KR100955686B1 - 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 양성자빔을 이용한 안구의 종양 치료시, 안구의 움직임 범위가 기 설정된 오차 범위를 넘는 경우에는, 양성자빔의 출력을 차단할 수 있는, 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명은, 안구 종양 치료 시스템의 제어장치의 출력부를 통해 출력되는 영상의 픽셀 당 실제 길이를, 상기 제어장치의 제어부가 상기 제어장치의 저장부에 저장하는 교정 단계; 상기 안구 종양 치료 시스템의 감지장치로부터 전송된 환자의 안구 영상을, 상기 제어부가 상기 환자의 안구에 대한 표준 영상으로 상기 저장부에 저장하는 표준 영상 생성 단계; 상기 안구 종양 치료 시스템의 양성자빔 출력장치를 통해 상기 환자의 안구를 치료하는 동안, 상기 제어부가 상기 감지장치로부터 실시간으로 수신되는 상기 환자의 안구의 실시간 영상을 상기 표준 영상과 비교하여, 상기 실시간 영상의 움직임 여부를 판단하는 안구 위치 추적 단계; 및 상기 판단결과에 따라, 상기 제어부가 상기 양성자빔 출력장치의 동작을 정지시키거나 또는 상기 양성자빔 출력장치의 동작을 정상적으로 유지시키는 제어 단계를 포함한다.

안구, 종양, 양성자빔

Description

안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법{METHOD OF TRACING AN EYEBALL IN AN EYEBALL TUMOR TREATMENT}

본 발명은 안구의 움직임을 추적하는 방법에 관한 것으로서, 특히, 안구의 종양을 치료하는 과정에서 안구의 움직임을 추적 방법에 관한 것이다.

암과 같은 종양을 치료하기 위한 방법으로서 최근에는 방사선을 이용한 방법이 널리 이용되고 있으며, 이러한 방사선을 이용한 종양 치료 방법은 안구의 종양을 치료하기 위한 방법으로도 이용되고 있다. 한편, 최근에는 양성자빔을 이용한 안구의 종양 치료 방법이 개발되어 이용되고 있다.

도 1은 양성자빔과 X선의 특성을 설명하기 위한 그래프로서, 양성자빔과 X선의 인체에서의 투과 특성을 나타낸 것이다.

양성자빔 치료법은 방사선 치료의 일종이다.

즉, 방사선 치료는 X선이나 전자빔(양성자빔)을 인체에 조사하여 암세포를 파괴하는 것으로서, 지금까지 환자 치료에 많이 사용했던 X선은 도 1에 도시된 바 와 같이, 통과 경로에 있는 모든 조직에 손상을 주어 부작용을 피하기 어렵다는 문제점이 있다.

그러나, 양성자빔은 X선과 달리 체내에서 멈추기 직전 대부분의 에너지를 내놓고 사라지는데, 이는 양성자빔에만 나타나는 독특한 현상으로서, 에너지가 집중적으로 발산되는 지점을 '브래그 피크(Bragg peak)라고 한다. 즉, 브래그 피크 후방의 정상 조직에는 방사선 노출이 없어 부작용을 줄일 수 있으며, 피크가 생기는 지점은 빔의 세기와 통과하는 물질에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 인체를 투과하는 양성자빔의 세기를 조절하면 암세포만 정확히 조준해 파괴시킬 수 있으므로, 양성자빔을 이용한 치료 방법은 X선을 이용한 치료 방법보다 우수한 방법이라고 할 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같이, 양성자빔을 이용한 안구 종양의 치료는 일반 광자 선에 비해 많은 장점을 가지고 있으나, 이는 동시에 단점이 될 수도 있다는 문제점이 있다.

