KR20150065611A - Cone-Beam CT / Magnetic Resonance hybrid simulation system and method for generating reference images for radiotherapy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방사선 요법 치료에 관한 것으로서, 특히, 콘 빔(Cone beam)을 사용하는CT장치와 MRI장치를 결합하여 보다 정확하고 효율적으로 방사선 요법 치료를 할 수 있게 하는 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템(Cone-Beam CT / Magnetic Resonance Simulation system)과 방사선 치료실에서 사용되는 방사선 치료를 위한 기준영상 생성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to radiation therapy therapy, and more particularly, to a CBCT / MR hybrid simulation system (Cone (R)) which enables a radiotherapy treatment to be performed more accurately and efficiently by combining a CT apparatus using a cone beam with an MRI apparatus -Beam CT / Magnetic Resonance Simulation System) and a reference image generation method for radiation therapy used in a radiation treatment room.
일반적으로 방사선 요법 치료(radiation therapy treatment)는 크게 두 단계, 즉 시뮬레이션(simulation)과 치료(treatment)로 이루어진다. 종래의 CT(computed tomography)는 대부분의 시뮬레이션에서 이용되고 있다. 시뮬레이션 CT는 치료 계획(treatment planning)에 사용된다. 계획이 완성되면 필요한 정보가 치료 제어 시스템(treatment control system)으로 전송된다. In general, radiation therapy treatment consists of two stages: simulation and treatment. Conventional CT (computed tomography) is used in most simulations. Simulation CT is used for treatment planning. Once the plan is complete, the necessary information is sent to the treatment control system.
치료를 위해, 환자는 대부분의 공통적인 현대 치료 설비에서 전형적인 국소 영상 모달리티(localization imaging modality)의 도움을 얻어 치료계획에 적합한 자세를 취하게 된다. 구체적으로, 국소 영상 모달리티는 평면 방사선 영상(planar radiographic image)를 생성해 내며 이 평면 방사선 영상과 계획 절차(planning process) 단계에서 얻어진 기준 영상(reference image)를 비교하여 부정확한 자세를 교정하게 된다. For treatment, the patient is placed in a position appropriate to the treatment plan with the help of typical localization imaging modality in most common modern treatment facilities. Specifically, local image modality generates a planar radiographic image and corrects an incorrect posture by comparing the reference radiographic image with a reference image obtained at the planning process stage.
현재 사용되고 있는 CT 시뮬레이터들은 국소 영상 모달리티와는 달리 동일한 기하학적 구조에서의 직접적인 평면 방사선 영상(direct planar radiographic image)를 제공하지 않기 때문에, 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 CT 영상으로부터 디지털적으로 재구성해 내는 영상(Digitally Reconstructed Radiography, DRR)이 기준 영상으로 사용되고 있다. 그 결과 국소 영상(localization image)과 비교할 때 기준 영상은 화질이 열악하다. 또한, MR 영상으로부터는 DRR 을 만들어 낼 수 없어, MR만을 사용하는 시뮬레이터의 경우, 가상의 자료를 입력하여 마치 CT 영상처럼 변화시킨 후, 그로부터 DRR 을 구하는 것이 통상적이다. 따라서 기준영상의 화질이 나빠질 가능성이 크다. Since currently used CT simulators do not provide a direct planar radiographic image in the same geometrical structure, unlike the local image modality, the image reconstructed digitally from the simulated CT image using computer software Digitally Reconstructed Radiography (DRR) is used as a reference image. As a result, compared with the localization image, the reference image has poor image quality. Also, in the case of a simulator using only MR, it is not possible to generate a DRR from an MR image, and it is common to input a virtual data to change it as if it is a CT image, and then obtain a DRR therefrom. Therefore, there is a high possibility that the image quality of the reference image deteriorates.
