KR20230040860A - System And Method For Evaluating Multi-Leaf Collimator Performance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다엽 콜리메이터(Multi-Leaf Collimator; MLC) 성능 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 섬광체 기반의 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-leaf collimator (MLC) performance evaluation system and method, and more particularly to a scintillator-based multi-leaf collimator performance evaluation system and method.
방사선 치료시 환자에게 전달되는 선량의 정확도 향상을 위해 방사선치료기기는 높은 기계적 정밀도가 요구된다. 방사선 치료 중 세기 조절 방사선치료(IMRT:Intensity Modulated Radiation Therapy)는 복잡한 다엽콜리메이터(MLC:Multi-Leaf Collimator)의 세그먼트의 조합으로 생성된 방사선 조사야로 이루어진다. 방사선치료에 있어서 주변의 정상 조직을 보호하면서 종양에 정확히 방사선을 조사하는 것이 필수적이며, 다엽 콜리메이터(MLC)가 그 중심 역할을 수행한다. 다엽 콜리메이터는 엑스선이 종양에 전달될 때마다 종양 모양에 맞춰 크기와 형태가 변화하면서 정상 조직을 보호하는 역할을 수행한다. 기존에는 종양 모양대로 형성된 납합금의 차폐블록을 매 환자마다 제작하여 사용하였으나 다엽 콜리메이터는 치료시마다 별도로 제작하는 것이 아니므로 치료 준비시간 및 비용을 획기적으로 절감하고, 세기변조 방사선 치료 구현을 가능하게 하여 치료의 정밀성을 향상시킨다.In order to improve the accuracy of the dose delivered to the patient during radiation therapy, high mechanical precision is required for the radiation therapy device. Among radiation treatments, intensity modulated radiation therapy (IMRT) consists of a radiation field generated by a combination of segments of a complex multi-leaf collimator (MLC). In radiation therapy, it is essential to precisely irradiate radiation to a tumor while protecting surrounding normal tissues, and a multi-lobed collimator (MLC) plays a central role. The multi-lobed collimator plays a role in protecting normal tissue by changing its size and shape to match the shape of the tumor whenever X-rays are delivered to the tumor. In the past, a lead alloy shielding block formed in the shape of a tumor was manufactured and used for each patient, but multi-leaf collimators are not separately manufactured for each treatment, so the treatment preparation time and cost are drastically reduced, and intensity-modulated radiation therapy is realized. Improve the precision of treatment.
한편, 현재 국내에서는 치료기기의 정도관리를 위해 미국의학물리학회에서 발간한 TG-142 보고서를 기반하여 주간, 월간, 연간 점검을 수행하고 있다. 다엽 콜리메이터의 위치 정확성 평가는 TG-142 보고서를 통해 주간 점검으로 권고되며, 일반적으로 방사선을 필름에 조사한 뒤 감광된 필름의 분석을 통해 다엽 콜리메이터의 위치 정확성을 평가하고 있다. 필름을 통한 위치 분석은 감광된 필름을 스캐너를 통해 필름 스캔 후 수행되나, 스캐너의 해상도 등에 의해 오차가 발생하여 정확한 분석이 힘들다는 단점이 있다. 또한, 측정 후 필름을 스캔하고 분석하여 다엽 콜리메이터의 위치의 정확성 판단에는 사용하는 필름의 종류에 따라서 수십 분에서 수 시간의 시간지연이 발생되며, 필름은 재사용이 불가능하여 평가 때마다 새로운 필름을 사용해야 한다. 또한 임상에서 사용하는 다엽 콜리메이터의 동적인 움직임 상태의 정확성 평가를 할 수 없다.Meanwhile, in Korea, weekly, monthly, and annual inspections are performed based on the TG-142 report published by the American Medical Physics Society for quality control of therapeutic devices. Positional accuracy evaluation of multi-layered collimators is recommended as a weekly inspection through the TG-142 report, and generally, the positional accuracy of multi-layered collimators is evaluated through analysis of the sensitized film after radiation is irradiated to the film. Positional analysis through the film is performed after scanning the film through a scanner, but has a disadvantage in that an accurate analysis is difficult due to errors caused by the resolution of the scanner. In addition, a time delay of several tens of minutes to several hours occurs depending on the type of film used to determine the accuracy of the position of the multi-layered collimator by scanning and analyzing the film after measurement, and since the film cannot be reused, a new film must be used for each evaluation. do. Also, it is not possible to evaluate the accuracy of the dynamic movement state of the multi-leaf collimator used in clinical practice.
전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예들은 섬광체와 CMOS 카메라를 이용하여 재사용이 가능한 MLC 성능 평가 시스템을 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, embodiments of the present invention are intended to provide a reusable MLC performance evaluation system using a scintillator and a CMOS camera.
또한, 동영상 기반의 다엽 콜리메이터(MLC)의 움직임에 관한 촬영 영상에 대하여 섬광 연산자 및 보상 맵을 이용한 보정 알고리즘을 적용함으로써, MLC 동적 상태에서도 MLC의 위치 측정과 동시에 그 성능 평가가 가능한 MLC 성능 평가 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.In addition, by applying a correction algorithm using a scintillation operator and a compensation map to a photographed image related to the motion of a video-based multi-lobe collimator (MLC), an MLC performance evaluation system capable of measuring the position of the MLC and simultaneously evaluating its performance even in the dynamic state of the MLC and to provide a method thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템 은 방사원으로부터 방출되어 다엽 콜리메이터(Multi-Leaf Collimator; MLC)를 통과한 방사선이 조사되어 섬광 신호를 발생시키는 섬광판을 포함하는 측정부; 상기 측정부로부터 발생된 상기 섬광 신호를 기록하여 상기 다엽 콜리메이터의 움직임을 촬영한 촬영 영상을 생성하고, 상기 촬영 영상을 기초로 기하학적 왜곡을 교정한 보정 영상을 생성하는 기록부; 및 상기 기록부로부터 수신한 상기 보정 영상을 분석하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 분석부를 포함한다.A multi-leaf collimator performance evaluation system according to an embodiment of the present invention includes a measurement unit including a flash plate for generating a flash signal by irradiating radiation emitted from a radiation source and passing through a multi-leaf collimator (MLC); a recording unit for recording the scintillation signal generated from the measurement unit to generate a photographed image obtained by photographing the movement of the multi-leaf collimator, and to generate a correction image obtained by correcting geometric distortion based on the photographed image; and an analyzer configured to evaluate the position of the multi-lobe collimator by analyzing the corrected image received from the recorder.
상기 기록부는, CMOS 카메라 모듈을 이용하여 상기 섬광 신호를 동영상의 형태로 기록하여 상기 촬영 영상을 동영상 형태로 획득할 수 있다.The recording unit may record the flash signal in the form of a video using a CMOS camera module to obtain the photographed image in the form of a video.
상기 기록부는, 상기 촬영 영상을 상기 다엽 콜리메이터의 변경되는 모양을 기준으로 분할한 복수의 이미지를 포함하는 누적 영상으로 변환하는 영상 변환부; 및 상기 누적 영상에 대하여 상기 기록부의 위치로 인하여 발생한 기하학적 왜곡을 교정하여 상기 보정 영상을 생성하는 영상 보정부;를 포함할 수 있다.The recording unit may include: an image conversion unit that converts the photographed image into a cumulative image including a plurality of images divided based on the changed shape of the multi-lobe collimator; and an image correcting unit configured to generate the corrected image by correcting geometrical distortion caused by the location of the recording unit with respect to the cumulative image.
