KR102094737B1 - 의료 영상 처리 장치, 의료 영상 처리 방법, 컴퓨터 판독가능한 의료 영상 처리 프로그램, 이동 대상물 추적 장치 및 방사선 치료 시스템 - Google Patents

의료 영상 처리 장치, 의료 영상 처리 방법, 컴퓨터 판독가능한 의료 영상 처리 프로그램, 이동 대상물 추적 장치 및 방사선 치료 시스템 Download PDF

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유키노부 사카타
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

의료 영상 처리 장치로서, 적어도 하나의 마커를 구비하는 대상물의 3차원 볼륨 영상을 취득하도록 구성된 제 1 입력 인터페이스로서, 상기 3차원 볼륨 영상은 의료 검사 장치를 사용하여 상기 대상물을 촬영함으로써 생성되는, 상기 제 1 입력 인터페이스; 상기 대상물을 촬영하여 상기 대상물의 형광투시 영상을 생성하는데 사용되는 촬영 장치의 기하학적 정보를 취득하도록 구성된 제 2 입력 인터페이스; 및 상기 3차원 볼륨 영상 및 상기 기하학적 정보에 기초하여 특정 설정 정보를 생성하도록 구성된 특정 설정 정보 생성기로서, 상기 특정 설정 정보는 상기 적어도 하나의 마커를 묘사하는 영상을 생성하기 위한 촬영 설정 또는 상기 적어도 하나의 마커를 묘사하는 영상의 영상 처리 설정에 사용되는, 상기 특정 설정 정보 생성기를 포함하는 의료 영상 처리 장치.

Description

의료 영상 처리 장치, 의료 영상 처리 방법, 컴퓨터 판독가능한 의료 영상 처리 프로그램, 이동 대상물 추적 장치 및 방사선 치료 시스템{MEDICAL IMAGE PROCESSING APPARATUS, MEDICAL IMAGE PROCESSING METHOD, COMPUTER-READABLE MEDICAL-IMAGE PROCESSING PROGRAM, MOVING-OBJECT TRACKING APPARATUS, AND RADIATION THERAPY SYSTEM}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 11월 21일자로 출원된 일본 특허출원 제2016-226133호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.
분야
본 발명의 실시예들은 방사선 치료 시스템에 사용되는 의료 영상을 처리하기 위한 의료 영상 처리 기술에 관한 것이다.
통상적으로, 환자의 환부(즉, 병변 영역)에 치료로서 방사선을 조사할 경우, 호흡, 심장 박동 및/또는 장 움직임과 같은 환자의 움직임으로 인해 그 환부가 움직이게 되는 경우가 있다. 따라서, 금속 마커(marker) 또는 추적 조사 방법을 이용하는 게이팅 조사 방법(gated irradiation method)에 따라 환부에 방사선을 조사한다. 예를 들어, 치료 중에 X-선를 사용하여 환자를 촬영함으로써, 환부 부근에 배치된 마커를 묘사하는 형광투시 영상(fluoroscopic image)이 얻어진다. 마커의 움직임은 형광투시 영상을 템플릿과 매칭시킴으로써 적절한 타이밍에 환부에 조사되도록 하는 것에 의해 추적된다.
일본 공개특허공보 제2000-167072호
위에서 설명한 기술에서는, 의사 및/또는 방사선 기술자와 같은 사용자가, 치료 계획 중에 X-선 영상이 미리 생성된 환자의 형광투시 영상을 참조하면서 템플릿을 설정해야 하므로, 시간과 노력이 소요된다. 또한, 치료 중에 형광투시 영상에 대한 영상 처리를 수행함으로써 마커의 위치를 추적하는 경우에 있어서, 실시간으로 형광투시 영상의 전체 범위를 처리할 때에는, CPU의 처리 부하가 증가하게 된다. 따라서, 사용자는 영상 처리의 부하를 줄이기 위해 형광투시 영상에 마커가 묘사되는 범위를 미리 설정해야 하며, 시간과 노력이 소요된다고 하는 문제점이 있다.
도 1은 제 1 실시예의 방사선 치료 시스템을 도시하는 시스템 구성도.
도 2는 제 1 실시예의 의료 영상 처리 장치를 도시하는 블록도.
도 3은 제 1 실시예의 이동 대상물 추적 장치를 도시하는 블록도.
도 4는 X-선 조사기, X-선 검출기 및 환자의 관계를 나타내는 개략도.
도 5는 마커를 추적하기 위해 사용되는 X-선 영상(DRR 영상)을 나타내는 개략도.
도 6은 마커를 선택하기 위해 사용되는 X-선 영상(DRR 영상)을 나타내는 개략도.
도 7은 범위 통지가 변경될 때의 X-선 영상(DRR 영상)을 나타내는 개략도.
도 8은 범위 통지가 변경될 때의 X-선 영상(DRR 영상)을 나타내는 다른 개략도.
도 9는 의료 영상 처리 장치에 의해 수행되는 특정 설정 정보 생성 처리의 전반부를 나타내는 플로우 차트.
도 10은 의료 영상 처리 장치에 의해 수행되는 특정 설정 정보 생성 처리의 후반부를 나타내는 플로우 차트.
도 11은 제 1 실시예의 이동 대상물 추적 장치에 의해 수행되는 마커 추적 처리의 전반부를 나타내는 플로우 차트.
도 12는 제 1 실시예의 이동 대상물 추적 장치에 의해 수행되는 마커 추적 처리의 후반부를 나타내는 플로우 차트.
도 13은 제 2 실시예의 이동 대상물 추적 장치를 나타내는 블록도.
도 14는 이동 대상물 추적 장치에 의해 수행되는 인터록 처리의 전반부를 나타내는 플로우 차트.
도 15는 이동 대상물 추적 장치에 의해 수행되는 인터록 처리의 후반부를 나타내는 플로우 차트.
도 16은 제 3 실시예의 이동 대상물 추적 장치를 도시하는 블록도.
도 17a는 마커 영상을 도시하는 개략도.
도 17b는 비마커 영상을 도시하는 개략도.
도 18은 제 3 실시예의 이동 대상물 추적 장치에 의해 수행되는 마커 추적 처리를 나타내는 플로우 차트.
본 발명의 일 실시예에서, 의료 영상 처리 장치는 적어도 하나의 마커를 구비하는 대상물의 3차원 볼륨 영상을 취득하도록 구성된 제 1 입력 인터페이스로서, 상기 3차원 볼륨 영상은 의료 검사 장치를 사용하여 상기 대상물을 촬영함으로써 생성되는, 상기 제 1 입력 인터페이스; 상기 대상물을 촬영하여 상기 대상물의 형광투시 영상을 생성하는데 사용되는 촬영 장치의 기하학적 정보를 취득하도록 구성된 제 2 입력 인터페이스; 및 상기 3차원 볼륨 영상 및 상기 기하학적 정보에 기초하여 특정 설정 정보를 생성하도록 구성된 특정 설정 정보 생성기로서, 상기 특정 설정 정보는 상기 적어도 하나의 마커를 묘사하는 영상을 생성하기 위한 촬영 설정 또는 상기 적어도 하나의 마커를 묘사하는 영상의 영상 처리 설정에 사용되는, 상기 특정 설정 정보 생성기를 포함한다.
(제 1 실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 설명하도록 한다. 먼저, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 제 1 실시예의 의료 영상 처리 장치에 대해 설명하도록 한다. 도 1의 참조 부호 1은 방사선 치료에 사용되는 방사선 치료 시스템을 나타내며, 이 시스템에서는 환자(P)의 신체에 발생한 종양과 같은 병변 영역(T)에 방사선(R)이 조사된다. 치료에 사용되는 방사선(R)은 예를 들어, X-선, γ-선, 전자 빔, 양성자 빔, 중성자 빔 및 중입자 빔을 포함한다.
방사선 치료가 수행될 경우에는, 충분한 출력을 가진 방사선(R)이 환자(대상물)(P)의 병변 영역(T)(즉, 타겟 영역)의 위치에 정확하게 방사되어야 한다. 또한, 병변 영역(T) 근방의 정상 조직(비-타겟 영역)에 대한 노출량을 억제할 필요가 있다. 폐암, 간암 및 췌장암과 같은 내장 암 치료에서는, 병변 영역(T)이 항상 호흡, 심장 박동 및 장 움직임과 같은 움직임과 함께 이동한다. 복수의 조사 방법 중, 게이팅 조사 방법(gating irradiation method)에서는, 방사선(R)의 조사 위치와 조사 범위가 미리 고정되어 있다. 따라서, 병변 영역(T)이 특정한 위치에 있는 타이밍에서 병변 영역(T)의 움직임을 파악하여 방사선(R)을 조사할 필요가 있다. 추적 조사 방법(tracking irradiation method)에서는, 병변 영역(T)의 위치를 추적하고, 이 추적 처리에 의해 특정된 병변 영역(T)에 방사선(R)을 조사한다. 이하, 게이팅 조사의 경우에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 추적 조사 방법에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 병변 영역(T)의 위치를 특정하기 위해, X-선 영상이 사용된다. 그러나, 병변 영역(T)이 반드시 X-선 영상에 또렷하게 묘사된다고는 할 수 없다.
이 때문에, 본 실시예에서는, 마커(M)(도 4)가 병변 영역(T) 근방에 배치되어 있다. 이 마커(M)는 병변 영역(T)보다 또렷하게 나타난다. 이 마커(M)는 병변 영역(T)의 움직임과 동기적으로 움직이기 때문에, 병변 영역(T)의 움직임은, X-선을 사용하여 마커(M)의 움직임을 촬영하고 모니터링하는 것에 의해 파악된다. 그 후, 미리 정해진 조사 조건이 만족되는 타이밍에서 방사선(R)이 조사된다. 예를 들어, 이 조사 조건은, 환자(P)가 숨을 내쉬고(즉, 날숨), 마커(M)가 특정 위치에 오는 타이밍이며, 환자(P)의 호흡에 동기하여 방사선(R)이 병변 영역(T)에 반복적으로 조사된다. 이하의 설명에서는 호흡과 동기하는 방사선(R)의 조사를 예로 들어 설명하겠지만, 방사선(R)은 심장 박동 및 장 움직임과 같은 환자(P)의 다른 움직임과 동기하여 조사될 수도 있다.
본 실시예의 마커(M)는, 예를 들면 직경이 약 1 mm 내지 2 mm인 미세한 금속 볼(metal ball)로 구성된다. 마커(M)의 재료로서는 신체에 놓여지거나 내재될 경우에도 무해한 재료를 사용한다. 예를 들어, 금이 사용된다. 금속은 인체를 구성하는 조직보다 X-선을 투과시키기 어려운 재료이기 때문에, X-선 영상(40)에서 금속은 비교적 또렷하게 묘사된다(도 5 내지 도 8). 또한, 마커(M)는 인트로듀서(니들 가이드(needle guide))와 같은 전용 천자 장치(puncture instrument)를 사용하여 신체 내에 삽입된다. 예를 들어, 복수의 마커(M1 내지 M3)가 신체 내의 병변 영역(T)의 근방에 놓이게 된다(도 4).
도 1에 도시된 바와 같이, 방사선 치료 시스템(1)을 사용하는 치료 계획을 마련하는 경우, 먼저, 마커(M)가 배치된 환자(대상물)(P)에 대해 컴퓨터 단층촬영을 수행한다. 본 실시예에서는, 컴퓨터 단층촬영에 의해 환자(P)에 대한 각종 검사를 수행하는 의료 검사 장치(2)가 제공된다. 이 의료 검사 장치(2)는 X-선 CT(Computed Tomography) 장치로서 구성된다. 의료 검사 장치(2)를 이용하여 환자(P)의 3차원 볼륨 영상이 생성된다. 3차원 볼륨 영상은, 예를 들어 복셀(voxel) 데이터로 구성된다.
본 실시예에서는 X-선 CT 장치를 예시하고 있지만, 의료 검사 장치(진단 장치)(2)는 환자(P)의 3차원 볼륨 영상을 취득할 수만 있다면 다른 타입의 진단 장치일 수도 있다. 예를 들어, 의료 검사 장치(2)는 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 장치 또는 초음파 진단 장치로서 구성될 수도 있다.
본 실시예의 방사선 치료 시스템(1)은 의료 영상 처리 장치(3), X-선 촬영 장치(7)(형광투시 촬영 장치), 호흡 모니터링 장치(8), 이동 대상물 추적 장치(4), 방사선 조사 장치(5) 및 환자(P)가 놓여지는 침대(6)를 포함한다. 의료 영상 처리 장치(3)는 마커(M)를 묘사하는 영상을 생성하기 위한 촬영 설정 또는 이 영상의 영상 처리 설정을 위해서 사용되는 특정 설정 정보를 생성한다. X-선 촬영 장치(7)는 환자(P)를 연속적으로(순차적으로) 촬영하여, 환자(P)의 병변 영역(T)과 마커(M)가 묘사된 X-선 영상(형광투시 영상)(40)을 생성한다. 호흡 모니터링 장치(8)는 환자(P)의 호흡을 모니터한다. 이동 대상물 추적 장치(4)는 특정 설정 정보 및 각 X-선 영상(40)을 이용하여, 매 순간마다 이동하는 마커(M)의 위치를 추적(즉, 트레이스)한다. 방사선 조사 장치(5)는 이동 대상물 추적 장치(4)를 이용하여 추적된 마커(M)가 특정 위치(게이팅 윈도우)(41)에 존재할 경우, 방사선으로 병변 영역(T)을 조사한다.
본 실시예의 의료 영상 처리 장치(3) 및 이동 대상물 추적 장치(4)는 하드웨어 자원, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 및 HDD(Hard Disc Drive)를 포함하며, CPU에 각종 프로그램을 실행시킴으로써 이 하드웨어 자원을 이용하여 소프트웨어에 의한 정보 처리를 실현하는 컴퓨터로서 구성된다.
또한, 본 실시예의 의료 영상 처리 방법은, 컴퓨터에 각종 프로그램을 실행시킴으로써 실현된다.
