KR102568269B1 - System for monitoring patient motion in radiation therapy based on inertial measurement unit sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템에 관한 것으로, 환자의 신체에 부착되는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit; IMU) 센서; 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 교란 신호 추정 프로세스에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력되는 보정된 움직임 데이터 신호를 시각적으로 인식 가능한 형태로 표시하는 디스플레이부;를 포함함으로써, 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하여 보다 정확하게 환자의 움직임을 파악할 수 있게 한다.The present invention relates to a patient movement monitoring system during radiation therapy based on an inertial measurement unit sensor, comprising: an inertial measurement unit (IMU) sensor attached to a patient's body; a controller for outputting a corrected motion data signal after removing a final disturbance data signal generated according to a disturbance signal estimation process from the motion data signal of the patient input from the inertial measurement device sensor; and a display unit for displaying the corrected motion data signal output from the control unit in a visually recognizable form, thereby eliminating and correcting the disturbance signal according to the influence of the magnetic field in the radiation treatment environment to more accurately grasp the patient's motion. let it be

Description

관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템 {SYSTEM FOR MONITORING PATIENT MOTION IN RADIATION THERAPY BASED ON INERTIAL MEASUREMENT UNIT SENSOR}Patient movement monitoring system during radiation therapy based on inertial measurement device sensor

본 발명은 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하여 보다 정확하게 환자의 움직임을 파악할 수 있게 하는 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for monitoring patient movement during radiation therapy based on an inertial measuring device sensor, and more particularly, inertia that enables the patient's movement to be detected more accurately by removing and correcting a disturbance signal according to the influence of a magnetic field under a radiation treatment environment. It relates to a patient movement monitoring system during radiation therapy based on a measuring device sensor.

방사선 치료는 수술, 항암 화학 요법과 더불어 3대 암 치료 방법 중 하나로, 종양 체적(암 조직)에 방사선을 조사하여 이를 파괴하는 방식의 치료 방법이다. 방사선 치료는 종양 체적(암 조직)에 방사선을 집중적으로 조사하면서도 주변 정상 조직 및 주요 장기에는 최소한의 선량을 조사하는 것을 목표로 수행된다.Radiation therapy is one of the three major cancer treatment methods along with surgery and chemotherapy, and is a treatment method in which radiation is irradiated to a tumor volume (cancer tissue) to destroy it. Radiation therapy is performed with the goal of intensively irradiating radiation to the tumor volume (cancer tissue) while irradiating a minimum dose to surrounding normal tissues and major organs.

방사선 치료는 CT, MRI, PET 등의 의료 영상 장비로 환자의 신체 촬영 데이터를 얻고, 이러한 신체 촬영 데이터를 토대로 치료 계획 시스템을 이용하여 치료 선량 분포를 획득하며, 이러한 치료 선량 분포를 토대로 종양 체적(암 조직)에 방사선을 조사하는 방식으로 수행되고 있다.Radiation therapy obtains the patient's body image data with medical imaging equipment such as CT, MRI, and PET, obtains the treatment dose distribution using a treatment planning system based on the body image data, and based on this treatment dose distribution, the tumor volume ( It is performed by irradiating radiation to cancer tissue).

이러한 방사선 치료와 관련하여, 광자선 기반의 방사선 치료 방법이 널리 시행되고 있으며, 3차원 정위적 방사선 치료(3D Conformal Radio Therapy; 3D CRT), 세기 변조 방사선 치료(Intensity Modulated Radio Therapy; IMRT), 체적 변조 회전 치료(Volume Modulated Arc Therapy; VMAT) 등의 치료 방법이 이용되고 있다.In relation to such radiation therapy, photon beam-based radiation therapy methods are widely practiced, and 3D Conformal Radio Therapy (3D CRT), Intensity Modulated Radio Therapy (IMRT), and volumetric radiotherapy are used. Treatment methods such as volume modulated arc therapy (VMAT) are being used.

그리고, 광자선 기반의 방사선 치료는, 특히 더욱 정밀한 방사선 조사가 가능하도록 영상 유도 방사선 치료(Image Guided Radiation Therapy; IGRT), 호흡 연동 방사선 치료(Respiratory Gated Radiation Therapy; RGRT)등의 치료 방법으로 수행된다.In addition, photon beam-based radiation therapy is performed by treatment methods such as Image Guided Radiation Therapy (IGRT) and Respiratory Gated Radiation Therapy (RGRT) to enable more precise radiation irradiation. .

그러나, 광자선 기반의 방사선 치료 방법은, 방사선 치료 시 종양 체적(암 조직)에 주변 정상 조직의 피폭 가능성이 여전히 존재하고, 이에 따라 방사선 치료 중 환자의 호흡 및 움직임을 모니터링하기 위한 기술도 다수 개발되고 있다.However, in the photon beam-based radiation treatment method, there is still the possibility of exposure of surrounding normal tissues to the tumor volume (cancer tissue) during radiation treatment, and accordingly, a number of technologies for monitoring the patient's respiration and movement during radiation treatment have been developed. It is becoming.

이와 관련하여, 방사선 치료 중 환자의 움직임을 모니터링하기 위한 방법으로 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 광학 방식, 환자의 신체에 부착되는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit; IMU) 센서의 정보를 토대로 환자의 움직임을 추적 검출하는 움직임 센서 방식 등이 소개되고 있다.In this regard, as a method for monitoring the patient's movement during radiation therapy, an optical method for monitoring the patient's movement by tracking and detecting the movement of an optical marker attached to the patient's body using a camera, an inertial method attached to the patient's body A motion sensor method for tracking and detecting a patient's motion based on information from an Inertial Measurement Unit (IMU) sensor has been introduced.

