KR101682891B1 - 위치설정을 위한 초음파 ct 등록 - Google Patents

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Abstract

뼈 등록 시스템이 개시된다. 뼈 등록 시스템은 스캔 데이터를 획득하기 위하여 뼈의 목표 표면 영역을 스캔하도록 배열된 스캐너 및 제1 통신 구성요소를 포함하는 장치를 가질 수 있다. 등록 시스템은 또한 뼈의 제1 부분에 위치 가능한 제1 마커를 가질 수 있다. 제1 마커는 장치에 대한 복수의 차원들에서의 제1 마커의 위치를 나타내는 정위 신호를 전송하도록 배열된 제2 통신 구성요소를 포함할 수 있다. 이 시스템은 또한, 스캔 데이터와 뼈의 표면 데이터를 비교하여 표면 데이터에 대한 스캔 데이터의 중첩 요소들을 식별하는 위치 데이터를 생성하고, 정위 신호로부터 정위 데이터를 결정하며, 위치 데이터와 정위 데이터를 사용하여 뼈의 표면 상에서의 제1 마커의 위치를 결정하도록 배열된 등록 유닛을 가질 수 있다.

Description

위치설정을 위한 초음파 CT 등록{ULTRASOUND CT REGISTRATION FOR POSITIONING}
우선권 주장
본 출원은, 2011년 6월 22일자로 출원된 발명의 명칭이 "위치설정을 위한 초음파 CT 등록(Ultrasound CT Registration for Positioning)"인 미국 가출원 제61/499,838호 및 2011년 6월 22일자로 출원된 발명의 명칭이 "위치설정을 위한 초음파 CT 등록"인 미국 가출원 제61/499,849호에 대한 우선권을 주장하며, 이들의 전체 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된다.
컴퓨터 단층촬영(CT: Computed Tomography)은 고화질 3차원 이미지들의 구성을 허용하므로 뼈들을 이미지화하는 데 흔히 사용된다. 이러한 고화질 이미지들은 골절, 인대 손상, 탈구의 파악을 용이하게 하고 치료 전략을 수립하는 데 도움을 준다. 그러나, CT 스캐너들은 치료 과정들에서 사용하기가 불편한 대형의 부피가 큰 장치들이다. 초음파 이미지화 장치들은 부피가 덜 크고 과정들에서 이용하기에 더 편리하지만, 이러한 장치들에 의하여 생성되는 이미지들은 CT 스캐너들에 의하여 생성되는 이미지들보다 덜 정확하고 이해력이 떨어진다.
본 발명은 뼈 등록 시스템(bone registration system)에 관한 것이다. 뼈 등록 시스템은 스캔 데이터를 획득하기 위하여 뼈의 목표 표면 영역을 스캔하도록 배열된 스캐너 및 제1 통신 구성요소를 포함하는 장치를 가질 수 있다. 등록 시스템은 또한 뼈의 제1 부분에 위치 가능한 제1 마커(marker)를 가질 수 있다. 제1 마커는 장치에 대한 복수의 차원들에서의 제1 마커의 위치를 나타내는 정위 신호(location signal)를 전송하도록 배열된 제2 통신 구성요소를 포함할 수 있다. 이 시스템은 또한, 스캔 데이터와 뼈의 표면 데이터를 비교하여 표면 데이터에 대한 스캔 데이터의 중첩 요소들을 식별하는 위치 데이터(position data)를 생성하고, 정위 신호로부터 정위 데이터(location data)를 결정하며, 위치 데이터와 정위 데이터를 사용하여 뼈의 표면 상에서의 제1 마커의 위치를 결정하도록 배열된 등록 유닛(registration unit)을 가질 수 있다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 시스템의 개략도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 시스템의 사시도.
<도 3>
도 3은 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 시스템의 사시도.
<도 4>
도 4는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 시스템의 개략도.
<도 5>
도 5는 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 시스템의 사시도.
<도 6>
도 6은 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 시스템의 개략도.
