KR20050055470A - 방사선 수술을 위한 혈관조영 촬영시 영상의 오차를줄이기 위한 뇌 정위틀의 정렬확인 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 혈관조영장치를 통해 얻어지는 영상의 오차를 최소화시키기 위하여 촬영 시 환자에게 장착되는 정위틀의 정렬상태를 간편하게 파악하고 이를 기반으로 정위틀의 정확한 정렬을 가능하도록 혈관조영장치의 정위틀 정렬 확인 방법을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 전면과 후면에 각각 기준점이 표시된 정위틀을 검체의 특정 부위에 고정하는 단계; 본 촬영 전에 정위틀의 기준점 표시면을 예비 촬영하는 단계; 두 면의 촬영 영상을 대조하여 전면과 후면에서 각각 대응되는 기준점의 일치 여부를 확인하여 정위틀의 위치를 정렬하는 단계 등을 포함하는 혈관조영장치의 정위틀 정렬 방법을 제공한다.

Description

방사선 수술을 위한 혈관조영 촬영시 영상의 오차를 줄이기 위한 뇌 정위틀의 정렬확인 방법{A Method for Checking the Alignment Status of the Stereotactic Frame in Cerebral Angiography for Radiosurgery}

본 발명은 방사선 수술을 위한 의료영상장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혈관조영장치를 통해 촬영된 2차원 영상에서 3차원 좌표를 측정시에 발생할 수 있는 오차를 최소화하기 위한 혈관조영장치와 정위틀의 정렬방법에 관한 것이다.

뇌혈관기형 등의 치료를 위한 방사선 수술은 예컨대 혈관조영장치 등과 같은 의료영상장비와 방사선 수술용 전산 프로그램을 사용하여 병소에 조사할 방사선 분포와 세기를 계산하고 시뮬레이션하게 된다.

치료할 병소는 점이 아닌 일정한 부피를 가진 입체이므로 병소의 중앙과 주변 부위에 들어가는 방사선량에 차이가 있다. 여기서 특히 중요한 것은 병소의 경계면에 주어지는 방사선량이 치료효과 및 합병증에 직접적인 영향을 준다는 것이다. 따라서 의료영상장비의 오차 및 영상왜곡은 실제 방사선 수술계획 수립시 의료진에게 심각한 부담이 아닐 수 없다.

영상의료장비 중 위에서 언급된 혈관조영장치의 경우 뇌동정맥기형과 같은 뇌 내의 혈관 질환 치료시 병변의 상태, 위치, 크기 등의 파악에 필수적인 장비로, 환자는 정위틀을 착용하고 상기 혈관 조영장치를 이용하여 뇌내의 혈관을 촬영하게 된다.

그리고 촬영 후에는 2차원 영상을 분석하여 필요한 수치 정보를 취득하게 되는 데, 이때 영상의 왜곡이 가장 큰 문제로 대두되며 혈관조영장치의 경우 영상왜곡과 오차가 가장 많이 발생되는 장비로 알려져 있다.

또한, 최근에는 종래의 혈관조영장치의 영상보다 월등히 뛰어난 해상력을 제공하는 디지털 감산 혈관조영술(digital subtraction angiography:DSA)이 개발되어 널리 사용되고 있다. 디지털 혈관조영장치는 도 1에 도시된 바와 같이 원뿔형 빔(cone beam)을 사용하여 인체를 투과한 X선을 영상증배관(image intensifier)에서 빛으로 변환시킨 후 빛을 광검출기(TV 카메라의 촬상관 또는 CCD 카메라)로 보내고, 이곳에서 발생한 영상정보를 디지털로 처리한 후 모니터를 통해 눈에 보이는 2차원 영상으로 만드는 방법이다. X선관 고전압 발생장치로부터 방사된 원뿔형 빔의 X선이 인체에 조사되어 투과한 뒤 영상증배관에서 빛 신호로 변환되고 광학계를 통하여 광검출기에서 전기적 신호로 변환된다. 이러한 디지털 혈관조영장치는 기존의 필름으로 영상 처리하는 재래식 혈관조영술과는 달리 조영제 주입 후의 영상을 조영제 주입 전의 영상으로 감산 처리하여 조영제의 주행상태를 제외한 해부학적 음영을 소거함으로써 혈관 대조가 우수한 영상을 얻는 디지털 감산 혈관조영술을 주로 사용되고 있다.

