KR20010083921A - 방사선 치료의 예측에 의한 생리적 게이팅을 위한 방법 및시스템 - Google Patents

방사선 치료의 예측에 의한 생리적 게이팅을 위한 방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

방사선 치료에 대한 생리적 게이팅을 위한 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 생리적 활동 또는 움직임의 정규적 사이클을 검출하고 예측에 의해 추정하는 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 본 발명의 다른 개시된 양상은 게이팅 시스템 부품의 예측에 의한 활성화를 지향한다. 본 발명의 또 다른 개시된 양상은 생리적 활동의 위상에 기초한 방사선 처리의 생리적 게이팅을 지향한다.

Description

방사선 치료의 예측에 의한 생리적 게이팅을 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PREDICTIVE PHYSIOLOGICAL GATING OF RADIATION THERAPY}
방사선 치료는, 암의 종양과 같은, 인체의 어떤 부분을 선택적으로 높은 도우즈의 방사선에 노출시키는 의료 과정을 뜻한다. 방사선 치료의 취지는 유해한 조직이 파괴될 수 있도록 타깃(target)이 되는 생체 조직에 방사선을 조사하는데 있다. 어떤 유형의 방사선 치료에서는, 조사 영역이 종양 또는 타깃이 되는 조직 영역의 크기와 형태로 한정되어 건강한 조직에 방사선으로 인한 손상을 입히는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 컨포멀 치료(conformal therapy)는 타깃이 되는 종양에 보다 가깝게 치료 영역을 부합시킴으로써 도우즈 분포를 최적화하는데 종종 이용되는 방사선 치료 기술이다.
정상적인 생리적 움직임은 임상 계획과 종래의 방사선 치료와 컨포멀 치료의 실행에 있어서의 한계를 나타낸다. 호흡이나 심장의 움직임과 같은, 정상적인 생리적 움직임은 방사선 조사가 행해지는 종양이나 조직의 위치 이동을 야기할 수 있다. 방사선 빔이 정확한 종양 면적으로 치료 용적에 맞추어 질 수 있는 형태가 되면, 치료 동안에 그 종양의 움직임에 의해 방사선 빔이 타깃이 되는 종양 조직을 완전히 덮을 수 있을 정도의 충분한 크기 또는 형태를 갖지 않게 될 수 있다.
이러한 문제에 대한 한 가지 방법이, 환자의 신체의 움직임과 동기화된 게이팅 신호에 의해, 치료 동안의 방사선 빔의 생리적 게이팅을 수반하는 것이다. 이러한 접근 방법에서는, 환자의 생리적 상태 및/또는 움직임을 관찰하기 위한 기구가 이용된다. 예를 들어, 호흡은 환자의 신체의 폐종양의 위치의 움직임을 유발하는 것으로 알려져 있다. 방사선 치료가 폐종양에 행해지는 경우, 온도 센서, 스트레인 계기(strain gauge), 프리모텍트로그래프(preumotactrograph), 또는 광학 이미징 시스템이 환자의 호흡 사이클을 측정하는데 이용될 수 있다. 이러한 기구들은 호흡 사이클 동안 환자의 움직임을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 방사선 빔이 폐종양의 과도한 움직임에 대응하는 호흡 신호에서의 특정 시점 동안 차단 또는 중지될 수 있도록, 이 방사선 빔은 측정된 호흡 신호의 소정 임계 진폭 레벨들에 기초하여 게이트될 수 있다.
방사선 치료의 생리적 게이팅의 공지된 방법들은 반응적인데, 즉, 공지된 방법들은 측정된 생리적 움직임 레벨에 종속적으로 반응하는 게이팅 방법들을 이용한다. 반응적인 게이팅 시스템의 한가지 단점은, 측정된 생리적 움직임이 게이팅 시스템 구성 요소들의 효과적인 동작 속도들과 비교했을 때 상대적으로 고속의 모션을 수반한다는 것이다. 따라서, 순수하게 반응적인 게이팅 시스템은 인가되는 반사능을 효과적으로 게이트할 수 있을 만큼 충분히 고속으로 반응할 수 없다. 예를 들어, 게이팅 시스템은 방사선 치료를 게이팅하기 위한 스위치를 포함하고, 이 스위치는 제공된 시간 주기 Δt 동안 계속 이용되게 된다. 스위칭 시간 주기 Δt는 측정된 생리적 모션 사이클에 비해 비교적 느리지만, 반응적 방법에서 이러한 스위치를 이용하는 시스템은 방사선 치료 동안 적절한 시점에서 방사선의 인가를 효과적으로 게이트할 수 없게 된다.
그러므로, 종래의 기술의 이러한 문제점과 기타의 문제점들을 다룰 수 있는 시스템 및 방법이 요구되고 있다. 측정된 생리적 움직임 신호들에 전혀 반응하지 않는 생리적 게이팅을 위한 방법 및 시스템에 대한 요구가 있다.
<발명의 요약>
본 발명은 방사선 치료를 위한 개선된 생리적 게이팅 방법 및 시스템을 제공한다. 한 양상에 따르면, 본 발명은 생리적 활동이나 움직임의 정상적인 사이클을 검출하여 주기적으로 평가하기 위한 방법 및 시스템을 포함한다. 본 발명의 다른 양상은 게이팅 시스템의 구성 요소들의 예측에 의한 작용을 나타낸다. 본 발명의 또 다른 양상은 생리적 활동의 페이즈에 기초한 방사선 치료의 생리적 게이트를 나타낸다.
본 발명은 의료 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 방사선 치료의 생리적 게이팅을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생리적 게이팅을 위한 시스템의 구성 요소들을 도시한 도면.
도 2는 호흡 모션 신호 차트의 예를 도시한 도면.
도 3은 모션 신호 차트와 게이팅 신호 차트를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에서 수행되는 프로세스 동작들을 도시한 플로우챠트.
도 5는 정상적인 생리적 움직임의 검출 및 예측 추정을 위한 프로세싱 동작들을 도시한 플로우챠트.
도 6a는 본 발명에서 이용될 수 있는 카메라의 일시예를 도시한 측면도.
도 6b는 도 6a의 카메라의 전면도.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 역반사 메이커를 도시한 도면.
도 7b는 도 7a의 역반사 메이커의 단면도.
도 8은 역반사 메이커를 만드는 장치를 도시한 도면.
도 9는 게이팅 신호 챠트와 동기화되는 페이즈 차트를 도시한 도면.
도 10은 원통형 메이커 블록의 일실시예를 도시한 도면.
도 11은 반구형 메이커 블록의 일실시예를 도시한 도면.
도 12는 본 발명을 구현할 수 있는 컴퓨터 하드웨어 시스템의 도면.
본 발명의 한 양상은 생리적 활동이나 움직임의 정상적인 사이클을 검출 및 예측 추정하기 위한 방법을 포함한다. 본 발명의 방법은 예를 들어 호흡이나 심장 사이클들을 포함한, 임의의 정상적인 생리적 활동에 대해 이용가능하다.
동작 시, 환자의 검사 대상의 생리적 활동을 나타내는 하나 이상의 데이터 세트가 수집된다. 예를 들어, 심전도는 심장 사이클을 나타내는 데이터를 발생하기 위해 이용될 수 있다. 호흡 사이클을 나타내는 데이터를 발생하기 위해, 온도 센서, 스트레인 계기, 또는 프리모텍트로그래프가 이용될 수 있다. 생리적 활동이나 움직임을 나타내는 데이터 세트를 얻기 위해 본 발명의 기술 범위 내에서 다른 기구나 매카니즘이 사용가능하다.