상기 영상 보정부는, 상기 섬광 신호에 대한 휘도 계산식을 기초로 섬광 연산자를 산출하고, 상기 기록부와 상기 섬광판 사이의 거리에 의해 발생하는 상기 섬광 신호의 감쇠를 보상하는 보상 맵을 생성할 수 있다.The image correction unit may calculate a scintillation operator based on a luminance formula for the scintillation signal, and generate a compensation map compensating for attenuation of the scintillation signal caused by a distance between the recording unit and the flash plate.
상기 영상 보정부는, 상기 누적 영상에 대하여 상기 섬광 연산자 및 상기 보상 맵을 이용한 반복적 재구성 알고리즘을 적용하여 상기 보정 영상을 획득할 수 있다.The image correction unit may acquire the corrected image by applying an iterative reconstruction algorithm using the scintillation operator and the compensation map to the cumulative image.
상기 분석부는, 학습용 촬영 영상 및 상기 학습용 촬영 영상에 대응하는 다엽 콜리메이터 위치 정보인 학습용 위치 정보를 기초로 학습용 위치 맵을 생성하고, 상기 학습용 촬영 영상, 상기 학습용 위치 정보 및 상기 학습용 위치 맵을 기초로 학습되는 학습 모델을 포함하는 기계학습부; 및 상기 학습 모델을 이용하여 상기 보정 영상을 입력 데이터로 하여 이산화된(discrete) 신호로 상기 다엽 콜리메이터의 모양의 경계선을 표시하는 위치 맵을 출력하는 위치 예측부;를 포함할 수 있다.The analysis unit generates a location map for learning based on a captured image for learning and location information for learning, which is multi-lobe collimator location information corresponding to the captured image for learning, and generates a location map for learning based on the captured image for learning, the location information for learning, and the location map for learning. a machine learning unit including a learning model to be learned; and a position prediction unit that outputs a position map displaying a boundary line of the shape of the multi-leaf collimator as a discrete signal using the corrected image as input data using the learning model.
상기 위치 예측부는, 상기 위치 맵에 대하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 보정하여 이진 영상을 출력할 수 있다.The position prediction unit may output a binary image by correcting a position of the multi-lobe collimator with respect to the position map.
본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법은 섬광판을 포함하는 측정부를 이용하여 방사원으로부터 방출되어 다엽 콜리메이터(Multi-Leaf Collimator; MLC)를 통과한 방사선이 조사되어 섬광 신호를 발생시키는 단계; 기록부를 이용하여 상기 측정부로부터 발생된 상기 섬광 신호를 기록하여 상기 다엽 콜리메이터의 움직임을 촬영한 촬영 영상을 생성하고, 상기 촬영 영상을 기초로 기하학적 왜곡을 교정한 보정 영상을 생성하는 단계; 및 분석부를 이용하여 상기 보정 영상을 분석하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 단계;를 포함한다.A multi-leaf collimator performance evaluation method according to an embodiment of the present invention includes generating a flash signal by irradiating radiation emitted from a radiation source and passing through a multi-leaf collimator (MLC) using a measuring unit including a flash plate. ; generating a photographed image obtained by photographing motions of the multi-leaf collimator by recording the scintillation signal generated from the measurement unit using a recording unit, and generating a correction image obtained by correcting geometric distortion based on the photographed image; and evaluating the position of the multi-leaf collimator by analyzing the corrected image using an analysis unit.
상기 촬영 영상은 CMOS 카메라 모듈을 이용하여 상기 섬광 신호를 동영상의 형태로 기록하여 획득될 수 있다.The photographed image may be obtained by recording the flash signal in the form of a video using a CMOS camera module.
상기 보정 영상을 생성하는 단계는, 상기 촬영 영상을 상기 다엽 콜리메이터의 변경되는 모양을 기준으로 분할한 복수의 이미지를 포함하는 누적 영상으로 변환하는 단계; 및 상기 누적 영상에 대하여 상기 기록부의 위치로 인하여 발생한 기하학적 왜곡을 교정하여 상기 보정 영상을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.The generating of the corrected image may include converting the photographed image into an accumulated image including a plurality of images divided based on the changed shape of the multi-lobe collimator; and generating the corrected image by calibrating geometrical distortion caused by the location of the recording unit with respect to the cumulative image.
상기 보정 영상을 생성하는 단계는, 상기 섬광 신호에 대한 휘도 계산식을 기초로 섬광 연산자를 산출하는 단계; 및 상기 기록부와 상기 섬광판 사이의 거리에 의해 발생하는 상기 섬광 신호의 감쇠를 보상하는 보상 맵을 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.The generating of the corrected image may include calculating a scintillation operator based on a luminance formula for the scintillation signal; and generating a compensation map that compensates for the attenuation of the scintillation signal caused by the distance between the recording unit and the flash plate.
상기 보정 영상을 생성하는 단계는, 상기 누적 영상에 대하여 상기 섬광 연산자 및 상기 보상 맵을 이용한 반복적 재구성 알고리즘을 적용하여 상기 보정 영상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the corrected image may include obtaining the corrected image by applying an iterative reconstruction algorithm using the scintillation operator and the compensation map to the cumulative image.
상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 단계는, 학습용 촬영 영상 및 상기 학습용 촬영 영상에 대응하는 다엽 콜리메이터 위치 정보인 학습용 위치 정보를 기초로 학습용 위치 맵을 생성하고, 상기 학습용 촬영 영상, 상기 학습용 위치 정보 및 상기 학습용 위치 맵을 기초로 학습 모델을 학습시키는 단계; 및 상기 학습 모델을 이용하여 상기 보정 영상을 입력 데이터로 하여 이산화된(discrete) 신호로 상기 다엽 콜리메이터의 모양의 경계선을 표시하는 위치 맵을 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.The step of evaluating the location of the multi-lobe collimator may include generating a location map for learning based on a captured image for learning and location information for learning, which is location information of the multi-lobe collimator corresponding to the captured image for learning, and generating the captured image for learning, the location information for learning, and learning a learning model based on the learning location map; and outputting a position map displaying a boundary line of the shape of the multi-leaf collimator as a discrete signal using the corrected image as input data using the learning model.
상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 단계는, 상기 위치 맵에 대하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 보정하여 이진 영상을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.Evaluating the position of the multi-lobe collimator may include outputting a binary image by correcting the position of the multi-lobe collimator with respect to the position map.
본 발명의 실시예들에 따르면, 섬광체와 CMOS 카메라를 이용하여 재사용이 가능한 MLC 성능 평가 시스템을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to provide a reusable MLC performance evaluation system using a scintillator and a CMOS camera.
또한, 동영상 기반의 다엽 콜리메이터(MLC)의 움직임에 관한 촬영 영상에 대하여 섬광 연산자 및 보상 맵을 이용한 보상 알고리즘을 적용함으로써, MLC 동적 상태에서도 MLC의 위치 측정과 동시에 그 성능 평가가 가능하다.In addition, by applying a compensation algorithm using a scintillation operator and a compensation map to a photographed image of the motion of a video-based multi-lobe collimator (MLC), it is possible to measure the position of the MLC and simultaneously evaluate its performance even in a dynamic state of the MLC.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템의 실제적인 설계 형태를 나타내는 설계도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기록부의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정부 중 반복적 재구성 알고리즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정부의 섬광 연산자를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정부의 보상 맵 생성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석부의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법의 효과를 설명하기 위한 모식도이다.