본 발명은 하기의 설명 및 첨부 도면을 참조하여 추가로 이해될 수 있으며, 첨부 도면에서 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 지칭된다. 본 발명은 뼈의 후속 치료를 위하여 뼈 상의 뼈 마커의 위치를 등록하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 뼈 상의 마커의 위치를 뼈의 CT 데이터와 함께 등록하기 위하여 핸드헬드 장치 및 하나 이상의 마커들의 상대 위치들을 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일단 뼈 상의 하나 이상의 마커의 위치가 등록되면, 치료 과정 동안에, 마커의 이동이 추적될 수 있고, 추적 정보는 이전에 획득된 CT 이미지 데이터를 조작하여 소정의 과정 동안에 뼈의 하나 이상 부분들의 위치를 정확하게 추적 및 표시하는 데 사용될 수 있다.
이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 본 발명은 의료 과정(예를 들어, 뼈 고정 과정 등)의 수행을 돕기 위하여 뼈 상에 위치된 하나 이상의 마커들의 위치를 CT 이미지 데이터와 함께 등록하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 예시적인 시스템 및 방법은 수술중 과정(intra-operative procedure)을 통해 하나 이상의 마커들의 위치의 등록을 신속하고 용이하게 허용한다. 본 발명의 예시적 실시예들은, 제1 및 제2 마커들의 위치를 CT 이미지 상의 뼈의 제1 및 제2 부분들에 확립하기 위해 등록되는 데이터를 획득하여, 치료 과정 동안에 뼈의 제1 부분이 조작될 때 이동 데이터가 사용되어 CT 이미지를 조작하여 뼈의 이동을 보여줄 수 있도록 휴대용 장치를 이용하기 위한 시스템 및 방법을 기술한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 예시적 실시예들이 제1 및 제2 마커들을 뼈의 제1 및 제2 부분 상에 각각 위치되는 것으로 설명하지만, 제1 및 제2 마커들은 서로 인접하는 제1 및 제2 뼈들 상에 또는 임의의 다른 실질적으로 단단한 신체 구조물들 상에 또한 위치될 수 있어서, 이 구조물들의 이전에 획득된 CT 이미지가 소정의 과정 동안에 조작되어 이 구조물들의 움직임을 보여줄 수 있게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시스템(100)은 초음파 데이터(120)(예를 들어, 초음파 이미지 데이터)를 획득하여 추적 시스템(104)으로 전송하도록 구성된 핸드헬드 장치(handheld device)(102)를 포함한다. 추적 시스템(104)은, CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는, 뼈와 같은 CT 이미지에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치에 대응하는 CT 데이터(122) 상의 위치를 결정하기 위하여, 초음파 데이터(120)를 초음파 데이터(120)의 수집 전에 획득된 CT 데이터(122)(예를 들어, CT 이미지)와 함께 등록한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 핸드헬드 장치(102)는, 예를 들어, 초음파 이미지들을 획득하기 위한 초음파 스캐너(110)를 포함한 임의의 공지된 휴대용 초음파 이미지화 장치를 사용할 수 있다. 핸드헬드 장치(102)는 또한 필드 발생기(field generator)(200)의 신호 방출기(signal emitter)(114)로부터 방출되는 전자기장을 감지하기 위한 전자기식 센서(112)를 갖는다. 전자기 신호 방출기(114)는 제1 마커(106)의 제1 마커 전자기식 센서(124)에 의하여 또한 감지되는 전자기장을 발생시킨다. 핸드헬드 장치(102)의 전자기식 센서(112) 및 제1 마커 센서(124)는, 신호 방출기(114)에 의해 방출되는 신호의 수신에 응답하여, 장치 데이터(126) 및 마커 데이터(128)를 각각 추적 시스템에 보냄으로써 추적 시스템(104)과 통신한다. 장치 데이터(126) 및 마커 데이터(128)는 필드 발생기(200)에 대한 장치(102) 및 마커(106)의 위치들에 관한 정보를 각각 제공한다. 추적 시스템(104)은 핸드헬드 장치(102)에 대한 제1 마커(106)의 위치를 결정하기 위하여 장치 데이터(126) 및 마커 데이터(128)를 사용한다.
