KR101670133B1 - Tumor tracking method and apparatus - Google Patents

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Abstract

종양 추적 방법 및 그 장치가 개시된다. 종양 추적 방법은 환자의 신체 일부분에 대한 X선 투사 영상을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 X선 투사 영상과 참조 투사 영상의 조인트 히스토그램 결과를 이용하여 종양 위치를 결정하는 단계를 포함한다.A tumor tracking method and apparatus are disclosed. The tumor tracking method includes: obtaining an X-ray projection image of a part of a body of a patient; And determining a tumor location using the joint histogram results of the obtained X-ray projection image and the reference projection image.

Description

종양 추적 방법 및 그 장치{Tumor tracking method and apparatus}[0001] TUMOR TRACKING METHOD AND APPARATUS [0002]

본 발명은 방사선 치료시 종양의 위치를 정확하게 효율적으로 찾을 수 있는 종양 추적 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a tumor tracking method and apparatus capable of accurately and efficiently locating a tumor during radiation therapy.

방사선 치료 시스템의 경우, 종양의 제거를 위해 시술중 종양의 위치를 파악하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 종양의 위치를 정의하고 판단하는 데는 의사의 소견이 필수적이다. 그러나, 방사선 치료 중 실시간으로 변경되는 종양의 위치를 매번 의사가 정의하고 판단하는 것은 현실적으로 불가능하다. 이로 인해, 일반적으로 사전에 획득한 컴퓨터 단층 촬영 영상을 이용하여 전문지식을 가진 의사가 종양의 위치를 지정하고, 이를 기준으로 시술중에 움직이는 종양의 위치를 추적하는 방식이 사용되고 있다.In the case of a radiation therapy system, it is very important to locate the tumor during the procedure to remove the tumor. In general, the physician's opinion is essential to define and judge the location of the tumor. However, it is practically impossible for a physician to define and judge the position of a tumor that changes in real time during radiation therapy. Therefore, in general, a physician having expert knowledge using a previously acquired CT image is used to designate the location of the tumor, and the position of the moving tumor during the procedure is tracked based on the position.

즉, 사전에 획득한 컴퓨터 단층 촬영 영상을 이용하여 의사가 지정한 종양의 위치를 기반으로 실제 방사선 치료 중 획득하는 영상에서 블록을 추출하고, 블록 단위로 움직이면서 유사도를 측정하여 유사도가 가장 높은 경우로 종양의 위치를 찾는 방법이 이용되고 있다.That is, the block is extracted from the image acquired during the actual radiotherapy based on the position of the tumor designated by the physician using the previously obtained CT image, and the degree of similarity is measured while moving in block units, A method for finding the position of the robot is used.

종래에는 유사도를 측정할 때, cross correlation coefficient, mutual information 등이 가장 널리 이용되었으나, 이들 종래의 방법은 종양 부위만 유사도를 측정할 수 없으며 종양 주위의 배경이 영향을 끼치게 되는 단점이 있다. 이로 인해, 결국 방사선 치료 시술 중 실제 종양의 위치와 추적된 종양 위치간에 상당한 오차를 가지게 되는 문제가 있다.Conventionally, the cross correlation coefficient, mutual information, and the like have been widely used when measuring the similarity. However, these conventional methods have a disadvantage in that the similarity can not be measured only by the tumor region and the background around the tumor is affected. As a result, there is a problem in that there is a significant error between the actual tumor location and the tracked tumor location during the radiation treatment.

본 발명은 방사선 치료시 종양의 위치를 정확하게 효율적으로 찾을 수 있는 종양 추적 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a tumor tracking method and apparatus capable of accurately and efficiently locating a tumor during radiotherapy.

또한, 본 발명은 사전에 획득한 영상에서 의시가 지정한 종양의 정보를 반영하여 배경의 영향을 줄이고, 종양 부위에 인접한 영역만을 가지고 유사도를 측정하는 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides a method and apparatus for reducing the influence of the background by reflecting the information of the tumor designated by the patient in the previously acquired image and measuring the degree of similarity only in the region adjacent to the tumor site.

이를 통해, 본 발명은 종양 부위에 인접한 영역에 대해서만 종양의 위치를 추적하여 방사선 시술 중 종양 위치를 더욱 정확하게 찾을 수 있는 종양 추적 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a tumor tracking method and apparatus capable of tracking the position of a tumor only in a region adjacent to a tumor site to more accurately locate the tumor during the radiation procedure.

본 발명의 일 측면에 따르면, 방사선 치료시 종양의 위치를 정확하게 효율적으로 찾을 수 있는 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for accurately and efficiently locating a tumor in a radiation treatment.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 환자의 신체 일부분에 대한 X선 투사 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 획득된 X선 투사 영상과 참조 투사 영상의 조인트 히스토그램(joint histogram) 결과를 이용하여 종양 위치를 결정하는 종양 추적부를 포함하는 종양 추적 장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an image processing apparatus comprising: an image obtaining unit obtaining an X-ray projection image of a body part of a patient; And a tumor tracking unit for determining a tumor location using a joint histogram result of the obtained X-ray projection image and the reference projection image.

