KR20130054003A - 해부학적 특성을 기반으로 초음파 조사 계획을 수립하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파를 조사하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 병변에 고강도 고집적 초음파 조사를 실시함에 있어서 해부학적 특성 및 움직임 패턴에 기반하여 초음파 조사 계획을 수립하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다. 이에 따라 대상체의 해부학적 특징을 나타내는 영상 데이터를 입력받고, 대상체의 해부학적 특성에 기초하여 이 영상 데이터로부터 대상체 내에서 초음파가 조사될 적어도 하나의 부분에 대한 정보를 생성하고, 이 정보를 이용하여 대상체에 대한 초음파 조사를 시뮬레이션 함으로써 초음파 조사의 계획을 수립한다. 본 발명에 의하면, 컴퓨터 상의 시뮬레이션을 이용하여 해부학적 특성 및 장기의 움직임에 기반한 최적의 초음파 조사계획을 수립하여 시술자에게 제공하고 시술자는 이를 기반으로 초음파 조사를 진행함으로써 다양한 조건의 치료 대상체에 대하여 안전하고 빠른 수술을 할 수 있다.
Description
초음파를 조사하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 고강도 고집적 초음파(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)를 조사하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
의학의 발달과 더불어 종양에 대한 국소치료는 침습적 수술에서 최소침습적 수술로 발전하여 왔다. 그러나 최근 들어서는 기술의 혁명적인 진보로 비침습적 수술인 고강도 고집적 초음파(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 치료방법이 개발되어 실제 사용되고 있다. HIFU는 일종의 열치료 요법중 하나로, 전기적 에너지를 초음파로 변환하고, 이 초음파를 인체의 특정 조직에 집속시킴으로써 이 초음파의 열 에너지를 이용하여 이 부분을 괴사(destroy)시키는 방식의 치료법이다.
이러한 초음파 치료는 매질을 통해 에너지가 전달되므로 방사선 치료와는 달리 암 발병이나 유전자 파괴와 같은 위험을 야기하는 물질의 방출이 없어 환자에게 주는 위험이 없다고 알려져 있으며, 인체에 무해하고 환경친화적이라는 장점을 가진 치료법으로써 각광을 받고 있다.
병변에 고강도 고집적 초음파 조사를 실시함에 있어서 해부학적 특성 및 움직임 패턴에 기반하여 초음파 조사 계획을 수립하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 해부학적 특성에 기반한 초음파 조사 계획 수립 방법은, 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 영상 데이터를 입력받는 단계, 상기 대상체의 해부학적 특성에 기초하여 상기 영상 데이터로부터 상기 대상체 내에서 초음파가 조사되는 적어도 하나의 부분에 관한 정보를 생성하는 단계, 및 상기 생성된 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 초음파 조사를 시뮬레이션함으로써 상기 초음파 조사의 계획을 수립하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라 상기된 초음파 조사 계획 수립 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초음파 조사 계획 수립 장치는 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 영상 데이터를 입력받는 입력부, 상기 대상체의 해부학적 특성에 기초하여 상기 영상 데이터로부터 상기 대상체 내에서 초음파가 조사되는 적어도 하나의 부분에 관한 정보를 생성하는 정보생성부, 및 상기 생성된 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 초음파 조사를 시뮬레이션함으로써 상기 초음파 조사의 계획을 수립하는 계획수립부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초음파 조사 방법은 제 1 시점에 촬영된 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 1 영상 데이터, 상기 제 1 영상 데이터에 기초하여 수립된 상기 대상체에 대한 초음파의 조사 계획, 및 제 2 시점에 촬영된 상기 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 2 영상 데이터를 입력받는 단계, 상기 제 1 영상 데이터와 상기 제 2 영상 데이터를 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 초음파 조사 계획을 적용할 것인가를 결정하는 단계, 및 상기 결정에 따라 상기 초음파를 조사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라 상기된 초음파 조사 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초음파 조사 장치는 제 1 시점에 촬영된 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 1 영상 데이터, 상기 제 1 영상 데이터에 기초하여 수립된 초음파 조사 계획, 및 제 2 시점에 촬영된 상기 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 2 영상 데이터를 입력받는 입력부, 상기 제 1 영상 데이터와 상기 제 2 영상 데이터를 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 초음파 조사 계획을 적용할 것인가를 결정하는 결정부, 및 상기 결정에 따라 상기 초음파를 조사하는 단계를 포함하는 조사부를 포함한다.
컴퓨터 상의 시뮬레이션을 이용하여 해부학적 특성 및 장기의 움직임에 기반한 최적의 초음파 조사계획을 수립하여 시술자에게 제공하고 시술자는 이를 기반으로 초음파 조사를 진행함으로써 다양한 조건의 치료 대상체에 대하여 안전하고 빠른 수술을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 조사 계획 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)의 보다 구체적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션에 따라 가상 트랜스듀서에서 조사되는 초음파 빔이 대상체 내의 초음파의 진행을 방해하는 부분에 충돌하는가를 검사하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션에 따라 가상 트랜스듀서의 채널(channel) 중 적어도 하나로부터 조사되는 초음파 빔이 대상체 내의 초음파의 진행을 방해하는 부분에 충돌하는가를 검사하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 초음파 조사 수행 장치(300)의 구성도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 조사 과정의 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 사전 초음파 조사 계획(701) 단계의 일 실시예에 따른 초음파 조사 계획 과정의 흐름도이다.
도 9는 도 7에 도시된 사전 조사 계획 적용 가능 판단(702) 단계 및 초음파 조사(703)단계의 일 실시예에 따른 초음파 조사 과정의 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)의 보다 구체적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션에 따라 가상 트랜스듀서에서 조사되는 초음파 빔이 대상체 내의 초음파의 진행을 방해하는 부분에 충돌하는가를 검사하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션에 따라 가상 트랜스듀서의 채널(channel) 중 적어도 하나로부터 조사되는 초음파 빔이 대상체 내의 초음파의 진행을 방해하는 부분에 충돌하는가를 검사하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 초음파 조사 수행 장치(300)의 구성도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 조사 과정의 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 사전 초음파 조사 계획(701) 단계의 일 실시예에 따른 초음파 조사 계획 과정의 흐름도이다.
도 9는 도 7에 도시된 사전 조사 계획 적용 가능 판단(702) 단계 및 초음파 조사(703)단계의 일 실시예에 따른 초음파 조사 과정의 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 조사 계획 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 실시예에 따른 초음파 조사 계획 장치는 의료 영상 기기(100), 사전 초음파 조사 계획 수립 장치(200), 초음파 조사 수행 장치(300), 및 초음파 조사 장치(400)로 구성된다.
의료 영상 기기(100)는, 이것에 장착된 센서(sensor)(101)에 의해 검출된 초음파 조사 대상이 되는 대상체에 대한 정보를 이용하여 대상체에 대한 해부학적 특성을 나타내는 의료 영상 데이터를 생성한다. 해부학적 특성이라 함은 대상체 내부의 구조적 특성을 나타내는 것으로, 인체의 경우 장기들(organs)의 위치, 크기 등의 특성을 포함할 수 있다. 의료 영상 기기(100)의 예로는 자기공명촬영장치(MRI, Magnetic resonance imaging), 컴퓨터단층촬영장치 (CT, Computed tomography), 또는 초음파 촬영장치 등을 들 수 있다. 이러한 의료 영상 기기(100)로부터 촬영되는 영상은 2차원 영상일 수도 있고, 3차원 영상일 수도 있다.