즉, 양성자빔을 이용한 종양 치료방법은, 원하는 깊이에 원하는 두께의 치료 범위를 조절할 수 있어 치료효과를 극대화할 수 있으나, 양성자빔 치료 중 환자의 치료 위치가 움직인다면 정상적인 인체조직에 과다한 양성자빔이 조사됨으로써, 부작용이 발생될 수 있으며, 특히, 안구의 경우에는 치명적인 부작용이 발생될 수도 있다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 양성자빔을 이용한 안구의 종양 치료시, 안구의 움직임 범위가 기 설정된 오차 범위를 넘는 경우에는, 양성자빔의 출력을 차단할 수 있는, 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 안구 종양 치료 시스템에 적용되는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법에 있어서, 상기 안구 종양 치료 시스템의 제어장치의 출력부를 통해 출력되는 영상의 픽셀 당 실제 길이를, 상기 제어장치의 제어부가 상기 제어장치의 저장부에 저장하는 교정 단계; 상기 안구 종양 치료 시스템의 감지장치로부터 전송된 환자의 안구 영상을, 상기 제어부가 상기 환자의 안구에 대한 표준 영상으로 상기 저장부에 저장하는 표준 영상 생성 단계; 상기 안구 종양 치료 시스템의 양성자빔 출력장치를 통해 상기 환자의 안구를 치료하는 동안, 상기 제어부가 상기 감지장치로부터 실시간으로 수신되는 상기 환자의 안구의 실시간 영상을 상기 표준 영상과 비교하여, 상기 실시간 영상의 움직임 여부를 판단하는 안구 위치 추적 단계; 및 상기 판단결과, 상기 실시간 영상의 움직임 범위가 기 설정되어 있는 오차의 범위를 벗어난 경우, 상기 제어부가 상기 양성자빔 출력장치의 동작을 정지시키며, 상기 판단결과, 상기 실시간 영상의 움직임 범위가 기 설정되어 있는 오차의 범위 내에 있는 경우, 상기 제어부가 상기 양성자빔 출력장치의 동작을 정상적으로 유지시키는 제어 단계를 포함한다.

본 발명은 양성자빔을 이용한 안구의 종양 치료시, 안구의 움직임 범위가 기 설정된 오차 범위를 넘는 경우에는 양성자빔의 출력을 차단시킴으로써, 양성자빔에 의한 안구의 부작용을 방지할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다.

도 2는 본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법이 적용되는 안구 종양 치료 시스템의 일실시예 구성도이다.

본 발명은 양성자빔을 이용하여 안구의 종양을 치료하는 과정에서 이용되는 안구 추적 방법에 관한 것으로서, 양성자빔을 이용한 안구 종양 치료의 가장 중요한 과정은, 치료 중 환자의 눈동자(안구)가 치료계획 시 설정되었던 안구의 위치를 지속적으로 유지하도록 하는 것이다. 이를 위해 본 발명은, 도 2에 도시된 바와 같이 시스템을 재구성하였는바, 본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법이 적용되는 안구 종양 치료 시스템은, 양성자빔을 출력시켜 안구의 종양을 치료하기 위한 양성자빔 출력장치(10), 양성자빔 출력장치에 의해 종양 치료를 받고 있는 안구의 움직임을 감지하기 위한 감지장치(20) 및 감지장치로부터 전송된 안구의 움직임을 분석하여 안구의 움직임에 따라 양성자빔 출력장치의 동작을 제어하기 위 한 제어장치(30)를 포함한다.

양성자빔 출력장치(10)는 안구 종양을 치료하기 위한 것으로서, 현재 이용되고 있는 양성자빔 출력장치가 이용되고 있는바, 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

감지장치(20)는 안구 종양 치료를 받고 있는 안구의 움직임을 감지하는 기능을 수행하는 것으로서, 감지장치에서 감지된 환자의 안구 영상은 제어장치로 전송된다. 따라서, 감지장치는 양성자빔 출력장치에 인접하게 설치되어야 하며, 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이, 양성자빔 출력장치 중에서도 양성자빔이 출력되는 방출구(11)에 인접하게 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명에 적용되는 감지장치는 CCD 카메라 등으로 구성될 수 있으며, 특히, 영상을 입력받는 렌즈(21) 및 적외선을 발생시키는 적외선 LED(22)을 포함하여 구성되어 있다. 종래의 감지장치에 적용되는 렌즈는 단순 조리게 조절기능만 가지고 있어 실제 초점조절이 어렵고 불편한 단점이 있었으며, 안구의 패턴 매칭(pattern matching) 소프트웨어를 이용할 경우 정확성을 높이기 위해서는, 형광등 불빛과 기타 주변 환경에서 오는 형상들이 눈동자에 맺히는 것을 제거해야할 필요가 있었다. 따라서, 본 발명에 적용되는 감지장치는 적외선을 이용하여 주변의 잡광과 형상을 제거하고 있으며, 이를 위해 치료실 내의 조명을 낮추는 것이 바람직하다. 또한, 감지장치에 적용되는 카메라의 렌즈는 조정실 내에서 제어장치에 의해 원격으로 확대, 초점, 조리개의 조절이 가능하도록 구성되어 있으며, 렌즈(21) 주변에는 적외선 LED(22)가 장착되어 있다.

