WO2021071306A1 - 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법 - Google Patents

세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법 Download PDF

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WO2021071306A1
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radiation
tumor
tumor model
intensity
plan
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신한백
김동욱
노유윤
장경환
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연세대학교 산학협력단
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    • A61N5/1045—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head using a multi-leaf collimator, e.g. for intensity modulated radiation therapy or IMRT

Definitions

  • the present invention relates to a radiation treatment planning apparatus and method, and more particularly, to a radiation treatment planning apparatus and method for intensity-controlled radiation therapy (IMRT).
  • IMRT intensity-controlled radiation therapy
  • Research for the present invention is a research project conducted by Yonsei University with support from the National Research Foundation of Korea with the funding of the Ministry of Education, "Development and Use of High-Intensity Radiation Semiconductor Sensors for Dose Assessment of High-Resolution Radiation Therapy (Personal Basic Research)" Is related to.
  • IMRT Intensity Modulated Radiation Therapy
  • IMRT intensity-controlled radiation therapy
  • daily MVCT and CBCT are used to check the patient's position based on the position of the patient's bone and proceed with the treatment.
  • the treatment proceeds without considering the change in the state of the tumor location and size.
  • the present invention is an apparatus and method for establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation therapy, which can be imaged using a scintillator-based gamma camera that can measure radiation generated in the body, and optimized intensity-controlled radiation through quantitative numerical evaluation and analysis. Its purpose is to apply treatment methods.
  • the apparatus for establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation therapy acquires anatomical information of a region to be treated of a subject from a previously photographed medical image, and the anatomy
  • a treatment plan that obtains a diagnosis image according to a treatment plan establishment unit that establishes an irradiation plan based on the relevant information and a separate imaging device, compares the diagnosis image with the previously photographed medical image, and corrects the irradiation plan Includes a revision.
  • the anatomical information is the contour of the body shape of the subject and the location information of the internal organs and the tumor to be treated.
  • the radiation irradiation plan determines the location and size of the region to be irradiated with radiation, the angle of radiation and the intensity of the radiation at the region to be treated of the subject.
  • the treatment plan establishment unit is a first target tumor model for irradiating radiation for each tumor by selecting an area in which at least one tumor is located from the pre-imaged medical image, and image masking the area in which the selected tumor is located Is created.
  • the treatment plan modifying unit is a diagnostic image acquisition unit that acquires a diagnostic image according to the imaging device, and changes of the tumor after treatment by selecting only a region where a tumor is located according to an irradiation angle according to the radiation plan from the diagnostic image.
  • a comparison tumor model generation unit that generates a comparison tumor model for checking the state, and the first target tumor model and the location and size of the comparison tumor model are compared to construct the first target tumor model based on the comparison tumor model.
  • a contour drawing unit for generating a second target tumor model by modifying the contour.
  • the photographing apparatus is a photographing apparatus using gamma rays.
  • the comparative tumor model generation unit determines that a tumor is located in the diagnostic image using a standardized intake factor (SUV) of the imaging device as an index, and selects the area to generate the comparative tumor model.
  • SUV standardized intake factor
  • a treatment plan establishment unit acquires anatomical information of a region to be treated of a subject from a previously photographed medical image, and obtains the anatomical information. And establishing a radiation irradiation plan based on a treatment plan modifying unit, acquiring a diagnosis image according to a separate imaging device, comparing the diagnosis image with the previously photographed medical image, and modifying the radiation irradiation plan. .
  • the step of establishing a radiation irradiation plan based on the anatomical information includes selecting a region in which at least one tumor is located from the previously photographed medical image, and image masking the region in which the selected tumor is located, Generating a first target tumor model for irradiating radiation.
  • the step of establishing a radiation irradiation plan based on the anatomical information may include determining, based on the generated first target tumor model, an area in which the first target tumor model is located as an area to be irradiated with radiation, The irradiation angle of the radiation is adjusted so that the radiation reaches the area, and the intensity of the radiation in the adjacent organ area from the first target tumor model is distinguished.
  • the step of modifying the irradiation plan includes: obtaining a diagnostic image according to the imaging device by a diagnostic image acquisition unit, and the comparative tumor model generation unit positioning a tumor according to an irradiation angle according to the irradiation plan in the diagnostic image.
  • generating a second target tumor model by modifying a contour constituting the first target tumor model.
  • the photographing apparatus is a photographing apparatus using gamma rays.
  • the step of generating the comparative tumor model comprises determining that the tumor is an area in the diagnostic image based on the standardized intake factor (SUV) of the imaging device as an index, and selecting the area to generate the comparative tumor model. do.
  • SUV standardized intake factor
  • imaging is possible using a scintillator-based gamma camera capable of measuring radiation generated in the body, and an optimized intensity control radiation treatment method through quantitative numerical evaluation and analysis. Can be applied.
  • a minimum dose is applied to the patient and the number of treatments can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an apparatus for establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation therapy according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of an intensity-controlled radiation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are diagrams for explaining a target tumor model according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 7 are flowcharts illustrating a method of establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation treatment according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to an apparatus and method for establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation therapy.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an apparatus for establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation therapy according to an embodiment of the present invention.
  • a radiation treatment plan establishment apparatus 10 for intensity-controlled radiation therapy includes a treatment plan establishment unit 100 and a treatment plan modification unit 200.
  • the intensity-adjustable radiation treatment device 20 includes a radiation emitting unit 21, a main body 22, and a rotating gantry 23, and a phantom or a subject is positioned in a vertical lower portion, and radiation 24 for treatment is irradiated. .
  • it further includes an imaging device 30, each of the imaging devices (31, 32) is located at least one around the phantom or the bed in which the subject is located, and acquires a diagnostic image after verification of the treatment plan according to the radiation irradiation plan. .
  • the apparatus 10 for establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation therapy is a device that can be applied to establish and evaluate a treatment plan by performing dose monitoring to optimize intensity-controlled radiation treatment.
  • the radiation treatment plan establishment device for intensity-controlled radiation treatment uses a gamma camera to determine the tumor state. And it is possible to perform a new contour (contour) to the surrounding normal tissue. After that, a new radiation treatment plan is established.
  • the advantage that can be obtained through this is that the treatment plan can be modified according to the case where the tumor condition improves rapidly or does not improve.
  • IMRT can reduce the risk of radiation damage to normal tissues while simultaneously irradiating the radiation treatment target with uniform and precise radiation according to its shape.
  • IMRT has the advantage that it can be applied relatively safely, especially when the shape of a tumor target is complex and normal organs with a high risk of radiation damage are adjacent to and surrounded by the target.
  • the radiation treatment plan establishment device for intensity-controlled radiation therapy uses standardized uptake values (SUV) through a gamma camera as an evaluation index to evaluate the degree of radiation treatment at each treatment. .
  • SUV uptake values
  • the patient's position is confirmed based on the patient's bone and the treatment is proceeded using the patient's MVCT/CBCT, and in this case, the treatment is performed without considering the change in the state (location and size) of the tumor. Will proceed.
  • a gamma camera more accurate and safe radiation treatment is possible than conventional treatments by not only checking the location based on the bones of the patient, but also considering the state (location and size) of the tumor.
  • a gamma camera is used among devices capable of dose monitoring to perform tumor status and diagnosis, and based on this, the treatment plan for intensity-controlled radiation therapy is modified several times to optimize the radiation treatment.
  • One of the major problems to be solved in the current radiation treatment is that if the radiation treatment is divided into several times instead of once, the location and size of the tumor will be different from that of the treatment plan.
