KR20170008684A - 환자의 호흡 운동에 기반한 방사선 치료 계획의 평가 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선치료 계획 평가 방법은, 시뮬레이터가 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받는 단계; 상기 시뮬레이터가 상기 신체 외부의 운동 데이터 및 상기 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여 신체 외부의 움직임을 모의 구현하는 제 1 구동 수단 및 상기 제 1 구동수단의 내측에 위치하여 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 제 2 구동 수단을 각각 제어하는 단계; 상기 시뮬레이터가 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 상기 제 1 구동 수단의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단을 관통하여 상기 제 2 구동수단에 도달하도록 방사선을 조사하는 단계; 및 상기 시뮬레이터가 상기 제 2 구동수단에 부착되어 방사선 조사 목표로 설정된 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 방사선 치료 계획을 평가하는 기술에 관한 것으로, 특히 호흡운동과 같이 불규칙한 환자의 움직임을 고려하여 환자 맞춤형 실시간 호흡 운동을 모의구현함으로써 시술자의 방사선 치료 계획을 검증할 수 있는 평가 장치, 방법 및 그 방법을 기록한 기록매체에 관한 것이다.
방사선 치료란, 파장이 매우 짧고 높은 에너지를 가지는 방사선을 이용하여 환자를 치료하는 임상의학의 한 방법으로, 수술, 항암 화학 요법과 더불어 대표적인 암 치료 방법 중 하나이다. 주로 암이라고 불리는 악성 종양을 치료하지만, 양성 종양이나 일부 양성 질환도 치료 가능하다.
이러한 방사선 치료는 방사선 조사기의 위치에 따라서 외부 방사선 치료와 근접 치료로 나눌 수 있다. 외부 방사선 치료는 몸 외부에서 각종 장비를 이용하여 방사선을 조사하는 치료 방법으로 사용하는 방사선의 종류에 따라 광자선 치료, 전자선 치료, 입자선 치료(중성자 치료, 양성자 치료 등)로 구분하기도 한다. 이에
따라서 다양한 방사선 발생 장치가 사용될 수 있지만, 가장 널리 사용되는 방사선 발생 장치는 선형가속기이다. 근접 치료는 방사선 발생 장치나 동위원소를 몸 안이나 표면에 위치시켜서 방사선을 한정된 부위에 조사하는 방법으로, 삽입되는 공간이나 방법에 따라서 강내 치료, 관내 치료, 조직 내 치료, 접촉 치료 등으로 구분할 수 있다.
한편, 영상 유도 체부 방사선 수술로서 활용되는 정위 방사선 수술은 방사선을 이용하여 두부 및 두경부 내의 종양 치료 시 두개골을 절개하지 않고, 정위적으로 매우 정확하게 파괴시키는 안전하고 비침습적인 치료 방법이다. 종래의 뇌수술시 필연적으로 따르는 위험이나 합병증을 최소화하면서 수술과 동등한 혹은 더 나은 치료 효과를 얻을 수 있는 획기적인 최첨단 무혈 방사선 수술 방법이다. 정위방사선 수술은 작은 체적에 높은 정확도와 높은 선량의 집중도(conformity)를 가지고 짧은 시간 내에 고선량의 방사선을 전달할 수 있다.
최신 선형가속장치를 기반으로 한 방사선 수술 시스템으로서, 사이버나이프시스템이 소개되었다. 사이버나이프 시스템은 선량 최적화에 대한 수학적인 개념을 도입한 기기로 로봇팔에 선형가속장치가 장착되어있으며, 약 1200개의 빔을 이용하여 주변의 방사선 민감 조직을 피해 불규칙한 종양의 모양에 맞추어 좋은 표적 포함도와 선량의 집중도를 얻으면서 치료할 수 있는 최첨단 방사선 수술 장치이다.
이하에서 제시된 선행기술문헌은 움직임 보정 기능을 이용하여 방사선 치료시스템을 제어하는 기술적 수단을 소개하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 방사선 치료를 위한 움직임 추적 기술들과 시뮬레이션 기술들이 환자의 신체를 단지 1차원 사인파(signwave)로 구현하거나 추적하고자 하는 종양의 위치를 2차원의 평면 영상으로 구현하는 정도에 머물러 있어, 실제 호흡 운동에 의해 신체 내부의 종양의 위치가 3차원적으로 움직이는 점을 정확하게 반영하지 못하는 문제점을 해결하고, 이로 인해 미리 수립된 방사선 치료 계획을 정량적으로 검증할 수 없는 한계를 극복하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선치료 계획 평가 방법은, 시뮬레이터가 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받는 단계; 상기 시뮬레이터가 상기 신체 외부의 운동 데이터 및 상기 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여 신체 외부의 움직임을 모의 구현하는 제 1 구동 수단 및 상기 제 1 구동수단의 내측에 위치하여 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 제 2 구동 수단을 각각 제어하는 단계; 상기 시뮬레이터가 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 상기 제 1 구동 수단의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단을 관통하여 상기 제 2 구동수단에 도달하도록 방사선을 조사하는 단계; 및 상기 시뮬레이터가 상기 제 2 구동수단에 부착되어 방사선 조사 목표로 설정된 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법에서, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단은 각각 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있으며, 상기 신체 외부 및 상기 신체 내부의 운동 데이터는 각각 시간 정보, 상기 교차 축의 제 1축 좌표, 상기 교차 축의 제 2 축 좌표 및 상기 교차 축의 제 3 축 좌표를 포함한다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법에서, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단을 제어하는 단계는, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동수단의 독립적인 제어에 따라 상기 신체 외부의 움직임과 상기 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현한다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법에서, 상기 신체 외부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체표면에 표지된 마커(marker)의 움직임으로부터 측정되고, 상기 신체 내부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체내에서 주기적으로 움직이는 기관에 대한 영상 데이터로부터 측정되며, 상기 신체 외부 및 내부의 운동 데이터는 각각 시계열적으로 동시에 기록되어 상기 시뮬레이터에 입력된다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법에서, 상기 제 1 구동 수단은 상기 피검체의 체표면의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되고, 상기 제 2 구동 수단은 상기 피검체의 체내 기관의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되며, 상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단 및 상기 방사선 수집수단은 각각 상기 피검체의 체표면, 상기 피검체의 체내 기관 및 상기 피검체의 종양의 위치에 대응되도록 배치된다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법에서, 상기 방사선량을 검출하는 단계는, 상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하는 단계; 상기 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하는 단계; 및 상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법은, 상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 수정을 유도하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 이하에서는 상기 기재된 방사선 치료 계획 평가 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선치료 계획 평가 장치는, 피검체의 신체 외부의 움직임을 모의 구현하는 제 1 구동수단; 상기 제 1 구동 수단의 내측에 위치하여 상기 피검체의 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 제 2 구동 수단; 상기 제 1 구동 수단의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단을 관통하여 상기 제 2 구동 수단에 도달하도록 방사선을 조사하는 방사선 조사 수단; 상기 제 2 구동 수단에 부착되고 방사선 조사 목표로 설정되어 외부로부터 조사된 방사선량을 검출하는 방사선 수집 수단; 및 적어도 하나의 프로세서(processor)를 구비하고, 상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단, 상기 방사선 조사 수단 및 상기 방사선 수집 수단을 제어하여 상기 피검체에 대한 방사선 치료 계획을 검증하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는, 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받고, 상기 신체 외부의 운동 데이터 및 상기 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단을 각각 제어하고, 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 방사선 조사 수단을 이용하여 방사선을 조사하며, 상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출한다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치에서, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단은, 각각 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 교차 축은 마이크로 스테핑 모터(micro stepping motor)를 이용하여 제어할 수 있다. 