또한, X-선 촬영 장치(7) 및 호흡 모니터링 장치(8)는 이동 대상물 추적 장치(4)에 연결되어 있다. 각 X-선 영상(40)에는, 마커(M)의 영상이 나타난다. 또한, 이동 대상물 추적 장치(4)는 방사선 치료 중에 X-선 촬영 장치(7)를 사용하여 환자(P)를 촬영함으로써 생성되는 각 X-선 영상(40)에서 마커(M)의 위치를 추적하며, 또한 호흡 모니터링 장치(8)를 이용하여 환자(P)의 호흡 상태(즉, 호흡 파형)를 모니터한다. 또한, 이동 대상물 추적 장치(4)는 방사선(R)의 조사 타이밍을 특정하고, 조사 타이밍 신호를 출력한다.
X-선 촬영 장치(7)는 환자(P)에게 X-선을 조사하도록 구성된 2개의 X-선 조사기(9) 및 환자(P)를 투과한 X-선을 검출하도록 구성된 2개의 X-선 검출기(10)를 포함한다. 또한, 각 X-선 검출기(10)는 예를 들어 FPD(Flat Panel Detector) 또는 영상 인텐시파이어로 구성된다.
즉, 본 실시예의 방사선 치료 시스템(1)은, 그 각각이 하나의 X-선 조사기(9)와 하나의 X-선 검출기(10)를 포함하는, 2 쌍의 X-선 조사 유닛 및 검출 유닛을 구비하고 있다. 2 쌍의 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)를 사용하여 2개의 서로 다른 방향으로부터 동시에 X-선 촬영을 행함으로써, 마커(M)의 3차원 위치를 특정할 수가 있다. 또한, 영상 처리를 수행하는 것에 의하여, 2개의 방향으로부터 환자(P)를 동시에 촬영함으로써 생성된 각각의 X-선 영상(40)에 묘사된 동일한 마커들(M)을 서로 연관시키는 것이 가능하다.
실제의 X-선 촬영에서는, 2 쌍의 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)를 이용하여 2개의 방향(예를 들면, 환자(P)의 우측으로부터의 방향 및 환자(P)의 좌측으로부터의 방향)으로부터 환자(P)를 촬영함으로써 한 쌍의 X-선 영상(의료 영상)(40)을 생성한다. 또한, 후술하는 DRR 영상(디지털 재구성 방사선 영상, 디지털 재구성 방사선 사진, 또는 의료 영상)(46)에 있어서는, 한 쌍의 영상을 얻을 수 있다. 그러나, 이하의 설명에서는, 실시예들(도 5 내지 도 8)의 이해를 용이하게 하기 위해, 한 방향으로부터 취해진 X-선 영상(40) 및 DRR 영상(46)을 예로 들어 설명할 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 병변 영역(T) 및 복수의 마커(M)가 X-선 영상(40)에 나타난다. 이것은 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)의 조건들, 예를 들어 병변 영역(T) 및 각 마커(M)가 X-선 영상(40)에 묘사되는 배치 및 방향의 방식에 의해 결정된다. X-선 영상(40)은 시간 순차적으로 연속 생성되기 때문에, 복수의 X-선 영상(프레임)(40)으로부터 동영상을 생성할 수 있다. 시간 순차적 X-선 영상(40)을 영상 처리함으로써, 마커(M)의 움직임, 즉 병변 영역(T)의 움직임을 파악할 수 있다.
예를 들어, 복수의 X-선 영상(40) 각각의 마커(M)의 위치를 연결함으로써, 마커(M)의 이동 궤적(42)을 취득할 수 있다. 마커(M)의 이동 궤적(42)에서, 날숨을 쉬는(즉, 숨을 내쉬는) 때의 종점 위치(43) 및 들숨을 쉬는(즉, 숨을 들이쉬는) 때의 종점 위치(44)는 또렷하다. 날숨을 쉴 때의 종점 위치(43)는 특정 위치(41)로서 규정된다. 이 특정 위치(41)에 마커(M)가 존재할 경우에, 방사선(R)이 병변 영역(T)에 조사된다. 이러한 방식으로, 마커(M)의 추적 처리에 기초하여 정확한 호흡 동기화된 조사를 실현할 수 있다. 또한, 특정 위치(41)는 도 5에 도시된 바와 같이 X-선 영상(40)에 포함되는 특정 영역(예를 들어, 직사각형 영역)이다.
X-선 영상(40)의 전체 범위가 실시간으로 처리될 경우, CPU의 처리 부하는 높아진다. 따라서, 영상 처리의 부하를 경감하기 위해서, X-선 영상(40)에 마커(M)가 묘사될 가능성이 있는 특정 범위(탐색 범위)(45)가 설정되고, 이 특정 범위(45)만을 탐색하는 영상 처리가 수행된다. 또한, 환자(P)를 X-선 영상(40)(DRR 영상(46))으로서 2 방향에서 촬영하여 생성되는 한 쌍의 영상을 취득한 후에 그 한 쌍의 X-선 영상(40)(DRR 영상(46))의 특정 범위(45) 및 특정 위치(41)를 지정함으로써, 마커(M) 및 그 이동 궤적(42)의 위치를 3차원적으로 취득할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 호흡 모니터링 장치(8)는 환자(P)에 부착된 호흡 센서(11)에 연결된다. 이 호흡 센서(11)는 환자(P)의 호흡 상태를 모니터하기 위해 사용된다. 호흡 모니터링 장치(8)는 환자(P)의 호흡 상태를 나타내는 호흡 정보를 이동 대상물 추적 장치(4)에 출력한다. 본 실시예에서, 방사선 치료 시스템(1)은 이하의 제 1 및 제 2 조건들 모두가 만족되는 경우에, 방사선(R)을 병변 영역(T) 상에 조사하도록 구성된다. 제 1 조건은 호흡 모니터링 장치(8)에 의해 취득된 환자(P)의 호흡 상태가 환자(P)가 내쉰 것을 나타내는 것이다. 제 2 조건은 마커(M)가 특정 위치(41)에 존재한다는 것이다. 환자(P)의 호흡 상태에 관계없이 마커(M)가 특정 위치(41)에 존재할 경우 방사선(R)이 병변 영역(T) 상에 조사될 수 있음에 유의해야 한다.
또한, 방사선 조사 장치(5)는 조사 제어기(12)에 연결되어 있다. 방사선(R)의 조사 타이밍은 조사 제어기(12)에 의해 제어된다. 또한, 조사 제어기(12)는 이동 대상물 추적 장치(4)에 연결되어 있다. 조사 제어기(12)는 이동 대상물 추적 장치(4)로부터 출력된 조사 타이밍 신호를 수신할 경우, 방사선 조사 장치(5)가 방사선(R)을 조사하도록 하는 방식으로 방사선 조사 장치(5)를 제어한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 의료 검사 장치(2)는 환자(P)의 컴퓨터 단층촬영을 수행하기 위한 장치이며, 환자(P)를 복수의 방향에서 촬영함으로써 환자(P)의 투영 데이터를 생성하도록 구성된 투영 데이터 생성기(13) 및 투영 데이터 생성기(13)에 의해 얻어진 복수의 2차원 투영 데이터에 기초하여 환자(P)의 입체 3차원 볼륨 영상을 생성하도록 구성된 3차원 볼륨 영상 생성기(14)를 포함한다. 3차원 볼륨 영상은, 예를 들어, 복수의 복셀의 정보를 포함한다. 3차원 볼륨 영상 생성기(14)는 3차원 볼륨 영상을 의료 영상 처리 장치(3)에 출력한다. 컴퓨터 단층촬영을 시간 순차적으로 연속 수행함으로써 환자(P)의 입체 동영상을 생성하는 것이 가능하다. 이것은 병변 영역(T) 및 마커(들)(M)의 3차원 움직임을 취득하는 것을 가능하게 한다.
의료 영상 처리 장치(3)는 제 1 입력 인터페이스(즉, 제 1 취득부)(15), 3차원 볼륨 영상 메모리(16), 제 2 입력 인터페이스(즉, 제 2 취득부)(17), 기하학적 정보 메모리(18), 및 위치 정보 분석기(즉, 위치 정보 취득부)(19)를 포함한다. 제 1 입력 인터페이스(15)는 의료 검사 장치(2)로부터 환자(P)의 3차원 볼륨 영상을 취득한다. 3차원 볼륨 영상 메모리(16)는 제 1 입력 인터페이스(15)에 의해 취득된 3차원 볼륨 영상을 저장한다. 제 2 입력 인터페이스(17)는 환자(P)를 촬영하여 X-선 영상(40)을 생성하기 위해 사용되는 X-선 촬영 장치(7) 내의 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)의 기하학적 정보를 취득한다. 기하학적 정보 메모리(18)는 제 2 입력 인터페이스(17)에 의해 취득된 기하학적 정보를 저장한다. 위치 정보 분석기(19)는, 3차원 볼륨 영상 메모리(16)에 저장된 3차원 볼륨 영상에 기초하여, 마커(M)의 위치 정보(예를 들면, 좌표)를 취득(즉, 산출)한다.
또한, 기하학적 정보는 각 X-선 조사기(9)의 위치, 각 X-선 검출기(10)의 위치, 및 각 X-선 검출기(10)의 X-선 검출 평면의 방향을 나타내는 파라미터를 포함한다. 기하학적 정보는 예를 들어, X-선 촬영 장치(7)의 설계 도면 데이터(CAD 데이터)에 기초하여 미리 설정된다. 또한, 제 2 입력 인터페이스(17)는 외부 장치로부터 기하학적 정보를 취득하는 것 외에, 기하학적 정보를 미리 저장할 수도 있다. X-선 촬영 장치(7)가 이동 가능한 경우, 제 2 입력 인터페이스(17)는 외부로부터 각 상태의 기하학적 정보를 취득하여 저장한다.
또한, 환자(P)의 3차원 볼륨 영상은 마커(M)를 구성하는 금속(예를 들어, 금)의 CT 값을 포함한다. 위치 정보 분석기(19)는, 금속의 CT 값을 지정함으로써 환자(P)의 신체 내에 놓여 있는 마커(M)의 3차원 위치 정보를 취득할 수 있다. 또한, 의료 검사 장치(2)는 컴퓨터 단층촬영을 시간 순차적으로 연속 수행한다. 따라서, 환자(P)의 호흡 상태는 또한 각 촬영의 타이밍에 대응하도록(즉, 각 촬영과 동기되도록) 시간 순차적으로 모니터된다. 호흡 상태를 나타내는 호흡 정보는 의료 검사 장치(2)로부터 얻어진 3차원 볼륨 영상과 연관되어 3차원 볼륨 영상 메모리(16)에 저장된다.
또한, 환자(P)의 3차원 볼륨 영상은 병변 영역(T)의 위치 정보를 포함한다. 치료 계획시에 3차원 볼륨 영상 중의 병변 영역(T)의 위치 정보는 사용자(예를 들어, 의사)에 의해서 입력되지만, 병변 영역(T)의 위치 정보를 자동으로 식별하여 그 사용자를 보조할 수도 있다. 특정 시간에 병변 영역(T)의 위치 정보가 사용자에 의해 입력되면, 다른 시간들에서의 병변 영역(T) 및 마커(M)의 위치 정보가 영상 등록에 의해 계산될 수 있으며 따라서 자동적으로 취득될 수 있다. 3차원 볼륨 영상에서의 마커(M)의 위치 정보는 전술한 바와 같이 CT 값으로부터 자동으로 취득될 수 있다.
의료 영상 처리 장치(3)는 환자(P)의 3차원 볼륨 영상 및 X-선 촬영 장치(7)의 기하학적 정보에 기초하여 DRR 영상(46)을 생성하도록 구성된 DRR 영상 생성기(20)를 포함하며, 각 DRR 영상(46)을 디스플레이하도록 구성된 DRR 영상 모니터(즉, 재구성 영상 표시부)(21)를 더 포함한다. 각 DRR 영상(46)은 X-선 촬영 장치(7)를 이용하여 3차원 볼륨 영상을 가상적으로 촬영하여 얻어지는 가상 X-선 영상(40)이다. X-선 영상(40) 및 DRR 영상(46)은 거의 동일한 구성을 갖는 영상이기 때문에, 이하의 설명에서는 도 5 내지 도 8에 예시된 4개의 개략 영상 도면 각각이 X-선 영상(40)이면서 또한 DRR 영상(46)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 의료 영상 처리 장치(3)는 특정 설정 정보 생성기(22) 및 특정 설정 정보 메모리(23)를 포함한다. 특정 설정 정보 생성기(22)는 환자(P)의 3차원 볼륨 영상, X-선 촬영 장치(7)의 기하학적 정보, 마커(M)의 위치 정보, 및 DRR 영상(46)에 기초하여 특정 설정 정보를 생성한다. 특정 설정 정보는 마커(M)를 묘사하는 영상을 생성하는 촬영 설정 또는 이 영상의 영상 처리 설정에 사용된다. 특정 설정 정보 메모리(23)는 특정 설정 정보를 저장한다. 마커(M)를 묘사하는 영상(즉, 마커(M)가 나타나는 영상)은 X-선 촬영 장치(7)에 의해 생성되는 X-선 영상(40)과 DRR 영상 생성기(20)에 의해 생성되는 DRR 영상(46) 모두를 포함한다.
본 실시예의 특정 설정 정보(추적 조건)는, X-선 촬영 장치(7)에 의해 X-선 영상(40)을 생성하고, 이동 대상물 추적 장치(4)에 의한 마커(M)의 이동을 추적하는데 사용되는 설정에 관한 것이다. 예를 들어, 특정 설정 정보는, 마커(M)의 이동 궤적(42)을 예측하고, 특정 범위(45) 및 특정 위치(41)를 X-선 영상(40)(도 5)에 설정하기 위한 정보를 포함한다. 또한, 특정 설정 정보는, 환자(P)가 구비하는 복수의 마커(M) 중 하나가 영상 처리의 타겟으로 설정되는지의 여부에 관한 정보를 더 포함한다.
이러한 방식으로 특정 설정 정보를 생성함으로써, 이동 대상물 추적 장치(4)가 수행하는 영상 처리에 사용되는 특정 범위(45) 및 특정 위치(41)의 설정을 자동화할 수 있다. 따라서, 의사 또는 방사선 기술자와 같은 사용자의 시간과 노동력을 절약할 수 있다. 또한, 마커(M)의 위치 정보를 이용하여 특정 설정 정보를 생성함으로써, 마커(M)를 포함하는 영역을 촬영하거나, 마커(M)의 위치에 따라 마커(M)가 묘사되어 있는 영상에 대한 영상 처리를 수행할 수 있다.