즉, 본 발명에 적용되는 감지장치의 첫 번째 특징은, 환자의 안구에 비치는 주변 환경으로부터 발생되는 잡광(雜光)에 의한 분석력 저하를 줄이기 위해, 사람의 눈에는 보이지 않으나 카메라에는 촬영이 가능한 적외선 LED(22)를 감지장치의 렌즈(21) 근처에 배열시킴으로써, 제어장치에서의 영상 분석이 용이하도록 하고 있다는 것이다. 부연하여 설명하면, 환자의 안구 영상을 정확히 분석하기 위해서는 정밀하고 질 좋은 패턴(pattern)을 얻는 것이 중요한 과제인데, 일반적인 환경에서의 안구 영상은 주변의 여러 가지 조명 시설(형광등 실내조명등, 컴퓨터 및 카메라 반사영상 등) 등에 의해 분명한 영상을 얻기 어려우므로, 이러한 조건을 제거하기 위해 본 발명은 감지장치에 적외선 LED를 장착하여 안구 내에 필요한 조명과 일정한 패턴(pattern)을 만들어 주어 pattern matching에 도움을 주도록 하고 있다.

감지장치의 두 번째 특징은, 감지장치에 적용되는 카메라 렌즈(21)가 제어장치에 의해 원격에서 확대조절, 초점조절, 조리개의 조절이 가능하도록 구성되어 있다는 것이다. 즉, 종래의 카메라 렌즈는 단순 조리개 조절 기능만 가지고 있어 실제 초점조절이 어렵고 불편하다는 단점이 있었으나, 본 발명은 제어장치에 의해 렌즈가 다양한 형태로 조정될 수 있도록 한다는 특징을 가지고 있다.

상기한 바와 같은 구성을 포함하는 감지장치는, 렌즈를 통해 수신된 영상을 제어장치의 이미지 보드(image acquisition board(NI Vision acquisition board))(인터페이스)로 전송하며, 제어장치는 인터페이스를 통해 수신된 영상을 아래에서 설명될 본 발명에 따른 방법을 통해 저장 및 분석하게 된다.

제어장치(30)는 감지장치로부터 환자의 안구에 대한 표준 영상(template image)을 제공받아 저장하는 한편, 안구 종양 치료시 상기 안구에 대한 실시간 영상(real time image)을 제공받아 상기 표준 영상과 비교하여, 안구의 움직임이 감지된 경우에는 양성자빔 출력장치의 동작을 중지시키는 기능을 수행한다. 도 2에 도시된 바와 같이 제어장치는, 양성자빔 출력장치 및 감지장치와 통신을 수행하는 것으로서 하드웨어와 소프트웨어를 연결해 주는 Image Acquisition Board 기능을 수행하는 인터페이스(31), 사용자로부터 각종 제어신호를 입력받기 위한 입력부(33), 감지장치로부터 전송된 각종 영상정보와 본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법을 구현하기 위한 각종 프로그램 정보를 저장하기 위한 저장부(35), 표준 영상과 실시간 영상을 비교하여 그 결과에 따라 상기 양성자빔 출력장치의 기능을 제어하기 위한 제어부(32) 및 제어부의 제어에 따라 각종 정보를 출력하기 위한 출력부(34)를 포함하여 구성되어 있다. 한편, 감지장치로부터 전송된 영상은, 현재 국외는 물론 국내 대기업 연구소에서 자동 제어 계측과 관련된 분야에서 널리 사용되고 있으며, 첨단 기술 개발에 사용되고 있는 그래픽 베이스의 프로그램 언어인 LabView의 영상 분석 프로그램을 이용하여 제어장치에서 분석될 수 있다. 즉, 본 발명은 영상 분석 프로그램의 형태로 구현되어 제어장치에서 실행될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법의 일실시예 흐름도이다.

본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 감지장치에 대한 각종 셋팅 작업을 수행하는 교정(Calibration) 과정(100), 감지장치로부터 제공받은 환자의 안구 영상을 표준 영상으로 생성하여 제어장치에 저장하는 표준 영상(Template image) 생성 과정(200), 양성자빔을 이용하여 안구의 종양을 치료하는 중에 실시간 영상(Treatment image)을 표준 영상과 비교하여 안구의 움직임을 분석하는 안구 위치 추적 과정(300) 및 안구 위치 추적 과정을 통해 분석된 정보를 이용하여 양성자빔 출력장치의 구동을 제어하는 제어(Control) 과정(400)를 포함하여 구성되어 있다.

