KR101700911B1

KR101700911B1 - 호흡 운동 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101700911B1
Application number: KR1020150078112A
Authority: KR
Inventors: 박순용; 위제나야키 우다야
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2017-02-01
Also published as: KR20160116284A

Abstract

본 발명은 호흡 운동 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치는 대상체에 부착된 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상 및 우안 영상을 획득하는 스테레오 영상 획득부; 및 좌안 영상 및 우안 영상에서의 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여, 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 호흡운동 측정부를 포함한다.

Description

호흡 운동 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRACKING RESPIRATORY MOTION}

본 발명은 대상체의 호흡에 따른 운동을 추적하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대상체에 시각 부호화 마커들을 부착하여 대상체의 호흡에 따른 움직임을 추적하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

방사선 요법이 암 치료에 사용되고 있다. 방사선을 투사하여 암세포를 제거 시 정상 세포의 방사선 피폭량을 최소화할 필요가 있다. 방사선을 환자에게 투사할 때 환자의 움직임으로 인하여 병소 이외의 정상세포가 손상되는 것을 막기 위해서는 환자의 3차원 움직임에 대한 측정이 필요하다. 특히 방사선요법에 있어서 환자의 호흡은 영상 획득, 치료 계획 및 방사선 조사에 장애 요인이 되고 있으며, 따라서 이러한 환자의 호흡에 따른 움직임을 추적하는 것은 매우 중요하다. 환자의 호흡에 따른 움직임을 정확하게 추적하지 않으면, 방사선 조사의 정확도가 떨어져, 종양 조직에 방사선이 높은 준위의 방사선이 조사되지 않거나, 종양 조직 주변의 정상 조직에 높은 준위의 방사선이 노출되어 이상을 일으킬 수 있다. 기존의 환자의 움직임을 측정하는 기술로서, 적외선 센서를 사용하는 방식이 있으나, 고가의 부품을 필요로 한다.

본 발명은 스테레오 비전 기술을 이용하여 스테레오 영상에서 환자에 부착된 시각 부호화 마커들을 추출하고 복호화하여, 환자의 호흡에 따른 움직임을 저렴하고 간편하게 측정할 수 있는 호흡 운동 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향뿐 아니라, 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정하여, 환자의 호흡에 따른 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있는 호흡 운동 측정 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 호흡 운동 측정 장치는 대상체에 부착된 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상 및 우안 영상을 획득하는 스테레오 영상 획득부; 및 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서의 상기 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여, 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 호흡운동 측정부를 포함한다.

상기 시각 부호화 마커는 시각적으로 인식될 수 있는 코드 정보를 포함할 수 있다.

상기 복수의 시각 부호화 마커는 서로 다른 코드 정보를 포함할 수 있다.

상기 호흡운동 측정부는 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 상기 복수의 시각 부호화 마커의 서로 다른 코드 정보를 인식하여, 상기 복수의 시각 부호화 마커를 식별하는 식별부를 포함할 수 있다.

상기 호흡운동 측정부는 상기 복수의 시각 부호화 마커의 코드 정보를 저장하는 룩업테이블을 더 포함할 수 있다.

상기 식별부는, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보가 상기 룩업테이블에서 탐색되지 않는 경우, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 회전하여 상기 룩업테이블을 탐색함으로써 상기 시각 부호화 마커를 식별할 수 있다.

상기 시각 부호화 마커는, 사각 형상으로 제공되고, 복수의 행과 열로 배열된 흑백의 그리드(grid)들로 이루어진 바이너리 코드(binary code)로 부호화될 수 있다.

상기 시각 부호화 마커는, 제1 음영을 갖는 제1 테두리부; 및 상기 제1 테두리부 내에 구비된 M×N(M, N은 각각 독립적으로 2 이상의 정수) 행렬의 그리드들로 이루어진 코드부를 포함하고, 상기 코드부는 상기 제1 테두리부에 접하는 그리드들 중의 적어도 하나가 상기 제1 음영을 갖도록 부호화될 수 있다.