상기 종양 추적부는, 상기 참조 투사 영상에서 추출된 종양 정보를 더 이용하여 상기 종양 위치를 결정할 수 있다.The tumor tracking unit may further determine the tumor location using the tumor information extracted from the reference projection image.

상기 종양 정보는 상기 참조 투사 영상에서 추출된 상기 종양에 대한 그레이값의 범위를 포함할 수 있다.The tumor information may include a range of gray values for the tumor extracted from the reference projection image.

상기 종양 추적부는, 상기 조인트 히스토그램 결과에서 상기 종양 정보로 제한하여 유사도가 가장 높은 블록을 상기 종양 위치로 결정할 수 있다.The tumor tracking unit may determine the tumor location as a block having the highest degree of similarity by limiting the tumor information to the tumor information in the joint histogram result.

상기 환자의 신체 일부분에 대해 촬영된 컴퓨터 단층 촬영 영상을 방사선 치료 시스템의 기하학적 정보를 이용하여 X선 투사 영상으로 변환하여 상기 참조 투사 영상으로 출력하는 변환부를 더 포함할 수 있다.And a conversion unit converting the computed tomography image of a part of the body of the patient into an X-ray projection image using the geometric information of the radiation therapy system and outputting the X-ray projection image as the reference projection image.

상기 참조 투사 영상에서 종양 위치를 지정받는 입력부를 더 포함할 수 있다.
And an input unit for specifying a tumor location in the reference projection image.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 방사선 치료시 종양의 위치를 정확하게 효율적으로 찾을 수 있는 방법이 제공된다According to another aspect of the present invention, there is provided a method of accurately and efficiently locating a tumor in radiotherapy

본 발명의 일 실시예에 따르면, 환자의 신체 일부분에 대한 X선 투사 영상을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 X선 투사 영상과 참조 투사 영상의 조인트 히스토그램 결과를 이용하여 종양 위치를 결정하는 단계를 포함하는 종양 추적 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of acquiring an X-ray projection image of a body part of a patient, And determining a tumor location using the joint histogram results of the obtained X-ray projection image and the reference projection image.

상기 종양 위치를 결정하는 단계는, 상기 조인트 히스토그램 결과 일치하는 위치를 상기 종양 위치로 할 수 있다.The step of determining the tumor location may position the tumor location to match the joint histogram results.

상기 종양 위치를 결정하는 단계는, 상기 조인트 히스토그램 결과에서 일치하는 위치를 결정시 범위를 종양 정보로 제한하여 상기 일치하는 위치를 결정할 수 있다.The step of determining the tumor location may determine the matching position by limiting the range when determining the coincident position in the joint histogram results to the tumor information.

본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 방사선 치료시 종양의 위치를 정확하게 효율적으로 찾을 수 있다.By providing a method and apparatus for tracking a tumor according to an embodiment of the present invention, the location of a tumor can be accurately and efficiently detected during radiation therapy.

또한, 본 발명은 사전에 획득한 종양 부분의 정보를 따로 이용하여 방사선 시술 중 종양 위치를 더욱 정확하게 찾을 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has an advantage in that the position of the tumor can be more precisely detected during the radiation procedure by separately using the information of the previously obtained tumor part.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트 히스토그램에서의 종양 정보로 범위를 제한하는 것을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 종래의 종양 추적 방법에 따른 결과를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 방법에 따른 결과를 나타낸 도면.1 is a block diagram showing a tumor tracking device according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram illustrating limiting the range to tumor information in a joint histogram according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a flowchart illustrating a tumor tracking method according to an embodiment of the present invention. FIG.
4 shows the results of a conventional tumor tracking method.
FIG. 5 illustrates results of a tumor tracking method according to an embodiment of the present invention. FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트 히스토그램에서의 종양 정보로 범위를 제한하는 것을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a tumor tracking apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a range limitation to tumor information in a joint histogram according to an embodiment of the present invention .

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 장치(100)는 입력부(110), 변환부(115), 추출부(120), 영상 획득부(125), 종양 추적부(130), 메모리(135) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다.1, a tumor tracking apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an input unit 110, a conversion unit 115, an extraction unit 120, an image acquisition unit 125, a tumor tracking unit 130 ), A memory 135, and a control unit 140.

입력부(110)는 사용자로부터 종양 위치를 지정받기 위한 수단이다.The input unit 110 is a means for receiving a tumor location from a user.

예를 들어, 방사선 시술 중 환자의 움직임이 발생하지 않을 때 촬영된 컴퓨터 단층 촬영 영상을 이용하여 전문가(의사)로부터 정확한 종양의 위치를 지정받을 수 있다. 이때, 종양 위치는 하나의 지점이 아니라 종양에 대한 범위일 수도 있다. For example, when a patient's motion does not occur during radiotherapy, a precise location of the tumor can be designated from a specialist (doctor) using the photographed tomographic image. At this time, the tumor location may be a range for a tumor, not a single point.

변환부(115)는 컴퓨터 단층 촬영 영상을 투사 영상으로 변환하는 기능을 수행한다.The conversion unit 115 converts the computed tomography image into a projected image.

