JP6550532B2 - 実時間脳腫瘍検出装置、及び脳腫瘍手術装置 - Google Patents
実時間脳腫瘍検出装置、及び脳腫瘍手術装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は脳腫瘍診断方法及び装置に関するもので、より詳しくは、多重光学融合映像によって実時間で脳腫瘍を探知／診断して脳腫瘍手術を行うための方法及び装置に関するものである。
脳腫瘍は、国際人口統計資料によると、毎年人口１０万人当たり１０人位の新しい患者が発生し、国内では毎年２５００〜４５００人の新しい患者が発生し、現在脳腫瘍で苦痛を受ける患者は約２万余人と推定されている。頭蓋腔内組職で発生する原発性脳腫瘍は多くの種類があり、悪性脳腫瘍の場合、予後が良くないと知られている。そのうち神経膠腫の一種である膠芽腫は、手術及び放射線治療を伴う積極的な治療にもかかわらず、生存期間中央値が１４．６ヶ月と知られた、非常に予後が良くない疾病である。
悪性脳腫瘍の良い予後のためには、手術による脳腫瘍の完全切除が現在まで知られた最良の方法であり、陽性脳腫瘍も、制限された頭蓋腔内で大きくなる場合、脳圧を高めて悪性脳腫瘍に変形することができるので、全く除去しなければならない。現在、手術前に脳腫瘍を診断する方法は磁気共鳴映像（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ、ＭＲＩ）装置を用いる方法が主に使われているが、手術中には伝統的なＭＲＩ装置を使うことができなく、その上、脳腫瘍は人の目で良く見えないため、脳腫瘍を全く除去することが困難である。また、人の脳は思考する能力及び視覚、触覚などの各種神経系と連結されているので、できるだけ最大限の正常脳組織を保存しながら脳腫瘍組職のみを除去しなければならなく、よって手術中に脳腫瘍組職の境界を確認する技術が非常に重要である。
現在、手術中に脳腫瘍の境界を検出する方法としては、手術用顕微鏡と脳航法装置（ｎｅｕｒｏ−ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）による方法が主に用いられているが、前もって撮影したＭＲＩ映像を活用する方法を使うことによって実際の手術中に脳組織が移動する脳移動（ｂｒａｉｎ−ｓｈｉｆｔ）による問題のため、脳腫瘍の完全除去に困難がある。この問題を克服するために、手術中に使用可能なＭＲＩ（ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ ＭＲＩ、ｉＭＲＩ）装置が開発されて使われているが、装置が非常に高価である点と追加的な手術遅延時間という欠点のため、実際の臨床専門医の使用が難しい点が多い。手術中に脳腫瘍組職の境界を検出する技術のうち最新技術に属する５−ＡＬＡ（ａｍｉｎｏｌｅｖｕｌｉｎｉｃ ａｃｉｄ）という特殊造影剤を用いた蛍光映像技術がある。この技術は世界保健機構（ＷＨＯ）分類の基準で高等級（ＷＨＯ ｇｒａｄｅ ＩＩＩ、ＩＶ）悪性脳腫瘍である膠芽細胞腫の境界検出にはすぐれた検出能力を現すが、血脳障壁による低等級（ＷＨＯ ｇｒａｄｅ ＩＩ）脳腫瘍検出は難しいという欠点が存在する。
一方、テラヘルツ（ｔｅｒａｈｅｒｔｚ、ＴＨｚ）波は、赤外線とマイクロ波間の、一般的に５０ＧＨｚ乃至１０ＴＨｚの範囲の周波数を有する電磁波であって、近年尖端技術の発展につれて未来の電波資源と認められて世界的に段々多くの注目を集めており、ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、ＢＴ（Ｂｉｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）などとの融合による多様な応用分野でその重要性が高まっている。
本発明の一態様は実時間で脳腫瘍を診断する方法を提供する。本発明の他の態様は実時間で脳腫瘍を診断する装置を提供する。本発明のさらに他の態様は実時間で脳腫瘍を除去する装置を提供する。
本発明の一態様による実時間脳腫瘍検出方法は、プローブが複数の入力信号を発生させて、脳腫瘍の位置と推定されるターゲット検出領域に伝達する段階、前記プローブが前記複数の入力信号による複数の反射信号を受信する段階、及び前記プローブが受信された前記複数の反射信号を検出する段階を含むことができ、前記複数の入力信号はテラヘルツ信号、ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号、及びラマン信号を含み、前記複数の反射信号は前記脳腫瘍の位置を検出するための複数の映像情報の生成のために使われることができる。
一方、前記複数の入力信号は蛍光信号をさらに含み、前記テラヘルツ信号は０．０５〜３０ＴＨｚ周波数帯域のパルス波又は連続波の形態の電磁波であり、前記ＯＣＴ信号は断層映像法のために広帯域波長光源によって発生した６００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、前記ラマン信号はラマン分光及び映像撮影のための広帯域波長光源によって発生した２００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、前記蛍光信号は造影剤によって発生した信号であり得る。
また、複数の反射信号はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）ガラスによって全反射されるか又は透過され、前記複数の反射信号のうち前記テラヘルツ信号は前記ＩＴＯガラスによって全反射され、前記複数の反射信号のうち前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号は前記ＩＴＯガラスによって透過されることができる。
また、前記複数の映像は第１映像、第２映像及び第３映像を含み、前記第１映像は前記テラヘルツ信号によって生成された映像であり、前記第２映像は前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号によって生成された映像であり、前記第３映像は前記第１映像及び前記第２映像を融合した映像であり得る。
