안구 방사선치료를 위한 능동적 시선 감시 시스템
Active Gaze Monitoring System for Ocular Radiation Therapy
- 주제어 (키워드) 포도막흑색종 , 방사선치료 , 시선추적 , Uveal melanoma , Radiation Therapy , Gaze tracking
- 발행기관 서강대학교 정보통신대학원
- 지도교수 박운상
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 정보통신대학원 데이터사이언스 · 인공지능
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000069818
- UCI I804:11029-000000069818
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
안구 종양의 조발생률(명/10만명)은 0.2%로 다른 암종보다 상대적으로 작은 비중을 차지하고 있으나, 원발성 안구 내 악성 종양 중 가장 흔한 포도막 흑색종의 90%는 맥락막에서 발견되며 이로 인한 치사율은 높은 편으로 알려져 있다. 안구 종양의 치료를 위해서는 다양한 치료 방법이 있지만 그중 외부 방사선치료는 비침습적인 장점이 있다. 하지만 좋은 치료성과를 내기 위해서는 치료계획의 자세와 실제 치료 자세가 동일해야 하며, 이를 해결하기 위해 상용화된 제품이 많이 쓰이고 있다. 그러나 안구 종양은 기하학적 특성으로 인해 외부 고정 장치를 사용하기 쉽지 않다. 본 논문에서는 안구 방사선치료를 위해 고정하기 쉽지 않은 안구를 능동적으로 시선을 추적할 수 있는 시스템을 개발하여, 실제 치료 시 실시간으로 환자 시선의 움직임을 감시하고 그에 따른 치료의 불확실성을 줄일 수 있도록 하였다. 시선 추적을 위해 이진화, 허프 변환, Mediapipe 라이브러리를 이용하였고, 성능이 가장 좋았던 Mediapipe 라이브러리를 이용하여 본 시스템을 구성하였다. 성능평가를 위해 제작된 대상을 정량적으로 이동하여 시스템 인식 오차를 확인하였고, 총 80회 실험하여 1, 2 mm 이동 시 각각 평균 0.14, 0.2 mm 라는 1 픽셀 이하의 오차를 보였다. 그리고 조도에 따른 시스템 인식 속도를 측정했을 때, 가장 밝은 460 Lux는 1.365 초, 측정할 수 있는 수준에서 가장 어두운 2 Lux는 2.009 초의 속도를 보였다. 이 결과를 토대로 본 연구에서 개발된 안구 방사선치료를 위한 능동적 시선 감시 시스템의 시선 추적의 정확성을 확인하였고, 임상에 적용할 수 있는 발판을 마련하였다.
more초록 (요약문)
Although the crude incidence rate of ocular tumors (individual/100,000 individuals) is approximately 0.2%, which is significantly low compared to those of other carcinomas, 90% of uveal melanoma, the most common primary intraocular tumor, is found in the choroid and associated with a high mortality rate. Among the different treatments available, external beam radiotherapy has advantages due to its non-invasive nature. The patient’s posture during planning and actual treatment must be identical for better outcome of the external beam radiotherapy, which can be achieved using commercialized products. However, the geometrical characteristics of ocular tumors often limit the uses of external fixation devices in treatment. This study proposed a system that can actively monitor patients’ eyes in real-time and reduce the treatment uncertainty in radiotherapy for ocular tumors. Binarization, Hough transform, and Mediapipe library were used for eye tracking, and Mediapipe library, which showed the best performance, was used to construct the system. To evaluate the performance of the proposed system, the participant is moved quantitatively, and the eye center detection errors of the proposed system are measured. After 80 times of measurements, experiental results showed detection errors was < 1 pixel atof 0.14 mm and 0.2 mm for 1 mm and 2 mm of movements, respectively, which are less than 1 pixels. The system’s detection recognition speed at illuminance of 460 lux (brightest) and 2 lux (darkest) were 1.365 and 2.009 seconds, respectively. It is expected that the proposed system for ocular radiotherapy will be useful for clinical application.
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