나아가, 상기 신체 외부 및 상기 신체 내부의 운동 데이터는 각각 시간 정보, 상기 교차 축의 제 1 축 좌표, 상기 교차 축의 제 2 축 좌표 및 상기 교차 축의 제 3 축 좌표를 포함하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단의 독립적인 제어에 따라 상기 신체 외부의 움직임과 상기 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현한다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치에서, 상기 신체 외부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체표면에 표지된 마커(marker)의 움직임으로부터 측정되고, 상기 신체 내부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체내에서 주기적으로 움직이는 기관에 대한 영상 데이터로부터 측정되며, 상기 신체 외부 및 내부의 운동 데이터는 각각 시계열적으로 동시에 기록되어 상기 시뮬레이터에 입력된다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치에서, 상기 제 1 구동 수단은 상기 피검체의 체표면의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되고, 상기 제 2 구동 수단은 상기 피검체의 체내 기관의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되며, 상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단 및 상기 방사선 수집수단은 각각 상기 피검체의 체표면, 상기 피검체의 체내 기관 및 상기 피검체의 종양의 위치에 대응되도록 배치된다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치에서, 상기 제어부는, 상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하고, 상기 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하며, 상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치는, 복수의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터의 패턴을 저장하는 데이터베이스;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 데이터베이스로부터 상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 독출하여 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 수정을 유도할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제 2 구동수단은, 바닥면에 지지된 베이스부, 베이스부의 상부로 이격되어 위치되어 방사선 수집 수단을 지지하는 무빙플레이트와, 베이스부와 무빙플레이트에 연결되어, 무빙플레이트가 6-자유도로 움직이도록 작동되는 복수의 전동실린더를 포함하여, 피검체의 불규칙한 호흡운동을 반영하여 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 복수의 전동실린더는 폐루프를 형성하게 베이스부와 무빙플레이트에 연결되어, 작동시 서로의 운동을 구속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제 1 구동수단은 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하고, 교차 축은 마이크로 스테핑 모터(micro stepping motor)를 이용하여 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법은, 시뮬레이터가 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받는 단계; 시뮬레이터가 신체 외부의 운동 데이터에 기초하여, 신체 외부의 움직임을 3-자유도로 모의 구현하는 제 1 구동 수단을 제어하는 단계; 시뮬레이터가 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여, 피검체의 호흡운동에 영향을 받는 신체 내부의 움직임을 6-자유도로 모의 구현하는 제 2 구동 수단을 제어하는 단계; 시뮬레이터가 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라, 제 1 구동 수단의 외측으로부터 제 1 구동 수단을 관통하여 제 2 구동 수단에 도달하도록 방사선을 조사하는 단계; 및 시뮬레이터가 제 2 구동 수단에 부착되어 방사선 조사 목표로 설정된 방사선 수집 수단을 통해 방사선량을 검출하는 단계;를 포함하여, 호흡운동에 의한 방사선량의 전달사고를 방지할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 제 2 구동 수단은, 바닥면에 지지된 베이스부, 베이스부의 상부로 이격되어 위치되어 방사선 수집 수단을 지지하는 무빙플레이트와, 베이스부와 무빙플레이트에 연결되어, 무빙플레이트가 6-자유도로 움직이도록 작동되는 복수의 전동실린더를 포함하여, 피검체의 불규칙한 호흡운동을 반영하여 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 구동 수단 및 제 2 구동 수단을 제어하는 단계는, 제 1 구동 수단 및 제 2 구동 수단의 독립적인 제어에 따라 신체 외부의 움직임과 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 구동수단은 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있으며, 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터는 각각 시간 정보, 교차 축의 제 1 축 좌표, 교차 축의 제 2 축 좌표 및 교차 축의 제 3 축좌표를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 신체 외부의 운동 데이터는 피검체의 체표면에 표지된 마커(marker)의 움직임으로부터 측정되고, 신체 내부의 운동 데이터는 피검체의 체내에서 주기적으로 움직이는 기관에 대한 영상 데이터로부터 측정되며, 신체 외부 및 내부의 운동 데이터는 각각 시계열적으로 동시에 기록되어 시뮬레이터에 입력되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 구동 수단은 피검체의 체표면의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되고, 제 2 구동 수단은 피검체의 체내 기관의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되며, 제 1 구동 수단, 제 2 구동 수단 및 방사선 수집 수단은 각각 피검체의 체표면, 피검체의 체내 기관 및 피검체의 종양의 위치에 대응되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 방사선량을 검출하는 단계는, 방사선 수집 수단을 통해 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하는 단계; 기록된 측정 시간을 기준으로 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하는 단계; 및 측정 시간별로 산출된 차이값을 사용자에게 제공하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 방사선 치료 계획의 수정을 유도하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들은 방사선 치료 시 불규칙한 환자의 호흡 운동을 신체 외부의 움직임과 신체 내부의 움직임으로 분리하여 복합적으로 분석함으로써 환자 고유의 특성을 고려한 3차원 호흡 모델을 모의 구현할 수 있으며, 이로부터 시술자가 사전에 수립한 방사선 치료 계획을 정량적으로 검증할 수 있는 기술적 수단을 제공할 수 있다.
도 1은 환자의 호흡 운동에 따른 종양의 움직임을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 계획을 평가하는 장치의 기본 아이디어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 계획을 평가하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 방사선 치료 계획 평가 장치의 프로토타입(prototype)을 예시한 도면이다.
도 5는 도 4의 프로토타입을 실제 구현한 시뮬레이션 환경을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 방사선 치료 계획의 평가 장치의 제어 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7a 내지 도 7d는 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터의 예시와 이들 데이터를 입력받는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7a 내지 도 7d의 데이터 입력에 따른 호흡 운동을 시뮬레이션을 통해 구현하는 분석 프로그램을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치의 프로토타입(prototype)을 예시한 도면이다.
도 11은 도 10의 정면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 12(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 구동수단을 제어하는 제어부의 데이터 변환 알고리즘이고, 도 12(b)는 불규칙한 호흡운동터(x, y, z, θx, θy, θz)에 따른 전동실린더의 길이변화에 대한 관계도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 계획을 평가하는 장치의 기본 아이디어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 계획을 평가하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 방사선 치료 계획 평가 장치의 프로토타입(prototype)을 예시한 도면이다.
도 5는 도 4의 프로토타입을 실제 구현한 시뮬레이션 환경을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 방사선 치료 계획의 평가 장치의 제어 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7a 내지 도 7d는 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터의 예시와 이들 데이터를 입력받는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 7a 내지 도 7d의 데이터 입력에 따른 호흡 운동을 시뮬레이션을 통해 구현하는 분석 프로그램을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치의 프로토타입(prototype)을 예시한 도면이다.
도 11은 도 10의 정면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 12(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 구동수단을 제어하는 제어부의 데이터 변환 알고리즘이고, 도 12(b)는 불규칙한 호흡운동터(x, y, z, θx, θy, θz)에 따른 전동실린더의 길이변화에 대한 관계도를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 영상 유도 체부 방사선 기술의 개요와 이를 활용한 방사선 치료 기술에서 나타내는 문제점들을 검토한 후, 이들 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 개괄적으로 소개하도록 한다.
정위 방사선 수술이 처음에는 뇌와 척추와 같은 두경부 대상으로 움직이지않는 종양의 매우 정교한 치료를 위해 고안된 것이었으나, 이 치료법이 체부 방사선 수술로 확대된 이후 폐, 간, 췌장과 같이 호흡에 따른 종양의 움직임에 대해 관심이 높아졌다. 체부에 있는 종양의 경우 호흡에 따라 움직이는 문제점이 대두되기 시작하였으며, 이 문제를 해결하기 위해 호흡에 따른 종양의 움직임 보정 방법을 연구하기 시작하였다.
최근 몇 년 이내에 4D 전산화 단층 촬영 영상은 이미 임상 시술에서 많이 이용되어 왔으며, 몇몇 4D CT 모델이 상업적으로 이용되어 왔다. 호흡을 멈춘 상태에서 CT 영상 획득과는 달리 영상 획득 시 자유로운 호흡이 가능하며, 이 정보는 해부학적 정보 혹은 대리 표식자의 정보를 기초로 한 호흡 사이클 내의 위치에 따라 저장된다. 4D CT 영상은 폐종양의 호흡 범위 관찰과 호흡 움직임, 종양의 변형, 방사선 치료에 대한 호흡의 보정을 기초로 한 조사 영역 크기의 여유분을 결정하는데 상당히 유용하다.
