LINear ACcelerator (LINAC, 선형가속기, 외부방사선치료기)

electron을 직선형 가속관에서 가속시켜 얻은 큰 에너지를 이용하여 고에너지 방사선을 얻어내고 이 고에너지 방사선을 통해 종양 등을 치료하는 장비.

라이낙 이라고 흔히 부름.

Conventional Radiation Therapy(RT), 3D Conformal RT, Stereotatic Radiosurgery, Itensity Modified RT, Image Guided RT 등에 이용됨: RT의 가장 기본이 되는 의료장비.

1. Physics

2. 구조

2-1.고주파 발진기 (High Freq. Oscillator)

2-1-1.RF Power Generator :

• LINAC은 고주파를 이용하여 electron을 가속시킴.
• 해당 고주파를 발생시키는 장치.
  • ~6MeV의 경우, Magnetron
  • ~18MeV의 경우, Klystron

2-1-2.Waveguide

• 만들어진 microwave를 Accelerating tube(가속관)까지 전달하는 도파관.
• 도파관 : microwave 이상의 높은 주파수의 전기 에너지나 신호를 전송하는 전송로

2-2. Accelerating tube

2-2-1.Electron Gun

• 가속시킬 전자를 발생시키는 곳으로 가속기 안으로 전자를 주입시키는 곳.

2-2-2. Accelerating waveguide

• 전자를 가속시켜 높은 에너지를 얻게하는 장치.
• 벽면에서 에너지 손실을 줄이기 위해 전기전도가 잘되는 순도높은 구리를 사용.
• 가속에 많은 열이 발생하기 때문에 증류수를 이용한 냉각장치가 설치됨.

2-2-3. Ion pump

• 방전 또는 전자와 공기의 충돌을 막기 위해서 관 내부에 일정수준의 진공이 필요함.
• 해당 진공을 유지하기 위해 사용되는 펌프.

2-2-4. Bending magnet (편향 전자석)

• 전자석의 자기장을 이용하여 전자의 경로를 변경 : 270도로 편향.

2-3. Gantry Head

Treatment Head라고도 불림.

가속된 전자를 통해 방사선(X-ray)를 발생시키고 해당 방사선을 치료할 부위에 적합하게 방출해주는 장치.

다음으로 구성됨

• X-ray target (x-ray가 발생되는 장치)
  • 고에너지의 가속편향된 전자가 충돌하여 X-ray를 발생시킴.
  • 텅스텐으로 구성되며, 고에너지의 전자와 충돌하기 때문에 주변에 냉각장치가 구성됨
• Collimator (or multleaf collimator)

• Beam flattening fitlter (선속 평탄여과판)
  • 선속평탄여과판(flattening filter, 2F)의 역할은 LINAC내에서 고속으로 가속된 전자와 transmission target(=X-ray target)과의 상호작용으로 발생된 불균일한 beam의 강도 분포를 평탄화시킴 (가운데의 에너지가 높고 주변부가 낮음)
  • 선속평탄여과판의 사용은 조사용기(treatment head)로부터 누설 및 산란 선량을 증가시키는 단점을 지님.
  • 최근엔 컴퓨터에 의해 제어되는 MLC를 이용하는 flattening filter free(3F)의 사용이 늘어가고 있음.
• Ion chamber.
  • 이온 선량계.
  • 방사선의 선량을 측정하여 사용자에게 수치로 알려주는 장치임.

 

3. 응용사례 : External beam therapy

• 선형가속기(LINAC) 등을 이용하여 만든 고에너지의 X선이나 전자선 이용.
• 해당 방사선을 환자의 피부에 통과시켜 몸 내부에 있는 종양까지 도달하게 하여 암세포를 죽임.
• 치료 시 통증은 전혀 없으며 1회 치료시간은 5분 이내이고, 전체 치료 기간은 치료 목적이나 방사선에 대한 병의 민감도에 따라 다름.
  • 초기엔 종양 부위와 암세포가 퍼져있을 가능성이 높은 부위를 모두 포함한 넓은 영역을 치료
  • 이후 몇 단계에 걸쳐 치료 계획을 바꾸어 치료 영역을 점차 줄여나감.
  • 마지막에는 종양부위에만 방사선을 조사

외부에서 방사선을 조사하지 않고, 인체 조직 내에 직접 방사성 동위원소를 삽입하여 치료하는 방법을 Brachytherapy라고 함.