また、実時間脳腫瘍検出方法は、体外（ｅｘ−ｖｉｖｏ）実時間脳腫瘍診断装置が複数の相異なる入力信号を発生させて脳腫瘍検体に伝達する段階、前記体外実時間脳腫瘍診断装置が前記複数の相異なる入力信号による複数の相異なる反射信号を受信する段階、及び前記体外実時間脳腫瘍診断装置が前記複数の相異なる反射信号によって前記脳腫瘍検体に対する複数の映像情報を生成する段階をさらに含み、前記複数の相異なる入力信号は相異なるテラヘルツ信号、相異なるＯＣＴ信号、及び相異なるラマン信号を含み、前記複数の相異なる入力信号のそれぞれは前記複数の入力信号のそれぞれと同一である信号源を共有することができる。
本発明の他の態様による実時間脳腫瘍検出装置は、プローブが複数の入力信号を発生させて、脳腫瘍の位置と推定されるターゲット検出領域に伝達するように具現される信号発生部、及び前記プローブが前記複数の入力信号による複数の反射信号を受信し、受信された前記複数の反射信号を検出するように具現される信号検出部を含み、前記複数の入力信号はテラヘルツ信号、ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号、及びラマン信号を含み、前記複数の反射信号は前記脳腫瘍の位置を検出するための複数の映像情報の生成のために使われることができる。
一方、前記複数の入力信号は蛍光信号をさらに含み、前記テラヘルツ信号は０．０５〜３０ＴＨｚ周波数帯域のパルス波又は連続波の形態の電磁波であり、前記ＯＣＴ信号は断層映像法のために広帯域波長光源によって発生した６００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、前記ラマン信号はラマン分光及び映像撮影のための広帯域波長光源によって発生した２００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、前記蛍光信号は造影剤によって発生した信号であり得る。
また、複数の反射信号はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）ガラスによって全反射されるか又は透過され、前記複数の反射信号のうち前記テラヘルツ信号は前記ＩＴＯガラスによって全反射され、前記複数の反射信号のうち前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号は前記ＩＴＯガラスによって透過されることができる。
また、前記複数の映像は第１映像、第２映像及び第３映像を含み、前記第１映像は前記テラヘルツ信号によって生成された映像であり、前記第２映像は前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号によって生成された映像であり、前記第３映像は前記第１映像及び前記第２映像を融合した映像であり得る。
また、体外実時間脳腫瘍診断装置が複数の相異なる入力信号を発生させて脳腫瘍検体に伝達するように具現される相異なる信号出力部、前記体外実時間脳腫瘍診断装置が前記複数の相異なる入力信号による複数の相異なる反射信号を検出するように具現される相異なる信号検出部、及び前記複数の相異なる反射信号によって前記脳腫瘍検体に対する複数の映像情報を生成する映像生成部をさらに含み、前記複数の相異なる入力信号は相異なるテラヘルツ信号、相異なるＯＣＴ信号、及び相異なるラマン信号を含み、前記複数の相異なる入力信号のそれぞれは前記複数の入力信号のそれぞれと同一の信号源を共有することができる。
本発明のさらに他の態様による脳腫瘍手術装置は、脳腫瘍に関連した複数の映像を受信し、前記脳腫瘍の位置を分析するように具現される映像受信及び分析部、前記脳腫瘍手術装置に含まれる脳腫瘍除去部の前記脳腫瘍の除去のための初期位置である第１位置を決定するように具現される１次位置決定部、前記脳腫瘍手術装置、前記脳腫瘍除去部又は患者の脳の位置変化によって前記脳腫瘍除去部の前記脳腫瘍の除去のための変化した位置である第２位置を決定するように具現される２次位置決定部、前記第１位置及び前記第２位置に基づいて脳腫瘍切削面を決定する脳腫瘍切削面決定部、及び前記脳腫瘍切削面によって前記脳腫瘍を除去するために具現された前記脳腫瘍除去部を含むことができる。
一方、前記脳腫瘍切削面は前記脳腫瘍の位置に基づいて前記脳腫瘍の除去のために切削される面の面積が最小となるように決定されることができる。
また、前記複数の映像はプローブによって獲得され、前記プローブは複数の入力信号を発生させて、前記脳腫瘍の位置と推定されるターゲット検出領域に伝達し、前記複数の入力信号による複数の反射信号を受信し、受信された前記複数の反射信号を検出するように具現され、前記複数の入力信号はテラヘルツ信号、ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号、及びラマン信号を含み、前記複数の反射信号は前記複数の映像の生成のために使われることができる。
また、前記複数の入力信号は蛍光信号をさらに含み、前記テラヘルツ信号は０．０５〜３０ＴＨｚ周波数帯域のパルス波又は連続波の形態の電磁波であり、前記ＯＣＴ信号は断層映像法のために広帯域波長光源によって発生した６００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、前記ラマン信号はラマン分光及び映像撮影のための広帯域波長光源によって発生した２００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、前記蛍光信号は造影剤によって発生した信号であり得る。
また、前記複数の映像は第１映像、第２映像及び第３映像を含み、前記第１映像は前記テラヘルツ信号によって生成された映像であり、前記第２映像は前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号によって生成された映像であり、前記第３映像は前記第１映像及び前記第２映像を融合した映像であり得る。