특정 설정 정보는 환자(P)를 촬영(즉, X-선 영상(40)을 생성)하기 전에 생성될 수 있음에 유의해야 한다. 마커(M)의 추적에 관한 설정이 수동으로 행해지기 때문에 미리 환자(P)를 촬영하여 X-선 영상(40)을 생성할 필요가 있는 경우와 비교할 때, 본 실시예에서는 마커(M)의 추적에 관한 설정을 보다 짧은 시간에 완료할 수 있다. 본 실시예에서는 환자(P)를 미리 촬영할 필요가 없기 때문에, 환자에 대한 노출량을 줄일 수가 있다.
특정 설정 정보에 특정 범위(45)를 설정하기 위한 정보를 포함시킴으로써 마커(M)를 묘사하는 특정 범위(45)에 대해서 주로 영상 처리가 수행될 수 있기 때문에, 처리 부하가 감소될 수 있다. 또한, 특정 설정 정보는 특정 위치(41)(게이팅 윈도우)를 설정하기 위한 정보를 포함하기 때문에, 특정 설정 정보를 사용하여 방사선 조사 장치(5)의 방사선 조사 타이밍을 설정할 수 있다. 특정 위치(41)는 소정의 마진을 갖는 핀포인트(pinpoint) 또는 영역일 수 있다.
특정 설정 정보는 마커(M)가 존재할 가능성이 높은 범위로 방사되는 X-선의 출력을 향상시키기 위한 설정에 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이 마커(M)가 존재할 가능성이 높은 범위에 대한 X-선의 조사 출력을 향상시킴으로써, 방사선 치료 시스템(1)은 마커(M) 이외의 조직의 노출량을 감소시키면서 X-선 영상(40)에 마커(M)를 또렷하게 촬영할 수 있다. 따라서, 각 X-선 영상(40)에 묘사되는 마커(M)를 특정하기 위한 영상 처리를 보다 용이하게 수행할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 환자(P)의 신체 및/또는 침대(6)의 금속 부분에는 뼈(47) 및 내부 장기(48)와 같이 X-선을 투과시키는 것을 어렵게 하는 부분들이 있다. 마커(M)의 영상이 그러한 부분의 영상(49)(도 6)에 중첩될 경우, 영상 처리에 의해 마커(M)의 위치를 특정하는 것은 어렵다. 이 때문에, 특정 설정 정보 생성기(22)는, 환자(P)의 신체 내에 놓여 있는 복수의 마커(M) 중, X-선 영상(40)에 또렷하게 묘사되는 마커(M)를 특정하기 위해 사용되는 특정 설정 정보를 생성하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 3개의 마커(M1 내지 M3)가 신체 내에 놓이게 된다. 이 경우, 특정 설정 정보 생성기(22)는, 마커(M1)의 위치를 통과하도록 X-선 조사기(9)로부터 X-선 검출기(10)로 연장되는 직선(L1), 마커(M2)의 위치를 통과하도록 X-선 조사기(9)로부터 X-선 검출기(10)로 연장되는 직선(L2), 마커(M3)의 위치를 통과하도록 X-선 조사기(9)로부터 X-선 검출기(10)로 연장되는 직선(L3)을 식별한다.
또한, 특정 설정 정보 생성기(22)는 X-선 조사기(9)와 X-선 검출기(10) 사이에 가상적으로 3차원 볼륨 영상을 배치한다. 3차원 볼륨 영상이 CT 영상인 경우, CT 영상을 구성하는 각 복셀에는 X-선 투과의 어려움을 나타내는 CT 값이 부여된다. 다른 복셀의 각 CT 값과 비교하여 뼈(47) 및 내부 장기(48)와 같은 X-선을 투과시키기 어려운 부분의 각 복셀에 더 큰 CT 값이 부여된다. 이 때문에, 특정 설정 정보 생성기(22)는, X-선 조사기(9)와 가상 X-선 검출기(10) 사이에 존재하는 가상 3차원 볼륨 영상에서 직선(L1)의 통과 지점인 모든 복셀의 CT 값에 대한 합계 값을 산출한다. 특정 설정 유닛(22)은 가상 3차원 볼륨 영상에서 직선(L2)의 통과 지점인 모든 복셀의 CT 값에 대한 합계 값을 산출하고, 마찬가지로 가상 3차원 볼륨 영상에서 직선(L3)의 통과 지점인 모든 복셀의 CT 값에 대한 합계 값을 산출한다. 특정 설정 정보 생성기(22)는 3개의 합계 값의 최소 합계 값에 대응하는 직선을 선택한다. 도 4의 경우, 직선(L1)은 직선(L1 및 L2)과 비교하여 내부 장기(48)의 영역을 통과하지 않기 때문에 이것이 지정된다. 그리고, 지정된 직선(L1)에 대응하는 마커(M1)가 영상 처리의 타겟으로서 설정된다. 이러한 방식으로, 복수의 마커(M1 내지 M3) 중에서, 영상 처리에 적합한 마커(M1)가 선택될 수 있다.
본 발명의 특정 설정 정보 생성기(22)는, 3차원 볼륨 영상이 CT 영상인 경우, 마커(M1 내지 M3)의 각 위치를 통과하는 직선(L1 내지 L3)으로부터 영상 처리 타겟으로서 마커(M1)를 선택 및 설정한다. 이는 마커(M1)가 X-선 조사기(9)로부터 X-선 검출기(10)까지의 직선 상에 존재하는 모든 복셀의 CT 값의 합이 가장 작은 직선(L1)에 대응하기 때문이다. 이러한 방식으로, 환자(P)가 X-선 영상(40)을 생성하기 위해서 촬영될 경우에는, 복수의 마커(M1 내지 M3) 중에서 X-선 영상(40)에 가장 또렷하게 묘사된 마커(M1)가 선택될 수 있다. 마커(M1 내지 M3) 중 어느 하나가 영상 처리될 수 있다. 또한, 마커(M1 내지 M3) 중 2개 이상이 영상 처리될 수도 있다. 영상 처리의 타겟으로서 2개 이상의 마커가 설정될 경우에는, 복셀 값의 합계 값에 대한 오름차순으로 2개의 직선을 지정하여, 지정된 2개의 마커를 타겟으로 할 수 있다.
영상 처리 타겟인 마커(M)는 전술한 바와 같이 3차원 볼륨 영상의 복셀 값에 기초하여 지정될 수 있으며, 또는 각 DRR 영상(46)의 콘트라스트 평가에 기초하여 지정될 수도 있다. 또한, 영상 처리 타겟인 마커(M)는 3차원 볼륨 영상의 복셀 값의 평가와 DRR 영상(46)의 콘트라스트 평가를 조합하여 지정될 수도 있다.
특정 설정 정보 생성기(22)가 DRR 영상(46)의 콘트라스트를 평가할 경우, 특정 설정 정보 생성기(22)는 DDR 영상(46)에 묘사된 마커(M1 내지 M3)의 각 영상으로부터 주변과의 콘트라스트가 가장 높은 것을 지정(즉, 선택)한다. 주변과의 콘트라스트만 평가할 필요가 있기 때문에, 전체 DRR 영상(46)을 생성할 필요는 없다. 마커(M1 내지 M3) 주위의 일부 영상만이 생성되면, 주변과의 콘트라스트가 계산될 수 있다.
또한, 특정 설정 정보는 환자(P)의 호흡 상태에 따라 특정 범위(45)를 변경하기 위한 정보를 포함할 수 있으며, 이 정보는 환자(P)의 호흡을 모니터하기 위한 호흡 모니터링 장치(8)를 이용하여 취득된다. 예를 들어, 환자(P)가 횡격막을 낮춤으로써 폐의 용적을 팽창시키고 들숨을 쉴 경우에는, 마커(M)가 도 7에 도시된 바와 같이 X-선 영상(40)의 하부측으로 이동한다. 환자(P)가 횡격막을 들어올림으로써 폐의 용적을 좁히고 날숨을 쉴 경우에는, 마커(M)가 X-선 영상(40)의 상부측으로 이동한다. 이 경우, 마커(M)의 이동 궤적(42)의 상부측만이 날숨의 후반 반기로부터 들숨의 전반 반기까지의 특정 범위(45a)로서 규정되는 한편, 마커(M)의 이동 궤적(42)의 하부측만이 들숨의 후반 반기부터 날숨의 전반 반기까지의 특정 범위(45b)로서 규정되도록 하는 방식으로 변경될 수 있다.
이러한 방식으로, 환자(P)의 호흡 상태에 따라 특정 범위(45a, 45b)가 설정되어, X-선 영상(40)을 생성하기 위해 환자(P)를 적절히 촬영할 수 있으며, 이 경우에 마커(M)는 만족스럽고 또렷하게 묘사된다. 또한, 최소 필요 영역의 특정 범위(45a, 45b)를 설정하는 것이 가능하기 때문에, 특정 범위(45a 및 45b)를 좁게 함으로써 영상 처리의 부하를 경감할 수 있다. 또한, 호흡 모니터링 장치(8)로부터 출력된 호흡 정보에 따라 특정 범위(45a 및 45b)를 사용하여, 마커(M)로서 노이즈를 잘못 추적할 위험이 더욱 감소된다. 환자(P)의 호흡 상태에 따라 2개의 특정 범위가 설정되는 경우에 대해 설명하였지만, 3개 이상의 특정 범위가 설정될 수도 있다. 3개 이상의 특정 범위가 설정될 경우에는, 추적 영상 처리의 부하가 더욱 감소될 수 있다.
또한, 복수의 마커(M1 내지 M3)는 X-선 영상(40)을 이용하여 복잡한 방식으로 추적될 수도 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 마커(M1 내지 M3)의 각 이동 궤적(42)의 일부는, 예를 들면 뼈(47)의 영상(49)에 숨겨져 있을 수도 있다. 이러한 경우, 소정의 마커(M1)의 이동 궤적(42)의 상부측만이 날숨의 후반 반기로부터 들숨의 전반 반기까지의 특정 범위(45c)로서 규정되고, 다른 마커(M2)의 이동 궤적(42)의 하부측만이 들숨의 후반 반기로부터 날숨의 전반 반기까지의 특정 범위(45d)로서 규정된다. 날숨 시의 마커(M2)의 종점 위치(43)가 특정 위치(41a)로서 규정된다. 이러한 방식으로, 호홉 사이클의 임의의 지점에서 임의의 마커(M)를 추적하는 것이 가능하다.
의사 또는 방사선 기술자와 같은 사용자는 치료 전의 리허설 중에 X-선 촬영 장치(7)를 사용하여 촬영된 환자(P)의 DRR 영상(46) 또는 X-선 영상(40)을 참조하면서 특정 설정 정보를 변경할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 이동 대상물 추적 장치(4)에서 추적 대상인 마커(M)를 선택하고, 특정 범위(45c 및 45d)를 변경하거나 또는 특정 위치(41a)를 변경할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 의료 영상 처리 장치(3)는 선택 입력 인터페이스(즉, 선택 입력 수신부)(24), 마커 설정기(즉, 마커 설정부)(25), 범위 입력 인터페이스(즉, 범위 입력 수신부)(26), 범위 변경기(즉, 범위 변경부)(27), 리허설 영상 입력 인터페이스(즉, 형광투시 영상 취득부)(28), 리허설 영상 모니터(형광투시 영상 표시부)(28)를 구비하고 있다. 선택 입력 인터페이스(24)는 사용자에 의해 입력되는 마커(M)의 선택 명령을 수신한다. 마커 설정기(25)는 이 선택 명령에 의해 선택되는 마커(M)를 추적 타겟으로 설정한다. 범위 입력 인터페이스(26)는 사용자에 의해 입력되는 특정 범위(45) 또는 특정 위치(41) 변경 명령을 수신한다. 범위 변경기(27)는 변경 명령에 대응하는 특정 범위(45) 또는 특정 위치(41)에 기초하여 특정 설정 정보를 변경한다. 리허설 영상 입력 인터페이스(28)는 치료 전의 리허설 동안에 X-선 촬영 장치(7)(이동 대상물 추적 장치(4))를 이용하여 촬영되는 환자(P)의 X-선 영상(40)을 취득한다. 리허설 영상 모니터(29)는 각 X-선 영상(40)을 디스플레이한다.
전술한 DRR 영상 모니터(21) 및 리허설 영상 모니터(29)는 DRR 영상(46)의 디스플레이와 X-선 영상(40)의 디스플레이 사이를 전환하거나 또는 DRR 영상(46)과 X-선 영상(40)을 동시에(즉, 수직 또는 수평 방향으로 나란히) 배치한다. 또한, DRR 영상 모니터(21) 및 리허설 영상 모니터(29) 각각은 별개의 모니터로서 구성될 수 있다.
또한, DRR 영상 모니터(21) 또는 리허설 영상 모니터(29)는 특정 설정 정보 메모리(23)에 저장된 특정 설정 정보에 기초하여 DRR 영상(46) 또는 X-선 영상(40)에 특정 범위(45)를 설정한다. DRR 영상 모니터(21) 또는 리허설 영상 모니터(29)는, DRR 영상(46) 또는 X-선 영상(40)을 디스플레이할 때, 범위 표시(52)가 그 영상에 중첩되도록 하는 방식으로 특정 범위(45)를 나타내는 범위 표시(52)를 디스플레이한다(도 5 내지 도 8).
예를 들어, 범위 표시(52)는 영상 내의 마커(M)의 이동 궤적(42)을 둘러싸도록 디스플레이된다. 이러한 방식으로, 사용자는 범위 표시(52)에 의해, 마커(M)가 DRR 영상(46) 또는 X-선 영상(40)에 나타나는 범위를 파악할 수 있다. 또한, 의료 영상 처리 장치(3)는 사용자가 특정 범위(45a, 45b, 45c 및 45d)와 같은 관련 정보를 충분히 이해하기에 충분한 범위 표시(52)를 출력 또는 표시하도록 구성될 수 있다.
