KR101495510B1 - 호흡 연동 팬텀 모사 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 환자의 호흡에 연동하여 팬텀의 자세를 제어함으로써, 방사선을 이용하는 진단과 치료에 적용하고, 환자의 방사선 피폭량을 최소화하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템을 제안한다. 이를 위해 본 발명은, 호흡 측정장치를 통해 환자의 호흡 정보를 획득하며, 호흡 정보를 참조하여 들숨과 날숨에 대한 호흡 그래프를 작성하고, 작성된 호흡 그래프를 구성하는 각 좌표값에 환자의 장기 위치가 매핑된 모멘텀 테이블을 작성하는 호흡연동 해석모듈 및 모멘텀 테이블을 참조하여 환자의 장기에 대한 구동 데이터를 생성하는 팬텀 구동모듈을 포함하며, 팬텀 구동모듈은, 모멘텀 테이블에 따라 팬텀에 대한 3축(3-Axis) 구동 데이터를 생성하고, 구동 데이터를 3축 구동장치로 제공하여 팬텀을 호흡 그래프에 따라 움직이도록 제어한다.
Description
본 발명은 팬텀 모사 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자의 호흡에 연동하여 구동함으로써 팬텀에 실제 환자의 조직 상태와 유사한 모멘텀을 부여하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템에 관한 것이다.
방사선 치료를 환자에게 적용 시, 통상 환자의 환부는 움직이는 표적에 해당한다. 환부는 환자가 별도의 움직임을 보이지 않더라도 신체 내에서 약간의 유동이 있으며, 환자가 호흡을 할 때는 그 유동이 더욱 커지는 경향이 있다. 통상 호흡에 의한 환부의 유동은 적게는 1센티미터에서 많게는 4-6센티미터에 이를 수 있다. 이러한 호흡 유동은 환부에 방사선을 조사해야 하는 의료인에게 여러 문제를 유발하는데 대표적으로 환부만 정확히 타겟팅하지 못하고, 환부의 유동을 감안하여 환부 주변까지 방사선을 조사하여야 하는 문제가 있다. 방사선의 강한 에너지가 환부 이외에 정상 조직에 가해질 경우, 정상 조직이 파괴되거나 손상되므로 환자의 건강을 해칠 우려가 발생하는 것이다.
이에 따라, 환자의 환부 유동을 파악하여 방사선 치료에 적용하고자 하는 방안이 논의되어 왔다.
공개특허 10-2008-0039919는 환자를 촬상하여 호흡 상태를 판단하며, 방사선을 투사하여 획득되는 환부의 위치정보를 환자에 매칭시켜 환자의 호흡 상태를 판단하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 이 방법은 환부를 촬상 후, 방사선을 환부에 조사하여 환부의 움직임과 영상을 비교하여 환자의 호흡 상태를 판단하므로, 환자에 대한 방사선 투사가 선행되어야 하는 단점이 있다. 방사선 치료는 환자에 대한 방사선 조사가 최소화됨이 바람직한 것이다.
또한, 공개특허 10-2006-0065497는 환자의 환부에 초음파를 송신하고, 반사되는 초음파를 이용하여 환부와의 거리 및 움직임 정보를 추출 후, 환자가 배치될 테이블을 움직임 정보를 참조하여 역 보정을 하여 움직임을 제거하는 방사선 치료 시스템의 제어방법을 제안한 바 있다. 예컨대, 환자가 테이블에서 좌측으로 움직이면 테이블은 우측으로 이동시켜 환부의 변동을 최소화하는 방식이다.
그러나, 이러한 자세 제어는 환자의 호흡 자체를 판단하는 것은 아니므로 환자의 호흡이 이루어진 후, 테이블의 위치를 보정해야 하고, 이는 위치 보정이 즉각적이지 않음을 의미한다.
