KR20130088478A - 초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치. - Google Patents

초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치. Download PDF

Info

Publication number
KR20130088478A
KR20130088478A KR1020120009739A KR20120009739A KR20130088478A KR 20130088478 A KR20130088478 A KR 20130088478A KR 1020120009739 A KR1020120009739 A KR 1020120009739A KR 20120009739 A KR20120009739 A KR 20120009739A KR 20130088478 A KR20130088478 A KR 20130088478A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
focus
candidate
focal
sound pressure
phenomenon
Prior art date
Application number
KR1020120009739A
Other languages
English (en)
Inventor
이형기
박준호
심문보
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020120009739A priority Critical patent/KR20130088478A/ko
Priority to CN2012104602716A priority patent/CN103222910A/zh
Priority to EP12194787.3A priority patent/EP2623156A2/en
Priority to US13/744,896 priority patent/US20130197402A1/en
Priority to JP2013012486A priority patent/JP2013154173A/ja
Publication of KR20130088478A publication Critical patent/KR20130088478A/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N7/02—Localised ultrasound hyperthermia
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치가 개시된다. 이와 같이 개시된 방법 내지 장치에 따르면, HIFU장치의 동작 시 그레이팅 로브(Grating lobes) 현상을 없애면서 여러 개수의 초점을 동시에 형성하여 HIFU장치를 이용하여 치료시 병변의 주변에 장기의 손상을 방지할 수 있다.

Description

초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치.{Apparatus and method for generating multiple focus of ultrasound transducer array}
HIFU장치의 초점 형성에 관한 것으로, 특히 초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 초음파를 이용한 치료 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 집속 초음파(high intensity focused ultrasound; HIFU)를 이용하는 치료 장치에 관한 것이다.
의학의 발달과 더불어 종양에 대한 국소치료는 광범위치근술로부터 기능보존술로 발달하고 이것은 다시 최소침습적 수술로 발전하여 왔다. 그러나 최근들어서는 기술의 혁명적인 진보로 비침습적 수술이 개발되어 여러 가지 수술방법등이 출현하게 되었다.
초음파는 신체를 관통할 수 있는 양호한 직진성을 갖고 있는 기계적 에너지이다. 이러한 초음파는 강력 집속 초음파의 조사로 인한 종양 내 에너지 축적을 통해 크게 두 가지 효과를 낼 수 있으며, 이 두 가지 효과들은 온열 효과(hyperthermal effect)와 물리적 효과(mechanical effect)이다.
첫 번째 효과인 온열 효과는, 한 부분에 집속된 강력 초음파가 부분적으로 열에너지로 전환되면서 순간적으로 70℃ 이상 올라가도록 하여 발생시키는 효과로써, 조직과 혈관에 응고성 괴사를 일으키게 한다. 이 때 온도상승은 급속히 그리고 순간적으로 일어나기 때문에 주변조직으로서 열확산은 발생하지 않는다.
두 번째 음파에 의한 물리적 효과로는 공동화(cavitation)에 의한 조직파괴 현상이다. 인체가 강력 초음파에 노출되면 음파의 음압(negative part)에 의한 저기압으로 세포 내 수분이 가스상(gas phase)으로 들어가면서 미세기포(microbubble)를 발생시키고 이것이 공명현상을 일으킬 정도로 커지면 갑자기 터지면서 고압의 충격파를 발생시켜 조직을 파괴시키게 된다.
이 두 가지 효과는 거의 동시에 일어나게 되고 이로 인한 치료부위의 육안적인 변화는 초음파 조사후 1~2주 후에 응고성 괴사가 일어나면서 치료부위와 주변의 정상부위가 명확히 구분되고 그 경계부는 보다 딱딱하게 느껴진다.
하지만 이런 종양의 치료가 수행될 때는, 정상 조직의 손상은 가능한 최소화해야만 한다. 더 나아가 종양의 효과적인 치료를 위해서는 치료 시간을 최소화 해야 한다. 따라서, HIFU 장치에 요구되는 조건은 1. 초음파를 조사하여 치료하는 시간을 최소화 하여야 하고, 2. 초음파의 초점 영역이 형성되어야 하고, 3. 초점 영역 외의 지점에서는 초음파의 증폭이 발생해서는 안된다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 HIFU장치를 동작시킬 때 그레이팅 로브(Grating lobes) 현상을 없애면서 다중 초점을 맞출 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 그리고 그레이팅 로브(Grating lobes) 현상을 없애면서 다중 초점을 형성하기 위한 트랜스듀서 소자들의 출력을 구하는 방법을 제공하는데 있다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다. 본 실시예가 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 초음파 치료를 위한 초점 형성 방법은, 치료용 초음파를 조사하고자 하는 영역의 초점 위치들 중에서 적어도 하나의 후보 초점 위치를 선택하는 단계, 상기 선택된 후보 초점의 위치에 상기 치료용 초음파의 초점이 형성될 경우, 상기 선택된 후보 초점 위치 이외의 위치에서 음압이 증가하는 현상이 발생되는지 판단하는 단계 및 상기 판단 결과에 기초하여 상기 현상이 발생되지 않는 상기 후보 초점 위치의 조합에 관한 정보를 나타내는 치료 계획을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라 상기된 초음파 치료를 위한 초점 형성 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 초음파 치료를 위한 초점 형성 장치는, 치료용 초음파를 조사하고자 하는 영역의 초점 위치들 중에서 적어도 하나의 후보 초점 위치를 선택하는 후보 초점 결정부, 상기 선택된 후보 초점의 위치에 상기 치료용 초음파의 초점이 형성될 경우, 상기 선택된 후보 초점 위치 이외의 위치에서 음압이 증가하는 현상이 발생되는지 판단하는 초점 형성 확인부, 및 상기 판단 결과에 기초하여 상기 현상이 발생되지 않는 상기 후보 초점 위치의 조합에 대한 정보를 나타내는 치료 계획을 결정하는 최적 초점 결정부를 포함한다.
상기된 바에 따르면, HIFU장치의 동작 시 그레이팅 로브(Grating lobes) 현상을 없애면서 여러 개수의 초점을 동시에 형성하여 HIFU장치의 치료 시간을 단축할 수 있으며, 치료시 병변의 주변에 장기의 손상을 방지할 수 있다. 그리고 그레이팅 로브(Grating lobes) 현상을 없애면서 여러 개수의 초점을 동시에 형성하기 위한 트랜스듀서 소자의 출력을 계산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 초점 형성 장치의 구성도이다.
도 2는 HIFU 장치의 트랜스듀서 어레이와 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점 영역을 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자로부터 입력되는 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점들을 도시한 도면이다.
도 3b는 최적 초점 결정부(104)에 의해 이미 결정된 최적 초점 집합들을 나타낸다.
도 3c는 도 3a의 초점들에서 최적 초점 집합들에 속하는 초점들을 제외하고 나머지 초점들을 도시하고 있다.
도 4은 후보 초점 결정부(102)가 후보점 중에서 일정 개수의 초점을 선택 또는 재선택하기 위해서 후보점들을 일렬로 나열하는 것을 도시한 도면이다.