교정(Calibration) 과정(100)은 환자 안구의 영상을 정확히 분석하기 위해 감지장치의 영상 초점과 각 픽셀(pixel) 당 실제 거리를 측정하여 저장부에 저장하는 과정으로서, 안구 종양 치료를 실질적으로 시작하기 위한 전단계에서 수행되는 과정이다. 본 발명에서는 실제 환자치료 시 예상치 못한 경우를 대비하여, 교정 과정에서, point distance, Edge detection, line measurement, manual input 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 영상의 픽셀당 mm값을 결정할 수 있도록 하고 있다. 즉, 교정 과정은 출력부의 디스플레이를 통해 보이는 영상의 길이가 실제로 어느 정도의 길이에 해당되는지를 체크하여 저장부에 저장하기 위한 과정이다.

표준 영상(Template image) 생성 과정(200)은 환자의 안구에 대한 표준 영상(template image)을 생성하여 저장부에 저장하는 단계로서, 교정 과정 이후에 수행된다. 즉, 본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법에 적용되는 영상 분석 프로그램이 실행된 상태에서, 감지장치로부터 환자의 안구 영상이 전송되고, 입력부를 통해 환자의 이름과 번호(RT Number)가 입력되면, 제어부는 상기 안구 영상을 상기 환자의 이름 및 번호와 매칭시켜 표준 영상으로 저장부에 저장한 다.

치료 중 안구 위치 추적 과정(Treatment mode)(300)은 양성자빔 출력장치를 이용하여 환자의 안구 종양을 치료하는 동안, 제어장치가 감지장치로부터 실시간으로 수신되는 환자의 안구의 실시간 영상을 표준 영상과 비교하여 안구의 움직임 여부를 판단하는 단계이다. 즉, 안구 위치 추적 과정에서, 제어부는, 교정 과정과 표준 영상 생성 과정을 통해 저장된 mm/pixel 값과 표준 영상을 이용하여, 표준 영상과 실시간 영상을 비교 분석함으로써, 환자의 안구의 치료 시작시의 위치와 오차를 출력부를 통해 출력하게 된다.

양성자빔 출력장치 구동 제어 과정(400)은 치료 중 안구의 위치 추적 과정에서 분석된 결과에 따라, 제어부가 양성자빔 출력장치의 구동을 제어하는 과정이다.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 적용되는 교정 과정에서 이용되는 화면의 다양한 예시도로서, 이하에서는, 상기 도면들을 참조하여 교정 과정이 상세히 설명된다.

교정(Calibration) 과정(100)은 환자 안구의 영상을 정확히 분석하기 위해 감지장치의 영상 초점과 각 픽셀(pixel) 당 실제 거리를 측정하여 저장부에 저장하는 과정으로서, 제어부는 이를 바탕으로 하여 안구 위치 추적 과정에서 실제로 안구가 움직인 거리를 실측할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법을 구현하기 위한 프로그램(이하, 간단히 '영상 분석 프로그램'이라 함)이 제어부(32)에 의해 실행되면, 제어장치의 출력부(34)에는 도 4에 도시된 바와 같은 시작창이 활성화된다. 시작창 은 환자의 이름, 환자번호 ,치료 시행 날짜를 입력하는 란과 각각의 기능을 수행하는 버튼들로 구성되어있다. 시작창을 통해 입력되어 저장된 환자의 이름과 번호 및 날짜는 나중에 치료환자의 표준 영상을 저장할 때 파일이름으로 사용된다.

사용자가 도 4에 도시된 바와 같은 시작창의 'calibration' 버튼을 선택하면 도 5에 도시된 바와 같이 point distance, Edge detection, line measurement, manual input 등 4가지 메뉴로 구성된 새로운 창이 열린다. 4가지 메뉴들 각각의 기능은 모두 영상의 픽셀당 mm의 값을 결정하도록 하는 것으로서, 사용자는 실제로 환자를 치료하는 중에 발생될 수 있는 예상치 못한 상황에 처했을 때, 4가지 메뉴 중 상기 상황에 가장 적합한 어느 하나의 메뉴를 사용하여 교정 과정을 수행할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 사용자가 환자 치료시 발생될 수 있는 예상치 못한 어떤 상황에서도 교정 과정이 원활히 수행되어질 수 있도록, 4개의 교정 방법을 제안하고 있다.

