KR20110039171A

KR20110039171A - Programmable mask for hardron therapy

Info

Publication number: KR20110039171A
Application number: KR1020100027985A
Authority: KR
Inventors: 고현성
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-04-15

Abstract

PURPOSE: A programmable mask for hardron therapy is provided to minimize exposure to radioactivity on a part except an affected part in treatment by hadron. CONSTITUTION: A programmable mask for hardron therapy comprises: a lower plate(210); and a plurality of bars(220,230) arranged on the top of the lower plate in two rows. In the central part of the lower plate, an aperture(211) is formed. When a plurality of bars are collected in the central part of the lower plate, the bars can cover an aperture formed in the lower plate. A plurality of bars can move respectively and independently from side to side.

Description

PROGRAMMABLE MASK FOR HARDRON THERAPY}

본 발명은 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하드론 치료에 사용되는 마스크를 실시간으로 원하는 모양으로 만들수 있도록 함으로써 하드론 치료시 환부 이외의 부분에는 방사능 피폭을 최소화하기 위한 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a programmable mask for treating hardon, and more particularly, to a technique for minimizing radiation exposure to areas other than the affected area during hardon treatment by allowing the mask used for the treatment of hardon to be shaped in real time. .

하드론 치료법(Hardron therapy)은 양성자, 중성자 또는 다른 중이온을 이용하여 병을 치료하는 방법으로, 입자 치료법(particle therapy)이라고도 불리우며, 특히 종양치료에 많이 사용되는 치료법이다. 하드론 치료법에 따르면, 고에너지로 가속된 하전 입자를 종양세포에 조사하여 종양세포의 DNA를 파괴하여 종양세포를 죽인다. 종양세포의 경우 정상세포에 비해 DNA 재생력이 떨어지므로 고에너지 하전 입자를 종양부위에 주사할 경우 종양세포를 선택적으로 죽일 수 있다. 하드론 치료법 중 양성자를 이용한 양성자 치료법(proton therapy)이 가장 널리 보급되어 있으며, 탄소이온을 이용하는 치료법도 일부 시행되고 있다.Hardron therapy is a method of treating diseases using protons, neutrons, or other heavy ions, also called particle therapy, and is particularly used for the treatment of tumors. According to Hadron treatment, high energy accelerated charged particles are irradiated to tumor cells to destroy the DNA of the tumor cells, thereby killing the tumor cells. In the case of tumor cells, DNA regeneration is less than that of normal cells, so when high energy charged particles are injected into the tumor site, tumor cells can be selectively killed. Proton therapy using protons is the most widespread among hardon treatments, and some treatments using carbon ions are being carried out.

하드론 치료법의 특징 중 한 가지는 브라그 피크(Bragg peak) 현상을 이용하여 신체 내부의 원하는 조직을 선택적으로 치료할 수 있다는 점이다. 고속 하전 입자가 물질을 통과할 때 물질 내부의 원자를 이온화 하면서 물질에 에너지를 전달한다. 이러한 에너지 전달량을 도즈(dose)라고 하며 하전 입자가 멈추기 바로 직전에 도즈량이 최고가 되는 현상을 브라그 피크 현상이라고 한다. 브라그 피크가 일어나는 위치는 하전 입자의 에너지, 물질의 종류 등에 따라 달라 진다. 따라서, 브라그 피크가 종양이 있는 위치에서 발생하도록 하전 입자의 에너지를 조절하면 정상조직에 미치는 영향을 최소화 하면서 인체 내부의 종양을 치료할 수 있다.One of the peculiarities of the Hadron treatment is that the Bragg peak phenomenon can be used to selectively treat desired tissues inside the body. As fast charged particles pass through the material, they transfer energy to the material, ionizing atoms inside the material. This energy transfer amount is called a dose, and the phenomenon in which the dose amount reaches the highest immediately before the charged particle stops is called a Bragg peak phenomenon. The location of Bragg peaks depends on the energy of the charged particles and the type of material. Therefore, by adjusting the energy of the charged particles so that the Bragg peak occurs at the location of the tumor, it is possible to treat the tumor inside the human body while minimizing the effect on the normal tissue.

도 1은 인체 조직에 전자, 양성자 및 X-레이를 각각 조사한 경우 인체 조직에서 흡수되는 도즈량을 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 양성자를 사용할 경우 브라그 피크가 일어나는 좁은 영역에 치료 효과가 집중됨을 알 수 있다. 또한, X-레이를 사용할 경우 표면에서 X-레이의 흡수가 가장 많이 일어나며 투과 깊이가 깊어질수록 X-레이 흡수량이 적어짐을 알 수 있다. 따라서, X-레이를 사용할 경우 치료할 부위보다 정상조직에 더 많은 피해를 주게 된다. 1 is a diagram showing the dose absorbed by human tissue when the human tissue is irradiated with electrons, protons and X-rays, respectively. Referring to FIG. 1, it can be seen that when a proton is used, a therapeutic effect is concentrated in a narrow region where a Bragg peak occurs. In addition, when the X-ray is used, the absorption of the X-ray occurs most at the surface, and as the depth of penetration increases, the X-ray absorption amount decreases. Therefore, the use of X-rays causes more damage to normal tissue than the area to be treated.