도 10a는 방사선측정용 필름을 이용하여 촬영된 영상의 예시 도면이다. 도 10b는 본 발명의 일 실시예인 성능 평가 시스템을 통해 생성된 보정 영상의 예시 도면이다.
도 11은 방사선측정용 필름을 이용하여 촬영된 영상과 보정 영상 사이의 선량 분포를 비교한 그래프의 예시 도면이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 의해 생성된 다엽 콜리메이터의 위치에 관한 위치 맵의 예시 도면이다. 도 12b는 다엽 콜리메이터의 위치 예측을 위한 이진 영상의 예시 도면이다.
도 13a는 방사선측정용 필름에서 예측한 다엽 콜리메이터(bank A)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13b은 방사선측정용 필름에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank B)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13c는 분석부의 위치맵에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank A)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13d는 분석부의 위치맵에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank B)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13e는 분석부의 이진 영상에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank A)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13f는 분석부의 이진 영상에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank B)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다.
도 14a는 도 13a, 도 13c, 및 도 13e의 필름 영상, 위치맵, 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터의 예측 결과를 비교한 표의 예시 도면이다. 도 14b는 도 13b, 도 13d, 및 도 13f의 필름 영상, 위치맵, 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터의 예측 결과를 비교한 표의 예시 도면이다.1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a multi-leaf collimator performance evaluation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a design diagram showing a practical design form of a multi-leaf collimator performance evaluation system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a multi-leaf collimator performance evaluation method according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a recording unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram for explaining an iterative reconstruction algorithm among image correction units according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram for explaining a scintillation operator of an image correction unit according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram for explaining the creation of a compensation map by an image correction unit according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram for explaining the operation of the analyzer according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the effect of a multi-leaf collimator performance evaluation method according to an embodiment of the present invention.
10A is an exemplary view of an image photographed using a film for radiometry. 10B is an exemplary diagram of a corrected image generated through a performance evaluation system according to an embodiment of the present invention.
11 is an exemplary view of a graph comparing dose distribution between an image captured using a film for radiometry and a corrected image.
12A is an exemplary view of a position map of the position of a multi-leaf collimator created by one embodiment of the present invention. 12B is an exemplary diagram of a binary image for position prediction of a multi-lobe collimator.
FIG. 13A is an exemplary view showing positional accuracy of a multi-leaf collimator (bank A) predicted from a film for radiometry. FIG. 13B is an exemplary view showing positional accuracy of a multi-leaf collimator (Bank B) predicted in a film for radiometry. 13C is an exemplary view showing the position accuracy of the multi-leaf collimator (Bank A) predicted from the position map of the analyzer. 13D is an exemplary view showing the position accuracy of the multi-leaf collimator (Bank B) predicted from the position map of the analyzer. 13E is an exemplary diagram illustrating the positional accuracy of a multi-leaf collimator (Bank A) predicted from a binary image of an analyzer. 13F is an exemplary diagram illustrating the positional accuracy of a multi-leaf collimator (Bank B) predicted from a binary image of an analyzer.
FIG. 14A is an exemplary diagram of a table comparing prediction results of multi-leaf collimators in the film image, position map, and binary image of FIGS. 13A, 13C, and 13E. FIG. 14B is an exemplary view of a table comparing prediction results of multi-leaf collimators in the film image, position map, and binary image of FIGS. 13B, 13D, and 13F.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and methods for achieving them will become clear with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when describing with reference to the drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. .
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 형태는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. In the following embodiments, terms such as first and second are used for the purpose of distinguishing one component from another component without limiting meaning. In the following examples, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the following embodiments, terms such as include or have mean that features or components described in the specification exist, and do not preclude the possibility that one or more other features or components may be added. In the drawings, the size of components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and shape of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to those shown.
이하, 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터(Multi-Leaf Collimator; MLC, 이하, 간단히 'MLC'로 지칭할 수 있다.) 성능 평가 시스템에 관하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템의 실제적인 설계 형태를 나타내는 설계도이다.Hereinafter, a multi-leaf collimator (MLC, hereinafter, simply referred to as 'MLC') performance evaluation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 together. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a multi-leaf collimator performance evaluation system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a practical design form of a multi-leaf collimator performance evaluation system according to an embodiment of the present invention. it is a blueprint
MLC 성능 평가 시스템(10)은 측정부(100), 기록부(200) 및 분석부(300)를 포함할 수 있다. The MLC
측정부(100)는 방사선이 조사되는 영역을 결정하는 MLC의 움직임을 측정하기 위한 구성으로, 방사원으로부터 방출되어 MLC를 통과한 방사선이 조사되어 섬광 신호를 발생시키는 섬광판(110)을 포함할 수 있다. 섬광판(110)은 방사선에 의해 감광되는 감광 필름과 달리 방사선 자극에 의해 섬광 신호를 발생시키는 것이므로 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템에 있어서 재사용이 가능한 이점이 있다. 뿐만 아니라, 기존에 감광 필름을 사용하여 MLC 위치를 분석하여 교정해야하는 경우 필름 감광 후 일정 시간이 지난 후에 분석을 수행해야 하므로 교정까지 수 시간 내지 수 일이 지연되는 단점이 있으나 본 발명에서는 발생하는 섬광 신호를 기록부(200)를 이용하여 바로 영상으로 획득하고 분석부(300)를 이용하므로 측정과 거의 동시에 자동적으로 분석이 가능하다.The measuring
