KR20010029530A - 치료/진단동안 환자의 움직임에 응답하는 장치 - Google Patents

치료/진단동안 환자의 움직임에 응답하는 장치 Download PDF

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KR20010029530A
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칼렌드앙드레엠.
그린베르거조엘
시모가카룬비.
아다나시오우차라람보스엔.
가나데다케오
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유니버시티 오브 피츠버그 오브 더 코몬웰츠 시스템 오브 하이어 에듀케이션
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Abstract

카메라(35)는 치료 또는 진단 장비에 위치한 환자에 대하여 한개 이상의 자연적인 또는 인공 기점(39)의 이미지를 나타내는 디지털 이미지 신호를 생성한다. 프로세서는 연속적인 기점 위치를 반복적으로 측정하기위해 다중 레벨의 해상도에서 다중 레벨의 필터링을 가한다. 움직임이 어떠한 한계를 초과하면 경고 신호가 생성되지만 치료가 가능하다. 허용될 수 없는 변위로 인해 치료 빔(15)이 종료된다. 디지털 이미지 신호의 디스플레이로부터 또는 초기 템플릿에 대해 평균 상관을 갖는 이미지의 자동 선택을 통해 추적 템플릿은 생성될 수 있다. 방사선 빔 발생기를 제어하기위해 환자 호흡에 동기화된 게이트 신호는 디지털 이미지 신호로부터 인출될 수 있다.

Description

치료/진단동안 환자의 움직임에 응답하는 장치{apparatus responsive to movement of a patient during treatment/diagnosis}
종래의 방사선요법 치료는 단순히 환자 위치설정 기술에 의존한다. 이러한 기술은, 방사 영역이 흔히 종양의 체적보다 더 넓으며 고정되고 제한된 방사 영역을 사용하고, 이에따라 종양이 기하학적으로 방사 영역밖에 있을 수 있는 가능성이 효과적으로 상쇄된다. 따라서, 상당한 양의 건강한 조직이 방사선 조사를 받게되며 종양 제어에 있어서 방사선 생물학적 조사 제한 인자가 된다.
현대의 입체조형 동적 방사선요법은, 컴퓨터제어 다중 빔 입체조형 동적 방사선요법(CCRT)을 사용함으로써 3차원 종양 체적에 맞춰진 촘촘한 입체구조의 방사선 조사 분포에 의해 상기 방사선 생물학적 한계를 극복하고자 한다. 따라서, 환자 위치의 정밀도, 호흡과 같이 내장의 실질적인 움직임을 포함한 환자의 움직임을 인식하는 것이 중요하다. 환자의 움직임으로 인해 촘촘한 빔이 종양을 지나칠 수 있는 것에 더하여, 다중 치료 빔을 갖기위해 반복적으로 다시 위치되는 선형 가속기와 환자사이에 충돌이 발생할 수 있는 환자의 움직임을 감지할 수 있다.
따라서 방사선 생물학적 치료/진단 장비에서 환자의 움직임을 감지하는 장치가 필요하다.
실시간으로 1밀리미터이하의 환자의 움직임을 감지할 수 있는 장치가 필요하다.
다양한 치료 위치로부터 초기화된 환자의 움직임을 감지할 수 있는 장치가 또한 필요하다.
다양한 조명 상태하에서 환자의 움직임을 감지할 수 있는 장치가 또한 필요하다.
환자의 호흡과 관련된 움직임을 다른 움직임과 구별할 수 있고 조절할 수 있는 장치가 또한 필요하다.
발명의 개요
이러한 요구는 환자위에 있는 적어도 한개의 수동 기점의 움직임을 식별하고 추적하며 환자의 움직임에 응답하는 장치에 관한 본 발명에 의해 충족된다. 상기 장치는, 적어도 한개 기점의 위치를 고속으로 식별하기위해 상관, 바람직하게는 정규화된 상관, 희소 샘플링, 브랫킷과 보간, 및 최소 억압을 포함할 수 있는 다중 레벨의 필터링을 가한다. 다중 레벨의 필터링은 디지털 이미지 신호의 다중 레벨의 해상도에서 가해진다. 실시간 추적을 제공하기위해 기점의 연속 위치는 적어도 20Hz에서 생성된다. 기점의 3차원 추적은 단일 능동 카메라를 사용하여 상기 속도에서 이루어진다.
수동 기점의 위치를 정하기위해 템플릿과 함께 관계 연산기가 사용될 수 있다. 디지털 이미지 신호에 의해 생성된 디스플레이로부터 사용자에 의해 템플릿은 대화식으로 선택될 수 있다. 대체하여, 추적용으로 사용되는 템플릿은 초기 템플릿을 사용하여 생성된 이미지로부터 선택된다. 초기 템플릿과 최대 정합하는 이미지를 사용하는 것보다, 평균 정합하는 템플릿이 선택된다.