그러나, 광학 방식은 정확도가 높은 장점이 있으나 카메라와 마커 사이에 방해물(예: 환자 고정 장치, 방사선 치료기 등)이 놓였을 때 광학 마커의 움직임을 추적 검출할 수 없어 환자의 움직임을 모니터링하지 못하는 단점이 있고, 관성측정장치(Inertial Measurement Unit; IMU) 센서를 이용하는 움직임 센서 방식은 방사선 치료 환경 하의 자기장에 영향을 받기 때문에 광학 방식에 비하여 환자의 움직임의 모니터링 정확도가 떨어지는 단점이 있다.However, the optical method has the advantage of high accuracy, but the disadvantage of not being able to monitor the patient's movement because the movement of the optical marker cannot be tracked and detected when an obstacle (eg, patient fixation device, radiation therapy device, etc.) is placed between the camera and the marker. In addition, the motion sensor method using an inertial measurement unit (IMU) sensor has a disadvantage in that the monitoring accuracy of the patient's movement is lower than the optical method because it is affected by the magnetic field in the radiation treatment environment.

대한민국등록특허공보 제10-1751168호 (2017.06.20. 등록)Korean Registered Patent Publication No. 10-1751168 (registered on June 20, 2017) 대한민국공개특허공보 제10-2016-0126398호 (2016.11.02. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2016-0126398 (published on 2016.11.02)

전술한 문제점을 해소함에 있어, 본 발명의 목적은 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하여 보다 정확하게 환자의 움직임을 파악할 수 있게 하는 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템을 제공함에 있다.In solving the above problems, an object of the present invention is to monitor the movement of a patient during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor to more accurately determine the movement of a patient by removing and correcting a disturbance signal according to the influence of a magnetic field in a radiation treatment environment. in providing the system.

아울러, 본 발명의 목적은 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 종래의 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치에서 획득되는 환자의 움직임 데이터를 활용하여 교란 신호 추정 프로세스를 구성함으로써 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하는 새로운 방법론을 제시하는 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템을 제공함에 있다.In addition, an object of the present invention is to monitor the patient's movement by tracking and detecting the movement of an optical marker attached to the patient's body using a camera. It is to provide a patient motion monitoring system during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor that presents a new methodology for removing and correcting disturbance signals according to the influence of a magnetic field in a radiation therapy environment by configuring a signal estimation process.

본 발명의 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템은, 환자의 신체에 부착되는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit; IMU) 센서; 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 교란 신호 추정 프로세스에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력되는 보정된 움직임 데이터 신호를 시각적으로 인식 가능한 형태로 표시하는 디스플레이부;를 포함한다.A patient movement monitoring system during radiation therapy based on an inertial measurement unit sensor according to an embodiment of the present invention includes an inertial measurement unit (IMU) sensor attached to a patient's body; a controller for outputting a corrected motion data signal after removing a final disturbance data signal generated according to a disturbance signal estimation process from the motion data signal of the patient input from the inertial measurement device sensor; and a display unit displaying the corrected motion data signal output from the controller in a visually recognizable form.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 노이즈를 제거한 후 상기 교란 신호 추정 프로세스에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거하도록 구성될 수 있다.In this case, the controller may be configured to remove noise from the motion data signal of the patient input from the sensor of the inertial measurement device and then remove the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process.

또한, 상기 제어부는, 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 차원 축소 변환을 통해 1차원 데이터 신호 형태로 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.In addition, the control unit may be configured to output a corrected motion data signal in the form of a one-dimensional data signal through dimension reduction conversion after removing the final disturbance data signal.

아울러, 상기 제어부는, 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되는 경우에는 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스에 따라 실시간으로 생성되어 업데이트된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하고, 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되지 않는 경우에는 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스에 따라 기 생성되어 기 저장된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.In addition, the control unit measures the inertia when a motion data signal of the patient is input from an optical patient motion monitoring device that tracks and detects the motion of an optical marker attached to the patient's body using a camera and monitors the motion of the patient. A final disturbance data signal generated and updated in real time according to the disturbance signal estimation process is removed from the patient's motion data signal input from the device sensor, and then a corrected motion data signal is output. When the motion data signal is not input, the final disturbance data signal previously generated and stored according to the disturbance signal estimation process is removed from the motion data signal of the patient input from the sensor of the inertial measurement device, and then the corrected motion data signal is output. can be configured.

한편, 상기 제어부는, 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호 및 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호를 이용하여 상기 교란 신호 추정 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the control unit tracks and detects the movement of the optical marker attached to the patient's body using the patient's movement data signal input from the inertial measurement device sensor and the camera to monitor the patient's movement. It may be configured to perform the disturbance signal estimation process using the patient's motion data signal input from

이 경우, 상기 교란 신호 추정 프로세스는, 상기 관성측정장치 센서 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 각각 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되는 통합 데이터 입력 단계; 상기 관성측정장치 센서 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 각각 입력된 환자의 움직임 데이터 신호에서 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계; 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호를 비교하여 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호 중의 교란 데이터 신호를 추출하는 교란 데이터 신호 추출 단계; 상기 교란 데이터 신호 추출 단계에서 추출된 교란 데이터 신호의 곡선 피팅을 수행하여 수정된 교란 데이터 신호를 생성하는 수정된 교란 데이터 신호 생성 단계; 및 상기 수정된 교란 데이터 신호 생성 단계에서 생성된 수정된 교란 데이터 신호를 토대로 기 저장된 최종 교란 데이터 신호를 업데이트하여 새로운 최종 교란 데이터 신호를 생성하는 최종 교란 데이터 신호 생성 단계;를 포함할 수 있다.In this case, the disturbance signal estimation process may include: an integrated data input step of inputting patient motion data signals from the inertial measurement device sensor and the optical patient motion monitoring device; a noise removal step of removing noise from the motion data signals of the patient respectively inputted from the inertial measuring device sensor and the optical patient motion monitoring device; The patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor from which noise is removed in the noise removal step is compared with the patient's motion data signal input from the optical patient motion monitoring device from which noise is removed in the noise removal step. a disturbance data signal extraction step of extracting a disturbance data signal among the motion data signals of the patient input from the inertial measurement device sensor; a corrected disturbance data signal generation step of generating a corrected disturbance data signal by performing curve fitting on the disturbance data signal extracted in the disturbance data signal extraction step; and a final disturbance data signal generation step of generating a new final disturbance data signal by updating a previously stored final disturbance data signal based on the corrected disturbance data signal generated in the corrected disturbance data signal generation step.