섬광판(110)은 암실(22)의 상부에 배치될 수 있으나, 섬광판(110)의 배치는 섬광 신호의 기록을 통해 MLC의 움직임 또는 위치를 용이하게 측정할 수 있는 범위 내에서 다양하게 설계 변경할 수 있다.The
기록부(200)는 상기 측정부(100)로부터 발생된 섬광 신호를 이용하여 MLC의 움직임에 관한 영상을 촬영할 수 있다. 기록부(200)는 상기 측정부(100)로부터 발생된 상기 섬광 신호를 기록하여 MLC의 움직임을 촬영한 촬영 영상을 생성하고, 상기 촬영 영상을 기초로 기하학적 왜곡을 교정한 보정 영상을 생성할 수 있다.The
기록부(200)는 장치적 구성으로서 CMOS 카메라 모듈(21) 및 암실(22)을 포함할 수 있다. CMOS 카메라 모듈(21)은 암실(22)의 상부에 배치된 섬광판(110)을 기준으로 양 측에 대칭적으로 배치되도록 2개로 구비될 수 있다. 그러나 CMOS 카메라 모듈(21)의 개수 및 배치는 이에 한정되지 않으며, CMOS 카메라 모듈(21) 외에도 섬광 신호를 용이하게 기록할 수 있는 다른 촬영 장치일 수도 있다. 암실(22)에는 상기 CMOS 카메라 모듈(21)이 설치될 수 있다. 암실(22)는 CMOS 카메라 모듈(21)을 지지할 수 있다. The
기록부(200)는 CMOS 카메라 모듈(21)을 이용하여 섬광판(110)으로부터 발생한 섬광 신호를 동영상의 형태로 기록할 수 있다. 기록부(200)는 섬광 신호를 촬영한 영상을 동영상 파일 등의 형태로 획득할 수 있다. 기록부(200)는 섬광 신호를 촬영한 영상을 보정하여 보정 영상을 생성할 수 있다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 기록부(200)는 촬영 영상을 획득하고, 촬영 영상(S10, 도 10a 참조)을 보정하여 보정 영상(S11, 도 10b 참조)을 생성할 수 있다. 기록부(200)의 프로세서적 구성에 관하여는 후술하는 관련 도면에서 상세히 설명한다.The
분석부(300)는 기록부(200)로부터 수신한 보정 영상을 분석하여 MLC의 위치를 측정할 수 있다. 분석부(300)는 측정된 MLC의 위치와 실제 위치와 비교함으로써, 측정된 위치에 대한 성능을 평가할 수 있다. 또는 분석부(300)는 측정된 MLC의 위치와 방사선측정용 필름으로 측정된 위치를 비교함으로써, 측정된 위치에 대한 성능을 평가할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 분석부(300)는 방사선측정용 필름인 EBT3 film으로 측정된 MLC의 위치와 선량분포를 측정된 MLC의 위치와 보정영상의 세기와 비교함으로써, 측정된 MLC에 대한 성능을 평가할 수 있다. 분석부(300)의 동작에 관하여는 후술하는 관련 도면에서 상세히 설명한다.The
기록부(200) 및 분석부(300)는 본 도면에는 도시하지 않았으나 각각 통신부, 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. The
통신부는 다양한 유형의 통신 방식에 따라 다양한 유형의 외부 장치, 서버와 통신할 수 있다. 기록부(200) 및 분석부(300) 각각의 통신부는 네트워크(미도시)에 의해 연결되어 서로 데이터를 주고 받을 수 있다. The communication unit may communicate with various types of external devices and servers according to various types of communication methods. Each communication unit of the
프로세서는 메모리에 저장된 각종 프로그램을 이용하여 각 메모리를 구비하는 각 구성(200, 300)을 전반적으로 제어하는 동작을 수행할 수 있다. 프로세서는 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The processor may perform an operation of overall controlling each
메모리는 각 메모리를 구비하는 각 구성(200, 300)이 처리하는 모든 종류의 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장할 수 있다. 메모리는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(Permanent Mass Storage Device)를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 기록부(200) 및 분석부(300) 각각이 수행하는 동작들은 각각의 프로세서에 의해 다른 구성의 통신부와 통신하며 수행될 수 있다.The memory may temporarily or permanently store all kinds of data processed by each
본 도면에서는 기록부(200) 및 분석부(300)가 별개의 모듈로 구비되는 것으로 도시하였으나 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템(10)에 의해 수행되는 동작에 따라 기능적으로 구분한 것일 뿐 반드시 서로 독립적으로 구분되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 하나의 모듈로 통합하여 구현될 수도 있다. 실시예에 따라서 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템(10)은 본 도면에 도시되지 않은 다른 구성을 포함할 수도 있음은 물론이다.In this figure, although the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 전술한 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법에 관하여 설명한다.3 is a flowchart illustrating a multi-leaf collimator performance evaluation method according to an embodiment of the present invention. A multi-leaf collimator performance evaluation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 described above.
섬광판(110)을 포함하는 측정부(100)를 이용하여 방사원으로부터 방출되어 MLC를 통과한 방사선이 조사되어 섬광 신호를 발생시킬 수 있다(S100).A scintillation signal may be generated by irradiating radiation emitted from a radiation source and passing through the MLC using the
이후, 기록부(200)를 이용하여 상기 측정부(100)로부터 발생된 섬광 신호를 기록하여 다엽 콜리메이터의 움직임을 촬영한 촬영 영상을 생성하고, 상기 촬영 영상을 기초로 기하학적 왜곡을 교정한 보정 영상을 생성할 수 있다(S200). 이때 상기 촬영 영상은 CMOS 카메라 모듈(21)을 이용하여 상기 섬광 신호를 동영상의 형태로 기록하여 획득될 수 있다. 즉, 촬영 영상은 동영상의 형태로 획득됨으로써 기존의 MLC 성능 평가 시스템을 통해 MLC의 정적 상태의 성능만 평가할 수 있던 것과 대비하여, MLC의 동적 상태의 성능 또한 실시간으로 분석이 가능하다. 보정 영상을 생성하는 단계(S200)에 관하여는 후술하는 도 4 내지 도 7을 통하여 상세히 설명한다.Thereafter, the
이후, 분석부(300)를 이용하여 보정 영상을 분석하여 다엽 콜리메이터의 위치를 평가할 수 있다(S300). 보정 영상을 기초로 MLC의 위치를 평가하는 단계(S300)에 관하여는 후술하는 도 8 및 도 9를 통하여 상세히 설명한다.Thereafter, the position of the multi-leaf collimator may be evaluated by analyzing the corrected image using the analysis unit 300 (S300). The step of evaluating the location of the MLC based on the corrected image (S300) will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9 to be described later.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기록부(200)의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.4 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a
기록부(200)는 영상 변환부(210) 및 영상 보정부(220)를 포함할 수 있다. The
영상 변환부(210)는 기록부(100)에 의한 촬영 영상을 다엽 콜리메이터의 변경되는 모양을 기준으로 분할한 복수의 이미지를 포함하는 누적 영상으로 변환할 수 있다. 이와 같이 변환된 누적 영상은 기록부(200)의 카메라 모듈(21)의 위치로 인해 측정부(100)로부터 발생되는 섬광 신호가 왜곡되어 도달할 수 있다.The
이에 영상 보정부(220)는 영상 변환부(210)에 의해 생성된 상기 누적 영상에 대하여 기록부(100)의 위치로 인하여 발생한 기하학적 왜곡을 교정하여 보정 영상을 생성할 수 있다. 영상 보정부(220)의 기능에 관하여는 후술하는 도 5 내지 도 7을 사용하여 더 상세히 설명한다.Accordingly, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정부 중 반복적 재구성 알고리즘에 해당하는 보정 영상 생성 단계(S200)을 설명하기 위한 모식도이다.5 is a schematic diagram for explaining a correction image generation step (S200) corresponding to an iterative reconstruction algorithm among image correction units according to an embodiment of the present invention.
도 5의 동작은 기록부(200)에 의해 수행될 수 있다.The operation of FIG. 5 may be performed by the
도 5를 참조하면, 기록부(200)는 측정부(100)로부터 발생된 섬광 신호를 이용하여 MLC의 움직임에 관한 촬영 영상(51)을 생성할 수 있다(S210). 촬영 영상(51)은 후술하는 반복적 재구성 알고리즘에서 'b'로 표기될 수 있다. 이후, 기록부(200)의 영상 변환부(210)(도 4 참고)는 상기 촬영 영상(51)을 누적 영상으로 변환할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
이와 병렬적으로, 기록부(200), 특히 영상 보정부(220)는 본 발명의 섬광 연산자(ALumi)를 산출할 수 있다(S220). 기존에는 MLC를 투과한 방사선을 필름에 직접 감광시켜 영상을 획득하고 분석을 진행해왔다. 그러나, 본 발명에서는 감광 필름이 아닌 측정부(100)와 기록부(200)를 이용해 방사선 측정을 실시하였으며, 기록부(200)의 위치에 의해 발생하는 기하학적 왜곡을 교정하기 위해 전산화단층촬영의 재구성에서 사용되는 반복적 재구성 알고리즘(S240)을 활용하였다. 기존의 전산화단층촬영의 재구성은 선원으로부터 방출되는 방사선이 피사체를 투과하여 기록된 영상과 이에 상응하는 투영 연산자를 이용해 영상을 재구성한다. 그러나, 본 발명에서는 측정부(100)의 섬광판(110)으로부터 발생하는 섬광 영상을 사용하므로, 방사선 광자가 피사체를 투과한 투과 길이를 기초로 산출되는 투영 연산자를 대체하여 섬광 연산자(ALumi)를 사용하여 기록부(200)의 위치에 의해 발생하는 기하학적 왜곡을 교정하고자 한다. 여기서 도 6을 함께 참조하여 설명한다.Parallel to this, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정부의 섬광 연산자를 산출하는 단계(S220)를 설명하기 위한 모식도이다.6 is a schematic diagram for explaining a step (S220) of calculating a scintillation operator of an image correction unit according to an embodiment of the present invention.