  • intensity-controlled radiation treatment is more subdivided into several to dozens of irradiated surfaces, considering the location of tumors and major normal tissues on the individual irradiation surface, rather than conventional three-dimensional stereoscopic radiation treatment.
  • By controlling the radiation dose for each differentiated area it is possible to minimize the dose to normal tissues and to give sufficient dose to the tumor.
  • the radiation treatment plan establishment device 10 for intensity-controlled radiation therapy enables optimized intensity-controlled radiation treatment by changing a treatment plan according to the tumor state, thereby reducing the exposure dose of normal tissues. By minimizing, the radiation treatment can be made accurate.
  • the treatment plan establishment unit 100 acquires anatomical information of a region to be treated of a subject from a previously photographed medical image, and establishes a radiation irradiation plan based on the anatomical information.
  • the treatment plan establishment unit 100 includes a medical image acquisition unit 110, a target tumor model generation unit 120, and a radiation irradiation plan establishment unit 130.
  • the medical image acquisition unit 110 acquires pre-photographed medical image data.
  • the target tumor model generation unit 120 selects an area in which at least one tumor is located from the acquired pre-imaged medical image, masks the area in which the selected tumor is located, and irradiates radiation for each tumor. Generate a tumor model.
  • the radiation irradiation plan establishment unit 130 determines an area where the first target tumor model is located as an area to be irradiated with radiation, and sets an irradiation angle of the radiation so that the radiation reaches the area. Control, and discriminate the intensity of radiation in the adjacent organ area from the first target tumor model.
  • the anatomical information is the contour of the body shape of the subject and the location information of the internal organs and the tumor to be treated.
  • the irradiation plan is to determine the location and size of the area to be irradiated with radiation, the angle of irradiation of the radiation, and the intensity of the radiation in the area to be treated of the subject.
  • the radiation emission unit 21 irradiates radiation according to the established plan.
  • the treatment plan revision unit 200 acquires a diagnosis image generated by the imaging device in real time, compares the diagnosis image with the previously photographed medical image, and irradiates the radiation. Revise the plan.
  • the existing radiation treatment plan does not consider the tumor state of the patient at the time of each treatment during the intensity-controlled radiation treatment, but the radiation treatment plan establishment device 10 for the intensity-controlled radiation treatment according to an embodiment of the present invention is a patient It is possible to perform radiation therapy as an optimization method by modifying the treatment plan in consideration of the tumor condition of.
  • the treatment plan revision unit 200 includes a diagnosis image acquisition unit 210, a comparative tumor model generation unit 220, and a contour drawing unit 230.
  • the diagnostic image acquisition unit 210 acquires a diagnostic image according to the imaging device 30.
  • the imaging device may be provided separately from the intensity-adjusting radiation treatment device, or provided to be detachably attached to the radiation treatment device. Can be.
  • the imaging device is preferably a gamma camera, and may be implemented in a form in which a rotatable gamma camera is attached to a radiation treatment device used for the intensity-controlled radiation treatment method.
  • the standardized intake factor (SUV) can be measured through a gamma camera.
  • the standard intake factor is an index used in the diagnosis of tumors.
  • the comparative tumor model generation unit 220 generates a comparative tumor model for confirming the state of change of the tumor after treatment by selecting only the area where the tumor is located according to the irradiation angle according to the radiation plan from the diagnostic image.
  • the comparative tumor model generation unit 220 may determine that the tumor is a region in the diagnostic image using the standardized intake factor (SUV) of the imaging device as an index.
  • the normalized intake coefficient may be defined as 2.0 to 2.5 or more than 40% of the maximum value as the tumor site.
  • the degree of radiation treatment is evaluated for each fraction, and the optimal intensity-controlled radiation treatment method is applied.
  • SUV standardized intake factor
  • Standardized uptake values which is the most widely used quantitative evaluation index in imaging using Positron Emission Tomography (PET) is used as the most important factor in tumor treatment status and cancer diagnosis. This can be applied using a single photon emission computed tomography (SPECT).
  • SPECT single photon emission computed tomography
  • the contour drawing unit 230 compares the location and size of the first target tumor model and the comparison tumor model, and corrects a contour constituting the first target tumor model based on the comparison tumor model to provide a second target tumor model. Is created.
  • the contour drawing unit 230 generates a contour by a manual method such as performing contour drawing or an automatic method such as generating a contour by inputting a command, and then a portion outside the generated contour. It means to clearly express the distinction between the selected part and other parts by deleting or initializing.
  • the radiation irradiation plan establishment unit 130 receives the second target tumor model again, and based on the second target tumor model, determines an area in which the second target tumor model is located as an area to be irradiated with radiation, The irradiation angle of the radiation is adjusted so that the radiation reaches the area, and the intensity of the radiation in the adjacent organ area from the second target tumor model is distinguished.
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of an intensity-controlled radiation treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the intensity-adjustable radiation treatment device 20 includes a radiation emitting unit 21, a main body 22, and a rotating gantry 23, and a phantom or a subject is positioned in a vertical lower portion, and radiation 24 for treatment is irradiated. .
  • it further includes an imaging device 30, each of the imaging devices (31, 32) is located at least one around the phantom or the bed in which the subject is located, and acquires a diagnostic image after verification of the treatment plan according to the radiation irradiation plan. .
  • the photographing apparatus is a photographing apparatus using gamma rays.
  • a gamma camera is installed at a beam incidence angle of the radiation treatment apparatus at 90 degrees 270 degrees 180 degrees, etc., and rotates together with the treatment device to obtain images for each angle. It is preferable that the number of gamma cameras is at least one, and when the number is increased, the image acquisition time is reduced. If the angle of incidence is 90 degrees 270 degrees 180 degrees, it is easy to apply when planning treatment, but this is not limited. Also, the number of gamma cameras is not limited.
  • Gamma Camera is a medical device that captures radioactivity (gamma rays) emitted from the organ and obtains an image after administering a radiopharmaceutical that is particularly well-visited to an organ in order to check the occurrence of disease in the human body.
  • a radiopharmaceutical that is particularly well-visited to an organ in order to check the occurrence of disease in the human body.
  • Each organ of the human body photographed with a gamma camera is photographed.
  • it may further include a collimator (collimator) aiming at the direction of the gamma ray.
  • a collimator collimator
  • the gamma rays emitted from the patient are radiated in all directions, and only those emitted in a specific direction can be filtered to create an image.
  • a tumor is not only identified in an image taken with a gamma camera, but a comparative tumor model is generated and compared with a target tumor model to be used to modify a radiation treatment plan.
  • Advantages of changing the treatment plan according to the tumor state between divided treatments include accurate patient-tailored treatment, improved treatment accuracy, fewer treatments, and reduced cost.
  • patient-tailored treatment according to the dose distribution of the tumor and surrounding normal tissues is possible by enhancing the intensity or increasing the number of treatments, thereby improving the accuracy of the treatment.
  • the standardized intake factor (SUV) using a gamma camera in modifying the treatment plan reflecting the tumor status of each IMRT angle.
  • SUV standardized intake factor
  • the SUV value that appears in the tumor can be defined as 2.0 to 2.5 or about 40% of the maximum value, and can be automatically designated using this. Through this, it is possible to quantitatively evaluate how much treatment can be performed. Therefore, you can modify the target you are targeting,
  • the economic effect of cost reduction can be derived by reducing the number of times.
  • the apparatus for establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation therapy can be applied not only to X-ray but also to particle ray treatment.
  • particle ray therapy which requires an accurate measurement method for tissue reactions in vivo, it becomes possible to confirm the condition between radiation and tumors and normal tissues, so it can be applied.