고화질 국소 영상의 장점은 현재 보편적으로 사용되고 있는 임상기법(current clinical practice)이나 MR시뮬레이터 하에서는 충분히 그 진가를 알 수 없다. 종래의 CT는 또한 상대적으로 열악한 연조직 콘트라스트(soft tissue contrast) 때문에 화질이 좋지 않다. The advantage of high-quality local imaging is that the current clinical practice or MR simulator is not enough to know the true value. Conventional CT is also poor in image quality due to relatively poor soft tissue contrast.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방사선 치료를 목적으로 종래보다 높은 연조직 콘트라스트 및 보다 더 유용한 영상 혼합 정보를 제공하는, CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a CBCT / MR hybrid simulation system that provides higher soft tissue contrast and more useful image mixing information for purposes of radiation therapy.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 방사선 치료를 목적으로 종래보다 나은 화질의 기준영상을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a reference image of better quality than the conventional one for the purpose of radiotherapy.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템은, 테이블 베이스; 상기 테이블 베이스에 설치되며, 상기 테이블 베이스 상에서 좌우로 이동 가능한 크래들; 상기 테이블 베이스 상부 공간에 설치되며, 자기공명 영상을 제공하는 MRI장치; 상기 테이블 베이스 상부 공간에 설치되며, X-선의 산란(scatter)으로 인한 화질 저하를 막기 위해 X-선의 방향과 확산을 한정시키는 집속기(collimator)를 구비하고, X-선을 이용하여 평면 영상과 컴퓨터 단층촬영된 영상을 제공하는 Cone-Beam CT 장치; 및 상기 테이블 베이스의 상부 공간에 설치된 MRI장치와 Cone-Beam CT장치의 위치 정보를 이용하여 상기 MRI장치에서 생성된 영상과 상기 Cone-Beam CT 장치에서 생성된 영상을 결합하는 영상 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a CBCT / MR hybrid simulation system including: a table base; A cradle installed on the table base and movable left and right on the table base; An MRI apparatus installed in the upper space of the table base for providing a magnetic resonance image; And a collimator provided in the upper space of the table base to limit the direction and the diffusion of the X-ray in order to prevent deterioration in image quality due to scattering of the X-ray, A Cone-Beam CT device providing computed tomography images; And an image combining unit for combining the image generated by the MRI apparatus and the image generated by the Cone-Beam CT apparatus using the MRI apparatus and the location information of the Cone-Beam CT apparatus installed in the upper space of the table base .
상기 집속기(collimator)는 원형 멀티 슬릿 집속기(centric circular multi-slit collimator, CCMSC)이고, 상기 원형 멀티 슬릿 집속기를 통과한 X-선은 다중 팬 콘 빔(Multi-Fanned Cone Beam, MFCB)을 형성하는 것을 특징으로 한다.The collimator is a centric circular multi-slit collimator (CCMSC), and the X-ray passing through the circular multi-slit focusing unit is a multi-fanned cone beam (MFCB) .
상기 Cone-Beam CT는 서로 직각을 이루면서 설치되어 있는 두 개의 X-선 발생기 및 서로 직각을 이루면서 설치되어 있는 두 개의 원형 멀티슬릿 집속기(CCMSC)를 포함하는 것이 바람직하다. The Cone-Beam CT preferably includes two X-ray generators installed at right angles to each other and two circular multi-slit concentrators (CCMSC) installed at right angles to each other.
본 발명에 의한 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템은, 상기 Cone-Beam CT에서 생성된 영상을 이용하여 치료에 필요한 투여량을 계산하는 방사선량(Radiation Dose) 계산부를 더 포함하는 것이 바람직하다. The CBCT / MR hybrid simulation system according to the present invention may further include a radiation dose calculation unit for calculating a dosage required for treatment using the image generated in the Cone-Beam CT.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 방사선 치료를 위한 기준영상 생성방법은 테이블 베이스의 상부 공간에 설치된 MRI장치를 이용하여 방사선 치료 시뮬레이션을 위한 자기공명(MR) 영상을 생성하는 단계; 상기 자기공명 영상에서 방사선 치료를 필요로 하는 타겟이 정해지면, 상기 타겟에서 방사선 치료를 위한 기준점을 결정하는 단계; X-ray 영상 시스템의 중심과 상기 자기공명 영상의 상기 기준점을 일치시키는 단계; 및 상기 X-ray 영상 시스템으로부터 서로 직교(orthogonal)하는 두 개의 평면영상을 방사선 치료를 위한 기준영상으로 획득하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of generating a reference image for radiotherapy, the method comprising: generating a magnetic resonance (MR) image for radiation therapy simulation using an MRI apparatus installed in an upper space of a table base; Determining a reference point for radiation therapy in the target if the target requiring radiation therapy is determined in the magnetic resonance imaging; Matching the center of the X-ray imaging system with the reference point of the magnetic resonance image; And obtaining two orthogonal plane images from the X-ray imaging system as reference images for radiation therapy.
본 발명에 따른 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템에 의하면, 다이렉트 방사선 영상을 제공하고 CBCT영상과 MRI영상의 결합(fusion)도 자동으로 수행할 수 있다. According to the CBCT / MR hybrid simulation system according to the present invention, it is possible to provide a direct radiological image and to automatically perform fusion of a CBCT image and an MRI image.
그리고 본 발명에 의한 시뮬레이션 시스템은 MR을 포함하며, MR영상을 통해 고화질의 연조직 콘트라스트를 쉽게 얻을 수 있다.Further, the simulation system according to the present invention includes MR, and high-quality soft tissue contrast can be easily obtained through MR imaging.
또한 하이브리드 기하구조로, CBCT와 MR 간의 영상 결합(fusion)이 더 많은 정보를 얻기 위해 자동으로 만들어진다.Also, with hybrid geometry, the image fusion between the CBCT and the MR is automatically made to obtain more information.
