KR100897528B1

KR100897528B1 - 디비에스 전극의 위치 판단 방법

Info

Publication number: KR100897528B1
Application number: KR1020070061894A
Authority: KR
Inventors: 백선하; 임용훈; 강현재; 신세호; 최은주; 김철영
Original assignee: 주식회사 사이버메드; 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-05-15
Also published as: US8369931B2; WO2009002072A3; DE112008001642T5; DE112008001642B4; KR20080112886A; WO2009002072A2; US20100324410A1

Abstract

본 발명은 뇌심부 목표 영역에 대한 정보를 포함하는 제1 볼륨 데이터 세트 및 뇌심부 목표 영역을 향하여 이식된 DBS(deep brain stimulation) 전극에 대한 정보를 포함하는 제2 볼륨 데이터 세트를 이용하여 DBS 전극의 뇌심부 목표 영역에 대한 위치를 파악하는, DBS 전극의 위치 판단 방법에 있어서, 제1 볼륨 데이터 세트로부터 뇌심부 목표 영역에 대한 서브 볼륨을 생성하고, 제2 볼륨 데이터 세트로부터 DBS 전극에 대한 서브 볼륨을 생성하는 제1 단계; 그리고 뇌심부 목표 영역에 대한 서브 볼륨과 DBS 전극에 대한 서브 볼륨을 겹쳐서 디스플레이하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법에 관한 것이다.

뇌심부, 파킨슨병, STN, DBS, 전극, MRI, CT, 아틀라스, 이식

Description

디비에스 전극의 위치 판단 방법{METHOD OF DETERMINING THE POSITION OF A DEEP BRAIN STIMULATION ELECTRODE}

도 1은 DBS 전극 리드의 일 예를 개략적으로 나타내는 도면,

도 2는 DBS 전극 이식 후의 CT 이미지의 일 예를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따라 목표 영역과 DBS 전극의 위치 관계를 평가하는 방법을 설명하기 위한 도면,

도 4는 도 3을 확대한 도면,

도 5는 본 발명에 따라 도 3의 이미지를 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,

도 6 및 도 7은 서브 볼륨 렌더링 방법을 설명하기 위한 도면,

도 8은 리슬라이싱을 설명하는 도면,

도 9는 합성 전후의 의료용 영상을 나타내는 도면,

도 10은 의료용 이미지 데이터를 합성하는 과정을 설명하는 도면.

본 발명은, DBS(Deep Brain Stimulation) 전극의 위치 판단 방법에 관한 것 으로, 특히 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트와 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트를 정합하여, 서브 볼륨 렌더링된 STN(subthalamic nucleus)에 대한 서브 볼륨 렌더링된 DBS 전극의 위치를 파악하는 방법에 관한 것이다.

DBS 치료법(therapy)은 뇌심부(deep brain)의 목표 타깃(예: STN)에 전극을 고정한 다음, 일정 기간 동안 지속적으로 전기 자극을 줌으로써, 환자의 이상 상태를 개선하는 치료법이다.

1998년 미국 FDA가 처음 승인한 이래로, DBS 치료법은 운동 장애(movement disorder)를 포함하는 다양한 뇌-제어 장애(brain-controlled disorders)의 치료에 매우 큰 인기를 얻고 있다. DBS 치료법(therapy)은 떨림(tremor), 경직(rigidity), 그리고 파킨스병 및 본태 떨림(essential tremor)을 가진 환자의 약물 유발 부작용(drug induced side effects)의 치료에 적용되어 왔다. 일반적으로 이러한 치료법은 DBS 전극 리드(DBS electrode lead)를 환자의 머리(skull)에 드릴된 홀(burr hole)을 통해 위치결정하고, 전극 리드를 통해 적절한 자극 신호들을 생화학적 타깃(physiological target)에 적용하는 것을 포함한다. 치료법에 있어서 스테레오택틱 신경외과적 방법(stereotactic neurosurgical methodology)을 포함하는 이 위치결정은 매우 중요하며, 그리고 큰 주목과 연구의 주제로 되어 왔다. 특히, 딥 브레인 타킷(deep brain target)을 찾아 지속적으로 전극 리드를 위치결정시켜 이러한 타킷에 효율적으로 자극을 주는 것은 매우 중요하다.