도 1은, 방사선 치료의 생리적 게이팅 시스템(100)의 일례의 구성 요소들을 도시하는데, 여기서 생리적 활동을 나타내는 데이터는 광학 이미징 장치에 의해 수집된다. 시스템(100)은 치료 테이블(104)에 있는 환자(106)에 방사선 빔을 지향하도록 위치 배열된 (종래의 선형 액셀레이더와 같은) 방사선 빔 소스(102)를 포함한다. 스위치(116)는 방사선 빔 소스(102)에 동작적으로 결합된다. 이 스위치(116)를 조작하여 환자(106)에서 방사선 빔의 조사를 정지시킬 수 있다. 본 실시예에서, 스위치(116)는 방사선 빔 소스(102)의 기계적 및 전기적 구조의 일부이다. 다른 방법으로, 스위치(116)는 방사선 빔 소스(102)의 제어 일렉트로닉스와 결합된 외부 장치를 포함한다.
비디오 카메라(108)와 같은, 광학 또는 비디오 이미지 장치는, 환자(106)의 최소한의 부분이 카메라의 시야 내에 있도록 하기 위한 것이다. 카메라(108)는 환자(106)를 측정하고자하는 특정 생리적 활동과 관련된 모션에 대하여 모니터한다. 예를 들어, 환자의 호흡 움직임이 모니터되는 경우에는, 카메라(108)가 환자의 흉부의 모션을 모니터하도록 구성될 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라(108)는 그 축이 환자(106)의 세로축에 대해 약 45도를 이루도록 배치된다. 흉부 모션의 3-5mm로 얻어질 수 있는 호흡의 측정치에 대해, 비디오 이미지 시야는 환자의 흉부의 약 20cm ×20cm 의 면적을 볼 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다. 단지 예시를 위해, 도 1에는 단일 카메라(108)가 도시된다. 그러나, 본 발명에서 이용되는 다수의 카메라(108)는 이 개수를 초과할 수 있고, 이 본 발명에서 사용되는 정확한 개수는 지시되는 특정 애플리케이션에 의존하게 된다.
일실시예에서, (바람직한 실시예에서 적외선 소스들인) 하나 이상의 일루미네이션 소스들은 치료 테이블(104) 상의 환자(106)에서 빛을 투사한다. 발생된 빛은 환자의 신체상의 하나 이상의 랜드마크(landmark)로부터 반사된다. 환자(106)를 향하고 있는 카메라(108)는, 이 랜드마크들로부터 반사된 빛을 포착하여 검출한다. 이 랜드마크들은 검사할 생리적 활동에 따라 선택된다. 예를 들어, 호흡 측정을 위해서는, 환자의 흉부 상에 하나 이상의 위치로부터 랜드마크가 선택될 수 있다.
카메라(108)의 출력 신호들은 비디오 이미지들을 수신하는 능력을 갖는 컴퓨터(110)나 다른 형태의 프로세싱 유닛으로 전송된다. 특정 실시예에 따르면, 컴퓨터(110)는 Microsoft Windows NT에서 실행되는 Intel Pentium계 프로세서를 포함하고 이 시스템에서 사용되는 각각의 비디오 소스에 대해 개별 채널을 갖는 비디오 프레임 그레버 카드(video frame grabber card)를 포함할 수 있다. 카메라(108)에 의해 기록된 이미지는 프로세싱을 위해 컴퓨터(110)로 송신된다. 카메라(108)가 아날로그 출력을 생성하면, 프레임 그래버는 이 카메라 신호들을 디지털 신호로 변환한 후에, 컴퓨터(110)로 처리한다. 컴퓨터(110)에 의해 수신된 비디오 신호들에 기초하여, 제어 신호들이 컴퓨터(110)로부터 전송되어 스위치(116)를 조작할 수 있다.
일실시예에 따르면, 하나 이상의 피동적인 마커들(114)이 환자의 움직임을검출할 부분에 배치된다. 각각의 마커들(114)은 바람직하게는 가시 파장인지 비가시 파장인지에 따라 광을 반사할 수 있는 반사성 또는 역반사성 재료를 포함한다. 조사 소스와 카메라(108)가 동일한 장소에 배치되는 경우, 마커(114)는 조사 소스의 방향으로 대부분의 광을 반사시키는 역반사 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 대안으로, 각각의 마커들(114)은 자신의 광원을 포함한다. 마커(114)는 카메라(108)에 의해 이미지를 나타내는 환자의 신체 상의 물리적 랜드마크들 대신에 또는 이와 함께 사용되어 환자의 움직임을 검출할 수 있다. 이들 마커들(114)은 바람직하게는 카메라(108)에 의해 발생된 비디오 이미지들을 통해 용이하게 검출 및 검색될 수 있기 때문에 신체의 랜드마크 대신에 사용될 수 있다. 적절한 마커들(114)의 반사 또는 역반사 품질로 인하여, 마커들(114)은 본래 카메라(108)와 같은 광 검출 장치에서와는 달리 비디오 이미지에서, 특히 카메라(108)와 일루미네이션 소스가 같은 위치에 있을 때, 보다 큰 컨트레스트를 제공한다.
환자의 움직임을 검색하기 위해 비디오 또는 광학계 시스템을 이용하여 몇가지 장점을 얻을 수 있다. 첫 번째로, 비디오 또는 광학계 시스템은 해당 환자들을 대상으로 한 이용들 간의 측정 결과들을 반복하여 얻기 위해 신뢰성있는 매카니즘을 제공한다. 두 번째로, 본 발명의 방법은 비침해성이 있고, 마커들이 사용되는 경우에도 환자에게 어떠한 케이블 또는 접속을 행할 필요가 없다. 더욱이, 마커들의 이용이 비실용적인 경우에는 시스템이 여전히 마커의 이용없이 선택된 신체의 랜드마크에 맞춘 생리적 활동의 측정을 수행함으로써 이용될 수 있다. 마지막으로, 본 방법은 외부의 해부학적 신체 움직임의 절대 측정치에 기초하므로 보다 정확하다.
마커(114)를 트랙킹시 가능한 비효율은 마커가 비디오 프레임상의 임의의 위치에 나타날 수 있고, 비디오 프레임의 모든 이미지 소자들은 마커(114)의 위치를 결정하도록 검사되어야 한다. 따라서, 본 실시예에서, 마커(114)에 대한 위치의 초기 결정은 비디오 프레임내의 모든 이미지 소자들의 검사를 수반한다. 비디오 프레임이 640 x 480 이미지 소자를 포함한다면, 모든 307200(640*480) 이미지 소자는 마커(114)의 위치를 찾도록 초기에 검사된다.
마커(114)의 실시간 트랙킹에 있어서, 실시간으로 마커(114)의 위치를 결정하기 위해 모든 비디오 프레임에 대한 모든 이미지 소자를 검사하는 것은 시스템 자원의 상당한 양을 소비할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 비디오 프레임내에서 이미 식별된 마커(114)의 위치의 예측에 기초하여 배치된, 본원에서는 "트랙킹 게이트(tracking gate)"로 표시하는 비디오 프레임의 작은 영역을 처리함으로써 마커(114)의 실시간 트랙킹이 용이하게 실시될 수 있다. 이전의 비디오 프레임에 정의된 마커(114)의 미리 결정된 위치는 동일한 마커에 대해 실시간 초기 검색 범위를 규정하는데 사용된다. 트랙킹 게이트는 마커(114)의 이전의 위치에 중심이 있는 비디오 프레임의 비교적 작은 부분이다. 트랙킹 게이트는 마커(114)의 새로운 위치를 포함하지 않는 경우에만 확장된다. 예로서, 특정 마커의 이전에 결정된 위치가 비디오 프레임내의 이미지 소자(50, 50)일 경우의 상황을 생각해 보자. 트랙킹 게이트가 비디오 프레임의 50 * 50 영역에 제한되면, 본 실시예에 대한 트랙킹 게이트는 (25, 50), (75, 50), (50, 25) 및 (50, 75)의 축에 의해 정의된 영역내에 있는 이미지 소자들을 포함한다. 비디오 프레임의 다른 부분은 마커(106)가 상기 트랙킹 게이트내에서 발견되지 않을 경우에만 검색된다.