또한 종래보다 나은 화질의 기준 영상과 더 높은 연조직 콘트라스트 및 보다 더 유용한 영상 혼합 정보를 제공할 수 있으며, 이를 통해 방사선 치료를 보다 효과적으로 할 수 있게 한다.Further, it is possible to provide a reference image of higher image quality, higher soft tissue contrast, and more useful image blending information than in the conventional art, thereby making it possible to more effectively perform the radiation treatment.
도 1은 일반적인 CT 시뮬레이터에서 시뮬레이션 영상을 생성하는 것을 나타내고 있다.
도 2는 Cone Beam CT 에서 영상을 생성하는 것을 나타내고 있다.
도 3은 도 1의 머리 및 목 부분과 가슴에 대한 DRR 영상과 직접적 방사선 영상(Direct Radiography)의 화질(image quality)을 비교하여 나타낸 예이다.
도 4는 본 발명에 의한 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템(Cone-Beam CT / Magnetic Resonance Simulation system)의 구성에 대한 일실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 MR영상, CT영상 및 MR영상과 CT영상이 결합된 영상을 나타낸 예이다.
도 6은 Multi-Fanned Cone Beam CT(MFCBCT)을 나타내고 있다.
도 7은 MFCBCT의 동작을 나타내고 있다.
도 8은 Dual energy CBCT 를 나타내고 있다.
도 9는 대표적인CBCT 시뮬레이터의 장점과 함께Dual Energy CBCT 시뮬레이터에서 얻을 수 있는 장점들의 예를 나타내고 있다.1 shows the generation of a simulation image in a general CT simulator.
Figure 2 shows the generation of an image in Cone Beam CT.
FIG. 3 shows an example of comparing the image quality of the DRR image and the direct radiography of the head and neck and the chest of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 shows an embodiment of a configuration of a CBCT / MR hybrid simulation system (Cone-Beam CT / Magnetic Resonance Simulation system) according to the present invention.
FIG. 5 shows an example of an MR image, a CT image, and a combined image of an MR image and a CT image.
6 shows Multi-Fanned Cone Beam CT (MFCBCT).
7 shows the operation of the MFCBCT.
Figure 8 shows dual energy CBCT.
Figure 9 shows an example of the advantages of a dual energy CBCT simulator with the advantages of a representative CBCT simulator.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention and therefore various equivalents And variations are possible.
도 1은 일반적인 CT 시뮬레이터에서 시뮬레이션 영상을 생성하는 것을 나타내고 있다. 링 형태의 검출기(detector)를 구비하고, fan beam geometry 하에서 시뮬레이션이 이루어진다. 직접적으로 얻어진 평면영상이 아닌 디지털적으로 재구성된 방사선(Digitally Reconstructed Radiography : DRR) 영상을 기준 영상(reference images)으로 생성하고 있다. 1 shows the generation of a simulation image in a general CT simulator. A ring-shaped detector is provided, and simulation is performed under fan beam geometry. (DRR) images are generated as reference images instead of directly obtained planar images.
도 2는 콘 빔(Cone Beam) CT 에서 영상을 생성하는 것을 나타내고 있다. X-레이 소스(X-ray source, 200)가 오브젝트(210)를 가운데 두고 돌아가면서 X-선을 투사하면서 플랫 판넬 검출기(flat panel detector, 230)를 통해 콘 빔(cone beam) geometry 조건에서 여러 방향에서 평면 국소 영상을 얻는다. 한편, 치료실(treatment room)에서도 플랫 판넬 검출기(Flat Panel Dector, 230)를 갖는 콘 빔(cone beam) geometry가 사용되고 있으며 다이렉트 방사선 영상들이 국소화를 위해 획득되고 있다. 따라서, DRR 을 기준영상으로 하는 현재의 시뮬레이션 기법에서는 기준 영상이 국소 영상보다 화질이 열악하다.Figure 2 shows the generation of an image in a Cone Beam CT. The
도 3은 도 1의 머리 및 목 부분과 가슴에 대한 DRR 영상과 Direct Radiography의 화질(image quality)을 비교하여 나타낸 것이다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, Direct Radiography의 화질(image quality)이 DRR 영상의 화질보다 훨씬 선명함을 알 수 있다. FIG. 3 shows a comparison between the DRR images of the head and neck and the chest of FIG. 1 and the image quality of Direct Radiography. As shown in FIG. 3, it can be seen that the image quality of the Direct Radiography is much clearer than that of the DRR image.
