KR101741946B1 - 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법 - Google Patents

폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101741946B1
KR101741946B1 KR1020160004659A KR20160004659A KR101741946B1 KR 101741946 B1 KR101741946 B1 KR 101741946B1 KR 1020160004659 A KR1020160004659 A KR 1020160004659A KR 20160004659 A KR20160004659 A KR 20160004659A KR 101741946 B1 KR101741946 B1 KR 101741946B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crank
driving
rod
motion
simulate
Prior art date
Application number
KR1020160004659A
Other languages
English (en)
Inventor
신동석
강성희
김동수
김태호
김경현
구현재
조민석
서태석
Original Assignee
가톨릭대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가톨릭대학교 산학협력단 filed Critical 가톨릭대학교 산학협력단
Priority to KR1020160004659A priority Critical patent/KR101741946B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101741946B1 publication Critical patent/KR101741946B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating thereof
    • A61B6/582—Calibration
    • A61B6/583—Calibration using calibration phantoms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00681—Aspects not otherwise provided for
    • A61B2017/00707—Dummies, phantoms; Devices simulating patient or parts of patient

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

본 발명은 종양의 움직임과 크기에 대하여 조절 가능한 폐 모사 4차원 변형 팬톰에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 인체의 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사하는 몸체부, 상기 몸체부에 대응하여 인체의 늑골의 움직임을 모사하는 호흡신호부 및 외부에서 인가된 전력과 구동신호에 따라 상기 몸체부와 상기 호흡신호부를 기설정된 방향으로 구동하는 구동부를 포함하되, 상기 구동부는, 상기 몸체부의 횡경막의 움직임을 모사하기 위한 구동을 위해, 중심에서 기설정된 거리에 제1 홀을 포함하는 제1 크랭크, 상기 제1 홀에 연결되고, 상기 제1 크랭크의 회전에 따라 전후방향으로 왕복운동하는 제1 막대 및 상기 전력과 구동신호에 따라 상기 제1 크랭크를 구동하는 모터를 포함하고, 상기 몸체부는, 일단이 상기 제1 막대에 연결되고, 상기 제1 막대의 전후방향 왕복운동에 따라 함께 전후방향으로 왕복운동하는 실린더 및 상기 폐를 모사하기 위하여 상기 실린더 내부를 채우고, 상기 실린더의 왕복운동에 따라 압축 및 복원되는 충전재를 포함하며, 상기 호흡신호부는 상기 제1 크랭크와 톱니 형태로 맞물려서 상기 제1 크랭크와 동기화되어 함께 구동되는 제2 크랭크 및 상기 제2 크랭크의 중심에서 기설정된 거리에 위치된 제2 홀에 연결되고, 상기 제2 크랭크의 회전에 따라 상하방향으로 왕복운동하는 제2 막대를 포함하고, 상기 인체의 들숨을 모사하기 위해 상기 제1 막대가 전진운동과 상기 제2 막대가 상향운동하고, 상기 인체의 날숨을 모사하기 위해 상기 제1 막대가 후진운동과 상기 제2 막대가 하향운동하는 것을 특징으로 하는, 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템.

Description

폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법{4D DEFORMABLE LUNG PHANTOM SYSTEM AND METHOD OF 4D COMPUTED TOMOGRAPHY SCAN USING LUNG PHANTOM SYSTEM}
본 발명은 종양의 움직임과 크기에 대하여 조절 가능한 폐 모사 4차원 변형 팬톰에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 Superior-inferior(SI) 방향의 횡격막의 움직임과 Anterior-posterior(AP)방향의 흉부 움직임을 실제 인체의 움직임과 같이 동기화하여 모사한 4차원 변형 팬톰에 관한 것이다.
팬톰(phantom)은 인체를 모사한 의료장비로 방사선치료분야에서는 선량 측정과 같은 실험이나 방사선 치료장비의 정도 관리 시, 인체의 정상조직에 유해한 영향을 미칠 수 있는 방사선을 사람을 대상으로 조사할 수 없기 때문에 이용되어 왔으며, 사용목적에 맞게 다양하게 개발되고 상용화되어 왔다.