본 발명의 목적은 환자의 호흡을 판단하여, 즉각적인 응답성을 갖고 환부의 위치를 파악하여 팬텀에 적용토록 함으로써, 환자에게 조사되는 방사선을 최소화하면서도 방사선 치료 전, 환부에 대한 시뮬레이션이 가능한 호흡 연동 팬텀 모사 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 호흡 측정장치를 통해 환자의 호흡 정보를 획득하며, 상기 호흡 정보를 참조하여 들숨과 날숨에 대한 호흡 그래프를 작성하고, 상기 작성된 호흡 그래프를 구성하는 각 좌표값에 상기 환자의 장기 위치가 매핑된 모멘텀 테이블을 작성하는 호흡연동 해석모듈 및 상기 모멘텀 테이블을 참조하여 상기 환자의 장기에 대한 구동 데이터를 생성하는 팬텀 구동모듈을 포함하며, 상기 팬텀 구동모듈은, 상기 모멘텀 테이블에 따라 팬텀에 대한 3축(3-Axis) 구동 데이터를 생성하고, 상기 구동 데이터를 3축 구동장치로 제공하여 상기 팬텀을 상기 호흡 그래프에 따라 움직이도록 제어하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 환자의 호흡에 실시간 연동하여 팬텀의 자세를 제어함으로써, 방사선을 이용하는 진단과 치료에 적용하고, 환자의 방사선 피폭량을 최소화한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템에 대한 개념도를 도시한다.
도 2를 함께 참조하면, 호흡 그래프는 호흡 측정장치를 통해 측정되는 환자의 호흡 정보를 그래프로 시각화한 것이다.
도 3은 모멘텀 테이블에 대한 개념도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템의 시스템 의 개념도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템의 시스템 의 개념도를 도시한다.
도 6은 도 5에 대한 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3축 구동장치를 도시한다.
도 8은 도 5 내지 도 7에 도시된 이송 패널의 내부 구조를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템에 대한 블록개념도를 도시한다.
도 10은 팬텀에 내장되는 식별자에 대한 개념도를 도시한다.
도 2를 함께 참조하면, 호흡 그래프는 호흡 측정장치를 통해 측정되는 환자의 호흡 정보를 그래프로 시각화한 것이다.
도 3은 모멘텀 테이블에 대한 개념도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템의 시스템 의 개념도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템의 시스템 의 개념도를 도시한다.
도 6은 도 5에 대한 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3축 구동장치를 도시한다.
도 8은 도 5 내지 도 7에 도시된 이송 패널의 내부 구조를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템에 대한 블록개념도를 도시한다.
도 10은 팬텀에 내장되는 식별자에 대한 개념도를 도시한다.
본 명세서에서 언급되는 마스크는 방진 마스크, 산소 마스크 및 기타 산업현장에서 이용되는 다양한 형태의 마스크일 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 "들숨"은 환자가 숨을 들이쉬는 호흡을 의미하고, "날숨"은 환자가 숨을 내쉬는 호흡을 의미한다.
본 명세서에서 언급되는 "팬텀"은 사람과 방사선 투과율이 유사한 재질로 형성되며, 사람을 대신하여 방사선 장치에서 테스트되는 물체를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 호흡 정보는 환자의 들숨과 날숨의 시점, 들숨과 날숨의 주기 및 들숨과 날숨 온도 등이 포함될 수 있으며, 호흡 정보는 호흡 그래프를 작성하는데 이용될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 모멘텀(Momentum)은 팬텀이 이동해야 할 시간. 이동 방향, 속도 및 이동량 중 적어도 하나를 포함하는 의미일 수 있다. 본 명세서에서 기재되는 모멘텀은 사전적 의미에 국한되지 않음을 밝혀둔다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템에 대한 개념도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템은 테이블(60)에 위치하는 환자에게 호흡 측정장치(10)를 제공하여 환자의 호흡에 의해 발생하는 열을 감지하고, 감지되는 열을 이용하여 환자의 호흡 정보를 획득하여 호흡 그래프를 작성한다. 호흡 측정장치(10)는 센서 마스크의 형태를 가지며, 마스크의 내측과 외측에 각각 마련되는 측정센서와 레퍼런스센서를 구비하고, 측정센서와 레퍼런스센서의 온도차를 이용하여 마스크의 내측에 축적되는 온도를 보정하여 환자의 호흡에 의한 열을 측정하도록 고안되었다.
레퍼런스센서는 외부 온도를 측정하고, 측정센서는 마스크 내측의 온도를 측정하며, 측정센서에서 측정된 온도가 환자의 날숨에 의해 축적될 때, 레퍼런스센서의 온도를 이용하여 축적되는 온도를 보정할 수 있다.
