KR102088408B1 - Intelligent artificial and 3D computer based patient specific gantry-couch collision protection system for radiation therapy and prevention method thereof - Google Patents

Intelligent artificial and 3D computer based patient specific gantry-couch collision protection system for radiation therapy and prevention method thereof Download PDF

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KR102088408B1
KR102088408B1 KR1020180113444A KR20180113444A KR102088408B1 KR 102088408 B1 KR102088408 B1 KR 102088408B1 KR 1020180113444 A KR1020180113444 A KR 1020180113444A KR 20180113444 A KR20180113444 A KR 20180113444A KR 102088408 B1 KR102088408 B1 KR 102088408B1
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정주영
정현욱
김창수
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부산가톨릭대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a patient-customized gantry-couch collision preventing system for radiotherapy, which avoids a collision by previously determining the collision between a gantry and a couch for each session in accordance with a radiotherapy plan for each patient, and to a collision preventing method thereof. According to the present invention, a patient and a fixing tool of the patient are scanned as a three-dimensional image. Also, rotation of a gantry and a couch corresponding to a radiation irradiation angle for each session is simulated in accordance with radiotherapy plan information using the three-dimensional image and pre-generated radiotherapy plan information. In addition, generation of collision of the gantry and the couch for each session in a process of the simulation is determined, and then a rotation angle of the gantry and the couch is adjusted to avoid the collision when it is determined that the collision is generated.

Description

인공지능 및 3차원 컴퓨터 기반의 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템 및 그 충돌 방지 방법{Intelligent artificial and 3D computer based patient specific gantry-couch collision protection system for radiation therapy and prevention method thereof}An artificial and 3D computer based patient specific gantry-couch collision protection system for radiation therapy and prevention method thereof

본 발명은 방사선 치료용 갠트리-카우치 충돌방지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 인공지능 및 3차원 컴퓨터 기반으로 환자별 방사선 치료에 따른 다수의 세션마다 갠트리(gantry)와 카우치(couch)간 충돌을 사전에 검출하고 각 세션마다 충돌방지를 위해 갠트리와 카우치의 회전각도를 조정하여 이들의 물리적인 충돌을 방지하도록 하는 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템 및 그 충돌 방지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gantry-couch collision prevention system and method for radiation therapy, and in particular, an artificial intelligence and a 3D computer-based collision between a gantry and a couch are performed in advance for each session according to radiation therapy for each patient. It relates to a patient-specific gantry-couch anti-collision system for radiation therapy and a method for preventing collisions by detecting the stimulus and adjusting the rotation angles of the gantry and the couch to prevent collisions for each session.

현재 암 치료를 위한 최신 방사선 치료(radiation therapy)는 종래에 사용중인 광자선(photon) 및 중입자(heavy ion) 치료법뿐만 아니라 양성자(proton) 빔을 사용한 치료법 등이 이용 및 발전되고 있다.Currently, the latest radiation therapy for the treatment of cancer has been used and developed as well as photon and heavy ion treatments that are conventionally used, as well as treatments using proton beams.

이러한 방사선 치료는 점차적으로 환자 맞춤형 치료로 개발되어 감으로써 치료계획을 보다 정교하고 타이트하게 수립하게 된다. 이러한 기술들은 보다 많은 빔(portal or field) 및 작은 조사면(small field)를 이용하게 됨으로써 많은 갠트리(gantry) 및 카우치(couch)의 위치, 즉 각도 및 높이 변경의 경우가 수가 많아지게 되었다. 더욱이, 적응형 치료 및 기타 치료 장비가 변경되어야 하는 불가피한 상황이 발생 시 그것의 치료계획이 즉각적으로 수정이 가능하여야 한다.The radiation treatment is gradually developed as a patient-specific treatment, and thus a treatment plan is elaborated and tightly established. These techniques use a larger number of beams (portal or field) and a small irradiation field (small field), and thus the number of gantry and couch positions, that is, the angle and height change, has increased. Moreover, in the event of an inevitable situation in which adaptive treatment and other treatment equipment need to be changed, its treatment plan should be able to be amended immediately.

이러한 갠트리-카우치 충돌은 종래의 방사선치료에서 뇌척수(craniospinal) 종양의 케이스에서 빈번히 발생하는데, 방사선 치료 시 두부 필드와 척추 필드는 항상 매치가 되어야 하는데, 이때 갠트리와 카우치는 빔 퍼짐성을 고려하기 위하여 반드시 회전되어야 한다. 이러한 회전을 위한 기술을 카우치 킥(couch kick)이라고 부르며 다음과 같은 간단한 수학식으로 계산할 수가 있다.Such gantry-couch collisions frequently occur in cases of craniospinal tumors in conventional radiotherapy, and the head field and spine field must always be matched during radiation treatment, in which case the gantry and couch must be considered in order to consider beam spreadability. Should be rotated. The technique for this rotation is called a couch kick and can be calculated with the following simple equation.

Figure 112018094426301-pat00001
Figure 112018094426301-pat00001

이때, L2는 측방향 두부 필드의 길이, SAD는 측방향 두부 필드의 선원에서부터 축까지의 거리(source to axis)를 의미한다. At this time, L 2 is the length of the lateral head field and SAD is the distance from the source to the axis of the lateral head field (source to axis).

특히, 최근 양성자 또는 중입자 빔 치료의 경우, 브래그 피크(Bragg-peak)라고 불리는 물리적 특성―물질내에서 특정 깊이에서 최대 에너지를 방출하여 종양조직까지만 전달, 정상조직은 보호―을 가지게 된다. 이러한 특성으로 양성자 치료는 전세계적으로 각광받고 있으며 치료 예후에 대한 보고가 증가하고 있다. 양성자 치료계획은 처방 선량을 효율적으로 전달하기 위해서 환자 체표면과 치료 장비 간의 간격을 최소화함으로써 에어갭(air-gap) 등으로 인한 반음영을 줄이는 치료계획을 수립하게 된다.In particular, in the case of the recent proton or heavy particle beam treatment, it has a physical property called Bragg-peak, which releases the maximum energy at a specific depth in the material and delivers it only to the tumor tissue and protects the normal tissue. Due to these characteristics, proton treatment is in the spotlight worldwide, and reports of treatment prognosis are increasing. In order to efficiently deliver the prescribed dose, the proton treatment plan establishes a treatment plan that reduces the semi-shading due to air-gap by minimizing the gap between the patient's body surface and the treatment equipment.

하지만 양성자 치료를 비롯한 모든 방사선 치료 시 치료계획과 실제 치료 시 포지셔닝의 불일치가 생길 우려가 있다. 방사선 치료계획 시스템은 물체의 출동 여부를 고려하지 않고 계획을 세울 수가 있으며, 기본적으로 방사선 치료계획 시스템 내부에 충돌 검사 기능이 있더라도 환자 고정 기구 및 기타 빔 조형 보조 기구(beam modifier)의 부착으로 인한 실제 치료의 모사가 불가능한 상황이다.However, there is a risk of discrepancies between the treatment plan and positioning during actual treatment, including proton therapy. The radiation treatment planning system can be planned without considering whether the object is moving or not. Basically, even if there is a collision inspection function inside the radiation treatment planning system, it is actually caused by the attachment of a patient fixation device and other beam modifiers. It is impossible to simulate treatment.

