KR100740338B1 - 장기 움직임 실시간 추적 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 장기 움직임 실시간 추적 장치는, 방사선을 조사하는 방사선 조사장치; 상기 방사선 조사장치에서 조사된 방사선을 가시광선으로 변환시키는 가시광선 발생수단; 상기 가시광선 발생수단에 의해 발생된 가시광선에 의해 형성되는 영상을 촬영하는 카메라; 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 디지털 영상신호로 변환시키는 신호변환기; 및 상기 디지털 영상신호에 의해 형성된 디지털 영상을 화면으로 표시하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이부상에 표시된 영상의 특정부분을 선택하기 위한 입력부와, 상기 입력부에 의해 선택된 상기 특정부분의 시간변화에 따른 위치변화데이터를 작성하는 제어부와, 상기 제어부에서 작성된 위치변화데이터 및 상기 디지털 영상을 저장하는 저장부가 구비된 컴퓨터처리장치;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

장기 움직임 실시간 추적 장치{Device for tracing organ motion induced by respiration in real time}

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장기 움직임 실시간 추적장치의 개략적 구성도이다.

도2는 도1에 도시된 장기 움직임 실시간 추적장치의 방사선 조사장치와 가시광선 발생수단 및 카메라의 배치를 보여주는 도면이다.

도3은 도2에 도시된 장기 움직임 실시간 추적장치의 가시광선 발생수단의 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...장기 움직임 실시간 추적 장치 20...방사선 조사장치

30...가시광선 발생수단 31...입사스크린

32...가시광선발생부 33...반사거울

35...카메라 40...신호변환기

50...컴퓨터처리장치 51...디스플레이부

52...입력부 53...제어부

54...저장부

본 발명은 위암, 폐암등의 방사선 치료시 장기의 연속적인 움직임을 고려하여 정확하고 효과적으로 환자의 치료 예정 부위에 진단용 방사선을 조사하기 위한 장치에 사용되는 장기 움직임 실시간 추적 장치에 관한 것으로서, 특히 호흡에 의한 장기의 특정부분의 시간에 따른 위치변화를 추적하도록 된 장기 움직임 실시간 추적 장치에 관한 것이다.

복잡해진 사회를 살아가는 현대인들은 많은 스트레스와 불규칙한 식사 등으로 건강을 유지하기 힘들어졌다. 특히, 이런 현대인들은 악성종양 즉, 암에 의한 사망원인 확률이 가장 높다. 사회적으로 암의 발병률 또한 증가하는 추세에 있으며, 국가적인 대책이 시급히 요구되고 있다. 이에 따라, 암 등의 치료방법도 주요한 관심의 대상이 되며, 특히 방사선 치료법의 중요성이 강조되고 있다.

암부위의 종양에 대한 성공적 방사선 치료를 위해서는 두 가지 중요한 요소가 필요하다. 첫째, 종양에 조사되는 방사선의 위치가 정확해야 하며, 둘째, 계획된 방사선량과 실제 투여된 방사선량이 일치하여야 한다.

종양에 대한 정확한 방사선 치료를 위해서는 여러 가지 변위 오차를 줄여야 한다. 방사선 치료시 환자의 인체와 관련하여 생기는 변위오차에는 크게 3가지로 분류할 수 있으며 그 종류는 자세관련 장기움직임 오차, 사이분획 장기움직임 오차, 내부분획 장기움직임 오차로 분류된다.

자세관련 장기움직임 오차는 환자가 치료받을 때 서있거나 누워있거나 하는 자세에 따라 내부 장기들의 위치가 변하게 되는 것이다. 자세관련 장기움직임 오차는 치료위치를 계획할 때, 치료할 때와 같은 환자의 자세를 만들어 촬영하고 그에 따라 계획함으로써 그 오차를 제거할 수 있다.

사이분획 장기움직임 오차는 내부 장기의 상태에 따른 움직임들로, 방광의 채워짐 정도라든가 직장의 채워짐 정도, 혹은 위의 채워짐 정도에 따라 해당 장기 및 주변 장기들의 위치가 변하게 되어 생기는 것이다. 이와 같은 사이분획 장기움직임 오차는 치료계획 할 때와 치료할 때 환자의 상태를 같게 만들어 줌으로써 제거할 수 있다.

내부분획 장기움직임 오차는 호흡이나 심장의 박동에 의해 해당 장기 및 주변 장기들의 위치 변화가 발생하는 것이다. 이 오차는 살아있는 사람에게 있어서 생리적으로 발생할 수 밖에 없으며, 그 움직임이 빈번하고, 특히 호흡에 의한 경우에는 그 변동폭이 커서 횡격막을 포함한 호흡 움직임에 영향을 받는 해당장기들의 위치 변화가 문제된다. 따라서, 이와 같은 내부분획 장기움직임 오차를 제거하기 위해서는 호흡에 따른 내부 장기 움직임을 추적할 필요가 있다.