예컨대, 환자의 날숨의 온도가 36.5도이고, 외부 온도가 26.5도라고 가정할 때, 측정센서와 레퍼런스센서의 온도 차이는 10도이므로 마스크 내측에 열이 축적되어 38도를 상회하는 경우, 외부온도와 10도 차이를 유지하도록 측정센서에서 측정된 온도값을 보정할 수 있다. 즉, 측정센서에서 측정되는 열은 38도라 하더라도, 외기 온도와 10도 차이를 유지하도록 36.5도로 보정되는 것이다.
측정센서와 레퍼런스센서를 이용하여 온도를 측정 후, 측정센서에서 검출되는 온도가 시간에 따라 상승하면 환자가 날숨을 쉬는 것으로 판단할 수 있고, 반대의 경우 들숨을 쉬는 것으로 판단할 수 있다. 환자가 테이블(60)에 누운 상태인 경우, 환자가 날숨을 쉴 때는 환자의 신체 내부의 환부가 테이블(60) 방향을 향하고, 들숨을 쉴 때는 테이블(60) 반대방향을 향할 수 있다. 즉, 들숨과 날숨을 판단하고, 그 주기를 판단하는 것은 환자의 환부가 어느 방향을 향하는가를 파악하는데 이용될 수 있다.
한편, 호흡은, 환자가 테이블(60)에 누워 있을 때, 수직 방향으로만 이동되는 것은 아니다. 호흡에 의해 환자의 장기는 비 수직 방향으로도 유동이 발생하며, 이러한 유동을 명확히 파악하여야 방사선 장치를 이용한 진단과 치료 시, 환자에게 정확하고 안전한 치료를 제공할 수 있는 것이다.
호흡 정보와 환부의 위치정보를 매핑하기 위해, 본 발명에서는 환부 측정장치(50), 예컨대 환부를 향해 초음파를 조사하거나 또는 환부를 파악하는데 필요한 최소한의 방사선을 조사하여 환부의 위치정보를 획득할 수 있다. 이때, 환자는 호흡 측정장치(10)를 착용하며, 호흡 측정장치(10)를 통해 실시간으로 획득되는 호흡 정보와 환부 측정장치(50)에 의해 획득되는 환부의 위치정보를 매핑하여 모멘텀 테이블을 작성할 수 있다.
모멘텀 테이블은 호흡 정보를 참조하여 작성되는 호흡 그래프의 각 위치를 환부의 위치정보에 매핑시킨 것으로, 환자의 호흡 그래프의 각 지점에 대해 환자의 환부 위치를 대응시킨 것이다. 호흡 그래프는 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 2를 함께 참조하면, 호흡 그래프는 호흡 측정장치(10)를 통해 측정되는 환자의 호흡 정보를 그래프로 시각화한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 호흡 그래프는 호흡 측정장치(10)를 통해 측정되는 호흡 정보를 x 축은 시간 축이고, y축은 호흡 측정장치(10)에서 측정되는 전압 값(Amplitude)으로 설정되는 좌표 상에 그래프 형식으로 표현될 수 있다.
환자의 호흡이 날숨일 경우에는 마스크 내측에 마련되는 측정센서의 측정 온도가 상승하므로, 기울기가 양(+)의 값을 가지고,
반대로, 환자의 호흡이 들숨일 경우에는 마스크 내측에 마련되는 측정센서의 측정온도가 하강하므로 기울기가 음(-)의 값을 가지는 그래프의 형상을 가질 수 있다. 또한 도 2에서, 호흡 그래프는 패턴의 유사성에 따라, A 구간, B 구간 및 C 구간을 이룰 수 있는데, C 구간이 전체 호흡 그래프에서 가장 높은 비율로 존재하고 안정된 패턴을 보이므로 호흡 그래프에서 C 구간을 기준 호흡 그래프로 설정할 수 있다. 본 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템은 환자의 실시간 호흡에 따른 호흡 그래프에 따라 팬텀(Phantom)을 움직이거나 또는 기준 호흡 그래프에 따라 팬텀을 움직일 수 있다. 만일, 기준 호흡 그래프를 이용하여 팬텀을 움직이는 경우, C 영역의 호흡 그래프를 복제하여 A 영역, B 영역 및 C 영역에 걸쳐 동일한 파형이 되도록 할 수도 있다. 다만 한정하지는 않는다.
