KR101500522B1 - Image scanner for detecting absorbed dose of radial rays - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너 및 스캔 방법에 관한 것으로, 특히 인체로 조사되는 방사선량에 대하여 방사선의 실제 흡수량을 신속하게 측정할 수 있는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너 및 스캔 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an image scanner and a scanning method for measuring an absorbed dose of radiation, and more particularly, to an image scanner and a scanning method for measuring an absorbed dose of radiation capable of rapidly measuring an actual absorption amount of a radiation with respect to a radiation dose irradiated to a human body .
환자의 신체 내 존재하는 악성 또는 양성 종양을 치료하는 방법으로서, 수술, 항암치료 및 방사선 치료가 존재한다. 이 중에서도 방사선 치료란, 환자의 신체 외부에서 각종 장비를 이용하여 파장이 매우 짧고 높은 에너지를 갖는 방사선을 종양에 조사하여 제거하는 치료 방법을 말한다. As a method of treating malignant or benign tumors present in the patient's body, surgery, chemotherapy, and radiotherapy are available. Among them, radiation therapy refers to a treatment method in which a radiation having a very short wavelength and a high energy is irradiated to a tumor by using various equipment outside the patient's body to remove the radiation.
이처럼 환자의 종양조직으로 방사선을 조사하기 전에, 환자의 현재 신체 조직 내 존재하는 종양의 크기, 위치 등을 고려하여 방사선의 조사 위치 및 조사량을 결정하는 방사선 치료계획이 요구된다. Thus, prior to irradiation of the tumor tissue of the patient, a radiation treatment plan is required to determine the irradiation position and dose of the radiation considering the size and position of the tumor present in the patient's current tissue.
특히, 이러한 방사선 치료는 일회성으로 종양 조직에 방사선을 조사하여 치료가 완료되는 것이 아니라, 일정한 시간차를 두고 복수 회에 걸쳐 종양조직에 각기 다른 양의 방사선이 조사되어 치료가 이루어진다. In particular, such radiotherapy is not a treatment to be completed by irradiating the tumor tissue with a one-time treatment, but the treatment is performed by irradiating the tumor tissue with various amounts of radiation several times over a predetermined time interval.
이와 같이, 미리 설정한 기간 내 복수 회에 걸쳐 방사선의 조사가 이루어지기 때문에, 시간이 지남에 따라 종양의 크기 또는 위치가 변화하게 된다. 따라서, 방사선 치료 시작 전에 처음 수립한 치료 계획을 치료가 종료될 때까지 동일하게 사용하는 경우, 종양의 위치가 이동하거나, 이전 치료의 효과로 인하여 종양의 크기가 변화함에 따라 악성 또는 양성 종양이 아닌 정상조직으로 방사선이 조사될 수 있으며, 이에 따라 정상조직이 제거되는 등의 심각한 부작용을 초래하는 문제점이 발생했다. 또한, 방사선 치료계획에 따라 미리 설정된 양의 방사선이 종양으로 조사되었으나, 실제 종양의 방사선 흡수량이 조사량과 동일하지 않는 경우가 발생하여 계획한 치료과정이 원활히 이루어지지 않는 문제점이 발생했다.
Since radiation is irradiated a plurality of times within a preset period, the size or position of the tumor changes over time. Therefore, if the treatment plan initially established before the initiation of radiotherapy is used until the end of therapy, the location of the tumor may shift, or as the size of the tumor may change due to the effect of the previous treatment, Radiation can be irradiated to normal tissues, resulting in serious side effects such as removal of normal tissue. In addition, although a predetermined amount of radiation was irradiated to the tumor according to the radiation treatment plan, the actual radiation dose of the tumor was not the same as the irradiation dose, resulting in a problem that the planned treatment process was not performed smoothly.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 신체 내 종양 조직으로 조사한 방사선에 대하여 실제 종양조직의 방사선 흡수량을 정확하고 신속하게 측정할 수 있는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너 및 스캔 방법을 제공하고자 한다.
In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides a video scanner and a scanning method for measuring the absorbed dose of radiation, which can accurately and rapidly measure the radiation absorption amount of the actual tumor tissue with respect to the radiation irradiated to the tumor tissue in the body .
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따른 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너는 빛을 조사하는 광원부; 상기 광원부로부터 조사된 빛을 수신하며, 수조의 유체 내 형성되어 일정량의 방사선을 흡수하는 겔 디텍터(Gel Detector); 상기 겔 디텍터의 회전 방향 또는 회전각을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어부; 상기 제어신호에 기초하여 상기 겔 디텍터를 회전시키는 회전부; 상기 겔 디텍터를 투과한 빛의 양을 조절하는 콜리메이터; 및 상기 콜리메이터를 통과한 빛을 연속촬영하여, 상기 겔 디텍터의 방사선흡수량을 나타내는 영상을 생성하는 촬영부;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an image scanner for measuring an absorbed dose of radiation, comprising: a light source for irradiating light; A gel detector for receiving the light emitted from the light source unit and formed in the fluid of the water tank to absorb a predetermined amount of radiation; A control unit for generating a control signal for controlling the rotation direction or the rotation angle of the gel detector; A rotator for rotating the gel detector based on the control signal; A collimator for adjusting the amount of light transmitted through the gel detector; And a photographing unit for continuously photographing the light passing through the collimator and generating an image representing the amount of absorbed radiation of the gel detector.
