KR101678042B1

KR101678042B1 - Real time radiation dose measurement system with improved photo-collecting efficiency

Info

Publication number: KR101678042B1
Application number: KR1020130145253A
Authority: KR
Inventors: 허두창; 김관호; 배영민; 진승오
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2016-11-21
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: KR20150061301A

Abstract

본 발명은 방사선 조사량 측정 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 점진적인 굴절율 변화를 가지는 광결정층과 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 방사선 조사량 측정 시스템을 구성함으로써, 섬광체에서 발생한 빛을 보다 효과적으로 방출하고 방출된 빛을 보다 효과적으로 광섬유 혹은 기타 측정 시스템으로 전달함으로써, 보다 정밀하게 방사선 조사량을 실시간 측정할 수 있는 광수집 효율이 향상된 실시간 방사선 조사량 측정 시스템 에 관한 것이다.
본 발명은 방사선이 투과되면 발광하는 섬광체(scintillator); 상기 섬광체로부터 발광된 빛을 측정하는 광측정부; 상기 섬광체에서 발광된 빛을 상기 광측정부로 전달하는 광 도파관; 및 상기 섬광체와 광 도파관의 사이, 또는 상기 광 도파관과 광측정부의 사이에 삽입되어, 빛을 전달하는 과정에서의 광손실을 줄여주는 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 조사량 측정 시스템을 개시하며, 본 발명에 의하여 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구성함으로써, 보다 섬광체에 부착되는 점진적 굴절율 변화를 가지는 광결정층과 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구성함으로써, 보다 정확하게 방사선 조사량을 측정하여 치료에 반영할 수 있는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구현하는 효과를 갖는다.The present invention relates to a radiation dose measuring system, and more particularly, to a radiation dose measuring system including a photonic crystal layer having a gradual change in refractive index and a green lens (GRIN lens), thereby more effectively emitting light emitted from the scintillator, And more particularly, to a real-time radiation dose measurement system with improved light collection efficiency that can more accurately measure radiation dose in real time by transmitting light more effectively to an optical fiber or other measurement system.
The present invention relates to a scintillator which emits light when a radiation is transmitted through the scintillator. A light measuring unit for measuring light emitted from the scintillator; An optical waveguide for transmitting light emitted from the scintillator to the optical measuring unit; And a green lens (GRIN lens) interposed between the scintillator and the optical waveguide or between the optical waveguide and the optical measuring unit to reduce light loss in the process of transmitting light. The present invention discloses a radiation dose measuring system, which comprises a photonic crystal layer having a gradual change in refractive index attached to a scintillator and a green lens (GRIN lens) by constructing a real-time irradiation dose measurement system including a green lens (GRIN lens) A real-time radiation dose measurement system can be realized, which realizes a real-time radiation dose measurement system that can more accurately measure a radiation dose and reflect the same in therapy.

Description

[0001] The present invention relates to a real-time radiation dose measurement system,

본 발명은 방사선 조사량 측정 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 점진적인 굴절율 변화를 가지는 광결정층과 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 방사선 조사량 측정 시스템을 구성함으로써, 섬광체에서 발생한 빛을 보다 효과적으로 방출하고 방출된 빛을 보다 효과적으로 광섬유 혹은 기타 측정 시스템으로 전달함으로써, 보다 정밀하게 방사선 조사량을 실시간 측정할 수 있는 광수집 효율이 향상된 실시간 방사선 조사량 측정 시스템 에 관한 것이다.The present invention relates to a radiation dose measuring system, and more particularly, to a radiation dose measuring system including a photonic crystal layer having a gradual change in refractive index and a green lens (GRIN lens), thereby more effectively emitting light emitted from the scintillator, And more particularly, to a real-time radiation dose measurement system with improved light collection efficiency that can more accurately measure radiation dose in real time by transmitting light more effectively to an optical fiber or other measurement system.

최근 들어 식생활이 서구화되고 환경의 변화와 스트레스의 증가 등이 복합적으로 작용하면서 암 환자가 지속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 효과적인 암 치료를 위하여 수술, 항암제, 방사선 치료 등 다양한 치료방법이 복합적으로 사용되고 있는데, 그 중에서도 특히 최근에는 비침습적이며 환자의 고통을 줄여줄 수 있는 방사선 치료가 각광을 받고 있으며, 기존 수술 및 항암제와도 함께 병행하기도 하는 등 암 치료 및 암세포 전이 예방에 효과적으로 사용되고 있다. 도 1은 종래 기술에 따른 방사선 치료 시스템의 사진을 예시하고 있다.In recent years, the number of cancer patients has been steadily increasing due to the westernization of dietary habits, environmental changes and increased stress. Therefore, a variety of therapies such as surgery, chemotherapy, and radiation therapy have been used in combination for effective cancer treatment. In recent years, non-invasive and radiation therapy that can reduce the pain of the patient has been spotlighted. It is also used in combination with anticancer drugs to prevent cancer treatment and cancer cell metastasis. Figure 1 illustrates a photograph of a radiation treatment system according to the prior art.

