KR102035736B1 - 방사선 치료 장비의 선량 품질 검증 방법 및 장치 - Google Patents

방사선 치료 장비의 선량 품질 검증 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은 조사 공간의 원 노드 중에서 대표 노드를 선택하고, 대표 노드의 위치에서 방사선 빔을 조사하여 측정한 선량을 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하고, 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행함으로써, 방사선의 전달 시간을 최소화하는 방사선 치료 장비를 제공한다.

Description

방사선 치료 장비의 선량 품질 검증 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Delivery Quality Assurance of Radiotherapy Equipment}
본 발명이 속하는 기술 분야는 방사선 치료 장비의 선량 품질 검증(DQA) 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
사이버나이프 장비는 정위 방사선 치료 장비이며, 고정밀 로봇, 초경량 선형가속기, 영상추적장비, 치료계획장치 등으로 구성된 통합시스템으로 비침습적 방사선치료를 수행한다. 사이버나이프를 이용한 정위 방사선 치료는 1회 또는 소분할조사에 의해 고 선량을 병변 부위에 집중시켜 치료를 수행하기 때문에 일반적인 방사선 치료장치보다 더 높은 정확성 유지가 필요하다.
사이버나이프 장비는 미사일항공법에 기초한 로봇 팔의 방사선 조사장치와 영상유도장치를 포함한다. 최신 사이버나이프 장비의 중요 구성요소는 자유롭게 움직이는 로봇 팔을 포함한 선형가속기(분당조사선량율 1000MU), 다엽콜리메이터(Multi Leaf Collimator, MLC)와 실시간 치료영상을 얻을 수 있는 X선 영상촬영기 및 영상감지 카메라, 호흡운동감지 카메라 등이 있다.
사이버나이프 장비는 침습적인 고정기구 없이 신체골격영상 및 신체 내에 주로 종양내부나 근처에 삽입된 금침의 좌표를 실시간 영상 촬영하여 종양의 위치를 감지하고 추적해서 방사선을 조사한다. 표적의 실제 위치를 추적하여 로봇 팔이 움직이도록 제어하는 컴퓨터 알고리듬에 따라 계산된 좌표만큼 사이버나이프의 로봇 팔이 움직여서 mm 오차범위 이내에서 정확하게 방사선수술이 가능하다. 사이버나이프 장비는 작은 원형의 방사선 빔을 수십개 이상 조합하여 목표 병변에 집중적으로 최대한의 방사선을 조사하고, 병변을 괴사시키고, 주위 정상조직에는 최소한의 방사선만 노출시킨다.
세기조절방사선치료(IMRT)는 종양의 크기와 모양에 최적의 선량분포를 형성할 수 있으나, 비균일 플루언스(Fluence)로 선량분포를 생성하는 특성상 치료계획부터 방사선치료기의 정확성 확인이 중요하다. 종양에 최적화된 선량분포는 방사선치료기에 장착된 MLC에 의하여 형성되기 때문에 결과적으로 MLC의 정확성은 종양에 전달되는 선량에 큰 영향을 미치게 된다.
세기조절방사선치료(IMRT)는 체내에서 최적화된 선량 분포를 구현하기 위해 전통적인 빔 대신 방사선 세기가 서로 다른 여러 작은 세그먼트(segment)로 나누어 조사한다.
세기조절방사선치료는 조사빔이 진행해 가는 방향으로 병변과 주변 장기의 배치에 따라 조사빔의 세기를 위치에 따라 조절함으로써 얻어진다. 이러한 개별적 조절이 가능한 조사면의 최소 단위를 Beamlet이라 하고, 한 조사빔의 세기분포도를 Intensity Map이라 한다. 수백개의 Beamlet에 대한 세기를 치료계획자가 일일이 지정한다는 것은 불가능하기 때문에, 컴퓨터 최적화에 의존하여야 하며, 컴퓨터 최적화의 평가방법으로써 치료계획자가 요구하는 선량분포(특정 장기의 최대, 최소 선량 및 부분 용적 내 선량허용치)를 설정하고 최적화한다.