이러한 문제점은, 치료 당일 방사선사가 환자를 카우치에 눕힌 상태에서 발견하게 되고, 환자는 새로운 방사선 치료계획이 수립되기 전까지 방사선 치료를 유예해야만 한다. 이러한 치료계획은 당일 수정 후 재치료하기가 현실적으로 어렵다.On the day of treatment, the radiologist finds the patient lying on the couch, and the patient must defer radiation therapy until a new radiation treatment plan is established. It is practically difficult to re-treat these treatment plans after modification on the same day.

현재 이러한 문제점에 대해 방사선 치료계획을 세우는 사람의 숙련도에 의존하여 실제 처방 선량에 근접한 수준으로 소극적인 치료계획을 수립하고 있다. Currently, a passive treatment plan is being established with a level close to the actual prescribed dose depending on the skill level of the person making the radiation treatment plan.

그러나 이러한 방법으로는 실제 치료 시의 시나리오를 모의로 확인할 수가 없으므로 환자와 치료 장비 간의 충돌은 여전히 남게 된다. 이러한 상황은 방사선 치료 전 의사/의학물리학자의 방사선 치료계획의 최종 확인 후에 발생하여 각 그룹의 책임 소지도 불가피하다.However, since this method cannot simulate the actual treatment scenario, the collision between the patient and the treatment equipment remains. This situation occurs after the final confirmation of the radiation treatment plan by the physician / medical physicist prior to radiation therapy, and the responsibility of each group is inevitable.

따라서 방사선 치료계획 수립 후 즉시 각각의 방사선 정보를 입력받아 삼차원으로 시각적 애니메이션화된 모니터링 시스템과 충돌 시 최적의 각도를 제시하여 충돌을 방지할 수 있는 방법에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a need for a method for preventing collision by providing a 3D visually animated monitoring system and an optimal angle when colliding with each radiation information immediately after establishing a radiation treatment plan.

대한민국 등록특허공보 제10-1540704호Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-1540704 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0085449호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0085449

본 발명은 상기한 종래기술에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방사선 치료계획 시 갠트리와 카우치의 충돌 여부를 사전에 모니터링이 가능한 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌방지 시스템 및 그 충돌방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, to provide a patient-specific gantry-couch collision prevention system and its collision prevention method capable of monitoring the collision of the gantry and the couch in advance when planning radiation treatment There is this.

또한, 본 발명은 방사선 치료용 환자와 그 환자의 고정기구를 포함하여 선행된 방사선 치료계획의 정보를 입력받아 각각의 빔 세션마다의 시뮬레이션을 통해 갠트리와 카우치의 충돌 여부를 파악하고, 기학습된 방사선 치료계획의 케이스를 학습한 기계 학습 데이터를 토대로 충돌 시 최적의 각도 및 위치를 제시하도록 하는 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리 - 카우치 충돌방지 시스템 및 그 충돌방지 방법을 제공하는데 추가적인 목적이 있다.In addition, the present invention receives the information of the radiation treatment plan, including the patient for the radiation treatment and the patient's fixture, through the simulation of each beam session to determine whether the collision between the gantry and the couch, and learned There is an additional object to provide a patient-specific gantry-couch anti-collision system and its anti-collision method for radiation therapy to provide an optimal angle and position in case of collision based on machine learning data obtained by learning a case of a radiation treatment plan.

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.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Will be able to.

본 발명의 실시 예에 따른 인공지능 및 3차원 컴퓨터 기반의 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리 - 카우치 충돌방지 시스템은, 환자 및 상기 환자의 고정기구를 3차원 영상으로 스캔하는 3차원스캐너; 상기 3차원 영상 및 기생성된 방사선 치료계획 정보를 이용하여 상기 방사선 치료계획 정보에 따라 다수의 세션별로 방사선 조사각도에 대응하는 갠트리 및 카우치의 회전을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 상기 시뮬레이션의 과정에서 상기 다수의 세션별로 상기 갠트리와 카우치의 충돌이 발생하는지를 판단하는 충돌판단부; 및 상기 충돌의 발생여부에 따라 상기 충돌을 회피하도록 하는 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도를 조정하는 각도조정부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, an artificial intelligence and a 3D computer-based radiation therapy patient-specific gantry-couch collision prevention system include a 3D scanner that scans a patient and the patient's fixation device as a 3D image; A simulation unit for simulating rotation of the gantry and the couch corresponding to the irradiation angle for a plurality of sessions according to the radiation treatment plan information using the 3D image and parasitic radiation treatment plan information; A collision determination unit that determines whether a collision of the gantry and the couch occurs for each of the plurality of sessions in the process of the simulation; And an angle adjusting unit that adjusts the rotation angle of the gantry and the couch to avoid the collision according to whether the collision occurs.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 인공지능 및 3차원 컴퓨터 기반의 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리 - 카우치 충돌방지 방법은, 3차원스캐너가 환자 및 상기 환자의 고정기구를 3차원 영상으로 스캔하는 스캔단계; 시뮬레이션부가 상기 3차원 영상 및 기생성된 방사선 치료계획 정보를 이용하여 상기 방사선 치료계획 정보에 따라 다수의 세션별로 방사선 조사각도에 대응하는 갠트리 및 카우치의 회전을 시뮬레이션하는 시뮬레이션단계; 충돌판단부가 상기 시뮬레이션 중에 상기 다수의 세션별로 상기 갠트리와 카우치의 충돌발생 여부를 판단하는 충돌판단단계; 및 상기 충돌의 발생여부에 따라 각도조정부에서 상기 갠트리 및 카우치 간의 충돌을 회피하도록 하는 회전각도를 조정하는 각도조정단계를 포함한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, an artificial intelligence and a 3D computer-based radiation therapy patient-specific gantry-couch collision prevention method include a scanning step in which a 3D scanner scans a patient and the patient's fixation device as a 3D image. ; A simulation step of a simulation unit simulating the rotation of the gantry and the couch corresponding to the irradiation angle for a plurality of sessions according to the radiation treatment plan information using the 3D image and the generated radiation treatment plan information; A collision determination step in which a collision determination unit determines whether a collision of the gantry and the couch occurs for each of the sessions during the simulation; And an angle adjusting step of adjusting the rotation angle to avoid collision between the gantry and the couch in the angle adjusting unit according to whether the collision occurs.

본 발명에 따르면, 모든 형태의 방사선 치료 시 방사선 치료계획 직후에 모의 치료를 통하여 갠트리 카우치의 충돌 여부를 사용자에게 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a user with a collision of a gantry couch through mock treatment immediately after a radiation treatment plan in all types of radiation treatment.

또한, 구체적으로 본 발명은 삼차원 애니메이션화된 프로그램으로써 각 환자의 치료 정보 내의 각 빔(세션)마다의 시뮬레이션을 통해 충돌 여부를 확인할 수 있는 방법을 사용자에게 제공할 수 있다. In addition, in detail, the present invention is a three-dimensional animated program, and can provide a user with a method for checking whether a collision occurs through simulation for each beam (session) in the treatment information of each patient.