  • FIG 3 is a view for explaining a target tumor model according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a first target tumor model generated based on a medical image
  • FIG. 4 is a second target tumor whose contour is modified based on a comparative tumor model generated based on a diagnostic image acquired through a gamma camera. It shows a model.
  • the target tumor model generation unit 120 selects an area in which at least one tumor is located from the acquired pre-imaged medical image, masks the area in which the selected tumor is located, and irradiates radiation for each tumor. Generate a tumor model.
  • the first target tumor model M1 is divided into normal cells (C1) and tumor cells (C2).
  • the radiation irradiation plan establishment unit 130 determines an area where the first target tumor model is located as an area to be irradiated with radiation, and sets an irradiation angle of the radiation so that the radiation reaches the area. Control, and discriminate the intensity of radiation in the adjacent organ area from the first target tumor model.
  • first axis (L1) and the second axis (L2) are designated to cross the point where the first target tumor model (M1) is located, and the designated first axis (L1) and the second axis (L2) are The radiation irradiation areas S1 and S2 are designated as the center.
  • the region S3 in which the tumor cells are located is distinguished from the irradiation regions S1 and S2 of the radiation, the region S3 in which the tumor cells are located and the other regions can be differentiated and the intensity of the radiation can be differently irradiated.
  • the comparative tumor model generation unit 220 generates a comparative tumor model for confirming the state of change of the tumor after treatment by selecting only the area where the tumor is located according to the irradiation angle according to the radiation plan from the diagnostic image.
  • the comparative tumor model generation unit 220 determines that the tumor is located in the diagnostic image using the standardized intake factor (SUV) of the imaging device as an index.
  • the normalized intake coefficient may be defined as 2.0 to 2.5 or more than 40% of the maximum value as the tumor site.
  • a comparative tumor model may be generated by determining a region in which a tumor is located through a standardized intake coefficient in the patient's body part S4 of the diagnostic image data D1.
  • the size of the normal cells (C1) did not change, but the size of the tumor cells (C2) was decreased.
  • the contour drawing unit 230 compares the location and size of the first target tumor model and the comparison tumor model, and the first target tumor model is based on the comparison tumor model.
  • a second target tumor model (M2) is created by modifying the contours constituting the.
  • the radiation irradiation plan establishment unit 130 determines an area where the second target tumor model is located as an area to be irradiated with radiation.
  • the first axis L1 moves to the third axis L3 and the second axis L2 moves to the fourth axis L4 so as to cross the point where the second target tumor model M2 is located. do.
  • the radiation irradiation regions S1 and S2 remain the same, but since the region S5 where the tumor cells are located becomes smaller, the region irradiated with the radiation can be reduced, and the region S5 where the tumor cells are located and others By distinguishing the area, the intensity of radiation can be irradiated differently.
  • the contour drawing unit 230 extracts a feature point from the first target tumor model and the comparative tumor model, adjusts the scales of both models around the feature point, and then generates a difference image between the two models whose scale is adjusted.
  • the characteristic point is a point that shows the shape and shape of the corresponding tumor, and an edge line or an edge may be a characteristic point.
  • the generated difference image may further include a noise region as well as a region due to the reduction of tumor cells.
  • the contour drawing unit may filter a noise region from the difference image and obtain the filtered difference image.
  • the noise region can be removed through a pre-learned artificial neural network.
  • a convolutional neural network it is useful to grasp the characteristics of noise existing in the radiographic image and remove it through iterative learning based on the training data.
  • Such an artificial neural network may be implemented through a main processor of a radiation treatment planning apparatus or a separate processor provided for driving an artificial neural network, and may be effective in removing common noise from a car image. Through this, the contour drawing unit 230 corrects the contour of the tumor based on the difference image, and accordingly, a detailed correction of the treatment plan is possible.
  • 5 to 7 are flowcharts illustrating a method of establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation treatment according to an embodiment of the present invention.
  • the degree of radiation treatment is evaluated at each treatment by using standardized uptake values (SUV) through a gamma camera as an evaluation index. .
  • SUV standardized uptake values
  • the patient's position is confirmed based on the patient's bone and the treatment is proceeded using the patient's MVCT/CBCT, and in this case, the treatment is performed without considering the change in the state (location and size) of the tumor. Will proceed.
  • a gamma camera more accurate and safe radiation treatment is possible than conventional treatments by not only checking the location based on the bones of the patient, but also considering the state (location and size) of the tumor.
  • a method of establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation treatment starts at step S100 of photographing a 3D image for a radiation treatment plan of a patient.
  • step S200 the treatment plan establishment unit acquires anatomical information of the area to be treated of the subject from the previously photographed medical image, and establishes a radiation irradiation plan based on the anatomical information.
  • step S300 the radiation treatment plan is verified.
  • the radiation treatment plan verification can measure the radiation emitted by intravenously injecting a radioactive isotope into the patient's body, and it is also possible to verify the treatment plan under the same conditions as the patient with a separate phantom.
  • step S400 it is determined whether the state of the tumor is the same as the treatment plan, and if it is not the same as the plan, in step S500, the irradiation plan is corrected.
  • step S500 after verification of a treatment plan according to the radiation irradiation plan in which a treatment plan correction unit is established, a diagnosis image according to a separate imaging device is obtained in real time, and the diagnosis image is compared with the previously photographed medical image, and the radiation Revise the survey plan.
  • step S600 if the state of the tumor is the same as the treatment plan, radiotherapy is performed according to the radiation irradiation plan.
  • the step of establishing a radiation irradiation plan based on anatomical information (S200) is specifically, in step S210, obtaining photographed medical image data, and at least one of the medical images previously photographed in step S220.
  • a first target tumor model for irradiating radiation for each tumor is generated by selecting an area in which the tumor is located, and image masking the area in which the selected tumor is located.
  • an area in which the first target tumor model is located is determined as an area to be irradiated with radiation, and an irradiation angle of radiation is adjusted so that the radiation reaches the area, The first target tumor model and the intensity of radiation in the adjacent organ area are discriminated.
  • step S510 the diagnostic image acquisition unit acquires a diagnostic image according to the imaging device
  • step S520 the comparison tumor model generation unit
  • a comparative tumor model is generated to check the change state of the tumor after treatment by selecting only the area where the tumor is located for each radiation angle according to the radiation plan.
  • IMRT treatment technique treatment is performed in multiple divisions instead of once.
  • radiation treatment is performed based on the initial tumor state, but the method of establishing a radiation treatment plan for intensity-controlled radiation treatment according to an embodiment of the present invention uses a gamma camera after each treatment. And it is possible to perform a new contour (contour) to the surrounding normal tissue. After that, a new radiation treatment plan is established.
  • the advantage that can be obtained through this is that the treatment plan can be modified according to the case where the tumor condition improves rapidly or does not improve.
  • the imaging device is preferably an imaging device using gamma rays, and in the step of generating a comparative tumor model (S520), the tumor is located using the standardized intake factor (SUV) of the imaging device in the diagnostic image as an index. It is determined that it is an area.
  • the standardized intake factor may be defined as 2.0 to 2.5 or more than 40% of the maximum value as the tumor site.
  • step S530 the contour drawing unit compares the location and size of the first target tumor model and the comparison tumor model, and corrects the contour constituting the first target tumor model based on the comparison tumor model to create a second target tumor model. Generate.
  • Imaging is possible using a scintillator-based gamma camera capable of measuring radiation generated in the body through a radiation treatment plan establishment apparatus and method for intensity-controlled radiation therapy according to an embodiment of the present invention, and quantitative numerical evaluation and analysis It is possible to apply the optimal intensity control radiation treatment method through.
  • a minimum dose may be applied to the patient through radiation therapy optimization, and in some cases, the number of treatments may be reduced, thereby reducing costs.