컴퓨터 단층 촬영 영상은 환자가 움직이지 않을 때 촬영된 컴퓨터 단층 촬영 영상으로 방사선 치료 시스템에 컴퓨터 단층 촬영 영상을 바로 적용할 수는 없다. 따라서, 변환부(115)는 컴퓨터 단층 촬영 영상을 방사선 치료 시스템에 적용할 수 있도록 방사선 치료 시스템의 기하학적 정보를 바탕으로 투사 영상을 계산하여 변환할 수 있다. 여기서, 투사 영상은 X선 투사 영상일 수 있다. 방사선 치료 시스템의 기하학적 정보를 이용하여 컴퓨터 단층 촬영 영상을 X선 투사 영상으로 변환하는 방법은 당업자에게는 자명한 사항이므로 이에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다. 이와 같이, 변환된 X선 투사 영상을 이용하여 전문가(의사)로부터 종양 위치를 지정받을 수 있다.Computed tomography images can not be applied directly to a radiation therapy system with a computed tomography image when the patient is not moving. Accordingly, the transformation unit 115 can calculate and convert the projection image based on the geometric information of the radiation treatment system so that the computed tomography image can be applied to the radiation treatment system. Here, the projection image may be an X-ray projection image. A method of converting a computed tomography image into an X-ray projection image using geometric information of a radiation treatment system is obvious to those skilled in the art, and therefore, a detailed description thereof will be omitted. In this manner, the tumor location can be designated by a specialist (doctor) using the converted X-ray projection image.

이하, 본 명세서에서는 변환된 X선 투사 영상을 원본 투사 영상이라 칭하기로 한다. Hereinafter, the converted X-ray projection image will be referred to as an original projection image in the present specification.

추출부(120)는 변환된 X선 투사 영상(즉, 원본 투사 영상)에서 종양 정보를 추출하는 기능을 한다.The extraction unit 120 extracts tumor information from the converted X-ray projection image (i.e., original projection image).

예를 들어, 입력부(110)를 통해 원본 투사 영상을 통해 종양 위치가 지정되면, 추출부(120)는 지정된 종양 위치에 대한 종양 정보를 추출할 수 있다. 여기서, 종양 정보는 종양 위치(또는 종양 부위)에 대한 그레이값일 수 있다. 또한, 종양 정보는 종양 부위 각각에 대한 그레이값을 모두 포함할 수 있으므로 각 종양 부위에 대한 그레이값에 대한 범위를 포함할 수 있음은 당연하다.For example, if the tumor location is designated through the original projection image through the input unit 110, the extraction unit 120 may extract the tumor information for the designated tumor location. Here, the tumor information may be a gray value for the tumor location (or tumor site). In addition, it should be understood that the tumor information may include all of the gray values for each tumor site, and thus may include ranges for gray values for each tumor site.

본 발명의 일 실시예에서는 CT 영상을 X선 투사 영상으로 변환하여 사용하는 것을 중심으로 설명하고 있으나, CT 영상을 이용하지 않을 수도 있다. 이와 같은 경우, 방사선 치료 중에 획득되는 영상에서 의사가 종양의 위치를 지정하여 이용할 수도 있음은 당연하다.In an embodiment of the present invention, a CT image is converted into an X-ray projection image and used, but a CT image may not be used. In such a case, it is natural that a physician may designate and use the position of the tumor in the image obtained during the radiation treatment.

영상 획득부(125)는 방사선 치료(또는 시술) 중 환자의 신체 일 부분에 대한 X선 투사 영상을 획득하기 위한 수단이다.The image acquiring unit 125 is a means for acquiring an X-ray projection image for a part of the body of the patient during the radiation therapy (or treatment).

방사선 치료(또는 시술) 중 환자의 생체 활동으로 인해 종양을 포함한 내부 장기들은 움직이게 된다. 이로 인해, 움직이는 종양을 추적하여 종양 부위에 정확하게 방사선 치료를 할 수 있도록 영상 획득부(125)는 주기적 또는 비주기적으로 환자의 신체 일부분에 대한 X선 투사 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 환자의 신체 일부분을 촬영한 X선 투사 영상은 종양 부위를 포함하는 것으로 의심되는 신체 일 부분일 수 있음은 당연하다.During radiation therapy (or surgery), the internal organs including the tumor are moved due to the patient's bioactivity. Accordingly, the image acquiring unit 125 can acquire the X-ray projection image of the body part of the patient periodically or non-periodically so as to track the moving tumor and accurately perform the radiation treatment on the tumor site. Here, it is natural that an X-ray projection image of a part of a patient's body may be a portion of a body suspected of containing a tumor part.

종양 추적부(130)는 방사선 치료 중 획득되는 X선 투사 영상과 원본 투사 영상(즉, 변환된 X선 투사 영상)을 이용하여 조인트 히스토그램을 수행하여 종양 위치를 추적하는 기능을 한다.The tumor tracking unit 130 performs a joint histogram using the X-ray projection image and the original projection image (i.e., the converted X-ray projection image) obtained during the radiation treatment to track the tumor location.