이러한 팬텀에는 정적인 모델과 동적인 모델 두 종류가 있다. 정적인 모델은 X-ray나 3D-CT 등에 사용하는 것으로서 인체의 형태만 모사할 뿐 움직임은 모사하지 않는 모델이다. 동적인 모델은 심장이나 폐와 같이 움직이는 인체의 형태뿐만 아니라 그 운동도 모사할 수 있도록 만들어진 모델이다.
이러한 팬톰 중 모션 팬톰은 호흡으로 인한 움직임과 같은 인체 내부의 움직임을 모사하기 위해 개발되어 왔으며, 특히 변형 팬톰은 호흡으로 인하여 발생하는 장기의 움직임과 부피 변화를 모두 모사하도록 제작되어왔다.
도 1a 내지 도 1c는 종래에 사용되는 팬톰의 사진이다. 도 1a 내지 도 1c에 나타난 팬톰의 경우, 종양의 움직임의 관점에서 다양한 폐 종양의 상황을 모사하기 위한 것으로, 종양의 움직임에 대한 조절은 가능하지만, 종양의 크기에 대한 조절은 불가능하다. 이 경우, 다양한 크기에 대하여 종양의 움직임과 부피변화를 모두 모사할 수 없는 한계점이 보여진다. 그래서 4차원 방사선치료 계획시나 변형영상정합의 정확성 평가를 향상시키기 위한 신개념 팬톰에 대한 기술적 요구가 있는 실정이다.
대한민국 특허청 등록특허공보 제10-1546187호 일본 특허청 공표특허공보 특표2007-534447
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폐 종양의 움직임과 크기 모두에 대한 조절이 가능한 폐 모사 4차원 변형 팬톰을 사용자에게 제공하고자 한다.
또한, 방사선 치료 계획의 정확도를 향상할 수 있는 상기 폐 모사 4차원 변형 팬톰을 사용자에게 제공하고자 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템은, 인체의 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사하는 몸체부; 상기 몸체부에 대응하여 인체의 늑골의 움직임을 모사하는 호흡신호부; 및 외부에서 인가된 전력과 구동신호에 따라 상기 몸체부와 상기 호흡신호부를 기설정된 방향으로 구동하는 구동부;를 포함하되, 상기 구동부는, 상기 몸체부의 횡경막의 움직임을 모사하기 위한 구동을 위해, 중심에서 기설정된 거리에 제1 홀을 포함하는 제1 크랭크; 상기 제1 홀에 연결되고, 상기 제1 크랭크의 회전에 따라 전후방향으로 왕복운동하는 제1 막대; 및 상기 전력과 구동신호에 따라 상기 제1 크랭크를 구동하는 모터;를 포함하고, 상기 몸체부는, 일단이 상기 제1 막대에 연결되고, 상기 제1 막대의 전후방향 왕복운동에 따라 함께 전후방향으로 왕복운동하는 실린더; 및 상기 폐를 모사하기 위하여 상기 실린더 내부를 채우고, 상기 실린더의 왕복운동에 따라 압축 및 복원되는 충전재;를 포함하며, 상기 호흡신호부는 상기 제1 크랭크와 톱니 형태로 맞물려서 상기 제1 크랭크와 동기화되어 함께 구동되는 제2 크랭크; 및 상기 제2 크랭크의 중심에서 기설정된 거리에 위치된 제2 홀에 연결되고, 상기 제2 크랭크의 회전에 따라 상하방향으로 왕복운동하는 제2 막대;를 포함하고, 상기 인체의 들숨을 모사하기 위해 상기 제1 막대가 전진운동과 상기 제2 막대가 상향운동하고, 상기 인체의 날숨을 모사하기 위해 상기 제1 막대가 후진운동과 상기 제2 막대가 하향운동할 수 있다.
또한, 상기 몸체부는 상기 폐 내부에 위치된 종양을 모사하기 위하여, 상기 실린더의 왕복운동에 따라 상기 충전재 내부에서 형태가 가변하는 종양모사부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 종양모사부는 상기 인체 내에 위치될 수 있는 다양한 크기와 형태의 종양에 대응하도록 복수로 구성되고, 각자 다른 크기로 구성될 수 있다.