그 다음, 선택 입력 인터페이스(24)는 사용자에 의해 입력되는 마커(M)를 선택하도록 하는 명령을 수신한다. 또한, 마커 설정기(25)는, 수신한 선택 명령을 특정 설정 정보 생성기(22)에 전송함으로써, 이 선택 명령이 특정 설정 정보의 생성에 반영되도록 한다. 또한, 범위 입력 인터페이스(26)는 사용자에 의해 입력되는 특정 범위(45) 또는 특정 위치(41)를 변경하도록 하는 변경 명령을 수신한다. 또한, 범위 변경기(27)는 수신한 변경 명령에 기초하여 특정 설정 정보 메모리(23)에 저장되어있는 특정 설정 정보를 변경한다. 또한, 선택 입력 인터페이스(24) 및 범위 입력 인터페이스(26)는 키보드, 마우스 및 터치 패널과 같은, 사용자에 의해 조작될 수 있는 사용자 인터페이스(입력부)를 포함한다. 범위 입력 인터페이스(26)는 사용자로부터 수정 명령을 수신할 필요가 없다. 예를 들어, 범위 입력 인터페이스(26)는 특정 범위(45)가 정확한지의 여부를 판정하는 외부 프로그램에 의해서 수정 명령이 입력되는 인터페이스일 수 있다.
또한, 마커 설정기(25)는 DRR 영상 생성기(20)에 의해서 생성된 DRR 영상(46)에 기초하여 복수의 마커(M) 중에서 적절한 마커(M)를 자동으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 병변 영역(T)에 가장 가깝게 위치된 마커(M)가 선택될 수 있으며, 또는 주변과의 콘트라스트가 높은 마커(M)가 선택될 수도 있다. 여기서, 마커 설정기(25)는 특정 설정 정보 메모리(23)에 저장된 특정 설정 정보에 기초하여 적절한 마커(M)를 선택하거나, 적절한 마커(M)를 새로 선택하여 선택된 마커(M)의 정보를 특정 설정 정보 생성기(22)에 전송할 수 있다.
또한, 의료 영상 처리 장치(3)는, 마커 설정기(25)에 의해 자동 선택되는 마커(M)를 사용자가 변경 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 마커(M)가 있을 경우, 마커 설정기(25)는 각 범위 표시(52)(도 6)를 가진 선택 사항들로서 마커(M)를 둘러쌀 수 있으며, 또한 사용자가 적절하다고 판단한 범위 표시(52)를, 이들 범위 표시(52) 중에서 선택할 수도 있다.
이러한 방식으로, 마커(M)가 나타나는 특정 범위(45)가 사용자의 결정에 따라 적절하게 수정될 수 있다. 또한, 사용자는 리허설 동안에 X-선 촬영 장치(7)를 사용하여 환자(P)를 촬영함으로써 생성된 실제 X-선 영상(40)을 보면서, 복수의 마커(M) 중에서, 환자(P)를 촬영하여 X-선 영상(40)을 생성하기에 적합하거나, 또는 X-선 영상(40)의 영상 처리에 적합한 마커(M)를 선택할 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 실시예의 이동 대상물 추적 장치(4)는, 특정 설정 정보 입력 인터페이스(즉, 특정 설정 정보 취득부)(30), X-선 영상 입력 인터페이스(즉, X-선 영상 취득부)(31), 범위 설정기(즉, 범위 설정부)(32), X-선 영상 모니터(즉, X-선 영상 표시부)(33)를 포함한다. 특정 설정 정보 입력 인터페이스(30)는 의료 영상 처리 장치(3)로부터 특정 설정 정보를 취득한다. X-선 영상 입력 인터페이스(31)는 X-선 촬영 장치(7)를 이용하여 환자(P)를 촬영하는 것에 의해 생성되는 X-선 영상(40)을 취득한다. 범위 설정기(32)는 특정 설정 정보에 기초하여, 마커(M)가 X-선 영상(40)에 묘사되는 범위를 나타내는 특정 범위(45)를 설정한다. X-선 영상 모니터는 X-선 영상(40)을 디스플레이한다.
여기서, 특정 설정 정보 입력 인터페이스(30)에 의해 취득되는 특정 설정 정보는 X-선 촬영 장치(7)에 입력된다. X-선 촬영 장치(7)는 환자(P)를 촬영하기 위한 특정 설정 정보를 사용하여, 마커(M)가 나타나는 X-선 영상(40)을 생성한다. 예를 들어, X-선 촬영 장치(7)는 특정 설정 정보에 기초하여, X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)의 배치를 설정한다. 이 설정에 따라, X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)가 작동하여, 리허설 동안의 X-선 촬영 및 치료시의 X-선 촬영이 수행된다. 또한, 특정 설정 정보에 기초하여, X-선 촬영 장치(7)는 마커(M)가 존재할 가능성이 높은 범위 상에 방사되는 X-선의 출력을 증가시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로, X-선 촬영 장치(7)는 마커(M)가 존재하지 않을 가능성이 높은 범위 상에 방사되는 X-선의 출력을 감소시킬 수 있다.
처리 전의 리허설시에 X-선 촬영 장치(7)에 의해 생성되는 X-선 영상(40)이 의료 영상 처리 장치(3)에 출력된다. 또한, 치료 동안에 X-선 촬영 장치(7)에 의해 생성되는 각 X-선 영상(40)이 X-선 영상 모니터(33)에 디스플레이된다. X-선 영상 모니터(33)는, X-선 영상(40)을 디스플레이할 경우에, 특정 범위(45)를 나타내는 범위 표시(52)를 X-선 영상(40)에 중첩한다(도 5 내지 도 8).
또한, 이동 대상물 추적 장치(4)는 추적 처리기(즉, 추적부)(35), 조사 판정 처리기(즉, 조사 판정부)(36) 및 조사 신호 출력 인터페이스(즉, 조사 신호 출력부)(37)를 포함한다. 추적 처리기(35)는 특정 설정 정보를 이용하여 X-선 영상(40)에 나타나는 마커(M)의 위치를 추적하는 영상 처리를 수행한다. 조사 판정 처리기(36)는 마커(M)의 위치에 기초하여, 방사선(R)의 조사 타이밍인지의 여부를 판정한다. 조사 신호 출력 인터페이스(37)는, 조사 판정 처리기(36)에 의해서 조사 타이밍으로 판정될 경우에, 조사 타이밍 신호를 출력한다.
여기서, 이동 대상물 추적 장치(4)는 추적 처리기(35)를 이용하여 X-선 영상(40)에 나타나는 마커(M)를 추적한다. 특정 위치(41)에 마커(M)가 존재할 경우, 즉 조사 판정 처리기(36)가 방사선(R)의 조사 타이밍이라고 판정할 경우, 조사 신호 출력 인터페이스(37)는 조사 타이밍 신호를 조사 제어기(12)에게 출력한다. 조사 제어기(12)는, 이동 대상물 추적 장치(4)로부터 출력된 조사 타이밍 신호를 수신할 경우, 방사선 조사 장치(5)로 하여금 방사선(R)을 조사하게 한다.
이동 대상물 추적 장치(4)는 평가기(평가부)(38) 및 경고 출력 인터페이스(즉, 경고 출력부)(39)를 더 포함한다. 평가기(38)는 X-선 영상(40)에서 위치적으로 검출되는 마커(M)의 영역의 각 화소/복셀의 소정의 임계 값과 그레이 값 간의 크기 관계를 평가한다. 경고 출력 인터페이스(39)는, 추적 처리기(35)를 사용하여 마커(M)의 검출이 실패할 가능성이 있을 경우 경고 신호를 출력한다.
추적 처리기(35)는 X-선 영상(40)에 대한 특정 범위(45)의 영상 처리를 수행함으로써 마커(M)를 검출한다. 이 영상 처리에는 다양한 기술이 적용될 수 있다. 이 영상 처리의 일부에서, 추적 처리기(35)는 본 실시예의 특정 범위(45) 내의 각 화소의 그레이 값에 기초하여, X-선 영상(40)에 나타나는 마커(M)를 검출하는 처리를 수행한다. 예를 들어, 특정 범위(45)에 원형 영상이 존재하고 이 원형 영상이 주변보다 어두울 경우에는, 구형(spherical) 마커(M)가 원형 영상으로 묘사될 것으로 추정된다.
본 실시예에서는, X-선을 투과시키기 어려운 각 부분이 X-선 영상(40) 상에 어둡게 묘사되는 것으로 가정한다(예를 들면, 마커(M)). 또한, 각 X-선 영상에서, 밝은 부분의 화소의 그레이 값은 크고, 어두운 부분의 화소의 그레이 값은 작다. 또한, X-선 영상(40)은 블랙 및 화이트으로 반전될 수 있다. 전술한 화소 값의 양태로부터 블랙 및 화이트를 반전시킬 경우에는, X-선을 투과시키기 어려운 부분이 각각의 X-선 영상(40) 상에 상대적으로 밝게 나타난다. 따라서, 이하의 설명에서 설명되는 "밝은" 및 "어두운"이라는 용어 및 그레이 값의 크기는 X-선 영상(40)의 블랙 및 화이트 반전에 따라 임의로 변경될 수 있다.
X-선 영상(40)에는 환자(P)의 내부 장기 등의 여러 부분이 묘사되어 있기 때문에, 경우에 따라서는 마커(M)가 오검출될 가능성이 있다. 추적 실패가 발생한 상태에서 방사선 조사를 수행할 경우에는, 환자(P)의 적절한 위치 상에 방사선 조사를 행할 수 없을 가능성이 있다.
따라서, 본 실시예의 평가기(38)는 미리 설정된 임계 값에 기초하여 특정 범위(45) 내의 각 화소의 그레이 값을 평가한다. 마커(M)는 신체 조직보다 X-선을 투과시키기 어렵기 때문에, 전체 X-선 영상에서, 마커(M)의 영상 부분의 그레이 값은 주변 생체 조직의 영상 부분 또는 노이즈에 의해 생성된 영상 부분과 현저히 다르다. 따라서, 예를 들어, 임계 값은 마커(M)의 각 화소에 대해 사용 가능한 그레이 값 중에서 상대적으로 밝은 것을 나타내는 값으로 미리 설정된다. 그 다음, 평가기(38)는 X-선 영상(40)에서 마커(M)로서 검출된 위치의 그레이 값이 임계 값보다 큰지 또는 작은지의 여부를 평가한다. 평가된 그레이 값이 임계 값보다 클 경우에는, 이 평가된 그레이 값이 마커(M)에 대해 너무 밝아서, 추적 처리기(35)가, 마커(M)가 묘사되지 않은 위치를 마커(M)로서 오검출할 가능성이 높다.
또한, 경고 출력 인터페이스(39)는, 평가 장치(38)에 의해 평가되는 크기 관계에 따라, 경고 신호를 조사 제어기(12)에게 출력한다. 경고 신호는, 검출 위치의 그레이 값이 임계 값보다 클 경우에만 출력될 수 있다. 또한, 이동 대상물 추적 장치(4)는 경고 신호의 출력과 함께 표시 또는 음성에 의한 경고 통지를 수행할 수도 있다. 경고 통지를 수행함으로써, 사용자는 위험을 인지하여 신속하게 치료를 중단할 수 있다. 또한, 경고의 이력이 저장될 수도 있다.
이러한 방식으로, 마커(M)의 검출이 실패할 가능성이 있을 경우, 즉 환자(P)의 적절한 위치에 대한 방사선 조사가 수행될 수 없을 가능성이 있을 경우에는, 경고가 출력될 수 있다. 조사 제어기(12)는, 전술한 조사 타이밍 신호의 수신에 관계없이, 경고 신호를 수신할 경우에는, 방사선(R)의 조사가 행해지지 않도록 방사선 조사 장치(5)를 제어한다.
즉, 본 발명의 이동 대상물 추적 장치(4)는, (a) 특정 설정 정보를 사용하여 X-선 영상(40)에서 마커(M)가 나타나는 범위를 나타내는 특정 범위(45)를 설정하기 위한 범위 설정기(32) 및 (b) 미리 정해진 임계 값에 대한 마커(M)로서 검출되는 위치의 그레이 값의 크기 관계를 평가하기 위한 평가기(38)를 포함하며, 검출 위치의 그레이 값이 임계 값보다 클 경우에는 경고 출력 인터페이스(39)가 경고 신호를 출력한다. 이러한 방식으로, 미리 정해진 임계 값에 기초하여, 마커(M)의 검출이 실패할 가능성의 존재/부존재를 정량적으로 평가할 수 있다.
본 실시예에서는 경고 신호가 조사 제어기(12)에 출력되지만, 경고 신호를 이동 대상물 추적 장치(4)의 외부로 출력하는 것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 경고 신호는 조사 신호 출력 인터페이스(37)에 입력될 수 있다. 이동 대상물 추적 장치(4)는 경고 신호를 출력하는 경우에 조사 타이밍 신호가 조사 신호 출력 인터페이스(37)로부터 출력되지 않도록 구성될 수 있다.
본 실시예의 방사선 조사 장치(5)는, 이동 대상물 추적 장치(4)에 의해 추적된 마커(M)가 특정 위치(41)에 존재할 경우에, 방사선(R)을 병변 영역(T) 상에 조사한다. 이러한 방식으로 마커(M)를 추적함으로써, 병변 영역(T)의 움직임을 파악하고, 병변 영역(T)이 적절한 위치에 있을 경우에 방사선(R)을 조사할 수 있다.
다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 의료 영상 처리 장치(3)가 실행하는 특정 설정 정보 생성 처리(의료 영상 처리 방법)에 대하여 설명하도록 한다. 이하에 설명하는 영상 처리는 동영상의 처리를 포함하지만, 특정 설정 정보 생성 처리의 이해를 용이하게 하기 위해 정지 영상의 처리를 이하에 예시할 것이다.
먼저, 치료 계획을 준비하는 경우, 의료 검사 장치(2)를 이용하여 마커(M)가 놓여 있는 환자(P)를 검사(즉, 촬영)함으로써 환자(P)의 3차원 볼륨 영상을 생성한다.
단계 S11(즉, 제 1 취득 단계)에서, 의료 영상 처리 장치(3)의 제 1 입력 인터페이스(15)는 의료 검측 장치(2)로부터 3차원 볼륨 영상을 취득한다.
다음 단계 S12(즉, 제 2 취득 단계)에서, 제 2 입력 인터페이스(17)는 X-선 촬영 장치(7)의 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)의 기하학적 정보를 취득한다.
