히 자동화된다. 소프트웨어는 시스템(10)에 의해 생성된 데이터를 적절하게 수집하는 방법을 결정하는 고정 스크립트(fixed script)를 포함한다. 그러므로, 소프트웨어에 의해 모여진 측정치 중의 어느 것이 소정 범위에서 벗어나는 것으로 판명되면, 소프트웨어 자체는 요구된 결과를 생성하기 위해 입력을 적절하게 변경하는 방법을 결정할 수 있다. 소프트웨어는 데이터를 취하기 위해 피드백 메카니즘을 갖고, 필요 시에 데이터를 수정하며, 사용자로부터의 추가의 입력을 요구하지 않고서도 데이터를 재측정할 수 있다.
도 8은 소프트웨어에 의해 생성된 일례의 그래프 출력을 예시하는 도면이다. 그래프 "146"은 방사선빔의 길이 방향의 프로파일(즉, IEC y-방향 데이터)을 나타낸다. 그래프 "146"의 형상은 조우(46)의 위치에 의해 결정된다. 그래프 "146"은 이온 챔버(102)에 의해 수신된 데이터로부터 생성된 제1 데이터 라인(150)(자주색으로 도시됨)을 포함하며, 이 데이터 라인(150)은 트위닝된 방사선 요법 치료 시스템(10)에 대한 골드 스탠다드 데이터 라인 "154"(회색으로 도시됨)과 중첩되어 있다. 예시된 바와 같이, 제1 데이터 라인(150)은 실질적으로 골드 스탠다드 데이터 라인(154)과 동일하여, 방사선 요법 치료 시스템(10)이 y-방향에서 골드 스탠다드로 트위닝되었다는 것을 명확히 나타낸다. 마찬가지로, 도 9는 방사선빔의 가로 방향 프로파일 데이터(즉, x-방향 데이터)를 나타내는 그래프 "158"를 도시하고 있다. 여기에서도, 제1 데이터 라인(162)(자주색으로 도시됨)은 골드 스탠다드 데이터 라인(166)(회색으로 도시됨)에 중첩되어, x-방향에서의 트위닝을 명확히 나타내 고 있다. 길이 방향 및 가로 방향 프로파일 데이터 양자는 방사선빔(30)의 형상의 함수이다. 도 10은 계단형-쐐기 감쇠 블록(118)의 감쇠 데이터를 나타내는 그래프 출력(170)을 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 조정 브라켓(174)을 예시하고 있다. 조정 브라켓(174)은 갠트리(18) 상의 선형 가속기(26)의 용이한 조정을 가능하게 하는 볼트(178)로 나타내어져 있는 복수의 체결기를 포함한다. 트위닝 프로세스의 정렬 단계 동안, 선형 가속기(26)는 정렬 또는 소위 수정(dialed-in)될 필요가 있다. 이미 공지된 선형 가속기 탑재 구성에서, 선형 가속기는 y-방향으로의 움직임에 독립적으로 x-방향으로 자연스럽게 이동하지 못하고, 또한 x-방향으로의 움직임에 독립적으로 y-방향으로 자연스럽게 이동하지 못한다. 자연스러운 움직임은 실제로는 대각선에 더 근접한다. 그러므로, 선형 가속기를 정확하게 이동시키는 것이 곤란하며, 이루어진 어떠한 이동은 x-방향 성분과 y-방향 성분의 복합적인 영향을 갖는다. 서로 반대쪽에 위치한 볼트(178)의 세트를 이동시킴으로써, 브라켓(174)은 x-방향 및 y-방향으로의 선형 가속기(26)의 독립적인 이동을 가능하게 하여, 선형 가속기(26)가 정밀하고 용이하게 조정될 수 있다.
전술한 실시예에서, 트위닝 아암(90) 및 감쇠 블록(118)과 같은 특정 구성요소가 방사선 요법 치료 시스템(10)에 대한 커미셔닝, 서비스, 또는 QA 수행 시에 함께 사용되는 것으로 설명되었다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 특정 구성요소가 별도로 사용되거나 또는 방사선 요법 치료 시스템(10) 내의 다른 기능을 수행하기 위해 사용될 수도 있음에 유의하기 바란다.