본 발명의 또다른 양태로서, 출력을 생성하는 수단은 적어도 한개의 선택된 레벨의 변위에 대하여 적어도 한개의 수동 기점의 움직임을 표시하는 수단을 포함한다. 바람직하게, 출력 수단은 움직임이 제 1 변위를 초과한다는 경고를 생성하고 움직임이 제 2 변위를 크게 초과할 때 방사선 치료를 종료시키는 신호를 제공하는 수단을 포함한다. 바람직하게, 움직임 표시를 제공하는 수단은 제 1 및 제 2 변위에 대한 움직임 표시와 함께 환자와 기점의 이미지를 생성하는 디스플레이를 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에서, 수동 기점의 움직임을 측정하는 수단은 환자 호흡 및 임의 움직임과 관련된 움직임을 감지하는 수단을 포함한다. 환자 호흡과 동기화되는 게이트 신호를 생성하기위해 환자 호흡과 관련된 움직임이 사용될 수 있다. 이후 호흡 사이클의 선택된 부분동안만 빔 발생기를 동작시키기위해 상기 게이트 신호가 사용될 수 있다.
본 발명은 치료 및 진단을 위해 의료용 방사선을 사용하는 것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사선 치료 및 진단동안 환자의 움직임을 감지하고 환자의 움직임에 응답하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 전체를 이해하는 것은 첨부된 도면과 함께 다음에 따르는 바람직한 실시예에서 얻어질 수 있다.
도 1은 입체조형 동적 방사선요법을 실현하는 본 발명에 따른 장치의 등각도이다.
도 2는 본 발명에 따라 기점의 배치를 도시하며 도 1 장치의 일부를 형성하는 소파에 누운 환자의 평면도이다.
도 3은 본 발명을 실현하는데 사용되는 바람직한 기점의 투시도이다.
도 4는 본 발명의 실현을 도시하는 기능도이다.
도 5는 본 발명을 실현하는데 있어서 도 1 장치에 의해 생성되는 디스플레이를 도시한다.
도 6 내지 도 16은 본 발명을 실현하는데 사용되는 소프트웨어의 흐름도이다.
도 17은 본 발명을 실현하는데 사용될 수 있는 관계 연산기를 도시한다.
도 1은 본 발명이 실현된 방사선요법 치료 시스템(1)을 도시한다. 상기 시스템(1)은 수평축(9)으로 회전하기위해 기계 베이스(7)위에 피벗으로 장착된 갠트리(5)를 갖는 기계(3)를 포함한다. 갠트리(5)는, 회전축(9)의 연장을 통해 통과하며 또한 수직인 경로를 따라, 고 에너지 광양자 빔과 같은 고 에너지 방사(15) 빔을 방출하는 콜리메이터(13)를 갖는 제 1 아암(11)을 갖는다. 상호교점은 등선량중심점(17)으로 불린다. 일부 기계에서, 포털 이미저(19)는 방사 빔(15)과 정렬된 갠트리의 반대쪽 끝에 있는 제 2 아암에 장착된다. 포털 이미저(19)는 환자에 의해 흡수되지 않는 방사를 기록한다.
등선량중심점(17)은 방 공간을 위한 좌표 시스템의 기준 역할을 한다. 도시된 바와같이, X축은 갠트리의 회전축(9)과 일치한다. 따라서, 갠트리(5)가 회전함에 따라 갠트리는 Y 및 Z축을 포함한 치료 면을 정의한다.
기계(3)는 지지대에 대하여 수직, 측면, 및 길이방향 움직임을 위한 지지대(27)위에 장착된 소파(25)를 포함하는 환자 위치지정 어셈블리(23)를 또한 포함한다. 지지대(27)는 Z축과 같은 중심을 갖고 등선량중심점(17)에서 수직으로 정렬된 축(31)을 갖는 회전테이블(29)위에 장착된다. 이러한 정렬로서, 환자 위치지정 어셈블리(23)는 방 공간의 X,Y, 및 Z축 변환 그리고 Z축에 대한 회전인 4개의 자유도를 갖는다. 따라서, 환자는 소파를 통해 대각선 방향으로 연장되는 수평 축에 대하여 기울어지지 않고 또는 소파의 길이방향의 축에 대하여 회전되지 않는다. 그러나, Y-Z 치료 면에서 갠트리의 회전에 더하여, 방사선 빔(15)은 소파(25)에 누워있는 환자에게 어느 방향에서든지 직접 전달될 수 있다. 컴퓨터(33)는 입체조형 방사선요법을 실행하는데 사용되는 고 에너지 치료 빔의 진행을 확립하기위해 갠트리(5) 및 환자 위치지정 어셈블리(23)의 움직임을 제어한다.