운동 장애의 치료를 위한 DBS 이식(implants)에 있어서 최적의 생화학적 타깃을 찾는 것은 특히나 복잡한 일이다. 이것은 특히 전극 리드의 이식 동안 수술대 에서 시험(test)이 행해질 수 없는 증상의 치료(treatment of symptom)에 그러하다. 예를 들어, DBS 리드 이식 동안 파킨슨병 환자에 있어서 자세 안정성(postural stability) 및 걷기 테스트(test walking)는 실질적으로 불가능하다. 다른 두개의 주요한 파킨슨병 증상인 경직과 운동마비(akinesia) 또한 DBS 리드 이식 동안 정양적으로 평가하기가 어려운 것으로 알려져 있다. 한편 관심의 수술 타깃은 시상밑부(subthalamus) 또는 창백핵 인터너스(globus pallidus internus) 내의 서브 영영(subregions) 또는 딥 브레인 뉴클레이(deep brain nuclei)를 포함한다. 이 구조물들은 MRI(magnetice resonance imaging), CT(computed tomography), PET(positron emission tomography)와 같은 현재의 어떠한 이미지 모달리티들(imaging modalities)에서도 관찰이 용이하지 않다.

따라서 종래에는 Schaltenbrand-Wahren 아틀라스(altas)와 같은 뇌 구조에 대한 일종의 템플릿을 이용하여 목표 영역을 찾아 DBS 이식에 이용하였다.

또한 St-Jean 등의 경우에는 Schaltenbrand-Wahern 아틀라스를 디지털화하여 복수개의 슬라이스들로 적층함으로써 3D 구조를 만들고, 이 3D 구조를 DBS 이식 전의 환자의 MRI 볼륨 데이터 세트에 기준(landmarks)을 이용해 맞춤(registering)함으로써, 아틀라스 3D 구조가 얹혀진 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트를 생성하고, 이를 DBS 이식에서 목표 영역을 찾는데 이용하였다.

최근의 경향은 AC(anterior commissural)-PC(posterior comminssural) 좌표를 기준으로 MR(magnetic resonance) 이미지 상에서 목표 영역을 위치결정하는 것이다.

미국특허 제7,167,760호에는 DBS 치료법에 대한 전반적인 설명과 함께, 위 종래기술들의 문제점을 개선한 이식 전 목표 영역의 위치결정 방법이 제시되어 있다.

도 1은 DBS 전극 리드의 일 예를 개략적으로 나타내는 도면으로서, DBS 전극 리드(100)는 4개의 백금(platinum)/이리듐(iridium) 접촉 전극(110,120,130,140)을 구비한다. 이러한 전극(110,120,130,140)을 목표 영역에 위치시킨 다음, 전극(110,120,130,140)의 일부에 전기 자극을 가함으로써 치료를 행하는 것이다.

도 2는 DBS 전극 이식 후의 CT 이미지의 일 예를 나타내는 도면으로서, 두개의 DBS 전극 리드(410)를 가지는 양측 DBS 이식(bilateral DBS implanation) 후의 환자의 이식 후 CT 이미지(400)를 나타내고 있다. 와이어 리드(420)는 DBS 전극 리드(410)로부터 인터널 펄스 발생기(internal pulse generator; 미도시)로 이어진다.

한편 DBS 전극 리드(400)/DBS 전극이 이식된 후 또는 DBS 치료가 이루어진 후에 DBS 전극이 제대로 위치되었는지를 평가하여야 하는데, CT 이미지를 이용하는 경우에 CT의 특성상 DBS 전극은 비교적 용이하게 파악되나 소프트 티슈인 목표 영역은 잘 파악되지 않으며, MRI 이미지를 이용하는 경우에 MRI의 특성상 소프트 티슈인 목표 영역이 잘 나타나야 하나 금속으로 된 DBS 전극 리드(400)/DBS 전극의 간섭에 의해 DBS 전극과 목표 영역의 위치 관계를 쉽게 파악할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치를 명확하게 파악할 수 있는 DBS 전극의 위치 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 방법은 DBS 전극 이식 후에, 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치 판단에 유용하게 사용될 수 있다. 또한 DBS 전극의 이식의 과정에서, 수술용 항법장치의 도움을 받아 DBS 전극의 목표 영역에 대한 위치결정에도 활용될 수 있다.