먼저, point distance measurement 메뉴를 이용한 제1 교정 방법은 다음과 같다. 즉, 제1 교정 방법은 +모양의 표준영상을 자동으로 감지하여 일정 거리사이의 픽셀수를 측정하는 방식으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, +모양이 1 cm, 2 cm, 3 cm간격으로 떨어져 있을 때 제어부가 이를 자동으로 감지하는 한편 해당 간격의 픽셀수를 측정하여 저장하는 방법이다. 여기서, +선은 어떠한 각도로 놓여있어도 상관이 없으며 이미 알고 있는 두 +선 사이의 실측 거리를 mm단위로 입력한다. 두 십자선 사이에 파란색 선이 그려지면서 초록색의 OK버튼이 생성되면 교정 과정이 완료된다. 즉, 사용자가 교정을 위해 도 6에 도시된 바와 같이, 흰색의 얇은 플라 스틱판에 두 개의 +선을 1mm 간격으로 표시한 후, 두 십자선 사이의 실측 거리를 자동으로 검출하여 입력부를 통해 입력하면, 제어부는 영상 분석 프로그램에서 아래의 [수학식 1]을 이용하여 한 픽셀(pixel) 당 mm 단위의 거리를 계산하게 된다.

다음으로, line edge detection measurement 메뉴를 이용한 제2 교정 방법은 환자의 안구 크기를 알고 있을 경우 유용하게 이용될 수 있는 방법이다. 일반적으로 양성자빔을 이용한 안구 종양의 치료계획시 환자의 안구 구조에 대한 기하학적 정보를 측정하여 TPS(treatment planning system)에 입력하는 것이 일반적인 방법이다. 따라서, 제2 교정 방법은 상기 과정을 통해 눈동자의 크기가 정확히 실측된 경우에 단지 사용자가 길이방향의 선 하나만을 긋는 것으로 자동적으로 눈동자의 주변 경계선을 감지하여 정확한 픽셀당 단위 길이를 계산하는 방식이다. 즉, 제2 교정 방법은, 이미 알고 있는 눈동자의 지름이 입력되고 image capture가 선택되면, 정지된 새로운 영상창이 뜨고 이곳에서 길이방향의 ROI 선을 그으면, 제어부가 그 선을 따라 첫 번째와 마지막 번째의 edge를 자동 추출하여 그 사이의 길이를 계산하는 방법이다. 이때 ROI선의 시작점과 끝나는 점의 위치는 edge 밖에 임의의 위치에 있어야 한다.

다음으로, line profile measurement 메뉴를 이용한 제3 교정 방법은 기본적으로 제2 교정 방법과 유사하나 눈동자의 edge를 검출하기 어렵거나 정확한 크기를 알 수 없을 경우 임의의 어떠한 정량화된 물건을 이용하여 측정이 가능하도록 한 방법이다. 즉, 제3 교정 방법은 눈동자의 크기는 물론, 자, 크기가 잘 알려진 임의의 특정물건 등을 사용하여 line을 그림으로써 측정이 가능하도록 한 것이다. 단, 제3 교정 방법을 사용할 경우는 제2 교정 방법과는 달리 정확한 시작점과 끝점의 위치를 확인 시켜주어야 한다.

마지막으로, manual Input 메뉴를 이용한 제4 교정 방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 이미 한번 이상의 픽셀 교정 과정이 실시되어 그 값이 알려져 있는 경우, 또 다시 교정을 할 필요 없이 기존의 교정 값을 입력하여 사용하는 방식이다.

상기한 바와 같은 네 가지 방법에 의한 픽셀 교정(pixel calibration) 값은 0.02mm이하의 상호간의 오차를 가지고 있으며, 어느 방법의 교정을 사용하건 치료 중 안구 위치 추적(eye tracking) 과정의 위치분석에는 큰 문제가 되지 않으므로, 사용자가 환자의 상황이나 환경요건에 따라 어느 방식을 사용하여도 문제가 되지 않는다.

도 8은 본 발명에 적용되는 표준 영상 생성 과정에서 이용되는 화면의 예시도로서, 이하에서는, 상기 도면을 참조하여 표준 영상 생성 과정이 상세히 설명된다.