상기 설명된 바와같이, 입체조형 방사선요법에서 빔(15)은 콜리메이터(13)에 의해 치료될 특정 종양에서 촘촘하게 같은 모양으로 된다. 따라서, 환자 위치지정 어셈블리(23)의 소파(25)위에 있는 환자의 움직임으로 인해 방사선 빔(15)이 종양과 정렬되지 않을 수 있다. 이것은 종양 치료를 어렵게 할 뿐만 아니라 건강 조직 주위를 원치않는 레벨의 방사선에 노출되게 한다. 또한, 환자의 정상적인 호흡으로 인해 빔이 정렬되지 않는 정도로 내장이 움직임될 수 있다. 예를 들어, 폐의 하위부에 있는 종양은 정상적인 호흡동안 수 센티미터 움직임될 수 있다. 환자가 약간 움직이는 것은 허용될 수 있다; 그러나, 움직임이 허용값을 넘게되면 치료는 종료되어야 한다. 게다가, 환자의 과다한 움직임으로 인해 환자 위치지정 어셈블리(23) 및 갠트리가 연속 치료 빔을 위해 위치할 때 환자와 갠트리사이에 충돌이 또한 발생할 수 있다.
본 발명은 환자의 움직임을 측정하고 응답하는 비전 시스템(34)을 사용한다. 비전 시스템(34)은 적어도 한개의 비디오 카메라(35)를 포함한다. 바람직하게는, 다중 카메라가 사용된다. 본 발명의 실시예에서, 도 2에 도시된 바와같이, 제 1 카메라(351)는 콜리메이터(13)에 인접한 갠트리(5)의 제 1 아암(11)에 장착되고 소파(25)위에 위치한 환자(37)의 이미지를 캡쳐하도록 조준된다. 카메라(351)가 갠트리(5)의 일부 위치에서 소파(25)밑에 있을때, 제 2 카메라(352)는 환자 위치지정 어셈블리(23)에 대해 천정에 고정된다. 갠트리(5)가 자신의 호의 최상 위치에 있을 때 상기 카메라(352)의 관찰 범위는 금지될 것이다. 따라서, 환자는 적어도 한개의 카메라(35)에 의해 항상 관찰될 것이다. 예를 들어 카메라(352)의 축을 따른 이동에 보다 민감하게 응답하기위해 환자 위치지정 어셈블리(23)로부터 측면으로 배치되는 것과 같이 카메라(35)가 추가로 제공될 수 있다. 그러나, 하기에 설명되겠지만, 단일 카메라는 이미지의 크기 변화로서 감지되는 카메라로부터 떨어지게 그리고 카메라쪽으로의 움직임을 포함한 3차원 움직임을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 환자의 움직임을 감지하기위해 자연적인 또는 인공 기점이 사용된다. 자연적인 기점은 환자의 상처 또는 다른 명백한 특징일 수 있다. 도 3에 도시된 바람직한 기점(39)은 램버트 표면을 갖는 물질로 덮여진 구(41)이다. 표면은 낮은 광 상태에서 높게 반사되며, 하이라이트없이 균일하게 분산된 반사를 제공한다. 구(41)는 접착제와 같은 것에 의해 환자의 피부에 대하여 확실하게 비반사 베이스(43)의 중심에 부착된다.
원칙적으로, 한개의 기점(39)만이 필요하다. 실제로는, 중요 위치의 어떠한 움직임도 감지하기위해 환자에 위치하는 다중 기점을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 2에 도시된 바와같이, 4개의 기점(39)이 환자의 흉부에 위치한다. 도 3에 도시된 인공 기점에 더하여 자연적인 피부 표시가 사용될 수 있다. 한개 이상의 카메라(35)가 사용된다면, 각 카메라는 추적할 수 있는 만큼의 많은 기점(39)을 추적한다.
도 4는 본 발명의 기능도이다. (복수의) 카메라(35)는 환자 위치지정 어셈블리(23)에 누워있는 환자(37)의 기점(39)의 이미지를 캡쳐한다. 카메라(35)에 의해 캡쳐된 이미지는 디지털 이미지 신호를 생성하는 디지타이저(45)에 의해 디지털화된다. 이러한 디지털 이미지 신호는 각 카메라 픽셀에 대한 0 내지 255의 그레이 스케일 신호이다. 디지털 이미지 신호는 위치 이동 감지기(47)를 포함하는 프로세서에 의해 처리된다. 위치 움직임 감지기(47)는 도 1에 도시된 컴퓨터(49)에서 실현된다. 컴퓨터(49)는 도 5에 도시된 예인 디스플레이(53)를 생성하는 모니터(51)를 포함한다. 컴퓨터용 인간 기계 인터페이스(55)는 키보드(57) 및 마우스 또는 트랙볼과 같은 포인팅 디바이스(59)를 포함한다.