手術の追加遅延時間がなく、巨大な装備や患者の移動が必要なく、片手で携帯することができる小型のプローブで脳腫瘍の境界を検出することができる。また、悪性神経膠腫を含む脳腫瘍の境界を手術中に実時間で検出及び描写することができ、実時間で脳腫瘍の検出が可能なので、造影剤の使用による副作用がなく、低費用で手術中に脳腫瘍の検出が可能である。これだけではなく、既存の高等級悪性脳腫瘍だけではなく、従来技術で検出が難しい低等級脳腫瘍を検出することができる。また、高い敏感度と特異度を現し、非常に短い時間内（１分以内）に脳腫瘍組職を検出及び診断することができ、従来の造影剤を用いた蛍光技術と融合してもっと高い正確度で高等級の脳腫瘍組職を診断及び検出することができる。
後述する本発明についての詳細な説明は、本発明が実施可能な特定の実施例を例示する添付図面を参照する。これらの実施例は当業者が本発明を実施することができるように十分に詳細に説明される。本発明の多様な実施例は互いに異なるが、互いに排他的である必要はないことを理解しなければならない。例えば、これに記載されている特定の形状、構造及び特性は一実施例に係って本発明の思想及び範囲を逸脱しない範疇内で他の実施例に具現されることができる。また、それぞれの開示された実施例内の個別構成要素の位置又は配置は本発明の思想及び範囲を逸脱しない範疇内で変更可能なことを理解しなければならない。よって、後述する詳細な説明は限定的な意味として取られようとするものではなく、本発明の範囲は、適切に説明されるならば、その請求項が主張するものと均等な全ての範囲と一緒に添付の請求項によってのみ限定される。図面で類似した参照符号は多くの側面で同一乃至類似の機能を指示する。
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例をより詳細に説明する。
特に、テラヘルツ（ＴＨｚ）波は可視光線のように直進するとともに電波のように多様な物質をよく透過するので、物理、化学、生物学、医学などの基礎科学だけではなく、偽札、麻薬、爆発物、生化学兵器などの感知に使われており、特に水及び脂肪質の含有量を敏感に測定することができるので、生体医療の応用に非常に活発に活用されている。
断層映像法（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術は高い解像度及び構造的情報を提供する映像技術であり、深さ約２〜３ｍｍの生体組職の断層情報を提供するので、生体医療の応用に活発に適用されており、特に、眼球検査などに既に商用化された技術である。
ラマン分光及び映像撮影（Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ）技術は、生体組職の固有振動数などによる入射光の散乱の差を検出して、脂肪、タンパク質、ＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）の分子構造を特異的に区分することができ、近年、生体医療の応用に活発に使われる技術である。
本発明では、ＴＨｚ波、断層映像法技術及びラマン分光及び映像撮影及び蛍光技術を用いた実時間脳腫瘍の境界検出及び描写方法が開示される。
本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を用いる場合、テラヘルツ波技術、断層映像技術、ラマン分光及び映像、蛍光技術を融合して、悪性神経膠腫を含む脳腫瘍の境界を手術中に実時間で検出及び描写することができる。
また、本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を用いる場合、高価な造影剤なしに実時間で脳腫瘍の診断が可能であるので、造影剤の使用による副作用がなく、低費用で手術中に脳腫瘍の検出が可能である。
また、本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を用いる場合、既存の高等級悪性脳腫瘍だけではなく、従来技術で検出し難い低等級脳腫瘍を検出することができる。
これだけではなく、本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を用いる場合、手術の追加遅延時間がなく、巨大な装備や患者の移動が必要なく、片手で携帯することができる小型のプローブを使って脳腫瘍の境界を検出することができる。
また、本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を用いる場合、高い敏感度と特異度を現し、非常に短い時間（例えば、１分以内）内に脳腫瘍組職を検出及び診断することができる。
また、本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を用いる場合、従来の造影剤を用いた蛍光技術と融合して、もっと高い正確度で高等級の脳腫瘍組職を診断及び検出することができる。
また、本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を用いる場合、脳腫瘍手術時間を減らし、正確度を高めるために、相対的に低い解像度を現すが、広い部位を高速で診断することができるテラヘルツ技術を優先的に適用し、テラヘルツ映像の脳腫瘍の境界部分で高解像度のラマン技術を次に適用することができる。
以下、具体的な実時間脳腫瘍診断方法及び装置を開示する。
図１は本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断のためのプローブを示した概念図である。
図１では、本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断装置に含まれるプローブを開示する。
図１を参照すると、プローブは脳腫瘍検出のための波長を発生させる信号発生及び検出部１００、スキャニング部１２０及びＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）ガラス（ｇｌａｓｓ）１４０を含むことができる。
信号発生及び検出部１００は、テラヘルツ信号を発生させて検出するテラヘルツ発生部／テラヘルツ検出部、断層映像法のためのＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号を発生させて検出するためのＯＣＴ発生部／ＯＣＴ検出部、ラマン分光及び映像撮影のためのラマン信号を発生及び検出するラマン発生部／ラマン検出部、及び造影剤によって蛍光信号を発現させる蛍光発生部／蛍光検出部を含むことができる。信号発生及び検出部１００は信号発生部、信号検出部と表現することもできる。