호흡에 따른 종양의 움직임을 보정하기 위한 방법으로 계획용 표적 체적 여유분 방법, 호흡-멈춤 방법, 호흡-동조 방법, 호흡 추적 방법이 있다. 광범위 계획용 표적 체적 여유분은 더욱 진보된 기술이 임상에서 이용 불가한 경우 이용하는 선택 방식이며, 호흡-멈춤 방법을 위한 최신의 호흡의 피드백 장치의 출현으로 환자가 예정된 호흡 주기에 재현성 있게 호흡을 정지할 수 있도록 도와준다. 호흡-멈춤 방법은 호흡 움직임 주기와 더불어 전산화 단층 촬영 영상을 이용해 호흡-멈춤 치료 계획에서 가장 적절하게 맞추어주는 장점이 있다. 호흡-멈춤 위치에서의 불확실성 이외에도, 호흡-멈춤 방식은 많이 진행된 질병이 있는 환자나 노년 환자는 호흡 정지 과정을 견디기 어려운 점이 있고, 호흡을 정지하면서 지칠 수 있다. 또한 치료 전달 기술, 치료 당 기계적인 선량값, 치료기기에 따른 선량률에 따라 치료 시간이 길어질 수 있다는 단점도 갖는다.
방사선 치료 시 환자의 호흡에 따른 종양의 움직임은 보정되지 않았을 경우 오차가 발생되므로 정확한 표적에 대해 방사선 조사면의 여유분을 주고 치료를 하고 있으며, 방사선 민감 조직에 많은 방사선량이 조사되어 총 선량 증가에 제한이 있다. 예를 들어, 도 1과 같이 환자의 호흡 운동에 따른 종양에 주기적인 움직임이 발생하는 경우 종양을 치료하기 위한 방사선 조사 역시 이러한 움직임을 고려하여 조사면의 여유분을 둘 필요가 있으며, 이로 인한 치료 현실에 한계가 존재한다. 특히, 인간의 신체를 대상으로 하는 방사선 치료는 과잉 진료에 의한 부작용이 치명적이며 이미 조사된 방사선은 돌이킬 수 없는 결과를 야기할 수 있으므로, 실질적인 치료에 앞서 정확하고 적절한 방사선 치료 계획을 수립하는 것은 무엇보다도 중요하다.
따라서, 이하에서 제안되는 본 발명의 실시예들은 이러한 환자를 대상으로 하는 방사선 치료 이전에 환자의 특성(예를 들어, 호흡 운동에 따른 신체의 움직임과 호흡 운동의 주기 등이 될 수 있다.)을 분석하고, 이미 수립된 방사선 치료 계획에 이를 반영하여 환자 맞춤형 치료 계획인지 여부를 검증하는 기술적 수단을 제공하고자 한다. 즉, 본 발명의 실시예들은 환자의 신체를 직접 대상으로 하는 치료방법이나 수술 방법이 아니며, 환자로부터 측정된 환자 고유의 호흡 운동(호흡 운동 뿐만 아니라 환자의 신체 기관에서 발생하는 주기적인 움직임에 적용 가능하다.)을 별도로 마련된 시뮬레이터를 통해 모의 구현하되, 모의 구현된 환경 내에서 시술자에 의해 수립된 방사선 치료 계획을 적용하여 이러한 방사선 치료 계획이 적절하였는지 여부를 평가하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 실시예들은 환자 고유의 호흡 운동을 신체 외부의 움직임과 신체 내부의 움직임으로 구분하고, 이들 움직임을 각각 독립적으로 구현하되, 시간의 흐름에 따라 동시에 시뮬레이터를 통해 움직임을 표현함으로써 양자의 움직임에 의해 방사선 조사량이 받는 영향을 측정하고자 한다. 특히 인간의 신체는 1차원이 아닌 3차원 구조를 가지며, 환자의 호흡 운동 역시 인간의 신체에 3차원적인 움직임으로 나타난다. 예를 들어, 환자의 폐에 위치한 종양의 경우 호흡 운동에 의해 상하좌우로 움직일 수 있을 뿐만 아니라, 흉강의 팽창과 수축에 의해 종양과 체표면 간의 거리 역시 깊이 방향으로 변화하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예들이 제안하는 시뮬레이터는 환자의 움직임을 신체 외부 및 신체 내부로 구분하고, 또한 각각의 움직임을 3차원 좌표계를 반영하여 움직이도록 설계함으로써, 실제 환자의 움직임을 정확하게 모의 구현하도록 하였다.
제 1
실시예
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 계획을 평가하는 장치의 기본 아이디어를 설명하기 위한 도면으로서, 제어부(50)를 중심으로, 방사선 조사 수단(30), 제 1 구동 수단(10), 제 2 구동 수단(20) 및 방사선 수집 수단(40)을 각각 제어한다.
제 1 구동 수단(10)은, 피검체의 신체 외부의 움직임을 모의 구현하는 구성으로서, 적어도 교차하는 3개 축을 이용하여 신체 외부의 움직임에 대응하는 3차원의 움직임을 구현할 수 있는 구조체를 갖는다.
제 2 구동 수단(20)은, 상기 제 1 구동 수단(10)의 내측에 위치하여 상기 피검체의 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 구성으로서, 적어도 교차하는 3개 축을 이용하여 신체 내부의 움직임에 대응하는 3차원의 움직임을 구현할 수 있는 구조체를 갖는다.
방사선 조사 수단(30)은, 상기 제 1 구동 수단(10)의 외측에 위치하여 상기 제 1 구동 수단(10)을 관통하여 상기 제 2 구동 수단(20)에 도달하도록 방사선을 조사하는 구성으로서, 실제 의료 현장에서 환자를 대상으로 하는 초음파 치료기에 대응하는 구성이다.
방사선 수집 수단(40)은, 상기 제 2 구동 수단(20)에 부착되고 방사선 조사목표로 설정되어 외부로부터 조사된 방사선량을 검출하는 구성으로서, 환자의 종양으로 가정된 팬텀(phantom)에 해당한다.
이러한 제 1 구동 수단(10)은 상기 피검체의 체표면의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되고, 제 2 구동 수단(20)은 상기 피검체의 체내 기관의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되며, 상기 제 1 구동 수단(10), 상기 제 2 구동 수단(20) 및 상기 방사선 수집 수단(40)은 각각 상기 피검체의 체표면, 상기 피검체의 체내 기관 및 상기 피검체의 종양의 위치에 대응되도록 배치되는 것이 바람직하다.
제어부(50)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 구비하고, 상기 제 1 구동 수단(10), 상기 제 2 구동 수단(20), 상기 방사선 조사 수단(30) 및 상기 방사선 수집 수단(40)을 제어하여 상기 피검체에 대한 방사선 치료 계획을 검증하는 구성이다. 보다 구체적으로, 제어부(50)는, 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터(55)를 입력받고, 상기 신체 외부의 운동 데이터 및 상기 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단을 각각 제어하고, 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 방사선 조사 수단을 이용하여 방사선을 조사하며, 상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출할 수 있다.
제어부(50)는, 상기 제 1 구동 수단(10) 및 상기 제 2 구동 수단(20)의 독립적인 제어에 따라 상기 신체 외부의 움직임과 상기 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현할 수 있으며, 특히 방사선 치료 시 환자의 불규칙한 호흡 운동(내부 운동 및 외부 운동을 포함한다.)을 정량적으로 분석하는 것이 가능하다.