수집된 정보를 사용하여, 추적 시스템(104)은 예를 들어 뼈에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치를 식별하기 위하여 초음파 데이터(120)를 CT 데이터(122)에 등록시키고(예를 들어, 상관시키고), 제1 마커(106)에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치를 등록시키며, 디스플레이(118) 상에 표시될 수도 있는 CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 이미지 상에서의 제1 마커(106)의 위치를 결정한다. 다른 실시예에서, 전자기 신호 방출기(114)는 예를 들어 CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 뼈(108)의 이미지에 대한 제2 마커(132)의 위치를 결정하기 위하여 핸드헬드 장치(102)에 대한 제2 마커(132)의 위치를 결정하도록 제2 마커(132)의 제2 마커 전자기식 센서(125)와 통신한다. 따라서, 제1 및 제2 마커(106, 132)들이 골절된 뼈의 제1 및 제2 부분들에 위치되는 실시예에서, 뼈 상의 제1 및 제2 마커(106, 132)들의 위치들이 뼈 조각들의 조작 이전에 등록될 수 있다. 그러한 등록은, 뼈(108)의 제1 및 제2 부분들에 대응하는 CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 이미지의 부분들을 서로에 대해 이동시키는 것에 의해 움직임을 표시하도록 CT 데이터(122)를 조작함으로써, 뼈의 제1 및 제2 부분들의 서로에 대한 이동을 추적하는 데 제1 및 제2 마커(106, 132)들이 사용되게 할 수 있다. 예를 들어, CT 데이터(122)는 제1 및 제2 마커(106, 132)들의 이동에 기반한 뼈(108)의 제1 및 제2 부분들 사이의 상대 이동을 디스플레이(118) 상에 보여주기 위하여 조작될 수 있다.
핸드헬드 장치(102)의 스캐너(110)는 초음파 데이터(120)를 획득하도록 2차원 초음파 이미지를 취할 수 있다. 이어서, 시스템(100)은 뼈(108)의 동일 부분에 대응하는 초음파 데이터(120) 및 CT 데이터(122)의 부분들을 식별하기 위하여 CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 이미지의 부분들과 윤곽 유사성을 지니는 부분들을 구하기 위해 초음파 데이터(120)를 살핀다. 그러나, 초음파 데이터(120)와 CT 데이터(122)는 수 개의 유사한 부분들을 가질 수 있어서, 뼈(108)의 동일 부분을 나타내는 데이터의 이러한 식별된 부분들 사이의 정확한 정합을 보장하도록 핸드헬드 장치(102)가 별개의 기간들에 걸쳐 수 개의 2차원 초음파 이미지들을 취할 것을 요구한다. 요구되는 2차원 초음파 이미지들의 개수는, 예를 들어 뼈의 윤곽의 동질성과 초음파 및 CT 데이터(120, 122) 각각의 상세 수준에 의존할 수 있다. 예를 들어, 크고 실질적으로 동질적인 부분들을 갖는 긴 뼈의 경우, 각각 초음파 데이터(120)와 CT 데이터(122) 사이의 정합을 획득하기 위하여 더 많은 초음파 스캐닝이 요구될 수 있다. 따라서, CT 데이터(122)의 수 개의 후보 위치들이 식별되고, 수 개의 후보 위치들 중 하나가 CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 이미지의 선택된 부분에 정확하게 대응하는 것으로서 확인할 때까지 추가의 초음파 데이터(120)(예를 들어, 초음파 이미지들)가 수집될 수 있다.