모멘텀 테이블은 도 2에서 호흡 그래프의 각 좌표마다 마련될 수 있다. 예컨대, 도 2에서 참조부호 B1, B2, B3에는 환부 측정장치(50)에서 측정된 환부의 위치정보가 매핑될 수 있다. 여기서, 위치정보는 X, Y 및 Z축에 대한 3축 위치정보일 수 있다.
이해의 편의를 위해, 모멘텀 테이블은 아래의 표 1과 과 같은 데이터 구조를 가질 수 있다.
표 1은 모멘텀 테이블에 대한 개념을 위해 작성된 것으로, 모멘텀 테이블은 호흡 그래프의 각 좌표별 3축 위치정보 이외에도 들숨과 날숨을 구분하기 위한 식별자가 더 부가되거나, 호흡 측정장치(10)의 측정온도가 더 부가될 수 있다. 모멘텀 테이블은 호흡 그래프와 위치정보를 매핑하는 특징에 더하여 다양한 정보가 더 부가될 수 있다. 다만 한정하지는 않는다.
모멘텀 테이블이 작성되면, 호흡 연동 팬텀 모사 시스템(100)은 호흡 그래프 및 모멘텀 테이블을 참조하여 환자의 환부가 움직이는 형태를 재현할 수 있다.
이를 위해, 호흡 연동 팬텀 모사 시스템(100)은 팬텀 구동을 위한 3축(Axis) 데이터를 생성하여 3축 구동장치(300)로 제공하며, 3축 구동장치(300)는 3축 데이터에 의해 구동되어 팬텀이 테이블(60) 위에서 환자의 환부를 대신하여 실제처럼 움직이도록 한다.
모멘텀 테이블은, 호흡 그래프의 최대값과 최소값 사이의 좌표에 대해 환부의 3축 위치정보를 정의한 것일 수 있다. 이는 도 3을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 호흡 그래프에서 세로축(Amplitude) 최대값과 최소값 사이의 좌표(예컨대, P1, P2, P3에 대해 모멘텀 테이블을 작성하고, 작성된 모멘텀 테이블을 호흡 그래프 전체 구간에 적용하여 팬텀을 구동하기 위한 3축 데이터를 작성할 수 있다. 도시된 좌표 P1, P2 및 P3은 가로축(Time)에 위치하는 좌표를 도시한 것으로, 환자의 호흡이 날숨일 때의 좌표에 대응한다. 환자의 호흡이 날숨일 때, 가로축(Time)과 세로축(Amplitude)의 좌표값은 하나의 모멘텀에 대응될 수 있다. 이는 아래의 표 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
표 2를 참조하면, 들숨일 때, 표 2의 좌측에 표시된 바와 같이 들숨과 날숨을 구분하는 식별자(IN), 호흡 측정장치(10)에 의해 측정된 호흡 정보(예컨대 34℃) 및 식별자와 호흡 정보에 따라 파악된 환부의 3축 위치정보(예컨대, X:10 Y:13 Z:32)와 같은 형태로 모멘텀 테이블이 작성될 수 있다.
이때, 모멘텀 테이블은 호흡 그래프 전체에 대해 작성되기 보다는, 호흡 그래프에서 최대값과 최소값을 구비하는 일 구간의 좌표에 대해서 3축 데이터를 작성하고, 나머지 구간에 대해서는 작성된 3축 데이터와 동일한 온도와 식별자를 갖는 3축 데이터를 적용하는 것이다. 이 경우, 3축 데이터는 실시간으로 환자의 호흡에 반응하여 생성될 수 있으므로 호흡 정보에 응답하여 3축 구동장치(300)를 즉각 구동 가능한 장점을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템의 시스템 의 개념도를 도시한다. 도 4에 대한 설명은 도 1 및 도 1에 대한 설명을 함께 참조하여 진행하도록 한다.
도 4를 참조하면, 도시된 호흡 연동 팬텀 모사 시스템(100)은 테이블(300)과 이웃하게 배치되는 3축 구동장치(200)와 하나의 시스템을 구성하며, 3축 구동장치(200)와 유선(또는 무선) 연결되어 3축 구동장치(200)로 3축 데이터를 제공하고 있다.