도 4는 본 발명에 의한 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템(Cone-Beam CT / Magnetic Resonance Simulation system)의 구성에 대한 일실시예를 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템의 일실시예는 테이블 베이스(table base, 400), 크래들(cradle, movable table, 410), MRI 장치(420), Cone-Beam CT 장치(430) 및 영상 결합부(440)를 포함하여 이루어지며, DOSE계산부(450)를 더 포함하는 것이 바람직하다.FIG. 4 shows an embodiment of a configuration of a CBCT / MR hybrid simulation system (Cone-Beam CT / Magnetic Resonance Simulation system) according to the present invention. One embodiment of the CBCT / MR hybrid simulation system according to the present invention includes a
도 4를 참조하면, 크래들(cradle, movable table, 410)은 테이블 베이스(table base, 400)에 설치되며, 상기 테이블 베이스 상에서 좌우로 이동 가능하다. Referring to FIG. 4, a
MRI장치(420)는 테이블 베이스(400)의 상부 공간에 설치되며, 자기공명(MR) 영상을 제공한다. 상기 자기공명 영상은 연조직(soft tissue) 영상 획득에 있어CT보다 월등한 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 의한 시뮬레이터는 기존의 CT 시뮬레이터 영상보다 고화질의 연조직 콘트라스트(soft tissue contrast) 를 제공할 수 있다. The
Cone-Beam CT 장치(MFCBCT, 430)는 테이블 베이스(400)의 상부 공간에 설치되며, X-선의 산란(scatter)으로 인한 화질 저하를 막기 위해 X-선의 방향과 확산을 한정시키는 집속기(collimator)를 구비하고, X-선을 이용하여 컴퓨터 단층 촬영된 영상과 평면 영상을 제공한다. 산란(scatter)된 X-선이 검출기에 닿으면 화질 저하의 원인이 되는데 상기 집속기를 이용하면 그 양을 알 수 있게 되며 영상을 생성할 때 보정이 가능해져서 영상의 질을 높일 수 있다.The Cone-Beam CT apparatus (MFCBCT) 430 is installed in the upper space of the
상기 집속기(collimator)는 원형 멀티 슬릿 집속기(centric circular multi-slit collimator, CCMSC)인 것이 바람직하고, 상기 원형 멀티 슬릿 집속기를 통과한 X-선은 다중 팬 콘 빔(Multi-Fanned Cone Beam, MFCB)을 형성한다. Preferably, the collimator is a centric circular multi-slit collimator (CCMSC), and the X-ray passing through the circular multi-slit focusing unit is a multi-fanned cone beam, MFCB).
영상 결합부(440)는 테이블 베이스(400)의 상부 공간에 설치된 MRI장치(420)와 Cone-Beam CT장치(430)의 위치 정보를 이용하여 상기 MRI장치(420)에서 생성된 영상과 상기 Cone-Beam CT 장치(430)에서 생성된 영상을 결합한다. 즉, 본 발명에 의한 시스템에서는MR영상과CT영상이 동일한 테이블 상에서 연이어 이루어지므로 테이블의 위치 정보만으로 자동으로 상기 MR 영상과 CT 영상을 결합할 수 있다. The
도 5는 MR영상, CT영상 및 MR영상과 CT영상이 결합된 영상을 나타낸 것으로서, CT(520)와 MR(500) 및 CT와 MR의 영상 결합(image fusion, 540)의 화질을 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, CT의 영상(520)에서는 국소화를 돕기 위해 환자의 몸 속에 삽입된 마커들(Markers)이 깨끗하게 나타나 있다. 그리고 MR영상(500)에서는 전립샘(prostate)이 깨끗하게 나타나 있다. CT영상(520)과 MR 영상(500)을 혼합한 영상(540)에서는, 전립샘과 마커들이 깨끗하게 나타나 있는 것을 볼 수 있다. 영상 결합(image fusion)을 통해 치료에 필요한 방사선량을 계산하는 DOES 계산을 할 수 있고, 높은 연조직 콘트라스트를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 MR영상이 환자 몸(body) 전체 영상의 중심에서 바깥으로 갈수록 변형(deformation)이 많아져 정확성이 문제될 수 있는데, 이러한 단점을 CT 영상이 해소할 수 있다. CT영상은 몸(body)의 외형 변형 문제에 있어서 MR영상보다는 장점이 크므로 변형 보정(correction)이 가능하다.FIG. 5 shows an image obtained by combining an MR image, a CT image, and an MR image and a CT image, and shows image quality of the
DOSE계산부(450)는 Cone-Beam CT(430)에서 생성된 영상을 이용하여 치료에 필요한 방사선 투여량을 계산한다. The
도 6은 Multi-Fanned Cone Beam CT(MFCBCT)를 나타내고 있다. 상기 Multi-Fanned Cone Beam CT(MFCBCT)는 X-선의 산란(scatter)으로 인한 화질 열화(image quality degradation)를 최소화하기 위해, X-선의 산란(scatter)이 줄어든 콘 빔(Cone-Beam) CT 영상과 다이렉트 방사선 기준 영상을 제공한다. 이를 위해, 원형 멀티 슬릿 집속기(centric circular multi-slit collimator, CCMSC, 602)를 구비함으로써, MFCB(Multi-Fanned Cone Beam) geometry를 구현한다.6 shows Multi-Fanned Cone Beam CT (MFCBCT). In order to minimize the image quality degradation due to X-ray scattering, the Multi-Fanned Cone Beam CT (MFCBCT) has been used for a cone-beam CT image with reduced scattering of X- And direct radiation reference images. To this end, a multi-fanned cone beam (MFCB) geometry is implemented by providing a centric circular multi-slit collimator (CCMSC) 602.