그런데, 방사선 치료를 실시함에 있어서 치료에 필요한 방사선 조사량을 미리 설정하더라도 이를 정확하게 계량하여 예정된 방사선 조사량을 치료 부위에 조사하는 것은 쉽지 않고, 계획된 방사선 조사량보다 많은 방사선이 조사될 경우에는 주변 정상 조직을 손상시킬 수 있고, 예정된 양보다 적은 방사선이 조사되는 경우에는 치료 효과가 떨어지는 등 여러 가지 문제점을 야기시킬 수 있게 된다. 따라서, 방사선 치료를 실시함에 있어서는 실시간으로 조사되는 방사선량을 측정하여 이를 반영하면서 치료를 진행하는 것이 중요하게 된다. 도2에서는 종래 기술에 따른 방사선 조사량 측정 시스템의 구조도를 도시하고 있고, 도 3에서는 방사선 펄스가 조사됨에 따른 방사선 조사량을 실시간 측정한 그래프를 보여주고 있다.However, even when the radiation dose required for treatment is preset, it is not easy to accurately quantify the radiation dose to be applied to the treatment site in the case of performing the radiation treatment, and if the radiation dose is higher than the planned dose, If the radiation dose is less than the predetermined amount, the treatment effect is lowered. Therefore, it is important to measure the amount of radiation to be irradiated in real time and to carry out the treatment while reflecting the amount of radiation in real time. FIG. 2 is a structural view of a radiation dose measuring system according to the prior art, and FIG. 3 is a graph showing a real time measurement of a radiation dose according to irradiation of a radiation pulse.

그러나, 종래 기술에 따른 방사선 조사량 측정 시스템의 경우에는 섬광체(scintillator)에서 발생하는 빛을 단순하게 광섬유에 연결함으로써 광결합 효율(photo-coupling efficiency)이 떨어진다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 방사선이 조사되어 섬광체(Scintillator)를 투과하면서 발생하는 빛이 광섬유 등 광 도파관으로 정확하게 전달되지 못하고 유실(도 2의 A)될 수 있고, 또한 상기 발생된 빛이 광섬유 등 광 도파관을 거쳐 광측정부로 전달되는 과정에서도 빛의 일부가 유실(도 2의 B)될 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라 기존의 적용된 광섬유는 코어사이즈가 커서 광이 전달되는 동안에 임계각을 벗어나는 광량이 많아 내부 손실이 클 뿐만 아니라, 그 임계각이 광섬유의 위치와 휨의 정도에 따라 달라지기 때문에 측정할 때 마다 측정 조건과 위치에 따라 광섬유가 놓인 상태에 따라 광섬유의 전달 손실에 의해 제대로 된 값을 얻기가 힘들어 진다.However, in the case of the radiation dose measurement system according to the related art, the light generated from the scintillator is simply coupled to the optical fiber, resulting in poor photo-coupling efficiency. As can be seen from FIG. 2, the light generated when the radiation is irradiated and transmitted through the scintillator can not be accurately transmitted to the optical waveguide such as an optical fiber and can be lost (FIG. 2A) This is because part of the light can be lost (B in FIG. 2) even in the process of being transmitted to the optical measuring unit through the optical waveguide. In addition, since the conventional optical fiber has a large core size and a large amount of light deviates from the critical angle during transmission of light, not only the internal loss is large, but also the critical angle of the optical fiber varies depending on the position and the degree of bending of the optical fiber. It is difficult to obtain a proper value due to the transmission loss of the optical fiber depending on the position of the optical fiber depending on the position.