보다 바람직하게는 상기 겔 디텍터를 등속원운동 상태로 연속하여 회전시키는 회전부를 포함할 수 있다.More preferably, the gel detector may include a rotation unit that continuously rotates the gel detector in a constant-velocity motion state.
특히, 상기 겔 디텍터를 초당 10도, 15도, 30도 중 적어도 하나의 각도로 회전시키는 회전부를 포함할 수 있다. In particular, it may include a rotating part that rotates the gel detector at at least one of 10 degrees, 15 degrees, and 30 degrees per second.
특히, 펄스 당 1.8도의 회전각을 갖는 스텝모터로 이루어지는 회전부를 포함할 수 있다. In particular, it may include a rotating part composed of a step motor having a rotation angle of 1.8 degrees per pulse.
특히, 파장대역이 590 nm 인 황색 LED 및 파장대역이 630 nm 인 적색 LED 로 이루어지는 광원부를 포함할 수 있다. In particular, it may include a light source unit including a yellow LED having a wavelength band of 590 nm and a red LED having a wavelength band of 630 nm.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따른 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캔방법은 광원부가 빛을 조사하는 단계; 겔 디텍터가 조사된 빛을 수신하여 투과시키는 단계; 콜리메이터가 상기 겔 디텍터를 투과한 빛의 양을 조절하는 단계; 촬영부가 상기 콜리메이터를 통과한 빛을 연속촬영하여, 상기 겔 디텍터의 방사선 흡수량을 나타내는 영상을 생성하는 단계; 를 포함하되, 상기 겔 디텍터가 조사된 빛을 투과시키는 단계를 수행한 후, 콜리메이터가 빛의 양을 조절하는 단계를 수행하기 전, 제어부가 상기 겔 디텍터의 회전 방향 또는 회전각을 제어하는 제어신호를 생성하는 단계; 회전부가 상기 제어신호에 기초하여 상기 겔 디텍터를 회전시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided an image scanning method for measuring an absorbed dose of radiation according to an embodiment of the present invention includes the steps of irradiating light by a light source unit; The gel detector receiving and transmitting the irradiated light; Adjusting the amount of light transmitted by the collimator through the gel detector; The imaging unit successively capturing light passing through the collimator to generate an image representing the amount of absorbed radiation of the gel detector; Wherein the control unit controls the rotation angle or the rotation angle of the gel detector before the collimator adjusts the amount of light after performing the step of transmitting the irradiated light by the gel detector, ≪ / RTI > And rotating the gel detector based on the control signal.
보다 바람직하게는 상기 겔 디텍터를 등속원운동 상태로 회전시키는 상기 회전부가 상기 겔 디텍터를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. More preferably, the rotating part for rotating the gel detector in a constant-velocity motion state may include rotating the gel detector.
특히, 상기 겔 디텍터를 멈춤없이 연속하여 회전시키는 상기 회전부가 상기 겔 디텍터를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
In particular, the rotating part for continuously rotating the gel detector without stopping may include rotating the gel detector.
본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너 및 스캔방법은 방사선을 흡수한 겔 디텍터를 등속원운동으로 연속 회전시키고, 상기 겔 디텍터를 투과한 빛을 상기 겔 디텍터의 회전 시마다 연속하여 촬영함으로써, 영상 스캔 시간을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다. The image scanner and the scanning method for measuring the absorbed dose of radiation according to the present invention are characterized in that a gel detector absorbing radiation is continuously rotated in a constant velocity circular motion and the light transmitted through the gel detector is continuously photographed every time the gel detector rotates, There is an effect that the scan time can be remarkably reduced.
또한 본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너 및 스캔방법은 연속하여 회전하는 겔 디텍터를 투과한 빛을 연속촬영하여 2D 영상을 생성한 후, 생성된 2D 영상을 3D 영상으로 변환함으로써, 방사선의 흡수선량을 보다 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the image scanner and the scanning method for measuring the absorbed dose of radiation according to the present invention continuously generate a 2D image by successively photographing light transmitted through a gel detector rotating continuously, convert the generated 2D image into a 3D image, It is possible to more accurately grasp the absorbed dose.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너를 실제 구현한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캔 방법의 순서도이다. 1 is a schematic view of an image scanner for measuring an absorbed dose of radiation according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an actual implementation of an image scanner for measuring the absorbed dose of radiation according to the present invention.