카메라(108)로부터 컴퓨터(110)로 송신된 비디오 이미지 신호들은 환자 신체상의 마커(114) 및/또는 경계표 구조의 움직임을 나타내는 모션 신호를 생성 및 트랙하는데 사용된다. 도 2는 주어진 측정 기간동안 마커(114)의 움직임에 대한 정보를 포함하는 호흡기 움직임에 관한 모션 신호 챠트(200)의 예를 도시한다. 수평축은 시간상의 점들을 나타내고 수직축은 마커(114)의 상대적인 위치 또는 움직임을 나타낸다. 본 실시예에 따라서, 도 2에 도시된 신호는 모션 신호 챠트(200)를 따라 도시된 복수의 개별적인 데이터 점들을 포함한다.
방사선 요법의 생리적 게이팅의 한 측면은 방사선을 조사하기 위한 "치료 간격(treatment interval)"의 경계의 결정이다. 게이팅 목적을 위하여, 치료 간격의 경계선들을 결정하기 위해 모션 신호의 진폭 범위에서 임계점들이 정의될 수 있다. 치료 간격의 경계선 밖에 있는 환자의 움직임은 조사의 목표가 되는 종양 또는 조직으로의 움직임 레벨을 수용하기 어려운 레벨로 유발하도록 예상되는 움직임이다. 본 실시예에 따르면, 치료 간격은 임상 목표 용량의 움직임이 최소화되는 생리적 싸이클 부분에 대응한다. 치료 간격의 경계선을 결정하기 위한 다른 인자들은 목표 용적의 최소 움직임을 포함하는 모션 신호 부분 또는 위험한 상태의 기관으로부터 목표 용적의 가장 큰 분리를 포함하는 모션 신호 부분을 식별하는 것을 포함한다. 따라서, 조사 빔 패턴은 환자의 움직임을 고려하기 위해 가능한 최소의 마진을 갖고 형성될 수 있다.
모션 신호가 지정된 치료 간격내에 있을 경우에만 환자에게 방사선이 조사된다. 도 3을 참조하면, 신호 범위(302)에 의해 표시되는, 치료 간격의 예가 도시되어 있고, 이는 모션 신호 챠트(200)에 도시된 움직임 데이터로 정의된다. 도 3의 예에서, 0.8(상한선(304)으로 도시됨)의 값을 초과하거나, 0.0(하한선(306)으로 도시됨)의 값 아래로 움직이는, 측정된 신체 위치의 임의의 움직임은 치료 간격의 경계선 밖에 위치한다.
모션 신호 챠트(200)와 정렬된 게이팅 신호 챠트(300)의 예가 도 3에 도시된다. 치료 간격 신호 범위(302)밖에 있는 임의의 모션 신호는 환자에게 방사선 조사를 중지하는 "빔 홀드(beam hold)" 게이팅 신호 임계값(310)을 초래한다. 치료 간격 신호 범위(302)내에 있는 임의의 모션 신호는 환자에게 방사선 조사를 허용하는 "빔 온(beam on)" 게이팅 신호 임계값(312)을 초래한다. 실시예에서, 모션 신호 챠트(200)에 도시된 정보를 나타내는 디지털 신호는 컴퓨터(100)에 의해 처리되고, 치료 간격 신호 범위(302)의 임계 레벨과 비교하여 게이팅 신호 임계값(310, 312)을 발생시킨다. 선택적으로는, 치료 간격 신호 범위(302)에 대응하는 아날로그 임계 신호와 비교될 비교기로 아날로그 모션 신호를 공급하여 게이팅 신호 임계값(310, 312)이 얻어질 수 있다. 임의의 경우에서, 게이팅 신호 임계값(310, 312)은 컴퓨터(110)에 의해 생성되고 조사 빔 소스(102)(도 1)의 동작을 제어하여 조사 빔을 환자(106)에게 조사하거나 조사하는 것을 중지하도록 제어하는 스위치(116)로 적용된다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 실행된 처리 과정의 플로우챠트이다. 제1 처리 과정은 카메라(402)에 의해 검출될 모션 신호의 범위에서 치료 간격에 대한 경계선을 정의하는 것이다. 상술한 바와 같이, 치료 간격의 경계선 바깥에 위치하는 임의의 움직임은 조사의 목표가 되는 종양이나 조직의 수용 불가능한 움직임 레벨을 초래할 것으로 예상된다. 환자(404)의 생리적 움직임을 측정하기 위해 비디오 카메라와 같은 광학 또는 비디오 이미지 시스템이 사용되고, 광학 또는 비디오 이미징 시스템의 출력은 처리되어 측정된 모션 신호와 치료 간격(406)의 임계 경계선을 비교한다.
모션 신호가 치료 간격의 밖에 있을 경우, "빔 오프(beam off)" 게이팅 신호 임계값은 조사 빔원(408)에 효과적으로 연결되는 스위치에 가해진다. 조사 빔원이 현재 환자(410)에게 조사될 경우, 스위치 설정은 조사 빔(411)을 유지 또는 중지하도록 조작된다. 그 후, 프로세스는 처리 과정(406)으로 되돌아 간다.
모션 신호가 치료 간격의 경계선내에 있을 경우, "빔 온(beam on)" 게이팅 신호 임계값이 생성되고(412) 조사 빔원에 효과적으로 연결되는 스위치에 가해진다. 조사 빔원이 현재 환자(413)에게 적용되지 않을 경우, 스위치 설정은 조사 빔원을 턴온 또는 환자(414)에게 조사하도록 조작된다. 그 후, 프로세스는 처리 과정(406)으로 되돌아 간다.
실시예에 따르면, 환자의 정규적인 생리적 움직임에서 상당한 편이가 검출될 경우 조사 빔원은 중지된다. 상기 편이는 환자의 기침 또는 갑작스런 움직임에 의한 것일 수 있다. 목표로 된 조직의 위치 및/또는 방위는 모션 신호의 진폭 범위가 상기 편이 동안에 치료 간격의 경계선내에 존재하더라도 상기 편이의 결과로서수용되지 않을 정도로 움직여질 수 있다. 따라서, 상기 편이 치료의 검출은 방사선 조사 치료를 게이트하기 위해 적당한 시간 주기를 정의한다.
본 발명은 생리적 활동 주기를 검출 및 미리 예측하기 위한 방법을 제공한다. 사실상, 본 발명은 환자의 생리적 움직임과 "동조(phase lock)"될 수 있다. 게이팅 시스템이 움직임 주기에 동조되기 때문에, 상기 주기로부터의 편이는 식별될 수 있고 적절히 처리될 수 있다. 예를 들면, 호흡 싸이클로 게이팅 할 경우 환자의 갑자스런 움직임이나 기침은 호흡 싸이클의 검출된 주기로부터의 편이을 야기시킬 수 있다. 조사 치료는 정규적인 주기로부터의 상기 편이 동안에 게이트될 수 있다. 또한, 본 발명은 따라오는 후속 생리적 움직임의 주기를 미리 예측하기 위한 방법을 제공한다.