또한, 복수의 인체의 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사하기 위해, 복수의 상기 제1 홀 각각은 상기 제1 크랭크의 중심부터 다른 거리에 위치되어 상기 실린더의 운동범위가 조절될 수 있다.
한편, 전술한 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템을 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법에 있어서, 종양모사부가 상기 몸체부의 기설정된 위치에 설치되는 단계; 상기 몸체부가 컴퓨터 단층촬영장치 내에 위치되는 단계; 상기 컴퓨터 단층촬영장치가 상기 몸체부의 단층촬영을 시작하는 단계; 상기 몸체부가 구동되는 단계; 상기 컴퓨터 단층촬영장치가 상기 몸체부의 단층촬영을 종료하는 단계; 및 상기 컴퓨터 단층촬영장치가 촬영한 영상을 이미지처리하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명은 폐 종양의 움직임과 크기 모두에 대한 조절이 가능한 폐 모사 4차원 변형 팬톰을 사용자에게 제공할 수 있다.
폐 종양의 움직임과 크기의 관점에서 조절을 통하여, 호흡에 의한 폐의 움직임을 반영한 4차원 방사선량을 계산할 수 있고, 이를 이용하여 방사선치료 계획의 정확도를 향상할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1a 내지 도 1c는 종래에 사용되는 팬톰의 사진이다.
도 2는 본 발명에 이용되는, 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템의 사시도이다.
도 3은 본 발명이 이용되는, 크랭크(crank) 일례를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 들숨을 도시한 것이다.
도 4b는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 날숨을 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 들숨시 종양 위치와 상태를 도시한 것이다.
도 5b는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 날숨시 종양 위치와 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 이용될 수 있는, 팬톰 시스템을 이용한 4D CT영상 촬영방법에 관한 순서도이다.
도 7은 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템을 이용한 4D CT영상 일례를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템을 이용하여 팬톰의 최대 움직임을 1cm 부터 4cm 로 조정한 경우 4D CT영상 일례를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에서 종양의 크기에 따른 4D CT영상 일례를 도시한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<구성>
도 2는 본 발명에 이용되는, 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템(100)의 사시도이다.
도 2를 참조하여 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템(100)의 구성을 검토하면, 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템(100)은 몸체부(110), 구동부(120), 호흡신호부(130)를 포함할 수 있다.
이때, 몸체부(110)는 인체의 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사하기 위하여, 실린더(111), 종양모사부(112), 충전재(113), 에어 홀(114)를 포함할 수 있다.
구동부(120)는 외부에서 인가된 전력과 구동신호에 따라 몸체부(110)와 호흡신호부(130)를 기설정된 방향으로 구동하기 위하여, 제1 크랭크(121), 제1 막대(122), 모터(123), 제어부(124)를 포함할 수 있다.
호흡신호부(130)는 몸체부(110)에 대응하여 인체의 늑골의 움직임을 모사하기 위하여 제2 크랭크(131), 제2 막대(132), 호흡신호검출부(133)를 포함할 수 있다.
실린더(111)는 일단이 제1 막대(122)에 연결되고, 제1 막대(122)의 전후방향 왕복운동에 따라 함께 전후방향으로 왕복운동 할 수 있다. 전후방향 왕복운동을 위해 암(115)을 통해 일단이 제1 막대(122)와 연결될 수 있다. 이를 이용하면 실린더가 보다 정확한 전후방향 왕복운동이 가능해진다. 또한 실린더(111)는 아크릴 등의 소재로 제조됨이 바람직하다. 본 팬톰 시스템은 특히 4차원 컴퓨터 단층촬영을 통해 폐내의 종양의 상황을 재현하고, 재현된 종양의 변화에 맞는 방사선치료 계획을 수립하는 바, 4차원 컴퓨터 단층촬영에 이용되기 위해서 실린더(111)는 아크릴로 소재로 제조됨이 바람직하다.