표준 영상 생성 과정(200)은 환자의 안구에 대한 표준 영상(template image)을 생성하여 저장부에 저장하는 단계로서, 교정 과정이 끝나면 수행된다. 즉, 영상 분석 프로그램이 실행된 상태에서, 감지장치로부터 환자의 안구 영상이 전송되고, 입력부를 통해 환자의 이름과 번호(RT Number)가 입력되면, 제어부는 상기 영상을 상기 환자의 이름 및 번호와 매칭시켜 저장부에 저장한다. 이때, 환자의 안구가 잘 구별되도록 감지장치의 주변 조명 및 감지장치의 카메라의 조리개를 조절하는 과정이 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 측정자가 환자의 안구가 가능한한 출력부의 화면의 중앙에 위치하도록 한 후, 영상 분석 프로그램의 “Temp Image Save”버튼을 누르면, 제어부는 환자의 RT number에 기록된 환자번호와 같은 이름의 bmp 형식의 파일로 표준 영상을 저장부에 저장하게 된다. 저장된 bmp 이미지가 다시 Vision Assistant program을 이용하여 읽어드려진 후, 측정자가 상기 영상 중 표준 영상(template image)으로 활용하고자 하는 영역을 선택하면, 제어부는 선택된 영역을 상기 환자의 안구에 대한 표준 영상으로 저장부에 저장하게 된다.

부연하여 설명하면, 교정 과정이 끝나면 치료 계획에 따른 치료시 환자의 안구에 대한 표준 영상과 이에 대한 기준 원점좌표가 설정되어야 하는데, 본 발명은 이 과정을 하나의 영상을 저장하여 ROI를 설정함으로써 간단히 끝낼 수 있도록 하고 있다. 도 8은 도 4의 시작창에서 'template image' 버튼이 선택된 경우 표준 영상을 만들기 위한 새로운 창이 열려져 있는 상태를 나타내고 있다. 한편, 사용자는 생성된 표준 영상을 저장할 폴더를 선택하고 image capture를 실행한다. 새로운 정지 영상창이 생성되면 사용자는 원하는 표준 영상을 지정할 수 있는데, 어느 위치의 어느 부분이든 설정이 가능하다. 그러나, 가능한한 눈동자를 추적하는데 유리하도록 특징적인 부분을 선택하여 저장하는 것이 바람직하다. 이때, 전체 영상의 픽섹 640×480 영역에서 생성된 표준 영상의 ROI중심의 좌표가 함께 기록이 되고 이 값은 실제 치료시 있어야 할 눈동자의 기본위치가 된다.

표준 영상이 저장될 때 표준 영상의 파일명은, 이미 도 4에서 입력되었던 환자의 이름, 번호, 날짜를 바탕으로 설정이 되어 기본적으로 "환자번호_이름_날짜.png"의 형식으로 저장되나, 사용자에 의해 파일의 이름은 수정이 가능하다.

도 9 내지 도 11은 본 발명에 적용되는 치료 중 안구 위치 추적 과정에서 이용되는 화면의 다양한 예시도로서, 이하에서는, 상기 도면들을 참조하여 치료 중 안구 위치 추적 과정이 상세히 설명된다.

치료 중 안구의 위치 추적 과정(Treatment mode)(300)은 양성자빔 출력장치를 이용하여 환자의 안구 종양을 치료하는 동안, 제어장치가 감지장치로부터 실시간으로 환자의 안구 영상을 수신받아, 표준 영상과 비교하여 안구의 움직임 여부를 분석하는 과정이다. 즉, 안구 위치 추적 과정에서, 제어부는, 교정 과정과 표준 영상 생성 과정을 통해 저장된 mm/pixel 값과 표준 영상을 이용하여, 표준 영상과 주기적으로 얻어지는 실시간 영상을 비교 분석함으로써, 표준 영상에 설정된 특별한 패턴(pattern)을 확인하여 치료 시작시의 위치와 오차를 보여준다.

부연하여 설명하면, 치료 중 안구의 위치 추적 과정은, 양성자빔을 이용하여 실제로 환자의 안구 종양을 치료하는 중에, 상기 과정들을 통해 결정된 여러 가지 정보들을 이용하여 안구의 움직임에 대한 종합적인 분석이 이루어지는 과정이다.