도 1에 도시된 바와 같이, 브라그 피크가 일어나는 영역이 좁으므로 하드론 치료법에 의해 일정 두께 이상의 영역을 치료하려면 에너지가 다른 하전 입자를 동시에 사용하거나 하전 입자의 에너지를 바꾸어가면서 치료하여야 한다. 이처럼 사용하는 입자의 에너지를 적절히 조절하면 원하는 영역에서 도즈량을 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 현상을 분산 브라그 피크(Spread Out Bragg Peak; SOBP)라 한다. 도 2는 분산 브라그 피크 현상의 일 예를 도시하는 도면이다. As shown in FIG. 1, since the Bragg peak occurs in a narrow area, to treat a region of a predetermined thickness or more by Hardon treatment, it is necessary to treat the charged particles having different energies at the same time or change the energy of the charged particles. By properly adjusting the energy of the particles used in this way, it is possible to maintain a constant dose in the desired area. This phenomenon is called Spread Out Bragg Peak (SOBP). 2 is a diagram illustrating an example of a distributed Bragg peak phenomenon.

위와 같은 브라그 피크 현상 및 분산 브라그 피크 현상은 양성자에만 국한되는 것이 아니라, 탄소이온 등과 같은 다른 입자를 사용하여도 동일하게 일어난다. 도 3은 양성자 및 탄소이온을 사용한 경우의 브라그 피크 현상 및 분산 브라크 피크 현상을 도시하는 도면이다. 도 3으로부터 탄소이온을 사용할 경우 양성자를 사용하는 경우에 비해 정상 조직에 도즈를 적게 주고 치료 영역에만 도즈를 집중할 수 있음을 알 수 있다.The Bragg peak phenomenon and the dispersed Bragg peak phenomenon are not limited to protons, but also occur using other particles such as carbon ions. 3 is a diagram showing the Bragg peak phenomenon and the dispersed Bracket peak phenomenon when protons and carbon ions are used. It can be seen from FIG. 3 that the use of carbon ions gives less dose to normal tissue and can concentrate the dose only in the treatment area compared to the case of using protons.

도 4는 종래 기술에 따른 양성자 치료기의 일 예를 도시하는 도면이다. 종래 기술에 따른 양성자 치료기(100)에서는, 양성자 발생 장치(110)가 고에너지의 양성자 빔을 방출하면, 레인지 시프터(120)가 양성자 발생 장치(110)에서 방출된 양성자 빔의 에너지를 조절한다. 이때, 레인지 시프터(120)는 두께가 서로 상이한 여러 부분으로 나뉘어져 있는 바퀴 등으로 구현될 수 있다. 레인지 시프터(120)를 화살표와 같이 상하 방향으로 이동시키면 양성자가 지나야 하는 레인지 시프터(120)의 두께가 바뀐다. 양성자가 지나야 하는 레인지 시프터(120)의 두께에 따라 레인지 시프터(120)를 통과하는 양성자 빔의 에너지가 결정되는데 두꺼운 부분을 지날수록 양성자 빔의 에너지가 작아진다. 이후, 양성자 발생 장치(110)로부터 방출되어 레인지 시프터(120)를 통과한 양성자 빔은 스캐터(130)에 의해 환부 전체를 치료할 수 있도록 직경이 넓어진다. 이후, 필요에 따라 선택적으로 구비된 집속기(140)에 의해 스캐터(130)를 통과하면서 펴진 양성자 빔이 다시 모아질 수도 있다. 이후, 환부의 크기에 상응하는 어퍼쳐(aperture)(151)가 뚫린 마스크(150)에 의해 원하지 않은 부위에는 양성자 빔이 조사되지 않고 환부에만 양성자 빔이 조사되도록 한다. 환자(10)의 환부(11)의 각 위치에 조사되는 양성자 빔의 에너지가 서로 동일한 경우 동일한 깊이에 브라그 피크가 형성된다. 이때, 각 부분의 두께가 서로 상이한 보상체(160)를 이용하여 보상체(160)의 각 부분을 통과하는 양성자의 에너지를 조절함으로써 환부 모양에 맞추어 브라그 피크를 형성할 수 있다.4 is a view showing an example of a proton therapy device according to the prior art. In the proton therapy device 100 according to the related art, when the proton generating device 110 emits a high energy proton beam, the range shifter 120 adjusts the energy of the proton beam emitted from the proton generating device 110. In this case, the range shifter 120 may be implemented as a wheel which is divided into various parts having different thicknesses. Moving the range shifter 120 in the vertical direction as shown by the arrow changes the thickness of the range shifter 120 through which the protons must pass. The energy of the proton beam passing through the range shifter 120 is determined according to the thickness of the range shifter 120 through which the proton passes. The energy of the proton beam decreases as the thick portion passes. Thereafter, the proton beam emitted from the proton generating device 110 and passed through the range shifter 120 is widened in diameter so that the entire affected part may be treated by the scatterer 130. Thereafter, the proton beams that are stretched while passing through the scatterer 130 may be collected by the integrator 140 selectively provided as necessary. Thereafter, the proton beam is not irradiated to the undesired portion by the mask 150 through which the aperture 151 corresponding to the size of the lesion is irradiated, and only the proton beam is irradiated to the affected portion. Bragg peaks are formed at the same depth when the energy of the proton beams irradiated at each position of the affected part 11 of the patient 10 is the same. At this time, by using the compensator 160 having a different thickness of each part by adjusting the energy of the protons passing through each part of the compensator 160, it is possible to form a Bragg peak in accordance with the shape of the affected area.