도 2는 뼈(108) 상의 제1 및 제2 마커(106, 132)들의 위치를 뼈(108)의 CT 이미지와 함께 등록시키는 시스템(100)의 사용을 도시한다. 전자기식 센서(112)는 필드 발생기(200)에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치 및/또는 배향을 포함하는 장치 데이터(126)를 제공한다. 특히, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, X, Y, Z 축 상에서 핸드헬드 장치(102)와 필드 발생기(200) 사이의 거리를 나타내는 제1, 제2 및 제3 차원들과, 필드 발생기(200)에 대한 핸드헬드 장치(102)의 각도 회전(angular rotation)(예를 들어, 롤-피치-요(Roll-Pitch-Yaw))과 관련된 3개의 차원들을 포함한 6개 차원들에서의 핸드헬드 장치(102)의 각도 배향(angular orientation)에 관한 데이터를 제공하도록 공지의 센서가 센서(112)로서 채용될 수 있다. 이러한 장치 데이터(126)는 추적 스테이션(104)으로 유사하게 전송된다.
필드 발생기(200)의 전자기 신호 방출기(114)는 신호 방출기(114)에 대한 제1 마커(106)의 위치 및/또는 배향을 포함하는 마커 데이터(128)를 제공하기 위하여 제1 전자기식 센서(124) 및 추적 스테이션(104)과 통신한다. 특히, 신호 방출기(114)는 필드 발생기(200)에 대한 6개의 차원들에서의 제1 마커(106)의 위치 및/또는 배향을 감지하는 제1 마커 전자기식 센서(124)로 신호를 방출한다. 6개의 차원들은 X, Y, Z 축을 따른 제1 마커 전자기식 센서(124)로부터의 신호 방출기(114)의 거리와 관련된 3개의 차원들 및 제1 마커 전자기식 센서(124)에 대한 신호 방출기(114)의 각도 회전(예를 들어, 롤-피치-요)과 관련되는 3개의 차원들을 포함한다. 이러한 마커 데이터(128)는 이어서 추적 스테이션(104)으로 전송된다.
추적 스테이션(104)은 프로세서(116)와 디스플레이(118)를 포함하는 컴퓨터 또는 다른 처리 장치일 수 있다. 초음파 데이터(120), CT 데이터(122), 장치 데이터(126) 및 마커 데이터(128)는, 예를 들어 추적 스테이션(104)의 메모리(130)에 저장될 수 있고, 제1 마커(106)를 CT 데이터(122)에 정합시키기 위하여 사용될 수 있다. 프로세서(116)는 CT 데이터(122) 내의 뼈(108)의 이미지에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치를 결정하기 위하여 초음파 데이터(120)와 CT 데이터(122)를 상관시킨다. 이어서, 프로세서(116)는 장치 데이터(126) 및 마커 데이터(128)를 사용하여 CT 데이터(122)에 대한 제1 마커(106)의 위치를 결정할 수 있다. 제1 마커(106)의 위치는 또한 디스플레이(118) 상에 표시될 수 있다. 프로세서(106)는 초음파 및 CT 데이터(120, 122) 각각을 실시간으로 등록하고, CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 이미지 상에서의 제1 마커(106)의 위치를 결정할 수 있어, 시스템 사용자에게 등록 과정의 완료에 관한 실시간 정보가 제공될 수 있게 한다.
제1 마커(106)의 등록 후, 제2 마커(132)가 뼈(108)의 제2 부분 상에 위치될 수 있다. 따라서, 제1 마커(106)의 등록이 완료된 때, 위에서 논의된 등록 절차가 제2 마커(132)의 위치를 등록하기 위하여 제2 마커(132)에 대하여 반복될 수 있다. 일단 CT 데이터(122)에 대해 제1 및 제2 마커(106, 132)들 둘 모두의 위치들이 각각 결정되면, 제1 및 제2 마커(106, 132)들 사이의 상대 이동이 지속적으로 추적 및 모니터링되어, 뼈(108)의 제1 및 제2 부분들의 상대 이동을 보여주는 조작된 CT 이미지가 의사 또는 다른 사용자에 의해 관찰 가능한 디스플레이(118) 상에 표시되어 골절의 복위(reduction)를 시각화할 수 있게 한다.