또한, 본 발명에서 제안하는 기계 학습 기반 기학습된 치료계획 정보를 활용하여 충돌 발생 시 최적의 위치/각도를 제시할 수 있는 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a user with a method capable of presenting an optimal position / angle when a collision occurs by using machine learning-based pre-trained treatment plan information proposed in the present invention.

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.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a schematic configuration diagram of a patient-specific gantry-couch collision prevention system for radiation treatment according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart illustrating a method for preventing gantry-couch collision customized for radiation treatment according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with the understanding of the embodiments of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to the other component, but another component between each component It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a patient-specific gantry-couch collision prevention system for radiation treatment according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템(100)은 3차원 스캐너(110), 시뮬레이션부(120), 충돌판단부(130), 각도조정부(140) 및 디스플레이(150)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the gantry-couch collision prevention system 100 according to the present invention includes a 3D scanner 110, a simulation unit 120, a collision determination unit 130, an angle adjustment unit 140, and a display 150. It is configured to include.

3차원 스캐너(110)는 환자 및 환자의 고정기구를 3차원으로 스캐닝하여 환자 및 고정기구에 대한 3차원 스캐닝 영상을 획득한다. 예컨대, 환자가 고정기구에 누운 상태에서 3차원 스캐너(120)가 환자와 함께 고정기구를 동시에 3차원으로 스캐닝하여 그에 대응하는 영상을 생성하는 것이다. 이러한 3차원 스캐너(120)로는 예컨대, 고정식 3차원 스캐너, 이동식 3차원 스캐너 등이 될 수 있고, 환자 고정장치는 예컨대 카우치를 포함할 수도 있다.The 3D scanner 110 scans the patient and the patient's fixture in 3D to obtain a 3D scanning image of the patient and the fixture. For example, in a state where the patient lies on the fixation device, the 3D scanner 120 scans the fixation device together with the patient in 3D to generate an image corresponding thereto. The 3D scanner 120 may be, for example, a fixed 3D scanner or a mobile 3D scanner, and the patient fixing device may include, for example, a couch.

방사선치료계획부(120)에서 기생성된 방사선 치료계획 정보 및 상기 3차원 스캐너(120)에서 생성된 3차원 영상을 수신하고, 이를 이용하여 해당 방사선 치료계획에 따라 각 세션별로 방사선의 조사각도에 대응하는 갠트리 및 카우치의 움직임(회전)을 시뮬레이션한다. 이는 실제 환자의 치료에 적용하기에 앞서 해당 환자에 대해 각 세션별로 수립된 방사선 치료계획에 따라 갠트리 및 카우치의 움직임을 모의 테스트하여 이론적으로 갠트리와 카우치 간의 물리적인 충돌이 발생하는지를 확인하기 위한 것이다.The radiation treatment plan unit 120 receives the radiation treatment plan information generated by the radiation treatment and the 3D image generated by the 3D scanner 120, and uses the radiation treatment plan information to determine the radiation angle of each session according to the radiation treatment plan. Simulate the movement (rotation) of the corresponding gantry and couch. This is to verify that physical collision between the gantry and the couch occurs theoretically by simulating the movement of the gantry and the couch according to the radiation treatment plan established for each session before applying to the treatment of the actual patient.

기생성된 방사선 치료계획 정보에는 각각의 세션마다 해당 환자의 환부의 형상과 위치에 대응하여 조사할 방사선의 조사각도, 그리고 이에 따른 갠트리 및 카우치의 회전각이 미리 설정되어 있으므로, 시뮬레이션부(120)는 이러한 정보들을 바탕으로 갠트리와 카우치의 회전을 시뮬레이션을 진행하는 것이다. In the generated radiation treatment plan information, since the irradiation angle of radiation to be irradiated in response to the shape and position of the affected part of the patient for each session and the rotation angle of the gantry and the couch accordingly are preset, the simulation unit 120 Is to simulate the rotation of the gantry and couch based on this information.

방사선 치료계획 정보에는 환자의 환부에 대해 방사선량, 방사선의 조사각도 등과 같은 구체적인 방사선 치료계획이 다수의 세션별로 구분하여 설정되어 있다. 구체적으로, 방사선 치료계획은 예컨대 컴퓨터 단층촬영(computed tomography;CT) 장비나 자기공명영상(magnetic resonance imaging;MRI) 장비 등에서 촬영된 환부의 영상과 의사로부터 처방된 방사선량을 기초로 환부를 비롯한 주변의 장기들의 윤곽을 설정하고, 그 윤곽을 기반으로 각각의 세션별로 치료를 위한 갠트리와 카우치의 회전각도를 설정한다. 뿐만 아니라 각각의 세션별로 환부에 조사할 방사선의 종류, 에너지의 크기, 방사선량, 웨이트 등도 설정되어 있다.In the radiation treatment plan information, a specific radiation treatment plan, such as radiation dose and radiation irradiation angle, is set for each patient's affected area for each session. Specifically, the radiation treatment plan is based on, for example, an image of an affected area photographed by computed tomography (CT) equipment or magnetic resonance imaging (MRI) equipment and a radiation dose prescribed by a doctor. Set the contours of the organs, and set the rotation angle of the gantry and couch for treatment for each session based on the contour. In addition, the type of radiation to be irradiated to the affected area, the amount of energy, the radiation dose, and the weight are set for each session.

여기서, 세션(session)이라 함은 방사선 치료시 방사선을 환부에 조사하는 방사선 빔의 조사각도에 따라 구분하는 치료과정의 단위를 의미한다. 예컨대, 방사선 치료시 여러 각도에서 방사선을 조사하게 되는데, 방사선 조사각도의 변경에 따라 세션을 구분하도록 한다. 이는 방사선의 조사각별로 세션을 구분하는 것이다. 각 세션마다 조사되는 방사선량이 다를 수도 있고 같은 방사선량을 여러 각도의 세션으로 나누어 조사할 수도 있다. Here, a session refers to a unit of treatment that classifies radiation according to the irradiation angle of a radiation beam that irradiates the affected area during radiation treatment. For example, radiation is irradiated from various angles, and sessions are classified according to changes in the irradiation angle. This is to separate the sessions by the irradiation angle of radiation. The radiation dose irradiated for each session may be different, or the same radiation dose may be divided into sessions of various angles and irradiated.

이때, 각각의 세션마다 방사선의 조사각도가 달라지므로 이에 대응하여 갠트리와 카우치의 움직임(회전)이 발생하게 된다. 따라서, 각각의 세션마다 방사선의 조사각은 갠트리 및 카우치의 각 움직임과 밀접한 관련이 있는 것이다. At this time, since the irradiation angle of the radiation is different for each session, the movement (rotation) of the gantry and the couch occurs correspondingly. Therefore, the irradiation angle of radiation for each session is closely related to the angular movement of the gantry and the couch.

이와 같이 방사선의 조사각도는 카우치에 있는 환자의 환부의 형태에 따라 변하게 되므로 갠트리와 카우치의 각도는 이러한 방사선 조사각도에 대응하여 변하게 된다. 이를 위해 방사선 치료계획 정보에는 갠트리-카우치의 각도가 설정되어 있으며, 이때, 의사에 의해 처방된 방사선량, 방사선의 종류, 종양의 형태에 맞는 방사선의 세기, 최대 방사선량 지점 등이 설정되어 있다.As such, since the irradiation angle of the radiation changes according to the shape of the affected part of the patient in the couch, the angle of the gantry and the couch changes corresponding to the radiation angle. To this end, the angle of the gantry-couch is set in the radiation treatment plan information. At this time, the radiation dose prescribed by the doctor, the type of radiation, the intensity of radiation suitable for the tumor type, and the maximum radiation dose point are set.