상기한 바와 같이 표준 영상을 설정할 경우 전체 화면 중 표준 영상의 원점좌표가 함께 확인되어 저장되는데, 제어부는 설정된 표준 영상과 원점좌표를 실시간으로 들어오는 안구영상의 영상정보를 분석함으로써, 안구의 위치를 확인하고 실 시간 좌표 정보를 결정하며, 원점좌표와 비교하여 표준 영상과의 위치변화를 확인하여 오차(tolerance) 값보다 작으면 통과(pass)를 오차 값보다 크면 실패(fail)를 구분하여 출력하게 된다.

먼저, 도 4의 'treatment' 버튼이 선택되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 안구위치 추적(eye treatment) 작업창이 열리면서, 표준 영상을 선택할 수 있는 창이 열린다. 사용자는 표준 영상을 선택하고, 교정 메뉴를 통해 교정 과정에서 이루어 졌던 교정 방법을 선택한다. 이때, 교정 과정에서 실행되지 않았던 교정 방법이 선택되면 영상 분석 프로그램이 정상적으로 작동되지 않을 수도 있다. 즉, 사용자는 상기에서 설명된 4가지의 교정 방법 중 실질적으로 상기 교정 과정(100)을 통해 선택되어졌던 교정 방법과 동일한 교정 방법을 안구 위치 추적 과정(300)에서 선택하여야 한다.

한편, 안구 위치 추적 작업창에서 오차 범위(tolerance value)가 설정되면, 제어부는 설정된 값 내에서의 안구 위치 변화에 대해서는 통과(pass) 신호를 생성하여, 도 10에 도시된 바와 같이 화면 아래의 상황 표시창(A)을 초록색으로 표시하는 한편, 감지장치로부터 전송되는 실시간 영상의 선들도 초록색으로 나타내게 된다.

그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 환자의 안구가 오차 범위 이상으로 움직일 경우, 제어부는 화면 전체와 상황 표시창(A) 및 실시간 영상의 선들을 빨간색으로 표시하게 된다.

부연하여 설명하면, 도 10 및 도 11은 영상 분석 프로그램의 안구 위치 추적 과정에서의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)로서, 환자의 영상을 확인하는 창(B), 안구의 움직임을 허용하는 오차 범위(Tolerance Value)를 입력하는 레벨창(D), X축과 Y축에 대한 치료위치에서 실제 벗어나는 거리를 mm로 보여주는 그래프창(C)과 상황 표시창(A)을 나타내고 있다. 즉, 도 10은 종양 치료를 받고 있는 환자의 안구가 오차 범위에 있는 경우로서, 이러한 경우, 상황 표시창(A)은 초록색으로 표시된다. 또한, 본 발명은 영상 분석 프로그램의 레벨창(Limit value 창)(D)을 통해 치료 시 안구의 움직임이 허용되는 오차(tolerance)를 0 mm에서 5 mm까지 변화가 가능하게 설정 할 수 있도록 하고 있다. 한편, 본 발명에 있어서, 제어부는 실시간 영상의 안구의 위치가 치료 오차(tolerance) 범위 내에 존재하는 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이, 영상 확인 창 아래의 상황 표시창(A)을 초록색으로 나타내고 있으나, 실시간 영상의 안구의 위치가 치료 오차 범위를 벗어나거나 실시간 영상과 매칭되는 표준 영상의 패턴을 찾을 수 없을 경우에는 도 11에 도시된 바와 같이, 상황 표시창(A)을 빨간색으로 변하게 하여 경고를 표시하게 된다. 본 발명과 관련된 모의실험 결과 환자의 안구추적은 평균 1mm 이내에서 움직임을 고정시킬 수 있었으며 0.03 mm의 분해능으로 검출 가능하였다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제어부는 상기 상황 표시창(A)에 색상을 달리하여 안구의 움직임에 대한 경고 메시지를 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 출력부의 스피커를 통해 경고 메시지를 출력할 수도 있다.

한편, 상기한 바와 같은 치료 중 안구 위치 추적 과정(300)에서, 제어부는 상황 표시창(A)을 빨간색으로 표시해야할 경우, 상기 양성자빔 출력장치(10)의 구 동을 정지시킴으로써, 양성자빔이 환자의 안구로 조사되지 않도록 한다(400). 즉, 실시간 영상의 위치가 표준 영상의 위치와 비교해 볼 때 오차 범위를 벗어났다는 것을 의미하며, 이러한 경우, 양성자빔에 의해 환자의 안구가 치명적인 손상을 받을 수도 있으므로, 제어부는 상황 표시창(A)을 빨간색으로 변화시킴으로써 사용자의 주위를 환기시킬 뿐만 아니라, 양성자빔 출력장치의 동작을 순간적으로 중지시킴으로써, 양성자빔의 출력을 차단하게 된다.