또한 본 발명은 STN과 같은 뇌심부 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치를 명확하게 파악할 수 있는 DBS 전극의 위치 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 목표 영역과 DBS 전극의 서브 볼륨 렌더링을 통해 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치를 명확하게 파악할 수 있는 DBS 전극의 위치 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 이식 전 볼륨 데이터 세트와 이식 후 볼륨 데이터 세트의 합성을 통해 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치를 명확하게 파악할 수 있는 DBS 전극의 위치 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 이식 전 볼륨 데이터 세트와 이식 후 볼륨 데이터 세트의 뮤츄얼 인포메이션에 의한 정합을 통해 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치를 명확하게 파악할 수 있는 DBS 전극의 위치 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트와 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트의 정합을 통해 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치를 명확하게 파악할 수 있는 DBS 전극의 위치 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따라 목표 영역과 DBS 전극의 위치 관계를 평가하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 목표 영역인 STN(10; subthalamic nucleus)에 DBS 전극(20)이 위치해 있다.

도 4는 도 3을 확대한 도면으로서, 우측의 STN(10) 위에 노출된 3개의 DBS 전극(12,13,14)이 도시되어 있다. 따라서 의사는 4개의 DBS 전극 중 하나의 DBS 전극이 STN(10)에 들어가 있다는 것을 알 수 있다. 이렇게 STN(10)에 대한 DBS 전극의 위치를 정확히 알게 됨으로써, DBS 전극 이식의 성공 여부, 어떤 DBS 전극에 전기 자극을 주어야 할 지의 여부 등을 명확히 판단하게 되어 환자를 치료하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있게 된다. 또한 기존에 밝혀지지 않던 전기 자극과 목표 영역과의 상관 관계를 정확하게 파악할 수 있는 기반을 제공할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따라 도 3의 이미지를 형성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 먼저 단계(S1)에서 이식 전 MRI(magnetic resonance imaging) 볼륨 데이터 세트 및 이식 후 CT(computed tomography) 볼륨 데이터 세트를 취득한다. 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트는 DBS 전극 이식 전에 MRI 촬영을 행함으로써 획득되며, 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트는 이식 후 또는 이식 후 일정 기간(예: 3개월, 6개월)의 DBS 치료 후에 CT 촬영을 행함으로써 획득된다.

단계(S2)에서, 인체내 지표점인 AC(anterior commissural)와 PC(posterior comminssural)를 잇는 선을 기준으로 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트의 좌표축이 재 설정되며 이를 리슬라이싱(reslicing)이라 한다. 이 리슬라이싱을 통해(좌표축을 재설정 함으로써) 목표 영역(여기서, STN)을 보다 용이하게 파악할 수 있게 된다.

단계(S3)에서, AC-PC를 기준으로 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트를 리슬라이싱 한다. 이는 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트의 좌표축도 AC-PC를 기준으로 재설정함으로써, 이후 있을 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트와 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트의 정합에 사용되는 시간을 줄이기 위한 것이다.

단계(S4)에서, 모달리티(modality)를 달리하는 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트와 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트를 정합(alignment)한다. 이미지 정합은 두개의 볼륨 데이터 세트를 하나의 화면 상에 겹쳐 볼 수 있는 기초를 제공하며, 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트의 복셀들을 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트의 해당 복셀들에 대응시키는 선형변환 T을 찾는 과정으로 이해할 수 있다. 자세한 사항은 후술한다.

단계(S5)에서, 소프트 티슈인 STN을 잘 파악할 수 있는 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트 상에서 STN을 별도의 볼륨 데이터 세트 즉 서브 볼륨으로 렌더링한다. 이러한 과정은 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트 상에서 STN에 해당하는 인텐시티(intensity)를 지정함으로써 이루어지며, STN을 찾는 과정에서 아틀라스가 이용될 수 있다. 식별이 어려운 뇌심부 소트프 티슈 목표 영영인 STN에 대한 서브 볼륨을 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트로부터 생성함으로써, 금속인 DBS 전극의 방해 없이 서브 볼륨을 취득할 수 있다.

단계(S6)에서, 금속인 DBS 전극을 잘 파악할 수 있는 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트 상에서 DBS 전극을 별도의 볼륨 데이터 세트 즉 서브 볼륨으로 렌더링한 다. 이러한 과정은 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트 상에서 DBS 전극에 해당하는 인텐시티를 지정함으로써 이루어진다.