또한, 제어부(50)는, 상기 방사선 수집 수단(40)을 통해 상기 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하고, 상기 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하며, 상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 도 2의 방사선 치료 계획 평가 장치는, 복수의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터의 패턴을 저장하는 데이터베이스(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부(50)는, 상기 데이터베이스로부터 상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 독출하여 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단(미도시)에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 검증 내지 수정을 유도할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료 계획을 평가하는 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 도 2를 통해 설명한 장치 구성에 대응하는 연산 과정을 도시하였다. 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 시간의 흐름에 따른 각 단계의 수행 동작과 기능을 중심으로 그 구성을 약술하도록 한다. 각각의 단계는 시뮬레이터에 의해 구현될 수 있으며, 이러한 시뮬레이터는 적어도 두 개의 구동 수단, 한 개의 방사선 수집 수단과 전기적으로 연결되고, 일련의 연산 과정과 측정 데이터를 저장하는 저장 수단(memory) 및 연산 과정을 정의하는 명령을 수행하는 적어도 하나의 처리기(processor)를 구비할 수 있다.
S310 단계에서, 시뮬레이터는 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받는다.
S320 단계에서, 상기 시뮬레이터는 S310 단계를 통해 입력된 상기 신체 외부의 운동 데이터 및 상기 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여 신체 외부의 움직임을 모의 구현하는 제 1 구동 수단 및 상기 제 1 구동 수단의 내측에 위치하여 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 제 2 구동 수단을 각각 제어한다. 이 과정을 통해, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단의 독립적인 제어에 따라 상기 신체 외부의 움직임과 상기 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현하게 된다.
S330 단계에서, 상기 시뮬레이터는 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 상기 제 1 구동 수단의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단을 관통하여 상기 제 2 구동 수단에 도달하도록 방사선을 조사한다.
S340 단계에서, 상기 시뮬레이터는 상기 제 2 구동 수단에 부착되어 방사선 조사 목표로 설정된 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출한다. 보다 구체적으로 이 과정은, 상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하고, 상기 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하며, 상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공한다.
한편, 도 3의 방사선 치료 계획 평가 방법은, 상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 수정을 유도하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 과정을 통해 환자와 유사한 질환의 환자들의 샘플 데이터로부터 현재 환자의 호흡 운동 패턴을 보다 정교하게 분석하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 방사선 치료 계획 평가 장치의 프로토타입(prototype)을 예시한 도면이며, 도 5는 도 4의 프로토타입을 실제 구현한 시뮬레이션 환경을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 구동 수단(10)과 제 2 구동 수단(20)이 나란히 배치되고, 각각을 구동시키는 2쌍의 3축 구조체(15, 25)가 연결되어 있음을 확인할 수 있다. 또한 방사선 조사 수단(30)이 제 1 구동 수단(10)의 위쪽에 배치되어 있고, 맞은 편에 위치한 제 2 구동 수단(20)에는 방사선 수집 수단(40)이 연결됨으로써 상기 방사선 조사 수단(30)으로부터 조사된 방사선이 제 1 구동 수단(10)을 관통하여 제 2 구동 수단(20), 보다 정확하게는 방사선 수집 수단(40)에 도달하도록 형성된다. 한편, 제어부(50)는 상기된 구성과 전기적으로 연결되어 각각을 제어하는 구성으로서, 방사선의 영상을 벗어나도록 배치되었다.
구현의 관점에서, 도 4 및 도 5의 방사선 치료 계획 평가 장치는, 리니어 액추에이터 모듈을 3개(X축, Y축, Z축)씩 구비하는 2개 세트로 구성될 수 있다. 프로토타입에 활용된 각각의 액추에이터는 다음의 표 1과 같은 제원을 통해 확인할 수 있으며, 전체 시스템은 미리 시뮬레이션을 통해 얻어낸 좌표를 파일로 불러들여 로봇(구동 수단을 의미한다.)과의 통신으로 구동하도록 설계되었다.
| Parameter | Specifications |
| Movable range | 100mm |
| Maximum speed | 150mm/s |
| Repetition positioning accuracy | ±0.01mm |
| Drive system | 10 mm diameter ball screw |
| Backlash | 0.05mm or less |
제어부에 구비되는 PCB(printed circuit board)는 실시간 호흡을 모의 구현하는 방사선 치료 계획 평가 장치의 후미에 위치시킴으로써 고에너지 X선의 영향으로 인해 손상되지 않도록 하였다.
또한, 방사선 치료 계획 평가 장치의 X축은 상용화된 마이크로 스테핑 모터(103H5208-0480, Sanyodenki, Tokyo, Japan)를 사용하였으며, Y축과 Z축 또한 정확성을 높이기 위해 마이크로 스테핑 모터(103H5210-0480, Sanyodenki, Tokyo, Japan)를 사용하였다. 모터 드라이브(AM-MS2, NTC, Seoul, Korea)는 마이크로 스테핑 모터와 결합하여 사용하였고, 로봇(신체 외부의 움직임 및 신체 내부의 움직임을 모사하는 구동 수단을 의미한다.)의 선형 액추에이터 모듈의 최대 움직임과 속도는 100 mm, 150 mm/s이며, 재현성의 정확도는 ±0.01 mm이다. 드라이브 시스템은 직경 10 mm의 볼 스크류 방식을 채택하였는데, 이러한 볼 스크류 방식은 기계적 효율이 높고, 마모가 적어 정밀도 저하의 위험이 적으며, 미소 이동시 원활하게 작동할 수 있는 장점이 있다. 방사선 치료 계획 평가 장치는 기본적으로 두 대의 직교좌표 로봇 형태를 띄고 있으며, 각각의 리니어 액추에이터는 볼 스크류 구조로 슬라이드 운동을 하게 되어 있고, 볼 스크류를 스테핑 모터를 통해 구동하게 설계되어 3축 직교 좌표 로봇의 각축을 담당하게 된다.
요약하건대, 신체 외부를 모의 구현하는 제 1 구동 수단 및 신체 내부를 모의 구현하는 제 2 구동 수단은, 각각 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하여 구현될 수 있으며, 상기 교차 축은 마이크로 스테핑 모터(micro stepping motor)를 이용하여 제어할 수 있다. 따라서, 상기 신체 외부 및 상기 신체 내부의 운동 데이터는 적어도 각각 시간 정보, 상기 교차 축의 제 1 축 좌표, 상기 교차 축의 제 2 축 좌표 및 상기 교차 축의 제 3 축좌표를 포함하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 방사선 치료 계획의 평가 장치의 제어 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
방사선 치료 계획 평가 장치의 제어를 위하여 1개의 마스터(master)와 3개의 슬레이브(slave)로 구성된 총 4개의 마이크로프로세서가 사용될 수 있다. 마스터는 컴퓨터와의 통신 및 각각 슬레이브로 정보를 전송하는 역할을 하고 있으며, 3개의 슬레이브는 각각의 X축, Y축 및 Z축의 구동을 담당한다.
마스터는 컴퓨터에서 RS-232통신으로 시뮬레이션된 파일의 데이터를 패킷 형태로 수신할 수 있으며, 예를 들어, 패킷의 타입은 "Start bit, ID, NUM, X-axis-1, Y-axis-1, Z-axis-1, X-axis-2, Y-axis-2, Z-axis-2, End bit"의 일련의 데이터들의 집합으로 구성될 수 있다. 이렇게 획득된 정보를 각각의 구동축별로 재정리하여 슬레이브로 SPI 통신을 통해 전송하며, 각 슬레이브들은 모터를 구동하는 펄스를 제공하게 된다.
모터는 마이크로 스테핑 방식으로 구동하기 때문에 하드웨어적으로는 0.003125 mm까지의 정밀한 제어가 가능하다. 다만, 표 1에 예시된 바와 같이 0.01로 제한을 둔 이유는 로봇과 컴퓨터 사이에 통신을 할 때 너무 정밀한 값을 이용할경우 그만큼 정보를 많이 전송을 해야 하고 통신 간에 오차가 발생할 수 있으며, 통신량이 많아질 경우 정밀도는 향상되지만 상대적으로 제어 주기가 길어져서 부드러운 동작 제어가 어려워지기 때문이다. 따라서 정밀도와 통신량 간의 트레이드 프(trade-off)를 고려하여 제어 정확도를 적절한 수준에서 결정할 필요가 있다.