방사선의 세기 및 최대 방사선량 지점은 예컨대 환자의 종양이 얕은 곳에 위치하거나 피부암 따위의 종양일 경우는 일반 광자선을 사용하지 않고 전자선을 사용하여 최대 방사선 지점을 그 종양의 위치 및 깊이에 맞춰 치료계획을 세울 수 있다. 경우에 따라서는 방사선 빔을 변조할 수 있는 웨지(wedge)를 물리적으로 삽입할 수도 있으며 방사선을 변조하여 조사할 수도 있다.The intensity of radiation and the maximum radiation dose point, for example, in the case where the patient's tumor is located in a shallow area or a tumor such as skin cancer, do not use a general photon beam, but use an electron beam to match the maximum radiation point to the location and depth of the tumor. Can stand. In some cases, a wedge capable of modulating a radiation beam may be physically inserted or irradiated by modulating radiation.

충돌판단부(130)는 상기의 시뮬레이션 과정을 통해 각 세션별로 갠트리와 카우치의 충돌이 발생하는지를 판단한다. 예컨대, 제1세션에서 방사선을 환부의 제1지점에 조사한 후 제2세션에서 환부의 다른 지점으로 방사선을 조사하기 위해 갠트리의 각도와 카우치의 각도를 각각 변경하는 시뮬레이션 과정에서 갠트리와 카우치가 서로 물리적으로 충돌하는지를 판단하는 것이다.The collision determination unit 130 determines whether a collision of the gantry and the couch occurs for each session through the simulation process. For example, in the simulation process in which the angle of the gantry and the angle of the couch are changed to irradiate radiation to the first point of the affected area in the first session and then radiated to the other point of the affected area in the second session, the gantry and the couch are physically related to each other. It is to judge whether it collides with.

이때, 충돌판단부(130)는 충돌이 발생하는지, 발생한다면 어느 세션에서 어떻게 충돌이 발생하는지, 갠트리와 카우치가 어느 각도에서 어느 각도로 변경될 때 충돌하는지 등과 같은 구체적인 정보까지도 확인할 수 있도록 설계된다.At this time, the collision determination unit 130 is designed to check even specific information such as whether a collision occurs, how and in what session the collision occurs, and when the gantry and the couch change from an angle to an angle. .

본 발명의 전반에 걸쳐 상기 충돌은 갠트리와 카우치 간의 충돌이라고 기재되어 있으나, 실질적으로는 갠트리와 카우치 간의 충돌뿐만 아니라 갠트리와 카우치에 누워있는 환자와의 충돌을 포함한다. 이는 실제 환자가 카우치에 누워있는 상태에서 방사선 치료계획에 따라 갠트리와 카우치를 각각 회전시킬 때 갠트리와 카우치 간의 충돌 및 갠트리와 환자 간의 충돌을 회피하도록 하는 것이다.Throughout the present invention, the collision is described as a collision between the gantry and the couch, but substantially includes a collision between the gantry and the couch as well as a collision between the patient lying on the gantry and the couch. This is to avoid collision between the gantry and the patient and collision between the patient and the gantry when the patient is lying on the couch and rotates the gantry and the couch respectively according to the radiation treatment plan.

각도조정부(140)는 충돌판단부(130)에서의 충돌발생 여부에 따라 그 충돌을 회피할 수 있도록 하는 갠트리 및 카우치의 회전각도를 조정하도록 한다. 예컨대, 충돌판단부(130)에서 충돌이 발생한 것으로 판단되면 기저장된 정보 및 기학습된 정보를 기반으로 그 충돌을 회피할 수 있는 갠트리 및 카우치의 회전각도를 조정하도록 하고, 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되면 갠트리 및 카우치의 회전각도를 그대로 유지하도록 한다. 바람직하게는 회전각도의 변화를 0(zero)도로 조정하도록 한다. 이는 기생성된 방사선 치료계획 정보에 각 세션별 방사선의 조사각도로 방사선을 조사함에도 불구하고 시뮬레이션 과정에서 갠트리와 카우치의 물리적인 충돌이 발생하는 것으로 판단되는 경우에는 그 충돌을 회피하기 위해 갠트리와 카우치의 각도를 각각 조정하는 것이다. 충돌이 발생하지 않으면 방사선 치료계획이 잘 수립된 것이므로 회전각도를 그대로 유지하도록 조정한다. 이러한 각도조정을 통해 궁극적으로 갠트리 및 카우치의 물리적인 충돌 방지의 신뢰성을 더 높일 수 있게 된다. The angle adjusting unit 140 adjusts the rotation angles of the gantry and the couch to avoid the collision depending on whether or not a collision occurs in the collision determination unit 130. For example, if it is determined that a collision has occurred in the collision determination unit 130, the rotation angle of the gantry and the couch capable of avoiding the collision is adjusted based on pre-stored information and pre-learned information, and the collision has not occurred. If it is judged, the rotation angle of the gantry and the couch should be maintained. Preferably, the rotation angle is adjusted to 0 (zero). This is despite the fact that irradiated radiation is generated at the radiation angle of each session in the parasitic radiation treatment plan information, when it is determined that a physical collision of the gantry and the couch occurs during the simulation process, the gantry and the couch are avoided to avoid the collision. Is to adjust the angle of each. If a collision does not occur, the radiation treatment plan is well established, so adjust to maintain the rotation angle. Through this angle adjustment, ultimately, the reliability of physical collision avoidance of the gantry and the couch can be further increased.

이러한 각도조정부(150)는 기저장된 정보 및 기학습된 정보를 바탕으로 갠트리와 카우치 간의 충돌을 방지하기 위한 방사선 조사각도뿐만 아니라 갠트리 및 카우치의 회전각도도 조정할 수 있다. 통상적으로 방사선 치료는 특수한 치료를 제외하고는 치료하는 범위 및 부위가 실질적으로 거의 정해져 있고, 기존에 치료가 잘 진행된 사례에 대하여 각각의 세션별 정보가 사전에 많이 저장되어 있으며, 성공적인 각 세션별 정보에는 방사선의 조사각도, 갠트리 및 카우치의 회전각도가 포함되어 있으므로, 이러한 기저장된 정보로 인공지능(AI)에 의한 학습(learning)을 수행하고, 이와 같이 기학습된 정보를 바탕으로 기존의 방사선 치료계획에서 발생할 수 있는 충돌을 방지할 수 있는 정보를 제시할 수 있도록 하는 것이다.The angle adjusting unit 150 may adjust the rotation angle of the gantry and the couch as well as the irradiation angle to prevent collision between the gantry and the couch based on pre-stored information and previously learned information. In general, radiation therapy has a substantially limited range and area to be treated except for special treatment, and information for each session is stored in advance for cases where treatment has been well-prepared, and information for each successful session Since the irradiation angle of the radiation, the rotation angle of the gantry and the couch are included, learning by artificial intelligence (AI) is performed with this pre-stored information, and the existing radiation treatment is based on the learned information. It is to be able to provide information to prevent conflicts that can occur in the plan.