종양모사부(112)는 폐 내부에 위치된 종양을 모사하기 위하여, 실린더(111)의 왕복운동에 따라 실린더(111)내의 충전재(113) 내부에서 형태가 가변될 수 있다. 특히 종양모사부(112)는 실린더(111)의 왕복운동에 따라서 형태가 가변하기 위하여 실리콘 재질로 제조됨이 바람직하고 상기 인체내에 위치될 수 있는 다양한 크기와 형태의 종양에 대응하도록 다양한 크기를 갖고 용이하게 제조될 수 있도록 3D 프린터를 이용하여 제조됨이 바람직하다. 또한 종양과 같이 인체 조직과 유사한 탄성을 갖도록 제조됨이 더욱 바람직하다. 또한 복수로 구성될 수 있음은 당연하다.
충전재(113)은 폐를 모사하기 위하여 실린더(111) 내부를 채우고, 실린더(111)의 왕복운동에 따라 압축 및 복원된다. 또한 내부에 종양모사부(112)가 포함될 수 있다. 이를 통해서 실린더(111)의 왕복운동에 대응하여 충전재(113)와 종양모사부(112)가 동시에 압축되고, 복원될 수 있다. 충전재(113)로는 4차원 컴퓨터 단층촬영에 이용될 수 있는 스폰지가 사용됨이 바람직하다. 압축과 복원력이 충분하기 때문이다. 같은 부피에서 폐와 같은 양의 공기를 포함하고 있고, 압축되는 정도에 따라서도 폐와 같은 양의 공기를 포함할 수 있게 제조된 스폰지가 더욱 바람직하다.
에어 홀(114)은 인체의 기도에 대응되는, 실린더(111)의 왕복운동에 따라 압축 및 복원되는 충전재(113)로 인출 및 인입되는 공기가 통할 수 있는 구멍이다. 실린더(111)의 타측에 포함될 수 있고, 복수로 구성될 수 있다. 보다 인체와 유사하게 설계되기 위해서 에어 홀(114)의 개수, 위치, 크기가 다양하게 변형될 수 있다.
제1 크랭크(121)은 중심에서 기설정된 거리에 제1 홀(121-1)을 포함할 수 있고, 중심이 모터(123)과 연결되어 모터에서 전달되는 동력을 통해 기설정된 방향으로 회전할 수 있다. 또한 제1 크랭크(121)는 톱니 형태로 구성될 수 있고, 일면에 제1 홀(121-1)을 통하여 제1 막대(122)와 연결될 수 있다. 제1 크랭크(121)는 내구도가 높아야 하므로 내구성이 좋은 물질로 구성됨이 바람직하고, 제1 홀(121-1)을 복수 구비할 수 있으며, 복수의 상기 제1 홀(121-1) 각각은 제1 크랭크(121)의 중심부터 다른 거리에 위치되어 실린더(111)의 운동범위를 조절할 수 있고 모터의 구동속도 조절을 통해 제1 크랭크(121)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 이러한 제1 크랭크(121)의 제1 홀(121-1)과 제1 막대(122)를 통해 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사할 수 있다. 복수의 인체의 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사하기 위해, 제1 막대(122)는 제1 크랭크(121)의 복수의 제1 홀(121-1)중 적절한 위치를 찾아서 결합을 통해 정확한 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사할 수 있다.
제1 막대(122)는 실린더(111)의 전후방향 왕복운동을 위해서 일단이 제1 홀(121-1)에 연결되고, 타단이 실린더(111)의 일단과 연결되며, 제1 크랭크(121)의 회전에 따라 전후방향으로 왕복운동한다. 제1 막대는 실린더(111)가 몸체부 외부로 돌출되지 않도록 길이조절이 가능하다.
모터(123)는 제어부(124)를 통해 외부에서 인가되는 전력과 구동신호에 따라 상기 제1 크랭크(121)를 구동한다. 구동신호에 따라 회전속도가 조절되므로, 제1 크랭크(121)의 회전속도를 제어할 수 있고, 이를 통해 팬톰 시스템을 통해 모사하는 인체의 호흡속도를 제어할 수 있다.