도 5는 정기적인 생리적 움직임 싸이클의 검출 및 예측을 실행하기 위한 본 발명의 프로세스 플로우챠트이다. 처리 과정 502에서, 관심있는 생리적 활동을 나타내는 데이터 신호를 생성하기 위해 기구 또는 시스템(도 1의 시스템(100)과 같은)이 사용된다. 실시예에서, 데이터 신호는 검사중인 생리적 움직임을 나타내는 신호파형을 집단적으로 형성하는 디지털 데이터 샘플의 스트림을 포함한다. 소정 시간 주기동안에 생리적 활동에 대해 다수의 개별적인 측정 샘플이 채취된다. 예를 들면, 호흡 움직임에 관한 본 발명의 실시예에서, 매 7초정도의 시간 간격에 대해 약 200 - 210 데이터 샘플이 측정된다.
처리 과정 504에서, 측정된 데이터 샘플에 대해 패턴 매칭 분석이 실행된다. 실시예에서, 생리적 신호에 관한 데이터 샘플의 가장 최근 세트는 바로 이전의 데이터 샘플 세트와 상관되어 신호의 주기 및 반복성을 결정한다. 상기 패턴 매칭을 실행하기 위해 자동 상관 함수이 사용될 수 있다. 생리적 움직임 또는 생리적 모니터링 센서 신호의 각각의 새로운 샘플 포인트에 있어, 프로세스는 신호의 가장 나중 n개 샘플 - 여기서, n은 약 1.5 내지 2 신호 호흡 주기에 대응함 - 의 자동 상관 함수을 연산한다. 신호의 주기 및 반복성을 결정하기 위하여 자동 상관 함수의 2번째 피크가 식별된다.
선택적인 실시예에서, 자동 상관 함수 대신에 절대 차 함수가 사용된다. 2차 피크 대신에 절대차의 2번째 최소값이 검색된다. 생리적 움직임 또는 생리적 모니터링 센서 신호의 각각의 새로운 샘플 포인트에 있어, 프로세스는 오버래핑된 데이터 샘플의 범위에서 2개 세트의 데이타사이의 최소 절대차를 연산한다. 제2 최소값은 이전의 데이터 샘플 세트와 최근 데이트 샘플 세트를 가장 잘 매칭시키는 데이터 위치와 대응된다.
다른 선택적 실시예는 측정된 생리적 활동의 모델에 기초로 한 패턴 매칭을 실행한다. 모델은 상기 생리적 활동에 대한 생리적 움직임 또는 생리적 모니터링 센서 신호를 동적으로 나타낸다. 가장 최근의 데이트 샘플 세트가 모델과 매칭되어 반복적인 프로세스의 파라미터를 예측한다.
측정된 생리적 신호(504)를 사용하는 패턴 매칭은 매칭된 정도에 대한 정보를 제공하고, 반복 프로세스에 대한 최상의 매칭의 위치도 제공한다. 처리 과정 504에서 자동 상관 함수이 사용된다면, 제2 피크의 상대적 길이는 신호가 얼마나 반복적인지에 대한 측정을 제공한다. 2개의 데이터 샘플사이의 매칭의 정도를 나타내기 위하여 임계 범위 값이 제공된다. 제2 피크의 강도가 규정된 임계 범위(처리 과정 508)내에 있다면, 매칭의 정도는 신호가 반복적인 것을 나타내고, 제2 피크 위치는 신호 주기의 예측을 제공한다. 처리 과정 504에서 절대차 함수이 사용될 경우, 제2 최소값의 상대값은 신호가 얼마나 반복적인지에 대한 측정을 제공한다. 제2 최소값의 값이 규정된 임계 범위(508)를 만족할 경우, 매칭의 정도는 신호가 반복적인 것을 나타내고, 제2 최소값 위치는 신호 주기의 예측을 제공한다.
제2 피크 또는 제2 최소값의 상관값이 규정된 임계 범위를 만족하지 못할 경우, 정규적인 생리 활동으로부터의 편이가 검출되어, 환자(510)의 정기적인 생리적 움직임상의 불규칙성을 나타낸다. 예를 들면, 상기 불규칙성은 환자의 기침이나 갑작스런 움직임에 의한 것일 수 있다. 실시예에서, 상기 검출된 불규칙성은 환자에게 조사를 지연시키는 "빔 홀드(beam hold)" 신호를 생성한다.
매칭의 정도가 반복성을 나타낸다면, 주기가 합리적인 범위내인지를 결정하도록 가장 매칭이 잘되는 포인트가 테스트된다. 제2 피크 또는 제2 최소값의 위치는 생리적 활동의 주기를 예측하게 한다. 실시예에서, 가장 잘 매칭되는 포인트는 임계 범위(509)와 비교된다. 가장 잘 매칭되는 포인트가 임계 범위내에 있지 않다면, 정규적인 생리적 활동으로부터의 편이가 검출된다. 가장 잘 매칭되는 포인트가 임계 범위내에 있다면, 신호는 반복적(512)인 것으로 받아들여 진다.
가장 잘 매칭되는 포인트에 기초한 주기의 예측은 신호(514)에 대한 데이타 샘플의 다음 세트의 주기 및 파형 파라미터를 예측하는데 사용될 수 있다. 주의할 점은 처리 과정 504, 508, 및 509는 상기 샘플의 범위에 대해 복수의 데이타 샘플에 기초하여 반복성에 대해 테스트된다. 그러나, 소정의 환경에서는, 정상적인 생리 활동으로부터의 편이가 실질적으로 분석된 가장 최근 또는 새로운 데이타 샘플내에서 일어날 수 있으나, 전체 데이타 샘플 세트가 반복성(예를 들면, 비교되는 데이타 샘플의 범위에서 절대차를 평균하기 때문임)을 나타내기 때문에, 처리 과정 504, 508, 및 509는 편이를 검출하지 못할 수 있다. 빠른 편이를 위한 테스트를 실행하기 위하여, 처리 과정 514로부터의 예측된 값이 대응하는 다음의 데이타 샘플(515)과 비교된다. 예측된 값이 규정된 임계 범위내에서 실제 데이타 샘플값과 매칭되지 않으면, 편이가 검출된다(510). 예측된 값과 실제 데이타 샘플의 비교가 규정된 임계 범위내에 있다면, 반복성이 확인되고, 상기 데이터 샘플 범위(516)에 대해서는 편이가 검출되지 않는다.
도 5의 제1 프로세스가 실행되는 한 실시예에서, 패턴 매칭 프로세스 동작(504)은 데이터 샘플의 전체 범위를 통해서 수행된다. 이후에, 패턴 매칭 프로세스 동작은 프로세스의 이전 직접 실행 결과에 의해 정의되는 제한된 서치 간격을 통해서 수행될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 동작(504)으로부터의 예상값은 데이터 샘플의 다음 세트에 대한 서치 간격의 위치를 정의하는데 사용될 수 있다. 그러나, 프로세스 동작(508,509 및 514)이 초기 서치 간격의 분석에 기초한 편차를 검출한다면, 이 서치 간격은 편차가 실제로 발생했다는 것을 확증하도록 확장될 수 있다. 도 5의 프로세스는 초기 서치 간격 외부에서 베스트 매치점을 찾게 하기 위해서 증가된 서치 간격으로 반복될 수 있다. 한 실시예에서, 이 증가된 서치 간격은 데이터 샘플의 전체 범위를 포함한다. 그렇지 않으면, 증가된 서치 간격은 데이터 샘플 전체 범위의 확장된 부분만을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 생리적 게이팅(gating)은 생리적 활동의 크기보다는 생리적 활동의 페이즈(phase)에 기초해서 수행된다. 이것은 생리적 동작 신호의 크기가 방사선 어플리케이션에 대한 치료 간격의 경계를 정의할 때, 도 3에서 보여진 예와 상반된다.