3 is a flowchart of an image scanning method for measuring an absorbed dose of radiation according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 바람직한 실시 예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments and accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너에 대하여 자세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, the image scanner for measuring the absorbed dose of radiation of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너를 실제 구현한 예를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a schematic view of an image scanner for measuring an absorbed dose of radiation according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an actual implementation of an image scanner for measuring an absorbed dose of radiation of the present invention.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너(100)는 광원부(110), 겔 디텍터(120), 제어부(130), 회전부(140), 콜리메이터(150), 및 촬영부(160)를 포함한다. 1 and 2, the
광원부(110)는 상기 겔 디텍터(120)를 투과하기 위한 빛을 생성하고, 생성한 빛을 상기 겔 디텍터(120)로 조사하는데, 파장대역이 590 nm 인 황색 LED 와, 파장대역이 630 nm 인 적색 LED 로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 황색 LED와 적색 LED가 칩(chip) 형태로 일렬로 각각 형성되는데, 이와 같이 일렬로 형성된 황색 LED 칩과 적색 LED 칩은 서로 맞대어 배치되며, 이러한 황색 LED 칩과 적색 LED 칩이 사각형태로 배치되어 이루어질 수 있다. The
겔 디텍터(120)는 상기 광원부(110)와 일직선 상태에 배치된 수조의 내부 유체에 위치하여, 상기 광원부(110)로부터 조사된 빛을 수신하여 투과시킨다. 이러한 겔 디텍터(120)는 인체 내 종양조직으로 조사된 방사선의 실제 흡수선량을 파악하기 위해 인체를 대신하는 모형으로서, 방사선의 감쇠, 산란 또는 방사성 물질의 분포 등을 측정하기 위해 사용된다. 따라서, 환자의 종양 조직으로 방사선 치료 계획에 따라 조사되는 방사선량과 동일한 양의 방사선이 상기 겔 디텍터(120)로 미리 조사됨에 따라 상기 겔 디텍터(120)가 조사된 방사선을 흡수한다. The
제어부(130)는 상기 겔 디텍터(120)의 회전 방향 또는 회전각을 제어하는 제어신호를 생성한다. 이러한 제어부(130)는 펄스를 생성하고, 상기 겔 디텍터를 회전 시키기 위한 회전 방향 및 회전각을 결정한 후, 결정한 회전 방향 및 회전각을 나타내는 제어신호를 생성하여, 생성한 제어신호를 상기 회전부(140)로 전달한다. 특히, 상기 제어부(130)는 GPU(Graphic Processing Unit)로 이루어짐에 따라, 광원 효과 및 질감 표현이 보다 정밀하게 되어 3D 그래픽 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 GPU는 수백개, 수천개의 연산 core들이 동시에 parallel하게 연산을 수행함으로 가능하다. GPU의 각 core들은 CPU의 각 core들 보다 기능적으로 떨어지지만, 이를 쉽게 수천개까지 확장이 가능하여, 동시에 연산할 수 있는 양을 늘릴 수 있기 때문에, 다루고 있는 data의 양이 많을 경우 GPU로 parallel programming을 함으로써 많은 이득을 볼 수 있다.The
또한 GPU의 프로그래밍 형태는 CUDA에서는 아래 수식과 같이 각 스레드를 grid, 그 아래 block, 그 아래 스레드 순서로 직접 접근이 가능하도록 하여, In addition, the programmatic form of GPU allows each thread to be directly accessible in the order of grid, lower block, and lower thread, as in the following formula in CUDA,
여러 개의 픽셀 또는 복셀에 대해 같은 연산을 지시할 경우, 각 픽셀 또는 복셀을 하나의 스레드에 할당하여 프로그래밍하도록 설계되어 있다. When designating the same operation for multiple pixels or voxels, it is designed to allocate each pixel or voxel to one thread and program it.
예를 들어, 블록의 개수를 5개라 하고, 스레드의 개수를 256 개라 할당했다 하면, blockIdx.x 는 0~4 가 되고, blockDim.x 는 256, threadIdx.x 는 0~255 가 된다. 따라서, id 는 0 내지 1279까지 할당할 수 있고, 전체 1280 개의 픽셀이 있으면, 각 id는 0 내지 1279 번째의 각 픽셀을 연산하게 된다. For example, if the number of blocks is 5 and the number of threads is 256, then blockIdx.x is 0 to 4, blockDim.x is 256, and threadIdx.x is 0 to 255. Therefore, id can be assigned from 0 to 1279, and if there are a total of 1280 pixels, each id computes each pixel from 0 to 1279th.
요약하면, 종래의 CPU에서 같은 연산을 N 개의 복셀(voxel)에 대해 수행할 경우, for 문을 0 내지 N-1까지 돌려서 수행한다면, CUDA 에서는 0 내지 N-1까지의 스레드(thread)를 할당하여 이를 동시에 연산하게 한다. In summary, if the same operation is performed on N voxels in the conventional CPU, if the for statement is executed from 0 to N-1, CUDA allocates 0 to N-1 threads So as to simultaneously operate them.