제어부(124)는 외부에서 인가되는 전력과 구동신호를 모터(123)를 통해 팬톰 시스템에 공급하고, 팬톰 시스템의 동작을 제어할 수 있다.
제2 크랭크(131)는 중심에서 기설정된 거리에 제2 홀(122-1)을 포함할 수 있고, 제1 크랭크(121)와 동기화되어 함께 구동될 수 있으며, 일례로서 제1 크랭크(121)와 톱니 형태로 맞물려서 제1 크랭크(121)와 반대방향으로 회전을 통해 제2 홀(122-1)을 통해 연결된 제2 막대(132)를 상하방향으로 왕복운동을 시킨다. 인체 폐의 일체화된 모사를 위해서 제2 크랭크(131)는 제1 크랭크(121)과 동일한 크기와 동일한 톱니개수로 구성됨이 바람직하다.
제2 막대(132)는 일단이 제2 홀(132-1)에 연결되고, 타단이 호흡신호검출부(133)에 연결되며, 상기 제2 크랭크의 회전에 따라 상하방향으로 왕복운동할 수 있다.
호흡신호검출부(133)는 제2 막대(132)의 상하방향 왕복운동을 이용하여 인체의 호흡신호로 변환해서 호흡신호를 검출할 수 있다. 즉 호흡신호검출부(133)는 제2 막대(132)가 상향운동하여 최고점에 위치되었을때 인체의 들숨을, 제2 막대(132)가 하향운동하여 최저점에 위치되었을때 인체의 날숨을 모사한 것으로 인식할 수 있고, 들숨과 날숨을 이용하여 호흡신호 횟수, 주기 등 필요한 정보를 추출할 수 있다. 호흡신호검출부(133)는 적외선센서, 압력센서, 근접센서 등 다양한 센서 모두를 이용하여 호흡신호를 검출할 수 있다.
상기한 구성요소를 이용하면, 제1 막대(122)가 전진운동과 제2 막대(132)가 상향운동하면 인체의 들숨을 모사하고, 제1 막대(122)가 후진운동과 제2 막대(132)가 하향운동하면 인체의 날숨이 모사되며, 이를 이용해 호흡에 대한 폐와 폐 내부의 종양이 모사될 수 있다.
<작동>
도 3은 본 발명이 이용되는, 크랭크(crank) 일례를 도시한 것이다.
도 3을 참조하여 크랭크(121, 131)를 이용한 팬톰 시스템(100)의 작동을 검토하여 보면, 팬톰 시스템(100)은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016004149863-pat00001
이때, r은 크랭크의 중심에서 홀(121-1, 131-1)까지의 거리이고,
Figure 112016004149863-pat00002
는 최후 각도이며,
Figure 112016004149863-pat00003
는 최초 각도이다. 또한,
Figure 112016004149863-pat00004
는 0 부터 2π사이에서 지속적으로 변하는 변수가 되고, r은 조절가능한 변수이다.
즉 r은 팬톰 작동시 진폭을 조정할 수 있다.
상기와 같은 수학식 1을 바탕으로 팬톰 시스템을 작동할 수 있다.
도 4a는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 들숨을 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 날숨을 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b참조하면, 제어부(124)를 통해 외부에서 인가된 전력과 구동신호는 모터(123)에 공급되고, 모터(123)는 공급된 전력과 구동신호를 이용하여 제1 크랭크(121)를 구동한다. 특히 구동신호에는 제1 크랭크(121)의 회전속도를 포함하고, 제1 크랭크(121)의 회전속도를 조절할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 들숨시 종양 위치와 상태를 도시한 것이고, 도 5b는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에 있어서 날숨시 종양 위치와 상태를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 크랭크(121)의 회전에 따라서 제1 홀(121-1)에 연결된 제1 막대(122)가 전후방향으로 왕복운동하게 되고, 제1 막대(122)의 일단에 연결된 실린더(111)가 함께 전후방향으로 왕복운동하게 된다. 실린더(111)의 왕복운동에 따라서 내부에 위치된 충전재(113)와 종양모사부(112)도 압축 및 복원을 반복하고, 특히 종양모사부(112)는 이동하며 압축 및 복원을 반복하게 된다.