도 9를 다시 보면, 이 도면은 생리적 동작 신호의 페이즈 진행을 도시하는 차트(900)의 한 예이다. 치료 간격 범위(902)는 페이즈 차트(900)를 통해 정의되어 왔다. 도 9의 예에서, 치료 간격 범위(902)의 경계는 검출된 신호의 페이즈에 의해 정의된다. 방사선은 생리적 동작 신호의 페이즈가 치료 간격 범위(902)의 경계내로 떨어질 때만 환자에게 적용된다. 도 9는 30도에서 300도까지 간격의 경계를 갖는 치료 간격 범위(902)의 한 예를 도시한다. 그러므로, 환자에게 적용되는 방사선은 생리적 동작 신호의 페이즈가 301도에서 29도 사이에 있을 때 일시 정지하거나 멈춘다.
도 9에 도시된 것은 페이즈 차트(900)에 결합된 게이팅 신호 차트(906)이다. "빔 홀드(beam hold)"의 신호 한계(910)는 생리적 동작 신호의 페이즈가 치료 간격 범위(902)의 경계내로 떨어지는 지의 결과이다. "빔 온(on)" 및 "빔 홀드"의 신호 한계(910 및 912)는 방사선 빔 소스(102)(도 1)의 동작을 효과적으로 제어하는 스위치(116)에 적용된다. 방사선이 환자에게 적용된다면, "빔 홀드(beam hold)"의 신호 한계(910) 어플리케이션은 스위치(116)가 방사선 어플리케이션을 일시정지시키거나 멈추게 하도록 트리거(trigger)시킨다. 만약, 방사선이 환자에게 적용되지않는다면, "빔 온(on)" 신호 한계(912)의 어플리케이션은 환자에게 방사선 어플리케이션을 트리거시킨다.
본 발명의 예상 특성은, 측정된 생리적 동작이 게이팅 시스템 구성성분의 실제적인 동작 속도에 비해서 상대적으로 빠른 모션(motion)을 포함하더라도, 게이팅 시스템의 동작을 허용한다. 한 예로서, 방사선 처리 게이팅을 위한 스위치를 포함하는 게이팅 시스템에서 이 스위치는 완전히 인게이지(engage)하기 위해 알려진 시간 주기 Δt를 요구한다. 만약 스위칭 시간 주기 Δt가 측정된 생리적 모션 사이클에 비해서 상대적으로 늦다면, 이 때 반응 방법으로 그러한 스위치를 사용하는 시스템은 환자에게 방사선 어플리케이션을 효과적으로 게이트할 수 없다.
본 발명은 스위치를 충분히 인게이지하도록 요구되는 시간 Δt의 양을 보상하기 위해, 스위치(116)의 예상 트리거링을 허용한다. 생리적 활동을 위한 예상 주기는 도 5의 프로세스를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 치료 간격 범위는 생리적 활동의 주기 부분을 통해 정의된다. 스위치(116)를 충분히 작동시키기 위한 시간 Δt에 기초해서, 스위치(116)는 치료 간격의 경계 시간에 우선하는 이 시간 주기 Δt에 의해 미리 작동될 수 있고, 스위치(116)의 전체 작동 시간은 치료 간격의 경계와 일치한다. 그러므로, 방사선은 스위치(116)의 동작 속도에 관계없이, 치료 간격의 경계에서 효과적으로 게이트될 수 있다. 이와 동일한 과정이 다른 게이팅 시스템 구성성분의 동작 속도를 보상하기 위해 사용될 수 있다.
다음은 비쥬얼 베이직(Visual Basic) 프로그래밍 언어로 부호화된 본 발명의 한 실시예이다. 다음 프로그램 코드는 절대 차이 함수를 사용해서 호흡 사이클 주기의 검출 및 예상적 측정을 위한 프로세스에 대한 것이다.
이 프로그램 코드에서, 변수 "i"는 프로세스될 데이터 샘플에 대한 카운터 또는 인덱스를 나타낸다. 변수 "Range"는 분석될 서치 범위를 나타낸다. 생리적 사이클의 주기가 이미 결정되었다면(즉, 본 프로그램 코드의 이전 실행으로부터), 변수 "Period"는 검출된 주기를 포함한다. 만약 주기가 아직 결정되지 않았다면, 변수 "Period"는 정상 호흡 사이클(즉, 정상 호흡 사이클내의 데이터 포인트의 개수이고, 약 7초의 시간 주기동안 약 200-210 데이터 샘플이 얻어지는 본 발명의 실시예에서 이는 대략적으로 95 데이터 샘플이다)을 나타내는 디폴트(default) 값을 설정한다. 변수 "MinAbsDiff"는 검색 범위에서 최소의 절대 차이값이다. 변수 "Diff"는 다음 데이터 샘플의 실제 값과 다음 데이터 샘플의 예상 값 사이의 비교를 나타낸다.
변수 "j", "StartJ", 및 "CurrJ"는 프로세스될 데이터 샘플에 대한 카운터 또는 인덱스를 나타낸다. 변수 "k"는 서치 범위에 대한 카운터이다. 변수 "MaxK"는 최소의 절대 차이값을 가지는 서치 범위내의 위치를 나타낸다. 변수 "AbsDiff"는 오버래핑(overlapping) 데이터 샘플에 대한 절대 차이값의 합을 유지시킨다. 변수 "NormaAbsDiff"는 퍼센트값으로 표현된다. 변수 "n"은 퍼센트값으로 표현되는 서치 범위에 관계해서 데이터 샘플의 위치를 추적하는데 사용된다. "Predict"는 이 프로그램 코드에 의해 반환되는 예상 값이다.
변수 "MinAbsDiff"는 어떤 순차적 절대 차이값이라도 초기값보다 작을 수 있도록 초기화된다. 실시예에서, 프로세스될 데이터 샘플의 세트는 200 데이터 샘플을 포함한다. 그러므로, 이 프로그램 코드에서, 변수 "StartJ"는 201 데이터 샘플로 돌아서 초기화된다. 변수 "CurrJ"는 하나의 데이터 샘플로 돌아서 초기화된다. 순환성 어레이가 사용되기 때문에, 변수 "BufLength"는 "StartJ" 및 "CurrJ" 둘 다의 초기화동안 참조된다.
외부 Do 루프(loop)는 서로에 관한 데이터 샘플의 현재 및 이전 세트를 이동시킨다. 외부 Do 루프는 변수 "k"가 프로그램 코드가 서치 범위내에서 프로세싱하고 있다는 것을 나타내는 동안에 액티브이다. 실시예에서, 서치 범위는 프로그램 코드의 바로 이전 실행을 위해서 얻어지는 주기에 기초한다. 예상 위치는 프로그램 코드의 바로 이전 실행을 위해서 얻어지는 주기에 기초한다. 만약 프로그램 코드가 바로 전에 실행되지 않는다면, 디폴트 주기값이 사용된다. 용인된 최소 차이 값이 이 서치 범위내에서 찾아지지 않는다면, 이 서치 범위는 예를 들어, 예상 위치의 사이드의 한 쪽의 50 포지션까지 확장될 수 있다.