또한, 섬광체의 굴절율은 1.85 ~ 2.1로 공기보다 높기 때문에 임계각 이상으로 입사될 경우 내부 전반사가 발생하여 실제로 원하는 방향으로 광포집 효율이 떨어지게 되고, 내부 전반사가 되면 섬광체 내부에서 빛의 재흡수가 일어나 광량이 줄게 되며, 또한 빛이 섬광체 내부에서 되면 광신호 검출시 신호의 꼬리가 길어지는 현상이 발생하게 되어 방사선 치료시 섬광체에서 발생하는 미세 광신호를 실시간으로 정확히 읽을 수 없게 되므로, 결국 방사선 치료시 방사선의 펄스 파형을 실시간으로 측정하기가 힘들어지게 되는 문제점이 발생한다.In addition, since the index of refraction of the scintillator is higher than that of air by 1.85-2.1, when the incident angle is above the critical angle, total internal reflection occurs and the photon collection efficiency drops in a desired direction. When the total internal reflection occurs, light is reabsorbed in the scintillator, When the light is inside the scintillator, the tail of the signal is lengthened when the optical signal is detected. As a result, the minute light signal generated in the scintillator can not be read accurately in real time during the radiation treatment. It becomes difficult to measure the pulse waveform of the pulse signal in real time.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 섬광체에서 발생한 빛을 내부 전반사 없이 광섬유에 효과적으로 전달함으로써 방사선 치료 시에 나타날 수 있는 부정확한 방사선 조사량 측정으로 인한 주변 정상 조직의 손상 또는 부족한 치료 효과 등의 문제점을 해결할 수 있는, 정확한 방사선 조사량을 실시간으로 측정할 수 있는 방사선 조사량 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to effectively transmit light generated from a scintillator to an optical fiber without total internal reflection, And an object of the present invention is to provide a radiation dose measurement system capable of real-time measurement of an accurate radiation dose, which can solve the problems such as insufficient treatment effect or the like.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 방사선 조사량 측정 시스템은 방사선이 투과되면 발광하는 섬광체(scintillator); 상기 섬광체로부터 발광된 빛을 측정하는 광측정부; 상기 섬광체에서 발광된 빛을 상기 광측정부로 전달하는 광 도파관; 및 상기 섬광체와 광 도파관의 사이, 또는 상기 광 도파관과 광측정부의 사이에 삽입되어, 빛을 전달하는 과정에서의 광손실을 줄여주는 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a system for measuring a radiation dose, comprising: a scintillator which emits light when a radiation is transmitted; A light measuring unit for measuring light emitted from the scintillator; An optical waveguide for transmitting light emitted from the scintillator to the optical measuring unit; And a green lens inserted between the scintillator and the optical waveguide or between the optical waveguide and the optical measuring unit to reduce light loss in the process of transmitting light.

여기서, 상기 섬광체는 광방출 효율을 증가시킬 수 있는 점진적인 굴절율 변화를 가지는 광결정층을 포함하여 구성될 수 있다.Here, the scintillator may include a photonic crystal layer having a gradual change in refractive index to increase the light emission efficiency.

또한, 상기 광결정층은 폴리머로 이루어지는 폴리머층과, 광결정 구조를 가지는 광결정 구조층을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 폴리머의 굴절율은 상기 섬광체 및 공기의 굴절율의 사이의 값을 가질 수 있다.The photonic crystal layer may include a polymer layer made of a polymer and a photonic crystal structure layer having a photonic crystal structure. The refractive index of the polymer may have a value between the refractive indices of the scintillator and air.

또한, 상기 그린 렌즈는 상기 섬광체와 광 도파관의 사이 및 상기 광 도파관과 광측정부의 사이에 모두 삽입될 수 있다.The green lens may be inserted both between the scintillator and the optical waveguide and between the optical waveguide and the optical measuring unit.

또한, 상기 광 도파관으로서 광섬유를 사용할 수 있다..Further, an optical fiber can be used as the optical waveguide.

또한, 상기 광측정부는 증폭 광다이오드(avalanche photodiode)를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the optical measuring unit may include an avalanche photodiode.

또한, 상기 섬광체는 나노 파티클(nano particle) 물질을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the scintillator may include a nano particle material.

또한, 상기 섬광체, 광 도파관, 광측정부 중 하나 혹은 둘 이상은 광손실을 줄일 수 있는 반사막 코팅을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, one or more of the scintillator, the optical waveguide, and the light measuring unit may be configured to include a reflection film coating capable of reducing light loss.

또한, 상기 섬광체는 빛의 방출구만 남겨놓고 전반사 금속 코팅을 한 것일 수 있다.In addition, the scintillator may be made of a metal with a total reflection while leaving only a light emission port.

본 발명의 다른 측면에 따른 방사선 조사량 측정 시스템은 방사선이 투과되면 발광하는 렌즈형 섬광체(scintillator); 상기 렌즈형 섬광체로부터 발광된 빛을 측정하는 광측정부; 및 상기 렌즈형 섬광체에서 발광된 빛을 상기 광측정부로 전달하는 광 도파관을 포함하여 구성되며, 상기 렌즈형 섬광체는 빛을 상기 광 도파관으로 전달함에 있어서의 광손실을 줄일 수 있도록 렌즈의 형상을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a radiation dose measuring system comprising: a lenticular scintillator which emits light when a radiation is transmitted; A light measuring unit for measuring light emitted from the lens type scintillator; And a light waveguide for transmitting the light emitted from the lens type scintillator to the optical measuring unit, wherein the lens type scintillator includes a shape of a lens so as to reduce light loss in transmitting light to the optical waveguide .