이때, 상기 교란 데이터 신호 추출 단계는, 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호를 시계열적인 데이터 신호에서 주파수 도메인으로 변환하는 도메인 변환 단계; 상기 도메인 변환 단계에서 주파수 도메인으로 변환된 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 도메인 변환 단계에서 주파수 도메인으로 변환된 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호의 계수값을 비교하여 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호 중의 주파수 도메인 교란 데이터 신호를 추출하는 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계; 및 상기 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계에서 추출된 주파수 도메인 교란 데이터 신호를 교란 데이터 신호를 주파수 도메인에서 시계열적인 데이터 신호로 역 변환하는 도메인 역 변환 단계;를 포함할 수 있다.At this time, in the step of extracting the disturbance data signal, the motion data signal of the patient input from the sensor of the inertial measurement device from which noise has been removed in the step of noise removal and the optical patient motion monitoring device from which noise has been removed in the step of noise removal are obtained. a domain conversion step of converting the input patient motion data signal from a time-sequential data signal to a frequency domain; The patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor converted to the frequency domain in the domain conversion step and noise removed in the noise removal step in the domain conversion step and the noise in the noise removal step converted to the frequency domain in the domain conversion step A frequency domain disturbance data signal for extracting a frequency domain disturbance data signal among the patient motion data signals input from the inertial measurement device sensor by comparing the count values of the patient motion data signals input from the removed optical patient motion monitoring device. extraction step; and an inverse domain transformation step of inversely transforming the frequency domain disturbance data signal extracted in the frequency domain disturbance data signal extraction step into a time series data signal in the frequency domain.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템은 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하여 보다 정확하게 환자의 움직임을 파악할 수 있게 한다.As described above, the system for monitoring patient movement during radiation therapy based on the inertial measurement device sensor according to the present invention eliminates and corrects the disturbance signal according to the influence of the magnetic field under the radiation treatment environment, thereby enabling more accurate detection of the patient's movement.

아울러, 본 발명에 의한 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템은 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 종래의 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치에서 획득되는 환자의 움직임 데이터를 활용하여 교란 신호 추정 프로세스를 구성함으로써 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하는 새로운 방법론을 제시한다.In addition, the patient movement monitoring system during radiation therapy based on the inertial measurement device sensor according to the present invention tracks and detects the movement of an optical marker attached to the patient's body using a camera to monitor the movement of the patient using a conventional optical method. By constructing a disturbance signal estimation process using the patient's motion data obtained from the monitoring device, we propose a new methodology to remove and correct disturbance signals according to the influence of magnetic fields in the radiation therapy environment.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 표현하는 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어부에서 수행되는 교란 신호 추정 프로세스를 표현하는 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 교란 데이터 신호 추출 단계의 구체적인 예를 표현하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템을 데이터 입력 및 출력 측면에서 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a system for monitoring patient movement during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a jamming signal estimation process performed in the control unit shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a flowchart illustrating a specific example of the step of extracting the disturbing data signal shown in FIG. 2 .
4 is a diagram for explaining a patient movement monitoring system during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor according to an embodiment of the present invention in terms of data input and output.

본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로써, 작업자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.In the present invention, the accompanying drawings may be shown in an exaggerated expression for distinction and clarity from the prior art, and convenience of understanding the technology. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary according to the intention or custom of a worker or operator, so the definitions of these terms should be made based on the technical content throughout this specification. will be. On the other hand, the embodiments are only exemplary of the components presented in the claims of the present invention, do not limit the scope of the present invention, and the scope of rights should be interpreted based on the technical spirit throughout the specification of the present invention. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템의 개략적인 구성을 표현하는 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제어부에서 수행되는 교란 신호 추정 프로세스를 표현하는 순서도이고, 도 3은 도 2에 도시된 교란 데이터 신호 추출 단계의 구체적인 예를 표현하는 순서도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템을 데이터 입력 및 출력 측면에서 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a patient movement monitoring system during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a disturbance signal estimation performed by the control unit shown in FIG. 1 FIG. 3 is a flowchart illustrating a specific example of the step of extracting the disturbance data signal shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a flow chart illustrating a patient movement during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor according to an embodiment of the present invention. It is a drawing to explain the monitoring system in terms of data input and output.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 4 , a system for monitoring patient movement during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템(100)은 관성측정장치(Inertial Measurement Unit; IMU) 센서(110), 제어부(120), 및 디스플레이부(130)를 포함한다.Patient motion monitoring system 100 during radiation therapy based on an inertial measurement unit sensor according to an embodiment of the present invention includes an inertial measurement unit (IMU) sensor 110, a control unit 120, and a display unit 130 includes

특히, 상기 제어부(120)는 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 종래의 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호를 이용하는 특징이 있다. 이때, 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)는 3개의 병진자유도에 관한 정보 및 3개의 회전자유도에 관한 정보를 가지는 6자유도 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치일 수 있다. 이러한 6자유도 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치는 다수 공지되어 있어 해당 장치에 대한 자세한 기술 설명은 생략하기로 한다.In particular, the control unit 120 uses a camera to track and detect the movement of an optical marker attached to the patient's body, and monitors the patient's movement. Patient's movement data input from the conventional optical patient movement monitoring device 140 There is a feature that uses signals. In this case, the optical patient movement monitoring device 140 may be a six-DOF optical patient movement monitoring device having information on three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom. Since many of these 6DOF optical patient movement monitoring devices are well known, detailed technical descriptions of the corresponding devices will be omitted.

상기 관성측정장치 센서(110)는 환자의 신체에 부착되는 구성이다.The inertial measurement device sensor 110 is configured to be attached to the patient's body.

상기 관성측정장치 센서(110)는 내장된 3축 가속도계와 3축 각속도계를 토대로 3개의 회전자유도에 관한 정보를 가지는 3자유도 관성측정장치 센서일 수 있다.The inertial measurement device sensor 110 may be a 3DOF inertial measurement device sensor having information on three rotational degrees of freedom based on a built-in 3-axis accelerometer and a 3-axis gyrometer.