영상 보정부(220)는 섬광 신호에 대한 휘도 계산식을 기초로 섬광 연산자(ALumi)를 산출할 수 있다.The
도 6을 참조하면, 섬광 신호의 휘도(B)는 기록부(200)(여기서 CMOS 카메라 모듈(21)을 의미할 수 있다.)와 피사체(120)간 거리(r)와 기록부(200)에 의해 감지되는 피사체(120)의 임의의 영역(Lx)으로부터 발생하는 섬광 신호의 밝기에 의해 정의될 수 있으며, 휘도 계산식은 하기 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다. 이하, 피사체(120)는 전술한 섬광판(110)을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the luminance (B) of the flash signal is determined by the distance (r) between the recording unit 200 (here, it may mean the CMOS camera module 21) and the subject 120 and the
[수학식 1][Equation 1]
섬광 연산자(ALumi)는 전술한 [수학식 1]의 휘도 계산식을, 기록부(200)가 구비하는 N개의 CMOS 카메라 모듈(21) 각각에 대응하는 피사체(120)의 x개의 임의의 영역(L1 내지 Lx)마다 산출한 행렬식으로 정의될 수 있다. 이와 같이 정의되는 섬광 연산자(ALumi)는 하기 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다. The scintillation operator (A Lumi ) uses the luminance calculation formula of [Equation 1] as described above for x arbitrary areas (L) of the subject 120 corresponding to each of the N
[수학식 2][Equation 2]
이때 상기 [수학식 2]의 분모의 rN,x는 N번째 CMOS 카메라 모듈(21)로부터 피사체(120) 중 임의의 영역(Lx)까지의 거리를 나타내고, 분자의 LN,x는 N번째 CMOS 카메라 모듈(21)에 의해 감지되는 피사체(120)의 임의의 영역(Lx)으로부터 발생하는 섬광 신호의 밝기를 나타낸다.At this time, rN,x of the denominator of [Equation 2] represents the distance from the N-th
이후, 영상 보정부(220)는 이와 같이 산출된 섬광 연산자(ALumi)를 촬영 영상(b)의 피사체(120)의 임의의 영역(Lx)에 대응하는 각 영역과 맵핑할 수 있다 (x0=ALumiT×b). 다시 말해, 섬광 연산자(ALumi) 행렬의 각 성분을 촬영 영상(b)의 피사체(120)의 임의의 영역(Lx)에 대응하는 각 영역과 곱하여 초기 예측값(x0)을 산출할 수 있다. Thereafter, the
한편, 영상 보정부(220)는 촬영 영상(51)을 기초로 기록부(200)와 피사체(120) 사이의 거리에 의해 발생하는 섬광 신호의 감쇠를 보상하는 보상 맵(52)을 생성할 수 있다(S230). 보상 맵(52)은 후술하는 반복적 재구성 알고리즘에서 'bcomp'로 표기될 수 있고, 이하 'bcomp'는 보상 맵(52)의 피사체(120)의 임의의 영역(Lx) 각각에 대응하는 성분을 의미할 수 있다. 여기서 도 7을 함께 참조하여 설명한다.Meanwhile, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정부의 보상 맵 생성을 생성하는 단계(S230) 설명하기 위한 모식도이다.7 is a schematic diagram for explaining a step (S230) of generating a compensation map of an image correction unit according to an embodiment of the present invention.
영상 보정부(220)는 기록부(200)와 피사체(120) 사이의 거리에 의해 발생하는 섬광 신호의 감쇠를 보상하는 보상 맵(52)을 생성할 수 있다. 이때 전술한 촬영 영상을 기초로 변환되어 생성된 누적 영상에 대하여 보상 맵(52) 생성 동작을 수행할 수 있다.The
도 7을 참조하면, 기록부(200)(여기서 CMOS 카메라 모듈(21)을 의미할 수 있다.)로부터 피사체(120)의 임의의 영역(Lx)까지의 거리(r)를 기초로 보상 맵 보상 맵(52)을 생성할 수 있다. 보상 맵(52)의 각 성분(bcomp)은 하기 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있고, 이는 카메라 모듈(21)과 피사체(120) 간의 거리에 따른 왜곡을 보정하여 분석 대상이 되는 최종 영상(보정 영상)이 전체적으로 균일한 세기 또는 밝기를 갖도록 보상하는 것이다.Referring to FIG. 7 , the compensation map is based on the distance r from the recording unit 200 (which may mean the CMOS camera module 21) to an arbitrary area Lx of the subject 120. (52) can be produced. Each component (bcomp) of the
[수학식 3][Equation 3]
구체적으로, 도 7에 도시된 예시 보상 맵(521)을 참조하면, 제2 방향(D2)에 따른 거리에 따라 음영이 다르게 나타나있다. 가령, 전술한 거리(r)가 먼 영역은 보상 정도가 커야 하므로 보상 가중치를 높게 적용할 수 있고 이는 보상 맵(52) 상에서 상대적으로 밝은 음영으로 나타낼 수 있다. 반대로 전술한 거리(r)가 가까운 영역은 보상 정도가 작으므로 보상 가중치를 낮게 적용할 수 있고 이는 보상 맵(52) 상에서 상대적으로 어두운 음영으로 나타낼 수 있다. 예시 보상 맵(521)을 참조하면, 제2 방향(D2)으로 위에서 아래로 갈수록 보상 가중치가 높게 부여되고 이에 따라 밝기가 더 밝은 것을 확인할 수 있다.Specifically, referring to the
다시 도 5를 참조하면, S220, S230 단계에 의해 생성된 섬광 연산자(ALumi), 이를 기초로 산출된 초기 예측값(x0) 및 보상 맵(52)을 사용하여 반복적 재구성 알고리즘(S240)을 수행할 수 있다. 반복적 재구성 알고리즘(S240) 내에 도시된 [수학식 4](Eq4)를 참조하면 최종 보정 영상(53)를 획득하기 위해 섬광 연산자(ALumi) 및 보상 맵(bcomp)을 사용하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 섬광판(110)을 사용함으로써 일회적 사용만이 가능한 감광 필름에 따른 문제점을 극복할 뿐만 아니라 섬광판(110)으로부터 발생되는 섬광 신호와 기록부(200) 간의 거리 또는 간섭에 의한 보상을 수행하여 정확하고 균일한 분석 대상 영상인 보정 영상(53)을 획득할 수 있는 이점이 있다.Referring to FIG. 5 again, an iterative reconstruction algorithm (S240) is performed using the scintillation operator (A Lumi ) generated in steps S220 and S230, the initial predicted value (x 0 ) calculated based on the scintillation operator, and the compensation map (52). can do. Referring to [Equation 4] (Eq4) shown in the iterative reconstruction algorithm (S240), it can be seen that a scintillation operator (A Lumi ) and a compensation map (b comp ) are used to obtain the final corrected