도 4에 도시된 종래 기술에 따른 양성자 치료기를 사용할 경우, 양성자 빔이 정상 조직에까지 피폭되는 문제가 발생하게 된다. 도 5는 종래 기술에 따른 양성자 치료기를 사용한 경우 양성자 빔이 정상 조직에 피폭되는 것을 설명하기 위한 개념도이다. 보상체를 적절하게 가공하면 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 환자(10)의 환부(11)의 제일 깊은 곳 일부(12)의 모양에 맞게 브라그 피크가 형성되어 정상 조직에 피해를 주지 않으며 환부(11)의 제일 깊은 곳 일부(12)만을 치료할 수 있다.When using a proton therapy device according to the prior art shown in Figure 4, there is a problem that the proton beam is exposed to normal tissue. 5 is a conceptual view illustrating that the proton beam is exposed to normal tissue when the proton therapy device according to the prior art is used. Appropriate processing of the compensator results in damage to normal tissue by forming a bragg peak in accordance with the shape of the deepest portion 12 of the affected part 11 of the patient 10, as shown in FIG. Only the deepest part 12 of the affected part 11 can be treated.

환자(10)의 환부(11) 전체를 치료하려면 환부(11)의 길이 방향(13) 전체에 걸쳐 분산 브라그 피크가 형성되어야 한다. 도 4의 레인지 시프터(120)를 이용하면 양성자의 에너지를 조절할 수 있다. 레인지 시프터(120)를 적절히 사용하면 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 환부(11)의 길이 방향(13) 전체에 걸쳐 분산 브라그 피크를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로 환부(11) 전체를 치료하면 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 정상 조직에 피폭되는 부위(14)가 생기게 된다.In order to treat the entire affected area 11 of the patient 10, a distributed Bragg peak must be formed over the entire lengthwise direction 13 of the affected area 11. The range shifter 120 of FIG. 4 may control the energy of the protons. When the range shifter 120 is properly used, as shown in FIG. 5B, a distributed Bragg peak may be formed over the entire length direction 13 of the affected part 11. Treatment of the entire affected area 11 in this manner results in the site 14 being exposed to normal tissue as shown in FIG.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 펜슬 빔 라이팅(Pencil beam writing) 치료 방식이 개발되었다. 도 6은 종래 기술에 따른 펜슬 빔 라이팅 방식의 하드론 치료기의 개념도로, 펜슬 빔 라이팅 방식에서는 빔을 퍼트리기 위한 스캐터를 사용하지 않고 연필과 같은 작은 직경의 빔을 직접 환부에 조사한다. 이 경우, 빔을 원하는 부분에만 조사할 수 있으므로 원하지 않는 부분에 빔이 조사되지 않도록 막기 위한 마스크를 사용할 필요가 없다. 또한, 레인지 시프터만을 사용하여 브라그 피크가 일어나는 위치를 조절할 수 있으므로 보상체를 사용할 필요가 없다. 이처럼, 펜슬 빔 라이팅 방식에서는 마스크 및 보상체를 사용할 필요가 없고 원하는 부분만을 치료할 수 있다는 장점이 있으나 고가의 마그네틱 시프터만을 사용하여야 한다는 단점이 있다. 더 나아가, 치료시 마그네틱 시프터에 문제가 발생할 경우 원하지 않는 부위에도 양성자 빔이 조사되는 문제가 발생할 수 있으며, 이는 의료용 치료 장비의 신뢰성에 큰 영향을 주게 된다.
To solve this problem, a pencil beam writing treatment method has been developed. 6 is a conceptual diagram of a hard beam treatment device of a pencil beam writing method according to the related art. In the pencil beam writing method, a small diameter beam such as a pencil is directly irradiated to a affected area without using a scatterer for spreading the beam. In this case, since the beam can be irradiated only to the desired portion, there is no need to use a mask to prevent the beam from being irradiated to the unwanted portion. In addition, only the range shifter can be used to adjust the position where the Bragg peak occurs, eliminating the need for a compensator. As such, in the pencil beam writing method, there is no need to use a mask and a compensator and only a desired portion can be treated. However, there is a disadvantage in that only an expensive magnetic shifter is used. Furthermore, when a problem occurs in the magnetic shifter during treatment, a problem may occur in which a proton beam is irradiated to an undesired area, which greatly affects the reliability of medical treatment equipment.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하드론 치료에 사용되는 마스크를 실시간으로 원하는 모양으로 만들 수 있도록 함으로써 하드론 치료시 환부 이외의 부분에는 방사능 피폭을 최소화할 수 있는 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 제공하기 위한 것이다.
Therefore, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by making the mask used in the treatment of hardon in a desired shape in real time hardon treatment that can minimize the radiation exposure to other parts of the affected area during hardon treatment This is to provide a programmable mask.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크는, 어퍼쳐가 형성된 하판; 및 상기 하판의 상부에 2열로 배치되어 상기 어퍼쳐를 가리며, 외부로부터 수신하는 명령에 따라 독립적으로 좌우로 이동하여 원하는 형태의 어퍼쳐를 형성하는 다수의 막대를 포함한다.
Programmable mask for the treatment of hardon according to the present invention for achieving the above object, the lower plate is formed apertures; And a plurality of rods arranged in two rows on the lower plate to cover the aperture and independently moving left and right according to a command received from the outside to form an aperture of a desired shape.