본 발명의 실시 예에서 상기한 시뮬레이션부(120), 충돌판단부(130), 각도조정부(140)는 컴퓨터용 프로그램 또는 컴퓨터용 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 다른 예로서 이러한 컴퓨터용 프로그램 또는 소프트웨어를 탑재하여 컴퓨터에서 실행될 수 있는 하드웨어나 모듈 형태로 구현될 수도 있다. 이러한 하드웨어나 모듈은 예컨대 마이컴 또는 컴퓨터 장치가 될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the simulation unit 120, the collision determination unit 130, and the angle adjustment unit 140 may be implemented as a computer program or computer software, and as another example, the computer program or software It can also be implemented in the form of hardware or modules that can be mounted and executed on a computer. Such hardware or modules can be, for example, microcomputers or computer devices.

이는 현재까지의 기술수준으로는 방사선 치료계획을 수립한 이후에는 그 방사선 치료계획에서 갠트리와 카우치의 충돌여부를 미리 판단할 수 없었고, 실제 방사선 치료를 수행하면서 충돌이 발생하는지를 확인하였다. 이와 같이 실제 방사선 치료시에 충돌발생을 판단하는 경우에는 치료를 중단하고 치료계획을 다시 수정하여 재차 치료해야 하므로 매우 번거로웠고, 환자에게도 위험부담이 따를 수 밖에 없었다. 따라서, 본 발명에서는 이미 수립되어 있는 방사선 치료계획 정보와, 환자 및 고정기구에 대하 3차원 스캐닝 영상을 이용하여 시뮬레이션을 통해 미리 충돌여부를 판단하고 충돌발생으로 판단되면 치료 전에 이를 다시 수행하도록 하는 것이다. 이는 이미 수립된 수많은 방사선 치료계획에 본 발명을 접목시켜 이미 수립된 방사선 치료계획에서도 갠트리와 카우치 간의 충돌을 회피할 수 있는 것이다. It was not possible to determine in advance whether or not the gantry and couch collided in the radiation treatment plan after establishing the radiation treatment plan at the current technical level, and confirmed whether a collision occurred while performing actual radiation treatment. As described above, when determining the occurrence of a collision during actual radiation treatment, it was very cumbersome because the treatment had to be stopped and the treatment plan had to be revised again to treat the patient, and the patient was in danger. Therefore, in the present invention, it is determined whether or not a collision occurs in advance through simulation using the radiation treatment plan information already established and 3D scanning images of the patient and the fixation device, and if it is determined that a collision occurs, it is to be performed again before treatment. . This is to be able to avoid collision between the gantry and the couch even in the already established radiation treatment plan by incorporating the present invention into a number of already established radiation treatment plans.

이와 같이 종개기술에서는 방사선 치료시 갠트리와 카우치의 물리적인 충돌을 방지하는 방사선 치료를 보장할 수 없으므로 본 발명에서는 방사선 치료계획의 수립 후 갠트리와 카우치의 각도를 보정하는 루틴을 통해 갠트리와 카우치 간의 충돌방지가 보장된 방사선 치료계획을 수립할 수 있도록 하는 것이다.As described above, since the radiation technology that prevents physical collision between the gantry and the couch during radiation treatment cannot be guaranteed, in the present invention, the collision between the gantry and the couch is performed through a routine for correcting the angle of the gantry and the couch after establishing a radiation treatment plan. It is to ensure that a radiation treatment plan with guaranteed prevention can be established.

따라서, 본 발명에 따른 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템 및 방법은 기상용화된 방사선 치료계획 시스템, 기사용중인 갠트리 및 카우치 장비, 방사선 치료장비 등에 접목하여 적용될 수 있다. 이는 방사선 치료계획이 이미 수립된 이후에도 본 발명이 적용되어 이미 수많은 방사선 치료계획이 수립된 이후에도 갠트리 및 카우치의 회전에 대한 시뮬레이션을 각 세션별로 수행할 수 있고, 이러한 시뮬레이션을 통해 그 치료계획에서 갠트리 및 카우치 간의 충돌 여부를 확인할 수 있는 것이다. 만약, 방사선 치료계획이 수립된 이후 본 발명을 적용하여 갠트리와 카우치 간의 충돌이 발생하는 것으로 판단되면 그 방사선 치료계획 정보에서 갠트리와 카우치 간의 충돌을 방지하기 위한 갠트리 및 카우치의 각도를 조정하여 방사선 치료계획을 다시 수립할 수 있도록 할 수 있다.Therefore, the gantry-couch collision prevention system and method according to the present invention can be applied in combination with a meteorological radiation treatment planning system, a gantry and couch equipment for technicians, and radiation treatment equipment. This means that even after a radiation treatment plan has already been established, the present invention is applied, and even after numerous radiation treatment plans have already been established, simulation of rotation of the gantry and couch can be performed for each session, and through such simulation, the gantry and It is possible to check whether there is a collision between the couches. If it is determined that a collision between the gantry and the couch is generated by applying the present invention after the radiation treatment plan is established, radiation treatment is performed by adjusting the angle of the gantry and the couch to prevent the collision between the gantry and the couch in the radiation treatment plan information. You can make it possible to re-plan.

디스플레이(150)는 시뮬레이션부(120)에서 수행되는 시뮬레이션 과정을 시각적으로 표시한다. 바람직하게는 3차원으로 표시할 수 있다. 뿐만 아니라 디스플레이(170)는 각 세션별로 갠트리와 카우치의 물리적인 충돌이 발생하는지, 발생한다면 어느 각도에서 발생하는지 등에 대한 각종 정보도 시각적으로 표시할 수 있다. 나아가, 디스플레이(170)는 이러한 충돌을 회피할 수 있는 방사선의 조사각도, 갠트리 및 카우치의 조정된 회전각도 등에 대한 정보도 표시할 수 있다.The display 150 visually displays a simulation process performed by the simulation unit 120. Preferably, it can be displayed in three dimensions. In addition, the display 170 may visually display various information on whether a physical collision of the gantry and the couch occurs for each session, and at what angle. Furthermore, the display 170 may also display information on the irradiation angle of radiation, the adjusted rotation angle of the gantry and the couch, which can avoid such a collision.

이하에서 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템의 동작에 따른 갠트리 및 카우치 간의 충돌 방지 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method for preventing collision between a gantry and a couch according to an operation of a patient-specific gantry-couch collision prevention system for radiation therapy according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flow chart illustrating a method for preventing gantry-couch collision customized for radiation treatment according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 방법에서 3차원 스캐너(110)가 환자 및 환자의 고정기구를 3차원으로 스캔하여(S101) 시뮬레이션부(120)로 3차원 스캐닝 영상을 전송한다(S103). 이러한 3차원 스캐닝 영상은 시뮬레이션부(120)에서 시뮬레이션할 수 있는 파일의 포맷으로 되어 있을 수도 있고 시뮬레이션부(120)에서 해당 포맷으로 변환할 수도 있다.Referring to FIG. 2, in the method for preventing gantry-couch collision customized for radiation treatment according to the present invention, the 3D scanner 110 scans the patient and the patient's fixture in three dimensions (S101) to the simulation unit 120 The 3D scanning image is transmitted (S103). The 3D scanning image may be in a format of a file that can be simulated by the simulation unit 120 or may be converted into a corresponding format by the simulation unit 120.