본 발명에 따르면, 섬광체에 부착되는 점진적 굴절율 변화를 가지는 광결정층과 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구성함으로써, 보다 정확하게 방사선 조사량을 측정하여 치료에 반영할 수 있는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구현하는 효과를 갖는다.According to the present invention, by constructing a real-time radiation dose measurement system including a photonic crystal layer having a gradual change in refractive index attached to a scintillator and a green lens (GRIN lens), it is possible to measure the radiation dose more accurately, And has an effect of implementing a radiation dose measurement system.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 방사선 치료 시스템의 사진이다.
도 2은 종래 기술에 따른 방사선 조사량 측정 시스템의 구조도이다.
도 3는 종래 기술에 따른 실시간 방사선 조사량 측정 그래프이다.
도 4는 입사각에 따른 광의 방출 효율을 계산한 값을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 렌즈를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈형 섬광체를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템의 구조도이다.
도7은 점진적 굴절율 변화를 가지는 광결정층이 부착된 섬광체를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템의 구조도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a photograph of a radiation treatment system according to the prior art.
2 is a structural view of a radiation dose measurement system according to the prior art.
3 is a graph showing a real-time irradiation dose measurement according to the prior art.
FIG. 4 shows a calculation result of light emission efficiency according to an incident angle.
5 is a structural view of a real-time radiation dose measurement system including a green lens according to an embodiment of the present invention.
6 is a structural view of a real time radiation dose measurement system including a lens type scintillator according to an embodiment of the present invention.
7 is a structural view of a real-time irradiation dose measurement system including a scintillator to which a photonic crystal layer having a progressive refractive index change is attached.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

본 발명은, 종래 기술에 따라 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구성하기 위하여 섬광체와 광측정부 사이에 광섬유 등 광 도파관을 삽입하는 경우, 연결 부위에서의 광손실이 발생할 수 있고, 이로 인하여 방사선 조사량의 측정에 오차가 커질 수 있어, 부정확한 방사선 조사량 측정치를 반영하여 방사선 치료를 실시함으로써 주변 정상 조직의 손상 또는 부족한 치료 효과 등의 문제가 나타날 수 있다는 점에 착안하여, 상기 섬광체와 광측정부 사이에 광섬유 등 광 도파관을 삽입하는 경우, 그 연결 부위에 삽입하는 그린 렌즈(GRIN lens)를 포함하여 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구성함으로써 보다 정확하게 방사선 조사량을 측정하여 치료에 반영할 수 있는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 개시하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, when an optical waveguide such as an optical fiber is inserted between a scintillator and a light measuring unit in order to construct a real-time irradiation dose measurement system according to the related art, light loss at a connection site may occur, In view of the fact that an error may be large in the measurement of the amount of radiation, the radiation treatment may be performed inaccordance with an incorrect measurement of the radiation dose, The real-time radiation dose measurement system including the green lens (GRIN lens) inserted into the connection part of the optical waveguide is inserted to measure the radiation dose more accurately, .

또한, 통상의 섬광체(510)는 굴절율이 1.8 ~ 2.1 정도로, 섬광체(510)에 방사선이 조사되면서 발생한 빛은 임계각을 넘어서면 도 4(a) 및 도 4(b)에서 볼 수 있듯이 내부 전반사가 발생하게 되므로, 이에 따라 도 4(c)에서 볼 수 있는 바와 같이 광섬유로의 광방출 효율은 10% 정도로 매우 낮은 값을 가지게 된다. 따라서 이러한 내부 전반사를 줄이기 위해 임계각을 넓혀야 하는데, 이를 위하여 본 발명에서는 섬광체에 광결정층(710)을 적용하는 것을 특징으로 한다. 광결정층(710)은 폴리머로 나노 임프린팅 공정을 통해서 구현할 수 있다. 이때, 굴절율이 1.5 정도의 폴리머를 사용함으로써 굴절율이 1인 공기와 1.8 ~ 2.1인 섬광체(510) 사이에서 점진적인 굴절율 변화를 형성하여 임계각을 넓힐 수 있게 된다. 또한, 1차 폴리머층 위에 형성되는 광결정층(710)은 회절에 의해 임계각을 넘어서는 빛에 대해서 방출 효과를 만들어 낼 수 있게 된다.4 (a) and 4 (b), when the light generated when the scintillator 510 is irradiated with radiation is beyond the critical angle, the total internal reflection As a result, as shown in FIG. 4 (c), the light emission efficiency to the optical fiber is as low as about 10%. Therefore, the critical angle must be widened to reduce the total internal reflection. To this end, the photonic crystal layer 710 is applied to the scintillator. The photonic crystal layer 710 may be implemented as a polymer through a nanoimprinting process. At this time, by using a polymer having a refractive index of about 1.5, a graded angle can be widened by forming a gradual change in refractive index between air having a refractive index of 1 and scintillators 510 having a refractive index of 1.8 to 2.1. In addition, the photonic crystal layer 710 formed on the first polymer layer can generate a radiation effect for light exceeding a critical angle by diffraction.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 렌즈를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템(500)의 구조도를 도시하고 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그린 렌즈를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템(500)는 방사선이 투과되면 발광하는 섬광체(scintillator)(510), 상기 섬광체(510)로부터 발광된 빛을 측정하는 광측정부(540), 상기 섬광체(510)에서 발광된 빛을 상기 광측정부(540)로 전달하는 광 도파관 및 상기 섬광체(510)와 광 도파관의 사이, 또는 상기 광 도파관과 광측정부(540)의 사이에 삽입되어, 빛을 전달하는 과정에서의 광손실을 줄여주는 그린 렌즈(GRIN lens)(520)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 광 도파관으로서 광섬유(530)를 사용할 수 있고, 또한 상기 상기 광측정부(540)는 증폭 광다이오드(avalanche photodiode)를 포함하여 구성될 수 있다.FIG. 5 shows a structural diagram of a real-time radiation dose measurement system 500 including a green lens according to an embodiment of the present invention. 5, a real-time radiation dose measuring system 500 including a green lens according to an embodiment of the present invention includes a scintillator 510 which emits light when a radiation is transmitted, a scintillator 510, An optical waveguide for transmitting the light emitted from the scintillator 510 to the optical measuring unit 540, and an optical waveguide for transmitting light emitted from the scintillator 510 to the optical measuring unit 540, And a green lens 520 inserted between the optical waveguide and the light measuring unit 540 to reduce light loss in the process of transmitting light. Here, the optical fiber 530 may be used as the optical waveguide, and the optical measuring unit 540 may include an avalanche photodiode.