보다 상세하게, 종양 추적부(130)는 방사선 치료 중 획득되는 각 X선 투사 영상과 원본 투사 영상에 대한 조인트 히스토그램을 수행한다. 종양 추적부(130)는 원본 투사 영상을 이동하면서 X선 투사 영상과의 조인트 히스토그램을 구할 수 있다. 이때, 종양 추적부(130)는 X선 투사 영상과 원본 투사 영상에 대한 밝기성분에 대한 그레이값을 이용하여 조인트 히스토그램을 수행할 수 있다. More specifically, the tumor tracking unit 130 performs a joint histogram for each X-ray projection image and original projection image obtained during the radiation treatment. The tumor tracking unit 130 can obtain a joint histogram with the X-ray projection image while moving the original projection image. At this time, the tumor tracking unit 130 may perform the joint histogram using the gray values of the brightness components of the X-ray projection image and the original projection image.

즉, 종양 추적부(130)는 두 영상(즉, 방사선 치료 중 획득된 X선 투사 영상과 이동된 원본 투사 영상)간의 조인트 히스토그램을 구하고, 조인트 히스토그램의 일정부분에서 값을 뽑아 그 합이 가장 클 때 유사도가 가장 높다고 보고 획득된 X선 투사 영상에서 종양 위치를 추적할 수 있다.That is, the tumor tracking unit 130 obtains a joint histogram between two images (i.e., an X-ray projection image and a moved original projection image obtained during the radiation treatment), extracts a value from a certain portion of the joint histogram, The tumor location can be tracked in the acquired X-ray projection image.

조인트 히스토그램 특성상 두 영상의 그레이값이 일치하는 픽셀 정보도 함께 획득할 수 있으므로, 종양 추적부(130)는 그레이값이 일치하는 픽셀들을 이용하여 종양 위치를 추적할 수 있다.Since the joint histogram can also acquire the pixel information having the gray values of the two images coincident with each other, the tumor tracking unit 130 can track the tumor position using pixels having gray values.

획득된 X선 투사 영상과 원본 투사 영상의 조인트 히스토그램 수행시, 보다 정확하게 종양 부분에 대한 유사도를 판단하기 위해(즉, 배경 영역에 의한 영향을 최소화하기 위해) 종양 정보를 이용하여 유사도 판단을 위한 그레이값의 범위를 제한할 수 있다.In the joint histogram of the obtained X-ray projection image and the original projection image, gray histograms are used to judge the degree of similarity with respect to the tumor portion more accurately (i.e., to minimize the influence of the background region) You can limit the range of values.

도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 예를 들어, X선 투사 영상과 원본 투사 영상의 조인트 히스토그램을 수행하는 경우, 원본 투사 영상에서 획득된 종양 정보가 도 2의 210과 같다고 가정하자.2, when a joint histogram of an X-ray projection image and an original projection image is performed, it is assumed that the tumor information obtained from the original projection image is the same as 210 in FIG.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 종양 정보의 그레이값의 범위가 80에서 100 사이라고 가정하자. 종양 추적부(130)는 종양 정보를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같이 조인트 히스토그램의 결과에서 해당 종양 정보의 그레이값의 범위내에서 유사도를 파악할 수 있다.That is, as shown in FIG. 2, assume that the range of the gray value of the tumor information is between 80 and 100. The tumor tracking unit 130 can use the tumor information to determine the degree of similarity within the range of the gray value of the tumor information from the result of the joint histogram as shown in FIG.

종양 추적부(130)는 종양 정보(제1 그레이값 내지 제2 그레이값의 범위)로 제한된 두 영상(즉, 획득된 각 X선 투사 영상과 원본 투사 영상)간의 일치 정도를 확인하여 가장 유사도가 높은 획득된 X선 투사 영상을 찾아 종양 위치를 추출할 수 있다.The tumor tracking unit 130 checks the degree of correspondence between two images (i.e., each X-ray projection image and the original projection image) limited to the tumor information (range of the first gray value to the second gray value) It is possible to extract a tumor location by searching for a high acquired X-ray projection image.

이때, 종양 추적부(130)는 두 영상의 조인트 히스토그램 결과에서 종양 정보로 제한된 그레이값의 범위에서 일치하는 픽셀의 수를 이용하여 유사도를 판단할 수 있다.At this time, the tumor tracking unit 130 can determine the degree of similarity using the number of matching pixels in the gray value range limited to the tumor information from the joint histogram results of the two images.