  • the present invention is a technology applied to a radiation treatment device for intensity-controlled radiation therapy (IMRT), and in particular, to analyze images continuously acquired in a radiation treatment process, and to establish and change a radiation treatment plan according to the analyzed images. This is the technique used.
  • IMRT intensity-controlled radiation therapy

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Abstract

본 발명은 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 방사선 치료 계획 수립 장치는, 치료하고자 하는 부위의 해부학적 정보를 획득하고, 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 치료 계획 수립부; 및 촬영 장치를 통해 상기 부위에 대한 진단 영상을 획득하고, 상기 진단 영상과 상기 기 촬영된 의료 영상을 비교하여 상기 방사선 조사 계획을 수정하는 치료 계획 수정부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 체내에서 발생되는 방사선을 측정할 수 있는 섬광체 기반의 감마카메라를 활용하여 영상화가 가능하며, 정량적 수치 평가 분석을 통해 최적화된 세기 조절 방사선 치료가 가능하다.

Description

세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법
본 발명은 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 세기 조절 방사선 치료(IMRT)를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명을 위한 연구는, 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 연세대학교 주관으로 수행된 연구과제인 "고-분해능 방사선치료선량 평가를 위한 방사선 고강도 반도체 센서 개발 및 이용(개인 기초 연구)"과 관련된다.
최근에는 방사선의 세기를 종양의 모양과 크기 및 위치에 적합하도록 변조시켜, 최적의 에너지로 처방된 방사선을 조사함으로써 정상조직에서의 방사선에 의한 부작용을 감소시키고 치료성적을 극대화 할 수 있는 세기 조절 방사선치료(Intensity Modulated Radiation Therapy, 이하, IMRT)방법이 각광받고 있다. 상기 IMRT 방법은 3차원 입체조형 방사선치료보다 한 단계 발전된, 현재까지 개발된 방사선 치료방법 중 가장 발전된 치료방법이다.
기존 치료과정에서는 세기 조절 방사선 치료(IMRT) 시 환자의 정확한 위치잡이를 위해 매일 시행되는 MVCT와 CBCT 등을 이용하여 환자의 뼈(Bone)의 위치를 기준으로 환자의 위치를 확인하고 치료를 진행하며, 이 경우 종양의 위치 및 크기 상태의 변화는 고려하지 않고 치료를 진행하게 된다.
이에 따라, 최초 방사선 치료 이후 영상화 및 분석을 통해 차기 방사선 치료계획에 활용되어 최적화를 수행하는 체계가 필요하다.
본 발명은 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법으로 체내에서 발생되는 방사선을 측정할 수 있는 섬광체 기반의 감마카메라를 활용하여 영상화가 가능하며, 정량적 수치 평가 분석을 통한 최적화 세기 조절 방사선 치료방법을 적용하는 데 그 목적이 있다.
또한, 방사선 치료 최적화를 통해 환자에게 최소의 선량이 가해지도록 하고, 치료 횟수를 감소시키는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치는, 기 촬영된 의료 영상으로부터 피검자의 치료하고자 하는 부위의 해부학적 정보를 획득하고, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 치료 계획 수립부 및 별도의 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하여, 상기 진단 영상과 상기 기 촬영된 의료 영상을 비교하여 상기 방사선 조사 계획을 수정하는 치료 계획 수정부를 포함한다.
여기서, 상기 해부학적 정보는, 상기 피검자의 체형 윤곽과 내부 장기와 치료하고자 하는 종양의 위치 정보이다.
여기서, 상기 방사선 조사 계획은, 상기 피검자의 치료하고자 하는 부위에서 방사선을 조사하고자 하는 영역의 위치와 크기, 방사선의 조사 각도 및 방사선의 세기를 결정한다.
여기서, 상기 치료 계획 수립부는, 상기 기 촬영된 의료 영상에서 적어도 하나의 종양이 위치하는 영역을 선택하고, 선택한 상기 종양이 위치하는 영역을 이미지 마스킹하여 종양 별로 방사선을 조사하기 위한 제1 타겟 종양 모델을 생성한다.
여기서, 상기 치료 계획 수정부는, 상기 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하는 진단 영상 획득부, 상기 진단 영상에서 상기 방사선 조사 계획에 따른 방사선 조사 각도 별로 종양이 위치하는 영역만을 선택하여 치료 후 종양의 변경 상태를 확인하기 위한 비교 종양 모델을 생성하는 비교 종양 모델 생성부 및 상기 제1 타겟 종양 모델과 상기 비교 종양 모델의 위치와 크기를 비교하여 상기 비교 종양 모델을 기준으로 상기 제1 타겟 종양 모델을 구성하는 컨투어를 수정하여 제2 타켓 종양 모델을 생성하는 컨투어 드로잉부를 포함한다.
여기서, 상기 촬영 장치는, 감마선을 이용한 촬영 장치이다.
여기서, 상기 비교 종양 모델 생성부는, 상기 진단 영상에서 상기 촬영 장치의 표준화 섭취 계수(SUV)를 지표로 하여 종양이 위치하는 영역임을 판단하고, 상기 영역을 선택하여 상기 비교 종양 모델을 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법은, 치료 계획 수립부가 기 촬영된 의료 영상으로부터 피검자의 치료하고자 하는 부위의 해부학적 정보를 획득하고, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 단계 및 치료 계획 수정부가 별도의 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하여, 상기 진단 영상과 상기 기 촬영된 의료 영상을 비교하여 상기 방사선 조사 계획을 수정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 단계는, 상기 기 촬영된 의료 영상에서 적어도 하나의 종양이 위치하는 영역을 선택하고, 선택한 상기 종양이 위치하는 영역을 이미지 마스킹하여 종양 별로 방사선을 조사하기 위한 제1 타겟 종양 모델을 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 단계는, 생성된 상기 제1 타겟 종양 모델을 기반으로, 상기 제1 타겟 종양 모델이 위치하는 영역을 방사선을 조사하고자 하는 영역으로 정하고, 상기 영역에 방사선이 도달하도록 방사선의 조사 각도를 조절하며, 제1 타겟 종양 모델과 근접한 장기 영역의 방사선의 세기를 구별한다.
여기서, 상기 방사선 조사 계획을 수정하는 단계는, 진단 영상 획득부가 상기 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하는 단계, 비교 종양 모델 생성부가 상기 진단 영상에서 상기 방사선 조사 계획에 따른 방사선 조사 각도 별로 종양이 위치하는 영역만을 선택하여 치료 후 종양의 변경 상태를 확인하기 위한 비교 종양 모델을 생성하는 단계 및 컨투어 드로잉부가 상기 제1 타겟 종양 모델과 상기 비교 종양 모델의 위치와 크기를 비교하여 상기 비교 종양 모델을 기준으로 상기 제1 타겟 종양 모델을 구성하는 컨투어를 수정하여 제2 타켓 종양 모델을 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 촬영 장치는, 감마선을 이용한 촬영 장치이다.
여기서, 상기 비교 종양 모델을 생성하는 단계는, 상기 진단 영상에서 상기 촬영 장치의 표준화 섭취 계수(SUV)를 지표로 하여 종양이 위치하는 영역임을 판단하고, 상기 영역을 선택하여 상기 비교 종양 모델을 생성한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 체내에서 발생되는 방사선을 측정할 수 있는 섬광체 기반의 감마카메라를 활용하여 영상화가 가능하며, 정량적 수치 평가 분석을 통한 최적화 세기 조절 방사선 치료방법을 적용할 수 있다.
또한, 방사선 치료 최적화를 통해 환자에게 최소의 선량이 가해지도록 하고, 치료 횟수를 감소시킬 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 종양 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명에 관련된 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명은 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치(10)는 치료 계획 수립부(100), 치료 계획 수정부(200)를 포함한다.