도 7은 MFCBCT의 동작을 나타내고 있다. 원형 멀티 슬릿 집속기(CCMSC, 602)는 개구 및 폐구 셉타(open and closed septa)를 구비하고 있는데, 중앙 활 모양의 평면(central sagittal plane)의 원형 트랙 상에 등각 간격(equi-angular interval)으로 위치해 있다. 따라서, 갠트리(gantry)가 한 번 회전하면(one gantry rotation), 필요한 데이터 세트의 절반만 얻을 수 있으며, 두 번 회전할 때(two gantry rotations), 필요한 데이터 세트 전체를 얻을 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 갠트리(gantry)의 첫번째 회전 동안에는, 소스(source)에 대한 상기 CCMSC의 상대적 위치는 고정된다. 두번째 회전에서, CCMSC는 등각 간격(equi-angular interval)으로 회전한다. 따라서, 첫번째 회전에서 개구 셉타(open septa)는 두번째 회전에서는 폐구 셉타(closed septa)가 되며, 첫번째 회전에서 폐구 셉타(closed septa) 는 두번째 회전에서는 개구 셉타(open septa)가 된다. 이렇게 해서 두 번의 회전에 의해 필요한 정보는 모두 얻어진다. 7 shows the operation of the MFCBCT. The circular multislit concentrator (CCMSC) 602 has open and closed septa, which are arranged in equi-angular intervals on a circular track in a central sagittal plane Is located. Thus, once a gantry rotates, you can only get half of the data set you need, and when you do two gantry rotations, you can get the entire data set you need. Referring to FIG. 7, during the first rotation of the gantry, the relative position of the CCMSC to the source is fixed. In the second rotation, the CCMSC rotates at an equi-angular interval. Thus, in the first turn, the open septa becomes the closed septa in the second turn and in the first turn the closed septa becomes the open septa in the second turn. In this way, all the necessary information is obtained by two rotations.
한편, 폐구 셉타(closed septa)에서도 약간의 신호가 얻어지는데 이는 산란된 X-선(scatter radiation)에 전적으로 기인되는 것으로 가정할 수 있어서 이 정보를 이용하여 인터폴레이션 방법으로 개구 셉타(open septa)에서의 scatter 기여(contribution)를 결정한다. On the other hand, some signals are also obtained in the closed septa, which can be assumed to be caused entirely by scattered X-rays, and this information can be used to calculate the interpolation method in the open septa scatter contribution.
이제, 전체 신호에서 산란선 신호를 차감하고 그 정보만을 이용하여 증진된 영상을 구한다. Now, the scattered ray signal is subtracted from the entire signal and the enhanced image is obtained using only the information.
그리고 상기 Cone-Beam CT는 서로 직각을 이루면서 설치되어 있는 두 개의 X-선 발생기와, 서로 직각을 이루면서 설치되어 있는 두 개의 원형 멀티슬릿 집속기(CCMSC) 및 두 개의 Flat Panel Detector를 포함하는 것이 바람직하다. Preferably, the Cone-Beam CT includes two X-ray generators installed at right angles to each other, two circular multi-slit concentrators (CCMSC) and two flat panel detectors installed at right angles to each other Do.
도 8은 Dual energy CBCT 를 나타내고 있다. 도 8을 참조하면, Dual energy CBCT 는 제1 X-ray source(800)와 제1 CCMSC(centric circular multi slit collimator, 810) 및 제1 Flat Panel Detector(820)와 제2 X-ray source(850)와 제2 CCMSC(centric circular multi slit collimator, 860) 및 제2 Flat Panel Detector(870)를 구비하고 있다. Figure 8 shows dual energy CBCT. Referring to FIG. 8, the dual energy CBCT includes a
본 발명에 의한 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템(Cone-Beam CT / Magnetic Resonance Simulation system)은 DRR이 아닌 평면 기준영상(Planar Reference Image)를 직접 얻을 수 있다. 즉 다이렉트 방사선 영상(Direct Radiography)을 제공한다. 상기 평면 기준영상을 얻는 과정은 본 발명에 의한 시스템을 사용하는 방법과 연관 지어 설명될 수 있다. 먼저, 시뮬레이션을 위한 MR영상을 획득한 후, 담당자가 치료할 부위인 타겟의 위치를 결정하고 방사선 치료를 위한 기준점을 지정한다. 상기 타겟의 위치정보와 기준점은 컴퓨터 소트웨어를 통해 얻을 수도 있다.The CBCT / MR hybrid simulation system according to the present invention can directly obtain a planar reference image (DRR) instead of the DRR (Cone-Beam CT / Magnetic Resonance Simulation System). That is, direct radiography. The process of obtaining the planar reference image may be described in connection with a method of using the system according to the present invention. First, after acquiring the MR image for simulation, the person in charge determines the position of the target to be treated and designates the reference point for the radiation treatment. The location information of the target and the reference point may be obtained through computer software.