도 1 및 도 2에 의해 도시되는 실시예는 제1 및 제2 마커(106, 132)들이 위치하는 뼈(108)가 골절된 상황에 대하여 기술되었다. 골절은 두 개, 세 개, 네 개 등의 뼈 조각들을 초래할 수 있고, 각각의 뼈 조각에 마커가 위치되고 마커의 위치가 후속적으로 등록되어, 향후 어떤 시점에 뼈 조각들이 이동될 때 마커들 및 따라서 마커와 연관된 뼈 조각의 상대 이동이 CT 이미지 상에서 추적될 수 있게 한다. 등록 시스템(100)의 대안적인 사용은 뼈가 한 조각이지만 골절술에 의하여 두 개 이상의 조각들로 분할될 때 발생한다. 이러한 상황에서, 제1 마커(106)의 등록된 위치는 제1 마커(106)의 등록된 위치를 참조하여 제1 마커에 대한 제2 및 후속 마커들의 위치들을 결정함으로써 제2 및 각각의 후속 마커 각각의 위치를 식별하고 CT 데이터와 함께 등록하기 위하여 사용될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 시스템(100)을 이용하는 예시적인 제1 기술이 도시되어 있다. 전자기식 필드 발생기(200)는 위에서 언급된 6개의 차원들에서 감지될 수 있는 전자기장을 방출한다. 전자기식 필드 발생기(200)는 적어도 2개의 코일(도시되지 않음)들을 포함한다. 도 2의 실시예가 제1 센서(124)를 포함하는 제1 마커(106)만을 가지고 도시되어 있지만, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 제2 마커(132) 또는 임의의 복수의 추가적인 마커들이 사용될 수 있음에 주목한다. 핸드헬드 장치(102)는, 예를 들어 유선 또는 무선 접속에 의하여 추적 스테이션(104)에 연결된다. 제1 마커(106)가 또한 유선 접속을 통하여 추적 스테이션(104)에 연결될 수 있지만, 무선 접속이 또한 고려될 수 있다. 도 2의 실시예는 위에서 개시된 동작 모드와 실질적으로 유사한 방식으로 작동한다. 구체적으로, 뼈(108)의 CT 스캔이 이루어지고, CT 데이터(122)가 추적 시스템(104)에 제공된다. 제1 마커(106)는 뼈(108)의 제1 부분 상에 위치되고, 초음파 스캐너(110)가 사용되어 뼈(108)의 제1 부분을 스캔한다. 도시된 바와 같은 제1 마커(106)의 위치가 단지 예시적이고 제1 마커(106)가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 뼈(108)의 어떠한 부분에도 위치될 수 있음에 주목한다. 초음파 및 장치 데이터(120, 126) 각각은 제1 마커(106)를 위한 마커 데이터(128)와 함께 추적 스테이션(104)으로 전송되고, 예를 들어 메모리(130)에 저장되고, 필요에 따라 프로세서(116)를 통하여 접근된다. 프로세서(116)는 데이터를 등록하기 위하여, 즉 초음파 및 CT 데이터(120, 122)에서 중첩 요소들을 결정하기 위하여 초음파 및 CT 데이터(120, 122)를 비교하고 상관시킨다. 이어서, 필드 발생기(200)에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치를 나타내는 장치 데이터(126) 및 필드 발생기(200)에 대한 제1 마커(106)의 위치를 나타내는 마커 데이터(128)를 사용하여, 프로세서(116)는 CT 데이터(122)에 대한 제1 마커(106)의 위치를 결정한다. 구체적으로, 프로세서(116)는 마커 데이터(128)를 결정하기 위해 제1 마커(106)의 필드 발생기(200)에 대하여 그리고 장치 데이터(126)를 결정하기 위해 핸드헬드 장치(102)의 제1 센서(112)에 대하여 3차원 공간에서의 위치 및 배향을 식별한다. 프로세서(116)는 핸드헬드 장치(102)에 대한 제1 마커(106)의 상대 위치를 결정하기 위하여 마커 데이터(128) 및 장치 데이터(126)를 사용한다. 프로세서(116)는 또한 CT 이미지에서 뼈(108)에 대한 핸드헬드 장치(102)의 상대 위치를 결정하기 위하여 초음파 데이터(120)를 사용하여 핸드헬드 장치(102)의 위치를 CT 데이터(122)에 링크시킨다. 핸드헬드 장치(102)에 대한 제1 마커(106)의 위치 및 뼈(108)의 CT 이미지에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치를 알게 되면, 프로세서는 뼈(108)의 CT 이미지에 대한 제1 마커(106)의 위치를 결정하고, 이에 의해 CT 데이터(122) 및 따라서 뼈(108) 상의 제1 마커(106)의 위치를 등록한다. CT 데이터(122) 및 제1 마커(106)의 상대 위치가 디스플레이(118) 상에 표시될 수 있다.
