두개외 병소 즉, 척추 등에 발생한 종양 혹은 혈관기형 등의 병소에 대해 침습적 수술이 불가한 경우 정위적 방사선 수술이 임상에서 시도되고 있다. 본 연구는 실험적으로 팬텀에 대해 척추 정위 방사선수술을 시행하고 결과 분석을 통하여 두개외 수술 목표점에 대한 방사선수술 위치 정확도를 평가하고자 한다. 이 실험을 위하여 팬텀을 특별히 고안하였으며 수술실에서 방사선 수술 목표점의 위치는 광학적 추적 장치를 이용하여 결정하였고 3 mm 미세다엽시준기(mMLC; mcro Multi-Leaf Collimator)를 사용하여 시술하였다. 팬텀의 목표점에 대한 방사선수술 오차는 $\pm$1 mm 이내였으며 분할방사선 수술 경우도 $\pm$1 mm 이내였다. 결과적으로 광학적 위치추적 장치를 이용한 두개외 목표점의 방사선 수술은 매우 정확하고 유용한 방법으로 판단된다.
본 연구에서는 정위방사선수술시 움직이는 목표점에 대한 사이버나이프 호흡동기추적장치의 위치 정확성 및 유용성을 평가하고자 한다. 본 연구를 위해 움직이는 목표점을 재현할 수 있는 동적팬톰을 사용하였으며 움직이는 목표점 추적을 위하여 사이버나이프의 호흡동기추적장치인 $Synchrony^{TM}$ 시스템을 사용하였다. 움직이는 목표점의 치료계획을 위하여 4D CT를 이용한 영상획득을 하였고 움직이는 목표점에서의 선량분포와 점선량 측정을 위하여 gafchromic EBT 필름과 0.62 cc 이온 전리함을 사용하였다. 호흡동기추적장치의 정확성을 평가하기 위하여 팬톰의 목표점을 움직였을 때와 정지 상태일 때 목표점에서의 선량분포(처방선량기준 선량분포의 80%)를 비교하였으며 목표점에서의 점선량을 측정하였다. 위치추적장치와 호흡동기추적장치 상호간의 동기화에 의한 정확성은 동기화 되지 않을 경우 평균 $11.5{\pm}3.09\;mm$였으며 동기화 되었을 경우 $0.14{\pm}0.08\;mm$의 차이를 나타내었다. 목표점 정지상태시의 영상과 4D CT를 이용한 움직이는 목표점에 대한 영상을 이용하여 치료계획상의 정확성은 평균 $0.18{\pm}0.06\;mm$의 차이를 나타내었다. 또한 호흡동기추적장치의 정확성은 1 mm 이하로 나타났다. 호흡동기추적장치의 유효성을 확인하기 위하여 움직이는 목표점에 대하여 호흡동기추적장치를 중지하여 측정한 결과 평균 $17.39{\pm}0.14\;mm$였으며 가동하였을 때 $1.37{\pm}0.11\;mm$로 나타났다. 목표점에서의 선량값을 비교한 결과 목표점이 정지상태일 때 $0.68{\pm}0.38%$, 호흡동기추적장치를 이용한 움직이는 목표점에서는 $1.31{\pm}0.81%$의 차이를 나타내었다. 위치추적장치와 호흡동기추적장치 상호간의 동기화에 의한 정확성 확인에서 장치사이에서 동기화가 매우 정확하게 수행됨을 확인하였다. 본 연구의 결과 움직이는 목표점에 대한 정위방사선수술시 호흡동기추적장치를 필수적으로 사용해야하며 본 연구에서 사용된 사이버나이프의 호흡동기추적장치인 Synchrony 시스템의 유용성과 정확성을 평가한 결과 매우 정확함을 확인하였다.
GPS 기준점 측량은 관측과 데이터 처리를 통해 측지계에 대한 물리적인 표지의 위치를 목표 정확도 범위 이내로 결정하기 위해 실시하며, 이러한 이유로 측량 정확도를 실제와 유사하게 표현하는 것이 매우 중요한 문제이다. 망조정을 통해 산정되는 기준점 성과의 정확도는 사용되는 수학적 모형에 민감한 영향을 받는 추정좌표의 분산-공분산 행렬에 의해 정량적으로 표현된다. 본 연구는 GPS 망조정에 사용되는 함수모형과 통계모형이 기준점 위치 추정과 정확도 표현에 미치는 영향을 연구하여 향후 정확도 표현의 표준화를 위한 기초자료 확보를 위해 실시하였다. 이를 위하여 단일기선해석 다중세션 망조정 이론과 절차와 방법을 실제 관측데이터 처리를 통한 수치적 분석을 병행한 연구를 수행 하였다. 그 결과 절대정확도와 상대정확도를 보다 현실적으로 반영하여 표현하기 위해서는 잔존하는 관측오차의 모형화가 가능한 경험적 통계모형을 사용하는 다점가중제약조정이 GPS 기준점 성과산정을 위한 수학적 모형으로 보다 타당한 것으로 분석되었다.