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석부(300)의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.8 is a schematic diagram for explaining the operation of the
분석부(300)는 본 발명의 MLC의 위치를 출력하는 학습 모델(ML)을 포함하는 기계학습부(310) 및 상기 학습 모델(ML)을 이용하여 보정 영상(321)(전술한 보정 영상(53)에 대응할 수 있다.)을 기초로 MLC의 위치에 관한 위치 맵(322) 및/또는 이진 영상(323)을 출력하는 위치 예측부(320)을 포함할 수 있다. MLC 의 위치에 관한 위치 맵은, 도 12a에 도시된 바와 같을 수 있다. MLC의 위치에 관한 이진 영상은, 도 12b에 도시된 바와 같을 수 있다. The
학습 모델(ML)은 학습용 촬영 영상(311) 및 상기 학습용 촬영 영상(311)에 대응하는 다엽 콜리메이터 위치 정보인 학습용 위치 정보(312)를 기초로 학습용 위치 맵(313)을 생성하고, 상기 학습용 촬영 영상(311), 상기 학습용 위치 정보(312) 및 상기 학습용 위치 맵(313)을 기초로 순환 생산적 적대 신경망(Cycle consistent Generative Adversarial Network; cycleGAN)을 통해 학습될 수 있다(S310). 상세하게는, cycleGAN 모델은 두 개의 생성기를 사용하여 한 도메인에 있는 데이터를 다른 도메인으로 변환하고 다시 원래의 도메인으로 재변환하는 순환적인 과정을 통해 모델의 손실함수를 최소화하고 서로 다른 도메인의 데이터 간의 비선형적인 관계를 예측하는 방법이다.The learning model (ML) generates a
위치 예측부(320)는 상기 학습 모델(ML)을 이용하여 전술한 보정 영상(321)을 입력 데이터로 하여 이산화된(discrete) 신호로 상기 다엽 콜리메이터의 모양의 경계선을 표시하는 위치 맵(322)을 출력할 수 있다(S320). 이후, 위치 예측부(320)는 이진 영상 생성기를 이용하여 상기 위치 맵(322)에 대하여 다엽 콜리메이터의 위치를 보정하여 이진 영상(323)을 출력할 수 있다. 이진 영상 생성기는 상기 학습용 위치 맵(322) 및 상기 학습용 이진 영상(323)을 기초로 유넷(Unet)을 통해 학습될 수 있다(S320). 상세하게는, Unet 모델은 입력 데이터의 인코딩과 디코딩을 통해 입력 데이터의 지역적 특징을 분석하고 이진 영상으로 도출되는 분할 학습을 진행하는 방법이다.The
이진 영상(323)은 위치 맵(322)에 비하여 MLC를 통과하여 섬광 신호가 기록된 영역의 경계선이 뚜렷한 영상을 의미한다. 분석부(300)에서 활용되는 보정 영상(321), 위치 맵(322) 및 이진 영상(323)에 관하여 후술하는 도 9에서 더 상세히 살펴본다.Compared to the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템 및 방법의 효과를 설명하기 위한 모식도이다.9 is a schematic diagram for explaining the effects of a multi-leaf collimator performance evaluation system and method according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 분석부(300)에서 활용되는 보정 영상(321), 위치 맵(322), 이진 영상(323)의 예시 및 이들 영상의 거리(position)에 따른 섬광 신호의 세기(Intensity) 그래프(90)가 도시되어 있다. 그래프(90)를 참조하면 도 9의 영상들(321, 322, 323)에서 섬광 신호가 기록되어 밝은 음영으로 나타난 부분은 MLC를 통과한 방사선이 조사된 부분으로 대략적으로 제1 방향(D1)으로 -70mm 내지 70mm 범위에서 사각형의 형태로 나타난 것을 확인할 수 있다. 해당 영역(-70mm 내지 70mm)에서 섬광 신호의 세기는 약 1(단위 기재)에 가까우며 보정 영상(321)의 경우 해당 영역에서 그 세기가 불안정하게 측정되었다. 한편, 위치 맵(322)의 경우 보정 영상(321)보다는 세기가 균일하게 측정되었으나 섬광 신호가 기록된 부분과 기록되지 않은 부분의 경계 부근에서 강도가 상대적으로 완만하게 측정되어 경계가 뚜렷하지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 이진 영상(323)의 경우 상기 경계 부근에서 강도의 기울기가 위치 맵(322)보다 가파르게(steep) 측정되어 밝은 음영 부분의 경계선이 더 뚜렷한 것을 확인할 수 있다. 즉 MLC의 모양(위치)을 더 높은 해상도로 측정하여 MLC의 성능을 더 정확하게 평가할 수 있다. Referring to FIG. 9, an example of a
도 10a는 본 발명의 일 실시예인 성능 평가 시스템을 통해 생성된 촬영 영상의 예시 도면이다. 도 10b는 본 발명의 일 실시예인 성능 평가 시스템을 통해 생성된 보정 영상의 예시 도면이다.10A is an exemplary view of a captured image generated through a performance evaluation system according to an embodiment of the present invention. 10B is an exemplary diagram of a corrected image generated through a performance evaluation system according to an embodiment of the present invention.
도 11은 방사선측정용 필름을 이용하여 촬영된 영상과 보정 영상 사이의 선량 분포를 비교한 그래프의 예시 도면이다. 11 is an exemplary view of a graph comparing dose distribution between an image captured using a film for radiometry and a corrected image.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 의해 생성된 다엽 콜리메이터의 위치에 관한 위치 맵의 예시 도면이다. 도 12b는 다엽 콜리메이터의 위치 예측을 위한 이진 영상의 예시 도면이다. 12A is an exemplary view of a position map of the position of a multi-leaf collimator created by one embodiment of the present invention. 12B is an exemplary diagram of a binary image for position prediction of a multi-lobe collimator.
도 13a는 방사선측정용 필름에서 측정한 다엽 콜리메이터(bank A)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13a에서는 4번에 걸쳐서 방사선측정용 필름으로부터 측정된 다엽 콜리메이터의 위치 값들(Trial 1 ~ Trial 4)을 나타낸다. 이때, 위치를 변경하여 Field 1 ~ Field 9까지의 다엽 콜리메이터의 위치 값들을 예측하고 이를 실제의 다엽 콜리메이터와의 차이값(difference)을 그래프로 나타낼 수 있다. 13A is an exemplary view showing positional accuracy of a multi-leaf collimator (bank A) measured on a film for radiometry. 13a shows position values (
도 13b은 방사선측정용 필름에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank B)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. FIG. 13B is an exemplary view showing positional accuracy of a multi-leaf collimator (Bank B) predicted in a film for radiometry.