본 발명에 의하면, 하드론 치료법에 따라 환자를 치료하는 경우 환부에만 방사선을 피폭하고 환부 주위의 정상 조직으로의 피폭을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 양성자 치료기에서 환자마다 새롭게 제작하여야 하는 마스크 및 보상체가 필요 없게 되므로, 환자의 치료 계획이 확립되면 바로 하드론 치료를 수행할 수 있다는 장점이 있다.
According to the present invention, when treating a patient according to the hardon therapy, it is possible to expose radiation only to the affected area and minimize exposure to normal tissues around the affected area. In addition, since the mask and the compensator to be newly produced for each patient in the proton therapy device is not necessary, there is an advantage that the hardon treatment can be performed as soon as the treatment plan of the patient is established.

도 1은 인체 조직에 전자, 양성자 및 X-레이를 각각 조사한 경우 인체 조직에서 흡수되는 도즈량을 도시하는 도면,
도 2는 분산 브라그 피크 현상의 일 예를 도시하는 도면,
도 3은 양성자 및 탄소이온을 사용한 경우의 브라그 피크 현상 및 분산 브라크 피크 현상을 도시하는 도면,
도 4는 종래 기술에 따른 양성자 치료기의 일 예를 도시하는 도면,
도 5는 종래 기술에 따른 양성자 치료기를 사용한 경우 양성자 빔이 정상 조직에 피폭되는 것을 설명하기 위한 개념도,
도 6은 종래 기술에 따른 펜슬 빔 라이팅 방식의 하드론 치료기의 개념도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크의 구성도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크에서 막대의 이동의 일 예를 도시하는 도면,
도 9a 내지 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 이용하여 다양한 형태의 어퍼쳐를 만드는 예를 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크의 구성도,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크의 구성도,
도 12a 및 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 이용하여 원하는 형태의 어퍼쳐를 만드는 예를 도시하는 도면,
도 13a 및 13b는 본 발명에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 이용한 경우 인체 내부에서의 도즈 분포를 도시하는 도면,
도 14는 본 발명에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 포함한 양성자 치료기를 도시하는 도면, 그리고
도 15a 내지 15c는 도 14에 도시된 양성자 치료기를 이용하여 환부를 치료하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a diagram showing the amount of dose absorbed in human tissue when the human tissue is irradiated with electrons, protons and X-rays,
2 is a diagram illustrating an example of a distributed Bragg peak phenomenon;
3 is a diagram showing the Bragg peak phenomenon and the dispersed Bracket peak phenomenon when protons and carbon ions are used,
4 is a view showing an example of a proton therapy device according to the prior art,
5 is a conceptual diagram for explaining that the proton beam is exposed to the normal tissue when using the proton therapy device according to the prior art,
6 is a conceptual diagram of a hard beam therapy apparatus of a pencil beam writing method according to the prior art,
7 is a block diagram of a programmable mask for treating hardon according to an embodiment of the present invention,
8 illustrates an example of movement of a rod in a hard mask therapeutic mask according to an embodiment of the present invention;
9A to 9C are views illustrating an example of creating various types of apertures using a programmable mask for treating hardons according to one embodiment of the present invention;
10 is a block diagram of a programmable mask for treating hardon according to another embodiment of the present invention,
11 is a block diagram of a programmable mask for treating hardon according to another embodiment of the present invention,
12A and 12B are views showing an example of making an aperture of a desired shape using a programmable mask for treating hardons according to another embodiment of the present invention;
13A and 13B are diagrams showing the dose distribution inside the human body when using the programmable mask for treating hardlons according to the present invention;
FIG. 14 shows a proton therapy device comprising a programmable mask for treating hardon according to the present invention, and
15A to 15C are conceptual views illustrating a process of treating a lesion using a proton therapy device illustrated in FIG. 14.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. However, in describing the preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. In addition, the term 'comprising' of an element means that the element may further include other elements, not to exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크의 구성도이다.7 is a block diagram of a programmable mask for treating hardon according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 의한 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크(200)는 하판(210)과 하판(210)의 상부에 2열로 배치된 다수의 막대(220, 230)를 포함하여 구성된다.The programmable mask 200 for treating hardon according to the present embodiment includes a lower plate 210 and a plurality of rods 220 and 230 arranged in two rows on the lower plate 210.