제1 크랭크(121)의 회전에 대응하여 제2 크랭크(131)는 제1 크랭크(121)의 반대방향으로 회전하고, 제2 크랭크(131)의 회전에 따라서 제2 홀(131-1)에 연결된 제2 막대(132)가 상하방향으로 왕복운동하게 되며, 제2 막대(132)의 상하방향 왕복운동을 호흡신호검출부(133)이 검출하여 들숨 및 날숨과 같은 호흡신호를 검출하게 된다.
복수의 제1 홀(121-1) 각각은 제1 크랭크(121)의 중심부터 다른 거리에 위치되고, 실린더(111)의 최대 운동 거리/진폭의 조절을 위해 복수의 제1 홀(121-1)중 가장 적절한 위치에 제1 막대(122)가 결합된다. 이러한 방식을 통해 사람마다 제각각인 횡경막의 이동거리에 따른 폐의 변화를 모사할 수 있다.
<4차원 컴퓨터 단층촬영 방법>
도 6은 본 발명에 이용될 수 있는, 팬톰 시스템을 이용한 4D CT영상 촬영방법에 관한 순서도이다.
도 6을 참조하여 상기 구성을 갖는 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템을 이용한 4차원 컴퓨터 단층 촬영 방법을 살펴보면, 종양모사부(112)가 몸체부(110)의 기설정된 위치에 설치(s110)되는 단계에서 시작된다. 이때, 제1 막대(122)가 적절한 제1 홀(121-1)에 결합되는 것도 포함된다. 종양을 가진 인체의 폐를 모사하기 위해서, 폐의 특정 위치에 대응 되는 위치로 종양모사부(112)가 실린더(111)내부의 충전재(113)에 위치된다.
준비가 된 몸체부(110)가 컴퓨터 단층촬영장치 내에 위치(s120)되는 단계가 진행된다. 이때 컴퓨터 단층촬영장치 또한 촬영을 위한 준비를 모두 마친다.
컴퓨터 단층촬영장치가 몸체부(110)의 단층촬영을 시작(s130)하고, 몸체부(110)는 구동(s140)을 시작하여 인체의 폐를 모사하게 된다.
컴퓨터 단층촬영장치가 몸체부의 단층촬영을 종료(s150)하고 나면, 컴퓨터 단층촬영장치가 촬영한 영상을 이미지처리(s160)를 한다.
이때 촬영된 이미지를 이용하여 4차원 선량계산을 할 수 있고, 계산된 4차원 선량을 이용하여 방사선치료 계획의 정확도를 향상할 수 있으며, 변형영상정합의 정확성 평가를 향상시키는데 이용할 수 있다.
도 7은 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템을 이용한 4D CT영상 일례를 도시한 것이다. 이때, 실린더(111)의 최대 움직임을 2cm 로 할 수 있는 제1 홀(121-1)에 제1 막대(122)를 연결하고, 4차원 컴퓨터 단층촬영을 한 결과이다. 보다시피 종양모사부(112)가 실린더(111)의 전후방향 왕복이동에 의해 함께 이동하고, 압축 및 복원됨을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템을 이용하여 팬톰의 최대 움직임을 1cm 부터 4cm 로 조정한 경우 4D CT영상 일례를 도시한 것이다. 날숨 끝과 들숨 끝일때의 단층촬영의 차이를 나타내는 영상이다. 이때, 좌측부터 우측방향으로 차례로, 최대움직임을 1cm, 2cm, 3cm, 4cm 로 했을 때 간격을 확인할 수 있고, 이로 인하여 정밀한 방사선 조사 계획을 세울 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 이용되는, 팬톰 시스템에서 종양의 크기에 따른 4D CT영상 일례를 도시한 것이다. 크기가 다른 종양모사부(112)를 이용하여 들숨 끝의 컴퓨터 단층촬영 하는 경우, 크기에 따른 영향도 확인할 수 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 구성과 작용을 하는 폐 모사 4차원 팬톰은 호흡에 따른 폐와 내부의 종양에 대한 위치 및 크기에 대한 모사가 가능하며, 특히 종양의 움직임과 크기 모두에 대한 조절이 가능하게 된다. 폐 종양의 움직임과 크기의 관점에서 조절을 통하여, 호흡에 의한 폐의 움직임을 반영한 4차원 컴퓨터 단층촬영 영상을 인체 대신 획득할 수 있어, 필요한 4차원 방사선량을 계산할 수 있고, 이를 이용하여 방사선치료 계획의 정확도를 향상할 수 있다.