초음파 조사 계획 수립 장치(200)는 초음파 조사 대상이 되는 대상체에 대한 해부학적 특성을 나타내는 영상을 기반으로 가상의 초음파를 조사하고, 조사 결과에 기초하여 이 대상체를 치료하기에 적합한 초음파 조사 계획을 수립한다. 초음파 조사 수행 장치(300)는 초음파 조사 계획 수립 장치(200)에서 수립된 초음파 조사 계획을 대상체에 적용할 것인지 결정하고, 이에 따라 초음파 조사 장치(400)를 제어한다. 초음파 조사 장치(400)는 트랜스듀서에서 직접 초음파 빔을 발생시키고 대상체에 조사한다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)는 입력부(210), 정보 생성부(220), 및 조사 계획부(230)로 구성된다.
입력부(210)는 의료 영상 기기(100)로부터 2차원 의료 영상 데이터 또는 3차원 의료 영상 데이터를 입력받고, 사용자로부터 이 의료 영상 데이터가 나타내는 대상체에 대한 초음파 조사 계획의 수립에 요구되는 데이터를 입력받는다. 사용자에 의해 입력되는 데이터의 예로는 대상체 내에서 병변, 장애물, 정상조직 등을 지시하는 병변, 장애물, 정상조직 등의 움직임 패턴에 관한 정보, 초음파 조사에 따른 조직의 열 축적에 관한 정보 등을 들 수 있다. 정보 생성부(220)는 입력부(210)로부터 출력된 2차원 의료 영상 데이터 또는 3차원 의료 영상 데이터가 나타내는 대상체의 해부학적 특성에 기초하여 이 영상 데이터로부터 대상체 내에서 초음파가 조사되는 적어도 하나의 부분에 관한 정보를 생성한다.
초음파를 조사함에 있어, 시술자가 직접 영상 데이터를 통해 대상체를 분석하여 시술자의 판단에 따라 초음파 조사 계획을 직접 세우는 것이 일반적이나, 이러한 경우, 초음파를 차단하는 장애물에 둘러쌓인 부분이나, 움직임 패턴이 복잡한 부분에 대하여 시술자가 초음파 조사 계획을 세우는 데에 어려움이 있을 수 있다. 이에 따라, 복잡한 대상체에 대해 가상으로 초음파를 조사하고, 조사 결과를 기초로 가장 적합한 조사 계획을 선정하여 제공하는 방법이 요구된다. 이하에서 설명될 실시예들은 정보 생성부(220)에서 생성된 대상체에 대한 정보로부터 이러한 대상체에 가장 적합한 초음파 조사 계획을 효과적으로 자동 수립하는 방식을 제시한다.
조사 계획부(230)는 정보 생성부(220)로부터 생성된 대상체에 대한 정보에 기초하여 적어도 하나의 초음파 조사 계획을 수립한다. 특히, 조사 계획부(230)는 컴퓨터 상에서 이루어지는 가상의 3차원 시뮬레이션 환경에서 가상의 3차원 대상체 모델에 대하여 초음파 조사를 실시함으로써 대상체에 대한 초음파 조사 계획을 수립한다. 이와 같이 수립된 초음파 조사 계획을 기반으로 하여 실제 초음파 조사를 수행함으로써 종래에 비해 병변이 보다 신속하고 정확하게 제거될 수 있고, 정상 조직이 보다 안전하게 보호될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)의 일 실시예에 따른 구성도이다. 도 3을 참조하면 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)의 정보 생성부(220)는 영상 분석부(221) 및 대상체 생성부(222)로 구성되고, 조사 계획부(230)는 트랜스듀서 제어부(231), 가상조사 수행부(232), 및 조사 계획 결정부(233)로 구성된다.
이러한 실시예는 정보 생성부(220)가 입력부(210)를 통해 의료 영상 기기(100)로부터 입력 받은 영상 데이터 및 사용자로부터 입력 받은 데이터에 기반하여 가상의 초음파 조사 시뮬레이션의 대상이 되는 3차원 볼륨의 대상체 모델을 생성하는 경우에 관한 것이다.
영상 분석부(221)는 입력부(210)로부터 의료 영상 데이터를 입력받아 분석함으로써 의료 영상 데이터가 나타내는 대상체의 해부학적 특성을 검출하고, 이와 같이 검출된 대상체의 해부학적 특성에 기초하여 의료 영상 데이터가 나타내는 대상체 내에서 초음파 조사의 대상이 되는 병변, 초음파의 진행을 방해하는 장애물, 초음파의 조사로부터 보호되어야 하는 정상조직을 인식한다.
병변의 일 예로는 악성 종양을 들 수 있는데, 악성 종양의 비정상적 조직의 특성은 영상 데이터에서 비정상적 형태, 또는 비정상적 색깔로 나타날 수 있다. 장애물은 초음파 빔이 병변에 이르지 못하도록 차단하는 조직을 말하며, 이와 같은 장애물에 초음파가 도달하면, 초음파가 진행되는 매질의 밀도가 급격히 변하게 되고, 초음파는 반사되거나 굴절되어 목표 지점인 병변에 이르지 못한다. 이와 같은 장애물의 예로는 뼈, 공기를 들 수 있다. 따라서 초음파는 이러한 장애물을 회피하는 경로로 조사되어야 한다. 정상조직은 초음파에 의해 괴사되서는 안 되는 조직으로, 병변 외에 어떤 조직도 될 수 있다. 초음파가 대상체에 조사되면, 초점이 위치하는 국소 부위뿐만 아니라 인접한 조직에까지 열이 확산되므로, 초음파 조사에 의해 정상 조직이 괴사되지 않는가를 검사하는 과정이 필요하다.
예를 들어, 영상 분석부(221)는 의료 영상 데이터가 나타내는 대상체 내에서의 영상의 밝기 변화, 영상의 에지 등으로부터 의료 영상 데이터가 나타내는 대상체의 해부학적 특성을 검출할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 영상 분석부(221)는 입력부(210)로부터 영상 데이터를 입력받고, 이 영상 데이터의 명암 정보를 생성하고, 이 명암 성분이 급격히 변하는 구간, 즉 에지(edge)를 장기의 가장자리로 인식하고, 이를 기반으로 장기의 위치 또는 형태를 파악하여 어떤 장기인지 결정한다. 생성된 명암 정보 및 형태를 정상적인 장기에서 예측되는 명암 및 형태와 비교하고, 그러한 명암 정보 및 형태가 소정의 오차 범위를 벗어나 비정상적인 것으로 판별되는 경우 이 장기를 병변으로 지정할 수 있다. 장기를 인식하는 방식은 상기된 바와 같은 예에 한정되지 않으며 다양한 방식들이 적용될 수 있다.
또한, 영상 분석부(221)는 입력부(210)로부터 다수의 의료 영상 데이터를 입력받고, 이것들간의 시간적 영상 차이로부터 상기된 바와 같이 인식된 병변, 장애물, 정상조직의 장기들 중 적어도 하나의 부분의 이동 경로 및 형상 변환의 패턴을 인식한다. 이 때, 의료 영상 기기(100)는 촬영 시간의 간격을 둔 여러 장의 영상 데이터를 촬영하고, 영상 분석부(221)는 모든 영상 데이터에서 장기를 인식하고, 촬영 시간의 간격을 둔 여러 장의 영상 데이터에서 인식된 각각의 장기의 위치 또는 형태가 시간에 흐름에 따라 어떻게 변하는가를 비교하고, 그 패턴을 인식한다.