지금까지의 방사선 치료위치 검증은 시스템 불일치에서 오는 오차나, 환자의 치료위치 셋업(setup)에서 오는 오차, 그리고 치료중 환자의 움직임과 같은 오차에 대해서 뼈의 상대적 위치를 이용하여 이루어졌고 내부분획 장기움직임 오차는 치료마진으로 처리하여 왔다. 그 이유는 치료방사선의 에너지는 매우 강하기 때문에 장기조직과 같은 밀도가 높지 않은 신체 부분을 치료방사선을 이용하여 영상화하는 것은 불가능하기 때문이다. 따라서 치료중 장기의 상태를 치료방사선 영상으로 실 시간 검증하는 것은 거의 불가능하다.

이와 같은 이유로 인해, 주요장기 등의 종양에 방사선 치료를 수행하는데 있어서 한계가 있거나, 불필요한 방사선의 조사에 의한 부작용 등으로 치료효율이 높지 않았다. 이와같이 호흡에 의한 내부분획 장기움직임 오차에 대한 치료마진을 줄이기 위한 노력으로 환자의 호흡에 따라 치료용 방사선의 조사를 동기화시켜 호흡 움직임에 의해 발생되는 변위오차를 줄이려는 노력이 있었다. 특히, 실시간 위치제어법(Real-time positioning management method : RPM)이 있다. 이 방법은 치료하고자 하는 종양의 움직임과 방사선 조사영역을 일치시키는 방법이다. 이 방법은 실시간으로 환자의 종양이나 장기의 표적 위치를 검출하면서 동시에 이와 연관있는 환자의 외부 움직임을 감지하여 그 상관관계를 분석함으로써 내부 장기의 위치를 추정하여 그 위치에 방사선 치료를 하는 것이다. 이 방법의 성공 여부는 호흡에 의한 내부 장기의 움직임을 얼마나 정확한 타이밍에 얼마나 정확한 위치를 추적할 수 있느냐에 달려 있으나, 종래에는 이에 대한 장치가 개발되어 있지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 환자의 방사선 치료에 있어서 치료효율을 극대화 시키려는 방법을 실현시키기 위해 호흡에 따른 내부 장기의 특정부분의 위치를 실시간으로 추적하여 치료부분의 위치변위데이터를 작성할 수 있도록 된 장기 움직임 실시간 추적 장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 장기 움직임 실시간 추적 장치는, 방사선을 조사하는 방사선 조사장치;

상기 방사선 조사장치에서 조사된 방사선을 가시광선으로 변환시키는 가시광선 발생수단;

상기 가시광선 발생수단에 의해 발생된 가시광선에 의해 형성되는 영상을 촬영하는 카메라;

상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 디지털 영상신호로 변환시키는 신호변환기; 및

상기 디지털 영상신호에 의해 형성된 디지털 영상을 화면으로 표시하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이부상에 표시된 영상의 특정부분을 선택하기 위한 입력부와, 상기 입력부에 의해 선택된 상기 특정부분의 시간변화에 따른 위치변화데이터를 작성하는 제어부와, 상기 제어부에서 작성된 위치변화데이터 및 상기 디지털 영상을 저장하는 저장부가 구비된 컴퓨터처리장치;를 포함하는 점에 특징이 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장기 움직임 실시간 추적장치의 개략적 구성도이며, 도2는 도1에 도시된 장기 움직임 실시간 추적장치의 방사선 조사장치와 가시광선 발생수단 및 카메라의 배치를 보여주는 도면이며, 도3은 도2에 도시된 장기 움직임 실시간 추적장치의 가시광선 발생수단의 측면도이다.

도1 내지 도3을 참조하면 본 실시예의 장기 움직임 실시간 추적 장치(10)는 방사선 조사장치(20)와, 가시광선 발생수단(30)과, 카메라(35)와, 신호변환기(40)와, 컴퓨터처리장치(50)를 포함하고 있다.

상기 방사선 조사장치(20)는 환자의 치료 예정 부위에 진단용 방사선을 조사하는 장치이다. 상기 방사선 조사장치(20)는 필라멘트에서 나온 열전자를 이용해 방사선을 발생시켜 조사하는 장치로서, 물리학이나 의학분야에서 주로 사용되는 것으로서 그 구조 및 원리는 공지된 것이므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.

상기 가시광선 발생수단(30)은 도2에 도시된 바와 같이 입사스크린(31)과, 가시광선발생부(32)와, 반사거울(33)을 포함하고 있다.