세기 조절 방사선 치료 장치(20)는 방사선 방출부(21), 본체(22), 회전갠트리(23)를 포함하며, 연직 하부에 팬텀 또는 피검자가 위치하게 되며 치료를 위한 방사선(24)이 조사된다. 또한, 촬영 장치(30)를 더 포함하며, 촬영 장치 각각(31, 32)은 팬텀 또는 피검자가 위치하는 침대의 주변에 적어도 하나 위치하여, 방사선 조사 계획에 따른 치료 계획 검증 이후 진단 영상을 획득한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치(10)는 세기 조절 방사선 치료 최적화를 위해 선량 모니터링을 수행하여 치료 계획을 수립하고 평가 시에 적용 가능한 장치이다.
IMRT 치료기법은 1회가 아닌 다수 분할에 걸쳐 치료가 수행이 된다. 기존의 IMRT 치료 시에는 최초 종양 상태를 기반으로 방사선 치료가 수행이 되나, 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치는 매회 치료 종료 이후 감마카메라를 활용하여 종양상태 및 주변 정상조직에 대하여 컨투어(contour)를 새롭게 수행할 수 있다. 이후, 방사선 치료계획을 새로 수립하게 된다. 이를 통해서 얻을 수 있는 장점은 종양의 상태가 빠르게 호전되거나 호전되지 않을 경우에 따라서 치료계획 수정이 가능하다.
IMRT는 방사선치료 표적에는 그 모양에 맞게 균일하면서도 정밀한 방사선조사를 하면서 동시에 정상조직의 방사선 손상위험을 줄일 수 있다. IMRT는 특히 종양 표적 모양이 복잡하고 방사선 손상 위험이 큰 정상 장기가 표적에 인접하여 둘러싸는 경우에도 비교적 안 전하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치는 감마 카메라를 통한 표준화 섭취계수(standardized uptake values, SUV)를 평가지표로 활용하여 방사선 치료 정도를 매 치료 시 평가하게 된다.
기존 치료과정에서는 환자의 MVCT/CBCT 등을 이용하여 환자의 뼈(Bone) 기준으로 환자의 위치를 확인하고 치료를 진행하며, 이 경우 종양의 상태 (위치 및 크기)의 변화는 고려하지 않고 치료를 진행하게 된다. 반면, 감마 카메라를 이용할 경우, 환자의 뼈(Bone) 기준으로 위치확인을 할 뿐만 아니라 종양의 상태 (위치 및 크기)를 고려하여 치료를 진행함으로 기존 치료보다 더욱 정확하고 안전한 방사선 치료가 가능해진다.
보다 구체적으로는 선량 모니터링이 가능한 장치 중 감마카메라를 이용하여 종양의 상태와 진단을 수행하고, 이를 기반으로 세기 조절 방사선 치료의 치료 계획을 수 차례 수정하여 방사선 치료의 최적화가 이루어지도록 한다.
현재 방사선치료 시 해결해야 할 큰 문제 중 하나는 1회가 아닌 몇 회에 나누어 방사선 치료를 하게 되는 경우 종양의 위치와 크기가 치료계획 시와 달라지는 점이다. 또한, 전통적인 방사선 치료뿐 아니라, 세기 조절 방사선 치료는 기존 3차원 입체 조형 방사선 치료보다 개별 방사선 조사면에서 종양과 주요 정상조직의 위치를 고려하여 조사면을 수 개에서 수십여 개로 세분화하고, 각 세 분화된 영역마다 방사선량을 조절함으로 정상조직의 선량을 최소화하고, 종양에 충분한 선량을 주는 것이 가능하다.
특히 소분할조사법을 사용하는 세기 조절 방사선 치료의 경우, 매 치료시 마다 정확한 선량 모니터링 방안이 요구된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치(10)는 종양 상태에 따라 치료계획 변경을 수행하여 최적화된 세기 조절 방사선 치료를 가능하게 하여 정상조직의 피폭선량을 최소화함으로써 방사선 치료가 정확하도록 할 수 있다.
치료 계획 수립부(100)는 기 촬영된 의료 영상으로부터 피검자의 치료하고자 하는 부위의 해부학적 정보를 획득하고, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립한다.
치료 계획 수립부(100)는 의료 영상 획득부(110), 타겟 종양 모델 생성부(120), 방사선 조사 계획 수립부(130)를 포함한다.
구체적으로, 의료 영상 획득부(110)는 기 촬영된 의료 영상 데이터를 획득한다.
타겟 종양 모델 생성부(120)는 획득한 기 촬영된 의료 영상에서 적어도 하나의 종양이 위치하는 영역을 선택하고, 선택한 상기 종양이 위치하는 영역을 이미지 마스킹하여 종양 별로 방사선을 조사하기 위한 제1 타겟 종양 모델을 생성한다.
방사선 조사 계획 수립부(130)는 제1 타겟 종양 모델을 기반으로, 상기 제1 타겟 종양 모델이 위치하는 영역을 방사선을 조사하고자 하는 영역으로 정하고, 상기 영역에 방사선이 도달하도록 방사선의 조사 각도를 조절하며, 제1 타겟 종양 모델과 근접한 장기 영역의 방사선의 세기를 구별한다.
여기서, 해부학적 정보는, 상기 피검자의 체형 윤곽과 내부 장기와 치료하고자 하는 종양의 위치 정보이다.
여기서, 방사선 조사 계획은, 상기 피검자의 치료하고자 하는 부위에서 방사선을 조사하고자 하는 영역의 위치와 크기, 방사선의 조사 각도 및 방사선의 세기를 결정하는 것이다.
방사선 조사 계획 수립부(130)에서 방사선 조사 계획이 수립되면, 방사선 방출부(21)는 수립된 계획에 따라 방사선을 조사한다.
치료 계획 수정부(200)는 수립된 상기 방사선 조사 계획에 따른 치료 계획 검증 이후, 실시간으로 촬영 장치에서 생성된 진단 영상을 획득하여, 상기 진단 영상과 상기 기 촬영된 의료 영상을 비교하여 상기 방사선 조사 계획을 수정한다.
현재 기존의 방사선 치료계획에서 세기 조절 방사선 치료 시에 매 치료 당시의 환자의 종양상태를 고려하지 않고 있지만 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치(10)는 환자의 종양상태를 고려하여 치료 계획을 수정하여 최적화 방법으로 방사선 치료를 수행할 수 있다.
치료 계획 수정부(200)는 진단 영상 획득부(210), 비교 종양 모델 생성부(220), 컨투어 드로잉부(230)를 포함한다.
진단 영상 획득부(210)는 상기 촬영 장치(30)에 따른 진단 영상을 획득한다.여기에서 촬영 장치는, 세기 조정 방사선 치료 장치와는 별도로 마련될 수도 있고, 방사선 치료 장치에 탈 부착가능하도록 마련될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 촬영 장치는 감마카메라인 것이 바람직하며, 세기 조절 방사선 치료 방법을 위해 사용되는 방사선 치료기기에 회전 가능한 감마카메라를 부착한 형태로 구현될 수 있다. 감마카메라를 통해 표준화 섭취 계수(SUV)를 측정할 수 있다. 본 방법 적용을 위해서는 체내에 방사선 동위원소를 정맥주사하여 나오는 방사선을 측정할 수 있으며, 별도의 팬텀으로 환자와 같은 조건에서 치료 계획을 검증하는 것도 가능하다. 표준섭취계수는 종양의 진단에 사용이 되는 지표이다.