예를 들어, 영상 분석부(221)는 움직임이 있는 동적 장기의 움직임 패턴을 인식한다. 이러한 동적 장기의 움직임의 예로는, 호흡주기 또는 심장박동과 같은 짧은 시간 단위의 움직임, 또는 병변의 전이 및 형태 변화에 따른 긴 시간 단위의 움직임이 있다. 영상 분석부(221)에서 인식되는 장기의 움직임 패턴에 따라 조사 계획부(230)에서 생성되는 초음파 조사 계획에서의 트랜스듀서의 조사 위치 또는 조사 시간 역시 일정한 패턴을 가질 수 있다.
대상체 생성부(222)는 입력부(210)에서 의료 영상 기기(100)로부터 입력받은 의료 영상 데이터에 영상 분석부(221)에 의해 인식된 병변, 장애물, 정상 조직과 이것들의 움직임 패턴을 반영하고, 이로부터 가상 초음파 조사 시뮬레이션 환경에서의 조사 대상이 되는 가상의 3차원 대상체 모델을 생성한다. 예를 들어, 대상체 생성부(222)는 조사 대상체를 3차원적으로 나타내는 3차원 볼륨의 영상의 대상체 모델을 생성하고, 이와 같은 대상체 모델은 병변, 장애물, 정상조직의 정보와 움직임 패턴 정보를 반영할 수 있다.
입력부(210)에는 의료 영상 기기(100)의 성능에 따라 3차원 의료 영상 데이터가 입력될 수도 있고, 2차원 의료 영상 데이터가 입력될 수도 있다. 입력부(210)에 3차원 의료 영상 데이터가 입력된 경우, 대상체 생성부(222)는 입력부(210)에서 의료 영상 기기(100)로부터 입력받은 3차원 의료 영상 데이터가 나타내는 3차원의 가상 대상체 내에서 영상 분석부(221)에 의해 인식된 병변, 장애물, 정상 조직을 지정하고, 이것들의 움직임 패턴에 따라 3차원의 가상 대상체 내에서 이와 같이 지정된 병변, 장애물, 정상 조직이 이동하거나 그 형태가 변화하는 가상의 3차원 대상체 모델을 생성할 수 있다.
입력부(210)에 2차원 의료 영상 데이터가 입력된 경우, 대상체 생성부(222)는 입력부(210)에서 의료 영상 기기(100)로부터 입력받은 다수의 2차원 의료 영상 데이터를 축적함으로써 3차원 의료 영상 데이터를 생성하고, 이 3차원 의료 영상 데이터가 나타내는 3차원 가상 대상체 내에서 영상 분석부(221)에 의해 인식된 병변, 장애물, 정상 조직을 지정하고, 이것들의 움직임 패턴에 따라 3차원의 가상 대상체 내에서 이와 같이 지정된 병변, 장애물, 정상 조직이 이동하거나 그 형태가 변화하는 가상의 3차원 대상체 모델을 생성할 수 있다.
한편, 대상체의 조직은 그 특성에 따라 일정한 양 이상의 열이 축적됨에 따라 생체 조직의 기능이 정지됨으로 인해 괴사 되었다고 판단될 수 있는 한계 열축적량이 존재할 수 있다. 따라서 대상체 생성부(222)는 입력부(210)를 통해 사용자로부터 가상의 3차원 대상체 모델의 생성에 요구되는 장기들의 한계 열축적량의 정보를 입력받고, 이러한 정보를 더 반영하는 대상체 모델을 생성할 수 있다.
다른 실시예에 따라 대상체 생성부(222)는 의료 영상 기기(100)로부터 입력받은 영상 데이터를 기반으로, 입력부(210)에서 사용자로부터 입력받은 정보에 따라 장기를 인식하고, 입력부(210)에서 사용자로부터 입력받은 정보에 따라 장기의 움직임 패턴을 획득하고, 이에 따라 대상체 모델을 생성할 수 있다.
트랜스듀서 제어부(231)는 대상체 생성부(222)에서 생성되는 가상의 3차원 대상체 모델에 대하여 가상조사 수행부(232)에서 가상으로 초음파를 조사하는 트랜스듀서를 제어한다. 이러한 제어에는 트랜스듀서의 위치, 초음파의 강도, 조사 시간 등의 제어가 포함된다.
가상조사 수행부(232)는 대상체 생성부(222)에서 생성되는 가상의 3차원 대상체 모델에 대하여, 트랜스듀서 제어부(231)로부터 제어되는 가상의 트랜스듀서로부터 가상의 초음파를 조사하고, 병변이 제거되었는가 또는 정상 조직이 보호되는가를 검사하고, 이러한 검사 결과에 기초하여 초음파의 조사가 허용되는 트랜스듀서의 위치를 결정한다.
예를 들어, 가상조사 수행부(232)에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 병변이 제거되었는가를 검사한다. 이를 위해 가상조사 수행부(232)에서는 대상체 모델의 장기 각각에 초음파 조사로 인해 축적되는 열축적량을 계산하고, 계산된 열축적량을 각 장기의 한계 열축적량과 비교하는 검사를 하고, 이러한 검사 결과에 기초하여 초음파의 조사가 허용되는 트랜스듀서의 위치, 조사시간, 또는 조사강도를 결정한다.
도 3의 가상조사 수행부(232)에서 병변에 대한 열축적량을 검사하는 경우, 가상조사 수행부(232)는 트랜스듀서 제어부(231)에 의해 제어되는 트랜스듀서에서 조사되는 초음파로 인해 병변에 축적되는 열축적량을 계산하고, 계산된 병변의 열축적량이 병변의 한계 열축적량을 초과하는가를 검사한다. 계산된 병변의 열축적량이 병변의 한계 열축적량을 초과하면 트랜스듀서 제어부(231)에 의해 제어되는 트랜스듀서의 위치, 조사시간, 및 조사강도에 따라 초음파 조사가 허용되는 것으로 결정한다.
도 3의 가상조사 수행부(232)에서 장애물에 대한 열축적량을 검사하는 경우, 가상조사 수행부(232)는 트랜스듀서 제어부(231)에 의해 제어되는 트랜스듀서에서 조사되는 초음파 빔이 장애물에 접촉하지 않는지를 검사하고, 접촉하더라도 초음파 빔이 병변에 도달하는지 검사한다. 초음파 빔이 장애물에 접촉하지 않고 병변에 도달하는 경우에, 가상조사 수행부(232)는 장애물에 초음파 빔이 접촉됨으로 인해 장애물에 축적되는 열축적량을 계산하고, 계산된 장애물의 열축적량이 장애물의 한계 열축적량 미만인가를 검사한다. 계산된 장애물의 열축적량이 장애물의 한계 열축적량 미만이면 트랜스듀서 제어부(231)에 의해 제어되는 트랜스듀서의 위치, 조시시간, 및 조사강도에 따라 초음파 조사가 허용되는 것으로 결정한다.