세기조절방사선치료 또는 사이버나이프 장비가 고 선량(Dose)의 방사선을 복잡하고 정교하게 수행할 때 중요한 것은 선형 가속기가 정확한 방사선량을 출력하는 것이다. 종양의 상태나 크기 또는 깊이에 대응한 정확한 선량의 방사선을 조사하여야 최대의 치료효과를 거둘 수 있기 때문이다.
선형 가속기를 사용하기 전에 선형 가속기가 제대로 작동하는지, 방사선량의 조절이 정상적으로 이루어져 정확한 치료 선량의 방사선을 출력하는지 등의 동작 정밀성을 방사선 조사 전에 체크하는 선량 품질 검증 (Delivery Quality Assurance, DQA)은 필수적이다. 치료계획 후 계획대로 선량이 조사되는지 확인하기 위해 환자 별 품질 검증(Patient Specific Quality Assurance)으로 선량 품질 검증(DQA)을 수행한다. 즉, 개별 환자에 관한 맞춤형 선량 품질 검증은 추가적인 빔 전달 시간이 요구된다.
한국등록특허공보 제10-1654263호 (2016.08.30.)
본 발명의 실시예들은 방사선 치료 장비의 원 노드(Original Node) 중에서 대표 노드(Representative Node)를 선택하고, 대표 노드의 위치에서 방사선 빔을 조사하여 측정한 선량을 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하고, 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행함으로써, 방사선의 전달 시간을 최소화하는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 방사선 치료 장비의 선량 품질 검증 방법에 있어서, 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드 중에서 하나 이상의 대표 노드를 선택하는 단계, 상기 대표 노드의 위치에서 상기 조사 공간에 위치한 모형에 방사선 빔을 조사하고 방사선의 선량을 측정하는 단계, 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 상기 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 상기 측정한 선량을 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하는 단계, 및 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 상기 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행하는 단계를 포함하는 선량 품질 검증 방법을 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 로봇 팔, 선형 가속기, 처리부, 및 방사선 영상 촬영기를 포함하는 방사선 치료 장비에 있어서, 상기 처리부는 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드 중에서 하나 이상의 대표 노드를 선택하고, 상기 로봇 팔에 연결된 선형 가속기는 상기 대표 노드의 위치에서 상기 조사 공간에 위치한 모형에 방사선 빔을 조사하고, 상기 방사선 영상 촬영기가 방사선의 선량을 측정하고, 상기 처리부는 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 상기 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 상기 측정한 선량을 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하고, 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 상기 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 방사선 치료 장비의 원 노드 중에서 대표 노드를 선택하고, 대표 노드의 위치에서 방사선 빔을 조사하여 측정한 선량을 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하고, 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행함으로써, 방사선의 전달 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 장비를 예시한 블록도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 장비의 조사 공간의 원 노드고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 장비의 조사 공간의 대표 노드이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 장비가 원 노드 및 대표 노드를 이용하여 선량 데이터를 예측하는 동작을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 장비가 이미지를 변형하는 동작을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 장비가 원 노드 및 대표 노드에 따른 선량 분포를 정렬한 이미지를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선량 품질 검증 방법을 예시한 흐름도이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 실시예들이 수행한 원 노드에 의한 방사선 빔의 선량 분포이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 실시예들이 수행한 대표 노드에 의한 방사선 빔의 선량 분포를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들이 수행한 치료계획에 따른 선량 전달 시간을 예시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 방사선 치료 장비를 예시한 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 방사선 치료 장비(100)는 로봇 팔(110), 선형 가속기(120), 처리부(130), 및 방사선 영상 촬영기(140)를 포함한다. 방사선 치료 장비(100)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 방사선 치료 장비(100)는 카메라를 추가로 포함할 수 있다. 카메라는 영상감지 카메라, 호흡운동감지 카메라 등이 있다.
방사선 치료 장비(100)는 고 선량을 병변 부위에 집중시켜 치료를 수행한다. 방사선 치료 장비(100)는 뇌정위 방사선 수술, 세기조절 방사선 치료, 체부정위 방사선 치료, 다엽 콜리메이터 또는 로봇 팔 기반의 방사선 치료일 수 있다. 로봇 팔에 고정된 선형 가속기가 움직이는 사이버나이프 장비일 수 있다.