이상과 같이 설정된 전체 시스템은 0.1초 주기로 컴퓨터로부터 정보를 받고, 각각의 구동 수단(로봇)이 제어되도록 설계되었다.
이제, 상기된 하드웨어에 기반하여 도 6에 예시된 방사선 치료 계획의 평가장치의 제어 구조를 설명하면 다음과 같다.
(1) 소프트웨어 파트(SW Part)에서는 PC 내에 설치된 소프트웨어를 통해서로그 파일로부터 환자의 신체 외부 및 신체 내부의 움직임 데이터를 불러내고, RS-232 통신을 통해 제어 PC로부터 파트(Control part)의 마스터 마이컴(MasterMicom)에 데이터를 전송한다. 이때, 전송되는 패킷은 다음과 같은 컨텐츠를 포함하도록 구현될 수 있다.
1) mode1 (파일전송모드) : [Start Code] + [Line Number] + [Xt, Xm, Yt,Ym, Zt, Zm] + [End Code]
2) mode2 (로봇좌표이동모드) : [Start Code] + [Initializing Instruction]+ [Data] + [End Code]
(2) 제어 파트(Control Part)에서, 각각의 슬레이브 마이컴(Slaver Micom)은 로봇의 X축, Y축 및 Z축을 제어하도록 구성되며, 마스터 마이컴(Master Micom)은 슬레이브 마이컴(SlaveX, SlaveY, SlaveZ)으로 SPI 통신을 이용하여 각 축의 좌표 데이터를 패킷 형식으로 전송한다. 이제, 3개의 슬레이브 마이컴은 각각의 마이크로 스테퍼 드라이버(Micro Stepper Driver)와 병렬(Parallel) I/O(input/output)를 통해 모터가 구동되도록 명령 신호를 전달한다. 즉, 각각의 슬레이브 마이컴들은 얻어낸 좌표를 통해서 스테핑 모터가 구동할 수 있도록 펄스를 계산한 후 마이크로 스테퍼 드라이버로 펄스를 전송한다. 마이크로 스테퍼 드라이버는 총 3개로 구성되며, 각각은 (Xt, Xm), (Yt, Ym), (Zt, Zm)을 컨트롤할 수 있도록 구성되어 슬레이브 마이컴으로부터 수신된 펄스를 이용하여 스테핑 모터를 구동한다.
(3) 액추에이터 파트(Actuator Part)에서, 마이크로 스테퍼 드라이버를 통해 전달된 좌표에 따라 각각의 스테핑 모터(Stepping Motor)가 이동함으로써 로봇의 움직임을 제어한다.
도 7a 내지 도 7d는 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터의 예시와 이들 데이터를 입력받는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예들이 제안하는 환자 호흡에 따른 종양 및 체표면 움직임 분석 프로그램에서, 환자의 움직임 데이터 분석은, 선형가속장치를 기반으로 한 방사선 수술 시스템을 통해 치료한 환자를 대상으로 할 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 예시된 사이버나이프 환자 치료 후 싱크로니 호흡 추적 시스템 컴퓨터를 통해 "Markers.log" 파일과 "Modeler.log" 파일을 얻을 수 있다. "Marker.log" 파일은 치료 시 LED 카메라를 통해 25∼40 Hz의 주파수를 가지고 획득한 환자 체표면 움직임에 대한 로그 파일을 의미하며, "Modeler.log" 파일은 진단용 X선 영상 장치를 통해 얻은 영상을 기준으로 환자 체표면의 움직임에 대한 내부 종양 움직임을 의미한다.
즉, 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 방사선 치료 계획 평가 장치에서, 신체 외부의 운동 데이터는 피검체의 체표면에 표지된 마커(marker)의 움직임으로부터 측정되고, 신체 내부의 운동 데이터는 피검체의 체내에서 주기적으로 움직이는 기관에 대한 영상 데이터로부터 측정되며, 이러한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터는 각각 시계열적으로 동시에 기록되어 시뮬레이터에 입력될 수 있다. 이제 이렇게 입력된 좌표 데이터를 상호 매칭시켜 환자의 움직임을 분석하기 위해 신체 외부 및 신체 내부의 측정 좌표를 변환하는 과정을 설명하도록 한다.
방대하고 복잡한 환자 데이터의 좌표 변환을 보다 쉽게 분석하기 위해 도 7c내지 도 7d에 예시된 바와 같이 호흡 추적 시스템에서 얻은 로그 파일을 분석할 수 있는 환자 호흡 데이터 분석 프로그램이 활용 가능한데, 측정 과정에서 비교의 기준을 설정하기 위해 Marker의 시간은 Modeler의 시간과 가능한 일치시키는 것이 바람직하다.
도 7b는 움직임 추적 시스템으로부터 얻어진 환자의 체표면의 움직임을 기록한 파일("Markers.log" 파일) 내에 시간 정보와 X축, Y축, Z축의 좌표가 포함되었음을 예시하고 있다. 만약 획득된 Marker의 데이터가 xM, yM, zM이라면 각각의 좌표는 다음과 같은 X을 기준으로 하는 변환식에 의해 변환될 수 있다.
상기 수학식 1을 통해 변환된 좌표를 기준으로 첫 번째 데이터를 초기화함으로써, 좌표를 정규화(normalization)한다. 이제 이렇게 정규화된 시간과 좌표를 기준으로 일정한 시간 간격(0.1초를 가정하였다.)으로 X, Y, Z 좌표를 큐빅 스플라인 보간법(Cubic spline interpolation)을 이용하여 데이터를 정렬할 수 있다. 정렬된 데이터를 예시하면 다음의 표 2와 같다.
도 7c는 환자의 종양 움직임에 대한 영상 데이터로부터 획득된 신체 기관의 움직임을 기록한 파일("Modeler.log" 파일) 내에 시간 정보와 X축, Y축, Z축의 좌표가 포함되었음을 예시하고 있다. 만약 획득된 Modeler의 데이터가 xT, yT, zT라면 각각의 좌표는 다음과 같은 Z를 기준으로 하는 변환식에 의해 변환될 수 있다.
상기 수학식 2를 통해 변환된 좌표를 기준으로 첫 번째 데이터를 초기화함으로써, 좌표를 정규화(normalization)한다. 이제 이렇게 정규화된 시간과 좌표를 기준으로 일정한 시간 간격(0.1초를 가정하였다.)으로 X, Y, Z 좌표를 큐빅 스플라인 보간법(Cubic spline interpolation)을 이용하여 데이터를 정렬할 수 있다. 정렬된 데이터를 예시하면 다음의 표 3과 같다.
도 7d는 이러한 환자의 신체 외부 및 신체 내부의 움직임 데이터를 각각 독출하여 시간 축을 기준으로 하나의 병합된 움직임 데이터를 생성하는 움직임 데이터 분석 프로그램의 구동 방식을 예시하고 있다. 도 7d를 참조하면, 첫 번째 입력데이터로서 신체 외부의 움직임을 기록한 Marker의 시간과 좌표 정보를 입력하고, 두 번째 입력 데이터로서 신체 내부의 움직임을 기록한 Modeler의 시간과 좌표 정보를 입력한 후, 좌표 변환 및 매칭이 이루어진 최종 결과를 출력하고자 하는 위치를 지정하는 사용자 인터페이스(User Interface)를 예시하였다. 출력된 매칭 좌표 데이터를 예시하면 다음의 표 4와 같다.
즉, 본 발명의 실시예들은 환자의 신체 외부의 움직임 데이터와 신체 내부의 움직임 데이터를 각각 독립적으로 구현하되, 시간의 흐름에 따라 하나의 군집 데이터로서 처리됨으로써 각각의 분리된 구동 수단을 갖는 시뮬레이터를 통해 동시에 움직임이 재현되고, 이들 구동 수단의 개별적인 움직임이 방사선 조사량에 미치는 영향과 상호 작용을 정확하게 분석하는 것이 가능하다.