도 3의 가상조사 수행부(232)에서 정상조직에 대한 열축적량에 대해 검사하는 경우, 가상조사 수행부(232)는 트랜스듀서 제어부(231)에 의해 제어되는 트랜스듀서에서 병변을 향하여 조사되는 초음파로 인해 초음파가 통과하는 정상조직 또는 병변에 근접한 정상조직에 축적되는 열축적량을 계산하고, 계산된 정상조직의 열축적량이 정상조직의 한계 열축적량 미만인가를 검사한다. 계산된 정상조직의 열축적량이 정상조직의 한계 열축적량 미만이면 트랜스듀서 제어부(231)에 의해 제어되는 트랜스듀서의 위치, 조사시간, 및 조사강도에 따라 초음파 조사가 허용되는 것으로 결정한다.
도 4는 도 3에 도시된 가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션에 따라 정보 생성부(220)에서 생성되는 장기 모델(52)에 대하여 가상 트랜스듀서에서 조사되는 초음파 빔이 대상체 내의 초음파의 진행을 방해하는 장애물에 충돌하는가를 검사하고, 충돌하는 경우 트랜스듀서의 위치를 이동하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션은 트랜스듀서 제어부(231)와 정보를 주고받으며 여러 번 반복될 수 있다. 가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션 반복의 일례를 들면 다음과 같다.
예를 들면, 가상조사 수행부(232)에서 이루어지는 시뮬레이션 상의 가상 트랜스듀서는 그 위치가 일정한 간격을 두고 이동하도록 트랜스듀서 제어부(231)로부터 제어되고, 이러한 가상 트랜스듀서의 이동에 따라 가상조사 수행부(232)는 시뮬레이션을 반복하고, 이 시뮬레이션들의 결과에 따라 초음파의 조사가 허용될 수 있는 트랜스듀서의 제어방법을 결정한다.
또 다른 예를 들면, 트랜스듀서 제어부(231)는 가상 트랜스듀서의 복수 개의 채널 각각에서 조사되는 초음파 빔에 대하여 각 채널의 초음파 빔 조사 여부를 독립적으로 제어할 수 있어서, 적어도 하나 이상의 채널로 이루어지는 채널 조합으로부터 초음파 빔을 조사하도록 트랜스듀서를 제어할 수 있고, 가상조사 수행부(232)에서 이루어지는 시뮬레이션은 트랜스듀서 제어부(231)에 의해 이러한 채널 조합이 변경됨에 따라 반복된다.
트랜스듀서 제어부(231)는 다양한 방식에 따라 채널의 조합을 결정할 수 있다. 이러한 조합은 한 개의 채널에서 초음파 빔을 조사하는 조합일 수도 있고, 복수 개의 채널들에서 초음파 빔을 조사하는 조합일 수도 있고, 모든 채널들에서 초음파 빔을 조사하는 조합일 수도 있다. 이하에서는 이러한 방식을 도 5에서 자세하게 살펴보기로 한다.
도 5는 도 3에 도시된 가상조사 수행부(232)에서의 시뮬레이션에 따라 가상 트랜스듀서의 채널(channel) 중 적어도 하나로부터 조사되는 초음파 빔이 대상체 내의 초음파의 진행을 방해하는 부분에 충돌하는가를 검사하고, 충돌하는 경우 초음파 빔을 조사하는 채널 조합을 변경하는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 트랜스듀서 제어부(231)는 상기 설명한 바와 같이 트랜스듀서(61)의 복수 개의 채널(channel)(65)들 중 어느 일부에서만 초음파 빔이 조사되도록 제어할 수 있다. 이와 같은 제어는 초음파 빔이 장애물(62)에 접촉되지 않도록 하는 것을 목적으로 한다. 장애물(62)의 예로는 뼈를 들 수 있다.
이에 따라 트랜스듀서의 채널 조합이 변경되면서 가상조사 수행부(232)가 시뮬레이션을 하는 일례를 들면 다음과 같다. 가상조사 수행부(232)는 트랜스듀서(61)의 모든 채널(65)들로부터 병변(64)에 초점을 형성하면서 조사되는 초음파 빔들 각각이 장애물(62)에 접촉하지 않는가를 검사하고, 이러한 검사 결과에 기초하여 초음파의 조사가 허용되는 트랜스듀서의 채널 조합을 결정한다.
또는 도 3에 도시된 가상조사 수행부(232)에서는 트랜스듀서(61)의 모든 채널(65)들 중 한 개의 채널로부터 병변(64)에 조사되는 초음파 빔이 장애물(62)에 접촉하지 않는가를 검사하고, 이러한 시뮬레이션은 초음파 빔을 조사하는 채널(65)이 변경됨에 따라 반복되고, 이러한 검사 결과에 기초하여 초음파의 조사가 허용되는 트랜스듀서의 채널 조합을 결정한다.
또는 도 3에 도시된 가상 조사 수행부(232)에서는 트랜스듀서(61)의 모든 채널(65)들 중 그룹을 형성하는 적어도 둘 이상의 일부 채널들로부터 병변(64)에 초점을 형성하면서 조사되는 초음파 빔들 각각이 장애물에 접촉하지 않는가를 검사하고, 이러한 시뮬레이션은 초음파 빔들을 조사하는 채널(65)의 조합이 변경됨에 따라 반복되고, 이러한 검사 결과에 기초하여 초음파의 조사가 허용되는 트랜스듀서의 채널 조합을 결정한다.
한편, 병변의 영역이 초음파 초점이 형성되는 영역보다 큰 경우나 복수 개의 병변이 있는 경우에, 하나의 초점을 형성하여 괴사시킴으로써 치료가 종료될 수 없기 때문에 여러 개의 초점 형성 및 여러 번의 초음파 조사가 필요하다. 이에 따라 트랜스듀서는 초점의 위치를 변경하면서 모든 병변이 괴사될 때까지 초음파의 조사를 반복한다. 가상조사 수행부(232) 역시 가상 초음파의 조사시 초점 위치의 변경에 따라 각 초점에 대하여 가상의 초음파를 조사하는 단계를 반복하고, 대상체 내에 존재하는 모든 병변이 괴사되었다고 판단될 때, 반복을 종료한다. 이러한 가상의 초음파 조사 결과에 따라 가상조사 수행부(232)에서 결정되는 초음파의 조사가 허용되는 트랜스듀서의 제어방법은, 각 초점에 대응하는 제어방법들로 결정될 수 있다. 위 제어방법은 트랜스듀서의 위치, 초음파 빔의 조사 시간, 조사 강도, 및 채널 조합의 제어방법을 말한다.
조사 계획 결정부(233)는 가상조사 수행부(232)에서 결정된 트랜스듀서의 초음파 조사 위치, 초음파 조사 강도, 초음파 조사 시간, 또는 초음파를 조사하는 적어도 하나 이상의 채널에 대한 제어 방법을 획득하고, 이에 기초하여 최종적으로 시술자에게 제공되는 초음파 조사 계획을 결정한다.
또는 조사 계획 결정부(233)는 가상조사 수행부(232)에서 초점의 변경에 따라 시뮬레이션을 반복하고, 반복된 시뮬레이션에 기초하여 결정된, 각각의 초점에 대응하는 트랜스듀서의 초음파 조사 위치, 초음파 조사 강도, 초음파 조사 시간, 또는 초음파를 조사하는 적어도 하나 이상의 채널에 대한 제어 방법들을 획득하고, 이에 기초하여 최종적으로 시술자에게 제공되는 초음파 조사 계획을 결정한다.