상기 디지털 혈관조영술 장치에서 얻은 영상에는 크게 두가지의 영상 왜곡 및 오차가 존재하는데, 크게 두가지로 나눌 수 있다. 첫째는 장비 자체에 존재하는 영상 왜곡 및 오차이며, 두 번째는 작업자에 의해 발생하는 것이다.

상기 혈관조영술 장치에 존재하는 영상왜곡 요소들은 X선관과 영상증배관의 거리, 광학계에 의한 렌즈 수차, 영상증배관과 광검출기의 곡률 수차, 그리고 자기장의 불균일 등에 의한 것이다. 통상의 혈관조영장치에는 부가적으로 촬영 후 영상의 왜곡을 복원하는 기능이 갖추어져 있고, 이러한 기능이 없는 경우에는 영상을 처리하여 수학적인 알고리즘을 이용하여 보정하는 영상처리 보정기능을 수작업으로 사용하게 된다.

이러한 영상 왜곡을 갖고 있는 상기 디지털 감산 혈관조영술을 뇌정위수술이나 방사선 수술에 바로 적용하기에는 부적합하며, 상기 영상 왜곡보정 과정을 적용하더라도 이러한 영상처리 이전에 보다 근본적으로 일어나는 영상처리 외적인 오차 발생 요인을 제거할 수 없다는 문제가 있다.

즉, 영상 분석시 상기 혈관조영장치 자체에 의한 왜곡보다 더 크고 치명적인 오차는 촬영시 기울어진 정위틀에서 발생한다.

이렇게 기울어진 정위틀로부터 얻어진 영상은 아무리 차후 보정을 정확히 수행한다 할지라도 정확한 위치 정보를 얻을 수 없는 것은 당연하다 할 것이다.

따라서 촬영 전에 정위틀을 정확히 정렬시켜야 하나, 종래에는 정위틀의 정렬을 작업자의 눈대중에 의존함에 따라 정위틀 정렬불량이 발생되고 이에 따른 영상의 왜곡이 심해지는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 예컨대 혈관조영장치를 통해 얻어지는 영상의 근본적인 오차를 최소화시키기 위하여 촬영시 정위틀의 정렬상태를 간편하게 확인하고 이를 기반으로 정위틀을 정확하게 정렬 가능하게 하는 것이 본 발명의 이루고자하는 기술적인 과제이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은. 정위틀의 정렬상태를 간단히 확인하여 오차의 정도를 사전에 파악하고 이를 정식 촬영전에 보정하는 것을 요지로 한다.

이를 위해 본 발명의 영상 보정 방법은 전면과 후면에 각각 기준점이 표시된 정위틀을 검체의 특정 부위에 고정하는 단계와, 정위틀의 기준점 표시면을 촬영하는 단계, 두 면의 촬영 영상을 대조하여 전면과 후면에서 각각 대응되는 기준점의 일치 여부를 확인하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 기준점이 일치하지 않는 경우 그 오차값을 계산하는 단계와, 계산된 오차값에 따라 정위틀을 재 정렬하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

또한, 상기 영상 보정 방법을 수행하기 위하여, 혈관조영장치에 있어서, 환자의 신체에 장착되어 신체에 고정되는 정위틀의 전면과 후면에 각각 전,후표시면이 설치되고, 상기 전,후표시면에는 상호 대응되는 위치에 기준점이 표시된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 기준점은 전,후표시면의 각 모서리부분에 표시되는 것이 바람직하며, 이때 각 기준점의 일치 여부는 일측 표시면에서 각 포인트를 대각선으로 연결하는 두 선의 교차점과 타측 표시면에서의 교차점을 비교하여 얻게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 디지털 혈관조영술 장치의 기본 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혈관조영장치의 정위틀 정렬 과정을 도시한 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혈관조영장치에 사용되는 정위틀을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정위틀 정렬을 위한 혈관조영장치의 예비 촬영 화면을 도시한 개략적인 도면이다.