도 5는 후보 초점 결정부(102)가 후보점 중에서 랜덤으로 5개를 선택한 경우를 염색체들로 표현한 것들을 도시한 도면이다.
도 6는 후보 초점 결정부(102)가 기존의 염색체의 조합으로 새로운 염색체를 생성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 치료 영역(702)와 비치료 영역(703)을 도시한 도면이다.
도 8은 초점 형성 확인부(103)의 구성을 도시한 도면이다.
도 9은 3차원 직교좌표 상에서 트랜스듀서 소자들(801)의 위치 벡터
Figure pat00001
과 임의의 초점(802)의 위치벡터
Figure pat00002
를 도시한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 흐름도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 초점 형성 장치의 구성도이다. 도 1을 참고하면, 도 1에 도시된 실시예에 따른 다중 초점 형성 장치는 대상점 결정부(101), 후보 초점 결정부(102), 초점 형성 확인부(103), 최적 초점 결정부(104), 메모리(106), 인터페이스(107), 조사 결정부(108) 및 최적 초점 저장부(109)로 구성된다.
대상점 결정부(101)는 사용자로부터 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점들에 대한 정보들을 입력받으면, 이 초점들 중에서 대상점을 결정하여 후보 초점 결정부(102)로 출력한다. 여기서 사용자에 의해 입력되는 복수 개의 초점들에 대한 정보란, HIFU장치가 초음파의 초점을 형성하여 병변을 치료하기 위한 치료 영역 내에서 형성되는 복수 개의 초점들의 위치와 개수에 대한 정보들을 의미한다. 그리고 대상점이란, 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점들 중에서 본 실시예에 따른 연산의 대상이 되는 점들을 의미한다.
도 2는 HIFU 장치의 트랜스듀서 어레이와 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점 영역을 도시한 도면이다. HIFU 장치의 트랜스듀서 어레이(201)은 도 2에서와 같이 안테나 형상일 수 있다. 트랜스듀서 어레이가 안테나 형상을 띄는 경우 일정 영역에 집중시키는 것이 용이하기 때문이다. HIFU 장치의 트랜스듀서 어레이에서 초음파 신호를 치료 영역(202)에 집속시킨다. HIFU장치는 복수 개의 트랜스듀서 소자에 전기적 신호를 가해 진동을 시키고, 그 진동에 의해서 초음파를 발생시킨다. 그리고 발생된 초음파를 치료 영역(202)내에 집속시키는데, 집속시킬 때 치료 영역 내에 일정 개수의 초점들을 정하고, 일정 개수의 초점들에 초음파를 동시에 집속시켜서 열을 발생시킬 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자로부터 입력되는 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점들을 도시한 도면이다. 도 3a에 도시된 복수 개의 초점들은 16mm X 16mm 넓이의 치료 영역 내에 존재하며, 각 초점은 (*)로 표시되어 있다. 초점의 개수는 25개가 설정이 되어 있다.
대상점 결정부(101)는 사용자로부터 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점들에 대한 정보들을 입력받으면, 이 복수 개의 초점들을 후보 초점 결정부(102)로 바로 출력한다. 즉, 도 3a에 도시된 초점 전부를 후보 초점 결정부(102)로 출력한다.
본 발명에 따른 초점 형성 장치는 초음파의 한 회 조사로 그레이팅 로브(Grating lobes)현상이 발생하지 않으면서 형성할 수 있는 최대 개수의 초점 집합을 결정할 수 있다. 초점 형성 장치가 최대 개수의 초점 집합을 결정하는 과정을 구체적으로 설명하면, 먼저 초점 형성 장치는 한 개의 초점 형성시 그레이팅 로브(Grating lobes)현상이 발생하는지 판단한다.
그레이팅 로브(grating lobes)는 초점의 위치와 다른 위치에서 초음파 신호가 증폭되는 현상을 의미한다. 좀 더 구체적으로는 초음파 트랜스듀서 어레이는 복수 개의 트랜스듀서가 일정한 간격을 가지면서 주기적으로 반복되는 구조를 갖는다. 이 주기적으로 반복되는 각 트랜스듀서간의 간격이 보다 큰 경우(λ는 초음파의 파장) 트랜스듀서간 생성되는 신호끼리 간섭을 일으킬 수 있으며, 이 간섭에 의해 원하는 초점 영역 외 증폭이 생기는 현상이 그레이팅 로브 현상이다. 이 경우 증폭이 되는 정도는 초점의 위치에서 증폭이 되는 정도와 유사한 크기가 될 수 있다. 그레이팅 로브(grating lobes)는 HIFU장치에 있어서 좋지 않은 현상이다. 그 이유는 다음과 같다. HIFU장치가 병변의 위치를 치료하기 위해서 병변의 위치에 초음파 신호의 초점을 형성 시켜서 열을 발생하고, 열을 이용하여 병변을 치료한다. 그런데 그레이팅 로브가 생기는 경우 병변의 위치 외의 다른 장기의 영역의 지점에서 그레이팅 로브에 의해 초음파 신호의 증폭이 형성될 수 있는데, 이렇게 다른 장기 영역이 초음파 신호의 증폭이 형성되면 병변이 아닌 신체의 장기 세포가 초음파가 발생한 열에 의해 상처를 입을 수 있기 때문에 그레이팅 로브는 HIFU장치에 있어서 좋지 않은 현상이고, 따라서 지양되어야 한다.
따라서 초점 형성 장치는 그레이팅 로브 현상을 방지하기 위해서, 한 개의 초점 형성시 그레이팅 로브(Grating lobes)현상이 발생하는지 판단한 후에 현상이 발생하지 않는다고 판단 시, 초점의 개수를 하나씩 늘려가면서 그레이팅 로브 현상이 발생하지 않은 초점 집합을 검색할 수 있다. 만일 초점 형성 장치가 초음파의 한 회 조사로 사용자로부터 입력 받은 초점들 전부에 초점을 형성했을 때 그레이팅 로브 현상이 발생하지 않는다고 가정한다면, 초점 형성 장치는 그 전체 초점에 한 회 초음파 조사할 것으로 결정할 수 있다.
만일 초점 형성 장치가 전체 초점에 초음파의 한 회 조사시에 그레이팅 로브 현상이 발생한다면, 초점 형성 장치는 초음파의 조사를 복수 회에 걸쳐 순차적으로 시행할 수 있다. 이 경우 초점 형성 장치가 초음파를 조사하는 각 회차에 형성하는 초점을 찾기 위해서, 초점의 개수를 하나씩 늘려가면서 초음파의 한 회 조사시 그레이팅 로브 현상이 발생되지 않는 초점 집합을 결정할 수 있다.