100 : 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템,
110 : 몸체부,
111 : 실린더,
112 : 종양모사부,
113 : 충전재,
114 : 에어 홀,
115 : 암(arm)
120 : 구동부,
121 : 제1 크랭크,
121-1 : 제1 홀
122 : 제1 막대,
123 : 모터,
124 : 제어부,
130 : 호흡신호부,
131 : 제2 크랭크,
131-1 : 제2 홀
132 : 제2 막대,
133 : 호흡신호검출부.

Claims (5)

  1. 인체의 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사하는 몸체부;
    상기 몸체부에 대응하여 인체의 늑골의 움직임을 모사하는 호흡신호부; 및
    외부에서 인가된 전력과 구동신호에 따라 상기 몸체부와 상기 호흡신호부를 기설정된 방향으로 구동하는 구동부;를 포함하되,
    상기 구동부는,
    상기 몸체부의 횡경막의 움직임을 모사하기 위한 구동을 위해,
    중심에서 기설정된 거리에 제1 홀을 포함하는 제1 크랭크;
    상기 제1 홀에 연결되고, 상기 제1 크랭크의 회전에 따라 전후방향으로 왕복운동하는 제1 막대; 및
    상기 전력과 구동신호에 따라 상기 제1 크랭크를 구동하는 모터;를 포함하고,
    상기 몸체부는,
    일단이 상기 제1 막대에 연결되고, 상기 제1 막대의 전후방향 왕복운동에 따라 함께 전후방향으로 왕복운동하는 실린더; 및
    상기 폐를 모사하기 위하여 상기 실린더 내부를 채우고, 상기 실린더의 왕복운동에 따라 압축 및 복원되는 충전재;를 포함하며,
    상기 호흡신호부는
    상기 제1 크랭크와 톱니 형태로 맞물려서 상기 제1 크랭크와 동기화되어 함께 구동되는 제2 크랭크; 및
    상기 제2 크랭크의 중심에서 기설정된 거리에 위치된 제2 홀에 연결되고, 상기 제2 크랭크의 회전에 따라 상하방향으로 왕복운동하는 제2 막대;를 포함하고
    상기 인체의 들숨을 모사하기 위해 상기 제1 막대가 전진운동과 상기 제2 막대가 상향운동하고, 상기 인체의 날숨을 모사하기 위해 상기 제1 막대가 후진운동과 상기 제2 막대가 하향운동하며,
    상기 몸체부는,
    상기 폐 내부에 위치된 종양을 모사하기 위하여, 상기 실린더의 왕복운동에 따라 상기 충전재 내부에서 형태가 가변하는 종양모사부;를 더 포함하고,
    복수의 인체의 횡경막의 움직임에 따른 폐의 변화를 모사하기 위해,
    복수의 상기 제1 홀 각각은 상기 제1 크랭크의 중심부터 다른 거리에 위치되어 상기 실린더의 운동범위가 조절되는 것을 특징으로 하는, 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 종양모사부는
    상기 인체 내에 위치될 수 있는 다양한 크기와 형태의 종양에 대응하도록 복수로 구성되고, 각자 다른 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는, 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1 항의 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템을 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법에 있어서,
    종양모사부가 상기 몸체부의 기설정된 위치에 설치되는 단계;
    상기 몸체부가 컴퓨터 단층촬영장치 내에 위치되는 단계;
    상기 컴퓨터 단층촬영장치가 상기 몸체부의 단층촬영을 시작하는 단계;
    상기 몸체부가 구동되는 단계;
    상기 컴퓨터 단층촬영장치가 상기 몸체부의 단층촬영을 종료하는 단계; 및
    상기 컴퓨터 단층촬영장치가 촬영한 영상을 이미지처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법.