단계(S7)에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 단계(S5)에서 구해진 STN에 대한 서브 볼륨(10)과 단계(S6)에서 구해진 DBS 전극에 대한 서브 볼륨(20)을 함께 디스플레이한다. 이때 STN에 대한 서브 볼륨(10)은 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트에서 생성되고, DBS 전극에 대한 서브 볼륨(20)은 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트에서 생성되었으므로, 양자의 정합이 필요하며, 이를 위해 단계(S4)에서 구해진 선형변환 T가 이용된다.

서브 볼륨 렌더링 및 리슬라이싱

컴퓨터 그래픽스(Computer Graphics)는 객체(object)의 2차원적 또는 3차원적 그래픽 표현을 2차원 디스플레이 스크린 상에 나타내는데 주로 이용된다. 볼륨 그래픽스(Volume Graphics)는 컴퓨터 그래픽스의 한 분야로서, 3차원 또는 그 이상의 차원을 가지는 샘플 데이터로 표현되는 객체(object)를 시각화하는 것을 다룬다. 이 샘플들은 볼륨 구성요소(volume elements) 또는 복셀(voxels)이라 불리우며, 객체의 물리적 특징을 표현하는 디지털 정보를 포함한다. 예를 들어, 특정 물체의 복셀 데이터는 밀도, 물질의 유형, 온도, 속도, 또는 다른 특성을, 이산적 점들(discrete points)로, 공간에서, 그 객체의 내부 및 주변 전체에 걸쳐 표현할 수 있다.

근래에, 볼륨 렌더링(Volume Rendering)이라 불리는 볼륨 그래픽스 방법이 도입되었으며, 이는 디지털 신호 프로세싱(digital signal processing)의 한 형태로서, 복셀기반 표현의 각각의 복셀에 색상(color) 및 투명도를 부여하는 방법이다. 이렇게 색상과 투명도가 부여된 각 복셀들은 컴퓨터 스크린과 같은 2차원의 표시 화면(viewing surface)에 투사되며(projected), 이 때 백그라운드(background)의 복셀들은 포어그라운드(foreground)의 불투명한 복셀들에 의해 가려지는 형태로 된다. 이러한 투사된 복셀들의 축적이 객체의 시각적 이미지(visual image)를 결과한다.

정리하면, 볼륨 렌더링(Volume Rendering)은 볼륨(volume) 또는 볼륨 데이터 세트(volume data set)를 렌더링하는 것으로, 볼륨 데이터 세트는 볼륨 구성요소(volume elements) 또는 복셀(voxels)이라 불리는 데이터 포인트들의 3차원 배열(3-D array of data points)로 이루어지고, 복셀은 픽셀(pixel)의 3차원적 대응물로서 색상과 투명도 정보를 포함하고 있으며, 특정 복셀의 데이터 값인 색상과 투명도를 변경함으로써 객체의 외부 및 내부를 다른 형태로 볼 수 있는데, 예를 들어 수술에 앞서 무릎의 인대, 힘줄 및 뼈를 살펴 보고자 하는 의사는 무릎의 단층 스캔에서, 피, 피부 및 근육을 완전히 투명하게 보이도록 할 수 있다.

한편, 의사들은 CT(Computer Tomography; 컴퓨터단층촬영) 이미지나 MRI(Magnetic Resonance Imaging; 자기공명영상법) 이미지와 같은 의료용 이미지로부터 이상 부위(예: 종양)의 모양과 위치에 대한 정보를 얻은 후에 수술을 하게 된다. 따라서 이러한 CT나 MRI 이미지와 같은 의료용 이미지로부터 만들어진 3차원 객체 또는 볼륨 데이터 세트 역시 이러한 이상 부위를 기타 다른 조직들과 구별하 여 나타낼 수 있다면 훨씬 보기가 편할 것이다. 이러한 목적을 이루기 위하여 멀티 서브 볼륨 렌더링(MultiSubVolume Rendering) 또는 서브 볼륨 렌더링 방법이 나오게 되었다. 간단히 말해서 멀티 서브 볼륨 렌더링(MultiSubVolume Rendering)은 이상 부위(또는 관심있는 부위)를 다른 부분과는 구별되는 색으로 표시함으로써 이상 부위의 위치와 모양을 쉽게 판단할 수 있도록 하는 것이다. 현재 이러한 멀티 서브 볼륨 렌더링을 구현하기 위해 TeraRecon사의 VolumePro^TM와 같은 볼륨 렌더링 하드웨어 솔루션이 사용되고 있다.