이 같이 결정하는 과정을 반복하여 초점 집합들을 여러 개 결정한다. 초점 형성 장치는 이렇게 결정된 최대 개수의 초점 집합들에 순차적으로 조사하게 되면 도 3a에 도시되어 있는 초점 위치 전체에 초음파의 초점을 형성할 수 있다. 다만, 초점 형성 장치가 초점 집합을 결정할 때, 한 회 동작에 한 그룹의 초접 집합을 결정할 수 밖에 없으므로, 초점 형성 장치가 여러 개의 초점 집합들을 결정하기 위해서는 같은 동작을 여러 번 반복하는 과정을 통해 초음파를 순차적으로 조사할 초점 집합들을 결정한다.
대상점 결정부(101)는 위와 같이 반복되는 동작에서는 이미 결정된 초점 집합은 제외하고 나머지 초점들에서 다른 초점 집합을 결정한다. 따라서 계속하여 대상점 결정부(101)가 대상점을 결정할 때에 도 3a와 같은 복수 개의 초점 중에서, 최적 초점 저장부(109)에 저장되어 있는 최적 초점 집합에 속하는 초점들은 대상점에서 제외하고 나머지 초점들을 대상점으로 결정한다. 최적 초점 집합이란 그레이팅 로브(grating lobes)가 발생하지 않으면서 초점의 개수를 최대로 맞출 수 있는 초점들의 집합을 의미하며, 최적 초점들은 최적 초점 집합에 속해 있는 초점들을 의미한다. 최적 초점 결정부(104)는 대상점 결정부(101)가 결정한 대상점들 중에서 최적 초점들의 집합을 결정한다. 이렇게 결정된 초점들을 제외한 나머지 초점들 중에서 다른 최적 초점들의 집합을 결정해야 한다. 따라서 대상점 결정부(101)는 이미 결정된 최적 초점들의 집합을 제외한 나머지 초점들을 대상점으로 결정한다.
도 3b는 최적 초점 결정부(104)에 의해 이미 결정된 최적 초점 집합들을 나타낸다. 그룹1과 그룹2는 각각 최적 초점 결정부(104)에 의해 이미 결정된 최적 초점 집합이다. 대상점 결정부(101)는 도 3a의 복수 개의 초점들 중에서 최적 초점 결정부(104)가 결정한 이미 최적 초점 집합에 속하는 초점들의 위치를 제외한 나머지 초점들을 대상점으로 결정하고 이 결정된 점들의 위치와 좌표정보들을 후보 초점 결정부(102)에 출력한다. 도 3b에서와 같이 그룹1과 그룹2가 최적 초점 집합이므로, 대상점 결정부(101)는 그룹1에 속하는 초점들과 그룹2에 속하는 초점들은 대상점에서 제외하고, 나머지 초점들만 대상점으로 결정한다. 도 3c는 도 3a의 초점들에서 최적 초점 집합들에 속하는 초점들을 제외하고 나머지 초점들을 도시하고 있다. 대상점 결정부(101)는 도 3c에 해당하는 초점들을 대상점으로 결정한다.
후보 초점 결정부(102)는 대상점 결정부(101)가 결정한 대상점들 중에서 최적 초점 결정부(104)로부터 입력받은 초점 개수만큼의 초점들을 선택한다. 만일 최적 초점 결정부(104)로부터 초점 개수가 입력되지 않은 경우에는 후보 초점 결정부(102)는 기본적으로 설정되어 있는 초점 개수만큼의 점을 선택한다. 이때 최적 초점 결정부(104)에 설정되어 있는 기본 초점 개수는 2개가 될 수 있다. 따라서, 최적 초점 결정부(104)로부터 초점 개수의 입력이 없을 때에는 대상점 중에서 2개의 초점을 선택하여 초점 형성 확인부(103)로 출력한다. 만일 최적 초점 결정부(104)로부터 초점의 개수를 입력받으면 대상점 중에서 입력받은 초점의 개수 만큼 선택하여 초점 형성 확인부(103)로 출력한다. 예를들어 최적 초점 결정부(104)로부터 초점의 개수를 4개라고 입력받으면, 대상점 중에서 4개를 선택하여 초점 형성 확인부(103)로 출력한다. 이때 대상점 중에서 선택을 하는 방법은 이하 도 4와 함께 자세히 후술하기로 한다.
이렇게 후보 초점 결정부(102)에 의해 선택된 초점들은 초점 형성 확인부(103)으로 출력되며, 초점 형성 확인부(103)는 후보 초점 결정부(102)에 의해서 선택된 초점들이 새로운 최적 초점 집합이 될 수 있는지 없는지 여부를 연산한다. 후보 초점 결정부(102)는 최적 초점 결정부(104)로부터 초점들을 재선택해 달라는 요청이 있는 경우 다시 초점들을 재선택하여 초점 형성 확인부(103)로 출력한다. 최적 초점 결정부(104)가 재선택을 요청하는 이유는 다음과 같다. 초점 형성 확인부(103)는 후보 초점 결정부(102)에 의해 선택된 초점들에 초점을 맞추는 경우, 그레이팅 로브가 발생되지 않으면서 동시에 초점을 맞출 수 있는지 여부를 판단한다. 이 경우 초점 형성 확인부(103)에 의해 그레이팅 로브가 발생되지 않으면서 초점을 맞출 수 있다는 판단을 할 경우, 최적 초점 결정부(104)는 후보 초점 결정부(102)에 초점의 개수를 하나 더 늘려달라고 요청한다. 즉 더 많은 개수의 초점으로도 최적 초점 집합을 만들 수 있는지 연산해 보기 위해서이다. 초점 형성 확인부(103)가 그레이팅 로브가 발생되지 않으면서 동시에 초점을 맞추는 것이 불가능하다고 판단할 경우 최적 초점 결정부(104)는 후보 초점 결정부(102)로 하여금 다른 초점으로 다시 선택해 달라고 요청하는 것이다. 즉, 최적 초점 결정부(104)는 선택된 초점 집합이 최적 초점 집합이 될 수 없으니 후보 초점 결정부(102)로 하여금 대상점 중에서 다른 초점 집합을 선택해 달라고 요청하는 것이다.
최적 초점 결정부(104)가 재선택을 요청한 경우 후보 초점 결정부(102)가 선택하는 초점의 개수는, 재요청 받기 전에 선택한 초점의 개수와 같은 개수의 초점을 선택한다. 예를들어 후보 초점 결정부(102)가 초점 3개를 선택하여, 초점 형성 확인부(103)가 초점 3개에 대한 최적 음압을 계산하여, 그레이팅 로브가 발생된다는 결과를 산출하였다면 후보 초점 결정부(102)는 재선택의 요청에 의해 같은 초점의 개수인 3개의 초점을 선택하여 초점 형성 확인부(103)에 출력한다.