상기 시각 부호화 마커는, 0°, 90°, 180° 및 270° 회전된 때의 네 개의 코드 정보가 서로 다른 값을 갖도록 코드화될 수 있다.

상기 시각 부호화 마커는, 상기 제1 테두리부의 주변에 상기 제1 음영과 다른 제2 음영을 갖는 제2 테두리부를 더 포함할 수 있다.

상기 호흡운동 측정부는 상기 복수의 시각 부호화 마커의 3차원 정보를 이용하여 상기 대상체의 3차원 표면 형상 정보를 산출할 수 있다.

상기 호흡운동 측정부는, 상기 시각 부호화 마커의 윤곽선 정보를 이용해 상기 스테레오 영상 획득부의 영상면과 상기 시각 부호화 마커의 코드면 간의 투영 변환을 연산하여 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향을 측정하는 자세 측정부를 포함할 수 있다.

상기 호흡운동 측정부는, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 이용하여 상기 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정하는 굽힘변형 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 시각 부호화 마커는 유연성 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 시각적으로 인식될 수 있고, 서로 다른 코드 정보를 갖는 복수의 시각 부호화 마커를 대상체에 부착하는 단계; 스테레오 영상 획득부를 이용하여 상기 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상과 우안 영상을 획득하는 단계; 및 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서의 상기 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계를 포함하는 호흡 운동 측정 방법이 제공된다.

상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계는, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 상기 복수의 시각 부호화 마커의 서로 다른 코드 정보를 인식하여, 상기 복수의 시각 부호화 마커를 식별하는 단계; 및 상기 시각 부호화 마커의 윤곽선 정보를 이용해 상기 스테레오 영상 획득부의 영상면과 상기 시각 부호화 마커의 코드면 간의 투영 변환을 연산하여 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계는, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 이용하여 상기 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 시각 부호화 마커를 식별하는 단계는, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 룩업테이블에서 탐색하는 단계; 및 상기 코드 정보가 룩업테이블에서 탐색되지 않는 경우, 상기 코드 정보를 회전하여 상기 룩업테이블을 재탐색함으로써 상기 시각 부호화 마커를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 호흡 운동 측정 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 스테레오 비전 기술을 이용하여 스테레오 영상에서 환자에 부착된 시각 부호화 마커들을 추출하고 복호화하여, 환자의 호흡에 따른 움직임을 저렴하고 간편하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향뿐 아니라, 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정하여, 환자의 호흡에 따른 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치를 포함하는 방사선 의료장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치를 구성하는 2개의 서로 다른 시각 부호화 마커를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치를 구성하는 호흡운동 측정부를 보여주는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법에 따라 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정한 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법에 따라 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정한 것을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법의 성능을 테스트하기 위한 실험 환경을 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법의 성능을 테스트하기 위한 실험 환경을 보여주는 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법의 성능을 테스트한 실험 결과를 보여주는 도면이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치는 저가이고 사용이 간편한 가시광 카메라를 사용할 수 있도록 시각 부호화 마커들(visual coded markers)을 사용한다. 가시광을 이용하여 스테레오 비전 기반으로 인식 가능하도록, 시각 부호화 마커들은 시각적으로 인식될 수 있도록 제공된다. 여러 개의 시각 부호화 마커를 사용하기 위하여, 시각 부호화 마커는 다른 시각 부호화 마커와 구분될 수 있도록 부호화(coded)된 코드 정보를 갖는다.

본 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치는 시각 부호화 마커들을 이용하여 스테레오 비전 기반으로 대상체의 호흡에 따른 움직임을 측정한다. 여러 개의 시각 부호화 마커를 환자의 신체에 부착하고, 스테레오 영상에서 시각 부호화 마커의 코드 정보를 인식하여 시각 부호화 마커의 3차원 위치를 측정하여 이를 연속적으로 추적할 수 있다. 모든 시각 부호화 마커의 3차원 정보를 이용하여 신체 표면의 3차원 표면 형상 정보를 추적할 수 있으며, 시각 부호화 마커의 3차원 평면, 곡률 변형 정보를 활용하여 환자의 호흡에 따른 3차원 움직임을 정밀하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치(100)를 포함하는 방사선 의료장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하에서 방사선 의료장치를 예로 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치(100)에 대해 설명한다. 방사선 의료장치는 방사선 조사부(20)로부터 환자(10)의 종양 조직으로 방사선을 조사하여 암 세포를 제거할 수 있다.