도 13c는 분석부의 위치맵에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank A)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13c에서는 4번에 걸쳐서 예측된 위치 맵들로부터 예측된 다엽 콜리메이터의 위치 값들(Trial 1 ~ Trial 4)을 나타낸다. 이때, 위치를 변경하여 Field 1 ~ Field 9까지의 다엽 콜리메이터의 위치 값들을 예측하고 이를 실제의 다엽 콜리메이터와의 차이값(difference)을 그래프로 나타낼 수 있다. 13C is an exemplary view showing the position accuracy of the multi-leaf collimator (Bank A) predicted from the position map of the analyzer. 13C shows position values (
도 13d는 분석부의 위치맵에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank B)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 13D is an exemplary view showing the position accuracy of the multi-leaf collimator (Bank B) predicted from the position map of the analyzer.
도 13e는 분석부의 이진 영상에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank A)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 도 13e에서는 4번에 걸쳐서 예측된 이진 영상들로부터 측정된 다엽 콜리메이터의 위치 값들(Trial 1 ~ Trial 4)을 나타낸다. 이때, 위치를 변경하여 Field 1 ~ Field 9까지의 다엽 콜리메이터의 위치 값들을 예측하고 이를 실제의 다엽 콜리메이터와의 차이값(difference)을 그래프로 나타낼 수 있다. 13E is an exemplary diagram illustrating the positional accuracy of a multi-leaf collimator (Bank A) predicted from a binary image of an analyzer. 13E shows position values (
도 13f는 분석부의 이진 영상에서 예측한 다엽 콜리메이터(Bank B)의 위치 정확도를 나타내는 예시 도면이다. 13F is an exemplary diagram illustrating the positional accuracy of a multi-leaf collimator (Bank B) predicted from a binary image of an analyzer.
도 13a, 도 13c, 및 도 13e의 그래프들을 비교하면, 본 발명의 실시예들에 의해 생성된 이진 영상으로부터 예측된 다엽 콜리메이터의 위치 값이 실제 값과의 차이 값이 가장 작은 것을 알 수 있다. 이와 마찬가지로, 도 13b, 도 13d, 및 도 13f의 그래프들을 비교하면, 본 발명의 실시예들에 의해 생성된 이진 영상으로부터 예측된 다엽 콜리메이터의 위치 값이 실제 값과의 차이 값이 가장 작은 것을 알 수 있다. 종래에 사용되는 방사선 측정용 필름으로 예측된 값보다 본 발명에 의해서 이진 영상으로부터 예측된 값이 더 정확한 것을 알 수 있다. Comparing the graphs of FIGS. 13A, 13C, and 13E, it can be seen that the difference between the position value of the multi-lobe collimator predicted from the binary image generated by the embodiments of the present invention and the actual value is the smallest. Similarly, comparing the graphs of FIGS. 13b, 13d, and 13f, it can be seen that the difference value between the position value of the multi-lobe collimator predicted from the binary image generated by the embodiments of the present invention and the actual value is the smallest. can It can be seen that the value predicted from the binary image according to the present invention is more accurate than the value predicted by the conventional radiation measurement film.
도 14a는 도 13a, 도 13c, 및 도 13e의 필름 영상, 위치맵, 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터의 예측 결과를 비교한 표의 예시 도면이다. 도 14b는 도 13b, 도 13d, 및 도 13f의 필름 영상, 위치맵, 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터의 예측 결과를 비교한 표의 예시 도면이다. 도 14a에서는, 필름 영상, 위치맵, 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터(bank A)의 위치 값을, 1번(Field 1)에서 9번(Field 9)까지 측정하여 그에 따른 평균절대오차(Mean absolute error, MAE)를 비교할 수 있다. 해당 표에 따르면, 이진 영상에서의 평균절대오차 값이 방사선 필름의 평균절대오차 값(0.864), 위치 맵의 평균절대오차 값(0.997) 보다 작은 것(0.673)으로 산출되며 이는 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터의 위치 값이 가장 정확함을 의미할 수 있다. FIG. 14A is an exemplary diagram of a table comparing prediction results of multi-leaf collimators in the film image, position map, and binary image of FIGS. 13A, 13C, and 13E. FIG. 14B is an exemplary view of a table comparing prediction results of multi-leaf collimators in the film image, position map, and binary image of FIGS. 13B, 13D, and 13F. In FIG. 14A, the position values of the multi-leaf collimator (bank A) in the film image, the position map, and the binary image are measured from
도 14b에서는, 필름 영상, 위치맵, 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터(bank B)의 위치 값을, 1번(Field 1)에서 9번(Field 9)까지 측정하여 그에 따른 평균절대오차(Mean absolute error, MAE)를 비교할 수 있다. 해당 표에 따르면, 이진 영상에서의 평균절대오차 값이 방사선 필름의 평균절대오차 값(1.277), 위치 맵의 평균절대오차 값(0.830) 보다 작은 것(0.566)으로 산출되며 이는 이진 영상에서의 다엽 콜리메이터의 위치 값이 가장 정확함을 의미할 수 있다. In FIG. 14B, the position values of the multi-leaf collimator (bank B) in the film image, position map, and binary image are measured from
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 저장하는 것일 수 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. Embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed on a computer through various components, and such a computer program may be recorded on a computer-readable medium. In this case, the medium may store a program executable by a computer. Examples of the medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROM and DVD, magneto-optical media such as floptical disks, and ROM, RAM, flash memory, etc. configured to store program instructions.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the art of computer software. An example of a computer program may include not only machine language code generated by a compiler but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications are possible by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
따라서, 본 발명의 사상은 앞에서 설명된 실시예들에 국한하여 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위가 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all scopes equivalent to or equivalently changed from these claims fall within the scope of the spirit of the present invention. would be considered to be in the category.
10: 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템
100: 측정부
110: 섬광판
200: 기록부
21: CMOS 카메라 모듈
210: 영상 변환부
220: 영상 보정부
52: 보상 맵
53, 321: 보정 영상
300: 분석부
322: 위치 맵
323: 이진 영상10: multi-leaf collimator performance evaluation system
100: measuring unit
110: flash plate
200: register
21: CMOS camera module
210: image conversion unit
220: image correction unit
52: reward map
53, 321: correction image
300: analysis unit
322: location map
323 Binary image
Claims (14)
상기 측정부로부터 발생된 상기 섬광 신호를 기록하여 상기 다엽 콜리메이터의 움직임을 촬영한 촬영 영상을 생성하고, 상기 촬영 영상을 기초로 기하학적 왜곡을 교정한 보정 영상을 생성하는 기록부; 및
상기 기록부로부터 수신한 상기 보정 영상을 분석하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 분석부;를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템.a measuring unit including a flash plate generating a flash signal by irradiating radiation emitted from a radiation source and passing through a multi-leaf collimator (MLC);
a recording unit for recording the scintillation signal generated from the measurement unit to generate a photographed image obtained by photographing the movement of the multi-leaf collimator, and to generate a correction image obtained by correcting geometric distortion based on the photographed image; and
An analysis unit configured to evaluate the position of the multi-leaf collimator by analyzing the corrected image received from the recording unit; and a multi-leaf collimator performance evaluation system.
상기 기록부는, CMOS 카메라 모듈을 이용하여 상기 섬광 신호를 동영상의 형태로 기록하여 상기 촬영 영상을 동영상 형태로 획득하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템.According to claim 1,
Wherein the recording unit records the flash signal in the form of a video using a CMOS camera module to obtain the photographed image in the form of a video.