도 6을 참고로 하여 서브 볼륨 렌더링 방법을 살펴보면, 먼저 적정 개수만큼 촬영된 CT나 MRI 이미지와 같은 의료용 이미지(101)로부터 볼륨 또는 볼륨 데이터 세트(102)를 형성한다. 볼륨 또는 볼륨 데이터 세트(102)는 단순히 이러한 의료용 이미지(101)를 여러개 적층해 놓은 것으로 볼 수 있으며, 각각의 의료용 이미지(101)의 픽셀(103)이 볼륨 또는 볼륨 데이터 세트(102)의 복셀(104)에 대응하고, 각각의 복셀(104)은 데이터 값으로 색상에 대한 정보값과 투명도에 대한 정보값을 포함하고 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 전체 볼륨(102)으로부터 서브 볼륨(105,106)을 구별되게 렌더링하기 위해 멀티 서브 볼륨 렌더링에서는 서브 볼륨(105), 서브 볼륨(106) 및 전체 볼륨(102) 각각에 대하여 개별적으로 렌더링을 행한 다음, 렌더링된 각각의 이미지들을 합성함으로써 멀티 서브 볼륨 렌더링을 행하였다. 여기서, 서브 볼륨(105) 또는 서브 볼륨(106)에 개별적으로 렌더링을 행한다는 것은 특정 서브 볼륨 영역에 속한 복셀만을 이용하여 그 서브 볼륨에 맞는 색을 설정한 후 렌더링함을 말한다. 전체 볼륨의 관점에서 살펴보면 일부 영역(해당 서브 볼륨 영역)만을 렌더링하여 2D 이미지를 얻는다고 생각하면 된다.

도 8은 리슬라이싱을 설명하는 도면으로서, 리슬라이싱은 이미 형성되어 있는 좌측의 복셀들의 적층을 AC-PC를 기준으로 다시 적층하여 재구성하는 것을 의미한다. 따라서 개념적으로 기존의 좌표계(x₀,y₀,z₀)를 새로운 좌표계(x₁,y₁,z₁)로 재정의하는 것이다.

이미지 합성(image fusion)

도 9에 도시된 바와 같이 서로 다른 특성을 가지는 의료용 이미지 데이터(A,B)를 통합하여 이 모든 정보를 포함하는 하나의 이미지(C)로 만드는 것은 효율적인 의료 진단에 꼭 필요한 것이다. 이러한 영상 합성의 기본적인 단계 중 한가지가 바로 영상 볼륨간의 자세를 정합(align)시키는 것이다.

의학용 이미지 데이터를 합성하는 과정은 도 10에 도시된 바와 같이, 먼저 서로 다른 특성을 가지는 두개의 이미지 데이터(A,B)를 정규화하는 단계(S100), 정규화된 이미지 데이터(A,B)의 Mutual Information을 구하는 과정(S200), Mutual Information을 최대화하는 선형변환 T를 구하는 최적화 과정(S300), 단계(S300)에서 구해진 선형변환 T를 이용하여 정규화된 이미지 데이터(A,B)를 합성하는 과정(S400)으로 이루어지며, 이하에서는 본 발명에 해당하는 Mutual Information을 최대화하는 선형변환 T를 구하는 과정(S300)에 대하여 설명하며, 단계(S100), 단계(S200) 및 단계(S400)는 잘 알려져 있는 과정들이므로 그 설명을 생략한다.

이 정합의 과정은 두 개의 3차원 의료용 이미지 데이터(A,B)를 합성(fusion)하여 하나의 이미지 데이터로 만드는 과정의 전단계로서 두 개의 3차원 의료용 이미지 데이터(A,B)의 3차원 공간상의 위치와 자세를 정렬(align)하는 과정으로 이루어지며, 상기 정렬하는 과정은 하기와 같은 선형변환 T를 정의될 수 있다.

T = arg max MI (T(A),B)

(여기서, MI는 3차원 의료용 이미지 데이터(A,B) 간의 뮤추얼 인포메이션(Mutual Information))

이미지 정합은 3차원 의료용 이미지 데이터 즉 볼륨 데이터 세트(A,B) 사이의 mutual Information을 최대로 하는 선형변환 T를 구함으로써 이루어질 수 있다.

3차원 볼륨 정합에 정보이론의 개념인 Mutual Information을 이용한 것은 1995년 Viola에 의한 것이 처음 시도된 이래로 CT, MRI와 같은 의료 영상의 분석에서도 널리 사용되고 있으므로, MI를 최대로 하는 구체적 방법에 대해서는 그 설명을 생략한다. 본원인에게 허여된 한국특허 제10-0529119호에 개시된 정합 방법을 그 예로 들 수 있다.