하판(210)의 중앙부에는 어퍼쳐(211)가 형성되어 있다.An aperture 211 is formed at the center of the lower plate 210.

하판(210)의 상부에는 2열로 배치된 다수의 막대(220, 230)가 위치하며, 다수의 막대(220, 230)가 하판(210)의 중앙부에 모여있는 경우 하판(210)에 형성된 어퍼쳐(211)를 가릴 수 있다. 다수의 막대(220, 230)는 입사되는 하드론을 막을 수 있을 정도의 두께를 가지며, 다수의 막대(220, 230)는 각각 독립적으로 좌우로 이동 가능하다. 이를 위해, 다수의 막대(220, 230) 각각에 구동장치(미도시)가 하나씩 연결될 수도 있고, 하나의 구동장치가 한 열에 위치하는 다수의 막대를 번갈아가면서 구동하도록 구현될 수도 있다. 다수의 막대(220, 230)에 연결된 구동장치는 외부로부터 수신하는 명령에 따라 다수의 막대(220, 230) 각각을 독립적으로 이동시켜 원하는 모양의 어퍼쳐를 만들 수 있게 된다.
A plurality of rods 220 and 230 arranged in two rows are positioned on an upper portion of the lower plate 210, and an aperture formed in the lower plate 210 when the plurality of rods 220 and 230 are gathered at a central portion of the lower plate 210. (211) may be covered. The plurality of rods 220 and 230 may have a thickness sufficient to prevent incident hardons, and the plurality of rods 220 and 230 may move left and right independently of each other. To this end, one driving device (not shown) may be connected to each of the plurality of rods 220 and 230, and one driving device may be implemented to alternately drive a plurality of rods positioned in one row. The driving device connected to the plurality of rods 220 and 230 may independently move each of the plurality of rods 220 and 230 according to a command received from the outside to make an aperture of a desired shape.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크에서 막대의 이동의 일 예를 도시하는 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the movement of a rod in a hard mask therapeutic programmable mask according to one embodiment of the invention.

하판(210)의 상부에 배치된 다수의 막대(220, 230)는 각각 독립적으로 화살표로 표시한 바와 같이 길이 방향을 따라 이동 가능하다. The plurality of rods 220 and 230 disposed on the upper portion of the lower plate 210 may move along the length direction independently as indicated by arrows.

좌측 열에 위치한 다수의 막대는, 하판(210)의 중심축에서 우측으로 이동하여 어퍼쳐(211)를 완전히 덮을 수도 있고(222, 223), 하판(210)의 중심축에서 좌측 또는 우측으로 이동하여 어퍼쳐(211)의 일부를 덮을 수도 있고(224, 225, 226), 하판(210)의 중심축에서 좌측으로 이동하여 어퍼쳐(211)의 외부에 위치할 수도 있다(227, 228).The plurality of rods located in the left column may move to the right from the central axis of the lower plate 210 to completely cover the aperture 211 (222, 223), or move to the left or right from the central axis of the lower plate 210. A portion of the aperture 211 may be covered (224, 225, 226), or moved to the left from the central axis of the lower plate 210 and positioned outside the aperture 211 (227, 228).

또한, 우측 열에 위치한 다수의 막대도 마찬가지로, 하판(210)의 중심축에서 좌측으로 이동하여 어퍼쳐(211)를 완전히 덮을 수도 있고(236, 237), 하판(210)의 중심축에서 좌측 또는 우측으로 이동하여 어퍼쳐(211)의 일부를 덮을 수도 있고(233, 234, 235), 하판(210)의 중심축에서 우측으로 이동하여 어퍼쳐(211)의 외부에 위치할 수도 있다(231, 232).
In addition, a plurality of rods located in the right column may likewise move leftward from the central axis of the lower plate 210 to completely cover the aperture 211 (236, 237), or may be left or right in the central axis of the lower plate 210. It may move to cover a portion of the aperture 211 (233, 234, 235), may move to the right from the central axis of the lower plate 210 may be located outside the aperture 211 (231, 232) ).