KR1020160004659A 2016-01-14 2016-01-14 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법 KR101741946B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160004659A KR101741946B1 (ko) 2016-01-14 2016-01-14 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160004659A KR101741946B1 (ko) 2016-01-14 2016-01-14 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101741946B1 true KR101741946B1 (ko) 2017-05-31

Family

ID=59052407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160004659A KR101741946B1 (ko) 2016-01-14 2016-01-14 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101741946B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021112387A1 (ko) * 2019-12-03 2021-06-10 가톨릭대학교 산학협력단 방사선 치료용 폐 팬텀 유닛
US11619651B2 (en) 2019-06-20 2023-04-04 Modus Medical Devices Inc. Deformable imaging phantom for 4D motion tracking

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008019847A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Seiji Ishibe 二軸クランクシャフトのピストン伝達構造
KR101018880B1 (ko) * 2008-10-30 2011-03-04 서울대학교산학협력단 동적 영상 정합용 변형가능 폐 팬텀장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008019847A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Seiji Ishibe 二軸クランクシャフトのピストン伝達構造
KR101018880B1 (ko) * 2008-10-30 2011-03-04 서울대학교산학협력단 동적 영상 정합용 변형가능 폐 팬텀장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11619651B2 (en) 2019-06-20 2023-04-04 Modus Medical Devices Inc. Deformable imaging phantom for 4D motion tracking
WO2021112387A1 (ko) * 2019-12-03 2021-06-10 가톨릭대학교 산학협력단 방사선 치료용 폐 팬텀 유닛
KR20210069420A (ko) * 2019-12-03 2021-06-11 가톨릭대학교 산학협력단 방사선 치료용 폐 팬텀 유닛
KR102356885B1 (ko) 2019-12-03 2022-01-27 가톨릭대학교 산학협력단 방사선 치료용 폐 팬텀 유닛

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3134890B1 (en) A dynamic phantom
US7778691B2 (en) Apparatus and method using synchronized breathing to treat tissue subject to respiratory motion
US7367955B2 (en) Combined laser spirometer motion tracking system for radiotherapy
CA2632583C (en) Deformable phantom apparatus
Zhang et al. A novel boundary condition using contact elements for finite element based deformable image registration
US9993663B2 (en) Estimating position of an organ with a biomechanical model
JP7062744B2 (ja) 電流生成装置、電流生成装置の制御方法、動体追跡照射システム、ｘ線照射装置、及びｘ線照射装置の制御方法
CN103830848B (zh) 用于门控放射治疗的方法和系统
Cheung et al. An externally and internally deformable, programmable lung motion phantom
KR101741946B1 (ko) 폐 모사 4차원 변형 팬톰 시스템 및 이를 이용한 4차원 컴퓨터 단층촬영 방법
US10898157B2 (en) Deformable lung model apparatus
JP2023538205A (ja) 画像の取得を最適化する撮像装置及び方法
Nakao et al. Simulating lung tumor motion for dynamic tumor-tracking irradiation
EP3817662B1 (en) A method of obtaining x-ray images
JP2023519150A (ja) Ｘ線装置内で患者を位置決めするための方法
Vásquez Torres Development of a breathing phantom for comparison of two breathing surrogates systems in 4DCT-imaging
CN116920288A (zh) 用于提供、求取和应用照射规划的方法和设备
Ernst et al. Going inside: correlation between external and internal respiratory motion
Peschke et al. Feasibility Check of OPTO-Electronic Volumetric Measurements Utilizing the i-Lung Model
WONG et al. RESPIRATORY MOTION
WO2019008826A1 (ja) 放射線撮影装置および放射線画像検出方法
Stroian Optimized scanning procedures for 4D CT data acquisition in radiation therapy

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
R401 Registration of restoration