전체적으로 설명되는 바와같이, 환자의 움직임 감지기(47)는 기점(39)을 감지하고 식별하며 이후 기점의 움직임을 추적한다. 작은 허용오차내에서의 움직임은 허용되며, 큰 움직임은 허용되지 않는다. 움직임에 대한 2개 분류의 비디오 그리고/또는 오디오 경고가 생성될 수 있다. 빔 발생기(63)가 작동되지 않도록 게이트 신호 발생기(61)는 허용될 수 없는 움직임에 응답한다. 방사선 빔에 의해 빗나가도록 방사선빔을 종료시킬 이러한 허용될 수 없는 움직임은 타겟 종양을 배치하는 것일 수 있으며, 또는 하나의 치료 빔으로부터 다음 치료 빔으로의 기계 움직임동안 환자와 갠트리(5) 사이에 충돌이 발생할 수 있는 것일 수 있다. 전자의 경우에서, 환자가 적절한 위치로 돌아오면 게이트 신호 발생기(61)는 빔 발생기를 다시 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 큰 한숨은 임시적으로 허용될 수 없는 정도로 타겟 영역을 배치할 수 있다. 본 발명의 또다른 양태에 따라, 환자의 움직임 감지기(47)는 환자 호흡을 추적할 수 있고 임의 환자의 움직임으로부터 외견상 주기적인 움직임을 추출할 수 있다. 빔 발생기의 게이팅은 이후 환자 호흡과 동기화될 수 있다. 예를 들어, 폐에 있는 종양는 환자 호흡동안 4 내지 5 센티미터 위로 움직임할 수 있다. 이것은 허용될 수 없는 정도의 움직임이다. 그러나, 방사선 빔의 생성을 호흡과 동기화함으로써, 호흡 사이클동안 종양은 고정된 위치에서 반복적으로 방사선 치료를 받을 수 있다.
도 5에 도시된 바와같이, 디스플레이(53)는 명백히 표시되는 기점(39)을 갖는 환자의 이미지를 나타낸다. 도시된 사각형과 같은 표시기(65)는 각 기점을 둘러싸며 기점의 움직임 상태를 나타내기위해 색깔이 부여된다. 남아있는 표시가 시스템에서 초록색인 반면, 39a와 같은 최대 변위를 갖는 기점은 붉은 사각형(65a)과 같이 명백하게 표시된다. 디스플레이는 또한 초록색 섹션(67g), 노랑색 섹션(67y), 및 붉은색 섹션(67r)을 갖는 트래픽 라이트(67)를 포함한다. 기점의 움직임이 바람직한 허용오차내에 있을 때, 트래픽 라이트의 초록색 섹션(67g)에 불이 들어온다.
허용될 수 있지만 정상 범위를 벗어나는 움직임에 대해서, 노랑색 섹션(67y)에 불이 들어온다. 디스플레이(53)의 측면에 있는 스케일(69)은 막대그래프 형태에서 최대 변위에 대하여 기점의 최대 허용가능 변위의 퍼센트를 나타난다. 따라서, 붉은 광(67r)이 비추어지면 막대그래프(71)는 최대 변위를 갖는 기점이 허용가능한 변위를 통해 4/5 경로인 거리만큼 움직임한 80%를 나타낸다. 초록색, 노랑색, 및 붉은색 영역은 도시된 바와같이 동일할 필요가 없다.
수동 기점을 사용한 환자의 움직임의 감지에는, 기점이 받는 형태, 외관 및 조명 상태 변화를 충분히 수용할 수 있도록 확고하며 동시에 환자의 움직임의 실시간 추적을 제공하기에 충분히 빠른 실시예가 필요하다. 실제 상태를 수용하도록 조정되는 템플릿 및 연속 레벨의 필터링을 이용함으로써 이러한 요구는 본 발명에 의해 충족된다. 그 결과, 본 시스템은 20Hz이상에서 환자의 움직임을 추적할 수 있다.
본 발명을 실현하는 적절한 소프트웨어(100)의 흐름도는 도 6 내지 도 16에 도시된다. 도 6은 소프트웨어(100)의 주 루틴을 도시하고 110에서 현재 카메라 이미지에 있는 환자 신체의 기점을 감지하는 것을 도시한다. 이후 설명되겠지만, 이것은 템플릿을 사용하여 달성된다. 이후 템플릿은 120에서 특정 환자 및 주변 상태에 대해 조정된다. 130에서 측정된 바와같이 사용자가 감시를 원하는 한, 140에서 표시된 바와같이 개별적인 각 기점이 추적되는 루프가 시작된다. 추적 시스템은 기점을 추적하지 못할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 기점이 카메라의 화면으로부터 막혀있거나 카메라의 시선을 통해 환자가 손을 움직이는 것처럼 환자가 움직이면 발생한다. 또한, 역조명 상태의 빠른 움직임으로 인해 기점은 일시 없어질 수 있다. 150에서 측정된 바와같이 기점이 없어지면, 다시 찾기위해 여러번 시도될 수 있다. 그러나, 기점이 적당한 시간내에 찾아지지 않을때, 160 및 170으로 표시된 바와같이 추적되지 않는다. 예를 들어, 예를 들어 찾고자 하는 노력이 5번까지 되지 않았을 때, 180에서 상기 기점을 다시 찾고자 한다. 190에서 기점이 다시 얻어지면, 200에서 표시된 바와같이 빔 생성기(63) 또는 가속기를 위한 게이트 신호, 및 필요한 경우 경고를 생성하기위해 200에서 루틴이 실행된다. 기점이 210에서 표시된 바와같이 추적될 수 있는 상태로 있는한, 추적 루프는 반복적으로 실행된다.