도 9a 내지 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 이용하여 다양한 형태의 어퍼쳐를 만드는 예를 도시하는 도면이다.9A to 9C are views illustrating an example of creating various types of apertures by using a programmable mask for treating hardons according to one embodiment of the present invention.

도 9a 내지 9c를 참조하면, 하판(210)에 형성된 어퍼쳐(211)는 다수의 막대에 의해 가려져서 보이지 않고, 그 대신 다수의 막대에 의해 형성된 어퍼쳐가 마스크로서의 역할을 하게 된다. 9A to 9C, the aperture 211 formed on the lower plate 210 is not hidden by the plurality of bars, and instead, the aperture formed by the plurality of bars serves as a mask.

구체적으로, 도 9a에 도시된 바와 같이 다수의 막대에 의해 원(212) 형태의 어퍼쳐를 형성할 수 있고, 도 9b에 도시된 바와 같이 2개 이상의 어퍼쳐(213, 214)를 형성할 수도 있다. Specifically, as shown in FIG. 9A, a plurality of rods may form apertures in the form of a circle 212, and two or more apertures 213 and 214 may be formed as shown in FIG. 9B. have.

또한, 도 9c에 도시된 바와 같이 2개 이상의 어퍼쳐(215, 216)를 동시에 형성할 수 없는 경우에는, 일단 동시에 형성 가능한 어퍼쳐(215, 217)를 형성하고 하드론을 조사한 후, 다시 어퍼쳐(216)를 형성하고 하드론을 조사함으로써 3개의 어퍼쳐 (215, 216, 217)를 동시에 형성하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
In addition, when two or more apertures 215 and 216 cannot be formed at the same time as shown in FIG. By forming 216 and irradiating the hardron, the same effect as that of forming three apertures 215, 216, and 217 simultaneously can be obtained.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크의 구성도이다.10 is a block diagram of a programmable mask for treating hardon according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 의한 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크(300)는 하판(310)과 하판(310)의 상부에 2열로 배치된 다수의 막대(320, 330)와 그 위를 덮는 상판(340)을 포함하여 구성된다. The programmable mask 300 for treating the hardon according to the present embodiment includes a lower plate 310 and a plurality of rods 320 and 330 disposed in two rows on the lower plate 310 and an upper plate 340 covering the upper plate 340. It is configured by.

하판(310)과 다수의 막대(320, 330)는 도 7을 참조하여 상술한 실시예와 동일하며, 상판(340)에는 하판(310)과 동일하게 어퍼쳐가 형성되어 있다. 본 실시예에 의하면, 다수의 막대(320, 330)를 하판(310)과 상판(340)으로 동시에 지지함으로써 하판(310)만을 사용한 경우보다 안정성이 증가될 수 있다.
The lower plate 310 and the plurality of rods 320 and 330 are the same as in the above-described embodiment with reference to FIG. 7, and the upper plate 340 has the same aperture as the lower plate 310. According to the present embodiment, by supporting the plurality of rods 320 and 330 simultaneously with the lower plate 310 and the upper plate 340, the stability may be increased than when only the lower plate 310 is used.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크의 구성도이다.11 is a block diagram of a programmable mask for treating hardon according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 의한 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크(400)는 하판(410)과 하판(410)의 상부에서 이동 가능한 마스크(420)를 포함하여 구성된다.The programmable mask 400 for treating hardon according to the present embodiment includes a lower plate 410 and a mask 420 that is movable above the lower plate 410.

하판(410)의 중앙부에는 어퍼쳐(411)가 형성되어 있고, 마스크(420)의 중앙부에는 하판(410)의 어퍼쳐(411)보다 작은 크기의 어퍼쳐(421)가 형성되어 있다. 마스크(420)는 하판(410)의 상부에서 전후 좌우 사방으로 자유롭게 이동하면서 원하는 형태의 어퍼쳐를 형성할 수 있다.
An aperture 411 is formed at the center of the lower plate 410, and an aperture 421 having a smaller size than the aperture 411 of the lower plate 410 is formed at the center of the mask 420. The mask 420 may form an aperture of a desired shape while moving freely in the front, rear, left, and right directions from the upper portion of the lower plate 410.

도 12a 및 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 이용하여 원하는 형태의 어퍼쳐를 만드는 예를 도시하는 도면이다.12A and 12B illustrate an example of making an aperture of a desired shape using a programmable mask for treating hardon according to another embodiment of the present invention.

도 12a를 참조하면, 우측에 도시된 마스크(420)를 이동시켜서 좌측에 도시된 바와 같은 형태의 어퍼쳐를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 12A, an aperture of a shape as shown on the left side may be formed by moving the mask 420 shown on the right side.