도 1을 참조하면, 호흡 운동 측정 장치(100)는 대상체인 환자(10)의 호흡에 따른 움직임을 정확하게 측정하기 위해 제공된다. 호흡 운동 측정 장치(100)는 복수의 시각 부호화 마커(110), 스테레오 영상 획득부(120), 호흡운동 측정부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

일 실시 예로, 환자(10)의 호흡에 따른 흉/복부의 움직임을 측정하기 위하여, 시각 부호화 마커(110)는 환자(10)의 흉/복부에 부착될 수 있다. 시각 부호화 마커(110)는 환자(10) 신체의 치료 부위에 부착될 수 있는 정도의 작은 크기로 설계될 수 있다. 시각 부호화 마커(110)는 시각적으로 인식될 수 있는 코드 정보, 즉 스테레오 영상 획득부(120)에 의해 식별 가능한 코드 정보를 포함할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치(100)를 구성하는 2개의 서로 다른 시각 부호화 마커(110)를 보여주는 도면이다. 호흡운동 측정부(130)에서 복수의 시각 부호화 마커(110)를 식별할 수 있도록, 복수의 시각 부호화 마커(110)는 서로 다른 시각적 형태를 갖는 코드 정보를 포함할 수 있다.

시각 부호화 마커(110)는 다른 시각 부호화 마커와의 혼동을 방지하기 위해 디지털 부호화된 형태로 제공될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 시각 부호화 마커(110)는 사각 형상의 2차원 바이너리 이미지(binary image) 평면으로 제공될 수 있다.

시각 부호화 마커(110)는 복수의 행과 열로 배열된 흑백의 그리드(grid)들로 이루어진 바이너리 코드(binary code)로 부호화될 수 있다. 흑 또는 백으로 채워진 그리드의 디지털 값은 음영(흑 또는 백)에 따라‘1’ 또는 ‘0’일 수 있다.

일 실시 예로, 시각 부호화 마커(110)는 제1 테두리부(111), 제2 테두리부(112) 및 코드부(113)로 이루어질 수 있다. 제1 테두리부(111)는 코드부(113)의 주변을 둘러싸는 사각의 형태로 제공될 수 있다. 제2 테두리부(112)는 제1 테두리부(111)의 주변을 둘러싸는 사각의 형태로 제공될 수 있다.

제1 테두리부(111) 및 제2 테두리부(112)는 스테레오 영상 획득부(120)에 의해 획득된 스테레오 영상에서 시각 부호화 마커(110)를 다른 객체와 구분하기 위하여 제공될 수 있다.

제1 테두리부(111)와 제2 테두리부(112)는 다른 음영을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 테두리부(111)는 제1 음영(예를 들어, 흑색)을 갖도록 제공되고, 제2 테두리부(112)는 제2 음영(예를 들어, 백색)을 갖도록 제공될 수 있다.

제2 테두리부(112)는 시각 부호화 마커(110)의 식별을 위해 추가되며, 경계의 크기는 시각 부호화 마커(110)와 다른 크기 및 형상을 갖는 객체를 제거하는데 사용된다.

코드부(113)는 제1 테두리부(111) 내에 구비되며, M×N(M, N은 각각 독립적으로 2 이상의 정수) 행렬의 그리드들로 이루어진다. 도시된 예에서, 시각 부호화 마커(110)는 3×3 행렬 그리드로 이루어진 코드부(113)에 의해 9비트 바이너리 코드로 부호화된다. 여기서, 각 비트는 그리드의 셀 값(음영이나 색상)에 해당한다.

코드부(113)는 제1 테두리부(111)에 접하는 그리드들 중의 적어도 하나가 제1 테두리부(111)의 제1 음영(예를 들어, 흑색)과 같은 음영(예를 들어, 흑색)을 갖도록 부호화될 수 있다. 이는 2개의 인접한 사각 윤곽이 시각 부호화 마커의 검출 과정에 어려움을 일으키는 것을 방지하기 위함이다.