호흡 연동 모사 시스템(100)은 호흡 측정장치(10)를 통해 환자의 호흡 정보를 획득한 후, 호흡 정보를 토대로 호흡 그래프를 작성하고, 작성된 호흡 그래프, 및 환부 측정장치(50)의 측정 결과를 참조하여 호흡 그래프를 구성하는 각 좌표에 대한 3축 위치정보를 생성하며, 3축 위치정보와 좌표정보를 매칭하는 모멘텀 테이블을 작성할 수 있다.
호흡 연동 모사 시스템(100)은 작성된 모멘텀 테이블을 호흡 그래프에 대응시켜 3축 구동장치(200)로 3축 데이터를 전송하며, 3축 구동장치(200)는 3축 데이터에 따라 암(210, 220, 230)을 구동하여 팬텀이 위치할 선반(70)에 대해 자세제어를 수행하게 된다. 도시된 3축 구동장치(200)는 3축 로봇 암(Arm)의 일종으로 X축, Y축 및 Z축에 대한 위치변경이 가능한 로봇 암을 나타낸다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 선반(70)에는 팬텀이 배열될 수 있으며, 팬텀을 투과한 방사선을 측정할 이온 전리함 배열기(80)가 팬텀과 선반(70) 사이에 마련될 수 있다.
한편, 도시된 호흡 연동 모사 시스템(100)은 도 2를 통해 설명된 기준 호흡 그래프를 참조하여 선반(70)에 대한 자세제어를 수행할 수도 있다. 이 경우, 기준 호흡 그래프를 참조하여 실제 환자의 호흡과 유사하게 환자의 환부를 이동시켜보고, 환부를 대신하여 선반(70)에서 기준 호흡 그래프에 따라 이동하는 팬텀에 방사선을 조사해 볼 수 있으며, 이온 전리함 배열기(80)를 통해 조사된 방사선이 팬텀에 제대로 적중하는가를 판단할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템의 시스템 의 개념도를 도시하고, 도 6은 도 5에 대한 단면도를 도시한다. 도 5와 도 6을 함께 설명하며, 도 1 및 도 1에 대한 설명을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 5의 실시예는 호흡 정보를 획득 후, 호흡 정보에 따른 호흡 그래프를 작성하고, 호흡 그래프를 참조하여 모멘텀 테이블을 작성하는 과정까지는 도 4를 통해 설명된 실시예와 동일하다. 그러나, 도 5의 실시예는, 환자나 팬텀이 놓이는 테이블을 3축 구동장치로 이용하는데서 차별점을 갖는다. 따라서, 도 5의 실시예는 3축 구동장치를 중심으로 설명하며, 호흡 정보, 호흡 그래프 및 모멘텀 테이블에 대한 사항은 도 4에 대한 설명을 준용하도록 한다.
도 5에서, 3축 구동장치(300)는 테이블(401)과 접촉하는 보조 테이블(405)을 이용하여 구현될 수 있다.
보조 테이블(405)에는 팬텀을 받쳐주기 위한 이송 패널(410)이 마련되고, 이송 패널(410)은 중심부에 이송 스크류(420)가 관통하며, 이송 스크류(420)는 이송 모터(470)에 의해 회전한다. 이송 모터(470)와 이송 스크류(420)는 커플러(471)에 의해 체결되며, 이송 패널(410) 내측에는 이송 스크류(420)와 볼트 결합되는 이송 너트(411)가 삽입된다. 이송 너트(411)는 이송 패널(410)에 고정되며, 이송 패널(410)은 보조 테이블(405)과 접촉한다.
이에 따라, 이송 스크류(420)가 정 회전하거나 또는 역회전할 때, 이송 패널(410)은 D1 방향으로 이동하거나 또는 D2 방향으로 이동할 수 있다.
보조 테이블(405)의 일 측에는 한 쌍의 레일(440)이 마련되며, 한 쌍의 레일 몸체(430)가 한 쌍의 레일(440)과 슬라이드 결합하여 D3 방향 또는 D4 방향으로 이동할 수 있다.
이를 위해, 보조 테이블(405) 내부에는 레일 몸체(430)를 D3 방향 또는 D4 방향으로 구동하기 위해, 회전 운동을 수형 운동으로 전환하는 랙(453)과 피니언 기어(452)가 마련될 수 있다. 모터(451)에 연결되는 피니언 기어(452)가 회전함에 따라 레일 몸체(430)와 결합되는 랙(453)은 레일 몸체(430)를 D3 방향 또는 D4 방향으로 이동시킬 수 있다.