도 7은 디지털 이미지 신호에 의해 표시된 이미지에서 기점을 감지하는 일반적인 루틴(110)을 도시한다. 언급된 바와같이, 기점의 위치를 식별하는데 템플릿이 사용된다. 템플릿은 기점을 나타내는 디지털 신호 패턴이 어떻게 보이는지를 표시한다. 사용되는 템플릿의 크기는 반드시 고려되어야 한다. 템플릿이 클수록 정밀도가 향상되지만, 처리시간이 더 걸린다. 예로 든 시스템에서, 사각형 템플릿(40) 픽셀이 이용되었다. 템플릿이 생성될 수 있는 방법이 여러개 있다. 도 7의 111에서 도시된 바와같이, 이상적인 이미지 템플릿이 이용될 수 있다. 이러한 이상적인 템플릿에 더하여 또는 상기 템플릿에서, 환자를 위해 미리 저장된 이미지 템플릿은 112에 도시된 바와같이 사용될 수 있다. 이러한 미리 저장된 템플릿은 상처와 같은 자연적인 기점용으로 사용된다. 한개의 템플릿은 기점의 각 그룹에 대해 사용된다. 예를 들어, 모든 기점이 도 3에 도시된 바와같은 바람직한 기점이라면, 그룹에 있는 모든 기점이 유사한 이미지를 생성하기 때문에, 한개의 템플릿만이 요구된다.
또한, 템플릿은 113에서 사용자에 의해 상호작용하여 선택될 수 있다. 이것은 디스플레이(53)에 있는 기점 표시의 중심에서 클릭하기위해 트랙볼(59) 또는 마우스를 사용함으로써 이루어진다. 이상적 또는 미리 저장된 템플릿이 이용될 때, 템플릿을 사용하여 기점을 이미지에 위치시키기위해 다중 해상도 피라미드가 사용된다. 따라서, 114에서 도시된 바와같이, 저 해상도에서 현재 이미지가 모든 템플릿 그룹의 후보와 정합하기위해 검색된다. 본 발명의 실시예에서, 이 점에서 1/3 해상도가 사용된다. 템플릿과 이미지사이의 정규화된 상관을 사용하여 정합이 이루어진다. 저 해상도에서 나타난 정합은 이후 115에서 고 해상도로 검증되고 배치된다. 이후 116에서 최대 적합 기점으로서 K 정합이 선택되며 K는 추적될 기점의 수이다. 이후 사용자는 117에서 상호작용하여 생성된 템플릿 또는 미리 저장된 템플릿 또는 이상적인 사용을 통해 감지된 기점의 위치를 편집할 수 있다.
도 7의 블록(114)에서 수행되는 저 해상도 감지 루틴의 상세한 설명은 도 8에 도시된다. 114.1에 도시된 바와같이, 이미지는 희소 샘플링을 사용하여 래스터 주사된 선택 점일 수 있다. 희소 샘플링에서 증분이 1초과인 반면, 래스터 주사에서 픽셀은 각 선을 따라 한 선씩 증가되며 연속적으로 고려된다. 대체하여, 이미지는, 임계값에 의해 실행되는 관계 연산기를 사용하여 후보 점을 선택하는 114.2에 도시된 바와같이 래스터 주사될 수 있다. 관계 연산기는 특별한 기점의 그레이 스케일 특성을 강조하는 단순한 패턴이다. 그 예가 도 17에 도시되며, 기점은 어두운 배경(75)에서 원형태의 광(73)이다. 예를 들어, 관계 연산기(77)는 원형 광(73)의 값과 정합하는 그레이 스케일 값을 갖는 중심에 있는 한개의 픽셀값(79)일 수 있고, 배경(75)의 값과 유사한 그레이 스케일 값을 갖는 주요 점에서 4개의 픽셀(81)일 수 있다. 이러한 관계 연산기는 이미지의 고속 검색을 가능하게 하며 그룹에 있는 모든 기점을 식별할 수 있도록 선택되어야 한다. 관계 연산기는 대부분 후보 점을 추가로 생성할 것이다. 도 8에서, 상기 시스템에서 관계 연산기가 생성한 값은 상대 반사율이다. 저 해상도에서 각 점의 상대 반사율은 후보 점을 선택하기위해 임계값에 비교된다.