상기 관성측정장치 센서(110)는 환자의 신체에 부착되기 위하여 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)의 광학 마커와 하나의 모듈에 동시 설치되어 환자에 부착되도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.It is more preferable that the inertial measurement device sensor 110 is installed simultaneously with an optical marker of the optical patient motion monitoring device 140 in one module to be attached to the patient in order to be attached to the patient's body.

상기 제어부(120)는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하는 방식으로 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따라 발생하는 특정 주파수를 가지는 신호의 집합인 교란 신호를 제거하는 역할을 수행하는 구성이다.The control unit 120 removes the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process (S100) from the motion data signal of the patient input from the inertial measurement device sensor 110 and then outputs the corrected motion data signal. It is a configuration that serves to remove the disturbing signal, which is a set of signals having a specific frequency generated according to the influence of the magnetic field under the radiation treatment environment, from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110.

이 경우, 상기 제어부(120)는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 노이즈를 제거한 후 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 노이즈는 통신 또는 전자 기기의 특성에 따라 불규칙하게 발생되어 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에 혼재되어 있는 신호를 의미하며, 노이즈 제거는 이동 평균 필터 방식을 적용하는 전처리 방식으로 수행될 수 있다.In this case, the controller 120 is configured to remove noise from the patient motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110 and then remove the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process (S100). It can be. More specifically, noise means a signal that is irregularly generated according to the characteristics of a communication or electronic device and is mixed with the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110, and noise removal is performed using a moving average filter method. It can be performed in a preprocessing method that applies.

또한, 상기 제어부(120)는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 차원 축소 변환을 통해 1차원 데이터 신호 형태로 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(120)는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 3개의 회전자유도에 관한 정보 데이터 신호에서 노이즈 및 교란 신호를 제거함으로써 보정된 3개의 회전자유도에 관한 정보 데이터를 주성분 분석(Principle Component Analysis) 알고리즘을 이용하여 1차원 데이터 신호로 출력할 수 있다. 사용자(예: 방사선 치료자(특히, 방사선 치료실 내의 모니터링실 내에 있을 수 있음))는 이러한 1차원 데이터 신호를 토대로 환자의 호흡 패턴 등의 움직임을 추정할 수 있게 된다.In addition, the control unit 120 removes the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process (S100) from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110, and then performs dimension reduction conversion to obtain a one-dimensional data signal. It may be configured to output a corrected motion data signal in the form of a data signal. More specifically, the control unit 120 removes noise and disturbance signals from the information data signal about the three rotational degrees of freedom input from the inertial measurement device sensor 110, and converts the corrected information data about the three rotational degrees of freedom into main components. It can be output as a one-dimensional data signal using a principle component analysis algorithm. A user (eg, a radiation therapist (in particular, may be in a monitoring room in a radiation treatment room)) is able to estimate movement such as a patient's breathing pattern based on these one-dimensional data signals.

아울러, 상기 제어부(120)는 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되는 경우에는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 실시간으로 생성되어 업데이트된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하고, 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되지 않는 경우에는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 기 생성되어 기 저장된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(120)는 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)의 작동 시 카메라와 마커 사이에 방해물(예: 환자 고정 장치, 방사선 치료기 등)이 놓였을 때 광학 마커의 움직임을 추적 검출할 수 없는 경우에는 바로 직전에 생성되어 기 저장된 최종 교란 데이터 신호를 교란 신호로 인식하여 제거하도록 구성된다.In addition, the control unit 120 tracks and detects the movement of an optical marker attached to the patient's body using a camera to monitor the patient's movement, and the patient's movement data signal is input from the optical patient movement monitoring device 140. In this case, the final disturbance data signal generated and updated in real time according to the disturbance signal estimation process (S100) is removed from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110, and then the corrected motion data signal is output. and, when the patient's motion data signal is not input from the optical patient motion monitoring device 140, the disturbance signal estimation process (S100) is carried out from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110. Accordingly, after removing the previously generated and previously stored final disturbance data signal, the corrected motion data signal may be output. More specifically, the control unit 120 tracks the movement of the optical marker when an obstruction (eg, a patient fixing device, a radiation therapy device, etc.) is placed between the camera and the marker during operation of the optical patient movement monitoring device 140. If it cannot be detected, it is configured to recognize and remove the last disturbing data signal generated immediately before and pre-stored as a disturbing signal.

한편, 상기 제어부(120)는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호 및 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호를 이용하여 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)를 수행하도록 구성될 수 있다.On the other hand, the control unit 120 tracks and detects the movement of the optical marker attached to the patient's body using the patient's movement data signal input from the inertial measurement device sensor 110 and the camera to monitor the patient's movement. The disturbance signal estimation process ( S100 ) may be performed using the patient motion data signal input from the optical patient motion monitoring device 140 .

이 경우, 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)는 통합 데이터 입력 단계(S110), 노이즈 제거 단계(S120), 교란 데이터 신호 추출 단계(S130), 수정된 교란 데이터 신호 생성 단계(S140) 및 최종 교란 데이터 신호 생성 단계(S150)를 포함할 수 있다.In this case, the disturbance signal estimation process (S100) includes an integrated data input step (S110), a noise removal step (S120), a disturbance data signal extraction step (S130), a modified disturbance data signal generation step (S140), and final disturbance data A signal generating step (S150) may be included.

상기 통합 데이터 입력 단계(S110)는 상기 관성측정장치 센서(110) 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 각각 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되는 단계이다. 이때, 환자의 움직임 데이터는 시계열적인 데이터 형태(즉, 시간 도메인)로 입력된다.The integrated data input step ( S110 ) is a step in which motion data signals of the patient are respectively input from the inertial measurement device sensor 110 and the optical patient motion monitoring device 140 . At this time, the motion data of the patient is input in the form of time-series data (ie, time domain).