구체적으로, 도 12b에 도시된 바와 같이, 마스크(420)를 순차적으로 (a), (b), (c) 및 (d)의 위치로 이동시킨 후 하드론을 조사함으로써, 도 12a의 좌측에 도시된 형태의 어퍼쳐를 마스크로 사용한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
Specifically, as shown in FIG. 12B, the mask 420 is sequentially moved to the positions of (a), (b), (c) and (d), and then irradiated with a hardrone, as shown on the left side of FIG. 12A. The same effect as in the case of using an aperture of the form as a mask can be obtained.

도 13a 및 13b는 본 발명에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 이용한 경우 인체 내부에서의 도즈 분포를 도시하는 도면이다.13A and 13B are diagrams showing the dose distribution in the human body when the programmable mask for treating hardon according to the present invention is used.

도 13a에 도시된 바와 같이, 하드론 빔(510)이 마스크(520)에서 산란되지 않을 경우 하드론 빔을 주사하는 인체(530)의 내부에서 도즈 분포는 마스크의 모양과 동일하게 나타난다. As shown in FIG. 13A, when the hardon beam 510 is not scattered in the mask 520, the dose distribution is the same as the shape of the mask in the human body 530 that scans the hardon beam.

그러나, 실제 하드론 치료를 하는 경우, 도 13b에 도시된 바와 같이, 마스크의 모서리에서 하드론 빔이 산란됨에 따라 인체의 내부에서의 실제 도즈 분포는 마스크 모양과 다소 상이하게 나타난다. However, in the case of actual hardon treatment, as shown in FIG. 13B, the actual dose distribution inside the human body appears somewhat different from the mask shape as the hardon beam is scattered at the edge of the mask.

본 발명에 의한 프로그램 가능한 마스크를 이용하여 형성한 어퍼쳐는 모서리에 각이 져 있는 원의 형상이나, 위와 같은 마스크 모서리에서의 산란 효과에 의해 실제 인체 내부에서의 도즈 분포는 원에 가까운 형태가 된다.The aperture formed using the programmable mask according to the present invention has the shape of a circle angled to the edge, or the distribution of dose in the inside of the human body due to the scattering effect at the mask edge as described above becomes close to the circle. .

도 14는 본 발명에 따른 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크를 포함한 양성자 치료기를 도시하는 도면이다.14 is a diagram illustrating a proton therapy device including a programmable mask for treating hardon according to the present invention.

본 발명에 따른 양성자 치료기(600)는 양성자 발생장치(610), 레인지 시프터(620), 셔터(630), 스캐터(640), 집속기(650) 및 프로그램 가능한 마스크 (660)를 포함하여 구성될 수 있다.The proton therapy device 600 according to the present invention includes a proton generator 610, a range shifter 620, a shutter 630, a scatterer 640, a concentrator 650, and a programmable mask 660. Can be.

양성자 발생장치(610)는 고에너지의 양성자 빔을 발생하여 방출하는 것으로, 가속기 또는 고에너지 펄스 레이저 등을 이용한 양성자 발생장치(610)가 사용될 수 있다.The proton generator 610 generates and emits a high energy proton beam, and a proton generator 610 using an accelerator or a high energy pulse laser may be used.

레인지 시프터(620)는 양성자 발생장치(610)에서 방출된 양성자 빔의 에너지를 조절하기 위한 것으로, 예를 들어 두께가 서로 상이한 여러 부분으로 나뉘어져 있는 바퀴 등으로 구현될 수 있다.The range shifter 620 is for controlling the energy of the proton beam emitted from the proton generator 610, and may be implemented as, for example, wheels divided into various parts having different thicknesses.

셔터(630)는 필요에 따라 선택적으로 구비되는 것으로, 레인지 시프터 (620)를 통과한 양성자 빔을 막거나 통과시키는 역할을 한다.The shutter 630 is selectively provided as necessary, and serves to block or pass the proton beam passing through the range shifter 620.

스캐터(640)는 셔터(630)를 통과한 양성자 빔의 직경을 넓혀서 환부 전체를 치료할 수 있도록 한다. The scatterer 640 widens the diameter of the proton beam passing through the shutter 630 to treat the entire affected area.

집속기(650) 역시 필요에 따라 선택적으로 구비되는 것으로, 스캐터 (640)를 통과하면서 펴진 양성자 빔을 다시 집속한다.The concentrator 650 is also optionally provided as necessary, and focuses the proton beam that is stretched while passing through the scatterer 640.

이후, 프로그램 가능한 마스크(660)를 이용하여 환자(10)의 환부(11)에 조사되는 양성자 빔의 패턴을 조절하여 환부에만 양성자 빔이 조사되도록 한다.
Thereafter, the proton beam is irradiated to the affected part 11 of the patient 10 by using the programmable mask 660 so that only the affected part is irradiated.

도 15a 내지 15c는 도 14에 도시된 양성자 치료기를 이용하여 환부를 치료하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.15A to 15C are conceptual views illustrating a process of treating a lesion using a proton therapy device illustrated in FIG. 14.