후보 초점 결정부(102)는 최적 초점 결정부(104)에 의해 초점의 개수를 입력 받음과 동시에 재선택의 요청을 받으면, 대상점 결정부(101)가 결정한 대상점들 중에서 입력 받은 초점의 개수만큼의 초점들을 재선택하여 초점 형성 확인부(103)에 출력한다. 즉, 요청 받기 전에 후보 초점 결정부(102)가 선택한 초점들 집합이 그레이팅 로브가 발생되지 않으면서 초점을 맞출 수 있다는 결과가 초점 형성 확인부(103)에 의해서 산출되면, 최적 초점 결정부(104)는 산출한 초점의 개수에 하나를 더 한 초점 개수만큼 후보 초점 결정부(102)가 다시 선택할 것을 요청하는 것이다. 초점 형성 확인부(103)에 의해서 그레이팅 로브가 발생하지 않는 초점 집합을 얻었음에도 후보 초점 결정부(102)로 하여금 다시 초점의 위치를 선택하도록 요청하는 이유는, 한번의 초음파 송신으로 최대한 많은 개수의 초점을 동시에 맞추고자 하기 때문이다. 즉 최적 초점 결정부(104)에 의해 3개의 초점이 선택되었는데 초점 형성 확인부(103)가 그레이팅 로브가 발생되지 않는 초점 집합을 연산해서 찾았다면, 그 다음에는 4개의 초점을 동시에 맞출 수 있는지 연산을 시도해 보는 것이다. 따라서 3개의 초점 개수를 갖는 최적 초점 집합이 연산되었으면 초점 형성 확인부(103)는 최적 초점 결정부(104)에 초점의 개수를 하나 늘릴 것을 요청하고, 최적 초점 결정부(104)는 3개에서 4개로 초점의 개수를 늘림과 동시에 후보 초점 결정부(102)로 초점의 개수와 재선택의 요청을 출력한다.
도 4은 후보 초점 결정부(102)가 대상점 중에서 일정 개수의 초점을 선택 또는 재선택하기 위해서 대상점들을 일렬로 나열하는 것을 도시한 도면이다. 일 실시예에 따른 후보 초점 결정부(102)의 초점 선택 과정은 지네틱 알고리즘(genetic algorithm)을 이용한다. 지네틱 알고리즘이란, 자연적인 진화(evolution)를 흉내(mimics)내는 경험적인(heuristic) 탐색과정이다. 본원발명을 예로 들어 설명하면 후보 초점 결정부(102)가 대상점 중에서 초점을 선택하는 과정에서 무작위로 선택하는 것이 아니라, 후보 초점 결정부(102)가 처음에 10회까지는 무작위로 선택을 한 후, 10번중에서 우수한 효과를 낸 5개를 선별하고, 선별된 5개의 결과끼리 다시 조합하여 초점을 선택하는 것을 말한다. 즉, 우수한 종자끼리 교배를 시키는 것이 자연의 진화와 유사하다고 하여 지네틱(genetic) 알고리즘이라 불리는 것이다. 도 4은 후보 초점 결정부(102)가 지네틱 알고리즘을 적용시키기 위해서 대상점들을 일렬로 배열하였는데 이렇게 일렬로 배열된 대상점 집합을 염색체(chromosome)이라고 부른다. 도 4의 좌측 위에 (*)표시는 도 3c의 대상점 집합이다. 후보 초점 결정부(102)가 이 대상점 집합을 일렬로 배열하는데 중간에 제외된 초점은 배열에서도 제외한다. 따라서 도 3c의 경우 후보 초점 결정부(102)가 염색체를 생성한다면 총 19개의 요소(elements)들을 가진다. 염색체에 숫자는 선택여부를 나타낸다. 예를 들면 도 4에서와 같이 1, 0으로 구성된 염색체에서 1은 후보 초점 결정부(102)가 초점을 선택한 것을 나타내고 0은 후보 초점 결정부(102)가 초점을 선택하지 않은 것임을 나타낸다. 따라서 도 4에서 예로 표시된 염색체는 1의 개수가 5개 이므로 대상점 19개 중에서 5개의 초점이 후보 초점 결정부(102)에 의해 선택되었음을 나타낸다.
도 5는 후보 초점 결정부(102)가 대상점 중에서 랜덤으로 5개의 초점을 선택한 경우를 염색체들로 표현한 것들을 도시한 도면이다. 각각의 염색체는 후보 초점 결정부(102)가 대상점 중에서 5개를 선택한 경우를 나타낸다. 예를 들어 이렇게 후보 초점 결정부(102)가 염색체 10개를 생성하였다고 했을 때, 성능이 우수한 5개를 선별할 수 있다. 이 경우 성능이 우수하다는 것의 의미는, 선택된 5개의 초점을 맞추었을 때 그레이팅 로브의 개수 또는 세기가 약하다는 것을 의미할 수 있다. 혹은 그레이팅 로브의 개수와 세기를 모두 고려하여 우수함을 나타낼 수도 있다. 성능이 우수한 5개의 염색체가 선별되면, 후보 초점 결정부(102)는 이 5개의 염색체를 이용하여 새로운 조합을 생성한다. 이 경우 성능이 우수하다고 선별된 5개의 염색체를 모(母)염색체(chromosoma maternum) 또는 어미염색체라고 부른다.
도 6는 후보 초점 결정부(102)가 기존의 염색체의 조합으로 새로운 염색체를 생성하는 방법을 도시한 도면이다. 제 1 염색체와 제 2 염색체는 기존에 있던 염색체이며 제 3 염색체와 제 4 염색체는 후보 초점 결정부(102)가 제 1 염색체와 제 2 염색체의 조합으로 새로 생성한 염색체이다. 제 1 염색체와 제 2 염색체는 도 5에서 배열된 염색체들 중에서 후보 초점 결정부(102)가 우수하다고 산출한 염색체들이다. 후보 초점 결정부(102)가 제 1 염색체와 제 2 염색를 조합할 때에는 도 6에서와 같이 제 1 염색체의 일부와 제 2 염색체의 일부를 서로 교환하여 생성한다. 이 경우 교환되는 제 1 염색체의 일부의 개수와 제 2 염색체의 일부의 개수는 동일하다. 이 경우 교환이 되는 일부의 개수는 후보 초점 결정부(102)에 의해 미리 정해진 값일 수도 있고, 일부의 개수를 1에서부터 염색체 전체의 개수까지 전부 교환할 수 있다. 쉽게 설명하면 제 1 염색체와 제 2 염색체 중에서 하나를 교환하는 것에서부터 시작하여, 제 1 염색체에서 하나를 남기고 나머지 전부와, 제 2 염색체에서 하나를 남기고 나머지 전부를 교환하는 것까지 포함할 수 있다. 같은 방법으로 후보 초점 결정부(102)는 모염색체들을 조합하여 새로운 염색체를 생성하며 이렇게 생성된 염색체들을 자(子)염색체(child chromosome)라고 부른다. 하지만 이 경우 후보 초점 결정부(102)가 염색체의 일부 교환에 의해서 생성된 염색체의 선택된 초점의 개수가 기존에 모염색체가 가지고 있는 선택된 초점의 개수와 다른 경우가 발생할 수 있다. 선택된 초점은 숫자 1로 표현되므로 숫자 1의 개수, 혹은 숫자 0의 개수가 다른 경우가 선택된 초점의 개수가 다른 경우이다. 후보 초점 결정부(102)는 이렇게 형성된 자염색체 중에서 모염색체와 선택된 초점의 개수가 다른 것은 제거한다. 즉 후보 초점 결정부(102)는 대상점 중에서 정해진 초점의 개수만큼 초점을 선택해야 하는데 무작위로 선택하지 않고 이와 같은 지네틱 알고리즘을 이용하여 선택하게 된다. 이렇게 지네틱 알고리즘을 이용하여 선택하게 될 경우 우수한 염색체들이 새롭게 조합되므로 무작위로 선택되는 경우보다 더 효율적으로 결과를 산출해 낼 수 있다. 후보 초점 결정부(102)는 이와 같은 과정을 반복하여 새로운 염색체의 조합을 무한하게 생성할 수 있고 이렇게 생성된 새로운 염색체들은 초점 형성 확인부(103)로 출력된다.