그러나, 실시간 영상의 위치가 표준 영상의 위치와 비교해 볼 때 오차 범위 내에 있다고 판단되는 경우에는, 제어부는 상황 표시창(A)을 초록색으로 표시할 뿐만 아니라, 양성자빔이 정상적으로 구동되도록 제어하게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

도 1은 양성자빔과 X선의 특성을 설명하기 위한 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법이 적용되는 안구 종양 치료 시스템의 일실시예 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법의 일실시예 흐름도.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 적용되는 교정 과정에서 이용되는 화면의 다양한 예시도.

도 8은 본 발명에 적용되는 표준 영상 생성 과정에서 이용되는 화면의 예시도.

도 9 내지 도 11은 본 발명에 적용되는 치료 중 안구 위치 추적 과정에서 이용되는 화면의 다양한 예시도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10 : 양성자빔 출력장치 20 : 감지장치

30 : 제어장치

Claims (7)

1. 안구 종양 치료 시스템에 적용되는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법에 있어서,

   상기 안구 종양 치료 시스템의 제어장치의 출력부를 통해 출력되는 영상의 픽셀 당 실제 길이를, 상기 제어장치의 제어부가 상기 제어장치의 저장부에 저장하는 교정 단계;

   상기 안구 종양 치료 시스템의 감지장치로부터 전송된 환자의 안구 영상을, 상기 제어부가 상기 환자의 안구에 대한 표준 영상으로 상기 저장부에 저장하는 표준 영상 생성 단계;

   상기 안구 종양 치료 시스템의 양성자빔 출력장치를 통해 상기 환자의 안구를 치료하는 동안, 상기 제어부가 상기 감지장치로부터 실시간으로 수신되는 상기 환자의 안구의 실시간 영상을 상기 표준 영상과 비교하여, 상기 실시간 영상의 움직임 여부를 판단하는 안구 위치 추적 단계; 및

   상기 판단결과, 상기 실시간 영상의 움직임 범위가 기 설정되어 있는 오차의 범위를 벗어난 경우, 상기 제어부가 상기 양성자빔 출력장치의 동작을 정지시키며, 상기 판단결과, 상기 실시간 영상의 움직임 범위가 기 설정되어 있는 오차의 범위 내에 있는 경우, 상기 제어부가 상기 양성자빔 출력장치의 동작을 정상적으로 유지시키는 제어 단계를 포함하는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 교정 단계는,

   상기 안구 종양 치료 시스템의 감지장치로부터 전송되어 상기 제어장치의 출력부에 출력되는, 길이가 알려진 영상에 대한 상기 출력부의 픽셀 수를 측정하여 이루어지는 제1 교정 방법 또는 상기 감지장치로부터 전송되어 상기 출력부에 출력되는, 크기가 알려진 안구 영상에 대한 상기 출력부의 픽셀 수를 측정하여 이루어지는 제2 교정 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 안구 위치 추적 단계는,

   상기 표준 영상의 중심 좌표와 상기 교정 단계에서 저장된 각 픽셀 당 거리를 이용하여, 상기 제어부가 상기 실시간 영상의 움직임 범위를 파악하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 안구 위치 추적 단계는,

   상기 감지장치에서 적외선 LED에 의해 촬영된 실시간 영상을 상기 제어부가 상기 표준 영상과 비교하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 감지장치의 렌즈 또는 상기 적외선 LED의 구동은 상기 제어장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 단계는,

   상기 실시간 영상의 움직임이 기 설정되어 있는 오차 범위를 벗어난 경우에는, 상기 제어부가 상기 출력부를 통해 경고 메시지를 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 교정 단계는,

   +모양의 표준영상을 자동으로 감지하여 일정 거리사이의 픽셀수를 측정하는 방식 또는 이미 한 번 이상의 픽셀 교정 과정이 실시되어 그 값이 알려져 있는 경우 상기 알려진 교정 값을 입력하여 사용하는 방식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는,

   안구 종양 치료에서의 안구 추적 방법.

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