상기 노이즈 제거 단계(S120)는 상기 관성측정장치 센서(110) 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 각각 입력된 환자의 움직임 데이터 신호에서 노이즈를 제거하는 단계이다. 보다 구체적으로, 노이즈는 통신 또는 전자 기기의 특성에 따라 불규칙하게 발생되어 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에 혼재되어 있는 신호를 의미하며, 상기 노이즈 제거 단계(S120)는 이동 평균 필터 방식을 적용하는 전처리 방식으로 수행될 수 있다.The noise removal step ( S120 ) is a step of removing noise from the patient's motion data signal inputted from the inertial measurement device sensor 110 and the optical patient motion monitoring device 140 respectively. More specifically, noise is generated irregularly according to the characteristics of communication or electronic devices, so that the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110 and the patient's motion data signal input from the optical patient motion monitoring device 140 are generated. It refers to a signal mixed with the motion data signal, and the noise removal step (S120) may be performed by a preprocessing method applying a moving average filter method.

상기 교란 데이터 신호 추출 단계(S130)는 상기 노이즈 제거 단계(S120)에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 노이즈 제거 단계(S120)에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호를 비교하여 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호 중의 교란 데이터 신호를 추출하는 단계이다. 즉, 방사선 치료 환경 하에서 자기장 등의 영향을 받지 않고 비교적 정확도 높게 환자의 움직임을 모니터링할 수 있는 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)의 장점을 토대로 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호의 교란 데이터 신호를 추정 추출하는 것이다.The disturbance data signal extraction step (S130) includes the motion data signal of the patient input from the inertial measurement device sensor 110 from which noise is removed in the noise removal step (S120) and the noise is removed in the noise removal step (S120). This is a step of comparing the patient's motion data signal input from the optical patient motion monitoring device 140 and extracting a disturbing data signal from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110 . That is, the patient inputted from the inertial measurement device sensor 110 based on the advantage of the optical patient movement monitoring device 140 capable of monitoring the patient's movement with relatively high accuracy without being affected by a magnetic field under a radiation treatment environment. It is to estimate and extract the disturbance data signal of the motion data signal of .

이때, 상기 교란 데이터 신호 추출 단계(S130)는 도메인 변환 단계(S131), 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계(S132) 및 도메인 역 변환 단계(S133)를 더 포함할 수 있다.In this case, the disturbance data signal extraction step (S130) may further include a domain conversion step (S131), a frequency domain disturbance data signal extraction step (S132), and a domain inverse conversion step (S133).

상기 도메인 변환 단계(S131)는 상기 노이즈 제거 단계(S120)에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 노이즈 제거 단계(S120)에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호를 시계열적인 데이터 신호에서 주파수 도메인으로 변환하는 단계이다. 즉, 상기 도메인 변환 단계(S131)는 데이터를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하는 단계로, 푸리에 변환 등을 적용하여 수행될 수 있다.In the domain conversion step (S131), the motion data signal of the patient input from the inertial measurement device sensor 110 from which noise is removed in the noise removal step (S120) and the noise removed in the noise removal step (S120) are performed. This is a step of converting the patient motion data signal input from the optical patient motion monitoring device 140 from a time-sequential data signal to a frequency domain. That is, the domain transformation step (S131) is a step of transforming data from the time domain to the frequency domain, and may be performed by applying a Fourier transform or the like.

상기 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계(S132)는 상기 도메인 변환 단계(S131)에서 주파수 도메인으로 변환된 상기 노이즈 제거 단계(S120)에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 도메인 변환 단계(S131)에서 주파수 도메인으로 변환된 상기 노이즈 제거 단계(S120)에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호의 계수값을 비교하여 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호 중의 주파수 도메인 교란 데이터 신호를 추출하는 단계이다. 보다 구체적으로, 상기 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계(S132)는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력된 3개의 회전자유도에 관한 정보(노이즈 제거 및 주파수 도메인으로 변환됨)와 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력된 3개의 회전자유도에 관한 정보(노이즈 제거 및 주파수 도메인으로 변환됨)의 계수값의 차이를 주파수 도메인 교란 데이터 신호로 추정하여 추출하는 방식으로 수행될 수 있다.In the frequency domain disturbance data signal extraction step (S132), the patient's input from the inertial measurement device sensor 110 converted to the frequency domain in the domain conversion step (S131) and noise removed in the noise removal step (S120) is performed. The motion data signal and the count value of the patient's motion data signal input from the optical patient motion monitoring device 140 converted to the frequency domain in the domain conversion step (S131) and noise removed in the noise removal step (S120) This is a step of extracting a frequency domain disturbance data signal among the patient's motion data signals input from the inertial measurement device sensor 110 by comparing . More specifically, in the step of extracting the frequency domain disturbance data signal (S132), the information on the three rotational degrees of freedom (noise removed and converted to the frequency domain) input from the inertial measurement device sensor 110 and the optical patient motion It may be performed by estimating and extracting a difference between coefficient values of information on three rotational degrees of freedom (noise removed and converted into a frequency domain) input from the monitoring device 140 as a frequency domain disturbance data signal.

상기 도메인 역 변환 단계(S133)는 상기 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계(S132)에서 추출된 주파수 도메인 교란 데이터 신호를 교란 데이터 신호를 주파수 도메인에서 시계열적인 데이터 신호로 역 변환하는 단계이다. 즉, 상기 도메인 역 변환 단계(S133)는 데이터를 주파수 도메인에서 시간 도메인으로 변환하는 단계로, 푸리에 역 변환 등을 적용하여 수행될 수 있다.The domain inverse transformation step (S133) is a step of inversely transforming the frequency domain disturbing data signal extracted in the frequency domain disturbing data signal extraction step (S132) into a time-sequential data signal in the frequency domain. That is, the inverse domain transform step (S133) is a step of transforming data from the frequency domain to the time domain, and may be performed by applying an inverse Fourier transform or the like.

상기 수정된 교란 데이터 신호 생성 단계(S140)는 상기 교란 데이터 신호 추출 단계(S130)에서 추출된 교란 데이터 신호의 곡선 피팅을 수행하여 수정된 교란 데이터 신호를 생성하는 단계이다. 이때, 곡선 피팅의 수행에 관하여는 다수의 기술이 공지되어 있는 바 자세한 설명을 생략한다.The corrected disturbing data signal generating step (S140) is a step of generating a corrected disturbing data signal by performing curve fitting on the disturbing data signal extracted in the disturbing data signal extracting step (S130). At this time, since many techniques are known for performing the curve fitting, a detailed description thereof will be omitted.