예컨대, 갠트리(18)가 회전할 때, 트위닝 아암(90) 및 이온 챔버(102)는 갠트리(18)와 함께 회전할 것이다. 트위닝 아암(90)을 회전시킴으로써, 방사선빔 필드 형상, 갠트리 처짐(gantry sag)의 측정 등과 같은 다른 측정이 가능하다. C-아암 갠트리를 포함하는 것과 같은 일부 갠트리 구성에서, 방사선빔이 모든 각도에서 일정하도록 하는 것은 중요하다. 방사선빔 지오메트리는 감쇠 블록(118)을 사용하지 않고서도 트위닝 아암(90)(예컨대, 스캐너(98))을 이용하여 검증될 수 있다. 필요 시에는, 감쇠 블록(118)을 임의의 방사선빔 각도에서 선형 가속기(26)의 경로 내로 이동시키기 위해 별도의 이동 장치가 이용될 수 있다. 또한, 선형 가속기(26)의 에너지 출력을 측정하는 것과 같은 다른 측정 기능이 감쇠 블록(118)을 사용하지 않고서도 수행될 수 있다.
방사선 요법 치료 시스템이 x-레이 소스의 반대측에 검출기를 포함하는 다른 실시예에서는, 트위닝 아암(90)은 x-방향 및 y-방향 모두에서 조정 데이터를 모으도록 사용될 수 있다. 이에 의해, 검출기 신호가 시스템 흔들림에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 데이터가 사용될 수 있을 때에, 검출기의 더욱 견고한 교정이 가능하게 된다. 이 교정은 그러므로 갠트리 각도, 회전 및 안정성의 함수가 될 것이다. 트위닝 아암(90)은 2 차원으로 측정(예컨대, x-프로파일 및 y-프로파일의 측정)하도록 동작할 수 있는 검출기 또는 검출기 어레이로 대체될 수 있다.
상이한 빔 침투 깊이를 측정하기 위해 복수의 이온 챔버(또는 복수의 검출기)가 이용될 때, 별도의 감쇠 블록이 필요하지 않게 될 것이다. 일부 실시예에서는, 본질적으로, 감쇠 블록 및 이온 챔버가 하나의 유닛으로 통합될 수 있다.
전술한 트위닝 메카니즘을 이용하는 방사선 요법 치료 시스템(10)에 의해 생성된 데이터는 다수의 다른 방식으로도 사용될 수 있다. 예컨대, 다른 실시예에서, 트위닝 아암(90) 및/또는 감쇠 블록(118)은 MLC(62)의 단일 엽부(66)에 대한 프로파일을 얻도록 사용될 수 있다. 엽부는 정지 상태일 수도 있고, 또는 이동하여 엽부 움직임 동안 출력 특성을 나타낼 수도 있다. MLC는 전술한 MLC(62)일 수도 있고, 또는 슬라이딩 엽부를 갖는 2-차원 MLC일 수도 있다. 또한, 모든 조우의 두께를 교정하여, y-방향에서의 상이한 필드 형상을 얻기 위해 방사선빔 형상을 변경할 수 있다. 다른 실시예에서, 특히 선형 가속기가 이동 가능하게 되도록 설계되는 실시예에서, 트위닝 아암(90) 및/또는 감쇠 블록(118)은 선형 가속기의 위치의 함수로서 방사선빔 특성을 얻도록 사용될 있거나, 또는 그 반대도 가능하다. 그러므로, 선형 가속기 튜닝을 위한 장치가 사용될 수 있다. 또한, MLC 텅(tongue) 및 MLC 정렬을 위한 그루브 테스트(groove test)에도 장치가 사용될 수 있다. 일부 경우에, 트위닝 아암(90)은 측정에서 벗어나 적절한 곳에서 정상 상태로 되돌려질 수 있다.