비교 종양 모델 생성부(220)는 상기 진단 영상에서 상기 방사선 조사 계획에 따른 방사선 조사 각도 별로 종양이 위치하는 영역만을 선택하여 치료 후 종양의 변경 상태를 확인하기 위한 비교 종양 모델을 생성한다.
구체적으로, 비교 종양 모델 생성부(220)는 상기 진단 영상에서 상기 촬영 장치의 표준화 섭취 계수(SUV)를 지표로 하여 종양이 위치하는 영역임을 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 표준화 섭취 계수가 2.0 내지 2.5 또는 최대값의 40%이상을 종양부위로 정의할 수 있다.
특히, 표준화 섭취 계수(SUV)를 평가지표로 활용하여 방사선 치료 정도를 매 부분(fraction)마다 평가하여 최적화 세기 조절 방사선 치료방법 적용한다.
양전자 단층 촬영기기(Positron Emission Tomography, PET)를 활용한 영상에서 가장 널리 사용되는 정량적 평가 지표인 표준화 섭취계수(standardized uptake values, SUV)는 종양 치료 상태 및 암 진단 여부에 가장 주요한 요소로 쓰이게 된다. 이는 단일광자 방출 전산화 단층촬영기기(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)를 활용하여 적용 가능하다.
컨투어 드로잉부(230)는 상기 제1 타겟 종양 모델과 상기 비교 종양 모델의 위치와 크기를 비교하여 상기 비교 종양 모델을 기준으로 상기 제1 타겟 종양 모델을 구성하는 컨투어를 수정하여 제2 타켓 종양 모델을 생성한다.
컨투어 드로잉부(230)는 컨투어 드로잉(contour drawing, 윤곽선 그리기)을 수행하는 것과 같은 수동방식 또는 명령어 입력에 의하여 윤곽을 생성하는 등의 자동방식으로 윤곽선을 생성한 후, 상기 생성된 윤곽 외부의 부분을 삭제 또는 초기화하여 선택부분과 그 외의 부분과의 구분을 명확히 표현하는 것을 의미한다.
이후, 다시 방사선 조사 계획 수립부(130)는 제2 타겟 종양 모델을 입력 받아, 제2 타겟 종양 모델을 기반으로, 상기 제2 타겟 종양 모델이 위치하는 영역을 방사선을 조사하고자 하는 영역으로 정하고, 상기 영역에 방사선이 도달하도록 방사선의 조사 각도를 조절하며, 제2 타겟 종양 모델과 근접한 장기 영역의 방사선의 세기를 구별한다.
즉, 최초 방사선 치료 이후 영상화 및 분석을 통해 차기 방사선 치료계획에 활용되어 최적화를 수행하며, 본 발명을 통해서 환자의 종양에 적절한 방사선량이 조사되고 있는 유무에 대하여 평가가 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
세기 조절 방사선 치료 장치(20)는 방사선 방출부(21), 본체(22), 회전갠트리(23)를 포함하며, 연직 하부에 팬텀 또는 피검자가 위치하게 되며 치료를 위한 방사선(24)이 조사된다. 또한, 촬영 장치(30)를 더 포함하며, 촬영 장치 각각(31, 32)은 팬텀 또는 피검자가 위치하는 침대의 주변에 적어도 하나 위치하여, 방사선 조사 계획에 따른 치료 계획 검증 이후 진단 영상을 획득한다.
여기서, 촬영 장치는, 감마선을 이용한 촬영 장치인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료 장치의 구조는 방사선 치료 장치의 빔 입사각과 90도 270도 180도 등에 감마 카메라를 설치하여 치료기기와 함께 회전하여 각도 별 영상획득이 가능하도록 한다. 감마 카메라를 개수는 1개 이상인 것이 바람직하며, 개수가 늘어날 경우 영상획득 시간 감소의 장점을 띄고 있다. 입사각과는 90도 270도 180도로 할 경우에 치료 계획 시 적용이 용이하나, 이를 한정하지는 않는다. 또한, 감마 카메라의 개수 또한 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 카메라를 서로 수직으로 배치하는 것이 바람직하며, 배치 구조는 당업자의 실시 계획에 의해 변경될 수 있다.
감마 카메라(Gamma Camera)는 인체의 질병의 발생 유무를 검사하기 위해서 장기에 특별히 잘 찾아가는 방사성 의약품을 투여한 후 그 곳에서 나오는 방사능(감마선)을 포착하여 영상을 얻는 의료장치이다. 감마카메라로 촬영한 인체의 각 장기들을 촬영하게 되는데 장기를 중심으로 회전하면서 연속촬영을 통해 획득한 단층영상들을 재구성하여 위치정보와 3차원 영상을 얻어 정확한 진단을 할 수 있다.
또한, 감마선의 방향을 조준하는 조준기(collimator)를 더 포함할 수 있다. 환자에서 나오는 감마선은 모든 방향으로 복사되어 나오는데 이를 특정 방향으로 나오는 것만 걸러 주어야 영상을 만들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 감마카메라로 촬영한 영상에서 종양을 확인하는데 그치지 않고, 비교 종양 모델을 생성하여 이를 타겟 종양 모델과 비교하여 방사선 치료 계획을 수정하는데 사용하게 된다.
분할 치료 사이에 종양상태에 따른 치료계획 변경이 가능할 경우에 가질 수 있는 장점은 정확한 환자 맞춤형 치료, 치료의 정확도 향상, 치료 횟수 감소, 비용 감소 등이 있다. 예를 들어, 종양 상태가 악화될 경우, 치료의 세기를 강화하거나 횟수를 늘림을 통해서 종양 및 주변 정상 조직의 선량 분포도에 따른 환자 맞춤형 치료가 가능하며, 이에 따라 치료의 정확도가 향상된다.
또한, IMRT 각도별 종양 상태 반영한 치료계획 수정에 있어서 감마 카메라를 활용한 표준화 섭취계수(SUV) 활용이 가능하다. 이는 대표적인 정량적 지표로 예를 들어, 종양에서 나타나는 SUV의 값은 2.0 내지 2.5 또는 최대값의 40%정도로 종양을 정의할 수 있으며, 이를 활용하여 자동으로 지정 가능하다. 이를 통해 정량적으로 어느 정도 치료가 수행될 수 있는 지 평가 가능하다. 따라서, 목표로 하는 타겟를 수정할 수 있다,
또한, 감마 카메라를 통해서 종양의 상태가 빠르게 호전될 경우, 또는 방사선의 세기를 강화할 경우에도 주변 정상조직의 변화가 보이지 않을 경우 횟수 감소를 통해서 비용 감소라는 경제적 효과를 도출해 낼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치는 X-선뿐만 아니라 입자선 치료에도 적용이 가능하다. 특히, 생체 내 조직반응에 대한 정확한 측정방법이 필요한 입자선 치료에서 방사선과 종양 및 정상조직간의 상태를 확인 할 수 있으므로 적용이 가능해진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 종양 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 의료 영상을 기반으로 생성되는 제1 타겟 종양 모델을 도시한 것이고, 도 4는 감마 카메라를 통해 획득한 진단 영상을 기반으로 생성되는 비교 종양 모델을 기반으로 컨투어가 수정된 제2 타겟 종양 모델을 도시한 것이다.
타겟 종양 모델 생성부(120)는 획득한 기 촬영된 의료 영상에서 적어도 하나의 종양이 위치하는 영역을 선택하고, 선택한 상기 종양이 위치하는 영역을 이미지 마스킹하여 종양 별로 방사선을 조사하기 위한 제1 타겟 종양 모델을 생성한다.
도 3에 나타난 바와 같이, 제1 타겟 종양 모델(M1)은 일반 세포(C1)와 종양 세포(C2)로 구분하여 나타난다.