상기 MR영상 상의 기준점이X-ray영상 시스템의 중심과 일치하도록 테이블을 이동시키고, 두 개의 orthogonal(즉, 90도 간격의) 평면 영상을 얻으면 상기 얻어진 영상들이 기준영상이 된다. 상기 두 개의 직교하는 평면영상은 X-ray 영상 시스템을 이용하여 90도 차이 나는 방향으로 촬영하여 얻을 수도 있고 서로 직교하는 영상을 한 번에 얻을 수 있는 X-ray 장비를 이용하여 직교하는 평면 영상 세트를 획득할 수 있다. When the table is moved so that the reference point on the MR image coincides with the center of the X-ray image system, and the two orthogonal (i.e., intervals of 90 degrees) planar images are obtained, the obtained images become reference images. The two orthogonal plane images can be obtained by photographing in a 90 degree difference direction using an X-ray imaging system or by using an X-ray equipment capable of obtaining orthogonal images at one time, Can be obtained.
한편, CBCT 와는 무관하게 기준영상을 얻을 수도 있다. 방사선 치료 시뮬레이션을 위한 MRI 스캐닝(scanning) 을 하여 MR영상을 획득한다. MR영상이 생성되면 담당자가 MR 영상에 치료할 타겟을 지정하고, 그에 맞추어 isocenter 를 결정한다. 상기 isocenter는 소프트웨어를 이용하여 자동으로 결정할 수도 있다.On the other hand, a reference image can be obtained regardless of the CBCT. MR imaging is performed by MRI scanning for radiation therapy simulation. When the MR image is generated, the person in charge designates the target to be treated in the MR image, and determines the isocenter accordingly. The isocenter may be determined automatically using software.
그러면 상기 isocenter 부분이 x-ray 시스템의 center 와 일치되게 테이블을 이용하여 환자를 움직여서 고정한 후, 두 개의 직교하는(orthogonal) x-ray 영상(image) 들을 얻으면, 이것이 바로 기준 영상 세트(reference image set)가 된다.Then, when the patient is moved and fixed using the table so that the isocenter portion matches the center of the x-ray system, and then two orthogonal x-ray images are obtained, this is referred to as a reference image set ).
본 발명에 의한 시스템은 또한 영상결합(image fusion)을 자동으로 생성하며, DOSE 계산은 CT 영상을 이용하여 제공하며, 연조직 콘트라스트(soft tissue contrast)도 우수하다. The system according to the present invention also automatically generates image fusion, the DOSE calculation is provided using CT images, and the soft tissue contrast is excellent.
도 9는CBCT 시뮬레이터의 기본적인 장점과Dual Energy CBCT 시뮬레이터에서 추가로 얻어지는 장점을 나타내고 있다. 도 9를 참조하면, Direct radiographic setup 기준 영상(DRI)와 종래의 기준영상을 비교할 때 본 발명에 의한 Direct radiographic setup 기준 영상(DRI)이 종래의 기준영상보다 훨씬 선명한 것을 알 수 있다. 그리고 금속으로 인한 아티팩트(metal artifact)도 훨씬 감소함을 볼 수 있다. 또한 charged 입자 치료에서 민감한 문제인 콘트라스트 물질 부위를 영상처리를 통해 제거한 가상 영상(virtual contrast-free image)를 제공한다. 콘트라스트 물질은 시뮬레이션 단계에서는 필요하나 실제 치료 시에는 존재하지 않으므로 DOSE 를 계산할 때는 제거함으로써 정확성을 높이게 된다. Figure 9 shows the basic advantages of the CBCT simulator and further advantages obtained from the Dual Energy CBCT simulator. Referring to FIG. 9, when comparing the direct radiographic setup reference image (DRI) with the conventional reference image, the direct radiographic setup reference image (DRI) according to the present invention is much clearer than the conventional reference image. The metal artifacts are also significantly reduced. It also provides a virtual contrast-free image, which is a sensitive problem in charged particle therapy, which is removed through image processing. Since the contrast material is needed at the simulation stage but does not exist at the actual treatment, the accuracy is improved by removing the DOSE when calculating it.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 기준영상은 일반적으로 서로 다른 각도에서 획득한 2 개의 영상을 하나의 set 으로 하는데, Dual Energy CBCT 시뮬레이터에서는 2 개의 영상을 동시에 얻게 되므로 두 영상 사이에 시간차에 의해 야기될 수 있는 공간정보의 불확실도를 제거할 수 있다. 또한, 영상처리에 의해 일반적 방사선 영상(radiography)은 물론, 뼈 영상(bone image) 및 조직영상(tissue image)를 독립적으로 생성해 낼 수 있다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. For example, a reference image generally consists of two images acquired from different angles as a set. In Dual Energy CBCT simulator, two images are obtained at the same time. Therefore, spatial information Can be eliminated. In addition, it is possible to independently generate general bone radiography as well as bone image and tissue image by image processing.