사이버나이프 장비를 이용한 치료과정을 요약하면, 종양 내부 혹은 주변에 금침(Gold Fiducial)을 삽입한다. 초음파, X선 투시기 혹은 CT로 종양 부위를 확인하면서 삽입하고 정확한 종양위치 추적을 위해서는 복수의 금침을 삽입할 수 있다. 경우에 따라서는 영상을 이용하여 종양의 위치를 추적하므로 금칩을 삽입하지 않을 수 있다.
사이버나이프 장비는 치료 부위에 따라 치료 자세를 고정하기 위한 장치를 만든다. 안정된 호흡상태에서 치료계획용 CT를 촬영한다. 경우에 따라서는 치료계획용 MRI도 함께 촬영하여 영상혼합(Image Fusion)을 수행할 수 있다.
방사선치료를 실시할 표적종양과 인접 정상장기를 의료진이 함께 결정하고 컴퓨터 치료계획을 세워 최적의 치료계획을 선택한다. 선택된 치료계획대로 실시간 종양 위치를 추적하면서 방사선 치료를 수행한다.
방사선 치료에 필요한 각 구성을 살펴보면, 로봇 팔(110)은 선형 가속기(120)의 동작을 조절한다. 6축의 자유도(관절)를 가진 로봇 팔은 머리부분에 선형 가속기를 장착하고 있다. 조사면 중심에서 일정 반경의 구면상에서 수백 개의 노드(Node)를 설정하고, 각 노드에서 각각 복수의 방향으로 조사가 가능하다.
선형 가속기(120)는 비-동일 평면상 (Non-Coplanar) 빔을 이용하여 방사선을 조사하는 장치이다. 선형 가속기(120)는 X band의 RF를 사용할 수 있으며, 소형 경량화(300 kg)될 수 있고, 6 MV X-선을 선량률 1000 cGy/min로 방출할 수 있다. 선형 가속기(120)는 복수의 조준기를 포함할 수 있다.
선형 가속기(120)는 방사선의 출력과 빔의 평탄도(Flatness)를 일정하게 유지하기 위하여 모니터링 장치를 포함할 수 있다. 모니터링 장치는 발생된 빔의 총량을 측정하여 방사선의 개폐를 결정한다.
방사선 영상 촬영기(140)는 광원과 검출기를 포함하며, 위치 인식을 수행한다. 환자의 위치를 인식하기 때문에, 환자가 움직일 경우에도 목표점을 추적하여 조사가 가능하다. CT 데이터로부터 재구성된 화상과 천장에 일정한 각도로 장착된 두 방향의 진단용 X-선에 의해 획득한 영상을 이용하여 종양의 위치를 확인한다.
처리부(130)는 저장부와 통신부에 연결되며, 치료 계획 단계에서 대상체에 대한 치료 계획용 CT, MRI, 혈관 조영 등의 대상체에 대한 데이터와 이를 기초로 설정된 방사선 조사와 연관된 데이터를 수신할 수 있다. 처리부(130)는 치료 계획을 기초로 선형 가속기에 의해 방사선이 조사된 결과 데이터를 수신할 수 있다.
처리부(130)는 대상체에 대한 치료 계획용 CT, MRI, 혈관 조영 등의 데이터를 기초로, 방사선 조사와 연관된 선형 가속기의 노드 위치, MU (monitor unit) 등을 설정할 수 있다.
방사선 치료 장비(100)는 방사선의 전달 시간을 최소화하기 위하여, 원 노드 중에서 대표 노드를 선택하고, 대표 노드의 위치에서 방사선 빔을 조사하여 측정한 선량을 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하고, 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행한다.
원 노드에 따른 방사선 빔의 제1 선량 데이터, 대표 노드에 따른 방사선 빔의 제2 선량 데이터, 및 보정된 제3 선량 데이터는 등선량(Isodose)을 기준으로 표현된 데이터일 수 있다.