방사선 조사 계획 수립부(130)는 제1 타겟 종양 모델을 기반으로, 상기 제1 타겟 종양 모델이 위치하는 영역을 방사선을 조사하고자 하는 영역으로 정하고, 상기 영역에 방사선이 도달하도록 방사선의 조사 각도를 조절하며, 제1 타겟 종양 모델과 근접한 장기 영역의 방사선의 세기를 구별한다.
구체적으로, 제1 타겟 종양 모델(M1)이 위치하는 지점을 교차하도록 제1 축(L1)과 제2 축(L2)을 지정하고, 지정된 제1 축(L1)과 제2 축(L2)을 중심으로 방사선의 조사 영역(S1, S2)을 지정한다.
방사선의 조사 영역(S1, S2)에서 종양 세포가 위치하는 영역(S3)만을 구별하면, 종양 세포가 위치하는 영역(S3)과 그 외의 영역을 구별하여 방사선의 세기를 다르게 조사할 수 있다.
비교 종양 모델 생성부(220)는 상기 진단 영상에서 상기 방사선 조사 계획에 따른 방사선 조사 각도 별로 종양이 위치하는 영역만을 선택하여 치료 후 종양의 변경 상태를 확인하기 위한 비교 종양 모델을 생성한다.
구체적으로, 비교 종양 모델 생성부(220)는 상기 진단 영상에서 상기 촬영 장치의 표준화 섭취 계수(SUV)를 지표로 하여 종양이 위치하는 영역임을 판단한다. 예를 들어, 상기 표준화 섭취 계수가 2.0 내지 2.5 또는 최대값의 40%이상을 종양부위로 정의할 수 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 진단 영상 데이터(D1)의 환자의 신체 부분(S4)에서 표준화 섭취 계수를 통해 종양이 위치하는 영역을 판단하여 비교 종양 모델을 생성할 수 있다. 비교 종양 모델에서는 일반 세포(C1)의 크기는 변함 없지만 종양 세포(C2)의 크기가 작아진 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 방사선 조사 영역과 세기를 수정하기 위해 컨투어 드로잉부(230)는 상기 제1 타겟 종양 모델과 상기 비교 종양 모델의 위치와 크기를 비교하여 상기 비교 종양 모델을 기준으로 상기 제1 타겟 종양 모델을 구성하는 컨투어를 수정하여 제2 타켓 종양 모델(M2)을 생성한다.
방사선 조사 계획 수립부(130)는 생성된 제2 타켓 종양 모델(M2)을 기반으로, 상기 제2 타겟 종양 모델이 위치하는 영역을 방사선을 조사하고자 하는 영역으로 정한다.
이에 따라, 제2 타켓 종양 모델(M2)이 위치하는 지점을 교차하도록 제1 축(L1)이 제3 축(L3)으로 이동하고, 제2 축(L2)이 제4 축(L4)으로 이동한다.
방사선의 조사 영역(S1, S2)은 그대로이나, 종양 세포가 위치하는 영역(S5)이 작아지므로, 방사선을 조사하는 영역을 작게 축소할 수 있고, 종양 세포가 위치하는 영역(S5)과 그 외의 영역을 구별하여 방사선의 세기를 다르게 조사할 수 있다.
방사선 조사 영역과 세기를 수정하는 방법과 관련한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 제1 타겟 종양 모델과 비교 종양 모델 간의 차 영상을 이용한 컨투어 드로잉을 구현하는 것도 가능하다. 먼저, 컨투어 드로잉부(230)는 제1 타겟 종양 모델과 비교 종양 모델로 부터 특징점을 추출하고, 특징점을 중심으로 양 모델의 스캐일을 조정한 후, 스캐일이 조정된 양 모델의 차 영상을 생성할 수 있다. 여기에서 특징점은, 해당 종양의 형태, 모양을 잘 나타내는 지점으로서, 에지 라인 내지는 모서리는 특징점이 될 수 있다.
생성된 차 영상에는 종양 세포의 축소로 인한 영역 뿐만 아니라, 노이즈 영역까지 더 포함될 수 있다. 컨투어 드로잉부는, 차 영상에서 노이즈 영역을 필터링하고, 필터링된 차 영상을 획득할 수 있다. 노이즈 영역의 제거는, 미리 학습된 인공 신경망을 통해서 가능하다. 특히, 컨볼루션 뉴럴 네트워크를 이용한다면, 트래이닝 데이터를 근거로하는 반복 학습을 통해 방사선 영상에 존재하는 노이즈의 특성을 파악하고, 이를 제거하는 것이 유용하다. 이러한 인공 신경망은 방사선 치료 계획 수립 장치의 메인 프로세서 내지는 인공 신경망 구동을 위해 마련된 별도의 프로세서를 통해서 구현 가능하며, 차 영상으로 부터 커먼 노이즈를 제거하는데 효과적일 수 있다. 이를 통해, 컨투어 드로잉부(230)는 차 영상을 근거로, 종양의 컨투어를 수정하고, 이에 따른 치료 계획의 세밀한 수정이 가능하다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법은 감마 카메라를 통한 표준화 섭취계수(standardized uptake values, SUV)를 평가지표로 활용하여 방사선 치료 정도를 매 치료 시 평가하게 된다.
기존 치료과정에서는 환자의 MVCT/CBCT 등을 이용하여 환자의 뼈(Bone) 기준으로 환자의 위치를 확인하고 치료를 진행하며, 이 경우 종양의 상태 (위치 및 크기)의 변화는 고려하지 않고 치료를 진행하게 된다. 반면, 감마 카메라를 이용할 경우, 환자의 뼈(Bone) 기준으로 위치확인을 할 뿐만 아니라 종양의 상태 (위치 및 크기)를 고려하여 치료를 진행함으로 기존 치료보다 더욱 정확하고 안전한 방사선 치료가 가능해진다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법은 환자의 방사선 치료 계획을 위한 3D 영상을 촬영하는 단계(S100)에서 시작한다.
단계 S200에서, 치료 계획 수립부가 기 촬영된 의료 영상으로부터 피검자의 치료하고자 하는 부위의 해부학적 정보를 획득하고, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립한다.
단계 S300에서, 방사선 치료 계획을 검증한다.
여기서, 방사선 치료 계획 검증은 환자의 체내에 방사선 동위원소를 정맥주사하여 나오는 방사선을 측정할 수 있으며, 별도의 팬텀으로 환자와 같은 조건에서 치료 계획을 검증하는 것도 가능하다.
단계 S400에서, 종양의 상태가 치료 계획과 동일한지 여부를 판단하고, 계획과 동일하지 않은 경우, 단계 S500에서, 방사선 조사 계획을 수정한다.
단계 S500에서, 치료 계획 수정부가 수립된 상기 방사선 조사 계획에 따른 치료 계획 검증 이후, 실시간으로 별도의 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하여, 상기 진단 영상과 상기 기 촬영된 의료 영상을 비교하여 상기 방사선 조사 계획을 수정한다.
단계 S600에서, 종양의 상태가 치료 계획과 동일한 경우, 해당 방사선 조사 계획에 따라 방사선 치료를 수행한다.
도 6를 참조하면, 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 단계(S200)는 구체적으로, 단계 S210에서, 촬영된 의료 영상 데이터를 획득하고, 단계 S220에서 기 촬영된 의료 영상에서 적어도 하나의 종양이 위치하는 영역을 선택하고, 선택한 상기 종양이 위치하는 영역을 이미지 마스킹하여 종양 별로 방사선을 조사하기 위한 제1 타겟 종양 모델을 생성한다.