아래에서는 상기 방사선 조사량 측정 시스템의 구성 부분별로 나누어 자세하게 살핀다. 먼저 섬광체(510)에 대하여 살핀다. 상기 섬광체(510)는 방사선이 투과되는 경우 그 에너지의 일부를 흡수하여 특정한 파장의 빛을 발광하게 된다. 무기 섬광체와 유기 섬광체로 나눌 수 있으며, 사용하는 방사선의 파장에 따라 NaI(Tl), ZnS(Ag), 안드라신 등의 물질이 사용될 수 있다. 또한 상기 섬광체(510)로서 물 등가(water equivalent) 특성을 가지는 유기물(organic material) 혹은 플라스틱(plastic) 섬광체(510)이 사용될 수도 있으며, 이때 교정(calibration)이 필요하지 않고 체렌코프 방사(Cerenkov radiation)를 줄일 수 있어, 방사선 조사량 측정 시스템의 특성을 개선할 수 있게 된다.Hereinafter, the details of the radiation dose measuring system will be described in detail. First, the scintillator 510 is searched. When the radiation is transmitted, the scintillator 510 absorbs a part of its energy and emits light of a specific wavelength. Inorganic scintillators and organic scintillators. Depending on the wavelength of radiation used, materials such as NaI (Tl), ZnS (Ag), and androstane may be used. An organic material or a plastic scintillator 510 having water equivalent characteristics may be used as the scintillator 510. In this case, the calibration is not required and a Cerenkov radiation ) Can be reduced, and the characteristics of the radiation dose measurement system can be improved.

또한, 상기 섬광체(510)의 발광 효율을 높이기 위하여 광결정층(710)이 부착되어 구성되거나, 나노파티클(nanoparticle) 물질을 포함하여 구성될 수도 있다. 더 나아가, 상기 섬광체(510)는 빛의 방출구만 남겨놓고 전반사 금속 코팅을 함으로써 발광 효율을 개선하는 것이 보다 바람직하다.In addition, a photonic crystal layer 710 may be attached to the scintillator 510 to enhance the luminous efficiency of the scintillator 510, or may include a nanoparticle material. Furthermore, it is more preferable that the scintillator 510 is made to have a total reflection metal coating while leaving only a light emission port, thereby improving the luminous efficiency.