도 8 및 도 9는 도 7a 내지 도 7d의 데이터 입력에 따른 호흡 운동을 시뮬레이션을 통해 구현하는 분석 프로그램을 예시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 예시된 분석 프로그램의 구성은 데이터 전송, 데이터 전달, 로봇의 초기 위치 변경, 로봇의 실시간 움직임 그래프를 포함한다. 이러한 로봇 구동 프로그램은 0.1초마다 3차원 움직임 좌표를 전송하며, 전송된 좌표는 마이크로 스테핑 모터를 통해 3차원적인 선형 움직임이 가능하도록 구현되었다. 따라서, 시술자는 이러한 환자의 호흡 운동에 대한 실시간 시뮬레이션 결과를 관찰하고 이러한 움직임이 방사선 조사량에 미치는 영향을 시각적으로 확인함으로써 미리 수립된 방사선 치료 계획의 정량적으로 평가할 수 있으며, 필요에 따라서는 해당 치료 계획을 적절히 수정하도록 유도할 수 있다.
도 9를 참조하면, 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과로서 측정된 방사선량을 함께 비교한 결과를 시각적으로 표시함으로써 시술자로 하여금 앞서 수립된 방사선 치료 계획의 적정성을 평가할 수 있으며, 이에 따른 개선을 유도할 수 있음을 보여준다.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 방사선 치료 시 불규칙한 환자의 호흡운동을 신체 외부의 움직임과 신체 내부의 움직임으로 분리하여 복합적으로 분석함으로써 환자 고유의 특성을 고려한 3차원 호흡 모델을 모의 구현할 수 있으며, 이로부터 시술자가 사전에 수립한 방사선 치료 계획을 정량적으로 검증할 수 있는 기술적 수단을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들은, 환자의 체내 움직임과 체외 움직임을 고려하여 환자에게 전달되는 3차원 선량 분포 평가가 가능하며, 4차원 CT 스캔을 통한 체내 움직임을 3차원으로 재구성함으로써 환자 개인에게 최적화된 호흡 운동을 실제와 유사하게 모사하는 것이 가능하다. 이를 통해 영상 유도 방사선 치료 시 호흡 운동에 대한 모의 구현 및 치료 계획을 검증을 통해 방사선 치료의 정확성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
제 2
실시예
이하에서는, 도 2, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치 및 방사선 치료 계획 평가 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치는 방사선치료 전에, 불규칙한 환자 호흡운동(x, y, z, θx, θy, θz)을 복합적으로 분석하고 환자마다의 특성을 고려하여, 호흡운동이 반영된 신체 내부의 움직임과 신체 외부의 움직을 모의 구현하는 시뮬레이터이다.
본 발명은 호흡운동에 영향을 받는 부위에 존재하는 암덩어리로 방사선을 조사하는 경우에, 호흡운동에 의해 그 위치 선정이 불명확해짐에 따른 방사선의 전달사고를 방지할 수 있다.
일반적으로, 피검체의 호흡운동에 영향을 미치는 기관(예컨대, 폐)에 종양 또는 암을 제거하기 위해 방사선치료를 수행하는 경우에, 피검체의 불규칙한 호흡운동(x, y, z, θx, θy, θz)에 따라 폐에 생긴 종양 또는 암덩어리의 위치가 변하게 된다. 호흡운동에 영향을 받아 종양 또는 암덩어리의 위치가 변하면, 방사선이 종양 또는 암덩어리로 정확하게 조사되지 못하는 문제점이 있었다.
이에 따라, 방사선의 조사범위가 종양 또는 암덩어리의 면적보다 적은 면적으로 조사되는 경우에 잔존한 암덩어리에 의해 암이 재발하게 된다. 또는, 방사선의 조사범위가 종양 또는 암덩어리의 면적보다 넓은 면적으로 조사되면, 방사선이 정상조직을 손상시킨다. 폐의 정상조직이 방사선에 의해 손상되면 폐렴이 발생한다. 일단 폐렴이 발생하면 더 이상의 방사선치료가 불가능한 문제점이 발생한다.
즉, 방사선을 이용하여 폐에 생긴 암덩어리를 제거하기 위해서는, 암덩어리가 생긴 부위로 정확하게 방사선을 조사해야 하는데, 이를 위해서는 불규칙한 호흡운동에 따른 암덩어리의 위치를 정확하게 선정하는 것이 필요하다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 장치는 제 1 구동 수단(10a), 3축 구조체(15a), 제 2 구동 수단(20a), 방사선 조사 수단(30), 방사선 수집 수단(40a) 및 제어부(50a)를 포함한다. 그리고, 방사선 치료 계획 평가 장치는 일련의 연산 과정과 측정 데이터를 저장하는 저장 수단(memory) 및 연산 과정을 정의하는 명령을 수행하는 적어도 하나의 처리기(processor)를 구비할 수 있다.
본 실시예에 따른 제 1 구동 수단(10a), 3축 구조체(15a), 방사선 조사 수단(30), 방사선 수집 수단(40a)은 상술한 제 1 실시예의 제 1 구동 수단(10a), 3축 구조체(15), 방사선 조사 수단(30) 및 방사선 수집 수단(40)과 실질적으로 동일한 구성인 바, 본 실시예에서는 설명의 반복을 피하기 위하여, 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.
이하에서는 상술한 제 1 실시예와 상이한 제 2 구동 수단(20a)과, 이를 제어하는 제어부(50a)에 대해 설명하기로 한다.
제 2 구동 수단(20a)은 제 1 구동 수단(10a)의 내측에 위치하여, 피검체의 호흡운동에 다른 신체 내부의 움직임을 모의 구현한다. 제 2 구동 수단(20a)은 피검체의 불규칙한 호흡운동을 6-자유도 운동으로 구현한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제 2 구동 수단(20a)은 베이스부(21), 무빙플레이트(22)와 복수의 전동실린더(23)를 포함한다. 베이스부(21)는 장치바닥면(1)에 고정된다. 베이스부(21)는 복수의 전동실린더(23)와 무빙플레이트(22)를 일정 위치에서 지지한다.
무빙플레이트(22)는 베이스부(21)의 상부로 이격되어 위치된다. 무빙플레이트(22)는 방사선 수집 수단(40a)을 지지한다. 무빙플레이트(22)는 복수의 전동실린더(23)의 작동시 6-자유도운동한다.
복수의 전동실린더(23)는 베이스부(21)와 무빙플레이트(22) 사이에 위치된다. 복수의 전동실린더(23)는 폐루프를 형성하게 베이스부(21)와 무빙플레이트(22)에 연결되어, 작동시 서로의 운동을 구속한다. 본 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 전동실린더는 6개가 사용될 수 있다.
복수의 전동실린더(23)에는 각각 모터(미도시)가 연결된다. 그리고, 모터는 제어부(50a)에 연결된다. 제어부(50a)는 전동실린더(23)에 연결된 각각의 모터의 동작을 제어하여, 전동실린더(23)의 길이변화를 미세하게 제어한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 제 2 구동 수단(20a)은 무빙플레이트(22)의 6-자유도운동에 의해, 피검체의 불규칙한 호흡운동(x, y, z, θx, θy, θz)이 반영된 신체 내부의 움직임을 모의 구현할 수 있다.
제어부(50a)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 구비하고, 제 1 구동 수단(10a), 제 2 구동 수단(20a), 방사선 조사 수단(30) 및 방사선 수집 수단(40a)을 제어하여 상기 피검체에 대한 방사선 치료 계획을 검증하는 구성이다.
제어부(50a)는, 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터(55)를 입력받는다.
제어부(50a)는 신체 외부의 운동 데이터를 기초하여 제 1 구동 수단(10a)을 제어한다. 제어부(50a)는 호흡운동이 반영된 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여 제 2 구동 수단(20a)을 제어한다. 제어부(50a)는 제 1 구동 수단(10a)과 제 2 구동 수단(20a)을 시계열적으로 동시에 제어할 수 있다.