변수 "j"는 "StartJ" 값으로 초기화된다. 변수 "AbsDiff" 및 "n"은 또한 내부 Do 루프의 실행전에 초기화된다.
내부 Do 루프는 데이터 샘플의 현재 및 이전 세트 사이의 절대 차이값의 계산을 수행한다. 변수 "AbsDiff"는 비교될 오버래핑 데이터 샘플을 위한 절대 차이의 합을 유지시킨다. 절대 차이값을 결정하기 위해 분석될 데이터 샘플의 개수는 프로세스될 서치 범위내의 위치에 따라서 변화한다. 서치 범위내의 다른 위치는, 비교될 데이터 샘플의 이전 세트에 오버랩되는 데이터 샘플의 다른 개수를 가지기 때문에 이러한 결과가 나온다. 이 프로그램 코드의 실시예에서, 절대 차이 함수는사용되는 매 10th신호 샘플 포인트, 즉 부표본 감산을 사용해서 계산된다. 순환적 어레이가 사용되기 때문에, 변수 "Chartwidth"는 "AbsDiff"의 계산동안에 참조된다.
변수 "MaxSignal" 및 "MinSignal"은 이전에 샘플된 신호 값에 대한 최대 및 최소 범위를 지시한다. 이 값들은 예를 들어 데이터 샘플이 다수의 호흡 사이클동안 얻어지는 시스템에 대한 습득 주기동안 설정될 수 있다. 변수 "NormAbsDiff"는 "MaxSignal" 및 "MinSignal"에 기초해서 퍼센트값으로 표현되는 평균 차이값을 갖는다.
만약 "NormAbsDiff" 값이 이전에 설정된 "MinAbsDiff" 값과 같거나 작다면, "MinAbsDiff" 변수는 "NormAbsDiff" 값으로 설정된다. 변수 "MaxK"는 만약 "MinAbsDiff" 값이 리셋된다면 "k"의 값으로 설정된다. 만약 "k" 값이 아직 서치 범위내에 있다면, 변수 "k"는 증가되고, 프로그램 코드는 외부 Do 루프의 시작으로 돌아간다.
이 프로그램 코드의 결과는 최소의 절대 차이 값 후보 및 최소 절대 차이를 위한 후보 위치이다. MaxK 값은, 이것이 프로세스될 생리적 활동에 대한 값의 정확한 범위내로 떨어지는지를 확인하기 위해서, 미리 정해진 임계값과 비교된다. 그러므로, 실시예에서, MaxK 값은 40보다 크거나 같은지 및 150보다 작거나 같은지를 확인하기 위해서 테스트된다. 만약 마크(mark) 값이 임계 범위에 들어간다면, 변수 "Period"는 "MaxK" 값으로 설정된다. 변수 "Predict"는 프로세스될 데이터샘플의 다음 세트를 위한 예상 값을 반환한다. 변수 "Diff"는 현재의 데이터 샘플 값과 예상의 데이터 샘플 값 사이의 차이값을 지시하고, "MaxSignal" 및 "MinSignal" 값에 대해 퍼센트로 표시된다.
한 실시예에서, 경과 바(bar)의 이미지는 신호 샘플의 주기성을 가시적으로 나타내도록 디스플레이될 수 있다. 프로그램 코드에 따르면, "MinAbsDiff" 값이 20% 차이보다 작거나 같으면 가시적 경과 바는 계산된 "MinAbsDiff" 값으로 갱신된다. 그렇지 않으면, 가시적 경과 바는 디폴트값 "20"처럼 20%를 넘는 모든 다른 "MinAbsDiff" 값을 디스플레이한다.
도 6a 및 6b는 본 발명에서 생리적 동작을 나타내는 광적 또는 시각적 데이터를 모으는데 사용될 수 있는 카메라(108)의 실시예를 도시한다. 카메라(108)는 하나 이상의 광전자 캐소드 및 하나 이상의 CCD 장치를 가지는 전하-커플 장치(CCD) 카메라이다. CCD 장치는 로칼 영역에서 전하를 저장할 수 있고, 적절한 제어 신호에 따라서 판독 포인트에 전하를 전달할 수 있는 반도체 장치이다. 이미지가 되기 위한 신(scene)으로부터의 광자(light photons)는 광전자 캐소드상에 집중되고, 전자는 카메라에 수신된 빛의 강도에 비례해서 해방된다. 전자는 CCD 장치내에 위치한 전하 버킷에서 잡힌다. 차지 버킷내에 잡힌 전자의 분포는 카메라에 수신된 이미지를 나타낸다. CCD는 이들 전자를 아날로그-디지털 변환기에 전달한다. 아날로그-디지털 변환기의 출력은 컴퓨터(410)에 보내져서, 비디오 영상을 프로세스하고, 역반사 마커(406)들의 위치를 계산한다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 카메라(108)는 RS-170 출력과 640×480 화소 해상도를 갖는 모노크롬 CCD 카메라이다. 대안적으로, 카메라(408)는 CCIR 출력과 756×567 화소 해상도를 갖는 CCD 카메라를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 적외선 조명기(602)("IR 조명기")는 카메라(108)와 함께 놓여진다. IR 조명기(602)는 카메라(108)와 동일한 방향으로 향해진 하나 이상의 적외선 빔을 생성한다. IR 조명기(602)는 카메라 본체(608)의 렌즈(606) 주위를 둘러싸는 표면을 포함한다. IR 조명기(602)의 표면은 적외선을 생성하기 위한 다수의 개별 LED 소자(604)를 포함한다. LED 소자(604)는 나선형 패턴으로 IR 조명기(602) 상에 배열된다. 카메라(108)의 일부분이 될 수 있는 적외선 필터는 적외선에 대한 카메라의 감도를 증가시키기 위해 제거되거나 또는 무능력하게 된다.
한 실시예에 따르면, 한 세션 중의 환자의 디지털 비디오 레코딩은 카메라(108)를 통해 기록될 수 있다. 환자의 움직임을 추적하는데 사용된 상기 카메라(108)는 앞으로 참조하기 위해 환자의 비디오 영상을 기록하는데 사용될 수 있다. 환자의 정상적인 대기 광 영상 시퀀스는 측정된 마커(114)의 모션 신호와 동기하여 얻어질 수 있다.
도 7a 및 7b는 본 발명에서 이용될 수 있는 역반사 마커(700)의 한 실시예를 도시한 것이다. 역반사 마커(700)는 광을 반사시키기 위한 상승된 반사면(702)을 포함한다. 상승된 반사면(702)은 광이 광원의 입력 각에 상관없이 반사될 수 있도록 반구형으로 이루어진다. 평탄면(704)은 상승된 반사면(702)을 둘러싼다. 평탄면(704)의 하부측은 장착 영역을 제공하여 역반사 마커(700)를 환자 몸의 특정 위치에 부착시킨다. 한 실시예에 따르면, 역반사 마커(700)는 3M사에서 시판하는 역반사 재료 3M#7610WS로 이루어진다. 한 실시예에서, 마커(700)는 직경이 약 0.5 cm이고, 상승된 반사면(702)의 가장 높은 지점의 높이가 약 0.1 cm이다.