승강 패널(461 내지 464)은 공압에 의해 작동되며, 이송 패널(410)에 위치하는 팬텀을 네 방향에서 업-다운(Up-Down) 시킨다. 승강 패널(461 내지 464)은 개별적으로 업-다운 될 수 있으며, 이를 통해 이송 패널(410) 상에 위치하는 팬텀의 자세를 다양하게 묘사할 수 있다. 예컨대, 승강 패널(461)은 D5 방향으로 UP 되고, 나머지 승강 패널(462 내지 464)은 D6 방향으로 DOWN 될 경우, 이송 패널(410)에 위치하는 팬텀은 승강 패널(461) 의 위치에서 D6 방향을 향할 수 있다. 이러한 자세 제어에 의해 팬텀은 단순히 D5 방향 및 D6 방향으로 업-다운 하는 것이 아니라, 한쪽이 기울어지는 형태로도 자세 제어가 가능해진다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3축 구동장치를 도시한다.
도 7의 실시예는 전술한 도 5 및 도 6의 실시예와 동일하되, 다만 보조 테이블을 사용하는 대신, 테이블(401) 자체를 이용하는 차이점을 갖는다. 따라서, 도 7의 실시예에서, 이송 패널(410), 이송 스크류(420), 레일 몸체(430), 레일(440), 이송 모터(470)의 구조와 동작은 보조 테이블 대신 테이블(401)에서 구동한다는 점을 제외하고는 도 5 및 도 6을 통해 설명된 것과 동일하다. 또한, 승강 패널(461 내지 464)은 도 5의 보조 테이블(405) 대신 테이블(401)에서 작동된다는 점을 제외하고는 도 5 및 도 6의 실시예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 8은 도 5 내지 도 7에 도시된 이송 패널(410)의 내부 구조를 도시한다.
도 8을 참조하면, 이송 패널(410)은 내부에 이송 모터(470)의 회전축과 연결되는 이송 스크류(472), 이송 스크류(472)와 모터(470)의 회전축을 결합하는 커플러(471), 이송 패널(410) 내부에 위치하며, 이송 스크류(472)와 볼트 결합되는 이송 너트(411)를 포함하며, 이송 너트(411) 내측면은 이송 스크류(472)와 볼트 결합하기 위한 나사산(411a)이 형성될 수 있다. 이송 스크류(472)가 정방향 회전할 때와 역방향 회전할 때 이송 너트(411)는 D1 방향 또는 D2 방향으로 이동될 수 있다. 이동 방향은 이송 스크류(472)의 나사산이 어느 방향을 따라 형성되는가에 따라 결정될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템에 대한 블록개념도를 도시한다. 도 9에 대한 설명은 도 1 내지 도 8에 대한 설명을 함께 참조하도록 한다.
도 9를 참조하면 실시예에 따른 호흡 연동 팬텀 모사 시스템(100)은 호흡연동 해석모듈(110), 구동지연 보상모듈(120), 팬텀 구동모듈(130) 및 데이터베이스(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
호흡연동 해석모듈(110)은 호흡 측정장치(10)를 통해 환자의 호흡 정보를 획득한다. 전술한 바와 같이, 호흡 측정장치(10)는 열전쌍 소자를 이용하는 레퍼런스센서와 측정센서를 이용하며, 외기 온도를 이용하여 마스크 내측에 축적되는 온도를 보상하여 환자의 호흡이 들숨인지 아니면 날숨인지를 판단할 수 있다. 판단결과를 참조하여 호흡연동 해석모듈(110)은 도 2에 도시된 형태의 호흡 그래프를 작성하며, 환부 측정장치(50)를 이용하여 호흡 정보와 환부의 위치정보를 매핑하여 모멘텀 테이블을 작성할 수 있다.
구동지연 보상모듈(120)은 도 4 내지 도 8을 통해 설명된 3축 구동장치(200, 400)의 작동 지연시간을 보상한다.