우선, 도 15a에 도시된 바와 같이, 환부(11)의 가장 깊은 단면(12)에 맞추어 프로그램 가능한 마스크(660)가 형성하는 어퍼쳐의 모양을 변경하고 도즈가 환부에 집중되도록 양성자 빔의 에너지를 레인지 시프터로 조절한 뒤 양성자 빔을 환부에 조사한다.First, as shown in FIG. 15A, the shape of the aperture formed by the programmable mask 660 in accordance with the deepest cross-section 12 of the affected part 11 is changed and the energy of the proton beam is adjusted so that the dose is concentrated on the affected part. After adjusting with a range shifter, the proton beam is irradiated to the affected area.

이후, 도 15b에 도시된 바와 같이, 환부(11)의 다음 층 단면(13)에 맞추어 프로그램 가능한 마스크(660)가 형성하는 어퍼쳐의 모양을 변경한 후 위와 동일하게 양성자 빔을 환부에 조사한다.Then, as shown in FIG. 15B, after changing the shape of the aperture formed by the programmable mask 660 in accordance with the next layer section 13 of the affected part 11, the proton beam is irradiated to the affected part in the same manner as above. .

이후, 도 15c에 도시된 바와 같이, 환부(11)의 그 다음 층 단면(14)에 맞추어 프로그램 가능한 마스크(660)가 형성하는 어퍼쳐의 모양을 변경한 후 위와 동일하게 양성자 빔을 환부에 조사한다.Then, as shown in FIG. 15C, after changing the shape of the aperture formed by the programmable mask 660 according to the next layer cross section 14 of the affected part 11, the proton beam is irradiated to the affected part as above. do.

위와 같은 과정을 반복하여, 펜슬 빔 라이팅 방식과 같이 정상조직에의 방사능 피폭을 최소화하면서 환부를 치료할 수 있다.By repeating the above process, it is possible to treat the affected area while minimizing the radiation exposure to the normal tissue, such as pencil beam lighting method.

도 15a 내지 도 15c에는 어퍼쳐의 모양이 원 모양으로 도시되어 있지만, 실제 어퍼쳐의 모양은 도 9a에 도시된 바와 같이 원에 가까운 다각형의 모양이다.
Although the shape of the aperture is shown in a circle in Figs. 15A to 15C, the actual aperture is in the shape of a polygon close to the circle as shown in Fig. 9A.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 환자마다 환부의 모양에 따라 마스크와 보상체를 가공하여 사용하여야 하는 종래 기술과는 달리 마스크와 보상체를 별도로 생성할 필요가 없다.According to the present invention as described above, unlike the prior art in which the mask and the compensator should be processed according to the shape of the affected part for each patient, there is no need to generate the mask and the compensator separately.

또한, 종래의 펜슬 빔 라이팅 방식의 경우 자석 스캐너가 오작동할 경우 정상조직에 피해를 줄 수 있는데 반해, 본 발명에 의하면 자석 스캐너를 사용하는 경우보다 안정적으로 동작하므로 치료기의 신뢰성이 높아질 수 있다.In addition, in the case of a conventional pencil beam writing method, when the magnet scanner malfunctions, it may damage normal tissues. However, according to the present invention, since the magnetic scanner operates more stably, the reliability of the treatment device may be increased.

상술한 프로그램 가능한 마스크는 하드론 치료뿐만 아니라 하드론 조사가 필요한 다른 영역에서도 응용 가능하다. 또한, 상술한 실시예에서는 양성자 치료기에 대해서만 설명하였으나, 다른 하전입자를 사용하는 하드론 치료기에도 동일하게 적용될 수 있다.
The programmable masks described above can be applied not only to the treatment of hardlone but also in other areas where hardon irradiation is required. In addition, in the above-described embodiment, only the proton therapy device has been described, but the same may be applied to a hardon therapy device using other charged particles.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be substituted, modified, and changed in accordance with the present invention without departing from the spirit of the present invention.

200, 300: 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크
210, 310: 하판 211: 어퍼쳐
220, 230, 320, 330: 다수의 막대 340: 상판
600: 양성자 치료기 610: 양성자 발생장치
620: 레인지 시프터 630: 셔터
640: 스캐터 650: 집속기
660: 하드론 치료용 프로그램 가능한 마스크200, 300: Programmable Mask for Hardon Treatment
210, 310: Bottom 211: Aperture
220, 230, 320, 330: multiple bars 340: top plate
600: proton therapy device 610: proton generator
620: range shifter 630: shutter
640: scatter 650: the collector
660: Programmable Mask for Hardon Therapy

Claims

A lower plate on which an aperture is formed; And
Is arranged in two rows on the top of the lower plate to cover the aperture, according to the command received from the outside to move independently to the left and right to form a plurality of rods to form a desired aperture for treatment Programmable Mask.