도 8은 역반사 마커(700)를 제조하기 위해 사용될 수 있는 장치(802)를 도시한 것이다. 장치(802)는 탄성 링(806)이 부착되어 있는 베이스부(804)를 포함한다. 탄성 링(806)은 벌지(bulge)가 중심에서 튀어나와 있는 하부 몰드 부분(808)에 부착된다. 제어 레버(810)는 상부 부분(812)이 지지 로드(814)를 따라 이동하도록 동작될 수 있다. 상부 부분(812)은 스프링이 달린 상부 몰드 부분(814)을 포함한다. 상부 몰드 부분(814)은 하부측에 반구형 캐비티가 형성된다. 동작 시에, 역반사 재료의 일부분은 하부 몰드 부분(808) 상에 배치된다. 제어 레버(810)는 베이스부(804)쪽으로 상부 부분(812)이 이동하도록 동작된다. 역반사 재료는 하부 몰드 부분(808)과 상부 몰드 부분(814) 사이에서 압축되어 모양이 만들어진다. 상부 몰드 부분(814)은 역반사 재료의 상부 외형을 반구형으로 형성한다.
대체 실시예에서, 마커(114)는 표면 상에 하나 이상의 기준 위치를 갖는 마커 블럭을 포함한다. 마커 블럭 상의 각 기준 위치에는 카메라(108)와 같은 광학 이미징 장치에 의해 검출할 수 있는 역반사 또는 반사 재료가 포함되는 것이 바람직하다.
도 11은 표면 상에 위치한 역반사 소자(1102)로 구성된 다수의 기준 위치를 갖는 원통형의 마커 블럭(1100)의 한 실시예를 나타낸 것이다. 마커 블럭(1100)은 (예를 들어, 스티로폼으로 이루어진) 리지드 블럭으로서 형성될 수 있다. 이러한형태로 이루어진 블럭은 여러번, 여러 환자들에게 재사용될 수 있다. 역반사 소자(1102)는 도 7a 및 7b의 역반사 마커(114)를 구성하는데 사용된 것과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 마커 블럭은 환자에 의한 통상의 호흡과 간섭을 일으키지 않을 만큼 경량인 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
마커 블럭은, 카메라 또는 다른 광학 이미징 장치가 마커 블럭의 위치설정을 정확하게 나타내는 영상을 관찰하여 발생시킬 수 있도록 사이즈, 스페이싱, 및 기준 위치의 위치 설정이 이루어지는 한은, 임의의 모양 또는 사이즈로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 표면에 부착된 다수의 역반사 소자(1002)로 구성된 반구형의 대체 마커 블럭(1000)을 나타낸 것이다.
마커 블럭은 특정 몸 부분에 맞는 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 몸의 특정 위치에 잘 맞는 몰드 또는 캐스트가 마커 블럭으로서 사용될 수 있다. 몸의 어떤 부위에 맞게 모양이 만들어진 마커 블럭은 환자의 특정 위치에서 마커 블럭의 반복가능한 배치를 용이하게 한다. 대안적으로, 마커 블럭은 환자의 몸에 부착된 소정의 설치물에 꼭 맞게 형성될 수 있다. 예를 들어, 마커 블럭은 안경에 부착될 수 있게 하는 톱니 모양 및 홈 내에 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 설치물에는 반사 또는 역반사 마커를 갖고 있는 통합 마커 블럭(들)이 형성된다.
마커 블럭의 대체 실시예는 마커 블럭의 표면 상에 하나의 기준 위치/반사 소자만을 포함한다. 이러한 실시예의 마커 블럭은 역반사 마커(406) 대신에 사용되어 환자 몸의 특정 위치를 광학 이미징 장치로 검출한다.
카메라(108), 마커(114), 마커 블럭, 또는 생리적인 움직임을 광학적으로 측정하기 위한 절차에 관한 상세에 대해서는 본 명세서에 참고문헌으로 사용된 계류중인 미합중국 특허 출원 번호[아직 부여되지 않음](Varian 서류 번호 98-34, 대리인 서류 번호 236/223) 및 미합중국 특허 출원 번호[아직 부여되지 않음](Varian 서류 번호 98-33, 대리인 서류 번호 236/224)에 개시되어 있다.
도 12는 본 발명의 한 실시예가 구현될 수 있는 컴퓨터 시스템(1900)의 한 실시예를 도시한 블럭도이다. 컴퓨터 시스템(1900)은 정보를 통신하기 위한 버스(1902) 또는 다른 통신 메카니즘, 및 정보를 처리하기 위해 버스(1902)와 연결된 프로세서(1904)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(1900)은 또한 프로세서(1904)에 의해 실행될 정보 또는 명령을 저장하기 위해 버스(1902)에 연결된 RAM 또는 다른 동적 기억 장치와 같은 메인 메모리(1906)를 포함한다. 메인 메모리(1906)는 또한 프로세서(1904)에 의해 실행될 명령의 실행 중에 일시적인 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수도 있다. 컴퓨터 시스템(1900)은 프로세서(1904)의 정적 정보 또는 명령을 저장하기 위해 버스(1902)에 연결된 ROM(1908) 또는 다른 정적 기억 장치를 더 포함한다. 정보 및 명령을 저장하기 위해, 자기 디스크 또는 광 디스크와 같은 데이터 기억 장치(1910)가 설치되어 버스(1902)에 연결된다.
컴퓨터 시스템(1900)은 버스(1902)를 통해 CRT(cathode Ray Tube)와 같은 디스플레이(1912)에 연결되어, 사용자에게 정보를 디스플레이한다. 문자·숫자 및 다른 키를 포함하는 입력 장치(1914)는 버스(1902)에 연결되어, 정보 및 커맨드 선택을 프로세서(1904)에 통신한다. 다른 유형의 사용자 입력 장치에는 방향 정보 및 커맨드 선택을 프로세서(1904)에 통신하고 디스플레이(1912) 상의 커서 이동을제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향키와 같은 커서 제어부(1916)가 있다. 이 입력 장치는 전형적으로 평면 내에서 입력 장치가 위치를 지정할 수 있게 하는 2개의 축, 즉 제1 축(예를 들어, x축)과 제2 축(예를 들어, y축)의 2개의 자유도를 갖는다.
본 발명은 생리적인 사이클을 검출하여 예측 평가하기 위한 컴퓨터 시스템(1900)의 사용에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 이러한 사용은 메인 메모리(1906) 내에 포함된 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 프로세서(1904)에 응답하여 컴퓨터 시스템(1900)에 의해 제공된다. 이러한 명령은 기억 장치(1910)와 같은 다른 컴퓨터-판독가능 매체로부터 메인 메모리(1906) 내로 판독될 수도 있다. 메인 메모리(1906) 내에 포함된 명령의 시퀀스의 실행은 프로세서(1904)가 본 명세서에 설명된 프로세스 단계를 실행하게 한다. 멀티-프로세싱 구성의 하나 이상의 프로세서가 또한 메인 메모리(1906) 내에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하기 위해 사용될 수도 있다. 대체 실시예에서, 하드-와이어드 회로는 본 발명을 구현하기 위해 소프트웨어 명령 대신에 또는 소프트웨어 명령과 조합하여 사용될 수도 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 하드웨어 회로 및 소프트웨어의 임의의 특정 조합에 국한되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 "컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 실행용 프로세서(1904)에 명령을 제공할 때 관여하는 임의의 매체를 일컫는 것이다. 이러한 매체는 불휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 전송 매체와 같은 여러가지 형태를 취할 수 있으며, 이러한 형태에 국한되지 않는다. 불휘발성 매체는, 예를 들어 기억장치(1910)와 같은 광 디스크 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(1906)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 전송 매체는 버스(1902)를 구성하는 와이어를 포함하여, 동축 케이블, 구리선 및 광섬유를 포함한다. 전송 매체는 또한 전파 및 적외선 데이터 통신 동안에 발생된 것들과 같은 음향 또는 광파의 형태를 취할 수 있다.