복수 개의 초점에 대해 초음파의 조사가 이루어지는 경우, 조사 계획 결정부(233)는 모든 초점에 대해 초음파의 조사가 이루어질 수 있는 초음파 조사 계획을 결정한다. 이에 따라 조사 계획 결정부(233)는 초음파 조사에 소요되는 총 시간 또는 가상 트랜스듀서가 이동하는 이동거리를 고려하여 각 초점에 대하여 가상 트랜스듀서의 초음파 조사 위치, 초음파 조사 강도, 초음파 조사 시간, 초음파를 조사하는 채널의 조합, 및 위와 같은 여러 개의 초점을 조사하는 순서에 대한 제어 방법을 결정하고, 이에 기초하여 최종적으로 시술자에게 제공되는 초음파 조사 계획을 결정한다.
도 6은 도 1에 도시된 초음파 조사 수행 장치(300)의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 도 1에 도시된 초음파 조사 수행 장치(300)는 조사 결정부(310) 및 조사부(320)로 구성된다. 조사 결정부(310)는 다시 제 2 입력부(311) 및 비교부(312)로 구성되고, 조사부(320)는 다시 제어부(321) 및 모니터링부(322)로 구성된다.
비교부(312)는 제 2 입력부(311)로부터 과거 시점의 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 과거 정보, 이 과거 정보에 기초하여 초음파 조사 계획 수립 장치(200)에 의해 수립된 초음파 조사 계획, 및 시술이 수행되는 현재 시점의 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 현재 정보를 입력받고, 과거 정보와 현재 정보를 비교하고, 비교 결과에 따라 과거 정보에 기초하여 수립된 초음파 조사 계획에 따라 현재 시점의 대상체에 대해 초음파 조사를 수행할 것인가를 결정한다. 또한 위 정보의 예로는 의료 영상 데이터, 정보 생성부(220)에서 생성된 대상체 모델 등을 들 수 있다.
위 정보가 의료 영상 데이터인 경우의 실시예에 따르면, 비교부(312)는 제 2 입력부(311)로부터 조사 계획 수립 장치(200)의 시뮬레이션의 대상이 된 과거 의료 영상 데이터 및 이를 기반으로 수립된 초음파 조사 계획을 입력받고, 의료 영상 기기(100)로부터 현재 시점의 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 현재 의료 영상 데이터를 입력받고, 입력받은 현재 영상 데이터와 과거 영상 데이터를 비교하고, 비교 결과에 따라 과거 의료 영상 데이터를 기반으로 수립된 위 초음파 조사 계획에 따라 현재 시점의 대상체에 대해 초음파 조사를 수행할 것인가를 결정한다.
반면, 위 정보가 정보 생성부(220)에서 생성된 대상체 모델인 경우의 실시예에 따르면, 비교부(312)는 제 2 입력부(311)로부터 과거 의료 영상 데이터에 기초하여 정보 생성부(220)로부터 생성된 과거 대상체 모델, 이에 기초하여 조사 계획부(230)에서 수립된 초음파 조사 계획, 및 현재 의료 영상 데이터에 기초하여 정보 생성부(220)로부터 생성되는 현재 대상체 모델을 입력받고, 입력받은 과거 대상체 모델과 현재 대상체 모델내의 장기 및 이의 이동 경로와 형상 변환의 패턴을 비교하고, 그 차이가 정해진 오차 범위를 초과하는 경우, 현재 시점의 대상체에 대해 초음파 조사를 수행하지 않는 것으로 결정하고, 사전 조사 계획을 재수립 하기 위해 프로세스를 종료한다.
반면, 그 차이가 정해진 오차 범위를 초과하지 않는 경우, 비교부(312)는 현재 시점의 대상체에 대해 과거 대상체 모델을 기반으로 수립된 초음파 조사 계획에 따라 초음파 조사를 수행하는 것으로 결정하고, 위 초음파 조사 계획을 제어부(321)에 제공한다.
제어부(321)는 위 초음파 조사 계획을 제공받고, 이에 따라 초음파 조사 장치(400)를 제어한다. 비교부(312)에 의해 제공되는 초음파 조사 계획은 초음파 조사 장치(400)의 트랜스듀서에서 대상체로 초음파를 조사할 때의 초점 형성 위치, 트랜스듀서의 위치, 트랜스듀서에서 조사되는 초음파 빔의 조사 강도, 조사 시간, 초음파 빔을 발생시키는 채널 조합, 또는 복수 개의 초점을 조사하는 순서의 정보를 포함할 수 있고, 제어부(321)는 이러한 조사 계획에 따라 초음파 조사 장치(400)의 트랜스듀서를 제어한다.
모니터링부(322)는 제어부(321)가 초음파 조사 장치(400)를 제어함에 따라 초음파의 조사가 이루어지는 동안 실시간으로 확보되는 실시간 영상 데이터를 획득하고, 이 실시간 영상 데이터에 기초하여 초음파 조사 계획을 변경할 것을 제어부(321)에 명령할 수 있다. 또는 모니터링부(322)는 제어부(321)가 초음파 조사 장치(400)를 제어함에 따라 초음파의 조사가 이루어지는 동안 실시간으로 확보되는 대상체 내의 장기의 온도 및 열축적량을 획득하고, 이 온도 및 열축적량에 기초하여 병변 조직이 모두 괴사 되었는가, 및 정상 조직이 보호되고 있는가를 검사하고, 이러한 검사 결과에 따라 초음파 조사 계획을 변경할 것을 제어부(321)에 명령할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 조사 계획 방법의 흐름도이다. 도 7을 참조하면 본 실시예에 따른 초음파 조사 계획 방법은 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서 이하 생략된 내용이라 하더라도 초음파 조사 계획 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 초음파 조사 계획 방법에도 적용된다.
701 단계에서는 사전 초음파 조사 계획을 수립한다. 702 단계에서는 701 단계에서 수립된 사전 초음파 조사 계획을 적용할 것인가를 결정한다. 적용하지 않기로 결정한 경우, 701 단계로 되돌아가 초음파 조사 계획을 재수립한다. 적용하기로 결정한 경우 703 단계에서는 701 단계에서 수립된 초음파 조사 계획에 따라 대상체에 초음파를 조사한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)에서의 초음파 조사 계획 수립 방법의 흐름도로, 도 7의 701 단계의 구체적인 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 조사 계획 수립 장치(200)에서의 초음파 조사 계획 수립 과정은 다음과 같은 단계들로 구성된다.
801 단계에서는 입력부(210)를 통해 의료 영상 기기(100)에서 제공되는 의료 영상 데이터를 수신한다. 802 단계에서는 801802에서 수신된 영상 데이터로부터 장기를 인식하고, 장애물, 병변, 또는 정상 조직을 지정한다. 803 단계에서는 802 단계에서 지정된 장기의 움직임 패턴을 파악한다. 804 단계에서는 802 단계에서 지정된 장기의 한계 열축적량을 지정한다. 이 단계는 사용자가 장기의 한계 열축적량을 직접 입력하는 형태일 수도 있고, 컴퓨터의 저장장치에 저장되어 있는 한계 열축적량을 획득하는 형태일 수도 있다. 이로써, 시뮬레이션이 진행될 가상의 대상체 모델이 컴퓨터 상에 구축된다.