이하 설명에서는 최근 사용이 늘어가는 방사선수술(radiosurgery)을 통한 뇌내 혈관질환 치료 시 그 사전작업으로 병변의 상태, 위치, 크기 등의 파악에 필요한 사전 분석 작업을 위해 사용되는 뇌혈관조영장치에 있어서 정위틀의 정렬방법에 대해 설명한다.

물론, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 정위틀을 사용하여 신체를 영상처리하는 모든 의료영상장비에 적용 가능하다 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 정위틀의 구조에 대해서도 특별히 한정되지 않으며 환자의 두부 등에 고정되어 뇌혈관조영장치에 장착될 수 있는 구조인 경우 모두 가능하다 할 것이다.

상기 방사선수술의 과정을 살펴보면 환자의 뇌에 정위틀을 설치하고, 뇌혈관조영장치를 통해 치료 부위를 정확히 파악하는 과정을 거친 후 치료계획을 세우고 감마나이프(gamma knife) 등의 방사선수술장치에 환자를 위치시키고 정위틀을 고정하여 사전 파악된 치료 부위에 방사선을 조사하는 과정을 거친다.

이해를 돕고자 방사선수술에 대해 좀더 살펴보면 종양부위에만 강하게 방사선을 쪼임으로써 종양을 줄어들게 하거나 성장을 억제하는 치료법으로 방사선치료와 비교하여 방사선을 이용한다는 점에서는 같으나, 방사선수술은 종양 조직에 많은 양의 방사선이 집중적으로 주어지도록 하여 마치 돋보기로 초점에 햇볕을 모아 종이를 태우는 것과 같이 종양부위를 집중 치료하는 것으로, 방사선수술에서는 치료부위에만 정확하게 방사선을 조사하는 것이 성공적인 치료를 위해서 대단히 중요하기 때문에 사전에 뇌 내의 정확한 치료 위치를 확인하는 작업이 절대 중요하다.

이에 뇌혈관조영장치를 통한 촬영과 촬영된 영상의 보정은 정확한 치료부위 확인을 위해 중요하며, 이를 위한 본 발명의 영상 보정 방법은 전면과 후면에 각각 기준점(22,23)이 표시된 정위틀(10)을 환자 머리에 고정하는 단계(S100)와, 뇌혈관조영장치에 정위틀을 정렬시키는 단계(S110), 상기 기준점(22,23)이 나타나도록 기준점(22,23)이 표시된 면의 단층을 예비 촬영하는 단계(S120), 정위틀(10)의 전면과 후면의 촬영 영상을 대조하여 전면과 후면에서 각각 대응되는 기준점(22,23)의 일치 여부를 확인하는 단계(S130,S140), 상기 기준점(22,23)이 일치한 경우 본 촬영을 개시하는 단계(S150)와, 상기 기준점(22,23)이 일치하지 않는 경우 그 오차값을 계산하는 단계(S160), 상기 예비촬영단계 전에 계산된 오차값에 따라 정위틀(10)을 재 정렬하는 단계(S170)를 포함한다.

따라서 본 촬영 전에 예비적으로 기준점(22,23)이 위치한 정위틀(10)의 전,후측 단층만을 촬영하여 기준점(22,23)의 위치를 영상 비교함으로써 기준점(22,23) 간의 위치에 따라 정위틀(10)의 정렬 오차를 검출할 수 있게 되는 것이다.

여기서 기준점을 비교하는 방법은 기준점의 대각선이 이루는 교차점을 통해 확인할 수 있는 데, 이에 대해서는 후술한다.