일반적인 컴퓨터-판독가능 매체의 형태는, 예를 들어 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 또는 소정의 다른 자기 매체, CD-ROM, 소정의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 페이퍼 테이프, 홀의 패턴을 갖는 소정의 다른 물리적 매체, RAM, ROM, 및 EPROM, FLASH-EPROM, 소정의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 후술되는 반송파, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 소정의 다른 매체를 포함한다.
여러가지 형태의 컴퓨터 판독가능 매체는 실행용 프로세서(1904)에 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 전송하는 데에 연관될 수도 있다. 예를 들어, 명령은 초기에 리모트 컴퓨터의 자기 디스크 상에 있을 수도 있다. 리모트 컴퓨터는 자체의 동적 메모리 내로 명령을 로드하여, 이 명령을 모뎀을 이용하여 전화선을 통해 보낼 수 있다. 컴퓨터 시스템(1900)에 로컬인 모뎀은 전화선으로 데이터를 수신할 수 있고, 적외선 송신기를 사용하여 데이터를 적외선 신호로 변환할 수 있다. 버스(1902)에 연결된 적외선 검출기는 적외선 신호로 전송된 데이터를 수신하여, 이 데이터를 버스(1902)에 놓을 수 있다. 버스(1902)는 데이터를 메인 메모리(1906)로 전송하고, 이것으로부터 프로세서(1904)는 명령을 검색하여 실행한다.메인 메모리(1906)에 의해 수신된 명령은 프로세서(1904)에 의해 실행되기 전 또는 후에 기억 장치(1910) 상에 임의로 저장될 수 있다.
컴퓨터 시스템(1900)은 또한 버스(1902)에 연결된 통신 인터페이스(1918)를 포함한다. 통신 인터페이스(1918)는 로컬 네트워크(1922)에 접속된 네트워크 링크(1920)로의 양방향 데이터 통신 연결을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1918)는 대응하는 유형의 전화선에 데이터 통신 접속을 제공하기 위한 ISDN(integrated services digital network) 카드 또는 모뎀일 수도 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(1918)는 호환성 LAN(local area network)에 데이터 통신 접속을 제공하기 위한 LAN일 수도 있다. 무선 링크가 또한 구현될 수도 있다. 소정의 이러한 구현 시에, 통신 인터페이스(1918)는 여러가지 유형의 정보를 나타내는 데이터 스트림을 전송하는 전기, 전자기 또는 광학 신호를 송수신한다.
네트워크 링크(1920)는 전형적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 장치로의 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(1920)는 로컬 네트워크(1922)를 통해 호스트 컴퓨터(1924)에 접속되거나, 또는 방사선 빔 소스 또는 이 방사선 빔 소스에 유효하게 연결된 스위치와 같은 의료 장비(1926)에 접속될 수도 있다. 네트워크 링크(1920)를 통해 전송된 데이터 스트림은 전기, 전자기 또는 광학 신호를 포함할 수 있다. 여러가지 네트워크를 통한 신호, 및 컴퓨터 시스템(1900)으로/으로부터 데이터를 전송하는, 네트워크 링크(1920) 상의 그리고 통신 인터페이스(1918)를 통한 신호는 정보를 전달하는 예시적인 형태의 반송파이다. 컴퓨터 시스템(1900)은 네트워크(들), 네트워크 링크(1920) 및 통신인터페이스(1918)를 통해 프로그램 코드를 포함하여 메시지를 송신하고 데이터를 수신할 수 있다.
상기 설명에서, 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고서 여러가지 변형 및 변경이 행해질 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(110)에 의해 실행된 동작은 본 발명의 범위 내에서 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 조합으로 실행될 수 있고, "컴퓨터"의 특정 한정만을 포함하는 특정 실시예에 국한되지 않는다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 예시적인 것이지, 이에 국한시키고자 하는 것은 아니다.

Claims (25)

  1. 방사선을 조사하는(applying) 방법에 있어서,
    제1 기간 동안에 환자의 생리적인 움직임을 나타내는 신호 데이터의 제1 세트를 측정하는 단계,
    상기 신호 데이터의 제1 세트를 제2 기간 동안 측정된 환자의 생리적 움직임에 관련된 신호 데이터의 제2 세트와 패턴 매칭시키는 단계, 및
    상기 패턴 매칭의 결과에 기초하여 환자에게 방사선을 조사하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 데이터의 제1 세트 및 상기 신호 데이터의 제2 세트는 자동 상관 함수(autocorrelation function)을 사용하여 패턴 매칭되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 데이터의 제1 세트 및 상기 신호 데이터의 제2 세트는 절대차 함수(absolute difference function)을 사용하여 패턴 매칭되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호 데이터의 제1 세트 및 상기 신호 데이터의 제2 세트 간의 매칭의 정도를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 매칭의 정도는 자동 상관 함수의 제2 피크값에 의해 결정되는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 매칭의 정도는 절대차 함수의 제2 최소값에 의해 결정되는 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 매칭의 정도를 임계치 범위와 비교하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 임계치 범위를 벗어나는 상기 매칭의 정도는 정상의 생리적 움직임으로부터의 편이를 나타내는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 임계치 범위 내에 있는 상기 매칭의 정도는 반복적인 생리적 움직임을 나타내는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 최상의 매칭의 포인트는 상기 생리적 움직임의 기간을 나타내는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 제3 기간 동안에 상기 생리적 움직임의 기간을 예측하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 예측된 기간에 기초하여 게이팅 시스템 부품을 예측에 의해(predictively) 활성화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 생리적 움직임의 기간을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 방사선을 조사하기 위한 치료 간격을 확정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 치료 간격은 상기 생리적 움직임의 기간의 위상 범위에 기초하여 확정되는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 신호 데이터의 제2 세트는 상기 환자의 생리적 움직임의 데이터 모델인 방법.
  17. 방사선을 조사하는 방법에 있어서,
    생리적 움직임의 기간을 결정하는 단계,
    상기 생리적 움직임의 기간의 위상 범위에 기초하여 방사선을 조사하는 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 생리적 움직임의 기간은 제1 기간 동안의 생리적 움직임을 나타내는 데이터의 제1 세트를 제2 기간 동안의 생리적 움직임과 관련된 데이터의 제2 세트와 패턴 매칭시킴으로써 결정되는 방법
  19. 제18항에 있어서, 상기 데이터의 제1 세트 및 상기 데이터의 제2 세트는 자동 상관 함수을 사용하여 패턴 매칭되는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 데이터의 제1 세트 및 상기 데이터의 제2 세트는 절대차 함수을 사용하여 패턴 매칭되는 방법.
  21. 방사선을 조사하는 방법에 있어서,
    게이팅 부품을 활성화시키기위해 요구되는 시간의 양을 결정하는 단계,
    상기 게이팅 부품을 활성화시키기 위해 요구된 시간의 양을 보상하기 위해 게이팅 부품을 예측에 의해 활성화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 게이팅 부품은 방사선원에 동작적으로 결합된 스위치인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 생리적 움직임의 다음 기간을 예측하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 치료 간격이 상기 생리적 움직임 상에서 정의되는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 게이팅 부품은 예측에 의해 활성화되어 상기 게이팅 부품의 총 활성화를 상기 치료 간격의 경계와 일치시키는 방법.
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