805 단계에서는 이렇게 구축된 대상체 모델에 대하여 가상의 트랜스듀서로부터 초음파 빔을 조사함에 있어, 트랜스듀서의 위치를 설정한다. 806 단계에서는 트랜스듀서에 구비되는 각 채널에서 초음파 빔을 조사함에 있어 어떤 채널에서 초음파 빔을 발생시킬 것인지, 즉 복수 개의 채널 중 초음파 빔을 발생시키도록 설정되는 적어도 하나 이상의 채널로 구성되는 채널 조합을 설정한다. 채널 조합을 설정하는 방식에 대하여 이하 생략된 내용이라 하더라도 이상에서 기술된 초음파 조사 계획 수립 장치(200)에 관한 내용이 본 실시예에 따른 초음파 조사 계획 방법에도 적용된다.
807 단계에서는 초음파 조사 시점에서의 대상체 모델 내의 장기의 형상 또는 위치를 803 단계에서 파악된 움직임 패턴을 고려하여 예측하고, 예측된 정보를 가상의 트랜스듀서의 초음파 조사 대상이 되는 대상체 모델에 반영한다.
808 단계에서는 805 단계에서 설정된 트랜스듀서의 위치에서 806 단계에서 설정된 채널 조합에 따라 807 단계에서 예측된 대상체 모델에 대하여 가상의 초음파를 조사했을 때, 가상의 초음파 빔이 대상체 모델 내의 장애물로 지정된 장기와 충돌하는가를 검사한다. 초음파 빔이 대상체 모델 내의 장애물로 지정된 장기와 충돌하는 경우, 805 내지 808 단계를 반복하며 트랜스듀서의 위치 및 채널 조합을 변경한다. 충돌하지 않는 경우, 810 단계로 진행한다. 810 단계에서는 가상의 대상체 모델 내의 병변, 장애물, 및 정상조직에 위 가상 초음파의 조사로 인해 누적되는 열축적량을 시뮬레이션하여 계산한다. 811 단계에서는 810 단계에서 계산된 병변의 열축적량이 대상체 모델의 병변에 대하여 지정된 한계 열축적량을 초과하여 병변이 괴사되었는가를 검사하고, 810 단계에서 계산된 장애물 및 정상조직의 열축적량이 대상체 모델의 장애물 및 정상조직에 대하여 지정된 한계 열축적량 미만으로 보호가 가능한가를 검사한다. 병변이 괴사되지 않거나, 장애물 및 정상조직이 보호가 불가능하다고 검사되는 경우 다시 805 내지 811의 과정을 반복하며 트랜스듀서의 위치 및 채널조합을 변경한다. 병변이 괴사되고, 장애물 및 정상조직이 보호된다고 검사되는 경우 812 단계로 진행한다.
812 단계에서는 병변의 영역이 트랜스듀서에서 조사되는 초음파에서 형성되는 초점 한 개의 영역보다 넓어 복수 개의 초점 형성이 필요한 경우, 또는 복수 개의 다른 위치에 있는 병변이 존재하는 경우, 그러한 모든 병변 조직이 괴사하였는가를 검사한다. 모든 병변이 괴사되지 않은 경우, 815 단계로 진행한다. 815 단계에서는 초음파의 초점이 형성되는 위치, 즉 초음파가 도달하는 위치를 변경하여 804 내지 812 단계를 반복한다. 그리하여 모든 병변 조직이이 괴사된 경우, 813 단계로 진행한다. 813 단계에서는 복수 개의 초점 위치에 대하여 각 초점 위치에 대응되는 트랜스듀서의 제어방법을 획득하고, 각 제어방법의 초음파 빔 조사 강도, 조사 시간, 또는 초음파 조사로 인해 상승된 조직의 온도를 다시 정상적인 수준의 온도로 낮추기 위한 냉각 시간을 기준으로 최적의 제어방법을 결정한다.
814단계에서는 813서 결정된 최적의 제어방법에 기초하여, 트랜스듀서를 이동시키면서 복수 개의 초점 위치에 대하여 순서대로 초음파를 조사함에 있어 어떠한 순서로 조사할 것인가룰 결정하여 최종적으로 초음파 조사 계획을 수립한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 초음파 조사 수행 장치(300)에서의 초음파 조사 수행 방법의 흐름도로, 도 7의 702 내지 703 단계의 구체적인 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 조사 수행 장치(300)에서의 초음파 조사 수행 과정은 다음과 같은 단계들로 구성된다.
901 단계에서는 도 6의 제 2 입력부(311)를 통해 의료 영상 기기(100)에서 제공되는 영상 데이터를 수신한다. 이 영상 데이터는 초음파 조사를 수행하고자 하는 시점에 촬영된 영상 데이터로, 초음파 사전 조사 계획을 수립하기 위해 입력받는 과거 영상 데이터와 촬영 시점의 차이로 구별된다.
902 단계에서는 901 단계에서 획득된 현재 영상 데이터로부터 장기를 인식하고, 병변, 장애물, 및 정상조직을 지정한다. 903 단계에서는 이렇게 지정된 병변, 장애물, 및 정상조직의 움직임 패턴을 파악한다. 904 단계에서는 이렇게 지정된 병변, 장애물, 및 정상조직의 한계 열축적량을 지정한다. 이 단계는 사용자가 장기의 한계 열축적량을 직접 입력하는 형태일 수도 있고, 컴퓨터의 저장장치에 저장되어 있는 한계 열축적량을 획득하는 형태일 수도 있다. 이로써, 초음파 조사를 수행하고자 하는 시점의 대상체에 대한 정보가 마련된다.
905 단계에서는 제 2 입력부(311)를 통해 초음파 조사 계획 수립 장치(200)로부터 과거 의료 영상 데이터를 기반으로 생성된 대상체 모델과 이 대상체 모델에 기초하여 수립된 초음파 조사 계획을 입력받고, 이 대상체 모델의 장기와 이의 움직임 패턴의 정보를, 현재 영상 데이터로부터 902 내지 904 단계에서 인식된 장기와 이의 움직임 패턴의 정보와 비교하고, 그 차이를 측정한다.
911 단계에서는 905 단계에서 측정된 차이를 기초로, 과거 영상 데이터를 기반으로 생성된 대상체 모델에 대하여 수립된 초음파 조사 계획이 현재 영상 데이터의 대상이 된 대상체에 대하여도 적용이 가능한가를 검사한다. 예를 들면, 905 단계에서 측정된 장기의 위치, 또는 움직임 패턴의 차이가 정해진 오차 범위를 벗어나는가를 검사하고, 벗어나는 경우 사전 초음파 조사 계획의 사용이 불가한 것으로 결정하고, 벗어나지 않는 경우 사전 초음파 조사 계획이 사용 가능한 것으로 결정한다.
911 단계에서 사전 초음파 조사 계획이 사용 가능하지 않은 것으로 결정된 경우 912 단계로 진행되고, 사전 초음파 조사 계획을 재수립하기 위해 프로세스를 종료한다. 911 단계에서 사전 초음파 조사 계획이 사용 가능한 것으로 결정된 경우 921 단계로 진행한다.