오늘날 항공사진측량은 사용기재와 자료처리방법의 발달과 더불어 위치결정의 정확도가 날로 향상되고 있으며, 지상기준점측량을 하지 않고서 GPS를 이용한 사진기준점측량 방안이 모색되는 단계에 이르렀다. 해석도화기의 등장은 정확도와 효율성면에서 상당한 발전을 가능케 하였고 On-Line System의 구성을 통해서 사진 기준점측량의 작업환경을 크게 개선시켰다. 본 연구에서는 해석도화기를 이용한 사진기준점측량을 실시하여 저등급 측지기준점의 좌표결정에 있어서 정확도의 향상을 그 목표로 하고 있다. 연구결과 정확도 향상의 정도는 기존의 정밀도화기를 사용한 A.T.의 경우와 비교할 때에 평면에서 약 7%, 표고에서 약 40%의 정확도 향상을 가져왔다.
삼각측량법은 전형적인 위치인식 방법으로, 최소 세 곳의 위치정보가 기인지된 기준점을 필요로 한다. 어떤 경우에는 통신도달 범위를 벗어날 수 있는 이유로 목표 노드로 부터 세 개의 기준 스테이션에 항상 통신 도달성이 제공되는 것은 아니다. 본 논문은 목표 노드가 모든 세 기준 스테이션을 접근할 수 없는 경우에도 실시간으로 이동 목표 노드의 위치를 추정할 수 있는 방법을 제시한다. 제시된 방법은 PID제어이동체 Spatio-Temporal 모델 알고리즘에 기반을 두고 있다. 이 방법은 이동체의 진행방향을 추정할 수 있고, 이러한 추정방향과 목표노드의 기 확인된 위치정보를 함께 활용하여 이동체의 정확한 위치를 판단할 수 있다.
실내에서 위치를 추정하는 연구는 다양한 분야에서 필요하다. 실내에서 위치를 추정하는 방법은 하드웨어를 이용하는 방법과 하드웨어를 이용하지 않는 방법으로 나눌 수 있다. 하드웨어를 사용하는 방법은 정확도가 높지만, 하드웨어 설치비용이 든다는 단점이 있다. 반대로 하드웨어를 사용하지 않는 방법은 설치비용이 들지 않지만, 정확도가 떨어진다. AR 게임을 위한 위치추정에 제일 중요한 목표는 정확도를 높이는 것이다. 위치를 추정하기 위해서는 Perspective-N-Point (PnP)의 해를 얻어야 한다. PnP 문제의 해를 구하기 위해서는 위치를 추정하고 싶은 공간의 삼차원 좌표와 그 공간에서 찍은 영상이 필요하다. 삼차원 좌표와 매칭 되는 이차원 좌표 6쌍을 통해 위치를 추정할 수 있다. 해의 정확도를 높이기 위해 어떤 점들을 선택하면 정확도가 높아지는지 확인할 비공면도(non-coplanarity degree)를 추가로 사용할 것을 제안했다. 점 6개 이상인 상황에서 비공면도가 커질수록 위치추정 정확도가 높아질 확률이 높다. 제안한 방법의 장점은 모든 기존 위치추정 방법에 적용할 수 있다는 것과 하드웨어를 사용하여 위치를 추정하는 것보다 더 높은 정확도를 보인다.
방사선수술은 고 용량의 방사선을 병소의 목표점에 정확하게 주위의 정상조직을 보호하면서 한 번에 혹은 수 차에 거쳐 전달하는 방법이므로 병소 국재에 대한 오차의 크기는 방사선수술에 직접적인 영향을 끼치게 된다. 본 연구에서는 영상유도 국재 장비인 ExacTrac (BrainLab, Germany)을 이용한 척추방사선수술에서 병소 목표점 국재의 오차를 평가하였다. 국재 오차를 최소화 하기위하여 방사선수술 전 '환자위치 확인장치(PPVT)'를 고안하여 부가적으로 사용하였다. 실시간 목표점오차 평가를 위하여 흉추에 전이된 종양에 대한 방사선수술 8례를 대상으로 평가하였다. 그 결과 isocenter 목표점 오차는 횡단면(lateral) 축 방향, 종단면(longitudinal) 축 방향, 수직면(vertical) 축 방향으로 각각 $0.07{\pm}0.17$ mm, $0.11{\pm}0.18$ mm, $0.13{\pm}0.26$ mm이었으며 평균 공간오차는 $0.20{\pm}0.37$ mm이었다. 병소 isocenter의 회전오차(body rotation)는 종단면(longitudinal) 축 방향 $0.14{\pm}0.07^{\circ}$, 횡단면(lateral) 축 방향 $0.11{\pm}0.07^{\circ}$, 환자테이블 각 이동 $0.03{\pm}0.04^{\circ}$로 평균오차는 $0.20{\pm}0.11^{\circ}$이었다. 본 연구결과 영상유도 국재방법을 이용한 척추방사선수술에서의 병소목표점 국재 평균오차는 임상적으로 허용할 수 있는 오차범위 이내 임을 확인하였다.