초점 형성 확인부(103)는 후보 초점 결정부(102)에 의해서 선택된 초점들에 초점을 형성할 경우 그레이팅 로브 현상이 발생하는지 여부를 판단한다. 초점 형성 확인부(103)는 그레이팅 로브 현상이 발생하는지 여부를 최적 초점 결정부(104)로 출력한다.
도 7은 치료 영역(702)와 비치료 영역(703)을 도시한 도면이다. 치료 영역(702)는 병변이 있는 곳이 될 수 있으며 비치료 영역(703)은 병변의 주변에 둘러싸고 있는 장기 영역이 될 수 있다. 그리고 치료 영역(702) 내에는 도 3a의 복수 개의 초점(701)이 형성될 수 있다. HIFU 장치는 치료 영역(702)에는 초음파 신호를 집중시켜야 하지만 치료 영역(702)이 아닌 비치료 영역(703)에서는 초음파 신호가 증폭되어서는 안된다. 앞서 설명한 바와 같이 비치료 영역(703)에서는 초음파 신호가 증폭되는 현상은 그레이팅 로브다.
하나의 예로 도 3b의 그룹1에 속하는 초점이 후보 초점 결정부(102)에 의해서 선택되면 초점 형성 확인부(103)는 후보 초점 결정부(102)에 의해 선택된 초점들 위치에는 음압이 1이면서 동시에 비치료 영역(703)의 일부에서의 음압이 0이 되는 해를 찾고, 상기 해를 이용하여 초점을 형성하였을 때, 비치료 영역(703) 전체에서 그레이팅 로브 현상이 발생하는지 여부를 판단한다.이하에서는 도면과 함께 초점 형성 확인부(103)가 그레이팅 로브 현상이 발생는지 여부를 판단하는 방법을 설명한다.
도 8은 초점 형성 확인부(103)의 구성을 도시한 도면이다. 도 8을 참고하면, 도 1에 도시된 초점 형성 확인부(103)는 소자 출력 계산부(105) 및 음압 발생 판단부(108)로 구성된다. 소자 출력 계산부(105)는 후보 초점 결정부(102)가 선택한 후보 초점들에 초점을 맞춤과 동시에 비초점 영역 일부의 음압은 0이기 위한 트랜스듀서 각각의 출력을 구한다. 이하, 도 9와 함께 소자 출력 계산부(105)가 비초점 영역 일부에서 음압이 0임과 동시에, 후보 초점에 초점을 형성하는 출력을 구하는 과정을 설명한다.도 9은 3차원 직교좌표 상에서 트랜스듀서 소자들(801)의 위치 벡터
Figure pat00003
과 임의의 초점(802)의 위치벡터
Figure pat00004
를 도시한 도면이다. 트랜스듀서 소자의 개수는 복수 개이며 3차원 공간상에서 각 트랜스듀서 소자의 위치는 다르기 때문에, 임의의 초점에서의 음압을 계산하기 위해서는 각 트랜스듀서 소자의 위치 벡터
Figure pat00005
을 정의해야 한다. 도 9에서와 같이 임의로 3차원 직교 좌표계를 설정할 수 있다. 설정된 직교 좌표계의 원점을 시작점으로 하고 n번 째 트랜스듀서 소자의 위치를 끝점으로 하는 벡터를
Figure pat00006
벡터로 정의하고, 이
Figure pat00007
벡터를 n번 째 트랜스듀서 소자의 위치 벡터로 사용할 수 있다. 마찬가지로 설정된 3차원 직교 좌표계에서 원점을 시작점으로 하고 m번 째 초점의 위치를 끝점으로 하는 벡터
Figure pat00008
을 정의하고, 이
Figure pat00009
벡터를 m번 째 초점의 위치 벡터로 사용할 수 있다.
수학식 1은 소자 출력 계산부(105)가 음압을 계산하는 기본적인 식을 나타내는 식으로써 수학식1 내부의 적분 영역은 래이라이-소머필드 적분(Rayleigh-Sommerfeld integral)이라 불린다.
Figure pat00010
수학식1은 m번째 초점에서 음압인
Figure pat00011
를 계산하는 수식이다.
수학식 1에서 j는 복소수인
Figure pat00012
를 나타내고,
Figure pat00013
은 복소수로써 트랜스듀서에서 인가되는 신호의 진폭과 위상(
Figure pat00014
),
Figure pat00015
는 공기의 밀도, k는 파수, c는 소리의 속도, N은 트랜스듀서 소자의 개수, M은 대상점의 개수,
Figure pat00016
은 도 9에서와 같이 m번째 초점의 위치 백터, 도 9에서와 같이
Figure pat00017
은 n번 째 트랜스듀서 소자의 위치 백터,
Figure pat00018
은 트랜스듀서 소자 표면적의 넓이를 뜻한다. 래이라이-소머필드 적분(Rayleigh-Sommerfeld integral)이 수학식1에서 시그마 형태로 표현된 이유는 트랜스듀서의 소자의 수가 N개이므로, 각각의 트랜스듀서 소자에서 발생되는 음압을 전부 합쳐야 실제
Figure pat00019
벡터의 위치에서 생성되는 음압의 결과가 도출되기 때문이다.
더 나아가 m번째 초점에서의 음압만이 아니고 여러 초점에 해당하는 음압인
Figure pat00020
을 한꺼번에 행렬형태로 연산하기 위해서 수학식2와 같이
Figure pat00021
을 정의할 수 있다.
Figure pat00022
수학식2에서와 같이
Figure pat00023
을 정의할 경우 아래 수학식3과 같이 M개의 초점에서의 음압을 행렬형태로 수식 하나만으로도 표현할 수 있다.
Figure pat00024
수학식 3에서의
Figure pat00025
,
Figure pat00026
...와
Figure pat00027
는 수학식1에서와 동일하다.
그리고 수학식4, 수학식5, 수학식6을 차례로 아래와 같이 정의하면, 수학식3은 수학식 7과 같이 표현된다.
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
수학식 7은 수학식 3과 동일한 식으로써, 수학식4 내지 수학식6에서 특정 행렬을 정의하여 표현만 간략하게 표현한 것에 불과하다. 즉
Figure pat00032
는 수학식 6에 표현된 것과 같이 초점의 위치인
Figure pat00033
에서부터
Figure pat00034
까지 위치의 음압을
Figure pat00035
행렬로 표현한 것이며, 도 3a와 같은 예의 경우 M=25이다.