다음으로, 그린(Gradient Index, GRIN) 렌즈(520)에 대하여 살핀다. 그린 렌즈는 소정의 굴절률을 가지는 렌즈 작용을 할 수 있는 유리를 말한다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 섬광체(510)와 광섬유(530) 혹은 광섬유(530)와 증폭 광다이오드(Avalanche PhotoDiode, APD)를 포함하는 광측정부(540) 사이에서 나타날 수 있는 광손실을 줄여주기 위하여, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 상기의 각 연결 부위에 삽입될 수 있다. 상기 그린 렌즈(520)는 평면의 유리 형상을 가지고 있어 섬광체(510)와 광섬유(530) 혹은 광섬유(530)와 증폭 광다이오드(APD)를 포함하는 광측정부(540) 사이에 삽입되어 결합(coupling) 구조를 이루기에 적합하면서도, 소정의 굴절률을 가지는 렌즈 작용을 할 수 있어, 상기 섬광체(510) 혹은 광섬유(530)로부터 방사되는 빛을 모아서 다음에 이어지는 광섬유(530) 혹은 증폭 광다이오드(APD)를 포함하는 광측정부(540)로 적절하게 입사시켜 줌으로써 연결 부위에서의 광손실을 줄이고 결합 효율(coupling efficiency)을 개선할 수 있으며, 나아가 방사선 조사량 측정 오차를 줄일 수 있게 된다. Next, we look at a Gradient Index (GRIN) lens 520. The green lens refers to a glass capable of performing a lens action having a predetermined refractive index. As can be seen in FIG. 2, the optical loss that may appear between the scintillator 510 and the optical measuring unit 540 including the optical fiber 530 or the optical fiber 530 and the Avalanche Photo Diode (APD) is reduced As shown in FIG. 5, to be inserted into the respective connecting portions. The green lens 520 has a flat glass shape and is inserted between the scintillator 510 and the optical fiber 530 or between the optical fiber 530 and the optical measuring unit 540 including the amplifying photodiode APD, the light emitted from the scintillator 510 or the optical fiber 530 may be collected and then passed through an optical fiber 530 or an amplifying photodiode APD The light loss at the connection site can be reduced and the coupling efficiency can be improved and the measurement error of the radiation dose can be further reduced.

바람직하게는 상기 그린 렌즈(520)는 상기 섬광체(510)와 광 도파관의 사이 및 상기 광 도파관과 광측정부(540)의 사이에 모두 삽입되어 방사선 조사량 측정 시스템을 구성할 수도 있다. 이에 따라 연결 부위에서의 광손실을 더욱 줄여 줄 수 있으므로, 이를 통하여 방사선 조사량 측정 오차를 크게 개선할 수 있게 된다. 나아가, 그린 렌즈(520)를 사용함으로써 빛의 입사각을 제어하여 모드를 조정하게 되면 광전달 손실이 작은 광섬유를 사용할 수도 있게 된다. 그린 렌즈(520)는 광섬유로 입사되는 광의 입사각을 좁혀서 빛이 광섬유를 통과하는 동안 내부 손실을 감소시킬 수 있는 장점이 있고, 또한 코어 사이즈가 작아 전달 손실이 작은 광섬유에도 적용 가능하여, 광섬유의 위치나 휨에 영향을 받지 않고 정확하게 측정을 할 수 있다는 장점을 가진다.The green lens 520 may be inserted between the scintillator 510 and the optical waveguide and between the optical waveguide and the optical measuring unit 540 to form a radiation dose measurement system. Accordingly, the light loss at the connection site can be further reduced, thereby greatly improving the radiation dose measurement error. Further, by using the green lens 520, an optical fiber having a small optical transmission loss can be used if the mode is adjusted by controlling the incident angle of light. The green lens 520 has an advantage that it can reduce the internal loss while light passes through the optical fiber by narrowing the angle of incidence of the light incident on the optical fiber and is also applicable to an optical fiber having a small core size and a small transmission loss, It is possible to measure accurately without being affected by bending.

또한, 상기 섬광체(510), 광섬유(530) 등 광 도파관, 광측정부(540) 중 하나 혹은 둘 이상은 광손실을 줄일 수 있는 반사막 코팅을 포함하여 구성될 수 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 섬광체(510)에 방사선이 투과되어 발광되는 빛은 그린 렌즈(520)와 광섬유(530)를 거쳐 광측정부(540)에 다다르게 되는데, 이때, 상기 섬광체(510), 광섬유(530), 광측정부(540) 내부의 일부 영역에서 빛이 진행함에 따라 광손실이 나타날 수 있으므로, 이를 줄이기 위하여 반사막 코팅을 할 수 있다. 이를 통하여 빛의 전달 과정에서 나타날 수 있는 광손실을 줄일 수 있으므로, 또한 방사선 조사량 측정 오차를 줄일 수 있게 된다.In addition, one or more of the optical waveguide such as the scintillator 510, the optical fiber 530, and the optical measuring unit 540 may be configured to include a reflection film coating that can reduce optical loss. 5, the light emitted from the scintillator 510 is emitted to the optical measuring unit 540 through the green lens 520 and the optical fiber 530. At this time, the scintillator 510, The optical fiber 530, and the light measuring unit 540, light reflection may occur due to the progress of light in the light measuring unit 540, so that reflection coating may be performed to reduce the loss. This can reduce the light loss that may occur in the course of light transmission, and can also reduce the measurement error of the radiation dose.

덧붙여, 상기 섬광체(510)는 도 7과 같이 광방출 효율을 증가시키기 위해서 광결정층(710)을 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, the scintillator 510 may include a photonic crystal layer 710 to increase light emission efficiency as shown in FIG.