구동지연 보상모듈(120)은 팬텀 구동모듈(130)이 호흡연동 해석모듈(110)에서 작성된 모멘텀 테이블을 참조하여 호흡 그래프를 따라 팬텀 구동모듈(130)에서 3축 데이터를 작성 시, 작성되는 3축 데이터가 실제 3축 구동장치(200, 400)에 마련되는 구동장치(얘컨대, 모터, 액추에이터, 솔레노이드 및 기타 등등)를 구동하기까지 걸리는 지연시간을 감안하여 구동 시간을 보정한다.
예컨대, 공압(Pneumatic)으로 구동하는 승강 패널(461 내지 464)의 경우 공압에 의해 실제 승강 패널(461 내지 464)이 원하는 위치까지 도달하는데 지연 시간이 발생할 수 있다. 구동지연 보상모듈(120)은 이를 감안하여 승강 패널(461 내지 464)의 구동 타이밍을 수십 ms 내지 수 초 정도 일찍 작동하도록 설정할 수 있다.
이러한 설정은, 3축 데이터 자체에 대한 시간 보정을 통해 이루어질 수 있다. 예컨대,
t0 시간에 이송 패널을 제1위치로 이동시키고,
t1 시간에 이송 패널을 제2위치로 이동시키고,
t3 시간에는 승강 패널(461)이 최대치로 상승하여야 한다고 가정할 때,
구동지연 보상모듈(120)은 승강 패널(461)의 작동 시간을 감안하여 t0 또는 t1 시간에 작동하도록 3축 데이터를 변경할 수 있다.
팬텀 구동모듈(130)은 호흡연동 해석모듈(110)에서 작성된 모멘텀 테이블을 참조하여 호흡 그래프에 대한 3축 데이터를 생성하여 3축 구동장치(200, 400)로 제공한다. 3축 데이터는 X축, Y축 및 Z축에 대한 좌표정보의 형태를 가질 수 있으며, 제어 대상 구동장치(예컨대, 모터, 액추에이터 및 솔레노이드 등)에 대한 장치 식별자에 대한 식별자 정보를 포함할 수 있다.
팬텀 구동모듈(130)은 호흡 그래프에 따라 3축 데이터를 작성하거나 또는 실시간으로 제공되는 환자의 호흡 정보를 환자에 대해 작성된 모멘텀 테이블에 대조하여 실시간 호흡 정보에 대한 3축 데이터를 작성할 수 있다.
작성된 3축 데이터는 3축 구동장치(200, 400)에 제공되며, 3축 구동장치(200, 400)는 도 4에 도시된 선반(70) 또는 도 5 내지 도 7에 도시된 이송 패널(410)을 구동하며, 선반(70)이나 이송 패널(410)에 위치하는 팬텀을 3축 이동시킬 수 있다.
즉, 팬텀이 환자의 호흡에 연동되어 실제 환자의 환부처럼 이동할 수 있는 것이다.
이때, 환부의 이동 상태를 정확히 판단하기 위해 팬텀에는 식별자가 내장될 수 있다. 이는 도 10을 참조하여 함께 설명하도록 한다.
도 10은 팬텀에 내장되는 식별자에 대한 개념도를 도시한다.
도 10을 참조하면, 팬텀(5)은 내부에 금속 구슬 또는 금속 모형을 갖는 식별자(5a)를 수납할 수 있는데, 수납되는 식별자(5a)는 선반(70)이나 이송 패널(410)을 향해 방사선이 조사될 때, 선반(70)이나 이송 패널(410)에 마련되는 이온 전리함 배열기(예컨대 참조부호 80)에 쉽게 검출될 수 있다. 팬텀(5)은 인체와 유사한 방사선 투과 특성을 가지는데, 통상 물의 투과율과 유사하다. 따라서, 팬텀(5)의 이동을 보다 명확히 파악하기 위해 팬텀(5) 내부에 금속 재질의 식별자(5a)가 포함될 수 있다.