이를 보다 상세히 설명하면, 종양 추적부(130)는 획득된 제1 X선 투사 영상과 원본 투사 영상을 이용하여 조인트 히스토그램을 수행하고, 종양 정보로 제한된 그레이값의 범위에서의 일치하는 픽셀 수를 이용하여 유사도(편의상 제1 유사도라 칭하기로 함)를 구한다. 또한, 종양 추적부(130)는 획득된 제1 X선 투사 영상을 이동시켜 원본 투사 영상과의 조인트 히스토그램을 수행하고, 조인트 히스토그램 수행 결과에서 종양 정보로 제한된 그레이값의 범위에서 일치하는 픽셀 수를 이용하여 유사도(편의상 제2 유사도라 칭하기로 함)를 구한다. 종양 추적부(130)는 제1 유사도와 제2 유사도를 비교하여 유사도가 더 높은 유사도에 해당하는 X선 투사 영상에서 종양 위치를 결정할 수 있다.More specifically, the tumor tracking unit 130 performs a joint histogram using the obtained first X-ray projection image and the original projection image, and uses the number of matching pixels in the range of the gray value limited to the tumor information To obtain a similarity (hereinafter referred to as a first similarity for convenience). In addition, the tumor tracking unit 130 moves the acquired first X-ray projection image to perform a joint histogram with the original projection image, and calculates the number of matching pixels in the range of the gray value limited to the tumor information in the result of the joint histogram To obtain a similarity degree (referred to as a second similarity degree for convenience). The tumor tracking unit 130 may compare the first similarity and the second similarity to determine the tumor location in the X-ray projection image corresponding to the degree of similarity.

예를 들어, 제1 유사도가 제2 유사도보다 높은 경우, 종양 추적부(130)는 제1 유사도에 상응하는 제1 X선 투사 영상과 원본 투사 영상에서 종양부분이 일치하는 부분으로 종양 위치로 결정할 수 있다.For example, when the first degree of similarity is higher than the second degree of similarity, the tumor tracking unit 130 determines the tumor location as a portion where the tumor portion matches the first X-ray projection image corresponding to the first degree of similarity and the original projection image .

메모리(135)는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 치료시 종양의 위치를 정확하게 효율적으로 찾기 위한 방법을 수행하기 위해 필요한 다양한 알고리즘, 그 과정에서 파생된 다양한 데이터 등을 저장한다.The memory 135 stores various algorithms necessary for performing a method for accurately and efficiently locating a tumor in radiotherapy according to an embodiment of the present invention, various data derived from the algorithm, and the like.

제어부(140)는 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 장치(100)의 내부 구성 요소들(예를 들어, 입력부(110), 변환부(115), 추출부(120), 영상 획득부(125), 종양 추적부(130), 메모리(135) 등)을 제어하는 기능을 한다.
The control unit 140 controls the internal components (e.g., the input unit 110, the conversion unit 115, the extraction unit 120, and the image acquisition unit) of the tumor tracking apparatus 100 according to an embodiment of the present invention 125, a tumor tracking unit 130, a memory 135, and the like).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a tumor tracking method according to an embodiment of the present invention.

단계 310에서 종양 추적 장치(100)는 컴퓨터 단층 촬영 영상을 X선 투사 영상으로 변환한다. 컴퓨터 단층 촬영 영상을 방사선 치료 시스템의 기하학적 정보를 이용하여 X선 투사 영상으로 변환하는 이유는 방사선 치료 중 환자 신체 내부 장기들(종양 포함)은 움직이게 된다. 이로 인해, 방사선 치료 중 획득되는 X선 투사 영상만으로는 종양의 위치를 정확하게 판단하기 어렵기 때문에 환자의 움직임이 없는 상태에서 촬영된 컴퓨터 단층 촬영 영상을 X선 투사 영상으로 변환하고, X선 투사 영상을 통해 전문가(의사)로부터 종양 위치를 지정받아 별도로 종양 정보(그레이값)을 추출하는 과정을 수행하기 위함이다.In step 310, the tumor tracking device 100 converts a computed tomography image into an X-ray projection image. The reason why the computed tomography images are converted into X-ray projection images using the geometric information of the radiation treatment system is that the internal organs (including the tumor) of the patient body move during the radiation treatment. Therefore, since it is difficult to accurately determine the location of the tumor using only the X-ray projection image obtained during the radiation treatment, the computerized tomography image taken without the patient's motion is converted into the X-ray projection image, (Gray value) from a specialist (doctor) through the use of a computer.

단계 315에서 종양 추적 장치(100)는 변환된 X선 투사 영상에서 종양 위치를 지정받고, 지정된 종양 위치에 대한 종양 정보를 추출한다. 여기서, 종양 정보는 이미 전술한 바와 같이 종양 부위에 대한 그레이값의 범위일 수 있다.In step 315, the tumor tracking device 100 is assigned a tumor location in the converted X-ray projection image and extracts tumor information for the designated tumor location. Here, the tumor information may be in the range of gray values for the tumor site as already described above.

이미 전술한 바와 같이, CT 영상을 이용하지 않고, 방사선 시술 또는 치료 중 획득되는 영상에서 의사가 종양 부분을 지정하여(예를 들어, 제1 프레임에서 종양 부분 지정) 이후 시술중에 획득되는 영상과 유사도를 비교하여 종양의 위치를 추적할 수도 있다. As already described above, the physician can designate the tumor part (for example, designate the tumor part in the first frame) in the image obtained during the radiation treatment or treatment without using the CT image, May be used to track the location of the tumor.

단계 320에서 종양 추적 장치(100)는 방사선 치료 중 환자의 신체 일부분에 대한 X선 투사 영상을 주기적 또는 비주기적으로 획득한다.At step 320, the tumor tracking device 100 periodically or aperiodically acquires an x-ray projection image of a body part of the patient during radiation therapy.