다음으로 광 도파관에 대하여 살핀다. 상기 광 도파관은 상기 섬광체(510)에 방사선이 투과되는 경우 발생하는 빛을 광측정부(540)까지 전달하기 위한 상기 빛의 도파 경로를 제공하게 된다. 방사선 치료시 조사되는 방사선을 실시간으로 측정하기 위해서는, 조사되는 방사선에 영향을 주지 않아야 하므로 상기한 바와 같이 섬광체(510) 등을 사용하여 방사선 조사량을 센싱한 후 이를 광 도파관 등을 통하여 광측정부(540)까지 전달하여 줌으로써, 방사선 치료를 방해하지 않으면서도 실시간으로 방사선 조사량을 측정하는 방법이 사용될 수 있다. 통상적으로 광섬유(530)이 많이 사용되며, 종래 기술에 따라 구현될 수 있으므로 자세하게 기술하지 아니한다.Next, we look at the optical waveguide. The optical waveguide provides the path of the light for transmitting the light generated when the scintillator 510 is irradiated to the optical measuring unit 540. In order to measure the radiation irradiated in the radiation treatment in real time, the radiation dose to be irradiated should not be affected. Therefore, the radiation dose is sensed using the scintillator 510 or the like as described above, 540) so that the radiation dose can be measured in real time without interfering with the radiation therapy. Since the optical fiber 530 is commonly used and can be implemented according to the prior art, it will not be described in detail.

마지막으로, 광측정부(540)에 대하여 살핀다. 상기 광측정부(540)는 앞서 살핀 바와 같이 섬광체(510)에 방사선이 투과되는 경우 발생하는 빛이 광섬유(530) 등 광 도파관을 거쳐 광측정부(540)에서 전기 신호로 변환되고, 이어서 상기 전기 신호의 크기를 고려하여 조사된 방사선량을 산출하게 된다. 상기 빛을 전기 신호로 변환하기 위하여 빠른 속도와 높은 이득값을 가지는 증폭 광다이오드(APD) 등이 사용될 수 있다. 상기 광측정부(540)도 종래 기술에 따라 구성되어 운용될 수 있으므로 여기서는 자세하게 기술하지 않는다.Finally, the light measuring unit 540 is searched. The light measuring unit 540 converts the light generated when the radiation is transmitted to the scintillator 510 through the optical waveguide such as the optical fiber 530 into the electric signal from the light measuring unit 540, The amount of irradiated radiation is calculated in consideration of the magnitude of the electric signal. And an amplification photodiode (APD) having a high speed and a high gain to convert the light into an electric signal. The optical measuring unit 540 may also be constructed and operated according to the prior art, and therefore will not be described in detail here.

도 6에서는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 렌즈형 섬광체를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템(600)의 구조도를 도시하고 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 렌즈형 섬광체를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템(600)은 방사선이 투과되면 발광하는 렌즈형 섬광체(scintillator)(610), 상기 렌즈형 섬광체(610)로부터 발광된 빛을 측정하는 광측정부(540) 및 상기 렌즈형 섬광체(610)에서 발광된 빛을 상기 광측정부(540)로 전달하는 광섬유(530) 등 광 도파관을 포함하여 구성되며, 상기 렌즈형 섬광체(610)는 빛을 상기 광섬유(530) 등 광 도파관으로 전달함에 있어서의 광손실을 줄일 수 있도록 렌즈의 형상을 포함하여 구성될 수 있다.FIG. 6 is a structural diagram of a real-time radiation dose measurement system 600 including a lens-type scintillator according to another embodiment of the present invention. 6, a real-time radiation dose measurement system 600 including a lenticular scintillator according to an embodiment of the present invention includes a lenticular scintillator 610 that emits light when a radiation is transmitted, A light measuring unit 540 for measuring light emitted from the light source 610 and an optical fiber 530 for transmitting the light emitted from the lenticular scintillator 610 to the optical measuring unit 540, And the lens type scintillator 610 may include a lens shape so as to reduce light loss in transmitting light to an optical waveguide such as the optical fiber 530.

도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 렌즈형 섬광체(610)의 일면을 렌즈형으로 제작하고 이를 광섬유(530) 등 광 도파관 측으로 결합하도록 함으로써, 연결 부위에서의 광손실을 줄일 수 있게 된다. 도 5와 도 6을 비교하여 살펴볼 때, 도 6에서 렌즈형 섬광체(610)를 사용하여 실시간 방사선 조사량 측정 시스템을 구성하는 경우, 별개의 그린 렌즈(520)를 사용할 필요가 없어 단가 및 생산성을 개선할 수 있다.6, one surface of the lens-shaped scintillator 610 is formed in a lens shape and coupled to the optical waveguide such as the optical fiber 530, thereby reducing light loss at the connection site. 6 and FIG. 6, when the real-time irradiation dose measurement system is constructed using the lens type scintillator 610 in FIG. 6, it is not necessary to use a separate green lens 520, thereby improving the unit price and productivity can do.