다음 단계 S13에서, 위치 정보 분석기(19)는 3차원 볼륨 영상을 구성하는 각 복셀의 값에 기초하여, 환자(P)의 신체 내에 놓여 있는 마커(M)의 3차원 위치 정보를 취득한다.
다음 단계 S14에서, DRR 영상 생성기(20)는 환자(P)의 3차원 볼륨 영상 및 X-선 촬영 장치(7)의 기하학적 정보에 기초하여 DRR 영상(46)을 생성한다.
다음 단계 S15에서, 특정 설정 정보 생성기(22)는 3차원 볼륨 영상을 구성하는 각 복셀의 값 및/또는 DRR 영상(46)에 묘사된 마커(M)의 영상 부분의 콘트라스트를 평가한다.
다음 단계 S16에서는, 평가 결과에 따라, 특정 설정 정보 생성기(22)가, 마커(M1 내지 M3) 중에서 X-선 영상(40)의 콘트라스트가 가장 높은 묘사가 예상되는 마커를, 이동 대상물 추적 장치(4)에 의해 수행되는 영상 처리의 타겟으로서 선택한다.
다음 단계 S17에서, 특정 설정 정보 생성기(22)는 X-선 영상(40) 및 DRR 영상(46) 각각의 특정 범위(45)(도 5)의 설정을 수행한다.
다음 단계 S18에서, 특정 설정 정보 생성기(22)는, 환자(P)(도 7 및 도 8)의 호흡에 따라 특정 범위(45)가 변경될 경우, 특정 범위(45)의 설정을 변경한다.
다음 단계 S19에서, 특정 설정 정보 생성기(22)는 X-선 영상(40) 및 DRR 영상(46) 각각의 특정 위치(41)의 설정을 수행한다.
다음 단계 S20(즉, 특정 설정 정보 생성 단계)에서, 특정 설정 정보 생성기(22)는 각종 설정을 포함하는 특정 설정 정보를 생성한다.
다음 단계 S21에서, DRR 영상 모니터(21)는 DRR 영상(46) 및 특정 범위(45)의 범위 표시(52)를 디스플레이한다. 추적될 마커(M)에 대한 복수의 선택이 존재하는 경우, 각각의 마커(M)에 대응하는 범위 표시(52)가 디스플레이된다.
다음 단계 S22에서, 선택 입력 인터페이스(24)는 치료 계획시에 사용자에 의해 입력되는 마커(M)의 선택 명령을 수신한다.
다음 단계 S23에서, 범위 입력 인터페이스(26)는 사용자에 의해 입력되는 특정 범위(45) 또는 특정 위치(41)를 변경하도록 하는 변경 명령을 수신한다.
다음 단계 S24에서, 마커 설정기(25)는 수신한 변경 명령을 특정 설정 정보 생성기(22)에 송신함으로써 특정 설정 정보의 생성시에 변경 명령을 반영하고, 수신한 변경 명령에 기초하여 특정 설정 정보 메모리(23)에 저장되는 특정 설정 정보를 변경한다.
다음 단계 S25에서, 리허설 영상 입력 인터페이스(28)는 치료 전의 리허설 동안에 X-선 촬영 장치(7)(이동 대상물 추적 장치(4))를 이용하여 생성되는 환자(P)의 X-선 영상(40)을 취득한다.
다음 단계 S26에서, 리허설 영상 모니터(29)는 X-선 영상(40) 및 특정 범위(45)의 범위 표시(52)를 디스플레이한다. 추적될 마커(M)에 대한 복수의 선택이 존재하는 경우, 각각의 마커(M)에 대응하는 범위 표시(52)가 디스플레이된다.
다음 단계 S27에서, 선택 입력 인터페이스(24)는 치료 전의 리허설 동안에 사용자에 의해 입력되는 마커(M)를 선택하도록 하는 선택 명령을 수신한다.
다음 단계 S28에서, 범위 입력 인터페이스(26)는 사용자에 의해 입력되는 특정 범위(45) 또는 특정 위치(41)를 변경하도록 하는 변경 명령을 수신한다.
다음 단계 S29에서, 마커 설정기(25)는, 수신한 선택 명령을 특정 설정 정보 생성기(22)에 전송함으로써, 수신한 선택 명령을 특정 설정 정보의 생성에 반영시키며, 또한 범위 변경기(27)는 수신한 변경 명령에 기초하여 특정 설정 정보 메모리(23)에 저장된 특정 설정 정보를 변경한다.
다음 단계 S30에서, 의료 영상 처리 장치(3)는 생성된 특정 설정 정보를 이동 대상물 추적 장치(4)에 출력한다. 특정 설정 정보의 출력에 있어서는, 네트워크를 통해 특정 설정 정보를 이동 대상물 추적 장치(4)에 출력할 수 있으며, 또는 특정 설정 정보를 저장 매체에 출력한 후 이동 대상물 추적 장치(4)에 출력할 수도 있다. 또한, 의료 영상 처리 장치(3)와 이동 대상물 추적 장치(4)를 하나의 퍼스널 컴퓨터로서 일체로 구성하는 것도 가능하다. 그 후, 의료 영상 처리 장치(3)는 특정 설정 정보 생성 처리를 종료한다.
다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하여, 이동 대상물 추적 장치(4)가 실행하는 마커 추적 처리(의료 영상 처리 방법)에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 단계 S31에서는, 이동 대상물 추적 장치(4)의 특정 설정 정보 입력 인터페이스(30)가, 의료 영상 처리 장치(3)로부터 특정 설정 정보를 취득한다.
다음 단계 S32에서는, 방사선 치료를 개시한다. 구체적으로, X-선 촬영 장치(7)는 환자(P)를 촬영하여 환자(P)의 X-선 영상(40)을 생성하며, 그 후에 X-선 영상 입력 인터페이스(31)가 X-선 촬영 장치(7)로부터 X-선 영상(40)을 취득한다.
다음 단계 S33에서, 추적 처리기(35) 및 범위 설정기(32)는 호흡 모니터링 장치(8)로부터 환자(P)의 각 X-선 영상(40)의 촬영 시간에 대응하는 호흡 정보를 취득한다.
다음 단계 S34에서, 범위 설정기(32)는 특정 설정 정보에 기초하여 X-선 영상(40)에 특정 범위(45)를 설정한다. 환자(P)의 호흡에 따라서 또는 그것에 대응하여 특정 범위(45)가 변경될 경우(도 7 및 도 8), 범위 설정기(32)는 호흡 모니터링 장치(8)로부터 입력되는 호흡 정보에 기초하여, 환자(P)의 호흡에 대응하는 특정 범위(45)를 설정한다.
다음 단계 S35에서, X-선 영상 모니터(33)는 X-선 영상(40) 및 특정 범위(45)의 범위 표시(52)를 디스플레이한다.
다음 단계 S36에서, 추적 처리기(35)는 X-선 영상(40)의 특정 범위(45)로부터 마커(M)의 위치를 검출한다.
다음 단계 S37에서, 평가기(38)는 임계 값과 마커(M)가 검출된 위치의 그레이 값 간의 크기 관계를 평가하는 처리를 시작한다. 즉, 평가기(38)는 특정 범위(45) 내의 각 화소의 그레이 값을 검출하는 처리를 시작한다.
다음 단계 S38에서, 평가기(38)는 마커(M)가 검출된 위치의 그레이 값이 임계 값보다 큰지의 여부를 판정한다. 마커(M)가 검출된 위치의 그레이 값이 임계 값보다 큰 경우(즉, 마커(M)가 검출된 위치가 밝은 경우), 이 처리는 단계 S39로 진행하여, 경고 출력 인터페이스(39)가 경고 신호를 조사 제어기(12)에 출력하며, 그 후 이 처리는 단계 S40으로 진행한다. 반대로, 마커(M)가 검출된 위치의 그레이 값이 임계 값보다 작은 경우(즉, 마커(M)가 검출된 위치가 어두운 경우)에는, 경고 신호가 출력되지 않으며, 이 처리는 단계 S40으로 진행한다.
단계 S40에서, 조사 판정 처리기(36)는 마커(M)가 검출된 위치가 특정 위치(41)에 포함되는지의 여부를 판정한다(도 5). 마커(M)가 검출된 위치가 특정 위치(41)에 포함될 경우, 이 처리는 단계 S41로 진행하여, 조사 신호 출력 인터페이스(37)가 조사 타이밍 신호를 조사 제어기(12)에 출력한 후에 단계 S42로 진행한다. 반대로, 마커(M)가 검출된 위치가 특정 위치(41)에 포함되지 않을 경우에는, 조사 타이밍 신호가 출력되지 않으며, 이 처리는 단계 S42로 진행한다.
단계 S42에서, 조사 타이밍 신호가 입력되고 경고 신호가 입력되지 않을 경우, 조사 제어기(12)는 방사선 조사 장치(5)를 사용하여 방사선(R)이 조사되도록 하는 방식으로 각 구성 요소를 제어한다. 그렇지 않을 경우, 조사 제어기(12)는 방사선(R)의 조사가 수행되지 않도록 하는 방식으로 각 구성 요소를 제어한다. 그 후, 이 처리는 단계 S43으로 진행한다.
단계 S43에서, 이동 대상물 추적 장치(4)는 방사선 치료가 완료되었는지의 여부를 판정한다. 방사선 치료의 종료 조건은 치료 계획에서 미리 결정된다. 방사선 치료가 완료되지 않았을 경우에는, 전술한 바와 같이 이 처리가 단계 S32로 되돌아간다. 반대로, 방사선 치료가 완료될 경우에는, 마커 추적 처리가 완료된다.
본 발명에 있어서, 마커가 묘사되는 영상을 생성하기 위한 환자의 촬영 설정이나, 이 영상의 영상 처리 설정은, 형광투시 영상을 생성하기 위한 형광투시 촬영 설정, 디지털 재구성 방사선 사진의 생성 설정(가상 공간에서의 촬영 설정), 형광투시 영상의 영상 처리 설정, 및 디지털 재구성 방사선 사진의 영상 처리 설정을 포함한다.
(제 2 실시예)
이하, 도 13 내지 도 15를 참조하여 제 2 실시예의 이동 대상물 추적 장치(의료 영상 처리 장치)에 대하여 설명하도록 한다. 또한, 각 도면에서 전술한 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. 제 2 실시예에서는, 이동 대상물 추적 장치와 의료 영상 처리 장치가 일체로 구성되어 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예의 이동 대상물 추적 장치(4A)는 특정 설정 정보를 생성하도록 구성된 특정 설정 정보 생성기(53)와 인터록 장치(54)를 포함한다. 제 2 실시예에서, "인터록(interlock)"이란 용어는 정상 상태를 특정하고 임의의 다른 상태(즉, 비정상 상태)에서 방사선 조사를 금지하는 것을 의미한다. 제 2 실시예에서는, 특정 설정 정보 생성기(53)에 의해 생성된 특정 설정 정보에 기초하여, X-선 영상(40)(도 5)을 생성하기 위한 촬영 및 마커(M)의 추적이 수행된다. 또한, 다른 구성은 제 1 실시예의 이동 대상물 추적 장치(4)(도 3)와 거의 동일하다. 평가기(38) 및 경고 출력 인터페이스(39)가 도 13의 예시에 생략되어 있지만, 이들 구성 요소가 제 2 실시예에 제공될 수도 있다. 또한, 제 2 실시예에서의 특정 설정 정보 생성기(53)의 구성은 제 1 실시예의 의료 영상 처리 장치(3)와 동일한 구성을 가질 수 있다.
제 2 실시예에 따른 이동 대상물 추적 장치(4A)의 인터록 장치(54)는 정상 상태가 아닐 경우에, 방사선 조사 장치(5)가 방사선(R)을 조사하는 것을 방지하는 안전 장치이다.
예를 들어, 조사에 적합한 타이밍은 환자(P)가 완전히 날숨을 쉬는(즉, 숨을 내쉬는) 타이밍으로 가정된다. 숨을 내쉬는 타이밍에 환자(P)의 상태가 정상이 아닌 경우, 환자(P)가 비정상 상태(예를 들어, 기침 또는 재채기와 같은 정상적이지 않은 상태)에 있거나, 또는 마커(M)의 추적을 실패한 비정상 상태에 있다. 이러한 비정상 상태에서 방사선 조사를 행하면, 방사선(R)이 병변 영역(T)으로부터 벗어난 위치에 부딪히게 될 가능성이 있다.
이 때문에, 인터록 장치(54)는 X-선 영상(40)을 이용하여 정상 상태인지의 여부를 판정한다. 정상 상태에 있다고 판정될 경우에는, 방사선 조사가 금지되지 않는다. 비정상 상태(즉, 정상 상태를 제외한 임의의 상태)에 있다고 판정될 경우에는, 방사선 조사를 금지하는 제어가 수행된다. 판정을 위해, 인터록 장치(54)는 적어도 하나의 X-선 영상(40) 전체를 사용하거나 또는 특정 위치(41)(도 5)의 부분 영상, 특정 위치(41) 근방의 부분 영상, 병변 영역(T) 근방의 부분 영상과 같은 다른 정보를 사용할 수 있다.
인터록 장치(54)는 제 1 영상 입력 인터페이스(즉, 제 1 영상 취득부)(55), 동작 정보 입력 인터페이스(즉, 동작 정보 취득부)(56), 특정 처리기(즉, 특정부)(57), 특징 산출기(즉, 특징 취득부)(58), 정상 범위 메모리(즉, 정상 범위 저장부)(59), 제 2 영상 입력 인터페이스(즉, 제 2 영상 취득부)(60), 영상 판정 처리기(즉, 영상 판정부)(61), 및 판정 신호 출력 인터페이스(즉, 판정 신호 출력부)(62)를 포함한다.
제 1 영상 입력 인터페이스(55)는 치료 전의 리허설 동안에 환자(대상물)(P)의 X-선 영상(형광투시 영상)(40)인 제 1 영상을 취득한다.
동작 정보 입력 인터페이스(56)는 리허설 동안에 호흡 모니터링 장치(8)를 이용하여 취득한 환자(P)의 호흡 정보(동작 정보)를 취득한다.
특정 처리기(57)는 호흡 정보에 기초하여 방사선 조사에 적합한 타이밍을 특정하고, 이 특정된 타이밍에서 환자(P)를 촬영함으로써 생성되는 제 1 영상을 취득한다.