スキャニング部（又はスキャン部）１２０は映像を生成するためのスキャニングのために具現されることができる。例えば、スキャニング部１２０はラスタースキャン（ｒａｓｔｅｒ ｓｃａｎ）によって信号を合わせて映像を生成することができるように使用する検流計（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）などの光学器機であり得る。スキャニング部１２０は映像の生成のためにフォーカスされた多くの信号（テラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号、蛍光信号など）によって２次元映像及び／又は３次元映像の生成のためのスキャニングを行うことができる。ラスタースキャン方式ではなくて写真方式のようなＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラ形式のアレイ概念の検出器が使われる場合、スキャニング部１２０はプローブに含まれないこともある。
ＩＴＯガラス１４０はテラヘルツ（ＴＨｚ）信号を全反射し、ラマン信号、ＯＣＴ信号、蛍光信号に対応する波長の信号は透過させて、テラヘルツ信号とラマン信号、ＯＣＴ信号、蛍光信号の経路を決定するために具現されることができる。
信号発生及び検出部１００に含まれる各モジュールの具体的な動作は次のようである。
テラヘルツ発生部／テラヘルツ検出部はテラヘルツ信号を発生して検出するために具現されることができる。テラヘルツ発生部／テラヘルツ検出部で発生及び検出されるテラヘルツ信号は０．０５〜３０ＴＨｚ周波数帯域の電磁波であり得る。また、テラヘルツ信号はパルス波（ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅ）、連続波（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）形態のテラヘルツ波であり得る。テラヘルツ発生部／テラヘルツ検出部は光ファイバーを含むことができる。
ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）発生部／ＯＣＴ検出部はＯＣＴ信号を発生及び検出するために具現されることができる。ＯＣＴ信号は６００ｎｍ〜１４００ｎｍの信号を発生させる広帯域波長光源によって発生する信号であり得る。例えば、広帯域波長光源は波長スウェプトレーザー（ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅ ｌａｓｅｒ）、スーパーコンティニウムレーザーダイオード（ｓｕｐｅｒ−ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｌａｓｅｒ）、スーパーコンティニウムレーザー（ｓｕｐｅｒ−ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）であり得る。ＯＣＴ検出部は、干渉法（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて、サンプル部（ｓａｍｐｌｅ ａｒｍ）と基準部（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｍ）のそれぞれから帰ってきた光信号を干渉させ、その干渉信号を検出するために具現されることができる。ＯＣＴ検出部は光ファイバーを含むことができる。
ラマン発生部／ラマン検出部はラマン信号を発生及び検出するために具現されることができる。ラマン信号は２００ｎｍ〜１４００ｎｍの信号を発生させる広帯域波長光源によって発生する信号であり得る。例えば、広帯域波長光源は波長スウェプトレーザー（ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅ ｌａｓｅｒ）、スーパーコンティニウムレーザーダイオード（ｓｕｐｅｒ−ｃｏｎｔｉｎｕｕｍｌａｓｅｒ）、スーパーコンティニウムレーザー（ｓｕｐｅｒ−ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）であり得る。ラマン検出部は入射光による散乱されたラマン信号を測定することができるラマン散乱分光器、ＣＣＤカメラ、光検出器などを含むことができる。
蛍光発生部／蛍光検出部は、レーザー、レーザーダイオード、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）など、造影剤の蛍光発現波長を含む全ての光源によって具現されることができる。造影剤によって発現可能な蛍光を検出することができる蛍光検出部は、ＣＣＤカメラ、光検出器などを含むことができる。また、蛍光検出部は、発現蛍光の波長のみ検出するために発現された蛍光の波長をその以外の波長の光から分離するための光濾過器（ｆｉｌｔｅｒ）、ビームスプリッター（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を含むことができる。
プローブはプロセッサをさらに含むことができ、プロセッサは信号発生及び検出部並びにスキャニング部の動作を制御するために具現されることができる。
また、追加的に、プローブは、プローブの現在３次元上の位置情報を判断して収集するための位置情報に係わる構成部をさらに含むこともできる。
本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断装置は、プローブと一緒に光源を共有する追加的な映像発生及び検出装置を含むことができる。
図２は本発明の実施例によるプローブを含む実時間脳腫瘍診断装置を示した概念図である。
図２を参照すると、脳腫瘍診断装置は、プローブ２８０と光源（又はレーザー）２７０を共有する体外実時間脳腫瘍検出装置２９０を含むことができる。プローブ２８０は第１実時間脳腫瘍診断装置、体外実時間脳腫瘍検出装置２９０は第２実時間脳腫瘍診断装置という用語で表現することができる。
