암 치료를 위한 새로운 방사선 기술

미국 오하이오 주의 의료기기 업체인 뷰레이(ViewRay) 사는 기존의 다엽 콜리메이터(MLC)보다 더욱 정밀하고 정확하게 작동하는 MLC를 개발하기 위해 맥슨 모터와 손을 잡았습니다. 모터, 기어, 엔코더 및 제어기 모듈을 포함한 맥슨의 초정밀 드라이브가 MLC의 중요 부품을 구동합니다.

오하이오 주, 클리브랜드에 위치한 뷰레이는 암 치료를 위한 방사선 기술을 개발하는 의료기기 회사입니다. 뷰레이의 시스템은 자기공명영상(MRI)을 통해 방사선 치료가 진행되는 동안 연부 조직의 연속적 촬영을 가능하게 합니다. 이를 통해 임상의는 세포에 투사되는 방사선의 위치와 양을 확인할 수 있으며 각 환자의 신체적 특징에 맞추어 이를 조정할 수 있습니다. 뷰레이의 방사선 시스템은 환자에게 최상의 치료를 제공할 수 있는 5개의 보조 시스템으로 구성되어 있으며, 이는 실시간 MRI, 치료 계획, 방사선량의 예측 및 최적화, 연부 조직의 실시간 표적화 및 원격 조정을 통한 확인 및 승인으로 이루어집니다. 치료는 세 개의 다엽 콜리메이터와 쉴드 처리된 세 개의 코발트-60원소를 사용할 수 있는 자기공명영상실에서 진행됩니다.

일반적 방사선 치료에서의 촬영은 방사선 빔이 켜지지 않은 상태인 치료 전, 후에 진행됩니다. 때문에 방사선의 사용에 제약이 따르며 치료를 진행하는데 한계가 있습니다. 치료 중에 연부 조직의 움직임이 종양의 위치를 변화시켜 연부 조직의 손상까지도 야기할 수 있기 때문입니다. 뷰레이는 이러한 문제들을 MRI와 방사선 치료 기술을 결합하여 해결하였습니다. 이 시스템은 환자의 치료가 진행되거나 방사선이 켜져 있는 동안, 연부 조직의 영상을 연속적으로 촬영함으로써 정확한 위치설정과 방사선량을 조정할 수 있습니다. 뷰레이 엔지니어팀은 MLC 시스템의 가장 중요한 부분은 모터 제어 시스템이며MRI마그넷과 갠트리 등으로 인한 공간의 제약은 MLC에 맞는 모터의 개발이 매우 까다롭고 어려운 문제라고 설명합니다. 이 시스템에는 세 개의 감마선이 사용되는데, 뷰레이의 이중초점 MLC는 기존의 가속 장치와 견줄만한 정확한 조사 경계면을 만들도록 설계되었으며 이로써 환자의 더욱 안전한 치료가 가능해집니다.

디지털 위치제어기 EPOS2
사용된 맥슨 EPOS2 모듈 36/2는 소형 디지털 위치제어기로, 각 콜리메이터의 모션 제어를 위한 60개의 채널을 묶어 사용하고 있습니다.  하나의 마더보드에30개의 EPOS 모듈이 장착되어 각 콜리메이터 당 두 개의 마더보드가 장착되어 있습니다. 뷰레이 시스템에는 이러한 콜리메이터가 세 개 사용되고 있습니다. 플러그인 모듈을 적용한 EPOS2 모듈 36/2는 소형 드라이브의 단축 및 다축 제어에 적합합니다. EPOS 모듈은 다이내믹하고 고효율/고출력의 특징을 가지며 디지털 엔코더형 DC 모터를 구동합니다.

모터, 기어 및 엔코더로 이루어진 180개의 결합 모듈
각 콜리메이터는 양쪽으로30개씩 배열되어 있는 60개의 판으로 구성되어 있습니다. 뷰레이 시스템은 세 개의 콜리메이터로 구성되기 때문에, 여기에는 총 180개의 EPOS 제어기와 함께 180개의 모터, 기어, 엔코더 모듈이 사용됩니다. 갠트리에 장착된 MLC는 목표 지점에 세 개의 감마선의 콜리메이터가 위치할 수 있도록 합니다. 갠트리 장치가 지정된 위치로 이동하는 동안, 각 콜리메이터의 판은 치료 계획에 따라 정해진 위치로 배치됩니다. 이를 위해 CANopen 통신 명령이 모터, 기어, 엔코더 및 제어기로 구성된 해당 교점으로 전송됩니다. 이로써 환자의 치료 계획에 따라 방사선 빔을 정확히 조준할 수 있습니다.

시스템에 사용된 180개의 모터는 4.5 W 급의 맥슨 브러시 DC 모터 RE 16으로, 모터의 최대 구동 속도는 11,000rpm입니다. 이 모터는 정밀한 제어를 위해 엔코더Menc 13과 기어 GP16A (감속비 19:1, 1cm/s)과 결합되어 사용됩니다. EPOS 스튜디오는 간편한 사용 및 개발 환경을 제공하여 기술 검증과 최종 제품의 개발 활동이 원활히 진행될 수 있도록 합니다. MLC의 제어기는 MRI 자기장의 영향으로 인해 모터로부터 떨어져 있어야 하며 대류 냉각 섀시 안에 설치되어 있어야 합니다.

 © maxon motor ag

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