단계 325에서 종양 추적 장치(100)는 획득된 X선 투사 영상과 변환된 X선 투사 영상에 대한 조인트 히스토그램을 구하여 유사도를 판단한다. In step 325, the tumor tracking device 100 determines a similarity by obtaining a joint histogram of the obtained X-ray projection image and the converted X-ray projection image.

보다 상세하게, 종양 추적 장치(100)는 획득된 X선 투사 영상과 변환된 X선 투사 영상을 이동시켜가면서 각각의 조인트 히스토그램을 각각 구한다. 그리고, 종양 추적 장치(100)는 획득된 X선 투사 영상과 변환된 X선 투사 영상들을 이동시킨것과의 유사도를 각각 구할 수 있다.More specifically, the tumor tracking apparatus 100 obtains each joint histogram while moving the obtained X-ray projection image and the converted X-ray projection image. The tumor tracking device 100 can obtain similarity between the obtained X-ray projection image and the converted X-ray projection images.

이때, 종양 추적 장치(100)는 획득된 X선 투사 영상과 변환된 X선 투사 영상 전체에 대해 조인트 히스토그램에서 유사도를 구하는 것이 아니라, 변환된 X선 투사 영상에서 추출된 종양 정보를 이용하여 유사도를 구하는 범위를 제한하여 두 영상간의 종양부분만의 유사도를 각각 구할 수 있다.At this time, the tumor tracking apparatus 100 does not obtain the similarity in the joint histogram for the obtained X-ray projection image and the converted X-ray projection image, but uses the tumor information extracted from the converted X- And the degree of similarity of only the tumor portion between the two images can be obtained.

이미 전술한 바와 같이, 종양 정보는 종양 위치에 대한 그레이값으로, 종양 부위에 대한 그레이값의 범위를 포함할 수 있다.As already mentioned above, the tumor information may include a range of gray values for the tumor site, with a gray value for the tumor location.

이에 따라, 종양 추적 장치(100)는 종양 정보를 이용하여 두 영상의 조인트 히스토그램에 대한 유사도 판단을 위한 범위를 제한하여 종양 부위에 대해서만 유사도를 판단하도록 할 수 있다. 이를 통해, 두 영상의 유사도 판단시, 종양 주변의 배경 부위로 인한 영향을 최소화할 수 있는 이점이 있다. Accordingly, the tumor tracking device 100 can limit the range for determining the similarity of the joint histograms of the two images using the tumor information, so that the degree of similarity can be determined only for the tumor region. This has the advantage of minimizing the effect of the background region around the tumor when determining the similarity of the two images.

이미 전술한 바와 같이, 두 영상(즉, 획득된 X선 투사 영상과 변환된 X선 투사 영상)간의 조인트 히스토그램 결과에 따른 유사도는 각각 일치하는 픽셀의 수를 이용하여 도출될 수 있다. 예를 들어, 유사도는 종양 정보로 제한된 두 영상간의 조인트 히스토그램 결과에 따른 일치하는 픽셀 수의 백분율로 구할 수도 있다.As described above, the degree of similarity between the two images (i.e., the acquired X-ray projection image and the converted X-ray projection image) according to the joint histogram results can be derived using the number of pixels that coincide with each other. For example, similarity may be determined as a percentage of the number of matching pixels according to joint histogram results between two images that are limited to tumor information.

단계 330에서 종양 추적 장치(100)는 유사도가 가장 높은 X선 투사 영상에서 원본 투사 영상과의 조인트 히스토그램 결과 일치하는 픽셀 위치를 최종 종양의 위치로 결정할 수 있다.In step 330, the tumor tracking device 100 may determine the position of the final tumor as the pixel position that coincides with the joint histogram result from the original projection image in the X-ray projection image having the highest similarity.

도 4는 종래의 종양 추적 방법에 따른 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 종양 추적 방법에 따른 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a result of a conventional tumor tracking method, and FIG. 5 is a diagram illustrating a result of a tumor tracking method according to an embodiment of the present invention.

도 4는 두 영상간의 Cross Correlation Coefficient에 따른 종양 추적 결과를 나타낸 것으로, 도 4의 410은 참조 투사 영상(즉, 컴퓨터 단층 촬영 영상을 변환한 영상)을 나타내고, 415는 방사선 치료 중 획득된 X선 투사 영상에서 참조 투사 영상과의 Cross Correlation을 통해 찾은 유사도가 가장 높은 영상을 나타낸 것이다.4 shows the result of the tumor tracking according to the cross correlation coefficient between two images. In FIG. 4, reference numeral 410 denotes a reference projection image (i.e., a transformed image of a computed tomography image), and 415 denotes an X- The highest degree of similarity is obtained through cross correlation between the projection image and the reference projection image.

도 4의 420은 415의 X선 투사 영상과 원본 영상의 차이를 나타낸 것으로, 420을 참조하면, 종양 정보를 이용하고 있지 않기 때문에 두 영상(즉, 원본 영상과 X선 투사 영상)간의 Cross Correlation 적용시 종양이 아닌 배경 부분이 영향을 끼치게 되여 유사도 측정시 종양 부분의 유사도가 떨어져 종양 부분이 일치하지 않는 것을 알 수 있다. In FIG. 4, reference numeral 420 denotes the difference between the X-ray projection image and the original image of 415. Since the tumor information is not used, cross correlation between the two images (i.e., the original image and the X-ray projection image) The background portion of the tumor is affected, and the degree of similarity of the tumor portion is less than that of the tumor portion.