体外実時間脳腫瘍診断装置（又は第２実時間脳腫瘍診断装置）２９０は、電源部２００、プロセッサ（又は計算部）２１０、格納部２２０、入出力部２３０、第２信号発生及び検出部２４０、第２スキャニング部２５０、及び第２ＩＴＯガラス２６０を含むことができる。
電源部２００は、プローブ（第１実時間脳腫瘍診断装置）２８０の各構成部及び／又は体外実時間脳腫瘍診断装置（例えば、第２実時間脳腫瘍検出装置）２９０の各構成部の電源を供給するために具現されることができる。
プロセッサ２１０は、第１実時間脳腫瘍診断装置２８０及び／又は第２実時間脳腫瘍診断装置２９０のそれぞれに含まれる構成部の動作を制御するために具現されることができる。
格納部２２０は、第１実時間脳腫瘍診断装置２８０及び／又は第２実時間脳腫瘍診断装置２９０によって生成された信号及び映像データの保存のために具現されることができる。格納部２２０は、プローブ２８０の映像データの獲得位置についての情報をさらに保存するために具現されることができる。
入出力部２３０は、第１実時間脳腫瘍診断装置２８０及び／又は第２実時間脳腫瘍診断装置２９０に命令を入力することができるインターフェース（例えば、マウス、キーボード、タッチスクリーン）及び映像情報と計算結果を出力するためのモニターなどを含むことができる。
第２信号発生及び検出部２４０は、第２テラヘルツ信号を発生させて検出する第２テラヘルツ発生部／第２テラヘルツ検出部、断層映像法のための第２ＯＣＴ信号を発生させて検出するための第２ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）発生部／第２ＯＣＴ検出部、ラマン分光及び映像撮影のための第２ラマン信号を発生及び検出する第２ラマン発生部／第２ラマン検出部、及び造影剤によって第２蛍光信号を発現させる第２蛍光発生部／第２蛍光検出部を含むことができる。
第２スキャニング部２５０は映像を生成するためのスキャニングのために具現されることができる。第２スキャニング部２５０は映像の生成のためにフォーカスされた多くの信号（第２テラヘルツ信号、第２ＯＣＴ信号、第２ラマン信号、第２蛍光信号など）によって映像生成のためのスキャニングを行うことができる。ラスタースキャン方式ではなくて写真方式のようなＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラ形式のアレイ概念の検出器が使われる場合、第２スキャニング部２５０は体外実時間脳腫瘍診断装置に含まれないこともある。
第２ＩＴＯガラス２６０は、第２テラヘルツ（ＴＨｚ）信号を全反射し、第２ラマン信号、第２ＯＣＴ信号、第２蛍光信号に対応する波長の信号は透過させて、第２テラヘルツ信号と第２ラマン信号、第２ＯＣＴ信号、第２蛍光信号の経路を決定するために具現されることができる。
本発明の実施例によると、第１実時間脳腫瘍診断装置（例えば、プローブ）２８０の第１信号発生及び検出部と第２実時間脳腫瘍診断装置（例えば、体外実時間脳腫瘍診断装置）２９０の第２信号発生及び検出部は光源（又はレーザー、信号源）２７０を共有することができる。すなわち、テラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号を発生させるための信号源（又はレーザー）２７０が第１信号発生及び検出部と第２信号発生及び検出部の間に共有されることができる。
また、本発明の実施例によるＩＴＯガラス２６０は、テラヘルツ信号を除いたＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号は透過させ、テラヘルツ信号は反射させるための透明導電性基板などの材料から具現され、テラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号の経路を一致させるように具現されることができる。スキャニング部２５０は、一致した経路上のテラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号を同時にスキャニングするように具現されることができる。
また、本発明の実施例によるＩＴＯガラス２６０は、テラヘルツ信号を除いたＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号は反射させるとともにテラヘルツ信号は透過させるためのポリマーなどの材料から具現されて、テラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号の経路を一致させるように具現されることができる。スキャニング部２５０は、一致した経路上のテラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号を同時にスキャニングするように具現されることができる。
また、本発明の実施例によるＩＴＯガラス２６０は、テラヘルツ信号とテラヘルツ信号を除いたＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号の経路を一致させないように具現されることもできる。スキャニング部２５０は、一致しない経路上のテラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号を同時にスキャニングするように具現されることができる。
また、本発明の実施例によると、テラヘルツ信号を発生させるテラヘルツ発生部の信号源とＯＣＴ信号を発生させるＯＣＴ発生部の信号源は同一の光源であり得る。
また、本発明の実施例によると、蛍光信号を獲得するための造影剤を使わずに蛍光信号を除いた残りのテラヘルツ信号、ＯＣＴ信号及びラマン信号によって低等級及び高等級脳腫瘍組職の信号、映像を測定して診断することができる。必要によって、蛍光信号を獲得するための造影剤と一緒に使用して脳腫瘍組職の検出及び診断の正確性を高めることができる。
また、本発明の実施例によると、テラヘルツ信号、ＯＣＴ信号、ラマン信号及び蛍光信号によって脳腫瘍のほかの多様な生体組職の診断及び分析を行うことができる。具体的に、脳腫瘍のほかに中枢神経系腫瘍組職（例えば、脊髄癌など）の映像、信号検出、診断のために本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断方法を使うことができる。