이하에서 본 발명의 다향한 실시 형태들에 대해서 설명한다.

청구범위 제1항 기재의 방법. 여기서 제1 볼륨 데이터와 제2 볼륨 데이터는 특별히 MRI, CT로 한정되지 않으며, PET와 같은 볼륨 데이터로 확장될 수 있고, 또 한 필요에 따라 동일 모달리티를 가지는 제1 및 제2 볼륨 데이터에 대해서도 적용이 가능할 수 있다.

청구범위 제3항 기재의 방법. 이러한 방법을 통해, 정합의 시간을 단축할 수 있게 된다.

청구범위 제6항 기재의 방법. 본 발명의 바람직한 실시예의 하나의 해당한다.

청구범위 제7항 기재의 방법. 리슬라이싱 단계를 포함함으로써 뇌심부 목표 영역을 보다 용이하게 식별하여 서브 볼륨 렌더링할 수 있게 된다.

청구범위 제16항 기재의 방법. 이러한 방법은 본 발명의 일반적 적용을 그대로 보여준다.

청구범위 제17항 기재의 방법. 바람직하게는 뇌심부 목표 영역과 전극 모두를 서브 볼륨 렌더링하지만, 숙련된 의사의 경우 또는 소프트웨어에 제약이 있는 경우 등에는 어느 하나만에 서브 볼륨 렌더링이 행해질 수도 있다.

청구범위 제20항 기재의 방법. 이는 본 발명을 수술용 항법장치에 적용한 것이다.

한편 단계(S5)와 단계(S6)은 단계(S1) 이후에만 이루어지면 된다.

본 발명에 따른 DBS 전극의 위치 판단 방법에 의하면, STN과 같은 뇌심부 목표 영역에 대한 DBS 전극의 위치를 명확하게 파악할 수 있게 되며, 이러한 위치 파악은 DBS 전극 이식의 설계, DBS 전극 이식, DBS 전극 이식의 평가 등에 유용하게 이용된다.

또한 본 발명에 따른 DBS 전극의 위치 판단 방법에 의하면, 이식 전 볼륨 데이터 세트와 이식 후 볼륨 데이터 세트 간 이미지 정합을 이용해 뇌심부 목표 영역과 전극 간 위치 관계를 파악함으로써, 뇌심부 목표 영역의 식별을 용이하게 하는 한편, 전극에 의한 뇌심부 목표 영역의 식별 방해를 극복할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따른 DBS 전극의 위치 판단 방법에 의하면, 서브 볼륨 렌더링 기법을 활용함으로써, 뇌심부 목표 영역과 전극 간의 위치관계를 명확히 파악할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따른 DBS 전극의 위치 판단 방법에 의하면, 이식 전 볼륨 데이터 세트와 이식 후 볼륨 데이터 세트의 뮤츄얼 인포메이션에 의한 정합을 이용함으로써 이미지 정합을 신속하게 행할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따른 DBS 전극의 위치 판단 방법에 의하면, 이식 전 MRI 볼륨 데이터 세트와 이식 후 CT 볼륨 데이터 세트를 이용함으로써, 효과적으로 STN과 DBS 전극을 파악하여 디스플레이할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 이용된 볼륨 렌더링 기법, 이미지 정합 기법, 서브 볼륨 렌더링 기법 등은 수술용 항법장치에 적용될 수 있으며, 이 경우에 본 발명은 DBS 전극의 이식에 있어서, DBS 전극의 네비게이션 방법으로 확장 적용될 수 있다.

Claims

뇌심부 목표 영역에 대한 정보를 포함하는 제1 볼륨 데이터 세트 및 뇌심부 목표 영역을 향하여 이식된 DBS(deep brain stimulation) 전극에 대한 정보를 포함하는 제2 볼륨 데이터 세트를 이용하여 DBS 전극의 뇌심부 목표 영역에 대한 위치를 파악하는, DBS 전극의 위치 판단 방법에 있어서,

제1 볼륨 데이터 세트로부터 뇌심부 목표 영역에 대한 서브 볼륨을 생성하고, 제2 볼륨 데이터 세트로부터 DBS 전극에 대한 서브 볼륨을 생성하는 제1 단계;