이에 더하여, GPU에서는 텍스처 메모리를 제공하여, 텍스처 메모리에 할당된 좌표에서의 보간을 쉽고 빠르게 수행할 수 있다. 예를 들어, 2 x 2 매트릭스를 상기 텍스처 메모리에 할당할 경우, (0.5, 0.5)의 좌표에 해당하는 보간값을 얻고 싶다면, 로 프로그래밍함으로써 값을 얻을 수 있다. In addition, the GPU provides texture memory, which allows you to quickly and easily perform interpolation at coordinates assigned to texture memory. For example, when a 2 x 2 matrix is assigned to the texture memory, if it is desired to obtain an interpolation value corresponding to a coordinate of (0.5, 0.5) To obtain a value.
이러한 장점은 CT 영상 제구성에서 빈번히 사용되며, 따라서 이로 인한 속도 향상도 크다. 본 과제에서는 voxel driven back-projection을 사용하였는데, 이 때 복원하고자 하는 복셀과 초점을 잇는 직선이 디텍터와 부딪치는 좌표가 대부분 integer 값이 아닌 소수점 값이 된다. 2차원 영상 디텍터의 측정값을 텍스처 메모리에 할당한 후, 소수점 좌표를 입력값으로 넣음으로써, 역투사를 쉽고 빠르게 구현할 수 있다.These advantages are frequently used in CT image reconstruction, and thus the speed increase is also great. In this task, voxel-driven back-projection is used. In this case, the coordinates of the detector that contacts the voxel and the focal line to be reconstructed are decimals rather than integer values. By assigning the measured values of the 2D image detector to the texture memory and then inputting the decimal point coordinates as an input value, the reverse projection can be implemented easily and quickly.
회전부(140)는 상기 겔 디텍터(120)의 상부 또는 하부에 상기 겔 디텍터(120)와 맞닿도록 위치하며, 상기 제어부(130)로부터 수신한 제어신호에 따라 상기 겔 디텍터(120)를 회전시킨다. 이때, 상기 회전부(140)는 펄스 당 1.8도의 회전각을 갖는 스텝모터로 이루어질 수 있다. 이러한 스텝모터(step motor)는 입력 펄스 수에 대응하여 일정 각도씩 움직이는 모터를 나타내며, 입력 펄스 수와 모터의 회전각도가 완전히 비례하므로 회전각도를 정확하게 제어할 수 있다. The
즉, 상기 회전부(140)가 펄스당 1.8도의 회전각을 가지고, 프리스케일(MCU가 발생시키는 클럭에서 분주비의 개수만큼을 묶어 그 묶은 클럭을 다시 하나의 클럭이라고 인지하도록 하는 것)이 32 라고 가정하면, 모터를 360도 회전시키기 위해 200 번의 회전이 이루어지며, 200 × 32 연산에 따라 총 6400 펄스가 회전에 사용된다. 또한 상기 회전부(150)는 상기 제어신호에 따라 초당 10도, 15도, 30도 중 적어도 하나의 각도로 겔 디텍터(120)를 연속하여 회전시킬 수 있다. 이러한 경우, 상기 회전부(140)가 초당 10도 회전 시 영상 스캔시간은 36초, 15도 회전 시 24초, 30도 회전 시 12초 정도가 소요될 수 있다. That is, the
특히, 상기 회전부(140)에 의해 연속 회전하는 상기 겔 디텍터(120)는 수조 내부의 유체에 위치하므로, 연속 회전할 때 마다 발생하는 유체의 움직임에 의해 상기 겔 디텍터(120) 또한 영향을 받게 된다. 즉, 겔 디텍터(120)의 회전 시, 수조 내 유체의 움직임으로 인하여 겔 디텍터가 회전할수록 위치가 미세하게 변화할 수 있다. Particularly, since the
이러한 경우, 상기 겔 디텍터(120)의 회전 시 위치 변화 또는 진동 발생여부를 더 확인할 수 있다. In this case, it is further confirmed whether the position of the
본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너는 위치확인부(미도시)를 더 구비하여, 상기 위치확인부가 상기 수조의 내부 유체에 위치하는 겔 디텍터(120)의 실제 회전 방향, 위치, 각도 중 적어도 하나를 확인한다. 이에 따라, 상기 위치확인부는 상기 겔 디텍터(120)의 매 회전 마다 상기 겔 디텍터(120)의 회전 방향, 위치, 각도를 측정하여 측정값이 회전 이전의 값들과 동일한지 비교한다. The image scanner for measuring the absorbed dose of radiation according to the present invention further includes a position confirming unit (not shown), and the position confirming unit is provided with a position detecting unit Check at least one. Accordingly, the position checking unit measures the rotational direction, the position, and the angle of the