図３は本発明の実施例による実時間脳腫瘍診断装置を示した概念図である。
図３は、図２で前述した実時間脳腫瘍診断装置を活用した脳腫瘍診断方法を示した概念図である。
図３を参照すると、実時間脳腫瘍診断装置は、患者の頭にプローブ３００を直接的に接触して脳腫瘍に対するスキャニングを行うことができる。プローブ３００の信号入出力端を介して第１テラヘルツ信号、第１ＯＣＴ信号、第１ラマン信号及び第１蛍光信号が出力され、出力された第１テラヘルツ信号、第１ＯＣＴ信号、第１ラマン信号及び第１蛍光信号は患者の頭内に到逹してから反射されて再びプローブ３００に入力されることができる。
体外実時間脳腫瘍診断装置３５０は脳腫瘍検体に対する別個の診断のために使われることができる。体外実時間脳腫瘍診断装置３５０の上端に位置する脳腫瘍検体位置部上に脳腫瘍検体を位置させることができる。体外実時間脳腫瘍診断装置３５０の信号入出力端を介して第２テラヘルツ信号、第２ＯＣＴ信号、第２ラマン信号及び第２蛍光信号が出力され、出力された第２テラヘルツ信号、第２ＯＣＴ信号、第２ラマン信号及び第２蛍光信号は脳腫瘍検体に到逹してから反射されて再び体外実時間脳腫瘍診断装置３５０に入力されることができる。
図４は本発明の実施例による脳腫瘍診断方法を示したフローチャートである。
図４で、脳腫瘍診断方法は、複数の分析段階によって順次行われることができる。以下、検体はプローブ又は体外実時間脳腫瘍分析装置によって分析される患者の頭内のターゲット検体、又は身体から抽出されたターゲット検体を含む意味として使われることができる。
図４を参照すると、実時間脳腫瘍診断装置は、テラヘルツ信号、ＯＣＴ信号及びラマン信号、蛍光信号（選択的）によってターゲット検体に対する映像信号を獲得する（段階Ｓ４００）。
前述したように、テラヘルツ信号、ＯＣＴ信号及びラマン信号、蛍光信号（選択的）がプローブ及び／又は体外実時間脳腫瘍分析装置を介して出力及び入力されて、映像を生成するための映像信号が生成されることができる。
実時間脳腫瘍診断装置は１次映像を生成して、ターゲット検体に対する１次診断を行う（段階Ｓ４１０）。
１次映像はテラヘルツ信号によって生成された映像であり得る。すなわち、ＯＣＴ信号及びラマン信号、蛍光信号（選択的）を除いたテラヘルツ信号のみによって１次映像が生成され、１次映像によってターゲット検体に対する１次診断を行うことができる。
実時間脳腫瘍診断装置は２次映像を生成してターゲット検体に対する２次診断を行う（段階Ｓ４２０）。
２次映像はテラヘルツ信号を除いたＯＣＴ信号及びラマン信号、蛍光信号（選択的）によって生成されることができる。２次映像によってターゲット検体に対する２次診断を行うことができる。
実時間脳腫瘍診断装置は１次映像と２次映像を融合して融合映像を生成して３次診断を行う（段階Ｓ４３０）。
１次映像及び２次映像を融合して３次映像を生成することで、交差検証を行うことができる。１次映像及び２次映像の融合のために１次映像及び２次映像内の脳腫瘍の特徴点を分析することができる。特徴点は映像分析によって複数のエッジが会う部分などのように映像を特徴化させることができる点であり得る。１次映像の特徴点と２次映像の特徴点のマッチングによって３次映像を生成することができる。
低等級／高等級悪性脳腫瘍領域を検出して出力する（段階Ｓ４４０）。
１次映像、２次映像及び３次映像によってターゲット検体から低等級／高等級悪性脳腫瘍領域を検出し、これを出力部から出力することができる。
図５は本発明の実施例による実時間脳腫瘍除去方法を示した概念図である。
図５では、実時間脳腫瘍診断装置を用いて獲得した映像による手術装置の実時間脳腫瘍除去過程が開示される。
図５を参照すると、複数の信号によって実時間脳腫瘍診断装置５００で獲得した複数の映像のそれぞれによって脳腫瘍の位置を分析することができる。
脳腫瘍の位置は脳腫瘍の除去のための手術装備５５０の接近位置を中心に分析することができる。例えば、人の頭の形態を分析し、人の頭において特定面積上に手術装備を挿入して脳腫瘍を除去することができる。手術装備５５０が挿入される特定面積は脳腫瘍除去ターゲット面積という用語で表現することができる。
プローブ５００は、脳腫瘍除去ターゲット面積に対応する面積に対するスキャニングによって複数の映像を獲得することができる。プローブ５００によって獲得された映像情報は脳腫瘍除去ターゲット面積のうち特定地点に対応するプローブ５００の３次元上の位置及び当該プローブ５００の３次元上の位置に対応する映像データを含むことができる。例えば、映像情報は、当該映像情報が獲得されたプローブ５００の３次元上の位置をメートルデータとして含むことができる。
このようなプローブ５００の３次元上の位置情報を含む映像情報は手術装備（脳腫瘍手術装置）５５０に入力されることができる。手術装備５５０が脳腫瘍に対する摘出又は除去過程を進行させる場合、手術装備５５０の３次元上の位置情報とプローブ５００の３次元上の位置情報が対応することができる。手術装備５５０の接近位置によって手術装備５５０の３次元位置は変化することができ、変化する手術装備５５０の３次元位置によってプローブ５００の３次元上の位置情報が対応することができ、手術装備５５０の３次元位置による映像情報を手術装備５５０に提供することができる。
手術装備５５０は提供された映像情報に基づいて手術装備５５０の位置を基準とする脳腫瘍の位置を判断することができ、判断された脳腫瘍の位置によって脳腫瘍除去部を用いて脳腫瘍の除去手術を進めることができる。このような方法を使う場合、手術装備５５０の位置とプローブ５００の位置のそれぞれが実時間で対応して、正確に脳腫瘍部位に対する除去を行うことができる。
図６は本発明の実施例による脳腫瘍部位に対する除去過程を示したフローチャートである。
図６では、脳腫瘍切削のための手術装備を用いる具体的な脳腫瘍部位に対する切削過程が開示される。図６では、手術装備が脳腫瘍除去手術の開始位置を決定し、手術装備の位置変化によって適応的に脳腫瘍に対する映像情報を追加的に獲得して脳腫瘍除去手術を進める方法が開示される。
図６を参照すると、手術装備は実時間脳腫瘍診断装置から受信した映像情報に基づき、切削ターゲット面積のうち脳腫瘍除去手術を始める第１位置を決定する（段階Ｓ６００）。