어두운 음영의 그리드를 '0'으로 나타내고, 밝은 음영의 그리드를 '1'로 나타내는 경우, 도 2a의 시각 부호화 마커(110)는 [101 110 011] 바이너리 코드로 부호화되고, 도 2b의 시각 부호화 마커(110)는 [111 010 100] 바이너리 코드로 부호화된 것이다.

시각 부호화 마커(110)는 0°, 90°, 180° 및 270° 회전된 때의 네 개의 코드 정보가 서로 다른 값을 갖도록 코드화될 수 있다. 도 2a의 시각 부호화 마커(110)는 시계 방향으로 90°, 180° 및 270° 회전 시, 각각 [011 110 101], [110 011 101], [101 011 110] 바이너리 코드를 갖는다.

도 2b의 시각 부호화 마커(110)는 시계 방향으로 90°, 180° 및 270° 회전 시, 각각 [101 011 001], [001 010 111], [100 110 101] 바이너리 코드를 갖는다. 모든 시각 부호화 마커(110)가 방향에 관계없이 서로 다른 바이너리 코드를 가지므로, 최소한의 크기의 시각 부호화 마커(110)를 이용하여 시각 부호화 마커(110)를 정확하게 식별하는 동시에, 시각 부호화 마커(110)의 방향을 알 수 있으며, 시각 부호화 마커(110)의 식별 및 자세 인식을 위한 연산 시간을 줄일 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 스테레오 영상 획득부(120)는 환자(10)에 부착된 복수의 시각 부호화 마커(110)에 대해 좌안 영상 및 우안 영상을 획득한다. 스테레오 영상 획득부(120)는 서로 다른 시점(視點)에서 영상을 촬영하는 좌안 카메라 및 우안 카메라로 이루어진 스테레오 카메라로 제공될 수 있다.

스테레오 영상 획득부(120)에 의해 획득된 좌안 영상 및 우안 영상은 환자(10)의 호흡에 따른 흉/복부 움직임을 측정하기 위하여, 호흡운동 측정부(130)로 제공된다.

호흡운동 측정부(130)는 스테레오 영상 획득부(120)로부터 제공된 좌안 영상 및 우안 영상의 시각 부호화 마커들(110)의 2차원 정보를 이용하여, 시각 부호화 마커들(110)의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정하여, 환자(10)의 흉/복부에 대한 3차원 표면 형상 정보를 산출함으로써, 환자(10)의 호흡에 따른 운동을 측정한다. 호흡운동 측정부(130)는 시각 부호화 마커(110)의 네 개의 모서리 또는 코너점 정보를 이용하여 시각 부호화 마커(110)의 자세를 추정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 장치를 구성하는 호흡운동 측정부(130)를 보여주는 구성도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 호흡운동 측정부(130)는 식별부(131), 룩업테이블(132), 자세 측정부(133) 및 굽힘변형 측정부(134)를 포함한다.

식별부(131)는 스테레오 영상 획득부(120)에 의해 제공된 좌안 영상 및 우안 영상에서 복수의 시각 부호화 마커(110)의 서로 다른 코드 정보를 인식하여, 복수의 시각 부호화 마커(110)를 식별한다.

식별부(131)는 좌안 영상 및 우안 영상의 객체들 중 볼록한 면을 갖지 않거나, 사각형의 네 개의 면(테두리)을 갖지 않은 객체에 대하여 시각 부호화 마커(110)가 아닌 것으로 판단할 수 있다. 식별부(131)는 좌안 영상 및 우안 영상에서 추출한 시각 부호화 마커(110)로부터 코드 정보를 추출한다.

룩업테이블(132)은 복수의 시각 부호화 마커(110)의 코드 정보를 저장한다. 룩업테이블(132)은 메모리에 저장될 수 있다.