만약 이때, 상기 겔 디텍터(120)의 이전 회전 시 측정값과, 회전 후 측정값이 상이한 경우에는 상기 위치확인부가 상기 제어부(130)로 회전부(140)의 회전에 대한 정지신호를 전송한다. If the measurement value at the previous rotation of the
이에 따라, 상기 제어부(130)가 상기 위치확인부로부터 회전에 대한 정지신호를 수신한 경우에는 회전부(140)의 회전을 일시 정지 시키고, 상기 회전부(140)의 회전 방향, 위치, 각도를 재조정한 제어신호를 재생성한 후, 재생성된 제어신호를 상기 회전부(140)로 전송한다. Accordingly, when the
상술한 바와 같이, 회전부(140)에 의해 등속원운동을 수행하는 겔 디텍터(120)가 유체의 움직임에 의해 회전 방향, 위치, 각도 등이 변화하는 경우, 상기 겔 디텍터의 이후 회전 시, 변화된 값을 반영하여 원활한 등속원운동이 유지되도록 함으로써, 겔 디텍터의 회전 시 유체의 진동에 의한 겔 디텍터의 변화가 최소화될 수 있다. As described above, when the rotational direction, the position, the angle, and the like change due to the movement of the fluid, the
콜리메이터(150)는 상기 겔 디텍터(120)와 촬영부(160) 사이에 배치되며, 상기 겔 디텍터(120)를 투과한 빛에 대하여 상기 촬영부(160)로 전달되는 양을 조절한다. 특히, 촬영부(160)가 위치하는 방향으로만 빛이 조사되도록 하고, 그 외의 방향으로는 조사되지 않도록 제어할 수 있다. The
촬영부(160)는 상기 콜리메이터(150)를 통과한 빛을 연속촬영하여, 상기 겔 디텍터(120)의 방사선 흡수량을 나타내는 영상을 생성한다. 이러한 촬영부(160)는 영상 촬영을 위한 CCD 카메라로 이루어질 수 있는데, 이러한 CCD 카메라는 전하 결합 소자(CCD)를 사용하여 영상을 전기 신호로 변환함으로써, 디지털 데이터로 플레시 메모리 등의 기억 매체에 저장하는 장치를 말하며, CMOS형 카메라보다 화질이 우수한 장점을 가지고 있어, 정밀한 영상을 촬영해야 하는 경우 주로 사용되고 있다. 이때, 상기 촬영부(160)가 촬영하여 생성한 영상은 약 540 um의 최대 해상도를 가질 수 있다. The photographing
이와 같이, 상기 촬영부(160)가 촬영한 영상은 각각 2차원 영상이며, 본 발명은 영상변환부(미도시)를 더 구비하여, 상기 영상변환부가 이러한 복수 개의 2차원 영상을 이용하여 겔 디텍터에 대한 3차원 영상으로 변환할 수 있다. As described above, the image taken by the photographing
뿐만 아니라, 본 발명은 겔 디텍터(120)를 360도 회전시켜 영상을 스캔하는데 약 12초 정도가 소요됨에 따라, 종래의 영상 스캐너의 소요시간과 비교하면 영상 스캔 시간이 현저히 빠른 것을 알 수 있다. 이러한 특성을 갖는 본 발명의 이용 시, 영상 스캔시간이 급격히 감소함에 따라 획득한 영상의 분석 또한 빠르게 수행할 수 있어, 환자의 검진시간 및 대기시간을 줄이고, 보다 많은 수의 환자에 대한 방사선 흡수선량을 측정할 수 있다. In addition, since the present invention takes about 12 seconds to scan an image by rotating the
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캔 방법의 순서도이다.3 is a flowchart of an image scanning method for measuring an absorbed dose of radiation according to another embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캔 방법은 광원부(110)가 빛을 조사 한다(S210).As shown in FIG. 3, in the image scanning method for measuring the absorbed dose of radiation according to the present invention, the
겔 디텍터(120)가 조사된 빛을 수신하여 투과시킨다(S220). The
제어부(130)가 상기 겔 디텍터(120)의 회전 방향 또는 회전각을 제어하는 제어신호를 생성한다(S230). The
회전부(140)가 상기 제어신호에 기초하여 상기 겔 디텍터(120)를 회전시킨다(S240). 이때, 상기 겔 디텍터(120)가 등속원운동을 수행하도록 상기 회전부(140)가 겔 디텍터(120)를 회전시키며, 특히 상기 겔 디텍터(120)를 멈추지 않고 연속하여 회전시키는 것이 바람직하다. The
특히, 상기 회전부(140)에 의해 연속 회전하는 상기 겔 디텍터(120)가 수조 내부의 유체에 위치하므로, 상기 겔 디텍터(120)가 연속 회전할 때 마다 발생하는 유체의 움직임에 영향을 받게 된다. 즉, 겔 디텍터(120)의 회전 시, 수조 내 유체의 움직임으로 인하여 겔 디텍터가 회전할수록 위치가 미세하게 변화할 수 있다. Particularly, since the
이러한 경우, 상기 겔 디텍터(120)의 회전 시 위치 변화 또는 진동 발생여부를 더 확인할 수 있다. In this case, it is further confirmed whether the position of the