특징 산출기(58)는 특정 처리기(57)에 의해 취득된 제 1 영상의 특징을 취득하고, 정상 상태를 나타내는 특징의 범위인 정상 범위를 산출한다.
정상 범위 메모리(59)는 산출된 정상 범위를 나타내는 파라미터들을 저장한다.
제 2 영상 입력 인터페이스(60)는 각 제 1 영상의 촬영 시간과는 다른 시간(예를 들어, 방사선 치료 중)에 촬영되는 환자(P)의 X-선 영상(40)인 제 2 영상을 취득한다.
영상 판정 처리기(61)는 제 2 영상으로부터 특징을 취득하고, 정상 범위 메모리(59)로부터 판독되는 파라미터들에 의해 지시된 정상 범위를 사용함으로써, 특징이 정상 범위에 포함되어 있는지의 여부를 판정한다.
판정 신호 출력 인터페이스(62)는 판정의 결과에 따라, 정상 상태인지의 여부를 나타내는 판정 신호를 출력한다.
정상 범위를 나타내는 파라미터는 예를 들어, 판별기의 파라미터이다. 판별기로서는, 예를 들어, 1-클래스 지원 벡터 머신, 2-클래스 지원 벡터 머신, 신경망, 심층 신경망 및 의사 결정 트리가 사용될 수 있다. 다른 판별기가 사용될 수도 있다. 전술한 판정은 판별기에 의해서 수행된다. 판별기의 파라미터는 정상 상태를 나타내는 특징을 사용하여 기계 학습에 의해 학습될 수 있다.
복수의 X-선 영상(40)(제 1 영상)이 리허설 동안에 환자(P)를 시간 순차적으로 연속 촬영하여 생성되기 때문에, 이들 복수의 X-선 영상(40)을 이용하여 동영상을 생성할 수 있다. 또한, 동작 정보 입력 인터페이스(56)에 의해 취득된 호흡 정보(동작 정보)는 병변 영역(T)의 움직임과 관련되는 정보이다(즉, 조사될 타겟 부분). 또한, 호흡 정보는 각 X-선 영상(40)의 촬영 시간과 연관되어서 취득된다.
본 실시예에서는, 이하의 제 1 조건 내지 제 3 조건 모두가 만족될 경우에, 방사선(R)이 조사된다. 제 1 조건은 호흡 모니터링 장치(8)에 의해 취득된 환자(P)의 호흡 상태가 숨을 내쉬는(즉, 완전히 날숨을 쉬는) 타이밍을 나타내는 것이다. 제 2 조건은 전술한 마커(M)가 특정 위치(41)에 존재하는 것이다. 제 3 조건은 인터록 장치(54)의 영상 판정 처리기(61)가 X-선 영상(40)이 정상 상태라고 판정하는 것이다.
또한, 인터록 장치(54)의 특징 산출기(58)는 치료 전 리허설 동안에 환자(P)를 촬영함으로써 생성되는 X-선 영상(40)(제 1 영상)의 특징을 취득한다. 특징으로서는, 예를 들어, 화소 값들이 배열된 벡터가 사용된다. 학습에 사용되는 X-선 영상(40)은, 예를 들면 수 개의 호흡에 대응하는 각각의 영상이다. 환자(P)가 기침 또는 재채기를 하고 있지 않는 상태가 정상 상태로 정의되기 때문에, 환자(P)가 기침 또는 재채기를 하고 있지 않을 때의 영상이 이들 영상 중에서 선택되어 학습에 사용된다. 정상 상태의 영상을 정상 영상(특정 영상)이라고 한다. 또한, X-선 영상(40)은 환자(P)를 하나의 방향 또는 복수 방향에서 촬영함으로써 생성되는 영상일 수 있다. 특징은 복수의 방향에서 촬영된 X-선 영상(40)(제 1 영상)의 화소 값들이 배열되는 벡터일 수 있다. 영상의 선택은 사용자에 의해 수행되거나, 또는 호흡 정보에 따라 인터록 장치(54)에 의해서 자동으로 수행될 수 있다.
정상 상태의 정의를 변경할 경우에는, 학습에 사용되는 정상 영상도 변경된다. 예를 들어, 정상 상태로서 마커(M)가 특정 위치(41)에 출현하는 상태를 규정할 경우에는, 이 상태의 X-선 영상(40)(제 1 영상)이 학습에 사용되는 정상 영상으로서 설정될 수 있다. 이러한 정상 상태의 정의에서는, 동작 정보 입력 인터페이스(56)가 인터록 장치(54)에 요구되지 않는다. 정상 범위는, 예를 들어, 특징 공간(feature space) 내에 정상 상태의 특징을 포함하는 초구체(超球體, hypersphere)이다. 초구체의 크기가 클수록, 비정상 상태의 검출 감도가 낮아진다. 정상 상태의 특징인 모든 벡터가 포함되는 조건 하에서, 초구체의 반경을 가능한 한 작게 만들기 위한 최적화 방법으로서, 1-클래스 지원 벡터 머신이 알려져있다. 이러한 1-클래스 지원 벡터 머신을 사용하여 자동으로 초구체를 설정할 수 있다. 벡터의 차원은 주성분 분석에 의해 압축될 수 있다. X-선 영상(40)(제 1 영상) 중, 비정상 상태를 나타내는 임의의 영상이 비정상 영상(즉, 비-특정 영상)으로서 설정되며, 판별기는 정상 영상 및 비정상 영상으로부터의 임의의 지도 학습에 따라 학습을 수행할 수 있다. 지도 학습의 판별기로서는, 예를 들어, 2-클래스 지원 벡터 머신, 신경망, 심층 신경망 및 의사 결정 트리가 사용될 수 있다.
인터록 장치(54)는 방사선 치료 동안에 환자(P)를 촬영함으로써 생성되는 X-선 영상(40)(제 2 영상)으로부터, 정상 상태인지의 여부를 판정한다. 구체적으로, 인터록 장치(54)는 X-선 영상(40)(제 2 영상)으로부터 특징을 취득하고, 정상 범위 메모리(59)로부터 판독되는 파라미터에 의해 표시되는 판별기를 사용하여, 취득된 특징이 정상 범위에 포함되는지의 여부를 판정한다.
이동 대상물 추적 장치(4A)(인터록 장치(54))는 기계 학습에 기반하는 인공 지능을 포함한다. 정상 범위는 (a) 정상 영상으로부터만 설정되는 정상 범위 및 (b) 정상 영상과 비정상 영상의 쌍으로부터 설정되는 정상 범위 양쪽 모두를 포함하는 조합된 범위로서 설정될 수 있다.
다음으로, 제 2 실시예의 이동 대상물 추적 장치(4A)가 수행하는 인터록 처리(의료 영상 처리 방법)에 대하여, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명하도록 한다. 이러한 인터록 처리는 제 1 실시예의 마커 추적 처리(도 11 및 도 12)와 병행하여 실행된다.
먼저, 단계 S51에서, 이동 대상물 추적 장치(4A)의 X-선 촬영 장치(7)를 이용하여 환자(P)의 X-선 촬영의 리허설을 시작한다.
다음 단계 S52(즉, 제 1 영상 취득 단계)에서, 제 1 영상 입력 인터페이스(55)는 X-선 영상(40)인 제 1 영상을 취득한다.
다음 단계 S53(즉, 동작 정보 취득 단계)에서는, 동작 정보 입력 인터페이스(56)가 환자(P)의 호흡 정보(동작 정보)를 취득한다.
다음 단계 S54(특정 단계)에서는, 호흡 정보에 기초하여, 특정 처리기(57)가 방사선 조사에 적합한 타이밍 및 제 1 영상들 중 하나의 촬영 타이밍(시간)을 특정한다.
다음 단계 S55에서, 특정 처리기(57)는 특정되어진 타이밍에서 촬영된 제 1 영상에 포함되는 특정 위치(41)(도 5)의 영상에 기초하여, 정상 영상(특정 영상)을 판정한다.
다음 단계 S56(즉, 특징 취득 단계)에서, 특징 산출기(58)는 정상 영상의 특징을 취득하고, 정상 상태를 나타내는 특징의 범위인 정상 범위를 나타내는 파라미터들을 산출한다.
다음 단계 S57에서, 정상 범위 메모리(59)는 산출된 정상 범위를 나타내는 파라미터들을 저장하고, 이에 의해 리허설이 완료된다.
다음 단계 S58에서는, 방사선 조사 장치(5)를 이용한 방사선 치료가 시작된다.
다음 단계 S59(즉, 제 2 영상 취득 단계)에서는, 제 2 영상 입력 인터페이스(60)가 X-선 영상(40)인 제 2 영상을 취득한다.
다음 단계 S60에서, 영상 판정 처리기(61)는 정상 범위 메모리(59)에 저장된 파라미터들에 의해 나타나 있는 정상 범위에 기초하여, 제 2 영상에 대한 판정을 수행한다.
다음 단계 S61(즉, 영상 판정 단계)에서는, 이 판정의 계속으로서, 제 2 영상으로부터 특징을 취득하고, 취득한 특징이 정상 범위 메모리(59)로부터 판독된 파라미터들에 의해 나타나 있는 정상 범위에 포함되는지의 여부를 판정한다.
제 2 영상의 특징이 정상 범위에 포함될 경우(즉, 단계 S61에서 정상이라고 판정될 경우), 이 처리는 단계 S62(즉, 신호 출력 단계)로 진행하여, 판정 신호 출력 인터페이스(62)가 조사 비-금지 신호(irradiation non-prohibition signal)(즉, 판정 신호)를 조사 제어기(12)에 출력한다.
반대로, 제 2 영상의 특징이 정상 범위에 포함되지 않을 경우(즉, 단계 S61에서 특징이 정상이 아니라고 판정될 경우), 이 처리는 단계 S63(즉, 신호 출력 단계)으로 진행하여, 판정 신호 출력 인터페이스(62)가 조사 금지 신호(irradiation prohibition signal)(즉, 판정 신호)를 조사 제어기(12)에 출력한다.
조사 제어기(12)는, 조사 타이밍 신호와 조사 비-금지 신호가 모두 입력되었다는 조건 아래 방사선 조사 장치(5)를 사용하여 방사선(R)을 조사한다. 또한, 조사 타이밍 신호가 입력되는 때에도, 조사 제어기(12)는, 조사 금지 신호를 수신한 경우에는 방사선 조사 장치(5)를 사용하는 방사선(R)의 조사가 행해지지 않도록 각 구성 요소를 제어한다.
다음 단계 S64에서, 이동 대상물 추적 장치(4A)는 방사선 치료가 완료되었는지의 여부를 판정한다. 방사선 치료가 완료되지 않은 경우, 이 처리는 전술한 단계 S59로 되돌아간다. 한편, 방사선 치료가 완료된 경우에는, 인터록 처리를 종료한다.
제 2 실시예에서는, 일 양태로서, 조사 금지 신호 및 조사 비-금지 신호가 조사 제어기(12)에 출력되는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이동 대상물 추적 장치(4A)의 외부에 조사 금지 신호 및 비-금지 금지 신호를 출력하는 것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 조사 금지 신호 및 조사 비-금지 신호는 조사 신호 출력 인터페이스(37)에 입력될 수도 있다. 조사 신호 출력 인터페이스(37)는, 조사 비-금지 신호를 수신한 경우(즉, 조사 금지 신호가 입력되지 않은 경우)에는 조사 타이밍 신호를 출력하고, 조사 금지 신호를 수신한 경우(즉, 조사 비-금지 신호가 입력되지 않은 경우)에는 조사 타이밍 신호의 출력을 정지하도록 구성될 수 있다. 이동 대상물 추적 장치(4A)로서 조사 금지 신호 및 조사 비-금지 신호를 조사 신호 출력 인터페이스(37)에 입력하는 구성을 채용할 경우에는, 조사 신호 출력 인터페이스(37)로부터 조사 타이밍 신호가 입력되었다는 조건 아래 방사선 조사 장치(5)를 사용하여 방사선(R)의 조사를 수행한다.
제 2 실시예에서는 인터록 장치(54)가 이동 대상물 추적 장치(4A)와 일체로 형성되어 있지만, 인터록 장치(54) 및 이동 대상물 추적 장치(4A)는 별개로 제공될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제 2 실시예의 이동 대상물 추적 장치(의료 영상 처리 장치)는, 촬영 장치를 사용하여 촬영되는 환자의 형광투시 영상인 제 1 영상을 취득하도록 구성된 제 1 영상 입력 인터페이스; 방사선 조사될 환자의 타겟 부분의 움직임과 관련된 환자의 동작 정보를 취득하도록 구성된 동작 정보 입력 인터페이스; 동작 정보에 기초하여 방사선 조사에 적합한 타이밍을 특정하도록 구성된 특정 처리기; 특정된 타이밍에서 환자를 촬영함으로써 생성되는 제 1 영상의 특징을 취득하고, 그 특징 중에서, 방사선 조사가 금지되어 있지 않은 정상 상태의 특징의 범위를 나타내는 정상 범위를 산출하도록 구성된 특징 산출기; 촬영 장치를 사용하여 촬영되는 환자의 형광투시 영상이며 판정 타겟인 제 2 영상을 취득하도록 구성된 제 2 영상 입력 인터페이스; 제 2 영상의 특징이 정상 범위에 포함되는지의 여부를 판정하도록 구성된 영상 판정 처리기; 및 판정 결과에 따라 판정 신호를 출력하도록 구성된 판정 신호 출력 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 2 실시예의 이동 대상물 추적 방법(의료 영상 처리 방법)은, 촬영 장치를 사용하여 촬영되는 환자의 형광투시 영상인 제 1 영상을 취득하는 제 1 영상 취득 단계; 방사선 조사되는 환자의 타겟 부분의 움직임과 관련된 동작 정보를 취득하는 동작 정보 취득 단계; 동작 정보에 기초하여 방사선 조사에 적합한 타이밍을 특정하는 특정 단계; 특정된 타이밍에서 환자를 촬영함으로써 생성되는 제 1 영상의 특징을 취득하고, 그 특징 중에서, 방사선 조사가 금지되어 있지 않은 정상 상태의 특징의 범위를 나타내는 정상 범위를 산출하는 특징 취득 단계; 촬영 장치를 사용하여 촬영되는 환자의 형광투시 영상이며 판정 타겟인 제 2 영상을 취득하는 제 2 영상 취득 단계; 제 2 영상의 특징이 정상 범위에 포함되는지 여부를 판정하는 영상 판정 단계; 및 영상 판정 단계의 판정 결과에 따라 판정 신호를 출력하는 신호 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 방식으로, 특징의 사용으로, 방사선 치료 동안에 촬영 장치를 사용하여 환자(P)를 촬영함으로써 생성되는, 제 2 영상에 포함되는 특정 영역에 대응하는 영역의 영상을 판정하는 것에 의해, 이상 상태(비정상 상태)에서의 방사선 조사가 회피될 수 있다. 또한, 인터록 장치(54)가 촬영 장치를 사용하는 치료 계획시 환자를 촬영하여 생성되는 제 1 영상의 특징의 기계 학습을 행함으로써, 치료 계획시에 정상 범위를 설정하는 수고가 감소될 수 있다.