한편, 종래의 방사선 치료를 위한 시뮬레이터는 CT 기반(based) 이다. 최근에 연조직(soft tissue) 영상이 뛰어난 MR 을 이용하는 시뮬레이터에 대한 연구와 시도가 이루어지고 있다. MR 을 사용하는 경우, 두 가지 해결할 문제가 있다. 하나는, DOSE 계산을 위해 필요한 정보를 CT 는 제공하나 MR 은 제공하지 못한다. 두번째는 치료실에는 일반적으로 MR 이 존재하지 않아 환자 셋업(setup)을 위한 기준영상으로 MR 에서 직접 구하는 영상을 사용할 수가 없다. 이 문제는 사실상, 기존 CT 시뮬레이터에도 존재하는데 이것을 DRR 로 해결하는 것이다. Meanwhile, the conventional simulator for radiation therapy is CT based. Recently, a study and an attempt have been made on a simulator using an MR having excellent soft tissue image. When using MR, there are two problems to be solved. One provides the information needed for DOSE computation, but the MR does not. Second, there is generally no MR in the treatment room, so you can not use images obtained directly from the MR as reference images for patient setup. This problem actually exists in existing CT simulators, and this is solved by DRR.
다시 MR 시뮬레이터로 돌아와서, 위에 언급한 문제점들에 대한 일반적 해결책은 상술한, 가상의 정보를 MR 영상에 부여하여 CT 영상처럼 만드는 것이다. 이런 경우, 근본적으로 uncertainty 가 커진다고 볼 수 있다. Returning to the MR simulator again, a general solution to the above-mentioned problems is to add the above-described virtual information to the MR image to make it like a CT image. In this case, it can be said that the uncertainty is basically growing.
본 발명은 이러한 문제들이 존재하지 않는 또는 쉽게 해결할 수 있는 시스템을 제공한다. MR 과 회전(rotation) 이 가능한 콘빔(Cone Beam) geometry 의 x-ray 를 결합하여, 필요한 경우, CBCT 를 수행하여 DOES 계산에 필요한 정보를 제공할 수 있으며, 상술한 바와 같이 평면 영상을 획득하여 기준영상도 제공할 수 있다. 편의상 DRR 과 구분하기 위해 직접적인 x-ray 영상으로 표현했는데, 이는 보통의 x-ray 영상과 같은 것이다.The present invention provides a system in which these problems do not exist or can be easily solved. If necessary, CBCT can be performed to provide information necessary for calculation of DOES by combining X-rays of MR and cone beam geometry capable of rotation. As described above, Video can also be provided. For the sake of simplicity, the x-ray image is directly referenced to distinguish it from the DRR, which is the same as a normal x-ray image.
영상결합(image fusion)은 보통 같은 환자에 대한 다른 종류의 영상들, 예를 들어 MR 과 CT 을 서로 같은 위치로 맞추어 양쪽의 장점들을 극대화하여 더 많은 정보를 얻고자하는 프로세스(process)를 말한다. 일반적으로 다른 시간에 독립된 두 개의 영상장비를 통해 영상이 얻어지므로 결합과정이 조금 복잡하며, 또한 환자의 자세가 서로 다를 수 있어 공간적인 결합에 있어 정확도가 떨어질 수 있다. 본 발명은 두 영상이 같은 자세로 동일한 테이블에서 연이어 이루어지므로 이런 문제를 극복할 수 있다.Image fusion usually refers to a process in which different types of images for the same patient, such as MR and CT, are positioned at the same position to maximize the advantages of both to obtain more information. Generally, images are acquired through two separate imaging devices at different times, so the coupling process is a little complicated and the patient's posture may be different, which may result in less accuracy in spatial combination. The present invention overcomes this problem because two images are consecutively made on the same table in the same posture.