이를 위해, 본 발명의 위치확인부가 수조의 내부 유체에 위치하는 겔 디텍터(120)의 실제 회전 방향, 위치, 각도 중 적어도 하나를 확인한 후, 상기 겔 디텍터(120)의 매 회전 마다 상기 겔 디텍터(120)의 회전 방향, 위치, 각도를 측정하여 측정값이 회전 이전의 값들과 동일한지 비교한다. For this, after confirming at least one of the actual rotation direction, position and angle of the
만약 이때, 상기 겔 디텍터(120)의 이전 회전 시 측정값과, 회전 후 측정값이 상이한 경우에는 상기 위치확인부가 상기 제어부(130)로 회전부(140)의 회전에 대한 정지신호를 전송한다. If the measurement value at the previous rotation of the
이에 따라, 상기 제어부(130)가 상기 위치확인부로부터 회전에 대한 정지신호를 수신한 경우에는 회전부(140)의 회전을 일시 정지시키고, 상기 회전부(140)의 회전 방향, 위치, 각도를 재조정한 제어신호를 재생성한 후, 재생성된 제어신호를 상기 회전부(140)로 전송한다. 이와 같이, 회전부(140)에 의해 등속원운동을 수행하는 겔 디텍터(120)가 유체의 움직임에 의해 회전 방향, 위치, 각도 등이 변화하는 경우, 상기 겔 디텍터의 이후 회전 시, 변화된 값을 반영하여 원활한 등속원운동이 유지되도록 함으로써, 겔 디텍터의 회전 시 유체의 진동에 의한 겔 디텍터의 변화가 최소화될 수 있다.Accordingly, when the
이와 같이 등속원운동 상태로 회전하는 겔 디텍터(120)에 대하여, 콜리메이터(150)가 상기 겔 디텍터(120)를 투과한 빛의 양을 조절한다(S250).The
이에 따라, 촬영부(160)가 상기 콜리메이터(150)를 통과한 빛을 연속촬영하여, 상기 겔 디텍터(120)의 방사선 흡수량을 나타내는 영상을 생성한다(S260). 이때, 상기 촬영부(160)가 촬영한 영상은 각각 2차원 영상이며, 영상변환부가 이러한 복수 개의 2차원 영상을 이용하여 겔 디텍터에 대한 3차원 영상으로 변환할 수 있다. Accordingly, the photographing
이하에서는 2차원 영상을 3차원 영상으로 변환하는 과정에 대하여 자세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, a process of converting a two-dimensional image into a three-dimensional image will be described in detail.
FDK 알고리즘은 cone beam CT를 위한 재구성 알고리즘이다. The FDK algorithm is a reconstruction algorithm for cone beam CT.
2D 평면상의 오브젝트 를 θ 만큼 회전시켜 평행 투사하면 하기의 수학식 1과 같다.Objects on a 2D plane Is rotated by &thetas; and parallel projection is performed.
한편, 2차원 푸리에 변환으로부터, 관계가 성립함에 따라 데카르트 좌표(cartesian coordinate)를 극좌표로 변환하고, 라 하면, 로 나타낼 수 있다. 이때, 는 푸리에 슬라이스 정리에 의해, 의 푸리에 변환과 같게 된다. On the other hand, from the two-dimensional Fourier transform, As the relationship is established, Cartesian coordinates are converted into polar coordinates, In other words, . At this time, By Fourier slice theorem, . ≪ / RTI >
그러므로, 위 식이 의미하는 것은 0 ~ 180 도 사이에서 얻은 투사를 푸리에 도메인에서 |w| 로 필터링한 후, 공간으로 역 투사하여 요약하는 것이다.Therefore, the above equation implies that the projections obtained between 0 and 180 degrees in the Fourier domain | w | And then projected back into space to summarize.
팬 빔(Fan beam) CT 와 평행 빔(Parallel beam) CT의 차이점은 빔의 방사형태이다. 따라서, 팬 빔 기하학 구조 관련 파라미터를 평행 빔 기하학 구조 의 파라미터로 변환하면, 쉽게 팬 빔 재구성식이 유도될 수 있다.The difference between a fan beam CT and a parallel beam CT is the radiation pattern of the beam. Therefore, by converting the parameters related to the fan beam geometry to the parameters of the parallel beam geometry, the fan beam reconstruction equation can be easily derived.
팬 각을 γ라 하고, 초점 이동각을 β라 하면, 평행 빔에서의 θ = β + γ로 유도된다. 한편, 를 β각에서 얻은 s 좌표에서의 팬 빔 투사값이라 하면, 의 관계가 성립된다.When the fan angle is represented by gamma and the focal shift angle is represented by beta, it is derived as? =? +? In the parallel beam. Meanwhile, Is the pan-beam projection value at the s-coordinate obtained at the angle [beta] .