상기 입사스크린(31)은 상기 방사선 조사장치(20)로부터 조사된 방사선이 인체를 통과하여 입사되는 부분이다. 상기 가시광선발생부(32)는 상기 입사스크린(31)의 하부에 배치되어 있다. 상기 가시광선발생부(32)는 상기 입사스크린(31)에 입사된 방사선이 가시광선으로 변환되는 부분으로서 그 원리는 일반적으로 널리 알려진 것이므로 상세한 서술은 생략하기로 한다. 상기 반사거울(33)은 상기 가시광선발생부(32)에 의해 발생된 빛을 카메라(35)에 입사하도록 방향을 바꾸어 주기 위해 마련된 것이다. 상기 반사거울(33)은 상기 가시광선발생부(32)에 대해 기울어지도록 배치되어 있다. 상기 카메라(35)는 상기 반사거울(33)을 통해 방향이 바뀐 가시광선에 의해 형성된 영상을 촬영하기 위해 마련된 것이며, 그 자세한 구조는 공지된 비디오카메라와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 신호변환기(40)는 상기 카메라(35)에 의해 촬영된 아날로그 영상을 디지털 영상신호로 변환시키기 위해 마련된 것이다. 본 실시예에서 신호변환기(40)는 8비트 A/D컨버터를 사용하였으며, 초당 30 프레임의 영상을 디지털 영상신호로 변환할 수 있는 Matrox사의 Meteor-∥_MC보드가 사용되었다.

상기 컴퓨터처리장치는 디스플레이부(51)와, 입력부(52)와, 제어부(53)와, 저장부(54)를 포함하고 있다. 상기 디스플레이부(51)는 상기 신호변환기(40)에서 변환된 상기 디지털 영상신호에 의해 형성된 디지털 영상을 화면으로 표시하는 역할을 하기 위해 마련된 것이다. 상기 입력부(52)는 상기 디스플레이부(51)에 표시된 디지털 영상의 특정부분의 위치를 선택하기 위해 마련된 것으로서 본 실시예에서는 마우스가 사용되었다. 상기 제어부(53)는 상기 마우스에 의해 선택된 상기 디지털 영상의 특정부분의 위치의 시간변화에 따른 위치변화데이터를 시간에 따라 추적하도록 하여 그 위치변화데이터를 작성하도록 마련된 것이다. 그 위치변화데이터를 작성하는 과정을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 제어부(53)는 상기 마우스에 의해 선택될 상기 디스플레이부(51)상에 표시된 영상의 스케일을 설정한 후, 입력된 디지털 영상으로부터 상기 마우스에 의해 선택된 특정부분을 포함하는 일정 크기의 기준형판을 획득한다. 그런 다음 일정시간 즉, 본 실시예에서는 1/30초 경과 후 입력된 새로운 디지털 영상에서 그 기준형판의 위치와 동일한 위치에서 상기 기준형판을 이동하면서 이미지를 비교하여 그 기준형판과 최적으로 일치하는 위치를 검색하여 찾아낸다. 그 일치하는 위치를 후술하는 저장부(54)에 저장한 다음, 그 위치를 기준으로 기준형판과 동일한 크기의 이동형판을 획득한다. 그런 후에, 상기 이동형판을 상기 기준형판으로 설정한다. 그리고 다시 그 새롭게 설정된 기준형판에 대해 다시 일정시간 즉, 1/30초 경과 후 그 새로운 기준형판과 일치하는 위치에서 다시 새로운 이동형판을 획득하는 과정을 반복하도록 하여 상기 마우스에 의해 선택된 특정부분의 위치를 1/30초 단위로 반복하여 작성하도록 하는 알고리즘(algorithm)을 포함하고 있다. 이와 같은 알고리즘에 의해 상기 마우스에 의해 선택된 특정부분의 위치변위데이터를 추적할 수 있게 된다.

상기 저장부(54)는 상기 제어부(53)에서 작성된 특정부분의 위치변화데이터 및 상기 신호변환부(40)에 의해 변환된 디지털 영상을 저장하는 기능을 수행한다. 상기 저장부(54)에 저장된 디지털 영상데이터 및 그 특정부분의 위치변화데이터는 상기 디스플레이부(51)에 표시되며, 다음 단계의 사용을 위하여 적당한 전송수단을 통해 전송될 수도 있다.