具体的に、手術装備は第１位置で脳腫瘍に対する除去過程を始めることができる。第１位置は手術装備によって映像情報に基づいて判断された脳腫瘍の除去の一番容易な位置又は脳腫瘍の除去による被害が最小化することができる位置であり得る。第１位置は多様な方法によって決定することができる。例えば、手術装備は、映像情報に基づいて手術装備を挿入するとき、脳腫瘍の除去による副作用が最も小さい位置を第１位置と決定することができる。具体的に、脳から除去される場合に致命的であり得る部位を除いた残りの位置のうち周辺部の損傷が一番少ない位置を第１位置と決定することができる。
第１位置を決定した後、手術装備は第１位置を基準に決定された第１脳腫瘍切削面を通じて脳腫瘍除去手術を進める（段階Ｓ６１０）。
第１位置及び脳腫瘍の位置に基づいて決定された第１脳腫瘍切削面に対する脳腫瘍除去過程を進めることができる。脳腫瘍切削面は追加的な脳腫瘍の拡散を防止するために脳腫瘍を取り囲む面であり得る。脳腫瘍切削面は多様な方法で決定することができる。脳腫瘍切削面は映像情報に基づいてシミュレーションした脳腫瘍の３次元上の位置を考慮して切削面が最小となる多角形であり得る。
手術装備の位置変化に対応する映像情報に基づいて脳腫瘍除去手術を進める第２位置を決定する（段階Ｓ６２０）。
手術装備（又は手術装備に含まれる脳腫瘍除去部）の位置は脳腫瘍の切削過程によって変化することができる。例えば、単純に手術装備の外部力による移動、手術中の脳の移動による手術装備の移動、第１脳腫瘍切削面の切削のための手術装備の移動が発生し得る。手術装備の位置が変化する場合、手術装備の位置の変化による第２位置を決定し、変化した位置に対応する映像情報に基づいて脳腫瘍切削面を決定するとか、既に決定された脳腫瘍切削面に対する切削過程を進めることができる。
第２位置を決定した後、手術装備は第２位置を基準に決定された脳腫瘍切削面を通じて脳腫瘍除去手術を進める（段階Ｓ６３０）。
第２位置及び脳腫瘍の位置に基づいて決定された第２脳腫瘍切削面に対する脳腫瘍除去過程を進めるとか、第２位置に基づいて既存の第１脳腫瘍切削面に対する追加的な切削過程を進めることができる。第２脳腫瘍切削面は現在まで切削された切削面を除いた残りの切削面が最小となるように決定することができる。具体的に、単純に手術装備の外部力による移動、手術中の脳の移動による手術装備の移動が発生した場合、第２脳腫瘍切削面を再び決定することができる。第１脳腫瘍切削面の切削のための手術装備の移動が発生した場合、既存の第１脳腫瘍切削面に対する追加的な切削過程を進めることができる。
図７は本発明の実施例による脳腫瘍除去手術装置を示した概念図である。
図７を参照すると、脳腫瘍除去手術装置は、映像受信及び分析部７００、１次位置決定部７１０、２次位置決定部７２０、脳腫瘍切削面決定部７３０、脳腫瘍除去部７４０、及びプロセッサ７５０を含むことができる。
映像受信及び分析部７００は実時間脳腫瘍診断装置から受信した映像信号を受信し、受信された映像信号に対する分析を行うために具現されることができる。
１次位置決定部７１０は脳腫瘍除去手術を進行する第１位置を決定するために具現されることができる。１次位置決定部７１０は映像情報に基づいて患者の脳の各部の位置を分析して、脳腫瘍除去部が脳腫瘍除去過程のために脳腫瘍に近付くための第１位置を決定することができる。
２次位置決定部７２０は脳腫瘍除去手術を進める第２位置を決定するために具現されることができる。手術装置の位置が変化するとか、脳の位置が変更されるとか、脳腫瘍除去のために脳腫瘍除去部が脳腫瘍除去のための経路を変更した場合、２次位置決定部７２０は映像情報に基づいて患者の脳の各部の位置を分析して脳腫瘍除去部が脳腫瘍除去過程のために脳腫瘍に近付くための第２位置を決定することができる。
脳腫瘍切削面決定部７３０は脳腫瘍の除去のために脳腫瘍除去部による除去過程が行われる脳腫瘍切削面を決定するために具現されることができる。脳腫瘍切削面決定部７３０は第１位置及び／又は第２位置を基準に脳腫瘍を取り囲む多角形の脳腫瘍切削面を決定することができる。第１位置及び／又は第２位置を基準に決定された脳腫瘍を取り囲む多角形の脳腫瘍切削面は切削面が最小となるように決定されることができる。
脳腫瘍除去部７４０は脳腫瘍切削面に対する切削過程を進めるための多様な切削装置及び／切削モジュールを含むことができる。
プロセッサ７５０は映像受信及び分析部７００、１次位置決定部７１０、２次位置決定部７２０、脳腫瘍切削面決定部７３０及び脳腫瘍除去部７４０の動作を制御するために具現されることができる。
このような実時間で脳腫瘍を診断する方法はアプリケーションによって具現されるとか多様なコンピュータ構成要素によって行えるプログラム命令語の形態に具現されてコンピュータ可読の記録媒体に記録されることができる。前記コンピュータ可読の記録媒体はプログラム命令語、データファイル、データ構造などを単独で又は組み合わせて含むことができる。
前記コンピュータ可読の記録媒体に記録されるプログラム命令語は本発明のために特別に設計されて構成されたものであるか又はコンピュータソフトウェア分野の当業者に公知となって使用可能なものであり得る。
コンピュータ可読の記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプチカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような磁気光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのように、プログラム命令語を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。
プログラム命令語の例には、コンパイラーによって作られるもののような機械語コードだけではなく、インタプリターなどによってコンピュータで実行可能な高級言語コードも含まれる。前記ハードウェア装置は、本発明による処理を行うために、一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されることができ、その逆も同様である。