한편, 영상(50)에 표시되는 기준점(22,23)과 정위틀(10)의 관계에 대해서 살펴보면, 먼저 상기 정위틀(10)은 추후 환자의 뇌를 방사선수술장치에 정위치시키기 위한 것으로 도 2에 도시된 바와 같이 정위틀(10)은 환자의 머리 둘레를 따라 연장되는 사각의 베이스프레임(11)과, 이 베이스프레임(11)의 각 모서리 부분에 거의 수직으로 연장설치되는 수직프레임(12)과, 이 수직프레임(12) 상단에 내측으로 체결되어 정위틀(10)을 환자의 머리에 고정시키는 고정나사(13)를 포함한다.

또한, 상기 앞쪽의 수직프레임(12) 사이에는 기준점(22,23)이 표시된 전표시면(20)이 설치되고, 뒤쪽의 수직프레임(12) 사이에는 역시 기준점(22,23)이 표시된 후표시면(21)이 설치된다.

그리고 상기 각 표시면(20,21)에는 상단의 좌우측과 하단의 좌우측에 각각 하나씩의 기준점(22,23)이 표시되어 하나의 표시면에 모두 4개의 기준점이 표시되어 있다.

따라서 전표시면(20)의 해당 위치에 표시된 각 기준점(22)은 후표시면(21)의 해당 위치에 표시된 각 기준점(23)과 각각 대응된다.

한편, 본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 촬영된 영상(50)의 상,하 또는 좌,우의 위치를 확인할 수 있도록 상기 전표시면(20) 또는 후표시면(21)에는 방위점(40)이 더욱 표시된다.

여기서 상기 방위점(40)은 상기 기준점(22,23)과는 구분되는 표식을 사용하며 사각의 영상물에 대해 일측 모서리부위로 치우쳐 나타날 수 있도록 함으로써 영상에 나타난 방위점의 위치를 보고 영상의 상,하,좌,우 위치를 바로 확인할 수 있도록 함이 바람직하다.

예컨대, 도 2에서 방위점(40)은 전표시면(20)의 우측 상단에 표시되어 있는 데, 전표시면을 향하여 촬영한 경우 작업자는 촬영된 영상(50)에 표시된 방위점(40) 역시 우측 상단에 위치하도록 영상(50)을 정렬함으로써 영상(50)의 상,하,좌,우를 바로 할 수 있게 되는 것이다.

이하, 기준점을 이용하여 정위틀의 정렬 상태를 확인하는 과정에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 정위틀(10)의 수직프레임(12)에 설치된 전표시면(20)이 앞쪽을 향하고 후표시면(21)이 뒤쪽에 배치된 상태로 정위틀(10)을 환자의 머리에 고정시키고 뇌혈관조영장치에 정위치시킨다.(S100 - S110)

그리고 뇌혈관조영장치를 작동하여 단층을 촬영하는 데, 이때의 촬영은 본 촬영에 앞선 예비적 촬영으로 전표시면(20)과 후표시면(21)만을 촬영하게 된다.(S120)

촬영된 영상 신호는 제어장치를 통해 영상신호로 출력되어 모니터 등의 화상장치에 영상(50)으로 구현된다.

도 3은 모니터에 구현된 영상(50)을 예시하고 있다. 상기 도면에 따르면 각 표시면이 중첩되어 하나의 영상(50)에 모두 8개의 기준점(22,23)이 나타나 있음을 확인할 수 있다.

상기 도면에서 * 표시는 전표시면(20)의 기준점(22) 4개를 나타내며, + 표시는 후표시면(21)의 기준점(23) 4개를 나타낸다.

이에 작업자는 상기 동일 표시면의 기준점(22,23) 중 대각선으로 마주보고 놓여진 기준점(22,23)을 연결함으로써 하나의 표시면에는 두 개의 대각선(30,31)이 상호 교차하면서 각각 하나의 교차점(32,33)이 만들어지게 된다.