일단 제1 마커(106)가 CT 데이터(122)에 대해 등록되었다면, 임의의 개수의 추가 마커(도시되지 않음)들에 대해서도 제1 마커(106)를 등록하기 위한 전술된 것과 동일한 프로세스를 사용하여 등록 프로세스가 반복될 수 있다. 각각의 추가 마커의 경우, 등록될 뼈 마커가 위치하는 뼈 부분을 스캔하기 위하여 초음파 스캐너(110)가 사용된다. 이러한 방식으로, 등록 과정 동안의 뼈 조각의 이동이 보상될 수 있다. 뼈(108)가 한 조각인 상황에서, CT 데이터(122)에 대한 제2 마커(132)의 위치를 결정하기 위하여 제2 마커(132)의 위치가 제1 마커(106)에 대해 검출될 수 있다. 제2 마커(132)의 상대 위치 또한 디스플레이(118) 상에 표시될 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 이러한 상대적인 등록 프로세스는 예를 들어 뼈(108)가 한 조각이고 제1 마커가 위치를 등록하기 위하여 제2 마커와 통신을 하는 골절술 과정에서 사용될 수 있다. 그러나, 골절술 과정 동안에, 사용자는 또한 추적 시스템(104)에 의해 제1 및 제2 마커들을 개별적으로 등록할 수 있음에 주목한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 등록 프로세스는 제1 및 제2 마커들이 2개의 상이한 뼈들, 예컨대 척추의 척추뼈들 상에 위치되는 상태에서 척추측만증 치료에 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제1 및 제2 마커들은 또한 앞에서 더 상세히 기술된 바와 같이 추적 스테이션(104)에 개별적으로 등록된다. 따라서, 일단 제1 및 제2 마커(106, 132)들 둘 모두의 위치들이 결정되면, 사용자는 제1 및 제2 뼈들을 서로에 대해 이동시킬 수 있고, 결과적으로 제1 및 제2 마커(106, 132)들을 서로에 대해 이동시킬 수 있다. 제1 및 제2 마커(106, 132)들 사이의 움직임은 CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 이미지를 조작하는 데 사용되어서, 마커(106, 132)들의 움직임에 의하여 나타내어지는 제1 및 제2 뼈들 사이의 이동이 디스플레이(118) 상에 보여지게 하여, 사용자가 치료 동안에 뼈들의 이동을 모니터링할 수 있게 한다. 제1 및 제2 마커(106, 132)들의 위치가 신체 내에서의 그의 위치에 대해서가 아니라 필드 발생기(200)에 대해 취해지므로, 본 발명에 따른 예시적인 시스템 및 방법은 뼈들 또는 조각들의 예상치 못한 이동을 보상한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 또 다른 척추측만증 고정 과정에서, 3차원 초음파가 사용되어, 2차원 초음파 이미지의 슬라이스(slice)들을 사용하여 3D 이미지를 구축할 필요성을 피할 수 있다. 골절된 뼈의 고정 과정은, 제1 및 제2 마커들이 골절된 뼈의 별개 부분들 상에 위치되는 상태에서, 척추측만증 고정 과정에서 사용되는 것과 실질적으로 유사한 등록 프로세스를 사용할 수 있다.