이어, 시뮬레이션부(120)는 기생성된 방사선 치료계획 정보와 3차원 스캐닝 영상을 수신하여(S105), 이를 이용하여 해당 방사선 치료계획 정보에 포함된 다수의 세션별로 방사선의 조사각도에 대응하는 및 갠트리와 카우치의 회전을 각각 수행함으로써 해당 방사선 치료계획을 시뮬레이션한다(S107). 이러한 시뮬레이션에서는 해당 방사선 치료계획에 따라 각각의 세션별로 갠트리와 카우치를 회전시키는 모의 테스트를 진행하는 것이다. 예컨대 방사선 치료계획 정보에 특정 종양의 중앙지점에 30도 각도로 X만큼의 방사선량으로 방사선을 조사하도록 설정된 경우, 이러한 중앙 지점에 30도 각도로 해당 방사선량의 방사선을 조사하기 위해 갠트리와 카우치가 어떤 각도로 회전해야 하는지를 결정하고, 이러한 결정에 따라 갠트리와 카우치를 회전시키는 시뮬레이션을 실행하는 것이다. 이를 위해 방사선 치료계획 정보에는 의사에 의해 처방된 방사선량, 방사선의 세기 등과 같은 사전정보가 설정되어 있다. Subsequently, the simulation unit 120 receives the parasitic radiation treatment plan information and the 3D scanning image (S105), and uses this to correspond to the irradiation angle of the radiation for a plurality of sessions included in the radiation treatment plan information, and By performing rotation of the gantry and the couch respectively, a corresponding radiation treatment plan is simulated (S107). In this simulation, a simulation test is performed in which gantry and couch are rotated for each session according to a corresponding radiation treatment plan. For example, when the radiation treatment plan information is set to irradiate radiation at an angle of X at a 30-degree angle to a central point of a specific tumor, gantry and couch are used to irradiate the radiation at a 30-degree angle to the central point. You decide what angle you need to rotate and run a simulation that rotates the gantry and couch according to this decision. To this end, the radiation treatment plan information is set with advance information such as radiation dose and intensity of radiation prescribed by a doctor.

이러한 시뮬레이션이 수행되는 동안 충돌판단부(130)에서는 시뮬레이션 과정에서 각 세션별로 갠트리와 카우치의 충돌발생 여부를 판단한다(S109). 만약 충돌이 발생한 것으로 판단되면(S111), 충돌과 관련된 각종 정보를 디스플레이(150)에 표시함으로써 알림을 수행한다(S113).While performing the simulation, the collision determination unit 130 determines whether a collision of the gantry and the couch occurs for each session in the simulation process (S109). If it is determined that a collision has occurred (S111), notification is performed by displaying various information related to the collision on the display 150 (S113).

이와 함께, 각도조정보(140)에서 S111 단계에서 충돌이 발생한 것으로 판단되면 기저장된 정보 및 기학습된 정보를 바탕으로 갠트리와 카우치 간의 충돌을 회피할 수 있는 다른 회전각도를 조정하여 제시하도록 한다(S115). Along with this, if it is determined that the collision occurred in step S111 in the angle setting information 140, another rotation angle that can avoid the collision between the gantry and the couch based on the pre-stored information and the pre-learned information is adjusted and presented. S115).

기저장된 정보 및 기학습된 정보는 사전에 수많은 방사선 치료계획에 대한 방사선 조사각도, 갠트리 및 카우치의 회전각도를 포함하며, 바람직하게는 이전까지 각각의 환부의 형태 및 특성에 따라 여러 세션마다 갠트리와 카우치의 충돌 없이 방사선 치료를 성공적으로 수행했던 치료계획에서 각각의 세션마다 방사선 조사각도, 갠트리와 카우치의 회전각도 등에 대한 정보를 포함한다. 이러한 정보들을 바탕으로 인공지능(AI)의 학습을 통해 해당 환부에 대한 각 세션별로 갠트리와 카우치의 충돌 없이 치료를 할 수 있도록 하는 방사선 조사각도, 갠트리와 카우치의 회전각도를 재조정하는 것이다.The pre-stored information and the pre-learned information include a radiation angle for a number of radiation treatment plans in advance, a rotation angle of the gantry and the couch, and preferably a gantry and a gantry for each session depending on the shape and characteristics of each affected area until the previous. In the treatment plan that successfully performed radiation therapy without the collision of the couch, each session includes information on the radiation angle, gantry and the rotation angle of the couch. Based on this information, it is to re-adjust the irradiation angle and rotation angle of the gantry and the couch to allow treatment without collision between the gantry and the couch for each session through the learning of artificial intelligence (AI).

S111 단계에서 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되면 각도조정부(140)는 현재의 갠트리 및 카우치의 회전각도를 유지하는 것으로 각도조정을 실시하고(S117), 본 과정은 종료된다. 이러한 회전각도의 유지는 현재의 회전각도 변화량이 0가 되도록 회전각도를 조정하는 것이다.If it is determined in step S111 that no collision has occurred, the angle adjustment unit 140 performs angle adjustment to maintain the rotation angles of the current gantry and couch (S117), and the process ends. The maintenance of the rotation angle is to adjust the rotation angle so that the current rotation angle change amount is zero.

이처럼 갠트리 및 카우치의 조정된 회전각도는 이후 방사선 치료계획 정보의 수정에 사용된다. 즉, 현재 방사선 치료계획에는 갠트리와 카우치 간의 충돌이 발생하므로, 이후에 조정된 회전각도를 이용하여 방사선 치료계획을 수정하도록 한다. 이와 같이 방사선 치료계획 정보가 수정되면 그 수정된 방사선 치료계획 정보가 시뮬레이션부(120)으로 다시 입력되는 것이다(S105).As such, the adjusted rotation angles of the gantry and the couch are then used to modify the radiation treatment plan information. That is, since a collision occurs between the gantry and the couch in the current radiation treatment plan, the radiation treatment plan is subsequently modified using the adjusted rotation angle. When the radiation treatment plan information is modified as described above, the modified radiation treatment plan information is input back to the simulation unit 120 (S105).