(제 3 실시예)
이하, 도 16 내지 도 18을 참조하여, 제 3 실시예의 이동 대상물 추적 장치(의료 영상 처리 장치)에 대하여 설명하도록 한다. 각 도면의 전술한 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 제 3 실시예에서는, 이동 대상물 추적 장치와 의료 영상 처리 장치가 일체로 구성되어 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예의 이동 대상물 추적 장치(4B)는 특정 설정 정보를 생성하도록 구성된 특정 설정 정보 생성기(53) 및 마커 학습 장치(63)를 포함한다. 제 3 실시예에서는, 특정 설정 정보 생성기(53)에 의해 생성되는 특정 설정 정보에 기초하여, X-선 영상(40)(도 5)을 생성하는 촬영 및 마커(M)의 추적이 수행된다. 또한, 이동 대상물 추적 장치(4B)의 다른 구성은 제 1 실시예의 이동 대상물 추적 장치(4)(도 3)와 거의 동일하다.
전술한 실시예들에서, 구형의 마커(M)를 예시하였지만, 실제 치료에서는, 마커(M)가 놓이게 되는 신체 부위에 따라 다양한 형상의 마커(M)가 사용된다. 또한, 마커(M)에 대한 다양한 크기가 존재한다. 예를 들어, 직경이 0.5 mm이고 길이가 5 mm인 막대 형상(코일 형상)의 마커(M), 클립 형상의 마커(M), 및 쐐기 형사의 마커(M)가 존재한다.
이들 형상을 갖는 각 마커(M)가 X-선을 사용하여 촬영될 경우, 예를 들어, 각 마커(M)의 배향이나 환자의 자세에 따라서 X-선 영상(40)에 나타나는 각 마커(M)의 영상은 서로 다르게 된다(도 17). 예를 들어, 막대 형상의 마커(M)는, 영상 표면에 대한 법선 방향과 평행이 되도록 배치될 경우에는, 원형의 영상으로 묘사되며, 그 위치로부터 기울어짐에 따라 점차 긴 막대 형상으로 된다. 이러한 방식으로, 추적 처리기(35)에 의해 X-선 영상(40)에 나타나는 마커(M)의 위치를 검출하기 위해서는, 마커 학습 장치(63)에게 미리 각 마커(M)의 영상을 학습시키는 것이 바람직하다.
마커 학습 장치(63)는 마커(M)(학습 타겟)가 묘사되는 마커(M) 영상(64)(즉, 도 17a에 도시된 바와 같은 대상물 영상)를 취득하도록 구성된 마커 영상 입력 인터페이스(즉, 대상물 영상 취득부)(66); 마커(M)가 묘사되어 있지 않은 비-마커 영상(65)(즉, 도 17b에 나타낸 바와 같은 비-대상물 영상)을 취득하도록 구성된 비-마커 영상 입력 인터페이스(즉, 비-대상물 영상 취득부)(67); 기계 학습에 기초하여, 마커(M)가 영상에 묘사되는 위치를 식별하기 위해 사용되는 판별기의 파라미터들을 산출하도록 구성된 파라미터 산출기(즉, 파라미터 산출부)(68); 및 산출된 파라미터들을 저장하도록 구성된 파라미터 메모리(즉, 파라미터 저장부)(69)를 포함한다.
이동 대상물 추적 장치(4B)에서, X-선 영상 입력 인터페이스(형광투시 영상 취득부)(31)는, 방사선 치료 동안에 X-선 촬영 장치(7)를 사용하여 촬영되는 환자(대상물)(P)의 X-선 영상(40)(형광투시 영상)을 취득한다. 그 후, 추적 처리기(위치 검출부)(35)는 파라미터 메모리(69)에 저장된 파라미터들에 의해 나타나 있는 판별기를 이용하여 X-선 영상(40)에 나타나는 마커(M)의 위치를 검출한다.
도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이, 다수의 마커 영상(64)과 비-마커 영상(65)이 기계 학습을 위해 미리 준비된다. 각각의 마커 영상(64)에는, 다양한 배향의 마커(M) 및 생체 조직(70)이 묘사되어 있다. 각각의 비-마커 영상(65)에는, 마커(M)가 묘사되어 있지 않고, 생체 조직(70)만이 묘사되어 있다. 마커 학습 장치(63)는, 이들 마커 영상(64) 및 비-마커 영상(65)으로부터, 기계 학습에 의해 마커 영상(64)과 비-마커 영상(65)을 구별하는 판별기를 생성한다. 판별기는 마커(M)가 영상에 포함되어 있는지 여부를 나타내는 이진 가능성(즉, 개연성) 0 및 1을 출력하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 판별기는 동일한 것을 나타내는 0 내지 1의 가능성을 출력하도록 구성될 수 있다.
마커 영상(64)은 환자(P)의 X-선 촬영에 의해 실제 얻어지는 영상일 수도 있다. 또한, 마커 영상(64)은 마커(M)의 가상 영상의 CG(Computer Graphics)에 의해 생성되는 영상일 수도 있다. 또한, 마커 영상(64)은 X-선 촬영 장치(7)의 기하학적 정보 및 마커(M)가 놓여 있는 환자(P)의 3차원 볼륨 영상에 기초하여 생성되는 DRR 영상(46)일 수 있다. 또한, 마커 영상(64)은 치료 전의 리허설시에 촬영되는 환자(P)의 X-선 영상(40)일 수도 있고, 리허설과는 별도로 촬영되는 제 3 자의 X-선 영상(40)일 수도 있다. 또한, 마커 영상(64)은 제 3 자의 3차원 볼륨 영상으로부터 생성되는 DRR 영상(46)일 수도 있다.
또한, 파라미터 산출기(68)는 기계 학습에 의해 마커 영상(64)과 비-마커 영상(65)을 판별하는 판별기를 생성한다. 파라미터 산출기(68)는 생성된 판별기를 나타내는 파라미터 그룹을 마커(M)를 검출하기 위한 파라미터들로서 파라미터 메모리(69)에 저장시킨다.
판별기로서는 임의의 지도 학습 판별기를 사용할 수 있다. 예를 들어, 지원 벡터 머신, 신경망 및 의사 결정 트리를 판별기로 사용할 수 있다. 신경망으로는 심층 신경망이 사용될 수 있다. 심층 신경망으로서, 합성곱 신경망(convolution neural network)이 사용될 수 있다. 즉, 이동 대상물 추적 장치(4B)는 기계 학습에 기초한 인공 지능을 포함한다.
추적 처리기(35)는 파라미터 메모리(69)에 저장된 파라미터들을 취득하고, X-선 영상 입력 인터페이스(31)로부터 X-선 영상(40)을 취득한다. 그 후, 파라미터들에 의해 결정된 판별기에 X-선 영상(40)을 입력하고, 판별 기로부터 얻은 가능성에 기초하여, 각 X-선 영상(40)에 나타나는 각 마커(M)의 위치를 특정한다.
다음으로, 도 18을 참조하여 제 3 실시예의 이동 대상물 추적 장치(4B)가 행하는 마커 추적 처리(의료 영상 처리 방법)에 대하여 설명하도록 한다. 제 3 실시예의 마커 추적 처리의 일부 단계의 처리는 제 1 실시예와 동일하기 때문에, 중복 설명은 생략한다.
먼저, 단계 S71(즉, 마커 영상 취득 단계)에서, 마커 영상 입력 인터페이스(66)는 방사선 치료 시작 전에, 마커(M)가 묘사된 마커 영상(64)(도 17a)을 취득한다.
다음 단계 S72(즉, 비-마커 영상 취득 단계)에서는, 마커(M)가 묘사되어 있지 않은 비-마커 영상(65)(도 17b)을 취득한다.
다음 단계 S73(즉, 파라미터 산출 단계)에서, 파라미터 산출기(68)는 기계 학습에 의해 영상들에서 마커(들)(M)의 위치를 식별하는데 사용되는 판별기의 파라미터들을 산출한다.
다음 단계 S74에서, 파라미터 메모리(69)는 산출된 파라미터를 저장한다.
다음 단계 S75에서는, 방사선 조사 장치(5)를 이용한 방사선 치료를 시작한다.
다음 단계 S76(즉, 형광투시 영상 취득 단계)에서는, 환자(P)의 X-선 영상(40)을 생성하기 위해 X-선 촬영 장치(7)가 환자(P)를 촬영하며, 그 후에 X-선 영상 입력 인터페이스(31)가 X-선 촬영 장치(7)로부터 X-선 영상(40)을 취득한다.
다음 단계 S77(즉, 위치 검출 단계)에서, 추적 처리기(35)는 파라미터 메모리(69)에 저장된 파라미터들로부터 결정된 판별기를 이용하여 각 X-선 영상(40)에 나타나는 마커(M)의 위치를 검출한다.
다음 단계 S78에서, 추적 처리기(35)는 검출된 마커(M)가 특정 위치(41)(도 5)에 있는지의 여부를 판정한다. 마커(M)가 특정 위치(41)에 위치해 있지 않을 경우에는, 이 처리가 후술하는 단계 S80으로 진행한다. 반대로, 마커(M)가 특정 위치(41)에 있을 경우에는, 이 처리가 단계 S79로 진행하여, 조사 신호 출력 인터페이스(37)가 조사 타이밍 신호를 조사 제어기(12)에 출력한 후에, 이 처리가 단계 S80으로 진행한다.
단계 S80에서, 이동 대상물 추적 장치(4B)는 방사선 치료가 완료되었는지의 여부를 판정한다. 방사선 치료가 완료되지 않은 경우, 이 처리는 전술한 바와 같이 단계 S76로 되돌아간다. 반대로, 방사선 치료가 완료되면, 마커 추적 처리가 완료된다.
전술한 경우에서, 마커 학습 장치(63)가 이동 대상물 추적 장치(4B)와 일체로 구성되어 있지만, 제 3 실시예에서는 마커 학습 장치(63)와 이동 대상물 추적 장치(4B)가 별도로 제공될 수 있다. 제 3 실시예에서는, 마커 영상(64)(즉, 마커(M)를 묘사하는 영상)과 비-마커 영상(65)(즉, 마커(M)가 묘사되지 않은 영상)을, 마커(M)가 영상에 포함되어 있는지의 여부를 나타내는 가능성을 출력하는 판별기를 생성하기 위한 학습 시의 교사 데이터(teacher data)로서 사용하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 이 교사 데이터는 판별기에 의해 식별되는 것에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 마커(M)가 영상의 중앙 근방에 묘사되어 있는지의 여부를 나타내는 가능성을 출력하는 판별기를 생성하는 경우, 영상 중앙 부근에 마커(M)가 나타나는 각 영상은 마커 영상(64)으로서 준비될 수 있으며, 다른 모든 영상은 비-마커 영상(65)으로서 준비된다. 이 경우, 비-마커 영상(65)은 영상의 에지에서 마커(M)를 묘사하는 영상 및 마커(M)가 묘사되지 않은 영상을 포함한다.
제 3 실시예에서는 마커 학습 장치(63)가 방사선 치료를 위한 마커(M)(학습 타겟)를 추적하기 위해 마커(M)를 묘사한 영상을 학습하지만, 다른 실시예들에도 이 기술이 적용될 수 있다. 예를 들어, 이 기술은 카테터 치료(catheter treatment)에서 가이드와이어(학습 타겟)를 추적하기 위해, 가이드와이어를 묘사하는 영상을 학습하는 처리에도 적용될 수가 있다.
카테터는 의료용 기구로서 중공 튜브이다. 카테터 치료에서는, 카테터를 환자의 신체(혈관 안쪽 및 내부 장기 안쪽)에 삽입하여, 체액이 배출되거나 혈관 확장을 위한 스텐트 벌룬이 보내진다. 또한, 가이드와이어는 카테터의 조작에 사용된다.
예를 들어, 가이드와이어를 미리 신체 내에 삽입하고, 이 가이드와이어로 카테터를 전진시킨다. 여기에서, 환자의 시간 순차적 X-선 영상이 실시간으로 생성되며, 의사가 이 실시간 X-선 영상으로 가이드와이어의 위치를 확인하면서 카테터가 진행된다. 가이드와이어가 금속으로 제조되기 때문에, 가이드와이어는 제 3 실시예의 마커(M)와 유사하게, X-선 영상에서 신체 조직보다 또렷하게 나타난다. 가이드와이어는 와이어 형상이기 때문에, 팁 부분의 영상은 막대 형상 마커(M)의 영상과 유사하다. 따라서, 제 3 실시예와 유사한 방식으로 판별기로 하여금 가이드와이어의 영상에 대한 기계 학습을 수행하게 함으로써, X-선 영상에서 가이드와이어의 팁의 위치를 자동으로 추적할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 3 실시예의 이동 대상물 추적 장치(의료 영상 처리 장치)는 타겟 대상물 또는 이 타겟 대상물의 가상 영상이 묘사되는 대상물 영상을 취득하도록 구성된 대상물 영상 입력 인터페이스; 대상물 영상을 사용하는 기계 학습에 기초하여, 타겟 대상물이 영상에 묘사되는 위치를 식별하기 위해 사용되는 파라미터를 산출하도록 구성된 파라미터 산출기; 촬영 장치를 사용하여 타겟 대상물과 함께 제공되는 피검체(예를 들어, 환자)를 촬영함으로써 생성되는 형광투시 영상을 취득하도록 구성된 형광투시 영상 입력 인터페이스; 및 파라미터에 기초하여 형광투시 영상에 묘사된 타겟 대상물의 위치를 검출하도록 구성된 위치 검출기를 포함한다.