以上では実施例に基づいて説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び範囲から逸脱しない範疇内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解することができるであろう。
Claims (6)
- 実時間脳腫瘍検出装置であって、
プローブが複数の入力信号を発生させて、脳腫瘍の位置と推定されるターゲット検出領域に伝達するように具現される信号発生部；及び
前記プローブが前記複数の入力信号による複数の反射信号を受信し、受信された前記複数の反射信号を検出するように具現される信号検出部を含み、
前記複数の入力信号はテラヘルツ信号、ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号、ラマン信号、及び蛍光信号を含み、
前記複数の反射信号は前記脳腫瘍の位置を検出するための複数の映像情報の生成のために使われ、
前記テラヘルツ信号は０．０５〜３０ＴＨｚ周波数帯域のパルス波又は連続波の形態の電磁波であり、
前記ＯＣＴ信号は断層映像法のために広帯域波長光源によって発生した６００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、
前記ラマン信号はラマン分光及び映像撮影のための広帯域波長光源によって発生した２００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、
前記蛍光信号は造影剤によって発生した信号であり、
前記複数の反射信号はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）ガラスによって全反射されるか又は透過され、
前記複数の反射信号のうち前記テラヘルツ信号は前記ＩＴＯガラスによって全反射され、
前記複数の反射信号のうち前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号は前記ＩＴＯガラスによって透過されることを特徴とする、実時間脳腫瘍検出装置。 - 前記複数の映像は第１映像、第２映像及び第３映像を含み、
前記第１映像は前記テラヘルツ信号によって生成された映像であり、
前記第２映像は前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号によって生成された映像であり、
前記第３映像は前記第１映像及び前記第２映像を融合した映像であることを特徴とする、請求項１に記載の実時間脳腫瘍検出装置。 - 体外実時間脳腫瘍診断装置が複数の相異なる入力信号を発生させて脳腫瘍検体に伝達するように具現される相異なる信号出力部；
前記体外実時間脳腫瘍診断装置が前記複数の相異なる入力信号による複数の相異なる反射信号を検出するように具現される相異なる信号検出部；及び
前記複数の相異なる反射信号によって前記脳腫瘍検体に対する複数の映像情報を生成する映像生成部をさらに含み、
前記複数の相異なる入力信号は相異なるテラヘルツ信号、相異なるＯＣＴ信号、及び相異なるラマン信号を含み、
前記複数の相異なる入力信号のそれぞれは前記複数の入力信号のそれぞれと同一の信号源を共有することを特徴とする、請求項２に記載の実時間脳腫瘍検出装置。 - 脳腫瘍手術装置であって、
脳腫瘍に関連した複数の映像を受信し、前記脳腫瘍の位置を分析するように具現される映像受信及び分析部；
前記脳腫瘍手術装置に含まれる脳腫瘍除去部の前記脳腫瘍の除去のための初期位置である第１位置を決定するように具現される１次位置決定部；
前記脳腫瘍手術装置、前記脳腫瘍除去部又は患者の脳の位置変化によって前記脳腫瘍除去部の前記脳腫瘍の除去のための変化した位置である第２位置を決定するように具現される２次位置決定部；
前記第１位置及び前記第２位置に基づいて脳腫瘍切削面を決定する脳腫瘍切削面決定部；及び
前記脳腫瘍切削面によって前記脳腫瘍を除去するために具現された前記脳腫瘍除去部を含み、
前記複数の映像はプローブによって獲得され、
前記プローブは複数の入力信号を発生させて、前記脳腫瘍の位置と推定されるターゲット検出領域に伝達し、前記複数の入力信号による複数の反射信号を受信し、受信された前記複数の反射信号を検出するように具現され、
前記複数の入力信号はテラヘルツ信号、ＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）信号、ラマン信号、及び蛍光信号を含み、
前記複数の反射信号は前記複数の映像の生成のために使われ、
前記テラヘルツ信号は０．０５〜３０ＴＨｚ周波数帯域のパルス波又は連続波の形態の電磁波であり、
前記ＯＣＴ信号は断層映像法のために広帯域波長光源によって発生した６００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、
前記ラマン信号はラマン分光及び映像撮影のための広帯域波長光源によって発生した２００ｎｍ〜１４００ｎｍ波長の信号であり、
前記蛍光信号は造影剤によって発生した信号であり、
前記複数の反射信号はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）ガラスによって全反射されるか又は透過され、
前記複数の反射信号のうち前記テラヘルツ信号は前記ＩＴＯガラスによって全反射され、
前記複数の反射信号のうち前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号は前記ＩＴＯガラスによって透過されることを特徴とする、脳腫瘍手術装置。 - 前記脳腫瘍切削面は前記脳腫瘍の位置に基づいて前記脳腫瘍の除去のために切削される面の面積が最小となるように決定されることを特徴とする、請求項４に記載の脳腫瘍手術装置。
- 前記複数の映像は第１映像、第２映像及び第３映像を含み、
前記第１映像は前記テラヘルツ信号によって生成された映像であり、
前記第２映像は前記ＯＣＴ信号、前記ラマン信号及び前記蛍光信号によって生成された映像であり、
前記第３映像は前記第１映像及び前記第２映像を融合した映像であることを特徴とする、請求項５に記載の脳腫瘍手術装置。
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