이에 따라 상기한 과정들(S105~S115)을 반복하고, 이러한 반복과정에서 충돌이 발생하지 않는 것으로 판단되면 S117 단계를 거쳐 본 과정은 종료된다. 즉, 상기 반복과정은 S111 단계에서 충돌이 발생하지 않는 것으로 판단될 때까지 진행되고 S111 단계에서 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되면 S117 단계로 진행하여 종료되는 것이다. Accordingly, the above-described processes (S105 to S115) are repeated, and if it is determined that no collision occurs in this repeating process, the process ends through step S117. That is, the iterative process proceeds until it is determined that a collision does not occur in step S111, and when it is determined that a collision does not occur in step S111, the process proceeds to step S117 and ends.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템 및 방법은 방사선 치료계획이 이미 수립된 상태에서 해당 방사선 치료계획 정보 및 환자와 고정기구에 대한 3차원 영상을 이용하여 그 방사선 치료계획에서 갠트리와 카우치의 충돌여부를 미리 확인하고 충돌을 회피하도록 할 수 있고, 나아가 그 방사선 치료계획을 수정하도록 할 수 있다. 나아가 본 발명은 방사선 치료계획을 수립하는 과정에서도 적용될 수 있다. 즉, 갠트리와 카우치를 회전하여 방사선 치료계획을 수립하고 치료를 진행하는 모든 방사선 치료에 적용될 수 있는 것이다. 이는 예컨대, 암 치료를 위한 방사선 치료(radiation therapy) 뿐만 아니라, 기존에 사용중인 광자선(photon) 및 중입자(heavy ion) 치료, 나아가 양성자(proton) 및 MR-LINAC 등에도 이용될 수 있는 것이다.As described above, the patient-specific gantry-couch collision prevention system and method for radiation treatment according to the present invention uses the radiation treatment plan information and 3D images of the patient and the fixture while the radiation treatment plan is already established. In the radiation treatment plan, it is possible to check whether the gantry and the couch collide in advance, to avoid the collision, and further to modify the radiation treatment plan. Furthermore, the present invention can also be applied in the process of establishing a radiation treatment plan. That is, it can be applied to all radiation treatments in which a radiation treatment plan is established and treatment is performed by rotating the gantry and the couch. This may be used not only for radiation therapy for cancer treatment, but also for photon and heavy ion treatment in use, and protons and MR-LINAC.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 방사선 치료시 사용될 치료장비와 환자의 특징을 고려하여 여러 세션마다 갠트리와 카우치의 충돌 여부를 시각화된 3차원 시뮬레이션으로 검증하고, 충돌시 이를 회피할 수 있는 최적으로 각도를 조정하여 제시함으로써 치료계획을 즉시 수정할 수 있도록 하는 인공지능형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템을 제공하는 것이다.As described above, the present invention verifies whether the collision of the gantry and the couch every several sessions with a visualized 3D simulation considering the treatment equipment to be used for radiation therapy and the characteristics of the patient, and is optimal to avoid this in the event of a collision. It is to provide an artificial gantry-couch collision avoidance system that can immediately modify a treatment plan by adjusting and presenting an angle.

특히, 본 발명에서는 여러 의료장비별 기하학적 정보와 환자 및 환자의 고정기구의 3차원 영상을 입력하고, 이를 기반으로 한 모델링에서 여러 세션별 방사선조사각도를 조절할 수 있으며, 모델링 오브젝트의 치료계획에 따른 각 치료 세션의 정보를 입력받아 충돌 여부를 판정할 수 있다. 충돌발생으로 판단되면 기학습된 정보로 최적의 각도를 즉시 조정함으로써 갠트리와 카우치 간 충돌을 방지하는 방법을 즉시 제시할 수 있다.Particularly, in the present invention, geometric information for each medical device and a 3D image of a patient and a patient's fixation device are input, and the radiation angle for each session can be adjusted in modeling based on this, and according to the treatment plan of the modeling object. It is possible to determine whether there is a collision by receiving information of each treatment session. If it is determined that a collision occurs, a method to prevent a collision between the gantry and the couch can be immediately suggested by immediately adjusting the optimal angle with the learned information.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.The detailed description of preferred embodiments of the present invention disclosed as described above has been provided to enable those skilled in the art to implement and practice the present invention. Although described above with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention. For example, those skilled in the art can use each of the configurations described in the above-described embodiments in a manner of combining with each other. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments presented herein, but to give the broadest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered illustrative. The scope of the invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention. The present invention is not intended to be limited to the embodiments presented herein, but is intended to give the broadest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, claims that do not have an explicit citation relationship in the claims can be combined to form an embodiment or included as a new claim by amendment after filing.

110 : 3차원 스캐너 120 : 시뮬레이션부
130 : 충돌판단부 140 : 각조조정부
150 : 디스플레이
110: 3D scanner 120: simulation unit
130: collision determination unit 140: angle adjustment unit
150: display

Claims (9)