이하, 이러한 구조를 가지는 본 발명에 따른 장기 움직임 실시간 추적 장치(10)의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 장기 움직임 실시간 추적장치를 이용하여 치료를 위한 환자의 특정 부위의 호흡에 따른 위치변위데이터를 시간에 대해 추적하는 경우를 설명하기로 한다. 환자가 상기 장기 움직임 실시간 추적장치의 입사스크린(31) 상방에 누워 있는 상태에서 상기 방사선 조사장치(20)를 통해 방사선을 조사시킨다. 이 때, 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사되는 방사선은 진단용 방사선을 사용한다. 상기 방사선 조사장치(20)에서 조사된 방사선은 환자의 인체를 통과하면서 투과 정도에 차이가 생기게 되며, 상기 입사스크린(31)을 통과하여 상기 가시광선발생부(32)에서 가시광선으로 변환된다. 상기 가시광선발생부(32)에서 발생된 가시광선은 상기 입사스 크린(31)에 대해 경사지게 배치되어 있는 반사거울(33)에 의해 방향이 바뀌어진다. 상기 반사거울(33)에 의해 방향이 바뀐 가시광선에 의해 형성된 영상은 상기 카메라(35)의 렌즈에 입사되어 그 영상이 촬영된다. 상기 카메라(35)에 의해 촬영된 아날로그 영상은 상기 신호변환기(40)에 의해 초당 30프레임씩 즉, 1/30초 간격으로 디지털 영상으로 변환되어 상기 컴퓨터처리장치(50)에 입력된다. 상기 신호변환기(40)에 입력되는 아날로그 영상은 필요에 따라 참조하기 위해 별도의 기록장치(미도시)에 저장되면서 상기 신호변환부(40)로 입력될 수도 있다. 상기 컴퓨터처리장치(50)에 마련된 디스플레이부(51)는 상기 신호변환기(40)에 의해 디지털 영상신호로 변환된 영상을 표시하는 역할을 하며, 상기 입력부(52)로서 마련된 마우스를 통하여 상기 디스플레이부(31)에 표시된 특정부부분을 클릭하면 상술한 알고리즘에 의해 상기 특정부분의 위치변위데이터를 상기 제어부(53)가 추적하여 작성하게 되며, 시간에 따른 위치변위데이터를 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 위치변위데이터는 디스플레이부(31)를 통해 표시되며, 적절한 기록매체를 통해 저장 및 네트워크 등을 통해 필요한 장소로 전송이 가능하다. 이와 같은 장기 움직임 실시간 추적장치(10)는 환자의 호흡에 따른 내부 장기의 움직임을 추적하여 정확한 치료부위를 실시간으로 추적할 수 있으므로 실제 환자를 치료하는 경우에 호흡에 따른 내부장기의 움직임을 실시간으로 파악할 수 있어서 원하는 위치에 정확하게 치료용 방사선을 조사할 수 있는 효과가 있다.

본 실시예에 있어서는, 상기 형판들의 획득 간격은 초당 30프레임인 것으로 서술하였으나, 상기 형판들의 획득간격은 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다.

이상, 바람직한 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시예가 구체화될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 장기 움직임 실시간 추적 장치에 있어서는, 환자의 호흡에 따른 장기의 움직임을 실시간으로 추적할 수 있게 함으로써 그 환자의 치료부위에 정확히 방사선 치료가 행해질 수 있도록 기초자료를 제공하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 방사선을 조사하는 방사선 조사장치;

   상기 방사선 조사장치에서 조사된 방사선을 가시광선으로 변환시키는 가시광선 발생수단;

   상기 가시광선 발생수단에 의해 발생된 가시광선에 의해 형성되는 영상을 촬영하는 카메라;

   상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 디지털 영상신호로 변환시키는 신호변환기; 및

   상기 디지털 영상신호에 의해 형성된 디지털 영상을 화면으로 표시하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이부상에 표시된 영상의 특정부분을 선택하기 위한 입력부와, 상기 입력부에 의해 선택된 상기 특정부분의 시간변화에 따른 위치변화데이터를 작성하는 제어부와, 상기 제어부에서 작성된 위치변화데이터 및 상기 디지털 영상을 저장하는 저장부가 구비된 컴퓨터처리장치;를 포함하며,

   상기 제어부는 상기 마우스에 의해 선택된 상기 디스플레이부상에 표시된 영상의 특정부분을 포함하는 크기의 기준형판을 획득하고, 일정시간 경과 후 새롭게 입력된 영상에서 그 기준형판과 일치하는 위치를 검색하여 찾아낸 후 그 위치를 저장하고 그 위치에서 상기 기준형판과 동일크기의 이동형판을 획득한 후, 그 이동형판을 새로운 기준형판으로 설정한 다음, 그 새로운 기준형판에 대해 다시 일정시간 경과 후 새롭게 입력된 영상에서 그 새로운 기준형판과 일치하는 위치를 검색하여 찾아낸 후 그 위치를 저장하고 그 위치에서 다시 새로운 이동형판을 획득하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 알고리즘을 포함하는 장기 움직임 실시간 추적 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 입력부는 마우스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장기 움직임 실시간 추적 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 일정시간은 1/30초인 것을 특징으로 하는 장기 움직임 실시간 추적장치.

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