이하에서는 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하여, 방사선 치료 장비가 대표 노드를 선택하는 동작을 설명하기로 한다. 도 3의 (a)는 조사 공간의 원 노드를 도시하고, 도 3의 (b)는 선택된 대표 노드를 도시하고 있다.
처리부(130)는 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드 중에서 하나 이상의 대표 노드를 선택한다. 처리부(130)는 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드에 대하여, 방사선 빔의 위치와 방사선 빔의 선량을 기초로 대표 노드를 선택할 수 있다. 처리부(130)는 환자별 방사선 빔에 관한 데이터를 이용하여 공간적으로 연관된 노드를 그룹화하여 하나 이상의 대표 노드를 결정하여, 대표 노드를 선택할 수 있다.
처리부(130)는 특정 그룹의 중심점과 가까운 지점은 높은 가중치를 갖고, 상기 특정 그룹의 중심과 먼 지점은 낮은 가중치를 갖도록 설정하여 상기 원 노드를 분류하며, 모든 그룹의 중심점을 다시 산출하며 산출한 중심점이 바뀌지 않을 때까지 가중치를 부여하는 과정을 반복하여 수행하여, 대표 노드를 선택할 수 있다.
처리부(130)는 Fuzzy C-Means 클러스터링 알고리즘을 이용하여, 복수개의 노드 각각에 0 과 1 사이의 가중치를 부여하고, 가중치에 따라 복수개의 그룹으로 공간적으로 연관된 노드들을 그룹화하여 대표 노드를 결정할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 방사선 치료 장비가 DQA를 평가하기 위하여 선량 데이터를 예측하는 동작을 설명하기로 한다.
처리부는 원 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획(410)에 따라 원 노드에 관한 제1 선량 데이터(430)를 생성한다. 처리부는 대표 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획(420)에 따라 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터(440)를 생성한다. 치료 계획은 허용 선량 이하로 병소 및 주변 장기를 컴퓨터 상에 재연한 후 정확한 종양의 위치를 확인하여 영상을 융합하고, 최종 치료 부위와 치료 표적을 결정한다. MLC QA는 Leaf 위치, Leaf 간격, Leaf 속도 및 Leaf 사이의 선량 누출에 대한 높은 정확도를 요구하며, 매개 변수는 최종 선택된 계획에서 고려된다.
로봇 팔에 연결된 선형 가속기는 대표 노드의 위치에서 조사 공간에 위치한 모형에 방사선 빔을 조사하고, 방사선 영상 촬영기가 방사선의 선량을 측정한다.
처리부는 측정한 선량(470)을 보정한다. 처리부는 원 노드에 관한 제1 선량 데이터(430) 및 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터(440)를 기반으로 제3 선량 데이터(480)를 예측한다.
처리부는 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증(490)을 수행한다. 인체모형을 올려 놓고 치료 대상 부위에 계획된 선량이 정확히 조사되는지 측정하여 품질 검증을 수행한다.
처리부는 제1 선량 데이터(430) 및 제2 선량 데이터(440)를 비교하여 변형가능한 이미지를 정합(Deformable Image Registration)하고, 변형가능한 이미지에 관한 변형 필드(460)를 생성하여, 제3 선량 데이터(480)를 예측한다.
도 5에서는 방사선 치료 장비가 이미지를 변형하는 동작이 도시되어 있다.
처리부는 제1 선량 데이터(430) 및/또는 제2 선량 데이터(440)의 외부에 3차원 제어점을 배치하고, 지역적 불일치(Local Mismatch)에 따라 3차원 제어점을 조작하여 공간 좌표계를 변형하고, 변형된 공간 좌표계에서 제1 선량 데이터 및/또는 제2 선량 데이터의 보간을 수행하여, 변형가능한 이미지를 정합한다.