각 후보 점에 대해서, 정규화된 상관을 사용하여 템플릿 정합이 114.3에서 수행된다. 불필요한 점 정합은 114.4에서 필터링된다. 실시예에서, 0.75의 정규화된 상관이 임계값으로서 사용되었다. 이후 114.5에서 남아있는 점/정합을 위치시키기위해 브랫킷 및 보간이 사용된다. 브랫킷을 실현하는데 있어서, 원하는 점 정합이 정확히 위치할 직각 이미지 윈도우가 선택된다. 이후 중심과 함께 선택된 윈도우의 경계에서 점의 상관값 사이에 보간함으로써, 점 정합 위치의 새로운 측정이 계산된다. 이러한 처리는 단일 점에 이를때까지 점 정합 위치의 새로운 측정에 촛점을 맞춘 보다 작은 윈도우와 함께 연속적으로 반복된다. 상기 시스템에서, 2차원 가우스 분포를 사용하여 보간이 수행된다.
도 9는 도 7의 115에서 고 해상도로 표시된 후보 정합을 검증하는 기술을 도시한다. 브랫킷은 115.1에 표시된 바와같이 고 해상도에서 선택된 정합에 대하여 수행된다. 이후 이러한 점은 최소 억압을 사용하여 동일한 이미지 주변내의 115.2에서 필터링된다. 최소 억압을 실현하는데 있어서, 정합된 각 점을 위해, 템플릿의 크기인 영역은 상기 점에 집중된다. 템플릿 윈도우내에 상기 템플릿이 상기 점과 최상의 상관이라면 후보 정합으로서 점이 추가로 선택된다.
본 발명의 중요한 양태는 도 6에 있는 120에서 추적 템플릿의 미세 조정이다. 도 10은 템플릿을 미세 조정하는 것을 도시한다. 121에 표시된 바와같이, 동일한 초기 템플릿을 사용하여 감지된 기점으로부터 평균 점/정합이 선택된다. 예를 들어, 기점 그룹에 대해 3개의 점 정합이 있다면, 상관의 중간 값을 갖는 정합이 선택된다. 최상의 상관을 갖는 정합은 일부 유효 정합을 제거할 수 있기 때문에 선택되지 않는다는 것이 주의된다. 이러한 기술은 선택시점에서 존재하는 실제 상태에 대한 추적용으로 사용될 템플릿을 선택한다. 이후 122에서 새로운 템플릿처럼 상대적 이미지 부분이 얻어지고, 상기 새롭게 얻은 템플릿을 사용하여 모든 상대적 점/정합을 위한 위치, 관계 연산기 값 및 정규화된 상관이 123에서 기록된다. 단계(121 내지 123)는 각 템플릿 그룹을 위해 행해진다. 이후, 점/정합에 의해 측정된 모든 기점의 현재 간격 패턴이 124에서 기록된다.
이후 프로그램은 도 6의 블록(130)에서 추적 루프로 들어간다. 도 6의 140에서 호출되는 연속 추적용 루틴은 도 11에 도시된다. 기점의 새로운 위치는 기점의 이전 위치로부터 계산된 속도 벡터를 투영함으로써 131에서 예측된다. 이후 기점 위치의 배치는 132에서 표시된 바와같이 브랫킷과 보간을 사용하여 저 해상도에서 실현된다. 이후 브랫킷과 보간을 또한 사용하여, 133에서 기점 위치의 고 해상도 배치가 이루어진다.
블록(131)의 저 해상도 배치는 도 12에 도시된 루틴에 의해 실현된다. 132.1에 표시된 바와같이, 점은 희소 샘플링을 사용하여 이미지 윈도우를 래스터 주사함으로써 선택된다. 관계 연산기가 사용되면, 이전의 추적 단계에서 기점의 값과 가장 근사한 값을 갖는 관계 연산기는 132.2에서 선택된다. 어느 경우에서든, 132.3에서 정합되는 정규화된 상관 템플릿을 사용하여 최상의 정합이 선택된다. 이후 132.4의 최상의 정합의 위치에서 브랫킷이 이루어진다.
도 13은 도 11의 블록(133)에서 호출된 기점의 고 해상도 배치를 도시한다. 표시된 바와같이, 브랫킷은 133.1에서 표시된 바와같이 고 해상도에서 최상의 정합을 갖는 후보에 대해 수행된다. 정합이 발견되면, 최상의 정합의 정규화된 상관, 관계 연산기 값 및 위치는 133.2에서 계산된다. 필요하다면, 133.3에서 위치의 서브픽셀 정밀도가 계산될 수 있다. 상기 설명된 바와같이 브랫킷과 보간에서 동일한 보간 기술이 사용된다. 대체하여, 둘러싸는 픽셀 상관 값사이에 쌍일차 보간이 사용될 수 있다. 마지막으로, 필요하다면 전하 결합 소자(CCD) 지터는 133.4에서 위치를 벗어하도록 필터링된다. 상기 시스템에서, 저역 통과 필터가 사용된다.