이 교차점(32,33)의 위치는 상기 기준점(22,23)의 위치를 확인함으로써 제어장치의 연산을 통해 바로 얻을 수 있게 된다. 예컨대, 터치스크린인 경우 모니터 화면에 나타난 기준점을 펜으로 찍어 위치를 확인해 주는 것으로 대각선과 그 교차점을 바로 계산할 수 있다.

동일한 과정으로 전표시면(20)과 후표시면(21)에서의 각 교차점(32,33) 위치가 연산되면 제어장치는 이를 상호 비교하여 각 교차점(32,33)의 위치가 동일한가 또는 상이한가를 확인하게 된다.(S130 - S140)

그리고 두 교차점(32,33)의 위치가 일치한 경우에는 본 촬영을 개시해도 무방하며(S150), 교차점의 위치가 상이한 경우에는 제어장치는 두 교차점간의 거리와 각도 및 방향에 대한 정보 즉, 정위틀(10)이 어느 방향으로 얼마의 각도로 기울어져 촬영면에 대한 평행이 깨졌는지에 대한 오차값을 계산하여 알려주게 된다.(S160)

따라서 이 오차값에 근거하여 정위틀(10)을 다시 정렬시켜 본 촬영시 발생할 수 있는 영상의 근원적 왜곡 요인을 최소화시킬 수 있게 되는 것이다.(S170)

본 발명은 이상과 같이 상당히 획기적인 정위틀 정렬 확인 방법을 제공하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 혈관조영장치의 정위틀 정렬 확인 방법에 의하면, 영상 왜곡을 일으키는 근본적인 오차 요인을 제거함으로써 오차 보정 효율을 극대화시킬 수 있고 이에 따라 치료 부위에 대한 보다 정확한 위치 정보를 얻을 수 있게 된다.

또한, 정확한 치료가 가능하여 치료 개선과 치료율을 높일 수 있는 부가적인 효과를 얻게 된다.

도 1은 디지털 혈관조영술 장치의 기본 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 혈관조영장치의 정위틀 정렬 과정을 도시한 흐름도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혈관조영장치에 사용되는 정위틀을 도시한 개략적인 사시도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정위틀 정렬을 위한 혈관조영장치의 예비 촬영 화면을 도시한 개략적인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 정위틀 11 : 베이스프레임

12 : 수직프레임 20 : 전표시면

21 : 후표시면 22,23 : 기준점

30,31 : 대각선 32,33 : 교차점

40 : 방위점 50 : 영상

Claims (4)

1. 전면과 후면에 각각 기준점이 표시된 정위틀을 검체의 특정 부위에 고정하는 단계와;

   본 촬영 전에 정위틀의 기준점 표시면을 예비 촬영하는 단계;

   두 면의 촬영 영상을 대조하여 전면과 후면에서 각각 대응되는 기준점의 일치 여부를 확인하여 정위틀의 위치를 정렬하는 단계

   를 포함하는 혈관조영장치의 정위틀 정렬 확인 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기준점이 일치하는 경우 본 촬영을 개시하는 단계와, 상기 기준점이 일치하지 않는 경우 그 오차값을 계산하는 단계, 계산된 오차값에 따라 정위틀을 재 정렬하는 단계를 더욱 포함하는 혈관조영장치의 정위틀 정렬 확인 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 기준점의 일치여부 확인단계는 각각 4개의 기준점이 표시된 정위틀의 전표시면과 후표시면을 촬영하여 전표시면의 기준점을 연결하는 대각선의 교차점과 후표시면의 기준점을 연결하는 대각선의 교차점의 위치를 비교하는 것을 특징으로 하는 혈관조영장치의 정위틀 정렬 확인 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 오차값 계산은 대응되는 교차점 간의 거리와 방향을 통해 연산되는 것을 특징으로 하는 혈관조영장치의 정위틀 정렬 확인 방법.