도 4의 425는 실제 종양의 위치와 Cross Correlation을 통해 찾은 종양의 위치와의 차이를 나타낸 것으로, 실제 종양 위치와 Cross Correlation을 통해 찾은 종양의 위치간에 차이가 발생한 것을 알 수 있다.4 shows the difference between the actual tumor position and the position of the tumor obtained through cross correlation, and it can be seen that there is a difference between the actual tumor position and the position of the tumor obtained through the cross correlation.

도 5의 510은 도 4의 410과 마찬가지로 컴퓨터 단층 촬영 영상을 변환한 X선 투사 영상을 나타내며, 도 5의 515는 방사선 치료 중 획득된 X선 투사 영상에서 원본 영상(변환된 X선 투사 영상)과의 조인트 히스토그램을 통해 찾은 유사도가 가장 높은 영상을 나타낸다. 5, reference numeral 510 in FIG. 5 denotes an X-ray projection image obtained by transforming a computed tomography image, similar to 410 in FIG. 4. In FIG. 5, reference numeral 515 denotes an original image (transformed X-ray projection image) And the highest similarity is found through the joint histogram.

본 발명의 일 실시예에 따르면 참조 투사 영상과 방사선 치료중 획득된 X선 투사 영상에 대한 조인트 히스토그램을 이용한 유사도 판단시 종양 정보(그레이값의 범위)로 유사도 판단 범위를 제한하여 종양 부위에 대해서만 유사도를 판단하도록 하여 배경에 의한 영향을 최소화하여 종양 부분을 정확하게 일치시켜 종양의 움직임에 따른 종양 위치를 정확하게 추적할 수 있는 이점이 있다.According to one embodiment of the present invention, when judging the similarity using the joint histogram for the reference projection image and the X-ray projection image obtained during the radiation treatment, the range of determination of similarity is limited to the tumor information (gray value range) To minimize the effect of the background, thereby precisely aligning the tumor portion, thereby accurately tracking the tumor position according to the movement of the tumor.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 종양 추적 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Meanwhile, the tumor tracking method according to an exemplary embodiment of the present invention may be implemented in the form of a program command that can be executed through a variety of means for processing information electronically and recorded in a storage medium. The storage medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination.

저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. Program instructions to be recorded on the storage medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of software. Examples of storage media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, magneto-optical media and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as devices for processing information electronically using an interpreter or the like, for example, a high-level language code that can be executed by a computer.

상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.

100: 종양 추적 장치
110: 입력부
115: 변환부
120: 추출부
125: 영상 획득부
130: 종양 추적부
135: 메모리
140: 제어부 100: Tumor tracking device
110: input unit
115:
120:
125:
130:
135: Memory
140:

Claims (11)