도 6의 잃어버린 기점 루틴(150)이 도 14에 도시된다. 151에서 특정 이미지 윈도우내에 추적 루틴이 기점을 찾지 못하면, 기점은 완전히 없어진 것이다. 한개의 기점이 발견되었더라도, 기점의 새로운 위치라는 것으로 등각이 이루어져야한다. 따라서, 다수의 일정 테스트가 152에서 적용된다. 예를 들어, 정규화된 상관 값 및 관계 연산기 값은 최대 현재 값으로부터 예를 들면 15%와 같이 선택된 양 이상으로 변경되면 안된다. 또한, 이미지 제한이 적용된다. 예를 들어, 기점은 소정의 양 이상으로 위치를 변경해서는 안되며, 또는, 이미지의 가장자리에 이르면, 가장자리에서 연속 표시가 나타날 수 있지만 기점이 관찰범위 밖일 수 있기 때문에 표시된 위치는 수용되지 않는다.
잃어버린 기점을 다시 찾고자하는 도 6의 루틴(180)은 도 15에 도시된다. 우선, 기점의 새로운 위치는 도 11의 141에서 사용되었던 것보다 큰 검색 윈도우를 사용하여 181에서 예측된다. 이미지 윈도우는 182에서 행여 있다면 최상의 정합을 선택하기위해 희소 샘플링을 사용하여 고 해상도에서 래스터 주사된다. 이후 183에서 행여 있다면 최상의 정합 위치 주위에서 브랫킷이 수행된다. 정규화된 상관 관계 연산기 반사율 및 최상의 정합인 기점의 위치는 184에서 측정된다. 이후에 185에서 필요하다면 서브픽셀 정밀도의 계산이 행해진다. 마지막으로, 기점을 다시 찾고자 하는 다수의 연속 시도가 186에서 갱신된다.
도 6은 빔 발생기 또는 가속기를 게이트하고 경고를 생성하는 도 6의 루틴(200)을 도시한다. 감지 단계가 201에서 측정되기에 현재 능동인 각각에 의해 움직임한 거리 및 방향의 기점을 추적한다. 능동 추적되는 기점의 간격 패턴은 202에서 초기 패턴 및 이전 패턴과 비교된다. 개별적인 기점/또는 간격 패턴과 관련된 어떠한 외관상 주기적인 움직임은 203에서 과거의 데이터 분석을 사용함으로써 예측된다. 이것에는 환자의 종양 또는 호흡과 관련된 움직임이 포함될 것이다. 이후 경고, 경고 상태 및 가속기 게이트 신호는 가속기와 같은 장비에 대한 피드백을 위해 또는 디스플레이를 위해 204에서 계산된다.
본 발명의 특정 실시예가 상세히 설명되었지만, 본 설명의 전체 교지에서 볼때 상세한 설명에는 다양한 수정 및 대체가 가능하다는 것이 당 기술에 숙련된 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 설명된 특정 장치는 단순히 예를 든 것이며 첨부된 청구항을 주장하는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

Claims (22)

  1. 치료/진단동안 환자 위치지정 어셈블리에 위치한 환자의 움직임에 응답하는 장치에 있어서,
    상기 환자위에 적어도 한개 기점의 이미지를 나타내는 디지털 이미지 신호를 생성하는 카메라 수단; 및
    적어도 20Hz의 속도로 적어도 상기 한개의 기점의 연속 위치를 측정하기위해 상기 디지털 이미지 신호에 의해 표시되는 상기 이미지에서 적어도 상기 한개 기점의 조명 상태, 외관, 및 실제 형태에 응답하는 수단, 상기 연속 위치로부터 적어도 상기 한개 기점의 움직임을 추적하는 추적 수단, 그리고 상기 움직임의 소정값에 응답하여 출력을 생성하는 수단을 포함하는 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 출력을 생성하는 상기 수단은 적어도 한개 선택된 레벨의 변위에 대한 움직임 표시를 생성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 움직임 표시를 생성하는 상기 수단은, 상기 움직임이 제 1 변위를 초과하는 경고를 제공하는 수단, 및 상기 움직임이 상기 제 1 변위보다 더 큰 제 2 변위를 초과할 때 방사선 치료/진단을 종료시키는 신호를 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 움직임 표시를 생성하는 상기 수단은 상기 제 1 변위와 제 2 변위에 대한 상기 움직임 표시 및 상기 기점의 이미지를 생성하는 디스플레이 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 카메라 수단은 복수의 기점을 위한 디지털 이미지 신호를 생성하는 수단을 포함하고, 움직임을 반복적으로 측정하는 상기 수단은 상기 복수의 기점 각각을 측정하며, 상기 디스플레이 수단은 최대 움직임으로 기점을 표시하는 표시 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 움직임을 반복적으로 측정하는 상기 수단은 환자의 호흡 그리고 임의 움직임과 관련된 움직임을 감지하는 수단을 포함하고, 움직임 표시를 생성하는 상기 수단은 상기 임의 움직임을 표시하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 적어도 상기 한개 기점의 움직임을 반복적으로 측정하는 상기 수단은 환자 호흡과 관련된 움직임을 감지하는 수단을 포함하고, 상기 출력 수단은 