921 단계에서는 사전 초음파 조사 계획에 따라 트랜스듀서의 위치를 이동하고, 922 단계에서는 초음파 조사의 대상이 되는 대상체의 장기의 움직임을 실시간 모니터링한다. 이러한 모니터링 단계는 초음파를 조사하는 시점의 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 3 영상 데이터를 입력받고, 제 3 영상 데이터로부터 대상체의 해부학적 특성을 파악하고, 이를 다시 초음파 조사 계획에 반영함으로써 초음파 조사 계획을 변경할 수 있다.
또한, 901 단계에서 입력받은 초음파 조사 계획의 정보에 따라 921 단계에서의는 트랜스듀서의 위치 이동 뿐 아니라 트랜스듀서에서 조사되는 초음파의 조사 시점, 조사 강도, 및 트랜스듀서의 채널 조합 등을 변경하는 단계가 포함될 수 있다. 923 단계에서는 922 단계에서 모니터링한 결과에 따라 초음파를 조사할 시점과 조사 시간을 지정한다.
924 단계에서는 921 내지 924 단계에서 제어되는 초음파 조사 장치(400)의 트랜스듀서의 제어에 따라, 대상체에 대하여 고강도 고집적 초음파를 조사한다. 925 단계에서는 924 단계에서 초음파의 조사가 이루어지는 동안 실시간으로 확보되는 대상체 내의 장기의 온도 및 열축적량을 측정한다.
926 단계에서는 924 단계에서 측정되는 온도 및 열축적량을 획득하고, 특히 초점이 위치하는 병변조직의 열축적량을 획득하여 병변 조직의 한계 열축적량을 초과하는지 검사하거나, 장애물 및 정상조직의 열축적량을 획득하여 각각의 한계 열축적량 미만인지 검사하여 검사 결과에 따라 초음파의 조사 강도를 조절한다. 또는 대상체 내부의 다른 조직의 온도에 따라 초음파의 조사 강도를 조절한다.
931 단계에서는 초점을 형성할 위치가 복수 개 있거나, 병변이 복수 개 있는 경우 그러한 복수 개의 초점 형성 위치, 및 병변에 대하여 모든 조직이 괴사되었는가를 판단하고, 모든 조직이 괴사된 경우 프로세스를 종료하고, 모든 조직이 괴사되지 않은 경우 932 단계로 진행한다.
932 단계에서는 아직 괴사되지 않은 병변 영역에 대하여 다시 초점을 형성하여 초음파를 조사하기 위해 초점의 위치를 이동하고, 921 단계로 되돌아간다. 그러면 921 단계에서는 932 단계에서 이동된 초점의 위치에 초음파를 조사하는 트랜스듀서의 위치를 설정한다. 모든 병변 조직이 괴사할 때까지 921 내지 931 단계를 반복하고, 모든 병변 조직이 괴사되면 프로세스를 종료한다.
상기된 바와 같은 실시예들에 따르면, MRI, CT, 초음파 진단기 등과 같은 의료 영상 기기(100)로부터 획득된 영상 데이터로부터 환자의 치료에 가장 적합한 초음파 조사 계획을 자동으로 추출하여 시술자에게 제공할 수 있다. 종래에는 시술자에 의해 선택된 초음파 조사 계획에 따라 컴퓨터 상에서 시뮬레이션할 수 있는 환경이 제공되어 그 결과를 미리 예측할 수 있었으나, 이것은 환자에게 가장 적합한 초음파 조사 계획이라고 할 수 없다. 상기된 실시예들에서는 트랜스듀서의 위치, 조사 강도, 조사 시간, 채널 조합 등의 다양한 트랜스듀서 제어 방법을 이용하여 컴퓨터상에서 생성되는 3차원 대상체 모델에 대하여 초음파를 조사하는 과정을 자동으로 시뮬레이션함으로써 환자의 치료에 가장 적합한 초음파 조사 계획을 수립한다. 이에 따라 시술자가 초음파 조사 계획을 수립하는데 소요되는 시간이 크게 감소된다.
상기된 실시예들을 시술자가 직접 초음파 조사 계획을 수립하여 이에 따라 조사하는 방식과 비교하면 다음과 같은 부가적인 장점들이 있다. 첫째, 이론적으로 무한번의 시뮬레이션이 가능하여 다양한 초음파 조사 계획을 시뮬레이션할 수 있고 이러한 많은 횟수의 시뮬레이션을 바탕으로 그 중 가장 환자에게 적합한 초음파 조사 계획을 선정함으로써, 최적의 초음파 조사 계획을 수립할 수 있다. 둘째, 위와 같은 시뮬레이션 환경 없이 시술자가 직접 초음파 조사 계획을 수립하고, 이를 직접 대상체에 조사하면서 진행 상황에 따라 초음파 조사 계획을 수립하던 기존의 방식에 따라 초음파의 조사 계획을 수립함에 있어 시행착오에 의한 환자의 부담이나 신체적 위험이 있었으나, 가상의 환경에서 조사 시뮬레이션을 자동으로 진행하며 이러한 위험 부담을 미리 예측하고, 위험이 없는 조사 계획을 제공하기 때문에 환자에게 매우 안전하고, 시술자의 부담도 감소한다. 셋째, 최적의 초음파 조사 계획을 선정할 때에는 다양한 요소를 고려하며, 시술 시간도 고려할 수 있으므로 전체 시술 시간이 감소하고, 환자의 부담을 덜어준다. 넷째, 움직임 패턴이 있는 동적 장기, 또는 장애물에 둘러 쌓여 그 내부에 위치하는 장기 등의 경우 초음파 조사에 어려움이 있고 위험하여 시술이 활발히 진행되지 못했으나, 이러한 경우를 모두 고려하는 시뮬레이션 환경이 구축됨에 따라 초음파 조사가 가능한 장기가 확대될 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 초음파 조사 수행 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에는 마그네틱 저장매체 (예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 의료 영상 기기 200: 사전 초음파 조사 계획 수립 장치
300: 초음파 조사 수행 장치 400: 초음파 조사 장치
210: 입력부 220: 정보 생성부
230: 조사 계획부 310: 조사 여부 결정부
320: 조사부
300: 초음파 조사 수행 장치 400: 초음파 조사 장치
210: 입력부 220: 정보 생성부
230: 조사 계획부 310: 조사 여부 결정부
320: 조사부
Claims (23)
- 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 영상 데이터를 입력받는 단계;
상기 대상체의 해부학적 특성에 기초하여 상기 영상 데이터로부터 상기 대상체 내에서 초음파가 조사되는 적어도 하나의 부분에 관한 정보를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 초음파 조사를 시뮬레이션함으로써 상기 초음파 조사의 계획을 수립하는 단계를 포함하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 생성하는 단계는 상기 대상체 내에서 상기 초음파가 조사되는 제 1 부분, 상기 초음파로부터 회피되는 제 2 부분, 및 상기 초음파의 진행을 방해하는 특성을 갖는 제 3 부분 중 적어도 하나를 지정함으로써 상기 정보를 생성하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 수립하는 단계는
가상 트랜스듀서를 이용하여 상기 초음파를 가상적으로 상기 제 1 부분에 조사하고, 상기 조사된 초음파가 상기 제 2 부분 또는 상기 제 3 부분에 접촉하는가를 검사하는 단계; 및
상기 검사 결과에 기초하여 상기 초음파의 조사가 허용될 수 있는 상기 가상 트랜스듀서의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 가상 트랜스듀서의 위치를 이동시키는 단계를 더 포함하고,
상기 검사하는 단계는 상기 가상 트랜스듀서의 위치 이동에 따라 반복되고,
상기 결정하는 단계는 상기 반복된 검사 결과에 기초하여 상기 초음파의 조사가 허용될 수 있는 상기 가상 트랜스듀서의 위치들의 조합을 결정하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 초음파가 조사되는 영역은 상기 제 1 부분 이외에 적어도 하나의 다른 부분을 포함하고,
상기 수립하는 단계는 상기 초음파가 조사되는 지점을 상기 제 1 부분으로부터 상기 적어도 하나의 다른 부분 중 어느 하나로 변경하는 단계를 더 포함하고,