식별부(131)는 좌안 영상 및 우안 영상에서 인식한 시각 부호화 마커(110)의 코드 정보가 룩업테이블(132)에서 탐색되지 않는 경우, 좌안 영상 및 우안 영상에서 인식한 시각 부호화 마커(110)의 코드 정보를 회전하여 룩업테이블(132)을 재탐색함으로써 시각 부호화 마커(110)를 식별할 수 있다.

자세 측정부(133)는 시각 부호화 마커(110)의 윤곽선 정보를 이용해 스테레오 영상 획득부(120)의 영상면과 시각 부호화 마커(110)의 코드면 간의 투영 변환을 연산하여 시각 부호화 마커(110)의 3차원 정보 및 방향을 측정할 수 있다.

일 실시 예로, 시각 부호화 마커(110)의 3차원 정보는 좌안 영상과 우안 영상에서 시각 부호화 마커(110)의 코너점의 2차원 좌표를 이용하여 계산될 수 있다. 자세 측정부(133)는 시각 부호화 마커들(110)의 3차원 정보를 이용하여 환자(10)의 흉/복부 에 대한 3차원 표면 형상 정보를 산출할 수 있다.

굽힘변형 측정부(134)는 스테레오 영상 획득부(120)로부터 제공된 좌안 영상 및 우안 영상에서 인식한 시각 부호화 마커(110)의 코드 정보를 이용하여 유연성 재질로 이루어진 시각 부호화 마커(110)의 굽힘 변형을 측정할 수 있다.

호흡운동 측정부(130)는 환자(10)의 호흡에 따른 시각 부호화 마커들(110)의 3차원 정보를 실시간 분석하여 환자(10)의 호흡에 따른 흉/복부 움직임을 추적할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 제어부(140)는 호흡운동 측정부(130)에 의해 측정된 환자(10)의 호흡에 따른 3차원 모션에 따라 방사선 조사부(20)를 제어할 수 있다. 이에 따라 방사선 조사부(20)는 환자(10)의 호흡 운동에 따라 방사선의 조사 패턴, 조사 방향, 조사 강도 등을 제어하여 효과적으로 암 치료를 행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 환자와 같은 대상체의 호흡에 따른 움직임을 측정하기 위하여, 복수의 시각 부호화 마커(110)를 환자의 신체, 예를 들어 흉부나 복부에 부착한다(S10).

시각 부호화 마커(110)가 환자에 부착되면, 스테레오 영상 획득부(120)는 복수의 시각 부호화 마커(110)에 대해 좌안 영상 및 우안 영상을 획득한다(S20). 스테레오 영상 획득부(120)에 의해 획득된 좌안 영상 및 우안 영상은 환자(10)의 호흡에 따른 흉/복부 움직임을 측정하기 위하여, 호흡운동 측정부(130)로 제공된다.

호흡운동 측정부(130)는 스테레오 영상 획득부(120)로부터 제공된 스테레오 영상(좌안 영상, 우안 영상)의 시각 부호화 마커들(110)의 2차원 정보를 이용하여, 시각 부호화 마커들(110)의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정하여, 환자(10)의 흉/복부에 대한 3차원 표면 형상 정보를 산출함으로써, 환자(10)의 호흡에 따른 운동을 측정한다(S30,S40).

단계 S30 및 S40을 보다 구체적으로 설명하면, 호흡운동 측정부(130)는 먼저 스테레오 영상의 객체들 중에서 시각 부호화 마커들(110)을 추출하고, 룩업테이블을 이용하여 시각 부호화 마커들(110)의 바이너리 코드 정보로부터 시각 부호화 마커들(110)을 식별한다.

만약, 스테레오 영상에서 추출한 시각 부호화 마커(110)의 코드 정보가 룩업테이블에서 직접 탐색되지 않으면, 시각 부호화 마커(110)의 코드 정보를 90°, 180°또는 270° 회전한 후, 다시 룩업테이블을 탐색하여 시각 부호화 마커(110)를 식별한다.