평행 빔에서의 여과 후 역투사(filtered back projection)을 극좌표로 나타내면, 와 같다. 이를 팬 빔 파라미터로 나타내면, 하기의 수학식 2와 같다. By plotting the filtered back projection after filtration in a parallel beam in polar coordinates, . This can be expressed by the following equation (2).
이때, , 라 하면, 상기 수학식 2는 하기의 수학식 3과 같이 간단하게 여과 후 역투사 형태로 표현된다.At this time, , , Equation (2) is simply expressed as a post-projection form after filtering as shown in Equation (3) below.
[수학식 3]&Quot; (3) "
Conebeam CT 가 앞선 평행 빔 또는 팬 빔과의 차이점은 디텍터가 회전방향 차원에 그에 수직한 세로 방향의 차원이 추가된 2차원을 갖고 있다는 점이다. 따라서, 이로부터 복원되는 영상 또한 2차원 영상이 아닌, 3차원 영상이 된다. 영상의 각 슬라이스를 별도로 측정하지 않고, 3차원 오브젝트를 투사한 2차원 측정정보를 이용할 수 있기 때문에, 스캔 소요 시간 및 X-ray 조사량을 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다.Conebeam CT differs from the preceding parallel beam or fan beam in that the detector has two dimensions in the rotational direction dimension plus a vertical dimension perpendicular thereto. Therefore, the reconstructed image is not a two-dimensional image but a three-dimensional image. It is possible to use the two-dimensional measurement information obtained by projecting the three-dimensional object without separately measuring each slice of the image, so that the time required for scanning and the amount of X-ray irradiation can be greatly reduced.
이러한 Cone Beam CT의 가장 기본적인 알고리즘은 팬 빔 여과 후 역투사 알고리즘을 세로 방향으로 확장한 FDK 알고리즘이다. The most basic algorithm of the Cone Beam CT is the FDK algorithm that extends the backward projection algorithm in the vertical direction after fan beam filtering.
축에 해당하는 슬라이스에 대해서는 팬 빔 알고리즘과 정확히 일치한다. FDK 알고리즘을 근사치 알고리즘이라고 하는 이유는 일 경우 , 로 가정하기 때문이다. 따라서, 일 때, ν가 커질수록, 위의 등호가 큰 에러로 성립하지 않기 때문에, ν0 에서 멀어질수록 복원된 영상이 틀어질 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 큰 에러없이 모든 슬라이스에 대해 영상이 정확히 복원된다는 것을 확인하였다. The slice corresponding to the axis exactly matches the fan beam algorithm. The FDK algorithm is called the approximate algorithm because If , . therefore, When, as the ν is large, because of the equal sign in the above does not hold true in a large error, it can be a more far away quality reconstructed image at ν 0 turn. However, in the present invention, it is confirmed that the image is correctly reconstructed for all slices without a large error.
위의 근사치로부터 유도된 FDK 복원식은 하기의 수학식 4와 같다.The FDK reconstruction equation derived from the above approximation is shown in Equation (4) below.
[수학식 4]&Quot; (4) "
FDK 알고리즘을 요약하면, 우선 빔 투사를 거리에 대해 정규화하고, 이를 필터링한 후, 역 투사 거리에 따른 가중치를 부여한 후, 역 투사한다. To summarize the FDK algorithm, first, the beam projection is normalized to the distance, filtered, and weighted according to the back projection distance, and then projected backward.
본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너는 방사선을 흡수한 겔 디텍터를 등속원운동으로 연속 회전시키고, 상기 겔 디텍터를 투과한 빛을 상기 겔 디텍터의 회전 시마다 연속하여 촬영함으로써, 영상 스캔 시간을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다. The image scanner for measuring the absorbed dose of radiation according to the present invention continuously rotates the gel detector absorbing the radiation by constant-velocity motion, continuously capturing the light transmitted through the gel detector every rotation of the gel detector, There is an effect that can be remarkably reduced.
또한 본 발명의 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너는 연속하여 회전하는 겔 디텍터를 투과한 빛을 연속촬영하여 2D 영상을 생성한 후, 생성된 2D 영상을 3D 영상으로 변환함으로써, 방사선의 흡수선량을 보다 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다.In addition, the image scanner for measuring the absorbed dose of radiation of the present invention continuously captures light transmitted through a gel detector rotating continuously to generate a 2D image, converts the generated 2D image into a 3D image, There is an effect that can be grasped more accurately.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Do.