그리고, 제어부(50a)는 방사선 조사 수단(30)과 방사선 수집 수단(40a)을 제어한다. 방사선 조사수단은 제어부(50a)에 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 방사선을 조사한다. 그리고, 방사선 수집 수단(40a)은 방사선 조사 목표 지점에서 무빙플레이트(22)에 설치되어, 방사선 조사 수단(30)에서 조사된 방사선을 받아 방사선량을 검출한다.
이하에서는 상술한 방사선 치료 계획 평가 장치에 의해 수행되는 방사선 치료 계획을 평가하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 본 실시예에서는, 설명의 중복을 피하기 위하여 시간의 흐름에 따른 각 단계의 수행 동작과 기능을 중심으로 그 구성을 약술하도록 한다. 각각의 단계는 방사선 치료 계획 평가 장치에 의해 구현될 수 있다
본 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법은, 시뮬레이터가 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받는 단계; 시뮬레이터가 신체 외부의 운동 데이터에 기초하여, 신체 외부의 움직임을 3-자유도로 모의 구현하는 제 1 구동 수단(10a)을 제어하는 단계; 시뮬레이터가 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여, 피검체의 호흡운동에 영향을 받는 신체 내부의 움직임을 6-자유도로 모의 구현하는 제 2 구동 수단(20a)을 제어하는 단계; 시뮬레이터가 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라, 제 1 구동 수단(10a)의 외측으로부터 제 1 구동 수단(10a)을 관통하여 제 2 구동 수단(20a)에 도달하도록 방사선을 조사하는 단계; 및 시뮬레이터가 제 2 구동 수단(20a)에 부착되어 방사선 조사 목표로 설정된 방사선 수집 수단(40a)을 통해 방사선량을 검출하는 단계;를 포함하여, 호흡운동에 의한 방사선량의 전달사고를 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법은 제 2 구동 수단(20a)의 움직임을 제어하는 단계 외에는 상술한 제 1 실시예의 방사선 치료 평가방법과 실질적으로 동일하다. 이에, 이하에서는 설명의 반복을 피하기 위하여 상술한 제 1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 간략하게 설명하고, 상술한 제 1 실시예와 차이가 있는 제 2 구동 수단(20a)의 신체 내부의 움직임 모의 구현에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 신체 외부의 운동데이터와 신체 내부의 운동 데이터가 제어부(50a)에 입력되면, 제 1 구동 수단(10a)과 제 2 구동 수단(20a)이 개별적으로 동시에 작동된다. 이때, 제 1 구동 수단(10a)은 제어부(50a)에 의한 3축 구조체(15a)의 위치조작에 의해 신체 외부의 움직임을 모의 구현할 수 있다.
제 2 구동 수단(20a)은 복수의 전동실린더(23)의 길이변화에 따른 무빙플레이트(22)의 움직임을 통해, 6-자유도 운동을 하는 호흡운동이 반영된 신체 내부의 움직임을 모의 구현할 수 있다. 복수의 전동실린더(23)의 길이변화동작은 제어부(50a)에 기설정된 데이터 변환 알고리즘에 의해 행해진다.
도 12(a)에 도시된 데이터 변환 알고리즘은, 불규칙한 호흡운동이 반영된 신체 내부의 데이터(x, y, z, θx, θy, θz)를 복수의 전동실린더(23)의 길이변화(l1, l2, l3, l4, l5, l6)로 변환한다. 데이터 변환 알고리즘으로는 인버스 키네마틱 모델(Inverse kinematic model)이 사용된다.
도 12(b)에는 불규칙한 호흡운동(x, y, z, θx, θy, θz)에 따른 전동실린더(23)의 길이변화에 대한 관계도가 개략적으로 도시되어 있다. 복수의 전동실린더(23)의 길이변화(l1, l2, l3, l4, l5, l6)는 수학식 3에 의한다.
여기서, li는 복수의 전동실린더(23) 중 어느 하나의 전동실린더(23)의 길이변화이다. T는 베이스부(21)의 중심에서 무빙플레이트(22)의 중심까지의 길이변화이다. PRB는 Rz(ψ)*Ry(θ)*Rx(φ)의 행렬관계식으로부터 산출된다. Rz(ψ)는 z축을 중심으로 소정의 각도(ψ)만큼 회전된 위치변화이다. Ry(θ)는 y축을 중심으로 소정의 각도(θ)만큼 회전된 위치변화이다. Rx(φ)는 x축을 중심으로 소정의 각도(φ)만큼 회전된 위치변화이다. bi는 베이스부(21)에서의 전동실린더(23)의 일단의 백터변화이다. pi는 무빙플레이트(22)에서의 전동실린더(23)의 타단의 벡터변화이다.
본 실시예는 상기와 같은 방식으로 제 2 구동 수단(20a)을 통해 불규칙한 호흡운동에 따른 신체 내부의 움직임을 구현할 수 있다. 또한, 제 1 구동 수단(10a)을 통해 신체 외부의 움직임을 구현할 수 있다.
이후, 방사선이 제 2 구동 수단(20a)에 놓인 방사선 수집 수단(40a)으로 조사된다. 이때, 방사선은 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 상기 제 1 구동 수단(10a)의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단(10a)을 관통하여 상기 제 2 구동 수단(20a)에 도달하는 경로로 조사된다.
방사선 수집 수단(40a)은 방사선 조사 목표로 설정된 지점에서, 제 2 구동 수단(20a)의 무빙플레이트(22)에 설치된다. 방사선 수집 수단(40a)은 조사된 방사선량을 측정하고, 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록한다. 방사선 수집 수단(40a)에 기록된 정보는 제어부(50a)로 제공된다. 제어부(50a)에서, 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하며, 상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공한다.
본 실시예에 따른 방사선 치료 계획 평가 방법은, 상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 수정을 유도하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 과정을 통해 환자와 유사한 질환의 환자들의 샘플 데이터로부터 현재 환자의 호흡 운동 패턴을 보다 정교하게 분석하는 것이 가능하다.