호흡운동 측정부(130)는 좌안 영상과 우안 영상에서 시각 부호화 마커들(110)의 식별 정보와, 2차원 정보(좌표)를 결정한 후, 삼각화 기법에 따라 스테레오 카메라의 교정 파라미터를 이용하여 시각 부호화 마커(110)의 3차원 정보(좌표)를 결정한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법에 따라 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정한 것을 보여주는 도면이다. 호흡운동 측정부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 시각 부호화 마커들(110)에 대해 3차원 정보, 회전(방향) 정보(도시에서 파란색 막대로 도시)를 계산할 수 있으며, 3차원 정보의 변화율로부터 가속도를 측정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법에 따라 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정한 것을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 호흡운동 측정부(130)는 스테레오 영상에서 시각 부호화 마커(110)의 곡률반경(R)을 측정하여 굽힘 변형을 측정할 수 있다. 따라서, 시각 부호화 마커(110)의 굽힘 변형 정도로부터 환자의 호흡에 따른 치료 부위의 변형을 보다 정확하게 측정하여 방사선 조사를 정밀하게 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법의 성능을 테스트하기 위한 실험 환경을 보여주는 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법의 성능을 테스트하기 위한 실험 환경을 보여주는 정면도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 시각 부호화 마커(110)를 30cm 이동시킨 후, 본 실시 예에 따라 스테레오 비전 기반으로 시각 부호화 마커(110)의 위치를 측정하였다. 이때, 시각 부호화 마커(110)에 대한 스테레오 영상 획득부(120)의 거리를 60, 70, 80cm 로 변화시키고, 시각 부호화 마커(110)에 대한 스테레오 영상 획득부(120)의 각도를 -45°, -30°, 0°, 30°, 45°로 변화시키면서 실험을 수행하였다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡 운동 측정 방법의 성능을 테스트한 실험 결과를 보여주는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따라 시각 부호화 마커(110)의 이동거리를 측정한 결과, 0.19%의 매우 낮은 평균 오차율이 측정되었다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

10: 환자
20: 방사선 조사부
100: 호흡 운동 측정 장치
110: 시각 부호화 마커
111: 제1 테두리부
112: 제2 테두리부
113: 코드부
120: 스테레오 영상 획득부
130: 호흡운동 측정부
131: 식별부
132: 룩업테이블
133: 자세 측정부
134: 굽힘변형 측정부
140: 제어부