예시적 실시예에서, 핸드헬드 장치(102) 초음파 스캐너는 초음파 스캐닝을 위한 지멘스(Siemens) X150 및 VF10-5 벡터 트랜스듀서(vector transducer)를 포함할 수 있다. 프로세서(116)는 데이터 획득 및 이미지화를 위하여 프린스턴(Princeton) SCR에 의해 개발된 라이브(live) MMGIFusion 소프트웨어를 이용할 수 있고, 자동 CT-초음파 등록을 위하여 뮌헨 공과대학의 CAMP 및 프린스턴의 SCR에서 개발된 IVUS(Interventional Ultrasound) 소프트웨어 프로토타입을 이용할 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시적 실시예이고, 전술된 바와 같이 시스템(100)의 사용을 용이하게 하는 한 다른 시스템들이 이용될 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 다른 예시적인 마커 등록 시스템 및 방법을 도시한다. 도 3 및 도 4의 시스템 및 방법은 제1 마커 전자기식 센서(124)를 포함하는, 뼈(108) 상에 위치 가능한 제1 마커(106)를 포함한다. 본 실시예에서, 필드 발생기(200)는 핸드헬드 장치(102)에 위치된다. 핸드헬드 장치(102) 및 제1 마커 전자기식 센서(124)는 유선 또는 무선 접속에 의하여 추적 스테이션(104)에 연결된다. 도 3의 시스템 및 방법은 도 1 및 도 2와 관련하여 위에서 개시된 것과 유사하게 작동한다. 그러나, 필드 발생기(200)가 핸드헬드 장치(102)에 위치되므로, 필드 발생기(200)에 대한 제1 마커(106)의 6개 차원들에서의 위치와 배향은 프로세서(116)에게 마커 데이터(128)를 제공한다. 도 3 및 도 4의 시스템의 경우, 프로세서(116)는 장치 데이터(126) 및 핸드헬드 장치(102)와 연관된 제1 센서가 없이 하나 이상의 마커들의 위치를 등록할 수 있다. 구체적으로, 제1 마커 전자기식 센서(124)는 핸드헬드 장치(102)에 대한 제1 마커(106)의 위치 및/또는 배향을 포함하는 마커 데이터(128)를 제공하고, 초음파 데이터(120)를 CT 데이터(122)와 비교하며, 뼈(108)의 CT 이미지에 대한 핸드헬드 장치(102)의 위치 및/또는 배향을 등록한다. 이어서, 마커 데이터를 뼈(108)의 CT 이미지에 대한 핸드헬드 장치(102)의 등록된 위치와 상관시킴으로써, 마커 데이터(128) 및 핸드헬드 장치(102)의 등록된 위치가 CT 데이터(122)에 의하여 나타내어지는 이미지 상에 제1 마커(106)의 위치를 등록시키는 데 사용된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템 및 방법을 도시한다. 이 시스템 및 방법은, 필드 발생기(200)가 광학식 필드 발생기(400)(예를 들어, 발광 어레이)로 대체된다는 것을 제외하고는 도 3 및 도 4에 대하여 설명된 것과 실질적으로 동일하다. 구체적으로, 핸드셋(102)은 제1 마커(106)에 연결된 광학식 추적 기기(300)와 통신할 수 있다. 광학식 추적 기기(300)는 도 3 및 도 4에 의해 도시된 실시예와 관련하여 설명된 방법에 따라 추적 스테이션(104)에 의해 제1 마커(106)의 위치확인 및 등록을 지원한다.
본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어남이 없이, 본 발명의 구조 및 방법에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명이 첨부된 특허청구범위 및 이의 등가물의 범주 내에 속하게 하는 것이 의도된다.