상기 기록부는,
상기 촬영 영상을 상기 다엽 콜리메이터의 변경되는 모양을 기준으로 분할한 복수의 이미지를 포함하는 누적 영상으로 변환하는 영상 변환부; 및
상기 누적 영상에 대하여 상기 기록부의 위치로 인하여 발생한 기하학적 왜곡을 교정하여 상기 보정 영상을 생성하는 영상 보정부;를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템.According to claim 2,
the record,
an image conversion unit for converting the photographed image into a cumulative image including a plurality of divided images based on the changed shape of the multi-lobe collimator; and
and an image correction unit configured to generate the corrected image by calibrating geometric distortion caused by the position of the recording unit with respect to the cumulative image.
상기 영상 보정부는,
상기 섬광 신호에 대한 휘도 계산식을 기초로 섬광 연산자를 산출하고,
상기 기록부와 상기 섬광판 사이의 거리에 의해 발생하는 상기 섬광 신호의 감쇠를 보상하는 보상 맵을 생성하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템.According to claim 3,
The image correction unit,
Calculating a scintillation operator based on a luminance formula for the scintillation signal;
and generating a compensation map compensating for attenuation of the scintillation signal caused by a distance between the recording unit and the flash plate.
상기 영상 보정부는,
상기 누적 영상에 대하여 상기 섬광 연산자 및 상기 보상 맵을 이용한 반복적 재구성 알고리즘을 적용하여 상기 보정 영상을 획득하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템.According to claim 4,
The image correction unit,
The multi-lobe collimator performance evaluation system for obtaining the corrected image by applying an iterative reconstruction algorithm using the scintillation operator and the compensation map to the cumulative image.
상기 분석부는,
학습용 촬영 영상 및 상기 학습용 촬영 영상에 대응하는 다엽 콜리메이터 위치 정보인 학습용 위치 정보를 기초로 학습용 위치 맵을 생성하고, 상기 학습용 촬영 영상, 상기 학습용 위치 정보 및 상기 학습용 위치 맵을 기초로 학습되는 학습 모델을 포함하는 기계학습부; 및
상기 학습 모델을 이용하여 상기 보정 영상을 입력 데이터로 하여 이산화된(discrete) 신호로 상기 다엽 콜리메이터의 모양의 경계선을 표시하는 위치 맵을 출력하는 위치 예측부;를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템.
According to claim 3,
The analysis unit,
A learning model that generates a location map for learning based on a captured image for learning and location information for learning, which is multi-lobe collimator location information corresponding to the captured image for learning, and is learned based on the captured image for learning, the location information for learning, and the location map for learning. Machine learning unit including; and
A multi-lobed collimator performance evaluation system comprising a; position prediction unit that outputs a position map displaying a boundary line of the shape of the multi-lobed collimator as a discrete signal using the corrected image as input data using the learning model.
상기 위치 예측부는,
상기 위치 맵에 대하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 보정하여 이진 영상을 출력하는, 상기 다엽 콜리메이터 성능 평가 시스템.According to claim 6,
The position prediction unit,
The multi-lobe collimator performance evaluation system for outputting a binary image by correcting the position of the multi-lobe collimator with respect to the location map.
기록부를 이용하여 상기 측정부로부터 발생된 상기 섬광 신호를 기록하여 상기 다엽 콜리메이터의 움직임을 촬영한 촬영 영상을 생성하고, 상기 촬영 영상을 기초로 기하학적 왜곡을 교정한 보정 영상을 생성하는 단계; 및
분석부를 이용하여 상기 보정 영상을 분석하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 단계;를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법.generating a scintillation signal by irradiating radiation emitted from a radiation source and passing through a multi-leaf collimator (MLC) using a measuring unit including a flashing plate;
generating a photographed image obtained by photographing motions of the multi-leaf collimator by recording the scintillation signal generated from the measurement unit using a recording unit, and generating a correction image obtained by correcting geometric distortion based on the photographed image; and
Evaluating the position of the multi-leaf collimator by analyzing the corrected image using an analysis unit; including, a multi-leaf collimator performance evaluation method.
상기 촬영 영상은 CMOS 카메라 모듈을 이용하여 상기 섬광 신호를 동영상의 형태로 기록하여 획득되는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법.According to claim 8,
The photographed image is obtained by recording the scintillation signal in the form of a video using a CMOS camera module.
상기 보정 영상을 생성하는 단계는,
상기 촬영 영상을 상기 다엽 콜리메이터의 변경되는 모양을 기준으로 분할한 복수의 이미지를 포함하는 누적 영상으로 변환하는 단계; 및
상기 누적 영상에 대하여 상기 기록부의 위치로 인하여 발생한 기하학적 왜곡을 교정하여 상기 보정 영상을 생성하는 단계;를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법.According to claim 9,
The step of generating the correction image,
converting the photographed image into a cumulative image including a plurality of divided images based on the changed shape of the multi-lobe collimator; and
and generating the corrected image by calibrating geometrical distortion caused by the location of the recording unit with respect to the cumulative image.
상기 보정 영상을 생성하는 단계는,
상기 섬광 신호에 대한 휘도 계산식을 기초로 섬광 연산자를 산출하는 단계; 및
상기 기록부와 상기 섬광판 사이의 거리에 의해 발생하는 상기 섬광 신호의 감쇠를 보상하는 보상 맵을 생성하는 단계;를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법.According to claim 10,
The step of generating the correction image,
Calculating a scintillation operator based on a luminance formula for the scintillation signal; and
and generating a compensation map compensating for the attenuation of the scintillation signal caused by the distance between the recording unit and the flash plate.
상기 보정 영상을 생성하는 단계는,
상기 누적 영상에 대하여 상기 섬광 연산자 및 상기 보상 맵을 이용한 반복적 재구성 알고리즘을 적용하여 상기 보정 영상을 획득하는 단계를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법.According to claim 11,
The step of generating the correction image,
And obtaining the corrected image by applying an iterative reconstruction algorithm using the scintillation operator and the compensation map to the cumulative image.
상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 단계는,
학습용 촬영 영상 및 상기 학습용 촬영 영상에 대응하는 다엽 콜리메이터 위치 정보인 학습용 위치 정보를 기초로 학습용 위치 맵을 생성하고, 상기 학습용 촬영 영상, 상기 학습용 위치 정보 및 상기 학습용 위치 맵을 기초로 학습 모델을 학습시키는 단계; 및
상기 학습 모델을 이용하여 상기 보정 영상을 입력 데이터로 하여 이산화된(discrete) 신호로 상기 다엽 콜리메이터의 모양의 경계선을 표시하는 위치 맵을 출력하는 단계;를 포함하는, 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법.According to claim 10,
Evaluating the position of the multi-leaf collimator,
A location map for learning is generated based on a captured image for learning and location information for learning, which is multi-lobe collimator location information corresponding to the captured image for learning, and a learning model is learned based on the captured image for learning, the location information for learning, and the location map for learning. step of doing; and
and outputting a position map displaying a boundary line of the shape of the multi-leaf collimator as a discrete signal using the corrected image as input data using the learning model.
상기 다엽 콜리메이터의 위치를 평가하는 단계는,
상기 위치 맵에 대하여 상기 다엽 콜리메이터의 위치를 보정하여 이진 영상을 출력하는 단계를 포함하는, 상기 다엽 콜리메이터 성능 평가 방법.
According to claim 13,
Evaluating the position of the multi-leaf collimator,
and outputting a binary image by correcting the position of the multi-lobe collimator with respect to the location map.
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