전반적으로, 전술한 트위밍 메카니즘의 이용은 셋업이 거의 요구되지 않기 때문에 방사선 요법 치료 시스템의 커미셔닝, 서비스, 및 QA 분석을 매우 간편하게 한다. 개별 시스템을 커미셔닝하기 위한 시간은 수 일에서 수 시간으로 낮아진다. 추가로, 기기를 개별적으로 커미셔닝하기 보다는, 골드 스탠다드에 대해 방사선 요법 치료 시스템을 측정함으로써, 트레이닝 및 서비스 시간이 단축되고, 또한 치료를 받기 위해 환자가 기기 간에 이동하는 것이 훨씬 자유롭게 된다. 전술한 트위 닝 프로세스가 임의 필드 크기에 대한 커미셔닝을 제공할 포괄적인 교정치를 생성할 수 있기 때문에, 모든 방사선빔 필드 크기는 이러한 프로세스를 이용하여 용이하게 커미셔닝될 수 있다. 기기의 수명 동안 요구되는 바와 같은 방사선 요법 치료 시스템의 서비스 후의 조정 및 재튜닝 또한 훨씬 더 효율적이 되며, 트위닝된 시스템에 대한 진단을 위한 서비스 항목이 더욱 간편하게 된다.

Claims (34)

  1. 방사선 요법 치료 시스템에 있어서,
    갠트리(gantry);
    상기 갠트리에 연결되고, 방사선빔을 발생하도록 동작할 수 있는 방사선 소스; 및
    상기 갠트리에 물리적으로 연결되며, 다차원 스캐닝 아암, 및 상기 방사선 소스로부터 방사선을 수신하도록 동작할 수 있는 검출기를 포함하는 측정 장치
    를 포함하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 요법 치료 시스템에 연결된 감쇠 블록(attenuation block)을 더 포함하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감쇠 블록은 이동 가능한 것인, 방사선 요법 치료 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감쇠 블록은 상기 방사선 소스에 의해 발생된 방사선빔의 경로에 진입 및 이탈되도록 이동할 수 있는, 방사선 요법 치료 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 감쇠 블록은 물로 이루어지지 않는, 방사선 요법 치료 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 감쇠 블록은 실질적으로 계단 형상으로 구성되는, 방사선 요법 치료 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 감쇠 블록은, 함께 결합되어 쐐기(wedge)를 형성하는 복수의 판을 포함하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 판은 실질적으로 균일한 두께를 갖는, 방사선 요법 치료 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 판의 두께는 빔 강도를 조정하기 위해 변경될 수 있는, 방사선 요법 치료 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 감쇠 블록은 알루미늄으로 형성되는, 방사선 요법 치료 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 감쇠 블록은 플라스틱으로 형성되는, 방사선 요법 치료 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스캐닝 아암은 x, y 및 z 방향의 어떠한 조합으로도 이동하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 이온 챔버인, 방사선 요법 치료 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 검출기는 복수의 이온 챔버를 포함하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이온 챔버는, 그리드 형태(grid), 어레이 형태(array), 또는 덩어리 형태(volume) 중의 하나로 배열되는, 방사선 요법 치료 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 다이오드 검출기 또는 다이아몬드 검출기 중의 하나를 포함하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 검출기는 복수의 검출기를 포함하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    복수의 상기 검출기는, 그리드 형태, 어레이 형태, 또는 덩어리 형태 중의 하나로 배열되는, 방사선 요법 치료 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 소스에 연결되는 조정 브라켓을 더 포함하며,
    상기 조정 브라켓은 상기 방사선 소스의 위치를 제1 방향 및 제2 방향 양측으로 조정하도록 동작할 수 있으며, 상기 제1 방향 및 제2 방향의 각각의 방향으로의 상기 방사선 소스의 이동은 상기 제1 방향 및 제2 방향 중의 다른 방향으로의 이동에 대해 독립적인, 방사선 요법 치료 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 측정 장치는 복수의 검출기를 포함하는, 방사선 요법 치료 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 요법 치료 시스템은 상기 스캐닝 아암 및 상기 갠트리를 위한 단일화된 제어 시스템을 갖는, 방사선 요법 치료 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 스캐닝 아암은 물과 접촉하지 않는, 방사선 요법 치료 시스템.