10, 10a : 제 1 구동 수단
20, 20a : 제 2 구동 수단
30 : 방사선 조사 수단
40, 40a : 방사선 수집 수단
50, 50a: 제어부
55 : 신체 외부 및 내부의 운동 데이터
20, 20a : 제 2 구동 수단
30 : 방사선 조사 수단
40, 40a : 방사선 수집 수단
50, 50a: 제어부
55 : 신체 외부 및 내부의 운동 데이터
Claims (28)
- 시뮬레이터가 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받는 단계;
상기 시뮬레이터가 상기 신체 외부의 운동 데이터 및 상기 신체 내부의 운동데이터에 기초하여 신체 외부의 움직임을 모의 구현하는 제 1 구동 수단 및 상기 제 1 구동 수단의 내측에 위치하여 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 제 2 구동수단을 각각 제어하는 단계;
상기 시뮬레이터가 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 상기 제 1 구동 수단의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단을 관통하여 상기 제 2 구동 수단에 도달하도록 방사선을 조사하는 단계; 및
상기 시뮬레이터가 상기 제 2 구동 수단에 부착되어 방사선 조사 목표로 설정된 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출하는 단계;를 포함하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단은 각각 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있으며,
상기 신체 외부 및 상기 신체 내부의 운동 데이터는 각각 시간 정보, 상기 교차 축의 제 1 축 좌표, 상기 교차 축의 제 2 축 좌표 및 상기 교차 축의 제 3 축좌표를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단을 제어하는 단계는,
상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단의 독립적인 제어에 따라 상기 신체 외부의 움직임과 상기 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 신체 외부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체표면에 표지된 마커(marker)의 움직임으로부터 측정되고,
상기 신체 내부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체내에서 주기적으로 움직이는 기관에 대한 영상 데이터로부터 측정되며,
상기 신체 외부 및 내부의 운동 데이터는 각각 시계열적으로 동시에 기록되어 상기 시뮬레이터에 입력되는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구동 수단은 상기 피검체의 체표면의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되고,
상기 제 2 구동 수단은 상기 피검체의 체내 기관의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되며,
상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단 및 상기 방사선 수집 수단은 각각 상기 피검체의 체표면, 상기 피검체의 체내 기관 및 상기 피검체의 종양의 위치에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 방사선량을 검출하는 단계는,
상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하는 단계;
상기 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하는 단계; 및
상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공하는 단계;를 포함하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 수정을 유도하는 단계;를 더 포함하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
- 피검체의 신체 외부의 움직임을 모의 구현하는 제 1 구동 수단;
상기 제 1 구동 수단의 내측에 위치하여 상기 피검체의 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 제 2 구동 수단;
상기 제 1 구동 수단의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단을 관통하여 상기 제 2 구동 수단에 도달하도록 방사선을 조사하는 방사선 조사 수단;
상기 제 2 구동 수단에 부착되고 방사선 조사 목표로 설정되어 외부로부터 조사된 방사선량을 검출하는 방사선 수집 수단; 및
적어도 하나의 프로세서(processor)를 구비하고, 상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단, 상기 방사선 조사 수단 및 상기 방사선 수집 수단을 제어하여 상기 피검체에 대한 방사선 치료 계획을 검증하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는,
피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받고, 상기 신체 외부의 운동 데이터 및 상기 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여 상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단을 각각 제어하고, 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라 방사선 조사 수단을 이용하여 방사선을 조사하며, 상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단은,
각각 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 10 항에 있어서,
상기 교차 축은 마이크로 스테핑 모터(micro stepping motor)를 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 10 항에 있어서,
상기 신체 외부 및 상기 신체 내부의 운동 데이터는 각각 시간 정보, 상기 교차 축의 제 1 축 좌표, 상기 교차 축의 제 2 축 좌표 및 상기 교차 축의 제 3 축좌표를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단의 독립적인 제어에 따라 상기 신체 외부의 움직임과 상기 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 신체 외부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체표면에 표지된 마커(marker)의 움직임으로부터 측정되고,
상기 신체 내부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체내에서 주기적으로 움직이는 기관에 대한 영상 데이터로부터 측정되며,
상기 신체 외부 및 내부의 운동 데이터는 각각 시계열적으로 동시에 기록되어 상기 시뮬레이터에 입력되는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 구동 수단은 상기 피검체의 체표면의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되고,
상기 제 2 구동 수단은 상기 피검체의 체내 기관의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되며,
상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단 및 상기 방사선 수집 수단은 각각 상기 피검체의 체표면, 상기 피검체의 체내 기관 및 상기 피검체의 종양의 위치에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하고, 상기 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하며, 상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 9 항에 있어서,
복수의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터의 패턴을 저장하는 데이터베이스;를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 데이터베이스로부터 상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 독출하여 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 수정을 유도하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 구동수단은,
바닥면에 지지된 베이스부,
베이스부의 상부로 이격되어 위치되어 상기 방사선 수집 수단을 지지하는 무빙플레이트와,
상기 베이스부와 상기 무빙플레이트에 연결되어, 상기 무빙플레이트가 6-자유도로 움직이도록 작동되는 복수의 전동실린더를 포함하여, 상기 피검체의 불규칙한 호흡운동을 반영하여 상기 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 21 항에 있어서,
상기 복수의 전동실린더는 폐루프를 형성하게 상기 베이스부와 상기 무빙플레이트에 연결되어, 작동시 서로의 운동을 구속하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 구동수단은 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하고,
상기 교차 축은 마이크로 스테핑 모터(micro stepping motor)를 이용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 장치.
- 시뮬레이터가 피검체의 신체 기관에 의해 발생하는 주기적인 움직임이 포함된 신체 외부 및 신체 내부의 운동 데이터를 입력받는 단계;
상기 시뮬레이터가 상기 신체 외부의 운동 데이터에 기초하여, 상기 신체 외부의 움직임을 3-자유도로 모의 구현하는 제 1 구동 수단을 제어하는 단계;
상기 시뮬레이터가 상기 신체 내부의 운동 데이터에 기초하여, 상기 피검체의 호흡운동에 영향을 받는 신체 내부의 움직임을 6-자유도로 모의 구현하는 제 2 구동 수단을 제어하는 단계;
상기 시뮬레이터가 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따라, 상기 제 1 구동 수단의 외측으로부터 상기 제 1 구동 수단을 관통하여 상기 제 2 구동 수단에 도달하도록 방사선을 조사하는 단계; 및
상기 시뮬레이터가 상기 제 2 구동 수단에 부착되어 방사선 조사 목표로 설정된 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 검출하는 단계;를 포함하여, 상기 호흡운동에 의한 상기 방사선량의 전달사고를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 구동 수단은,
바닥면에 지지된 베이스부,
베이스부의 상부로 이격되어 위치되어 상기 방사선 수집 수단을 지지하는 무빙플레이트와,
상기 베이스부와 상기 무빙플레이트에 연결되어, 상기 무빙플레이트가 6-자유도로 움직이도록 작동되는 복수의 전동실린더를 포함하여, 상기 피검체의 불규칙한 호흡운동을 반영하여 상기 신체 내부의 움직임을 모의 구현하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단을 제어하는 단계는,
상기 제 1 구동 수단 및 상기 제 2 구동 수단의 독립적인 제어에 따라 상기 신체 외부의 움직임과 상기 신체 내부의 움직임이 동시에 발생하며 상호작용하는 상황을 시계열적으로 모의 구현하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 21 항에 있어서,
제 1 구동수단은 적어도 3개의 교차 축으로 움직일 수 있으며,
상기 신체 외부 및 상기 신체 내부의 운동 데이터는 각각 시간 정보, 상기 교차 축의 제 1 축 좌표, 상기 교차 축의 제 2 축 좌표 및 상기 교차 축의 제 3 축좌표를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 신체 외부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체표면에 표지된 마커(marker)의 움직임으로부터 측정되고,
상기 신체 내부의 운동 데이터는 상기 피검체의 체내에서 주기적으로 움직이는 기관에 대한 영상 데이터로부터 측정되며,
상기 신체 외부 및 내부의 운동 데이터는 각각 시계열적으로 동시에 기록되어 상기 시뮬레이터에 입력되는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 구동 수단은 상기 피검체의 체표면의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되고,
상기 제 2 구동 수단은 상기 피검체의 체내 기관의 움직임에 의한 방사선 감쇠를 유도하도록 형성되며,
상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단 및 상기 방사선 수집 수단은 각각 상기 피검체의 체표면, 상기 피검체의 체내 기관 및 상기 피검체의 종양의 위치에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 방사선량을 검출하는 단계는,
상기 방사선 수집 수단을 통해 상기 방사선량을 측정하여 측정 시간과 함께 시계열적으로 기록하는 단계;
상기 기록된 측정 시간을 기준으로 상기 미리 설정된 방사선 치료 계획에 따른 방사선량과 상기 측정된 방사선량을 비교하여 차이값을 산출하는 단계; 및
상기 측정 시간별로 상기 산출된 차이값을 사용자에게 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 피검체와 유사한 질환의 환자에 관한 신체 외부 및 내부의 운동 데이터를 상기 피검체의 데이터와 함께 디스플레이 수단에 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 방사선 치료 계획의 수정을 유도하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 치료 계획 평가 방법.
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Citations (1)
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060065497A (ko) | 2004-12-09 | 2006-06-14 | 고려대학교 산학협력단 | 호흡운동에 따른 움직임 보정기능을 구비한 방사선 치료시스템 및 그 제어방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018139891A1 (ko) * | 2017-01-26 | 2018-08-02 | 성균관대학교산학협력단 | 방사선 치료 평가 시스템 |
| CN107744624A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-02 | 山东省医学科学院放射医学研究所 | 一种放射治疗质量控制用运动模体 |
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