상기 최종 교란 데이터 신호 생성 단계(S150)는 상기 수정된 교란 데이터 신호 생성 단계(S140)에서 생성된 수정된 교란 데이터 신호를 토대로 기 저장된 최종 교란 데이터 신호를 업데이트하여 새로운 최종 교란 데이터 신호를 생성하는 단계이다. 이 경우, 상기 최종 교란 데이터 신호 생성 단계(S150)는 수정된 교란 데이터 신호와 기 저장된 최종 교란 신호에 가중치를 적용하여 합산하는 방식(예를 들어, (수정된 교란 데이터 신호 * 0.1) + (기 저장된 최종 교란 데이터 신호 * 0.9))으로 새로운 최종 교란 데이터 신호를 생성하도록 수행될 수 있으며, 기 저장된 최종 교란 데이터 신호의 가중치를 더 높게 하는 것이 시스템의 안정적인 운용에 적합함을 실험적으로 확인할 수 있었다.The final disturbance data signal generation step (S150) is a step of generating a new final disturbance data signal by updating a pre-stored final disturbance data signal based on the modified disturbance data signal generated in the modified disturbance data signal generation step (S140). am. In this case, the final disturbance data signal generating step (S150) is performed by applying a weight to the modified disturbance data signal and the pre-stored final disturbance signal and summing them (e.g., (modified disturbance data signal * 0.1) + (registered disturbance data signal * 0.1) It can be performed to generate a new final disturbance data signal with the stored final disturbance data signal * 0.9)), and it was experimentally confirmed that increasing the weight of the previously stored final disturbance data signal is suitable for stable operation of the system.

상기 디스플레이부(130)는 상기 제어부(120)에서 출력되는 보정된 움직임 데이터 신호를 시각적으로 인식 가능한 형태로 표시하는 구성이다.The display unit 130 is a component that displays the corrected motion data signal output from the controller 120 in a visually recognizable form.

상기 디스플레이부(130)는, 사용자(예: 방사선 치료자(특히, 방사선 치료실 내의 모니터링실 내에 있을 수 있음))의 휴대용 단말기(스마트폰, 태블릿, 노트북)이거나 별도의 단말기(방사선 치료실 내의 모니터링실 내에 구비되는 데스크탑, 모니터링 디스플레이기기 등)의 디스플레이 모듈일 수 있다.The display unit 130 may be a portable terminal (smartphone, tablet, laptop computer) of a user (eg, radiation therapy person (in particular, may be located in a monitoring room in a radiation treatment room)) or a separate terminal (in a monitoring room in a radiation treatment room). It may be a display module of a desktop, monitoring display device, etc.) provided.

한편, 본 발명에 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템(100)은 상기 관성측정장치 센서(110) 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)에서 입력되는 데이터와, 상기 제어부(120)에서 생성되는 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스부(미도시)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, in the inertial measurement device sensor-based patient movement monitoring system 100 during radiation therapy according to an embodiment of the present invention, data input from the inertial measurement device sensor 110 and the optical patient movement monitoring device 140 and , A database unit (not shown) for storing data generated by the control unit 120 may be further included.

본 발명에 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템(100)은 상기 관성측정장치 센서(110), 상기 제어부(120) 및 상기 디스플레이부(130)에 전원을 공급하는 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Patient movement monitoring system 100 during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor according to an embodiment of the present invention supplies power to the inertial measurement device sensor 110, the control unit 120 and the display unit 130 A power supply unit (not shown) may be further included.

상기 관성측정장치 센서(110), 상기 제어부(120), 상기 디스플레이부(130) 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)는 기 공지된 다양한 방식의 유무선 통신 방식을 적용하여 상호 간의 통신이 가능하게 구성될 수 있다.The inertial measurement device sensor 110, the control unit 120, the display unit 130, and the optical patient motion monitoring device 140 can communicate with each other by applying various known wired and wireless communication methods. can be configured.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 실시예에 따른 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템(100)의 운용예를 간략하게 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 4 , an operation example of the patient motion monitoring system 100 during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor according to an embodiment of the present invention will be briefly described.

상기 관성측정장치 센서(110) 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 각각 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호는 시계열적인 데이터 형태(즉, 시간 도메인)를 가진다.The patient's motion data signals respectively input from the inertial measurement device sensor 110 and the optical patient motion monitoring device 140 have a time-sequential data form (ie, time domain).

이때, 상기 관성측정장치 센서(110)가 3자유도 관성측정장치 센서이고, 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)가 6자유도 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치인 경우, 도 4의 위 2개의 이미지와 같은 움직임 데이터 신호가 입력된다. At this time, when the inertial measurement device sensor 110 is a 3-DOF inertial measurement device sensor and the optical patient movement monitoring device 140 is a 6-DOF optical patient movement monitoring device, the above two images of FIG. 4 The same motion data signal is input.

이때, 상기 관성측정장치 센서(110)의 작동 시 전 구간(t1 - t5)에서 움직임 데이터 신호가 입력된다. 그러나, 이러한 움직임 데이터 신호에는 통신 또는 전자 기기의 특성에 따라 불규칙하게 발생되는 노이즈 신호와 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호가 혼재되어 있다.At this time, when the inertial measurement device sensor 110 is operated, motion data signals are input in the entire period (t1 to t5). However, these motion data signals are mixed with noise signals generated irregularly according to the characteristics of communication or electronic devices and disturbance signals due to the influence of magnetic fields in a radiation treatment environment.

그리고, 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)의 작동 시 비교적 정확한 움직임 데이터 신호가 입력되지만, 카메라와 마커 사이에 방해물(예: 환자 고정 장치, 방사선 치료기 등)이 놓였을 때 광학 마커의 움직임을 추적 검출할 수 없는 단속된 구간(t2, t4)이 발생한다. 이러한 움직임 데이터 신호에는 통신 또는 전자 기기의 특성에 따라 불규칙하게 발생되는 노이즈 신호가 혼재되어 있다.In addition, when the optical patient movement monitoring device 140 operates, a relatively accurate movement data signal is input, but when an obstacle (eg, a patient fixing device, a radiation therapy device, etc.) is placed between the camera and the marker, the movement of the optical marker is prevented. Intermittent sections (t2, t4) in which tracking cannot be detected occur. These motion data signals are mixed with noise signals that are irregularly generated according to the characteristics of communication or electronic devices.