Claims (23)

  1. 뼈 등록 시스템(bone registration system)으로서,
    스캐너 및 제1 통신 구성요소를 포함하는 장치로서, 상기 스캐너는 스캔 데이터를 획득하기 위하여 뼈의 목표 표면 영역을 스캔하도록 배열되고, 상기 제1 통신 구성요소는 상기 장치의 위치를 나타내기 위한 제1 정위 신호(location signal)를 전송하도록 배열되는, 상기 장치;
    뼈의 제1 부분 상에 위치 가능한 제1 마커(marker)로서, 상기 장치에 대한 복수의 차원들에서의 상기 제1 마커의 위치를 나타내기 위한 제2 정위 신호를 전송하도록 배열되는 제2 통신 구성요소를 포함하는 상기 제1 마커;
    상기 뼈의 표면 데이터와 상기 스캔 데이터를 비교하여 상기 표면 데이터에 대한 상기 스캔 데이터의 중첩 요소들을 식별하는 위치 데이터(position data)를 생성하고, 상기 제1 및 제2 정위 신호들로부터 정위 데이터(location data)를 결정하며, 상기 위치 데이터와 상기 정위 데이터를 사용하여 상기 뼈의 표면 상에서의 상기 제1 마커의 위치를 결정하도록 배열되는 등록 유닛(registration unit); 및
    뼈의 제2 부분 상에 위치되는 제2 마커로서, 상기 제1 및 제2 마커들은 상기 제2 마커에 대한 상기 제1 마커의 위치를 포함하는 상대 마커 데이터를 결정하기 위하여 서로 통신하는, 상기 제2 마커;를 포함하고,
    상기 등록 유닛은 상기 뼈의 표면 상의 상기 제2 마커의 위치를 결정하기 위하여 상기 상대 마커 데이터를 처리하는, 뼈 등록 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스캔 데이터는 초음파 데이터이고, 상기 표면 데이터는 CT 데이터인, 뼈 등록 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 기준 신호를 발생시키도록 구성되는 신호 발생기를 추가로 포함하고,
    상기 제1 및 제2 통신 구성요소들은 제1 센서 및 제2 센서이며, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 각각은 상기 기준 신호를 감지하도록 그리고 상기 신호 발생기에 대한 복수의 차원들에서의 각자의 통신 구성요소의 위치를 나타내는 각자의 정위 신호들을 상기 등록 유닛으로 전송하도록 구성되며,
    상기 등록 유닛은 복수의 차원들에서의 상기 장치에 대한 상기 제1 마커의 위치를 나타내기 위하여 상기 정위 신호들로부터 정위 데이터를 결정하는, 뼈 등록 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기준 신호는 전자기 신호인, 뼈 등록 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 통신 구성요소는 기준 신호를 발생시키도록 구성되는 신호 발생기이고,
    상기 제2 통신 구성요소는 상기 기준 신호를 감지하도록 그리고 복수의 차원들에서의 상기 장치에 대한 상기 제1 마커의 위치를 나타내기 위한 정위 신호를 상기 등록 유닛으로 전송하도록 구성되는 센서인, 뼈 등록 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 신호 발생기 및 상기 센서는 전자기식 및 광학식 중 하나인, 뼈 등록 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 정위 데이터는 6개의 차원들에서의 상기 장치에 대한 상기 제1 마커의 위치를 나타내는, 뼈 등록 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 뼈의 표면 상의 상기 제1 및 제2 마커들의 각자의 위치들이 상기 장치를 사용하여 식별 가능한, 뼈 등록 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 상기 뼈의 표면 상의 상기 제1 마커의 위치를 보여주는 디스플레이를 추가로 포함하는, 뼈 등록 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 마커는 제3 통신 구성요소를 포함하고, 상기 제3 통신 구성요소는 복수의 차원들에서의 상기 제3 통신 구성요소에 대한 상기 제1 통신 구성요소의 위치를 나타내는 정위 데이터를 결정하기 위하여 상기 제1 통신 구성요소와 통신하는, 뼈 등록 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 장치는 전자기장 발생기(electromagnetic field generator) 및 광학 필드 발생기(optical field generator) 중 하나를 포함하는, 뼈 등록 시스템.
  15. 삭제
  16. 삭제
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