정위적 방사선수술 (Stereotactic radiosurgery) 은 병소(region)의 위치를 정확히 결정하고 치료에 요구되는 방사선량이 정확히 전달되는 것이 중요하다. 본 연구는 이를 실험적으로 확인할 목적으로 특별히 고안된 물팬텀 (water phantom)을 개발하여 Leksell 정위기구 (Leksell Stereotactic Frame; LSF)에 부착하여 방사선수술을 시행하였다. 방사선 수술에는 Leksell 감마나이프 (Gamma Knife Unit; GKU) 와 LSF를 사용하였으며 실험을 위해 개발된 팬텀은 1mm 두께 플라스틱의 직경 160mm의 구형으로 물을 채울수 있는 구조로 되어있다. 측정장치로서는 목표점 설정(target localization)을 위한 필름과 전달 선량(dose delivery) 측정을 위해 이온 전리함(ionchamber) 을 사용하였으며 이를 팬텀의 목표점에 각각 위치시킬 수 있도록 설계하였다. 본 연구에서 목표점 확인은 허용 오차범위인 $\pm$0.5 mm 이내에서의 값을 보였으며 선량전달값은 $\pm$3% 정도의 오차로 허용값내에 있음을 보여주었다. 본 연구에서 개발된 팬텀으로 측정된 값이 모두 허용 오차범위 내에 있음을 보여주었고 이로인해 GKU 및 LSF의 주기적 QA(Quality Assurance)에 계속적으로 사용할수 있게 되었다.
뇌정위 수술(Stereotactic Surgery)은 컴퓨터 단층영상과 자기공명 영상 같은 3차원 영상을 이용하여 뇌병변의 위치를 입체적으로 정확히 파악하여 정상 뇌에 대한 손상을 최소화하며 병변을 수술하는 기법이다. 본 논문에서는 수술 받을 환자의 컴퓨터 단층영상과 자기공명 영상 등 다양한 종류의 3차원 볼륨 데이터를 전처리한 다음 동일한 3차원 공간 내에서 정렬시켜 선택적 또는 동시적으로 3차원 영상을 가시화 하는 기법을 제안한다. 또한 3차원 영상에서 뇌정위 수술의 삽입점과 목표점을 지정할 수 있는 기능을 지원하며 수술 경로에 따른 가상 수술의 시뮬레이션을 통하여 수술 경로의 안전성을 검증할 수 있게 하였다.
본 논문은 국토관측위성용으로 제작된 정밀영상생성시스템의 위치정확도 분석에 대해서 보고한다. 국토관측위성의 발사 예정 시기는 2021년으로, 아직 발사되지 않아 국토관측위성과 유사한 사양을 가지는 KOMPSAT-3A 위성영상을 활용하여 분석하였다. 본 논문에서는 한반도를 촬영한 30장의 영상을 이용하여 초기센서모델의 위치정확도, 정밀센서모델의 모델점 위치정확도, 검사점을 활용한 정밀센서모델의 위치정확도, 정밀정사영상의 위치정확도에 대한 측정을 수행하였다. 본 연구는 정확한 GCP 확보 시 2 pixel 이내의 RMSE를 갖는 것을 목표 위치정확도로 한다. 그 결과, 검사점을 활용한 정밀센서모델의 위치정확도는 남한에서 약 1.85 pixel, 북한에서 약 2.04 pixel의 위치정확도를 갖는 것을 확인하였으며, 정밀정사영상의 위치정확도는 남한에서 약 1.15 m, 북한에서 약 3.23 m의 위치정확도를 갖는 것을 확인 할 수 있었다. 전반적으로 남한의 정확도에 비해 북한의 정확도가 낮은 것을 확인 할 수 있었으며, 이는 북한지역 영상의 GCP(Ground Control Point) 품질이 남한의 GCP 품질에 비해 좋지 않았기 때문에 측정된 정확도에 영향을 준 것으로 확인되었다. 또한, 특히 북한지역에서 정밀센서모델 대비 정밀정사영상의 정확도가 다소 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 북한 영상의 정사보정 시 사용한 DTM의 정확도가 남한에 비해 좋지 않아 발생한 것으로 판단하였다. 향후 본 연구진이 제시한 원인 외, 위치정확도에 영향을 줄 수 있는 요인들에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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