이러한 상황에서 상기 제어부(120)는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 도 4 하단의 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하게 되는데, 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)는 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 입력되는 움직임 데이터 신호를 이용하여 최종 교란 데이터 신호를 생성한다.In this situation, the control unit 120 removes the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process (S100) from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110, and then corrects the lower part of FIG. In the disturbance signal estimation process (S100), a final disturbance data signal is generated using the motion data signal input from the optical patient motion monitoring device 140.

보정된 움직임 데이터는 상기 제어부(120)가 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 차원 축소 변환을 통해 1차원 데이터 신호 형태로 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하도록 구성됨으로써 도 4 하단의 이미지와 같은 형태로 출력 표시될 수 있다.The corrected motion data is obtained by dimension reduction conversion after the control unit 120 removes the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process (S100) from the patient motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110. By being configured to output the corrected motion data signal in the form of a one-dimensional data signal through the above, it can be output and displayed in the form of the lower image of FIG. 4 .

특히, 상기 제어부(120)는 도 4의 t1, t3, t5의 구간(상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되는 경우)에서는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 실시간으로 생성되어 업데이트된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하도록 구성되고, 도 4의 t2, t4의 구간(상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치(140)로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되지 않는 경우)에는 상기 관성측정장치 센서(110)로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스(S100)에 따라 기 생성되어 기 저장된 최종 교란 데이터 신호(구체적으로, t2 구간에서는 t1 구간에서 마지막으로 생성된 최종 교란 데이터 신호, t4 구간에서는 t3 구간에서 마지막으로 생성된 최종 교란 데이터 신호)를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하도록 구성된다.In particular, the control unit 120 controls, from the inertial measurement device sensor 110 in the intervals t1, t3, and t5 of FIG. 4 (when the patient's motion data signal is input from the optical patient motion monitoring device 140) It is configured to output a corrected motion data signal after removing the final disturbance data signal generated and updated in real time according to the disturbance signal estimation process (S100) from the input patient motion data signal, and the intervals t2 and t4 in FIG. (When the patient's motion data signal is not input from the optical patient motion monitoring device 140), the disturbance signal estimation process (S100) is carried out from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor 110. Corrected movement after removing the previously generated and stored final disturbing data signal (specifically, the last disturbing data signal generated last in the t1 interval in the t2 interval and the last disturbing data signal generated last in the t3 interval in the t4 interval) configured to output a data signal.

이러한 동작을 통하여 도 4 하단의 보정된 움직임 데이터 신호가 출력되어 상기 디스플레이부(130)에 표시되며, 사용자(예: 방사선 치료자(특히, 방사선 치료실 내의 모니터링실 내에 있을 수 있음))는 이러한 1차원 데이터 신호를 토대로 환자의 호흡 패턴 등의 움직임을 추정할 수 있게 된다.Through this operation, the corrected motion data signal at the bottom of FIG. 4 is output and displayed on the display unit 130, and a user (e.g., a radiation therapist (in particular, may be in a monitoring room in a radiation treatment room)) Based on the data signal, it is possible to estimate movements such as the patient's breathing pattern.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템은 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하여 보다 정확하게 환자의 움직임을 파악할 수 있게 하고, 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 종래의 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치에서 획득되는 환자의 움직임 데이터를 활용하여 교란 신호 추정 프로세스를 구성함으로써 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따른 교란 신호를 제거 보정하는 새로운 방법론을 제시한다.As described above, the inertial measurement device sensor-based patient movement monitoring system during radiation therapy according to the present invention removes and corrects the disturbance signal according to the influence of the magnetic field under the radiation treatment environment to more accurately identify the patient's movement, and the camera Radiation therapy by constructing a disturbance signal estimation process by utilizing the patient's motion data obtained from a conventional optical patient motion monitoring device that tracks and detects the motion of an optical marker attached to the patient's body to monitor the patient's motion using We present a new methodology to eliminate and correct the disturbance signal according to the influence of the magnetic field in the environment.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible based on common knowledge in the field to which the technology belongs. should understand Therefore, the true technical protection scope of the present invention is based on the claims to be described below, and should be determined based on the specific contents of the above-described invention.

본 발명은 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템에 관한 것으로, 방사선 암 치료와 관련된 의료 산업 분야에 이용 가능하다.The present invention relates to a system for monitoring patient movement during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor, and can be used in the medical industry related to radiation cancer therapy.

100: 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템
110: 관성측정장치 센서
120: 제어부
130: 디스플레이부
140: 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치
100: patient movement monitoring system during radiation therapy based on inertial measurement device sensor
110: inertial measurement device sensor
120: control unit
130: display unit
140: optical patient movement monitoring device

Claims (7)