다각형 메쉬 기반으로 표현된 물체들을 변형하기 위해서는 정점, 에지 또는 면를 움직여서 모델링된 물체를 변형한다. 변형하고자 하는 물체를 포함하는 공간상에 직육면체들로 이루어진 삼차원 제어격자를 배치한다. 삼차원 제어격자를 물체 외부에 배치하고 격자의 제어점을 조작하여 물체의 변형을 제어한다. 격자에 둘러 쌓인 물체는 격자에 대해서 지역 좌표계를 갖고, 격자의 변형에 의해서 격자의 전체 좌표계가 변하게 되어 물체의 전체 좌표계도 변하게 된다. 사용자가 원하는 만큼의 미분 연속성을 가지고 전체적으로 혹은 국소적으로 변형할 수 있다. 매개변수 형태의 곡선과 곡면은 변형 후에도 여전히 매개변수 형태이다. 제어점들과 다항식들로 표현된 물체는 제어점들을 움직여서 스플라인(B-spline)을 수행할 수 있다.
도 6에서는 원 노드에 따른 선량 분포와 대표 노드에 따른 선량 분포를 정렬한 이미지가 도시되어 있다. 처리부는 원 노드에 따른 선량 분포와 대표 노드에 따른 선량 분포에 관한 이미지를 변형하여 하나의 좌표계에 표현하고 다른 부분 또는 영역을 추출하여 크기/회전하거나 비율을 증감시켜 상호 매칭한 변형 필드를 생성한다.
처리부는 측정한 선량(470)에 변형 필드(460)를 적용하여 제3 선량 데이터(480)를 예측한다. 처리부는 방사선 치료계획을 허용 오차 범위 내에서 최적화한다.
선형 가속기는 선량 품질 검증을 수행한 결과를 기초로 대상체에 방사선 빔을 조사하여 방사선 치료를 수행한다.
방사선 치료 장비에 포함된 구성요소들이 도 1에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
방사선 치료 장비는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
방사선 치료 장비는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선량 품질 검증 방법을 예시한 흐름도이다. 선량 품질 검증 방법은 방사선 치료 장비에 의하여 수행될 수 있으며, 방사선 치료 장비가 수행하는 동작에 관한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
단계 S710에서, 방사선 치료 장비는 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드 중에서 하나 이상의 대표 노드를 선택한다. 대표 노드를 선택하는 단계(S710)는 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드에 대하여, 방사선 빔의 위치와 방사선 빔의 선량을 기초로 환자별 방사선 빔에 관한 데이터를 이용하여 공간적으로 연관된 노드를 그룹화하여 하나 이상의 대표 노드를 결정할 수 있다.
대표 노드를 선택하는 단계(S710)는 특정 그룹의 중심점과 가까운 지점은 높은 가중치를 갖고, 특정 그룹의 중심과 먼 지점은 낮은 가중치를 갖도록 설정하여 원 노드를 분류하며, 모든 그룹의 중심점을 다시 산출하며 산출한 중심점이 바뀌지 않을 때까지 가중치를 부여하는 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
단계 S720에서, 방사선 치료 장비는 대표 노드의 위치에서 조사 공간에 위치한 모형에 방사선 빔을 조사하고 방사선의 선량을 측정한다.
단계 S730에서, 방사선 치료 장비는 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 상기 측정한 선량을 보정하여 제3 선량 데이터를 예측한다. 제1 선량 데이터, 제2 선량 데이터, 및 제3 선량 데이터는 등선량(Isodose)을 기준으로 표현된 데이터일 수 있다.
제3 선량 데이터를 예측하는 단계(S730)는 원 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획에 따라 원 노드에 관한 제1 선량 데이터를 생성하고, 대표 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획에 따라 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 생성할 수 있다.
제3 선량 데이터를 예측하는 단계(S730)는 제1 선량 데이터 및 제2 선량 데이터를 비교하여 변형가능한 이미지를 정합(Deformable Image Registration)하고, 변형가능한 이미지에 관한 변형 필드를 생성할 수 있다.
제3 선량 데이터를 예측하는 단계(S730)는 제1 선량 데이터 및/또는 제2 선량 데이터의 외부에 3차원 제어점을 배치하고, 지역적 불일치(Local Mismatch)에 따라 3차원 제어점을 조작하여 좌표계를 변형하고, 변형된 좌표계에서 제1 선량 데이터 및/또는 제2 선량 데이터의 보간을 수행할 수 있다.