Claims

대상체에 부착된 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상 및 우안 영상을 획득하는 스테레오 영상 획득부; 및
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서의 상기 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여, 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 호흡운동 측정부를 포함하며,
상기 호흡운동 측정부는 상기 복수의 시각 부호화 마커의 코드 정보를 저장하는 룩업테이블을 포함하는 호흡 운동 측정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 시각 부호화 마커는 시각적으로 인식될 수 있는 코드 정보를 포함하는 호흡 운동 측정 장치.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 시각 부호화 마커는 서로 다른 코드 정보를 포함하는 호흡 운동 측정 장치.
제3 항에 있어서,
상기 호흡운동 측정부는 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 상기 복수의 시각 부호화 마커의 서로 다른 코드 정보를 인식하여, 상기 복수의 시각 부호화 마커를 식별하는 식별부를 포함하는 호흡 운동 측정 장치.
삭제
제4 항에 있어서,
상기 식별부는, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보가 상기 룩업테이블에서 탐색되지 않는 경우, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 회전하여 상기 룩업테이블을 탐색함으로써 상기 시각 부호화 마커를 식별하는 호흡 운동 측정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 시각 부호화 마커는, 사각 형상으로 제공되고, 복수의 행과 열로 배열된 흑백의 그리드(grid)들로 이루어진 바이너리 코드(binary code)로 부호화된 호흡 운동 측정 장치.
대상체에 부착된 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상 및 우안 영상을 획득하는 스테레오 영상 획득부; 및
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서의 상기 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여, 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 호흡운동 측정부를 포함하며,
상기 시각 부호화 마커는,
제1 음영을 갖는 제1 테두리부; 및
상기 제1 테두리부 내에 구비된 M×N(M, N은 각각 독립적으로 2 이상의 정수) 행렬의 그리드들로 이루어진 코드부를 포함하고,
상기 코드부는 상기 제1 테두리부에 접하는 그리드들 중의 적어도 하나가 상기 제1 음영을 갖도록 부호화된 호흡 운동 측정 장치.
제8 항에 있어서,
상기 시각 부호화 마커는, 0°, 90°, 180° 및 270° 회전된 때의 네 개의 코드 정보가 서로 다른 값을 갖도록 코드화되는 호흡 운동 측정 장치.
제8 항에 있어서,
상기 시각 부호화 마커는, 상기 제1 테두리부의 주변에 상기 제1 음영과 다른 제2 음영을 갖는 제2 테두리부를 더 포함하는 호흡 운동 측정 장치.
제1 항에 있어서,
상기 호흡운동 측정부는 상기 복수의 시각 부호화 마커의 3차원 정보를 이용하여 상기 대상체의 3차원 표면 형상 정보를 산출하는 호흡 운동 측정 장치.
대상체에 부착된 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상 및 우안 영상을 획득하는 스테레오 영상 획득부; 및
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서의 상기 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여, 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 호흡운동 측정부를 포함하며,
상기 호흡운동 측정부는, 상기 시각 부호화 마커의 윤곽선 정보를 이용해 상기 스테레오 영상 획득부의 영상면과 상기 시각 부호화 마커의 코드면 간의 투영 변환을 연산하여 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향을 측정하는 자세 측정부를 포함하는 호흡 운동 측정 장치.
제12 항에 있어서,
상기 호흡운동 측정부는, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 이용하여 상기 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정하는 굽힘변형 측정부를 더 포함하는 호흡 운동 측정 장치.
제13 항에 있어서,
상기 시각 부호화 마커는 유연성 재질로 이루어진 호흡 운동 측정 장치.
시각적으로 인식될 수 있고, 서로 다른 코드 정보를 갖는 복수의 시각 부호화 마커를 대상체에 부착하는 단계;
스테레오 영상 획득부를 이용하여 상기 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상과 우안 영상을 획득하는 단계; 및
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서의 상기 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계를 포함하며,
상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계는:
상기 복수의 시각 부호화 마커의 코드 정보를 저장하는 룩업테이블에서, 상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 탐색하는 단계를 포함하는 호흡 운동 측정 방법.
시각적으로 인식될 수 있고, 서로 다른 코드 정보를 갖는 복수의 시각 부호화 마커를 대상체에 부착하는 단계;
스테레오 영상 획득부를 이용하여 상기 복수의 시각 부호화 마커에 대해 좌안 영상과 우안 영상을 획득하는 단계; 및
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서의 상기 시각 부호화 마커의 2차원 정보를 이용하여 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향 정보를 측정함으로써 상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계를 포함하며,
상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계는,
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 상기 복수의 시각 부호화 마커의 서로 다른 코드 정보를 인식하여, 상기 복수의 시각 부호화 마커를 식별하는 단계; 및
상기 시각 부호화 마커의 윤곽선 정보를 이용해 상기 스테레오 영상 획득부의 영상면과 상기 시각 부호화 마커의 코드면 간의 투영 변환을 연산하여 상기 시각 부호화 마커의 3차원 정보 및 방향을 측정하는 단계를 포함하는 호흡 운동 측정 방법.
제16 항에 있어서,
상기 대상체의 호흡에 따른 운동을 측정하는 단계는,
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 이용하여 상기 시각 부호화 마커의 굽힘 변형을 측정하는 단계를 더 포함하는 호흡 운동 측정 방법.
제16 항에 있어서,
상기 복수의 시각 부호화 마커를 식별하는 단계는,
상기 좌안 영상 및 상기 우안 영상에서 인식한 상기 시각 부호화 마커의 코드 정보를 룩업테이블에서 탐색하는 단계; 및
상기 코드 정보가 룩업테이블에서 탐색되지 않는 경우, 상기 코드 정보를 회전하여 상기 룩업테이블을 재탐색함으로써 상기 시각 부호화 마커를 식별하는 단계를 포함하는 호흡 운동 측정 방법.
제15 항 내지 제18 항 중 어느 한 항의 호흡 운동 측정 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.