환자의 신체에 부착되는 관성측정장치(Inertial Measurement Unit; IMU) 센서;
상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 교란 신호 추정 프로세스에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하는 방식으로 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 방사선 치료 환경 하의 자기장의 영향에 따라 발생하는 특정 주파수를 가지는 신호의 집합인 교란 신호를 제거하는 역할을 수행하는 제어부; 및
상기 제어부에서 출력되는 보정된 움직임 데이터 신호를 시각적으로 인식 가능한 형태로 표시하는 디스플레이부;
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호 및 카메라를 이용하여 환자의 신체에 부착되는 광학 마커의 움직임을 추적 검출하여 환자의 움직임을 모니터링하는 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호를 이용하여 상기 교란 신호 추정 프로세스를 수행하는 것을 특징으로 하고,
상기 교란 신호 추정 프로세스는,
상기 관성측정장치 센서 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 각각 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되는 통합 데이터 입력 단계;
상기 관성측정장치 센서 및 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 각각 입력된 환자의 움직임 데이터 신호에서 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 단계;
상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호를 비교하여 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호 중의 교란 데이터 신호를 추출하는 교란 데이터 신호 추출 단계;
상기 교란 데이터 신호 추출 단계에서 추출된 교란 데이터 신호의 곡선 피팅을 수행하여 수정된 교란 데이터 신호를 생성하는 수정된 교란 데이터 신호 생성 단계; 및
상기 수정된 교란 데이터 신호 생성 단계에서 생성된 수정된 교란 데이터 신호를 토대로 기 저장된 최종 교란 데이터 신호를 업데이트하여 새로운 최종 교란 데이터 신호를 생성하는 최종 교란 데이터 신호 생성 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제어부는,
상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되는 경우에는 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스에 따라 실시간으로 생성되어 업데이트된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하고, 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 환자의 움직임 데이터 신호가 입력되지 않는 경우에는 상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 상기 교란 신호 추정 프로세스에 따라 기 생성되어 기 저장된 최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템.
An inertial measurement unit (IMU) sensor attached to the patient's body;
The movement of the patient input from the sensor of the inertial measurement device is performed by removing the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process from the patient's movement data signal input from the sensor of the inertial measurement device and then outputting the corrected motion data signal. A control unit that serves to remove a disturbance signal, which is a set of signals having a specific frequency, generated according to the influence of a magnetic field under a radiation treatment environment from a data signal; and
a display unit for displaying the corrected motion data signal output from the controller in a visually recognizable form;
including,
The control unit,
The patient's movement input from the optical patient movement monitoring device monitors the patient's movement by tracking and detecting the movement of the optical marker attached to the patient's body using the patient's movement data signal input from the inertial measurement device sensor and the camera. Characterized in that the jamming signal estimation process is performed using the data signal,
The jamming signal estimation process,
an integrated data input step of inputting motion data signals of the patient from the inertial measuring device sensor and the optical patient motion monitoring device;
a noise removal step of removing noise from the motion data signals of the patient respectively inputted from the inertial measuring device sensor and the optical patient motion monitoring device;
The patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor from which noise is removed in the noise removal step is compared with the patient's motion data signal input from the optical patient motion monitoring device from which noise is removed in the noise removal step. a disturbance data signal extraction step of extracting a disturbance data signal among the motion data signals of the patient input from the inertial measurement device sensor;
a corrected disturbance data signal generation step of generating a corrected disturbance data signal by performing curve fitting on the disturbance data signal extracted in the disturbance data signal extraction step; and
a final disturbance data signal generation step of generating a new final disturbance data signal by updating a previously stored final disturbance data signal based on the corrected disturbance data signal generated in the corrected disturbance data signal generation step;
It is characterized by including,
The control unit,
When the patient motion data signal is input from the optical patient motion monitoring device, the final disturbance data signal generated and updated in real time according to the disturbance signal estimation process is obtained from the patient motion data signal input from the inertial measurement device sensor. After removal, a corrected motion data signal is output, and when the patient motion data signal is not input from the optical patient motion monitoring device, the disturbance signal estimation process is performed in the patient motion data signal input from the inertial measurement device sensor. A patient movement monitoring system during radiation therapy based on an inertial measurement device sensor, characterized in that for outputting a corrected movement data signal after removing the final disturbance data signal previously generated and previously stored.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 관성측정장치 센서로부터 입력되는 환자의 움직임 데이터 신호에서 노이즈를 제거한 후 상기 교란 신호 추정 프로세스에 따라 생성된 최종 교란 데이터 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템.
The method of claim 1, wherein the control unit,
Patient movement monitoring during radiation therapy based on the inertial measurement device sensor, characterized in that by removing noise from the patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor and then removing the final disturbance data signal generated according to the disturbance signal estimation process system.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
최종 교란 데이터 신호를 제거한 후 차원 축소 변환을 통해 1차원 데이터 신호 형태로 보정된 움직임 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템.
The method of claim 1, wherein the control unit,
An inertial measurement device sensor-based patient movement monitoring system during radiation therapy, characterized in that for outputting a movement data signal corrected in the form of a one-dimensional data signal through dimensionality reduction conversion after removing the final disturbance data signal.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 교란 데이터 신호 추출 단계는,
상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호를 시계열적인 데이터 신호에서 주파수 도메인으로 변환하는 도메인 변환 단계;
상기 도메인 변환 단계에서 주파수 도메인으로 변환된 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호와 상기 도메인 변환 단계에서 주파수 도메인으로 변환된 상기 노이즈 제거 단계에서 노이즈가 제거된 상기 광학 방식 환자 움직임 모니터링 장치로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호의 계수값을 비교하여 상기 관성측정장치 센서로부터 입력된 환자의 움직임 데이터 신호 중의 주파수 도메인 교란 데이터 신호를 추출하는 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계; 및
상기 주파수 도메인 교란 데이터 신호 추출 단계에서 추출된 주파수 도메인 교란 데이터 신호를 교란 데이터 신호를 주파수 도메인에서 시계열적인 데이터 신호로 역 변환하는 도메인 역 변환 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성측정장치 센서 기반의 방사선 치료 중 환자 움직임 모니터링 시스템.
The method of claim 1, wherein the step of extracting the disturbing data signal comprises:
The patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor from which noise is removed in the noise removal step and the patient's motion data signal input from the optical patient motion monitoring device from which noise is removed in the noise removal step are time-series. a domain conversion step of converting the data signal into a frequency domain;
The patient's motion data signal input from the inertial measurement device sensor converted to the frequency domain in the domain conversion step and noise removed in the noise removal step in the domain conversion step and the noise in the noise removal step converted to the frequency domain in the domain conversion step A frequency domain disturbance data signal for extracting a frequency domain disturbance data signal among the patient motion data signals input from the inertial measurement device sensor by comparing the count values of the patient motion data signals input from the removed optical patient motion monitoring device. extraction step; and
an inverse domain transformation step of inversely transforming the frequency domain disturbance data signal extracted in the frequency domain disturbance data signal extraction step into a time-series data signal in the frequency domain;
Patient movement monitoring system during radiation therapy based on the inertial measurement device sensor, characterized in that it comprises a.
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