제3 선량 데이터를 예측하는 단계(S730)는 측정한 선량에 변형 필드를 적용하여 제3 선량 데이터를 예측한다.
단계 S740에서, 방사선 치료 장비는 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행한다.
선량 품질 검증 방은 선량 품질 검증을 수행한 결과를 기초로 대상체에 방사선 빔을 조사하여 방사선 치료를 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 8의 (a)는 본 발명의 실시예들이 수행한 원 노드에 의한 방사선 빔의 선량 분포이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 실시예들이 수행한 대표 노드에 의한 방사선 빔의 선량 분포를 예시한 도면이다.
실험에서 환자에 대하여 미리 결정된 20개의 사이버나이프 환자 계획에 따라 옥타비우스 1000 SRS(Octavius 1000 SRS)를 이용하여 측정하였다. 비교예로서 3-D 감마 인덱스에 의해 생성된 3D 절대 선량 분포를 설정하였다.
도 8의 (a)에서는 관상면(Coronal Plane)에서의 대표 노드에 의한 방사선 빔의 실제 선량 분포가 도시된다. 도 8의 (b)를 참조하면, 3-D 감마 인덱스에 의해 생성된 관상면에서의 예상 선량 분포 및 흡수 선량(Gy)이 도시된다. 각각의 분포에 대하여 등가 선량선이 일정 이상인 영역만을 고려하고, 로컬 최대 선량(Local Maximum Dose)에 비해 일정 점 선량 에러 및 일정 거리 차이의 기준값을 적용한 결과, 대표 노드에 따른 방사선 빔의 실제 선량은 산출된 예상 선량과 매우 유사한 수준으로 나타나, 환자에 대한 실제 방사선의 전달 정도 관리에서 보다 안정적으로 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들이 수행한 치료계획에 따른 선량 전달 시간을 예시한 그래프이다. 원 노드 전체를 기반으로 생성된 방사선의 전달 계획에 따른 방사선 전달 시간은 빔 전달을 완료하는 데 22.7 분을 소요하고, 본 실시예에 따른 대표 노드를 이용한 방사선의 전달 시간은 12.1 분을 소요하는바, 방사선의 전달 시간 측면에서 46.7% 단축할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 7에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 방사선 치료 장비
110: 로봇 팔
120: 선형 가속기
130: 처리부
140: 방사선 영상 촬영기

Claims (18)

  1. 방사선 치료 장비의 선량 품질 검증 방법에 있어서,
    조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드 중에서 하나 이상의 대표 노드를 선택하는 단계;
    상기 대표 노드의 위치에서 상기 조사 공간에 위치한 모형에 방사선 빔을 조사하고 방사선의 선량을 측정하는 단계;
    상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 상기 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 상기 측정한 선량을 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하는 단계; 및
    상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 상기 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행하는 단계
    를 포함하는 선량 품질 검증 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 선량 데이터, 상기 제2 선량 데이터, 및 상기 제3 선량 데이터는 등선량(Isodose)을 기준으로 표현된 데이터인 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대표 노드를 선택하는 단계는,
    상기 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드에 대하여, 상기 방사선 빔의 위치와 상기 방사선 빔의 선량을 기초로 환자별 방사선 빔에 관한 데이터를 이용하여 공간적으로 연관된 노드를 그룹화하여 상기 하나 이상의 대표 노드를 결정하는 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 대표 노드를 선택하는 단계는,
    특정 그룹의 중심점과 가까운 지점은 높은 가중치를 갖고, 상기 특정 그룹의 중심과 먼 지점은 낮은 가중치를 갖도록 설정하여 상기 원 노드를 분류하며, 모든 그룹의 중심점을 다시 산출하며 산출한 중심점이 바뀌지 않을 때까지 가중치를 부여하는 과정을 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 선량 데이터를 예측하는 단계는,
    상기 원 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획에 따라 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터를 생성하고, 상기 대표 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획에 따라 상기 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 선량 데이터를 예측하는 단계는,
    상기 제1 선량 데이터 및 상기 제2 선량 데이터를 비교하여 변형가능한 이미지를 정합(Deformable Image Registration)하고, 상기 변형가능한 이미지에 관한 변형 필드를 생성하는 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변형가능한 이미지를 정합하는 것은,
    상기 제1 선량 데이터 및 상기 제2 선량 데이터의 외부에 3차원 제어점을 배치하고, 지역적 불일치(Local Mismatch)에 따라 상기 3차원 제어점을 조작하여 좌표계를 변형하고, 상기 변형된 좌표계에서 상기 제1 선량 데이터 및 상기 제2 선량 데이터의 보간을 수행하는 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 선량 데이터를 예측하는 단계는,
    상기 측정한 선량에 상기 변형 필드를 적용하여 상기 제3 선량 데이터를 예측하는 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선량 품질 검증을 수행한 결과를 기초로 대상체에 상기 방사선 빔을 조사하여 방사선 치료를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선량 품질 검증 방법.