덧붙여, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 광섬유(530) 등 광 도파관과 광측정부(540)의 연결 부위에는 그 결합 효율(coupling efficiency)를 개선하기 위하여 그린 렌즈(520)를 추가로 삽입할 수도 있다.6, a green lens 520 may be further inserted into the connection portion between the optical waveguide and the light measuring unit 540 such as the optical fiber 530 to improve coupling efficiency thereof It is possible.

도 7은 점진적인 굴절율 변화를 가지는 광결정층(710)이 적용된 섬광체(510)를 나타낸 그림이다. 섬광체(510)는 통상 1.8 ~ 2.1 정도의 높은 굴절율을 가지기 때문에 내부 전반사가 발생하게 되고, 이에 따라서 이론적으로 광방출 효율이 10% 이하의 낮은 값을 가지게 된다. 따라서, 섬광체(510)에서 발생한 빛의 방출 효율을 증가시키기 위해서는 임계각을 넓히거나 임계각의 벗어나는 경우에는 회절에 의해서 방출 효율을 높일 필요가 있다. 도 7의 경우는 폴리머 광결정층(710)을 나타낸 것이다. 광결정층(710)을 형성하는 방법으로는 식각 혹은 몰딩, 나노 임프린팅 등 다양한 방법이 사용될 수 있고, 여기서는 나노 임프린팅의 경우를 나타낸 것이다. 여기 광결정층(710)과 섬광체(510) 사이의 1차 폴리머층의 폴리머의 굴절율이 1.5이므로, 섬광체(510)의 굴절율 1.8 ~ 2.1 및 공기의 굴절율 1과 비교할 때, 그 굴절율의 변화량이 작아 임계각을 크게 할 수 있어 방출효율을 높일 수 있다. 또한, 광결정층(710)에 의한 회절 현상에 의해서 임계각을 벗어나는 광에 대해서도 방출 효율을 높일 수 있는 장점도 있다.7 is a view showing a scintillator 510 to which a photonic crystal layer 710 having a gradual change in refractive index is applied. Since the scintillator 510 has a high index of refraction of about 1.8 to 2.1, the total internal reflection occurs. Therefore, theoretically, the light emission efficiency is as low as 10% or less. Accordingly, in order to increase the emission efficiency of the light emitted from the scintillator 510, it is necessary to increase the critical angle or increase the emission efficiency by diffraction when the critical angle deviates. 7 shows the polymer photonic crystal layer 710. In FIG. As the method of forming the photonic crystal layer 710, various methods such as etching or molding, and nanoimprinting can be used. Here, the case of nanoimprinting is shown. Since the refractive index of the polymer of the first polymer layer between the excitation photonic crystal layer 710 and the scintillator 510 is 1.5, the amount of change in the refractive index is small when compared with the refractive index 1.8 to 2.1 of the scintillator 510 and the refractive index 1 of air, It is possible to increase the emission efficiency. In addition, there is also an advantage that the emission efficiency can be increased for light deviating from the critical angle by the diffraction phenomenon by the photonic crystal layer 710.

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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

500 : 그린 렌즈를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템
510 : 섬광체
520 : 그린 렌즈
530 : 광섬유
540 : 광측정부
600 : 렌즈형 섬광체를 포함하는 실시간 방사선 조사량 측정 시스템
610 : 렌즈형 섬광체
710 : 광결정층500: Real-time radiation dose measurement system including green lens
510: scintillator
520: Green lens
530: Optical fiber
540:
600: Real-time radiation dose measurement system including a lens type scintillator
610: Lens type scintillator
710: Photonic layer

Claims

A scintillator which emits light when radiation is transmitted;
A light measuring unit for measuring light emitted from the scintillator;
An optical waveguide for transmitting light emitted from the scintillator to the optical measuring unit; And
And a green lens (GRIN lens) interposed between the scintillator and the optical waveguide and between the optical waveguide and the optical measuring unit to reduce light loss in the process of transmitting light,
The scintillator may include a polymer layer comprising a photonic crystal layer and a polymer having a gradual change in refractive index capable of increasing the light emission efficiency and the refractive index of the polymer may be a value between the index of refraction of the scintillator and air Wherein the radiation dose measuring system comprises:

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The method according to claim 1,
Wherein the optical fiber is used as the optical waveguide.

The method according to claim 1,
Wherein the optical measuring unit comprises an avalanche photodiode.

The method according to claim 1,
Wherein the scintillator comprises a nanoparticle material. &Lt; Desc / Clms Page number 20 >

The method according to claim 1,
Wherein one or more of the scintillator, the optical waveguide, and the light measuring unit includes a reflection film coating capable of reducing light loss.

9. The method of claim 8,
Wherein the scintillator has a total reflection metal coating while leaving only a light emission port.

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