Figure pat00036
는 수학식4에 정의된 수학식 2의 배열을 나타내는
Figure pat00037
행렬을 나타내며,
Figure pat00038
는 N개의 트랜스듀서 소자에 인가되는 신호의 진폭과 위상을 나타내는
Figure pat00039
행렬을 나타낸다.
소자 출력 계산부(105)는 후보 초점 결정부(102)가 초점 영역(702) 내에서 선택한 초점의 음압은 1, 초점 영역(702) 내에서 선택하지 않은 초점의 음압은 0으로 설정한 후, 수학식7을 만족하는
Figure pat00040
의 값을 도출한다. 한편 수학식7을 만족시키는
Figure pat00041
의 값은 하나가 아니라 복수개가 존재할 수 있다. 왜냐하면 결정해야하는 미지수는 트랜스듀서 소자의 개수인 N개이고, 수학식7에 의해 생성되는 연립방정식의 개수는 M개로써 만일
Figure pat00042
라면, 미지수의 개수가 연립방정식의 개수보다 더 많기 때문이다. 결국 초점 형성 확인부(103)는 수학식7을 만족시키는 복수 개의 해 중에서 그레이팅 로브가 발생하지 않는 조건을 만족시키는 해를 찾는다. 수학식7은 선형 대수(Linear algebra)를 이용하면 수학식8로 표현할 수 있다.
Figure pat00043
수학식8의 w는 임의의 벡터이고, 윗 첨자+는 의사 역행렬(pseudo inverse matrix)을 뜻한다.
w벡터는 임의의 벡터이므로 임의의 값을 지정할 수 있으나 도 7의 비치료 영역에는 그레이팅 로브가 발생하지 않도록 하는 값을 찾고자 한다. 즉 비치료 영역의 음압이 0이 되는 조건을 만족하는 w벡터를 찾는다. 그러나 비치료 영역에는 무한대의 점들이 존재하기 때문에 비치료 영역 전체에서 음압이 영이 되는 조건을 방정식으로 표현하기는 힘들다. 그래서 비치료 영역에서 랜덤하게 일부갯수의 점들만 선택하여 음압을 영으로 만들거나, 또는 열에 약해서 보호해야 하는 부분의 음압을 영으로 만드는 방정식을 만들어서 이 방정식을 만족하는 w벡터를 구한다. 예를 들어 보호 영역의 음압을 영으로 만드는 실시예를 설명하면, 보호 영역 내의 위치의 개수를 C개라고 했을 때 보호 영역에서의 음압을 수학식9와 같이 행렬로 표현할 수 있고 그 위치의 음압값은 전부 0이 되는 조건이 그레이팅 로브가 발생되지 않는 조건이다.
Figure pat00044
수학식9에서 p에 '은 보호 영역의 음압임을 구분하기 위해서 붙인 것이다. 그리고 보호 영역에서
Figure pat00045
의 행렬은 초점 영역과 구분하기 위해서 수학식10과 같이
Figure pat00046
로 표현할 수 있다. 그리고 H의 윗첨자는 보호 영역에서의 H값임을 나타내기 위함이다.
Figure pat00047
수학식9와 수학식10을 이용하면 수학식11을 얻을 수 있다.
Figure pat00048
수학식11은 보호 영역에서의 음압이 모두 0이 되는 조건을 나타낸다. 소자 출력 계산부(105)가 수학식7과 수학식11을 동시에 만족시키는
Figure pat00049
의 값을 산출하게되면, 수학식7에 의해서 원하는 초점에 초음파를 집중시킬 수 있으며, 수학식11에 의해서 보호 영역의 음압을 제거할 수 있다. 수학식11의 해를 찾기 위해서 소자 출력 계산부(105)가 수학식11에 수학식8의
Figure pat00050
값을 대입하면 아래 수학식 12를 얻을 수 있다.
Figure pat00051
수학식12에서 w의 해는 다시 선형 대수에 의해서 수학식13과 같이 얻어진다. 수학식13에서의 w의 값이 의미하는 것은 보호 영역에서 음압이 0이 되는 조건, 즉 보호 영역에서의 그레이팅 로브가 발생되지 않는 조건이다.
Figure pat00052
소자 출력 계산부(105)는 w벡터의 값을 산출하면, w벡터의 값을 수학식 8에 대입하여 트랜스듀서 소자의 출력값인
Figure pat00053
값을 산출해 낸 후 입력 받은 후보 초점들과 대응시켜 메모리(106)에 저장한다. 이렇게 산출된
Figure pat00054
의 값은 수학식 7과 수학식 11을 동시에 만족시키는 값이므로, 후보 초점에 초점을 형성함과 동시에 보호 영역에는 음압이 0임을 만족시키는 트랜스듀서의 출력값이다. 이렇게 산출한 트랜스듀서의 출력인
Figure pat00055
를 음압 발생 판단부(108)로 출력한다.
음압 발생 판단부(108)는 소자 출력 계산부(105)가 구한 트랜스듀서의 출력인
Figure pat00056
를 트랜스듀서에 인가시, 비초점 영역 전체에서 그레이팅 로브 현상이 발생하는지 판단한다. 소자 출력 계산부(105)는 그레이팅 로브 현상이 비초점 영역 중 특히 보호영역에서 발생하지 않도록, 보호 영역에서의 음압이 0인 조건으로
Figure pat00057
를 구했다. 따라서 소자 출력 계산부(105)에 의해 계산된 출력
Figure pat00058
를 이용할 경우 보호 영역에서는 그레이팅 로브 현상이 발생하지 않는다. 하지만 보호 영역 외 전체 비초점 영역에서 그레이팅 로브 현상이 발생할 수 있기 때문에, 음압 발생 판단부(108)는 전체 비초점 영역에서 그레이팅 로브가 발생하는지 판단한다. 더 나아가, 음압 발생 판단부(108)는 비초점 영역에서 그레이팅 로브 현상이 발생 하지만, 그 발생된 그레이팅 로브의 음압이 낮은 수준이거나, 인체에 무해한 영역이라고 판단할 경우도 그레에팅 로브가 발생하지 않는 것과 동일하게 판단할 수 있다. 음압 발생 판단부(108)는 그레이팅 로브 현상이 발생하는지 여부를 판단하여 최적 초점 결정부(104)로 출력한다.