  10. 로봇 팔, 선형 가속기, 처리부, 및 방사선 영상 촬영기를 포함하는 방사선 치료 장비에 있어서,
    상기 처리부는 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드 중에서 하나 이상의 대표 노드를 선택하고,
    상기 로봇 팔에 연결된 선형 가속기는 상기 대표 노드의 위치에서 상기 조사 공간에 위치한 모형에 방사선 빔을 조사하고, 상기 방사선 영상 촬영기가 방사선의 선량을 측정하고,
    상기 처리부는 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터 및 상기 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 이용하여 상기 측정한 선량을 보정하여 제3 선량 데이터를 예측하고, 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터와 상기 제3 선량 데이터를 비교하여 선량 품질 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 선량 데이터, 상기 제2 선량 데이터, 및 상기 제3 선량 데이터는 등선량(Isodose)을 기준으로 표현된 데이터인 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 조사 공간의 복수 위치에 대응하는 원 노드에 대하여, 상기 방사선 빔의 위치와 상기 방사선 빔의 선량을 기초로 환자별 방사선 빔에 관한 데이터를 이용하여 공간적으로 연관된 노드를 그룹화하여 상기 하나 이상의 대표 노드를 결정하여, 상기 대표 노드를 선택하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 처리부는,
    특정 그룹의 중심점과 가까운 지점은 높은 가중치를 갖고, 상기 특정 그룹의 중심과 먼 지점은 낮은 가중치를 갖도록 설정하여 상기 원 노드를 분류하며, 모든 그룹의 중심점을 다시 산출하며 산출한 중심점이 바뀌지 않을 때까지 가중치를 부여하는 과정을 반복하여 수행하여, 상기 대표 노드를 선택하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 원 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획에 따라 상기 원 노드에 관한 제1 선량 데이터를 생성하고, 상기 대표 노드를 기반으로 수립된 방사선 치료계획에 따라 상기 대표 노드에 관한 제2 선량 데이터를 생성하여, 상기 제3 선량 데이터를 예측하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 제1 선량 데이터 및 상기 제2 선량 데이터를 비교하여 변형가능한 이미지를 정합(Deformable Image Registration)하고, 상기 변형가능한 이미지에 관한 변형 필드를 생성하여, 상기 제3 선량 데이터를 예측하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 제1 선량 데이터 및 상기 제2 선량 데이터의 외부에 3차원 제어점을 배치하고, 지역적 불일치(Local Mismatch)에 따라 상기 3차원 제어점을 조작하여 좌표계를 변형하고, 상기 변형된 좌표계에서 상기 제1 선량 데이터 및 상기 제2 선량 데이터의 보간을 수행하여, 상기 변형가능한 이미지를 정합하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 측정한 선량에 상기 변형 필드를 적용하여 상기 제3 선량 데이터를 예측하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 선형 가속기는,
    상기 선량 품질 검증을 수행한 결과를 기초로 대상체에 상기 방사선 빔을 조사하여 방사선 치료를 수행하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 장비.
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