제 3 실시예의 이동 대상물 추적 방법(의료 영상 처리 방법)은 타겟 대상물 또는 이 타겟 대상물의 가상 영상이 묘사된 대상물 영상을 취득하는 대상물 영상 취득 단계; 대상물 영상을 사용하여 기계 학습에 기초하여, 타겟 대상물이 영상에 묘사되는 위치를 식별하기 위해 사용되는 파라미터를 산출하는 파라미터 산출 단계; 촬영 장치를 사용하여 타겟 대상물과 함께 제공되는 피검체(예를 들어, 환자)에 의해 생성된 형광투시 영상을 취득하는 형광투시 영상 취득 단계; 및 파라미터에 기초하여 형광투시 영상에 묘사된 타겟 대상물의 위치를 검출하는 위치 검출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 종래 기술의 의료 영상 처리 장치에서는, 마커를 다양한 각도에서 볼 경우에 다수의 템플릿 영상을 미리 등록할 필요가 있으며, 또한 이들 템플릿 영상을, 방사선 치료 동안에 환자를 촬영하여 생성된 형광투시 영상과 비교할 필요도 있었다. 이러한 종래의 기술에서는 영상 처리의 부하가 증가하는 문제점이 있다. 그러나, 제 3 실시예에서는 이러한 문제를 해결할 수가 있다. 또한, 기계 학습을 이용함으로써, 방사선 치료 전에 각종 조건을 설정하는 수고를 덜어준다.
실시예들의 의료 영상 처리 장치가 제 1 내지 제 3 실시예들에 기초하여 설명되었지만, 전술한 실시예들 중 어느 하나에 적용된 구성은 다른 실시예에 적용될 수 있으며 각 실시예에 적용된 구성들은 조합하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 실시예의 인터록 처리 또는 제 3 실시예의 마커 추적 처리의 적어도 일부는 제 1 실시예의 의료 영상 처리 장치 또는 이동 대상물 추적 장치에서 실행될 수도 있다.
본 실시예의 의료 영상 처리 장치(3) 및 이동 대상물 추적 장치(4)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)과 같은 저장 장치, HDD(Hard Disk Drive) 및 SSD(Solid State Drive)와 같은 외부 저장 장치, 디스플레이와 같은 표시 장치, 마우스 및 키보드와 같은 입력 장치, 통신 인터페이스, 및 특수 목적 칩, FPGA(Field Programmable Gate Array), GPU(Graphics Processing Unit), 및 CPU(Central Processing Unit)와 같은 고도로 집적된 프로세서를 갖는 제어 장치를 포함한다. 의료 영상 처리 장치(3) 및 이동 대상물 추적 장치(4)는 통상의 컴퓨터를 사용하여 하드웨어 구성에 의해 실현될 수 있다.
본 실시예의 의료 영상 처리 장치(3) 및 이동 대상물 추적 장치(4)에서 실행되는 각 프로그램은 미리 ROM 등의 메모리에 내장되어 제공됨에 유의한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 각각의 프로그램은 CD-ROM, CD-R, 메모리 카드, DVD, 및 플렉시블 디스크(FD)와 같은 비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 설치 가능 또는 실행 가능한 포맷의 파일로서 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 의료 영상 처리 장치(3) 및 이동 대상물 추적 장치(4)에서 실행되는 각 프로그램은 인터넷 등의 네트워크에 접속된 컴퓨터에 저장되고, 네트워크를 통해 다운로드되어 제공될 수도 있다. 또한, 의료 영상 처리 장치(3) 및 이동 대상물 추적 장치(4)는 네트워크 또는 전용 회선을 통하여 각 구성 요소의 기능을 독립적으로 나타내는 별도의 모듈들을 상호 연결하여 조합함으로써 구성할 수도 있다.
전술한 실시예들에서는, 인간인 환자(P)를 검사 대상물로 예시하고 있지만, 개, 고양이 등의 동물을 검사 대상물로 하고 그 동물에 대한 방사선 치료를 수행하는 경우에 의료 영상 처리 장치(3)를 사용할 수도 있다.
전술한 실시예들에서는 호흡 센서(11)를 이용하여 환자(P)의 호흡을 모니터하고 있지만, 다른 모드에서 환자(P)의 호흡을 모니터할 수도 있다. 예를 들어, 환자(P)의 호흡은 적외선을 반사하도록 구성된 반사 마커를 환자(P)의 신체 표면에 부착하고, 반사 마커에 적외선 레이저를 조사하여 반사파를 획득함으로써 모니터될 수 있다.
전술한 실시예들에서, 의료 영상 처리 장치(3)가 리허설 동안에 촬영되는 환자(P)의 X-선 영상(40)을 디스플레이하고, 사용자는 마커(M)의 선택, 특정 범위(45)의 변경, 또는 특정 위치(41)의 변경을 수행한다. 그러나, 이동 대상물 추적 장치(4)가, 리허설 동안에 사용자가 마커(M)를 선택하거나, 특정 범위(45)를 변경하거나, 특정 위치(41)를 변경할 수 있도록 구성될 수 있다.
전술한 실시예들에서는, 복수의 마커(M)를 환자(P)의 신체 내에 놓고, 이들 마커(M)를 X-선 촬영에 의해 추적하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 마커(M)만이 환자(P)의 신체 내에 놓일 수 있으며, 이것이 X-선 촬영에 의해 추적될 수 있다.
전술한 실시예들에서는 2 쌍의 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)가 제공되었지만, 오직 한 쌍의 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)만을 사용하여 마커(M)를 추적할 수 있다. 또한, 3 쌍 이상의 X-선 조사기(9) 및 X-선 검출기(10)를 사용하여 환자(P)를 3 이상의 방향에서 촬영함으로써 취득되는 시간 순차적 X-선 영상들을 사용하여 마커(M)를 추적할 수도 있다.
전술한 실시예들에서는 DRR 영상(46)을 생성하고 마커(M)가 나타나는 위치를 특정함으로써 특정 설정 정보가 생성되었지만, DRR 영상(46)을 생성하지 않고 특정 설정 정보가 생성될 수도 있다. 특정 설정 정보를 생성하는데 필요한 정보는 마커(M)의 위치이기 때문에, 3차원 볼륨 영상 및 기하학적 정보가 취득될 수 있을 경우에 특정 설정 정보가 생성될 수 있다.
전술한 실시예들에서는, 의료 영상 처리 장치(3) 또는 이동 대상물 추적 장치(4)가 X-선 영상(40) 및 DRR 영상(46)과 같은 영상들을 디스플레이하는 모니터(표시부)를 포함하는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 각 실시예의 의료 영상 처리 장치는 특정 설정 정보를 생성하여 출력하는 의료 영상 처리 장치(3)로서 구성될 수도 있으며, 이에 따라 모니터가 생략될 수 있다.
또한, 본 실시예의 플로우 차트에는, 각 단계가 직렬로 실행되는 모드가 도시되어 있지만, 각 단계의 실행 순서가 반드시 고정되어 있을 필요는 없으며, 일부의 단계의 실행 순서가 변경될 수도 있다. 또한, 일부 단계는 다른 단계와 병행하여 실행될 수도 있다.
전술한 실시예에 따르면, 3차원 볼륨 영상 및 기하학적 정보에 기초하여 마커를 묘사하는 영상을 생성하기 위한 촬영 설정 또는 이 영상에 대한 영상 처리 설정을 위해 사용되는 특정 설정 정보를 생성하는 특정 설정 정보 생성기를 제공하는 것에 의하여, 마커를 묘사하는 영상을 생성하기 위한 촬영 설정 또는 이 영상에 대한 영상 처리 설정과 관련된 사용자의 수고가 감소될 수 있다.
특정 실시예들이 설명되었지만, 이 실시예들은 단지 예로서 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 실제로, 본 명세서에서 설명된 신규한 방법 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 방법 및 시스템 형태에서의 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다. 첨부된 청구 범위 및 그 등가물은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 그러한 형태 또는 수정을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (9)

  1. 의료 영상 처리 장치로서,
    특정 영상으로부터 취득되는 특징(feature)을 이용하여 기계 학습(machine learning)에 의해 취득되는 판별기의 파라미터를 저장하도록 구성되는 메모리 - 상기 특정 영상은 대상물에 있어서 방사선 조사의 대상이 되는 타겟 부분의 움직임과 상관 관계가 있는 정보가 특정 조건을 충족시키는 제 1 영상이며, 상기 제 1 영상은 상기 대상물의 형광투시 영상(fluoroscopic image)의 전체 또는 일부임 -;
    상기 제 1 영상과는 상이한, 상기 대상물의 영상인 다른 형광투시 영상을 취득하도록 구성되는 영상 입력 인터페이스;
    제 2 영상의 특징을 취득하도록 구성되는 특징 산출기 - 상기 제 2 영상은 상기 영상 입력 인터페이스로부터 취득되는 상기 다른 형광투시 영상의 전체 또는 일부임 -; 및
    상기 메모리에 저장된 상기 파라미터 및 상기 제 2 영상의 상기 특징에 기초하여, 상기 제 2 영상의 판정 결과를 나타내는 판정 신호를 출력하도록 구성되는 판정 신호 출력 인터페이스
    를 포함하는, 의료 영상 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 부분의 움직임과 상관 관계가 있는 상기 정보는 상기 대상물의 호흡 상태에 관한 정보이고,
    상기 특정 조건은 상기 제 1 영상에 대응하는 상기 대상물의 호흡 상태가 상기 타겟 부분 상으로의 방사선 조사에 적합한 호흡 상태인지의 여부이며; 또한
    상기 판정 신호는 제 2 영상에 묘사된 상기 대상물의 상태가 정상 상태인지의 여부를 나타내며, 상기 정상 상태는 상기 방사선 조사가 허용되는 상태인, 의료 영상 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 부분의 움직임과 상관 관계가 있는 상기 정보는 상기 대상물에 놓인 마커(marker)의 위치에 관한 정보이고;
    상기 특정 조건은 상기 대상물에 제공된 상기 마커가 상기 제 1 영상의 특정 위치에 묘사되는지의 여부이며; 또한
    상기 판정 신호는 상기 마커가 상기 제 2 영상의 특정 위치에 묘사되는지 여부를 나타내는, 의료 영상 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 상기 대상물의 3차원 볼륨 영상(volume image)으로부터 생성되는 디지털 재구성 방사선 사진이고, 상기 3차원 볼륨 영상은 의료 검사 장치를 사용하여 상기 대상물을 검사함으로써 생성되는, 의료 영상 처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 컴퓨터 그래픽(computer graphics)을 사용하여 생성되는 상기 마커의 가상 영상을 포함하는 영상인, 의료 영상 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 판별기의 상기 파라미터는, 비-특정 영상으로부터 취득되는 특징을 이용하여 수행되는 학습 처리에 의해 얻어지는 파라미터를 더 포함하며, 상기 비-특정 영상은 상기 제 1 영상이며 상기 특정 조건을 충족시키지 않는, 의료 영상 처리 장치.
  7. 방사선 치료 시스템으로서,
    제 1 항에 기재된 의료 영상 처리 장치;
    상기 대상물을 연속적으로 촬영함으로써 상기 대상물의 복수의 형광투시 영상들을 생성하도록 구성된 촬영 장치;
    상기 촬영 장치에 의해 생성되는 상기 대상물의 복수의 형광투시 영상들에 묘사된 마커의 위치를 추적하는 영상 처리를 수행하도록 구성된 추적 처리기가 구비된 이동 대상물 추적 장치; 및
    상기 이동 대상물 추적 장치에 의해 추적되는 상기 마커가 특정 위치에 존재할 경우, 상기 대상물 내의 방사선 조사 타겟 부분 상에 방사선을 조사하도록 구성되는 방사선 조사 장치를 포함하며,
    상기 의료 영상 처리 장치로부터 출력되는 상기 판정 신호가 상기 방사선 조사 장치를 제어하기 위해 사용되거나, 또는 상기 제 2 영상의 판정 결과가 상기 추적 처리기에 의해 사용되는, 방사선 치료 시스템.
  8. 방사선 치료 시스템으로서,
    제 2 항에 기재된 의료 영상 처리 장치;
    상기 대상물을 연속적으로 촬영함으로써 상기 대상물의 복수의 형광투시 영상들을 생성하도록 구성된 촬영 장치;
    상기 촬영 장치에 의해 생성되는 상기 대상물의 복수의 형광투시 영상들에 묘사된 마커의 위치를 추적하는 영상 처리를 수행하도록 구성된 추적 처리기가 구비된 이동 대상물 추적 장치; 및
    상기 이동 대상물 추적 장치에 의해 추적되는 상기 마커가 특정 위치에 존재할 경우, 상기 대상물 내의 방사선 조사 타겟 부분 상에 방사선을 조사하도록 구성되는 방사선 조사 장치를 포함하며,
    상기 의료 영상 처리 장치로부터 출력되는 상기 판정 신호가 상기 방사선 조사 장치를 제어하기 위해 사용되는, 방사선 치료 시스템.
  9. 방사선 치료 시스템으로서,
    제 3 항에 기재된 의료 영상 처리 장치;
    상기 대상물을 연속적으로 촬영함으로써 상기 대상물의 복수의 형광투시 영상들을 생성하도록 구성된 촬영 장치;
    상기 촬영 장치에 의해 생성되는 상기 대상물의 복수의 형광투시 영상들에 묘사된 마커의 위치를 추적하는 영상 처리를 수행하도록 구성된 추적 처리기가 구비된 이동 대상물 추적 장치; 및
    상기 이동 대상물 추적 장치에 의해 추적되는 상기 마커가 특정 위치에 존재할 경우, 상기 대상물 내의 방사선 조사 타겟 부분 상에 방사선을 조사하도록 구성되는 방사선 조사 장치를 포함하며,
    상기 추적 처리기는 상기 영상 처리를 위해 상기 마커가 상기 제 2 영상의 특정 위치에 있는지의 여부에 대한 판정 결과를 사용하도록 구성되는, 방사선 치료 시스템.
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