상기 이동시키는 단계, 상기 검사하는 단계, 및 상기 결정하는 단계는 상기 변경된 부분에 대하여 반복되는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 검사하는 단계는 상기 가상 트랜스듀서의 복수 개의 채널(channel)들 각각으로부터 동시에 상기 제 1 부분에 조사된 초음파 빔(beam)들이 상기 제 2 부분 또는 상기 제 3 부분에 접촉하는가를 검사하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 검사하는 단계는 상기 가상 트랜스듀서의 복수 개의 채널(channel)들 중 어느 하나로부터 상기 제 1 부분에 조사된 초음파 빔이 상기 제 2 부분 또는 상기 제 3 부분에 접촉하는가를 검사하고,
상기 검사하는 단계는 상기 채널들 각각에 대하여 반복되는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 검사하는 단계는 상기 가상 트랜스듀서의 복수 개의 채널(channel)들 중, 복수 개의 그룹들 중 어느 하나에 속하는 일부 채널들로부터 상기 제 1 부분에 동시에 조사된 초음파 빔이 상기 제 2 부분 또는 상기 제 3 부분에 접촉하는가를 검사하고,
상기 검사하는 단계는 상기 그룹들 각각에 대하여 반복되는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 생성하는 단계는 상기 제 1 부분의 괴사에 요구되는 제 1 한계 열축적량과 상기 제 2 부분의 보호에 요구되는 제 2 한계 열축적량 중 적어도 하나를 더 지정함으로써 상기 정보를 생성하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 검사하는 단계는 가상 트랜스듀서를 이용하여 상기 초음파를 가상적으로 상기 제 1 부분에 조사하고, 상기 조사된 초음파가 상기 제 2 부분 또는 상기 제 3 부분에 접촉하는가를 검사하는 단계;
상기 초음파의 조사 시 상기 제 1 부분에 축적되는 제 1 열축적량을 계산하고, 상기 제 1 열축적량이 상기 제 1 한계 열축적량을 초과하는가를 검사하는 단계; 및
상기 초음파의 조사 시 상기 제 2부분에 축적되는 제 2 열축적량을 계산하고, 상기 제 2 열축적량이 상기 제 2 한계 열축적량 미만인가를 검사하는 단계를 포함하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 상기 반복된 검사 결과에 기초하여 결정된 위치들 각각에서의 가상 트랜스듀서의 채널들 각각으로부터 조사된 초음파 빔의 강도, 조사 시간, 및 냉각 시간 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 반복된 검사 결과에 기초하여 결정된 위치들의 조합들에 있어서 각 조합에 포함되는 복수 개의 위치들 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 위치를 조사하는 순서를 결정하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 생성하는 단계는 상기 영상 데이터로부터 상기 대상체 내에서 상기 적어도 하나의 부분의 이동 경로 및 형상 변환의 패턴을 획득함으로써 상기 정보를 생성하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 수립하는 단계는 상기 생성된 정보를 이용하여 상기 대상체의 초음파 조사 시점에서의 상기 적어도 하나의 부분의 위치 및 형상을 예측함으로써 상기 초음파 조사의 계획을 수립하는 초음파 조사 계획 수립 방법. - 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
- 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 영상 데이터를 입력받는 입력부;
상기 대상체의 해부학적 특성에 기초하여 상기 영상 데이터로부터 상기 대상체 내에서 초음파가 조사되는 적어도 하나의 부분에 관한 정보를 생성하는 정보생성부; 및
상기 생성된 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 초음파 조사를 시뮬레이션함으로써 상기 초음파 조사의 계획을 수립하는 계획수립부를 포함하는 초음파 조사 계획 수립 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 정보생성부는 상기 대상체 내에서 상기 초음파가 조사되는 제 1 부분, 상기 초음파로부터 회피되는 제 2 부분, 및 상기 초음파의 진행을 방해하는 특성을 갖는 제 3 부분 중 적어도 하나를 지정함으로써 상기 정보를 생성하는 초음파 조사 계획 수립 장치. - 제 15 항에 있어서,
생기 정보생성부는 상기 영상 데이터로부터 상기 대상체 내에서 상기 적어도 하나의 부분의 이동 경로 및 형상 변환의 패턴을 획득함으로써 상기 정보를 생성하는 초음파 조사 계획 수립 장치. - 제 1 시점에 촬영된 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 1 영상 데이터, 상기 제 1 영상 데이터에 기초하여 수립된 상기 대상체에 대한 초음파의 조사 계획, 및 제 2 시점에 촬영된 상기 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 2 영상 데이터를 입력받는 단계;
상기 제 1 영상 데이터와 상기 제 2 영상 데이터를 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 초음파 조사 계획을 적용할 것인가를 결정하는 단계; 및
상기 결정에 따라 상기 초음파를 조사하는 단계를 포함하는 초음파 조사 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 초음파 조사 계획을 사용할 수 없는 것으로 결정된 경우, 상기 제 2 영상 데이터에 기초하여 상기 대상체에 대한 초음파의 조사 계획을 수립하는 단계를 더 포함하는 초음파 조사 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 초음파가 조사되는 시점에서 실시간으로 입력되는 상기 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 3 영상 데이터 및 상기 초음파가 조사되는 상기 대상체 내의 적어도 하나의 부분에 상기 초음파의 조사로 인해 축적되는 열축적량 중 적어도 하나에 기초하여 상기 초음파 조사 계획을 수정하는 단계를 더 포함하고,
상기 조사하는 단계는 상기 수정된 초음파 조사 계획에 따라 초음파를 조사하는 초음파 조사 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 상기 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 상기 제 1 영상 데이터 및 상기 제 2 영상 데이터로부터 상기 대상체 내에서 초음파가 조사되는 적어도 하나의 부분의 이동 경로 및 형상 변환의 패턴을 각각 획득함으로써 상기 획득된 이동경로 및 형상 변환의 패턴을 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 초음파 조사 계획을 적용할 것인가를 결정하는 초음파 조사 방법. - 제 18 항 내지 제 21항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
- 제 1 시점에 촬영된 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 1 영상 데이터, 상기 제 1 영상 데이터에 기초하여 수립된 초음파 조사 계획, 및 제 2 시점에 촬영된 상기 대상체의 해부학적 특성을 나타내는 제 2 영상 데이터를 입력받는 입력부;
상기 제 1 영상 데이터와 상기 제 2 영상 데이터를 비교하고, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 초음파 조사 계획을 적용할 것인가를 결정하는 결정부; 및
상기 결정에 따라 상기 초음파를 조사하는 단계를 포함하는 조사부를 포함하는 초음파 조사 장치.
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