110: 광원부 120: 겔 디텍터
130: 제어부 140: 회전부
150: 콜리메이터 160: 촬영부110: light source part 120: gel detector
130: controller 140:
150: collimator 160: photographing unit
Claims (8)
상기 광원부로부터 조사된 빛을 수신하며, 수조의 유체 내 형성되어 일정량의 방사선을 흡수하는 겔 디텍터(Gel Detector);
상기 겔 디텍터의 회전 방향 또는 회전각을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어부;
상기 제어신호에 기초하여 상기 겔 디텍터를 회전시키는 회전부;
상기 겔 디텍터의 실제 회전 방향, 회전 위치, 회전 각도 중 적어도 하나를 확인함으로써, 수조 내 유체의 움직임에 의해 상기 겔 디텍터가 변화하는 것을 감소시키는 위치확인부;
상기 겔 디텍터를 투과한 빛의 양을 조절하는 콜리메이터; 및
상기 콜리메이터를 통과한 빛을 연속촬영하여, 상기 겔 디텍터의 방사선흡수량을 나타내는 영상을 생성하는 촬영부;
를 포함하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너.
A light source unit for irradiating light;
A gel detector for receiving the light emitted from the light source unit and formed in the fluid of the water tank to absorb a predetermined amount of radiation;
A control unit for generating a control signal for controlling the rotation direction or the rotation angle of the gel detector;
A rotator for rotating the gel detector based on the control signal;
A position determiner for determining at least one of an actual rotation direction, a rotation position, and a rotation angle of the gel detector, thereby reducing a change in the gel detector due to the movement of fluid in the water tank;
A collimator for adjusting the amount of light transmitted through the gel detector; And
A photographing unit which continuously photographs the light passing through the collimator and generates an image showing a radiation absorption amount of the gel detector;
And measuring the absorbed dose of radiation.
상기 회전부는
상기 겔 디텍터를 등속원운동 상태로 연속하여 회전시키는 것을 특징으로 하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너.
The method according to claim 1,
The rotating part
And the gel detector is continuously rotated in a constant-velocity motion state.
상기 회전부는
상기 겔 디텍터를 초당 10도, 15도, 30도 중 적어도 하나의 각도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너.
The method according to claim 1,
The rotating part
Wherein the gel detector rotates at least one angle of 10 degrees, 15 degrees, and 30 degrees per second.
상기 회전부는
펄스당 1.8도의 회전각을 갖는 스텝모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너.
The method according to claim 1,
The rotating part
And a step motor having a rotation angle of 1.8 degrees per pulse.
상기 광원부는
파장대역이 590 nm 인 황색 LED 및 파장대역이 630 nm 인 적색 LED 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캐너.
The method according to claim 1,
The light source unit
A yellow LED having a wavelength band of 590 nm and a red LED having a wavelength band of 630 nm.
겔 디텍터가 조사된 빛을 수신하여 투과시키는 단계;
콜리메이터가 상기 겔 디텍터를 투과한 빛의 양을 조절하는 단계; 및
촬영부가 상기 콜리메이터를 통과한 빛을 연속촬영하여, 상기 겔 디텍터의 방사선 흡수량을 나타내는 영상을 생성하는 단계;
를 포함하되,
상기 겔 디텍터가 조사된 빛을 투과시키는 단계를 수행한 후, 콜리메이터가 빛의 양을 조절하는 단계를 수행하기 전,
제어부가 상기 겔 디텍터의 회전 방향 또는 회전각을 제어하는 제어신호를 생성하는 단계;
회전부가 상기 제어신호에 기초하여 상기 겔 디텍터를 회전시키는 단계;
위치확인부가 상기 겔 디텍터의 실제 회전 방향, 회전 위치, 회전 각도 중 적어도 하나를 확인함으로써, 수조 내 유체의 움직임에 의해 상기 겔 디텍터가 변화하는 것을 감소시키는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캔 방법.
Irradiating the light source with light;
The gel detector receiving and transmitting the irradiated light;
Adjusting the amount of light transmitted by the collimator through the gel detector; And
The imaging unit successively capturing light passing through the collimator to generate an image representing the amount of absorbed radiation of the gel detector;
, ≪ / RTI &
After the step of transmitting the irradiated light by the gel detector, before the step of adjusting the amount of light by the collimator,
Generating a control signal for controlling a rotation direction or a rotation angle of the gel detector;
Rotating the gel detector based on the control signal;
Reducing the change of the gel detector due to the movement of the fluid in the water tank by confirming at least one of the actual rotation direction, the rotation position and the rotation angle of the gel detector;
The method of claim 1, further comprising the steps of:
상기 회전부가 상기 겔 디텍터를 회전시키는 단계는
상기 겔 디텍터를 등속원운동 상태로 회전시키는 것을 특징으로 하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캔 방법.
The method according to claim 6,
The step of rotating the rotating part of the gel detector
And the gel detector is rotated in a constant velocity motion state.
상기 회전부가 상기 겔 디텍터를 회전시키는 단계는
상기 겔 디텍터를 멈춤없이 연속하여 회전시키는 것을 특징으로 하는 방사선의 흡수선량 측정용 영상 스캔 방법.The method according to claim 6,
The step of rotating the rotating part of the gel detector
Wherein the gel detector is continuously rotated without stopping.
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