방사선 치료 중 환자의 신체 일부분에 대한 X선 투사 영상을 주기적 또는 비주기적으로 하나 이상 획득하는 영상 획득부;
상기 방사선 치료 이전에 촬영된 상기 환자의 신체 일부분에 대한 컴퓨터 단층 촬영 영상을 방사선 치료 시스템의 기하학적 정보를 이용하여 X선 투사 영상으로 변환하여 참조 투사 영상으로 출력하는 변환부;
상기 방사선 치료 중 상기 참조 투사 영상에서 종양 위치를 지정받는 입력부;
상기 방사선 치료 중 상기 지정된 종양 위치에 대한 종양 정보 - 상기 종양 위치 또는 종양 부위에 대한 영상의 밝기 성분인 그레이 값을 포함함 - 를 추출하는 추출부; 및
상기 지정된 종양 위치 또는 종양 부위에 대해서만 상기 획득된 X선 투사 영상과 상기 참조 투사 영상을 비교하되, 상기 획득된 X선 투사 영상과 상기 참조 투사 영상의 조인트 히스토그램(joint histogram)을 수행하여 유사도를 판단하고, 상기 유사도 판단 결과를 이용하여 상기 방사선 치료 중 종양 위치를 결정하는 종양 추적부
를 포함하되,
상기 X선 투사 영상은
상기 방사선 치료 중 상기 환자의 생체 활동으로 인해 종양을 포함하는 내부 장기들이 움직이는 상태에서 촬영된 영상이고,
상기 참조 투사 영상은
상기 방사선 치료 이전에 상기 환자의 내부 장기들의 움직임이 없는 상태에서 촬영된 영상인 상기 컴퓨터 단층 촬영 영상을 X선 투사 영상으로 변환한 것이며,
상기 종양 추적부는
미리 정해진 제한된 범위를 가지는 그레이 값의 범위 내에서 상기 유사도를 판단하되 상기 조인트 히스토그램 수행 시 상기 하나 이상 획득된 X선 투사 영상에 대해 상기 참조 투사 영상을 이동시키면서, 상기 조인트 히스토그램의 특정 부분 값이 최대인 X선 투사 영상의 종양 위치를 최종 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 종양 추적 장치.
An image acquiring unit acquiring at least one X-ray projection image of a part of the body of the patient during the radiation treatment periodically or non-periodically;
A transformation unit for transforming a computed tomography image of a body part of the patient photographed before the radiation treatment into an X-ray projection image using geometric information of the radiation therapy system and outputting the X-ray projection image as a reference projection image;
An input unit for specifying a tumor location in the reference projection image during the radiation treatment;
An extracting unit for extracting tumor information on the designated tumor position during the radiation treatment, including a gray value which is a brightness component of the image with respect to the tumor site or tumor site; And
Comparing the obtained X-ray projection image and the reference projection image only for the designated tumor location or tumor site, performing a joint histogram of the obtained X-ray projection image and the reference projection image to determine the degree of similarity And a tumor tracking unit for determining a tumor location during the radiation therapy using the result of the similarity determination,
, ≪ / RTI &
The X-
The internal organs including the tumor due to the biological activity of the patient during the radiation therapy,
The reference projection image
Wherein the computed tomography image is a radiographic image obtained in a state in which there is no movement of internal organs of the patient prior to the radiation therapy,
The tumor-
Determining a degree of similarity within a range of gray values having a predetermined limited range and moving the reference projection image with respect to the at least one acquired X-ray projection image at the time of performing the joint histogram, Wherein the position of the tumor in the X-ray projection image is determined as the final position.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 종양 추적 장치가 종양을 추적하는 방법에 있어서,
방사선 치료 중 환자의 신체 일부분에 대한 X선 투사 영상을 주기적 또는 비주기적으로 하나 이상 획득하는 단계;
상기 방사선 치료 이전에 촬영된 상기 환자의 신체 일부분에 대한 컴퓨터 단층 촬영 영상을 방사선 치료 시스템의 기하학적 정보를 이용하여 X선 투사 영상으로 변환하여 참조 투사 영상으로 출력하는 단계;
상기 방사선 치료 중 상기 참조 투사 영상에서 지정된 종양 위치에 대한 종양 정보 - 상기 종양 위치 또는 종양 부위에 대한 영상의 밝기 성분인 그레이 값을 포함함 - 를 추출하는 단계; 및
상기 지정된 종양 위치 또는 종양 부위에 대해서만 상기 획득된 X선 투사 영상과 상기 참조 투사 영상을 비교하되, 상기 획득된 X선 투사 영상과 상기 참조 투사 영상의 조인트 히스토그램을 수행하여 유사도를 판단하고, 상기 유사도 판단 결과를 이용하여 상기 방사선 치료 중 종양 위치를 결정하는 단계
를 포함하되,
상기 X선 투사 영상은
상기 방사선 치료 중 상기 환자의 생체 활동으로 인해 종양을 포함하는 내부 장기들이 움직이는 상태에서 촬영된 영상이고,
상기 참조 투사 영상은
상기 방사선 치료 이전에 상기 환자의 내부 장기들의 움직임이 없는 상태에서 촬영된 영상인 상기 컴퓨터 단층 촬영 영상을 X선 투사 영상으로 변환한 것이며,
상기 종양 위치를 결정하는 단계는
미리 정해진 제한된 범위를 가지는 그레이 값의 범위 내에서 상기 유사도를 판단하되 상기 조인트 히스토그램 수행 시 상기 하나 이상 획득된 X선 투사 영상에 대해 상기 참조 투사 영상을 이동시키면서, 상기 조인트 히스토그램의 특정 부분 값이 최대인 X선 투사 영상의 종양 위치를 최종 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 종양 추적 방법.In a method for a tumor tracking device to track a tumor,
Obtaining at least one X-ray projection image of the body part of the patient periodically or non-periodically during the radiation treatment;
Transforming a computed tomography image of a body part of the patient photographed before the radiation treatment into an X-ray projection image using geometric information of the radiation treatment system and outputting the converted X-ray projection image;
Extracting tumor information for a designated tumor location in the reference projection image during the radiation treatment, the gray value being a brightness component of the image for the tumor location or tumor site; And
Comparing the acquired X-ray projection image and the reference projection image only for the designated tumor location or tumor site, performing a joint histogram of the obtained X-ray projection image and the reference projection image to determine similarity, Determining a tumor location during the radiation therapy using the determination result
, ≪ / RTI &
The X-
The internal organs including the tumor due to the biological activity of the patient during the radiation therapy,
The reference projection image
Wherein the computed tomography image is a radiographic image obtained in a state in which there is no movement of internal organs of the patient prior to the radiation therapy,
The step of determining the tumor location
Determining a degree of similarity within a range of gray values having a predetermined limited range and moving the reference projection image with respect to the at least one acquired X-ray projection image at the time of performing the joint histogram, Wherein the position of the tumor in the X-ray projection image is determined as the final position. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제7 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체 제품.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program code for performing the method according to claim 7.
KR1020140146128A 2014-01-17 2014-10-27 Tumor tracking method and apparatus KR101670133B1 (en)

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