최적 초점 결정부(104)는 음압 발생 판단부(108)로부터 그레이팅 로브 현상이 발생된다고 입력 받으면 후보 초점 결정부(102)로 하여금 동일한 초점의 개수를 출력하고, 그 개수만큼의 초점의 재선택을 요청한다. 후보 초점 결정부(102)가 재선택한 초점 집합은 초점 형성 확인부(103)에 의해서 다시 그레이팅 로브 현상이 발생되는지 여부를 연산된다. 후보 초점 결정부(102)가 이렇게 반복적으로 소정 횟수 이상 재선택을 하였음에도 불구하고 그레이팅 로브 현상이 유지된다면 최적 초점 결정부(104)는 후보 초점 결정부(102)로의 재선택 요청을 멈춘다. 즉, 최적 초점 결정부(104)는 계속적으로 선택을 했던 초점의 개수로는 그레이팅 로브의 발생을 없앨 수 없다고 판단할 수 있기 때문에 재선택의 요청을 멈추는 것이다. 예를 들어 최적 초점 결정부(104)가 후보 초점 결정부(102)로 하여금 계속적으로 7개 초점의 선택을 요청했음에도 불구하고 50회 횟수 내에서 그레이팅 로브 현상을 제거할 수 없다면, 7개의 초점으로는 그레이팅 로브 현상의 발생을 없앨 수 없다고 결정하고 후보 초점 결정부(102)로 하여금 재선택의 요청을 하지 않는다.
최적 초점 결정부(104)는 후보 초점 결정부(102)로 하여금 재선택의 요청을 멈춘다면 메모리(106)에 저장되어 있는 가장 최근의 초점 집합을 최적 초점 집합이라고 결정한다. 메모리(106)에는 재선택 요청을 포기한 초점의 개수보다 하나 적은 초점의 개수가 선택된 초점 집합으로써, 그레이팅 로브의 발생이 없는 초점의 집합 및 이에 대응되는 트랜스듀서의 출력인
Figure pat00059
가 저장되어 있다. 즉, 앞선 예와 같이 최적 초점 결정부(104)가 7개의 초점으로 그레이팅 로브의 발생을 없앨 수 없다고 결정한 후, 메모리(106)에 저장되어 있는 6개의 초점으로 이루어진 초점 집합을 최적 초점 집합으로 결정하는 것이다. 이 초점 집합은 그레이팅 로브의 발생이 없는 초점 집합이다. 이렇게 최적 초점 결정부(104)가 얻은 최적 초점 집합은 최적 초점 저장부(109)에 최적 초점 집합으로써
Figure pat00060
의 값과 함께 저장한다.
최적 초점 결정부(104)는 초점 형성 확인부(103)로부터 그레이팅 로브 현상이 발생하지 않는다는 결과와 현재 초점의 개수를 입력받으면, 현재 초점의 개수보다 하나 더 많은 초점의 개수를 출력하고, 그 출력의 개수만큼 후보 초점 결정부(102)가 선택할 것을 요청한다. 즉, 현재 초점의 집합은 그레이팅 로브 현상이 발생되지 않으면서 초점을 맞출 수 있는 집합임을 뜻한다. 하지만 초점의 개수를 더 늘려도 그레이팅 로브 현상이 발생되지 않는지 판단해 보기 위해서 최적 초점 결정부(104)는 후보 초점 결정부(102)로 하여금 더 많은 초점의 개수를 선택할 것을 요청한다.
대상점 결정부(101)은 초점 형성 확인부(103)로부터 입력받은 최적 초점 집합은 대상점을 결정할 때 제외하는 것은 앞에서 설명한 바와 같다. 대상점 결정부(101)가 사용자로부터 입력받은 치료 영역 내에 존재하는 복수 개의 초점 중 최적 초점 집합을 제외했을 때 남는 초점이 없다면 연산을 종료한다.
메모리(106)는 초점 형성 확인부(103)가 연산한 초점 집합 중에서 그레이팅 로브가 발생되지 않는 초점 집합과 소자 출력 계산부(105)가 연산한 그 초점 집합에 대응하는
Figure pat00061
의 값을 저장한다.
최적 초점 저장부(109)는 최적 초점 결정부(104)가 최적 초점 집합이라고 결정한 초점 집합과 그 초점 집합에 대응하는
Figure pat00062
의 값을 저장한다.
인터페이스(107)은 사용자로부터 대상점 결정부(101)에 초점들의 정보를 입력하거나, 최적 초점 저장부(109)로부터 최적 초점 집합 및 그 최적 초점 집합에 대응하는
Figure pat00063
의 값을 출력한다.
조사 결정부(108)는 최적 초점 결정부(104)가 최적 초점으로 결정한 초점에 조사할 순서 또는 시간을 결정한다. 최적 초점 결정부(104)가 최적 초점으로 결정한 초점들의 집합은 복수 개가 존재할 수 있다. 따라서 이런 초점의 집합들을 순차적으로 조사하는데, 조사를 하는 순서 또는 초점의 집합들에 초음파를 조사하는 시간을 결정한다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 흐름도를 나타낸다. 901단계에서 후보 초점 결정부(102)가 결정할 초점의 개수인 n을 1로 설정한다. 902단계에서 대상점 결정부(101)는 사용자로부터 입력받은 치료 영역 내의 복수 개의 초점들 중에서, 최적 초점 결정부(104)로부터 최적 초점 집합이라고 입력받은 초점들을 제외하고 나머지 초점들을 대상점으로 선택한다. 903단계에서 후보 초점 결정부(102)는 대상점 중에서 n개의 후보 초점을 선택한다. 904단계에서 초점 형성 확인부(103)는 후보 초점 결정부(102)가 결정한 n개의 초점의 최적 음압을 계산하고, 그레이팅 로브가 발생한다면 906단계로, 그레이팅 로브가 발생하지 않는다면 905단계로 간다. 905단계는 그레이팅 로브가 발생하지 않는 경우인데, 최적 초점 결정부(104)는 후보 초점 결정부(102)가 결정할 초점의 개수인 n개에 한 개를 더한 후 903단계를 반복한다. 906단계는 그레이팅 로브가 발생하는 경우인데, 최적 초점 결정부(104)는 소정의 반복 횟수가 초과되었다면 907단계로 가고, 소정의 반복 횟수가 초과되지 않았다면 903단계를 반복한다. 907단계에서 대상점 결정부(101)는 대상점이 남아있는지 판단하고, 대상점이 남아있지 않다면 종료를 하고 대상점이 남아있다면 902단계를 반복한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
101:대상점 결정부 102:후보 초점 결정부
103:초점 형성 확인부 104:최적 초점 결정부
106:메모리 107:인터페이스
108:조사 결정부

Claims (21)

  1. 초음파 치료를 위한 초점 형성 방법에 있어서,
    치료용 초음파를 조사하고자 하는 영역의 초점 위치들 중에서 적어도 하나의 후보 초점 위치를 선택하는 단계;
    상기 선택된 후보 초점의 위치에 상기 치료용 초음파의 초점이 형성될 경우, 상기 선택된 후보 초점 위치 이외의 위치에서 음압이 증가하는 현상이 발생되는지 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 기초하여 상기 현상이 발생되지 않는 상기 후보 초점 위치를 상기 치료용 초음파를 조사할 초점 위치의 집합으로 결정하는 단계를 포함하는 초점 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 선택하는 단계는 상기 현상이 발생되는 것으로 판단된 경우 상기 후보 초점 위치를 변화시켜서 재선택하는 초점 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는 상기 현상이 발생되지 않는 것으로 판단된 경우 상기 후보 초점 위치 및 상기 후보 초점 위치의 개수를 변화시켜서 재선택하는 초점 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서
    상기 결정된 초점 위치의 집합에 초음파를 조사하는 순서 및 조사하는 시간 중 어느 하나 이상을 결정하는 단계를 더 포함하는 초점 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는 상기 후보 초점 위치의 음압이 제1의 수치를 갖고, 상기 치료 영역 외의 위치들의 음압이 제2의 수치를 갖는 트랜스듀서 소자들의 출력을 구하여 상기 후보 초점 위치 이외의 위치에서 음압이 증가하는 현상이 발생되는지 판단하는 초점 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서
    상기 출력은 트랜스듀서 소자에 인가되는 전기적 신호의 세기 및 위상 중 어느 하나의 값에 기초한 초점 형성 방법.