뇌심부 목표 영역에 대한 서브 볼륨과 DBS 전극에 대한 서브 볼륨을 겹쳐서 디스플레이하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 1 항에 있어서,

적어도 제2 단계에 앞서, 제1 볼륨 데이터 세트와 제2 볼륨 데이터 세트를 정합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 2 항에 있어서,

정합하는 단계는 제1 볼륨 데이터 세트와 제2 볼륨 데이터 세트 사이의 뮤추얼 인포메이션을 이용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 2 항에 있어서,

제1 볼륨 데이터 세트는 DBS 전극의 이식 이전에 획득되며,

제2 볼륨 데이터 세트는 DBS 전극의 이식 이후에 획득되는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 4 항에 있어서,

제1 볼륨 데이터 세트는 제1 모달리티를 가지며,

제2 볼륨 데이터 세트를 제1 모달리티와 다른 제2 모달리티를 가지는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 4 항에 있어서,

제1 볼륨 데이터 세트는 MRI 이미지이며,

제2 볼륨 데이터 세트는 CT 이미지인 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 2 항에 있어서,

정합하는 단계에 앞서, 뇌심부 목표 영역의 보다 나은 식별을 위해 AC(inter commisural anterior commissure)-PC(posterior commissure)를 기준으로 제1 볼륨 데이터 세트를 리슬라이싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 7 항에 있어서,

정합하는 단계에 앞서, 정합의 시간을 줄이기 위해 AC(inter commisural anterior commissure)-PC(posterior commissure)를 기준으로 제2 볼륨 데이터 세트를 리슬라이싱하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 8 항에 있어서,

정합하는 단계는 제1 볼륨 데이터 세트와 제2 볼륨 데이터 세트 사이의 뮤추얼 인포메이션을 이용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 9 항에 있어서,

제1 볼륨 데이터 세트는 MRI 이미지이며,

제2 볼륨 데이터 세트는 CT 이미지인 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 2 항에 있어서,

적어도 제2 단계에 앞서, 제1 볼륨 데이터 세트와 제2 볼륨 데이터 세트를 정합시키는 선형 변환 T를 찾는 단계;를 포함하며,

제2 단계는 선형 변환 T를 이용하여, 뇌심부 목표 영역에 대한 서브 볼륨과 DBS 전극에 대한 서브 볼륨을 겹쳐서 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 11 항에 있어서,

제1 단계는 아틀라스를 이용하여 제1 볼륨 데이터 세트로부터 뇌심부 목표 영역에 대한 서브 볼륨을 생성하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 1 항에 있어서,

뇌심부 목표 영역은 STN(subthalamic nucleus)인 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 10 항에 있어서,

뇌심부 목표 영역은 STN(subthalamic nucleus)인 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 11 항에 있어서,

뇌심부 목표 영역은 STN(subthalamic nucleus)인 것을 특징으로 하는 DBS 전 극의 위치 판단 방법.
뇌심부 목표 영역에 대한 정보를 포함하는 제1 볼륨 데이터 세트와 뇌심부 목표 영역을 향하여 이식되는 전극에 대한 정보를 포함하는 제2 볼륨 데이터 세트를 획득하는 제1 단계;

제1 볼륨 데이터 세트와 제2 볼륨 데이터 세트의 정합을 위한 상관관계를 찾는 제2 단계;

제1 볼륨 데이터 세트로부터 적어도 뇌심부 목표 영역을, 그리고 제2 볼륨 데이터 세트로부터 적어도 전극을 취하여, 상관관계를 이용하여 디스플레이하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 16 항에 있어서,

제3 단계에서 앞서, 뇌심부 목표 영역과 전극 중의 적어도 하나를 서브 볼륨 렌더링하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 17 항에 있어서,

제2 단계는 뮤추얼 인포메이션을 이용하여 상관관계를 찾는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
제 18 항에 있어서,

제1 볼륨 데이터 세트는 MRI 이미지로부터 획득되고, 제2 볼륨 데이터 세트는 CT 이미지로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.
서브 볼륨 렌더링된 뇌심부 목표 영역에 대한 정보를 포함하며, MRI 이미지로부터 획득된 화면을 디스플레이하는 제1 단계;

뇌심부 목표 영역을 향하는 이식되는 DBS 전극을 추적하는 제2 단계; 그리고

이식되는 DBS 전극의 위치를 서브 볼륨 렌더링된 뇌심부 목표 영역에 대하여 나타내는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DBS 전극의 위치 판단 방법.