  23. 방사선을 발생할 수 있는 방사선 소스 및 갠트리에 연결된 측정 장치를 포함하는 방사선 시스템을, 사전에 정해진 표준으로 커미셔닝(commissioning)하는 방사선 시스템 커미셔닝 방법에 있어서,
    상기 방사선 소스로부터 방사선을 생성하는 단계;
    상기 방사선을 감쇠 블록에 통과시키는 단계;
    상기 측정 장치를 물과 접촉하지 않도록 위치시키는 단계;
    상기 방사선을 상기 측정 장치에 의해 수신하는 단계;
    수신된 상기 방사선으로부터 데이터를 생성하는 단계; 및
    시스템 특성을 사전에 정해진 표준에 부합시키기 위해, 생성된 상기 데이터를 이용하여 상기 방사선 시스템을 커미셔닝하는 단계
    를 포함하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    생성된 상기 데이터를 이용하여 상기 방사선 시스템을 커미셔닝하는 단계는, 생성된 상기 데이터를 사전에 정해진 표준에 비교하는 단계를 포함하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    생성된 상기 데이터를 이용하여 상기 방사선 시스템을 커미셔닝하는 단계는, 정렬, 방사선빔 출력, 방사선빔 에너지, 방사선빔 형상, 방사선빔 대칭, 출력 작용률(output fluence rate), 방출된 에너지의 파장, 방사선의 침투 깊이, 및 필드 폭 중의 하나 이상에 대한 고려를 포함하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 방사선 시스템은 상기 방사선 소스에 의해 발생된 방사선의 경로에 위치된 시준기를 포함하며,
    수신된 상기 방사선으로부터 데이터를 생성하는 단계는, 시준기 출력의 특징을 기술하는 단계, 복수의 필드 형상을 교정하는 단계, 상기 방사선 소스의 위치의 함수로서(즉, 상기 방사선 소스의 튜닝을 위해) 방사선빔 특성을 측정하는 단계, 및 상기 시준기를 정렬하는 단계 중의 하나 이상을 포함하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    감쇠 블록을 상기 방사선의 경로에 진입 및 이탈하도록 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 방사선을 상기 측정 장치에 의해 수신하는 단계는, 검출기를 이용하여 상기 방사선을 수신하는 단계를 포함하며, 상기 검출기는 이온 챔버를 포함하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 방사선 소스를 제1 방향 및 제2 방향으로 독립적으로 이동시키는 단계를 더 포함하며, 이러한 이동은 상기 방사선 소스의 위치의 조정을 가능하게 하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 시스템 특성을 사전에 정해진 표준에 부합시키기 위해, 생성된 상기 데이터를 이용하여 상기 방사선 시스템을 커미셔닝하는 단계는, 물탱크에서의 측정치를 기초로 하여 사전에 정해진 표준에 특성을 부합시키는 단계를 포함하는, 방사선 시스템 커미셔닝 방법.
  31. 시스템 제어부를 이용하는 방사선 요법 시스템을 소정 표준의 작동 파라미터 를 충족하도록 튜닝하는 방사선 요법 시스템의 튜닝 방법에 있어서,
    방사선을 감쇠 블록에 통과시키는 단계;
    측정 장치를 이용하여 시스템 출력에 관련된 데이터를 수집하는 단계;
    상기 데이터를 상기 소정 표준의 작동 파라미터에 비교하는 단계;
    비교 결과에 기초하여 상기 방사선 요법 시스템에 피드백을 제공하는 단계; 및
    상기 방사선 요법 시스템의 출력이 상기 소정 표준을 충족하도록 상기 피드백을 이용하여 상기 시스템 제어부를 조정하는 단계
    를 포함하는, 방사선 요법 시스템의 튜닝 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 조정은 자동으로 이루어지는, 방사선 요법 시스템의 튜닝 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 조정은 수동으로 이루어지는, 방사선 요법 시스템의 튜닝 방법.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 방사선 요법 시스템은 감쇠 블록을 더 포함하며,
    상기 측정 장치를 이용하여 시스템 출력에 관련된 데이터를 수집하는 단계는, 상기 감쇠 블록으로부터 물리적으로 분리된 측정 장치를 이용하여 데이터를 수 집하는 단계를 포함하는,
    방사선 요법 시스템의 튜닝 방법.
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