400 : 테이블 베이스(table base)
410 : 크래들(cradle, movable table)
420 : MRI 장치
430 : Cone-Beam CT 장치
440 : 영상 결합부
450 : DOSE계산부
800 : 제1 X-ray source
810 : 제1 CCMSC(centric circular multi slit collimator)
820 : 제1 Flat Panel Detector
850 : 제2 X-ray source
860 : 제2 CCMSC(centric circular multi slit collimator)
870 : 제2 Flat Panel Detector400: table base
410: cradle (movable table)
420: MRI apparatus
430: Cone-Beam CT device
440:
450: DOSE calculation unit
800: first X-ray source
810: a first centric circular multi-slit collimator (CCMSC)
820: 1st Flat Panel Detector
850: second X-ray source
860: a second centric circular multi-slit collimator (CCMSC)
870: 2nd Flat Panel Detector
Claims (5)
상기 테이블 베이스에 설치되며, 상기 테이블 베이스 상에서 좌우로 이동 가능한 크래들;
상기 테이블 베이스의 상부 공간에 설치되며, 자기공명 영상을 제공하는 MRI장치;
상기 테이블 베이스의 상부 공간에 설치되며, X-선의 산란(scatter)으로 인한 화질 저하를 막기 위해 X-선의 방향과 확산을 한정시키는 집속기(collimator)를 구비하고, X-선을 이용하여 평면 영상과 컴퓨터 단층 촬영된 영상을 제공하는 Cone-Beam CT 장치; 및
상기 테이블 베이스의 상부 공간에 각각 설치된, 상기 MRI장치 및 상기 Cone-Beam CT장치의 테이블 상의 위치 정보를 이용하여 상기 MRI장치에서 생성된 영상과 상기 Cone-Beam CT 장치에서 생성된 영상을 결합하는 영상 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CBCT/MR하이브리드 시뮬레이션 시스템.Table base;
A cradle installed on the table base and movable left and right on the table base;
An MRI apparatus installed in an upper space of the table base for providing a magnetic resonance image;
And a collimator provided in the upper space of the table base for limiting the direction and the diffusion of the X-ray to prevent a deterioration in image quality due to scattering of the X-ray, And a Cone-Beam CT device providing computed tomography images; And
And an image combining unit that combines the image generated by the MRI apparatus and the image generated by the Cone-Beam CT apparatus using the position information on the table of the MRI apparatus and the Cone-Beam CT apparatus installed in the upper space of the table base, And a coupling unit for coupling the CBCT / MR hybrid simulation system to the CBCT / MR hybrid simulation system.
원형 멀티 슬릿 집속기(centric circular multi-slit collimator, CCMSC)이고,
상기 원형 멀티 슬릿 집속기를 통과한 X-선은 다중 팬 콘 빔(Multi-Fanned Cone Beam, MFCB)을 형성하는 것을 특징으로 하는 CBCT/MR하이브리드 시뮬레이션 시스템.The apparatus of claim 1, wherein the collimator comprises:
A centric circular multi-slit collimator (CCMSC)
Wherein the X-ray passing through the circular multi-slit focusing unit forms a multi-fan cone beam (MFCB).
서로 직각을 이루면서 설치되어 있는 두 개의 X-선 발생기 및 서로 직각을 이루면서 설치되어 있는 두 개의 원형 멀티슬릿 집속기(CCMSC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템.3. The method of claim 2, wherein the Cone-Beam CT
And two circular multi-slit concentrators (CCMSCs) installed at right angles to each other, and two X-ray generators installed at right angles to each other.
상기 Cone-Beam CT에서 생성된 영상을 이용하여 치료에 필요한 방사선 투여량을 계산하는 DOSE계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CBCT/MR 하이브리드 시뮬레이션 시스템. The method of claim 3,
Further comprising a DOSE calculation unit for calculating a dose of radiation necessary for the treatment using the image generated by the Cone-Beam CT.
상기 자기공명 영상에서 방사선 치료를 필요로 하는 타겟이 정해지면, 상기 타겟에서 방사선 치료를 위한 기준점을 결정하는 단계;
X-ray 영상 시스템의 중심과 상기 자기공명 영상의 상기 기준점을 일치시키는 단계; 및
상기 X-ray 영상 시스템으로부터 서로 직교(orthogonal)하는 두 개의 평면영상을 방사선 치료를 위한 기준영상으로 획득하는 단계를 포함하는 방사선 치료를 위한 기준영상 생성 방법.
Generating a magnetic resonance (MR) image for radiation therapy simulation using an MRI apparatus installed in an upper space of a table base;
Determining a reference point for radiation therapy in the target if the target requiring radiation therapy is determined in the magnetic resonance imaging;
Matching the center of the X-ray imaging system with the reference point of the magnetic resonance image; And
And acquiring two orthogonal plane images from the X-ray imaging system as reference images for radiation therapy.
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KR101721798B1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-03-30 | 서울대학교산학협력단 | Assessment method for changing time of radiation therapy planning |
RU2657200C1 (en) * | 2017-01-09 | 2018-06-08 | Виктор Павлович Горелов | Method of pararectal surgical biopsy of the prostate gland using combined images of computer and magnetic resonance tomography |
CN111553941A (en) * | 2020-04-30 | 2020-08-18 | 赤峰学院附属医院 | Method and device for synthesizing panoramic view of oral cavity of user and electronic equipment |
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2014
- 2014-12-05 KR KR1020140174059A patent/KR20150065611A/en not_active Application Discontinuation
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