10 : 호흡 측정장치 50 : 환부 측정장치
60 : 테이블 100 : 호흡 연동 팬텀 모사 시스템
300 : 3축 구동장치
60 : 테이블 100 : 호흡 연동 팬텀 모사 시스템
300 : 3축 구동장치
Claims (12)
- 호흡 측정장치를 통해 환자의 호흡 정보를 획득하며, 상기 호흡 정보를 참조하여 들숨과 날숨에 대한 호흡 그래프를 작성하고, 상기 작성된 호흡 그래프를 구성하는 각 좌표값에 상기 환자의 장기 위치가 매핑된 모멘텀 테이블을 작성하는 호흡연동 해석모듈; 및
상기 모멘텀 테이블을 참조하여 상기 환자의 장기에 대한 구동 데이터를 생성하는 팬텀 구동모듈;을 포함하며,
상기 팬텀 구동모듈은,
상기 모멘텀 테이블에 따라 팬텀에 대한 3축(3-Axis) 구동 데이터를 생성하고, 상기 구동 데이터를 3축 구동장치로 제공하여 상기 팬텀을 상기 호흡 그래프에 따라 움직이도록 제어하되,
상기 호흡 측정장치는,
마스크의 외측과 내측에 각각 레퍼런스센서와 측정센서를 구비하며, 상기 마스크 내에 축적되는 열을 상기 레퍼런스센서의 측정값으로 보정하여 상기 환자의 호흡 온도를 측정하는 센서 마스크인 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 팬텀 구동모듈은,
상기 들숨일 때, 상기 팬텀을 제1방향으로 이동시키고,
상기 날숨일 때, 상기 팬텀을 상기 제1방향에 대해 역방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 3축 구동장치는,
상기 구동 데이터에 따라 구동하는 3축 로봇 암(Arm)인 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 호흡 그래프는,
들숨일 때, 기울기가 양(+)의 값을 갖고, 날숨일 때, 기울기가 음(-)의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 레퍼런스센서 및 상기 측정센서는,
온도에 대한 전압 값이 차별되는 열전쌍 소자(thermocouple)인 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 팬텀은,
상기 환자의 진단 또는 치료 대상 장기에 대응하는 위치에 금속 재질의 식별자가 삽입되는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 팬텀을 향해 방사선을 조사하는 방사선 장치; 및 상기 방사선을 검출하는 이온전리함 배열기;를 더 포함하며,
상기 이온전리함 배열기는,
상기 식별자의 변위를 통해 상기 팬텀의 이동을 판단하는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 3축 구동장치는, 상기 구동 데이터에 따라 구동하는 3축 구동 테이블이며, 상기 3축 구동 테이블은,
테이블 및 상기 테이블에 포개지는 보조 테이블;
상기 보조 테이블의 일 측면과 타 측면에 상호 대칭되게 마련되는 제1레일 및 제2레일;
상기 제1레일 및 상기 제2레일과 슬라이딩 결합하는 제1레일 몸체 및 제2레일 몸체;
상기 제1레일 및 상기 제2레일의 길이방향에 대해 수직하게 배치되며 종단은 상기 상기 제1레일 몸체와 상기 제2레일 몸체에 체결되는 이송 스크류;
상기 이송 스크류의 일 측 종단에 연결되는 모터;
일 측면은 상기 보조 테이블에 접촉하며, 내측에는 상기 이송 스크류와 볼트 결합하기 위한 나사산이 형성되는 이송 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 보조 테이블에 적어도 하나 마련되며,
공압에 의해 상기 보조 테이블의 내부에서 표면 방향으로 돌출되거나 상기 보조 테이블 내부로 하강하는 승강 패널;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 3축 구동장치는, 상기 구동 데이터에 따라 구동하는 3축 구동 테이블이며, 상기 3축 구동 테이블은,
테이블;
상기 테이블의 일 측면과 타 측면에 상호 대칭되게 마련되는 제1레일 및 제2레일;
상기 제1레일 및 상기 제2레일과 슬라이딩 결합하는 제1레일 몸체 및 제2레일 몸체;
상기 제1레일 및 상기 제2레일의 길이방향에 대해 수직하게 배치되며 종단은 상기 제1레일 몸체와 상기 제2레일 몸체에 체결되는 이송 스크류;
상기 이송 스크류의 일 측 종단에 연결되는 모터;
일 측면은 상기 테이블에 접촉하며, 내측에는 상기 이송 스크류와 볼트 결합하기 위한 나사산이 형성되는 이송 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 테이블에 적어도 하나 마련되며,
공압에 의해 상기 테이블의 내측에서 표면 방향으로 돌출되거나 상기 테이블 내부로 하강하는 승강 패널;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 연동 팬텀 모사 시스템.
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