환자가 고정기구에 누운 상태에서 이동하면서 상기 환자 및 상기 환자의 고정기구를 동시에 3차원 영상으로 스캔하는 이동형 3차원스캐너;
상기 3차원 영상 및 갠트리와 카우치의 회전각도가 설정되어 있는 방사선 치료계획 정보를 이용하여 상기 방사선 치료계획 정보에 따라 다수의 세션별로 방사선 조사각도에 대응하는 갠트리 및 카우치의 회전을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부;
상기 시뮬레이션의 과정에서 상기 다수의 세션별로 상기 갠트리와 카우치 및 상기 갠트리와 환자의 충돌이 발생하는지를 판단하는 충돌판단부;
상기 충돌판단부에서 상기 갠트리와 카우치 간의 충돌이 발생하는 것으로 판단되면 기저장된 학습정보를 바탕으로 상기 충돌을 회피하도록 하는 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도를 조정하는 각도조정부; 및
상기 시뮬레이션부에서 수행되는 시뮬레이션 과정 및 상기 충돌판단부에서 판단한 충돌발생 여부를 3차원으로 표시하는 디스플레이를 포함하고,
상기 방사선 치료계획 정보는 상기 방사선 치료계획에 대응하는 방사선의 조사각도, 상기 갠트리 및 카우치의 각 회전각도, 종양의 형태에 맞는 방사선의 세기 및 최대 방사선량 지점, 상기 방사선의 변조여부를 포함하고,
상기 방사선의 조사각도가 변경시마다 세션을 구분하고,
상기 충돌판단부는 충돌이 발생하는지 여부, 충돌이 발생한다면 상기 갠트리와 카우치 간의 충돌인지 여부, 상기 갠트리와 상기 환자 간의 충돌인지 여부, 상기 충돌이 발생한 세션, 상기 갠트리와 카우치 간에 충돌이 발생할 때의 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도를 판단하되, 제1세션에서 방사선을 환부의 제1지점에 조사한 후 제2세션에서 환부의 다른 지점으로 방사선을 조사하기 위해 상기 갠트리의 각도와 상기 카우치의 각도를 각각 변경하는 시뮬레이션 과정에서 상기 갠트리와 카우치가 서로 물리적으로 충돌하는지를 판단하고,
상기 각도조정부는 상기 충돌판단부에서 상기 충돌이 발생하는 것으로 판단되면 기존에 치료의 성공사례로 미리 저장되어 있는 복수의 치료계획에 설정된 각각의 세션별 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도를 학습하여 저장하고 상기 저장된 학습정보를 바탕으로 상기 방사선 치료계획에 따른 충돌을 회피하도록 상기 갠트리와 카우치의 각 회전각도를 조정하며,
상기 각도조정부에서 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도가 조정된 이후에 상기 시뮬레이션부는 상기 조정된 회전각도가 반영된 방사선 치료계획 정보를 수신하는 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 시스템.
A movable three-dimensional scanner that scans the patient and the patient's fixture simultaneously as a three-dimensional image while the patient moves while lying on the fixture;
A simulation unit for simulating rotation of the gantry and the couch corresponding to the irradiation angle for a plurality of sessions according to the radiation treatment plan information by using the 3D image and the radiation treatment plan information in which the rotation angles of the gantry and the couch are set;
A collision determination unit that determines whether a collision between the gantry and the couch and the gantry and the patient occurs for each of the plurality of sessions in the process of the simulation;
When the collision determination unit determines that a collision occurs between the gantry and the couch, an angle adjustment unit that adjusts a rotation angle of the gantry and the couch to avoid the collision based on pre-stored learning information; And
A simulation process performed by the simulation unit and a display for displaying whether the collision determined by the collision determination unit occurs in three dimensions,
The radiation treatment plan information includes an irradiation angle of radiation corresponding to the radiation treatment plan, each rotation angle of the gantry and couch, the intensity and maximum radiation dose point of the radiation according to the shape of the tumor, and whether the radiation is modulated,
Each time the irradiation angle of the radiation is changed, the session is divided,
The collision determination unit determines whether a collision occurs, if a collision occurs, whether it is a collision between the gantry and the couch, whether it is a collision between the gantry and the patient, the session in which the collision occurred, when the collision occurs between the gantry and the couch The rotation angles of the gantry and the couch are judged, but the angle of the gantry and the angle of the couch are respectively changed to irradiate radiation to the first point of the affected area in the first session and then to the other point of the affected area in the second session. In the simulation process to determine whether the gantry and the couch physically collide with each other,
When it is determined that the collision occurs at the collision determination unit, the angle adjustment unit learns and stores the rotation angles of the gantry and couch for each session set in a plurality of treatment plans previously stored as success cases of treatment. Based on the stored learning information, each rotation angle of the gantry and the couch is adjusted to avoid collision according to the radiation treatment plan,
After the rotation angles of the gantry and the couch are adjusted in the angle adjustment unit, the simulation unit receives a radiation treatment plan information reflecting the adjusted rotation angle. A patient-specific gantry-couch collision prevention system for radiation treatment.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 환자가 고정기구에 누운 상태에서 이동형 3차원 스캐너가 이동하면서 상기 환자 및 상기 환자의 고정기구를 동시에 3차원 영상으로 스캔하는 스캔단계;
시뮬레이션부가 상기 스캔된 3차원 영상 및 갠트리와 카우치의 회전각도가 설정되어 있는 기생성된 방사선 치료계획 정보를 이용하여 상기 방사선 치료계획 정보에 따라 다수의 세션별로 방사선 조사각도에 대응하는 갠트리 및 카우치의 회전을 시뮬레이션하는 시뮬레이션단계;
충돌판단부가 상기 시뮬레이션 중에 상기 다수의 세션별로 상기 갠트리와 카우치 및 상기 갠트리와 환자의 충돌발생 여부를 판단하는 충돌판단단계;
상기 충돌판단부에서 상기 갠트리와 카우치 간의 충돌이 발생하는 것으로 판단되면 기저장된 학습정보를 바탕으로 각도조정부에서 상기 갠트리 및 카우치 간의 충돌을 회피하도록 하는 회전각도를 조정하는 각도조정단계; 및
상기 시뮬레이션부에서 수행되는 시뮬레이션 과정 및 상기 충돌판단부에서 판단한 충돌발생 여부를 3차원으로 표시하는 디스플레이를 포함하고,
상기 방사선 치료계획 정보는 상기 방사선 치료계획에 대응하는 상기 갠트리 및 카우치의 각 회전각도, 종양의 형태에 맞는 방사선의 세기 및 최대 방사선량 지점, 방사선의 변조여부를 포함하고,
상기 방사선의 조사각도가 변경시마다 세션을 구분하고,
상기 충돌판단단계는 충돌이 발생하는지 여부, 충돌이 발생한다면 상기 갠트리와 카우치 간의 충돌인지 여부, 상기 갠트리와 상기 환자 간의 충돌인지 여부, 상기 충돌이 발생한 세션, 상기 갠트리와 카우치 간에 충돌이 발생할 때의 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도를 판단하는 단계를 더 포함하되, 제1세션에서 방사선을 환부의 제1지점에 조사한 후 제2세션에서 환부의 다른 지점으로 방사선을 조사하기 위해 상기 갠트리의 각도와 상기 카우치의 각도를 각각 변경하는 시뮬레이션 과정에서 상기 갠트리와 카우치가 서로 물리적으로 충돌하는지를 판단하고,
상기 각도조정단계는 상기 충돌판단단계에서 상기 충돌이 발생하는 것으로 판단되면 기존에 치료의 성공사례로 미리 저장되어 있는 복수의 치료계획에 설정된 각각의 세션별 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도를 학습하여 저장하고 상기 저장된 학습정보를 바탕으로 상기 방사선 치료계획에 따른 충돌을 회피하도록 상기 갠트리와 카우치의 각 회전각도를 조정하며,
상기 각도조정단계에서 상기 갠트리 및 카우치의 회전각도가 조정된 이후에 상기 시뮬레이션부에서 상기 조정된 회전각도가 반영된 방사선 치료계획 정보를 수신하는 방사선 치료용 환자 맞춤형 갠트리-카우치 충돌 방지 방법.
A scanning step of simultaneously scanning the patient and the patient's fixture with a three-dimensional image while the mobile three-dimensional scanner moves while the patient lies on the fixture;
The simulation unit uses the scanned 3D image and parasitic radiation treatment plan information in which the rotation angles of the gantry and the couch are set, according to the radiation treatment plan information, the gantry and the couch corresponding to the irradiation angle for each of the sessions. A simulation step of simulating rotation;
A collision determination step in which a collision determination unit determines whether a collision occurs between the gantry and the couch and the gantry and the patient for each of the sessions during the simulation;
When the collision determination unit determines that a collision occurs between the gantry and the couch, the angle adjustment step of adjusting the rotation angle to avoid the collision between the gantry and the couch in the angle adjustment unit based on pre-stored learning information; And
A simulation process performed by the simulation unit and a display for displaying whether the collision determined by the collision determination unit occurs in three dimensions,
The radiation treatment plan information includes each rotation angle of the gantry and couch corresponding to the radiation treatment plan, the intensity and maximum radiation dose point of the radiation according to the shape of the tumor, and whether the radiation is modulated,
Each time the irradiation angle of the radiation is changed, the session is divided,
In the collision determination step, whether a collision occurs, if a collision occurs, whether it is a collision between the gantry and the couch, whether it is a collision between the gantry and the patient, the session in which the collision occurred, when a collision occurs between the gantry and the couch Further comprising the step of determining the rotation angle of the gantry and the couch, the first session after irradiating the radiation to the first point of the affected area in the second session to the other point of the affected area to radiate the gantry and the angle of the gantry In the simulation process of changing the angle of each of the couch to determine whether the gantry and the couch physically collide with each other,
When it is determined that the collision occurs in the collision determination step, the angle adjustment step learns and stores the rotation angles of the gantry and couch for each session set in a plurality of treatment plans previously stored as success cases of treatment. And adjusts each rotation angle of the gantry and the couch to avoid collision according to the radiation treatment plan based on the stored learning information,
A method for preventing patient-specific gantry-couch collision for radiation treatment, wherein the simulation unit receives radiation treatment plan information reflecting the adjusted rotation angle after the rotation angles of the gantry and couch are adjusted in the angle adjustment step.
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CN113577578A (en) * 2021-08-03 2021-11-02 中国医学科学院肿瘤医院深圳医院 Method for predicting limit in-place angle of treatment head of linear accelerator during off-center treatment

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