단계 S230에서 생성된 상기 제1 타겟 종양 모델을 기반으로, 상기 제1 타겟 종양 모델이 위치하는 영역을 방사선을 조사하고자 하는 영역으로 정하고, 상기 영역에 방사선이 도달하도록 방사선의 조사 각도를 조절하며, 제1 타겟 종양 모델과 근접한 장기 영역의 방사선의 세기를 구별한다.
도 7을 참조하면, 방사선 조사 계획을 수정하는 단계(S500)는, 구체적으로, 단계 S510에서 진단 영상 획득부가 상기 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하고, 단계 S520에서 비교 종양 모델 생성부가 상기 진단 영상에서 상기 방사선 조사 계획에 따른 방사선 조사 각도 별로 종양이 위치하는 영역만을 선택하여 치료 후 종양의 변경 상태를 확인하기 위한 비교 종양 모델을 생성한다.
IMRT 치료기법은 1회가 아닌 다수 분할에 걸쳐 치료가 수행이 된다. 기존의 IMRT 치료 시에는 최초 종양 상태를 기반으로 방사선 치료가 수행이 되나, 본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법은 매회 치료 종료 이후 감마카메라를 활용하여 종양상태 및 주변 정상조직에 대하여 컨투어(contour)를 새롭게 수행할 수 있다. 이후, 방사선 치료계획을 새로 수립하게 된다. 이를 통해서 얻을 수 있는 장점은 종양의 상태가 빠르게 호전되거나 호전되지 않을 경우에 따라서 치료계획 수정이 가능하다.
여기서, 촬영 장치는, 감마선을 이용한 촬영 장치인 것이 바람직하며, 비교 종양 모델을 생성하는 단계(S520)는, 상기 진단 영상에서 상기 촬영 장치의 표준화 섭취 계수(SUV)를 지표로 하여 종양이 위치하는 영역임을 판단한다. 예를 들어, 상기 표준화 섭취 계수가 2.0 내지 2.5 또는 최대값의 40%이상을 종양부위로 정의할 수 있다.
단계 S530에서 컨투어 드로잉부가 상기 제1 타겟 종양 모델과 상기 비교 종양 모델의 위치와 크기를 비교하여 상기 비교 종양 모델을 기준으로 상기 제1 타겟 종양 모델을 구성하는 컨투어를 수정하여 제2 타켓 종양 모델을 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치 및 방법을 통해 체내에서 발생되는 방사선을 측정할 수 있는 섬광체 기반의 감마카메라를 활용하여 영상화가 가능하며, 정량적 수치 평가 분석을 통한 최적화 세기 조절 방사선 치료방법 적용이 가능하다.
또한, 방사선 치료 최적화를 통해 환자에게 최소의 선량이 가해질 수 있으며, 경우에 따라서 치료 횟수가 감소되어 비용절감이 가능할 수 있다.
또한, 감마카메라 영상화를 통해 치료 중 적절한 평가가 이루어지는가를 평가할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 세기 조절 방사선 치료(IMRT)를 위한 방사선 치료 장치에 적용되는 기술로서, 특히 방사선 치료 과정에서 계속적으로 획득되는 영상을 분석하고, 분석된 영상에 따라 방사선 치료 계획을 수립하고, 변경하기 위해 사용되는 기술이다.

Claims (13)

  1. 기 촬영된 의료 영상으로부터 피검자의 치료하고자 하는 부위의 해부학적 정보를 획득하고, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 치료 계획 수립부; 및
    촬영 장치를 통해 상기 부위에 대한 진단 영상을 획득하고, 상기 진단 영상과 상기 기 촬영된 의료 영상을 비교하여 상기 방사선 조사 계획을 수정하는 치료 계획 수정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해부학적 정보는,
    상기 피검자의 체형 윤곽과 내부 장기와 치료하고자 하는 종양의 위치 정보인 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 조사 계획은,
    상기 피검자의 치료하고자 하는 부위에서 방사선을 조사하고자 하는 영역의 위치와 크기, 방사선의 조사 각도 및 방사선의 세기를 결정하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 치료 계획 수립부는,
    상기 기 촬영된 의료 영상에서 적어도 하나의 종양이 위치하는 영역을 선택하고, 선택한 상기 종양이 위치하는 영역을 이미지 마스킹하여 종양 별로 방사선을 조사하기 위한 제1 타겟 종양 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 치료 계획 수정부는,
    상기 피검자의 치료하고자 하는 부위에 대한 진단 영상을 획득하는 진단 영상 획득부;
    상기 진단 영상에서 상기 방사선 조사 계획에 따른 방사선 조사 각도 별로 종양이 위치하는 영역만을 선택하여 치료 후 종양의 변경 상태를 확인하기 위한 비교 종양 모델을 생성하는 비교 종양 모델 생성부; 및
    상기 제1 타겟 종양 모델과 상기 비교 종양 모델의 위치와 크기를 비교하여 상기 비교 종양 모델을 기준으로 상기 제1 타겟 종양 모델을 구성하는 컨투어를 수정하여 제2 타켓 종양 모델을 생성하는 컨투어 드로잉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촬영 장치는, 감마선을 이용한 촬영 장치인 것을 특징으로 하는, 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비교 종양 모델 생성부는,
    상기 진단 영상에서 상기 촬영 장치의 표준화 섭취 계수(SUV)를 지표로 하여 종양이 위치하는 영역임을 판단하고, 상기 영역을 선택하여 상기 비교 종양 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 장치.
  8. 치료 계획 수립부가 기 촬영된 의료 영상으로부터 피검자의 치료하고자 하는 부위의 해부학적 정보를 획득하고, 상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 단계; 및
    치료 계획 수정부가 별도의 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하여, 상기 진단 영상과 상기 기 촬영된 의료 영상을 비교하여 상기 방사선 조사 계획을 수정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 단계는,
    상기 기 촬영된 의료 영상에서 적어도 하나의 종양이 위치하는 영역을 선택하고, 선택한 상기 종양이 위치하는 영역을 이미지 마스킹하여 종양 별로 방사선을 조사하기 위한 제1 타겟 종양 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 해부학적 정보를 바탕으로 방사선 조사 계획을 수립하는 단계는,
    생성된 상기 제1 타겟 종양 모델을 기반으로, 상기 제1 타겟 종양 모델이 위치하는 영역을 방사선을 조사하고자 하는 영역으로 정하고, 상기 영역에 방사선이 도달하도록 방사선의 조사 각도를 조절하며, 제1 타겟 종양 모델과 근접한 장기 영역의 방사선의 세기를 구별하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 방사선 조사 계획을 수정하는 단계는,
    진단 영상 획득부가 상기 촬영 장치에 따른 진단 영상을 획득하는 단계;
    비교 종양 모델 생성부가 상기 진단 영상에서 상기 방사선 조사 계획에 따른 방사선 조사 각도 별로 종양이 위치하는 영역만을 선택하여 치료 후 종양의 변경 상태를 확인하기 위한 비교 종양 모델을 생성하는 단계; 및
    컨투어 드로잉부가 상기 제1 타겟 종양 모델과 상기 비교 종양 모델의 위치와 크기를 비교하여 상기 비교 종양 모델을 기준으로 상기 제1 타겟 종양 모델을 구성하는 컨투어를 수정하여 제2 타켓 종양 모델을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 촬영 장치는, 감마선을 이용한 촬영 장치인 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 비교 종양 모델을 생성하는 단계는,
    상기 진단 영상에서 상기 촬영 장치의 표준화 섭취 계수(SUV)를 지표로 하여 종양이 위치하는 영역임을 판단하고, 상기 영역을 선택하여 상기 비교 종양 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 세기 조절 방사선 치료를 위한 방사선 치료 계획 수립 방법.
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