상기 환자 호흡에 동기화된 게이트 신호를 생성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 수단은 적어도 상기 한개 기점의 연속 위치를 측정하기위해 상기 디지털 이미지 신호에 다중 레벨의 필터링을 반복적으로 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 다중 레벨의 필터링을 가하는 상기 수단은 적어도 상기 한개 기점의 위치를 측정하기위해 상기 디지털 이미지 신호에 브랫킷과 보간을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 다중 레벨의 필터링을 가하는 상기 수단은 상기 디지털 이미지 신호에 최소 억압을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 다중 레벨의 필터링을 가하는 상기 수단은 상관, 희소 샘플링, 브랫킷과 보간, 및 최소 억압으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 2가지 형태의 필터링을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 처리 수단은 적어도 한개 기점의 연속 위치를 측정하기위해 상기 디지털 이미지 신호의 다중 레벨의 해상도를 사용하는 수단을 포함하고, 다중 레벨의 필터링을 가하는 상기 수단은 상기 다중 레벨의 해상도 각각에 대해 필터링을 가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 처리 수단은 상기 디지털 이미지 신호로부터 적어도 상기 한개 기점의 연속 위치를 측정하기위해 템플릿과 관계 연산기중 적어도 한개를 사용하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 수단은 적어도 상기 한개 기점의 위치를 연속적으로 측정하기위해 템플릿을 사용하는 수단 및 상기 템플릿을 선택하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 템플릿을 선택하는 상기 수단은, 디스플레이 수단, 상기 디스플레이 수단에서 상기 디지털 이미지 신호로부터 적어도 상기 한개 기점의 이미지를 생성하는 수단, 및 적어도 상기 한개 기점의 상기 이미지로부터 템플릿을 선택하기위한 사용자 인터페이스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 적어도 상기 한개 기점은 복수의 기점을 포함하고, 템플릿을 선택하는 상기 수단은, 초기 템플릿을 생성하는 수단, 상기 초기 템플릿을 사용하여 상기 디지털 이미지 신호로부터 복수의 기점 각각에 대한 템플릿 정합을 생성하는 수단, 및 상기 복수의 기점 각각의 위치를 측정하는데 사용하기위해 상기 템플릿 정합중 한개를 선택하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 템플릿 정합중 한 개를 선택하는 상기 수단은, 상기 템플릿 정합 각각에 대한 값을 생성하는 수단, 및 상기 한개의 템플릿 정합과 같이 평균값을 갖는 템플릿 정합을 선택하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 한 개 기점은 램버트 표면을 갖는 기점을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 카메라 수단은 상기 디지털 이미지 신호를 생성하는 단일 카메라를 포함하고, 상기 추적 수단은 상기 디지털 이미지 신호로부터 측정된 상기 연속 위치로부터 적어도 상기 한개 기점의 3차원 움직임을 추적하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 환자 위치지정 어셈블리에 위치한 환자의 움직임에 응답하는 장치에 있어서,
    상기 환자의 이미지를 나타내는 디지털 이미지 신호를 생성하는 카메라 수단; 및
    상기 환자의 호흡과 관련된 움직임을 포함하여 상기 디지털 이미지 신호로부터 상기 환자의 움직임을 측정하는 수단, 그리고 환자 호흡과 동기화되는 상기 빔 생성 수단을 동작시키기위해 환자의 호흡과 관련된 상기 움직임에 동기화된 게이트 신호를 생성하는 게이트 수단을 포함하는 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 카메라 수단은 상기 환자에 있는 적어도 한개 기점의 이미지를 나타내는 상기 디지털 이미지 신호를 생성하고, 상기 환자의 움직임을 측정하는 상기 수단은 적어도 상기 한개 기점의 움직임을 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 19 항에 있어서, 빔 생성기에 의해 생성된 방사선으로 상기 환자의 치료동안 사용하기에 적합하며, 상기 게이트 수단은 환자 호흡과 동기화되도록 상기 빔 발생기를 동작시키기위해 상기 게이트 신호를 생성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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