  7. 제 5 항에 있어서
    상기 판단하는 단계는 상기 후보 초점 위치의 음압이 제1의 수치를 갖는 복수 개의 트랜스듀서 소자의 출력의 집합들을 구하는 단계; 및
    상기 복수 개의 트랜스듀서 소자의 출력의 집합들 중에서 상기 치료 영역 외의 위치들의 음압이 제2의 수치를 갖는 출력을 선택하는 단계를 포함하는 초점 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서 상기 음압이 증가하는 현상은
    그레이팅 로브(Grating lobes)현상인 초점 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서 상기 선택하는 단계는
    지네틱 알고리즘(genetic algorithm)을 이용하여 상기 후보 초점 위치를 선택하는 초점 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 선택하는 단계는
    상기 결정된 치료 계획에 포함된 초점 위치는 다시 선택하지 않는 초점 형성 방법.
  11. 초음파 치료를 위한 초점 형성 방법에 있어서,
    치료용 초음파를 조사하고자 하는 초점 위치들의 음압이 제 1 값이 되는 트랜스듀서의 출력들을 산출하는 단계;
    상기 산출된 트랜스듀서 출력들 중에서, 상기 초점 위치들 외 소정 영역의 음압이 제 2 값이 되는 트랜스듀서의 출력을 선택하는 단계를 포함하는 초점 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2값은 상기 제 1값보다 작은 초점 형성 방법.
  13. 초음파 치료를 위한 초점 형성 장치에 있어서,
    치료용 초음파를 조사하고자 하는 영역의 초점 위치들 중에서 적어도 하나의 후보 초점 위치를 선택하는 후보 초점 결정부;
    상기 선택된 후보 초점의 위치에 상기 치료용 초음파의 초점이 형성될 경우, 상기 선택된 후보 초점 위치 이외의 위치에서 음압이 증가하는 현상이 발생되는지 판단하는 초점 형성 확인부; 및
    상기 판단 결과에 기초하여 상기 현상이 발생되지 않는 상기 후보 초점 위치를 상기 치료용 초음파를 조사할 초점 위치의 집합으로 결정하는 최적 초점 결정부를 포함하는 초점 형성 장치.
  14. 제 13 항에 있어서 상기 최적 초점 결정부는
    상기 초점 형성 확인부가 상기 현상이 발생된다고 판단 시, 상기 후보 초점 결정부로 재선택의 요청을 하고,
    상기 후보 초점 결정부는 상기 재선택 요청이 입력 시 상기 후보 초점 위치를 변화시켜서 상기 후보 초점의 위치를 재선택하는 초점 형성 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 초점 형성 확인부가 상기 현상이 발생되지 않는다고 판단 시 상기 후보 초점 결정부로 재선택의 요청을 하고,
    상기 후보 초점 결정부는 상기 재선택 요청이 입력 시 상기 후보 초점들을 선택하는 개수 및 위치를 변화시켜 상기 후보 초점의 위치를 재선택하는 초점 형성 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 결정된 초점 위치의 집합들에 상기 치료용 초음파를 조사하는 순서 및 조사하는 시간 중 어느 하나 이상을 결정하는 조사 결정부를 더 포함하는 초점 형성 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 초점 형성 확인부는 상기 선택된 후보 초점 위치가 제1의 음압을 갖고, 상기 치료 영역 외의 위치들이 제2의 음압을 갖는 트랜스듀서 소자들의 출력을 기초로 상기 현상이 발생되는지 판단하는 초점 형성 장치.
  18. 제 17 항에 있어서
    상기 출력은 트랜스듀서 소자에 인가되는 전기적 신호의 세기 및 위상 중 어느 하나의 값인 초점 형성 방법.
  19. 제 10 항에 있어서 상기 음압이 증가하는 현상은
    그레이팅 로브(Grating lobes)현상인 초점 형성 장치.
  20. 제 10 항에 있어서 상기 후보 초점 결정부는
    상기 결정된 치료 계획에 포함된 초점 위치는 다시 선택하지 않는 초점 형성 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 12 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램으로 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
KR1020120009739A 2012-01-31 2012-01-31 초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치. KR20130088478A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120009739A KR20130088478A (ko) 2012-01-31 2012-01-31 초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치.
CN2012104602716A CN103222910A (zh) 2012-01-31 2012-11-15 用于形成超声换能器阵列的多个焦点的方法和装置
EP12194787.3A EP2623156A2 (en) 2012-01-31 2012-11-29 Method and apparatus for forming multi-focus of ultrasound transducer array
US13/744,896 US20130197402A1 (en) 2012-01-31 2013-01-18 Method and apparatus for forming multi-focus of ultrasound transducer array
JP2013012486A JP2013154173A (ja) 2012-01-31 2013-01-25 超音波トランスデューサアレイの多焦点形成方法及びその装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120009739A KR20130088478A (ko) 2012-01-31 2012-01-31 초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130088478A true KR20130088478A (ko) 2013-08-08

Family

ID=47678462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120009739A KR20130088478A (ko) 2012-01-31 2012-01-31 초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치.

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130197402A1 (ko)
EP (1) EP2623156A2 (ko)
JP (1) JP2013154173A (ko)
KR (1) KR20130088478A (ko)
CN (1) CN103222910A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015080318A1 (ko) * 2013-11-29 2015-06-04 알피니언메디칼시스템 주식회사 비집속 초음파를 이용한 빔포밍 방법 및 장치
US9877699B2 (en) 2012-03-26 2018-01-30 Teratech Corporation Tablet ultrasound system
KR20180071711A (ko) 2016-12-20 2018-06-28 서강대학교산학협력단 다중 소자로 구성된 초음파 어레이 변환자를 제어하는 장치 및 방법
US10667790B2 (en) 2012-03-26 2020-06-02 Teratech Corporation Tablet ultrasound system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101690018B1 (ko) * 2014-05-21 2016-12-27 연세대학교 원주산학협력단 초음파를 이용하는 뇌 자극 장치 및 그 제어 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5873845A (en) * 1997-03-17 1999-02-23 General Electric Company Ultrasound transducer with focused ultrasound refraction plate
US6419648B1 (en) * 2000-04-21 2002-07-16 Insightec-Txsonics Ltd. Systems and methods for reducing secondary hot spots in a phased array focused ultrasound system
CN100462115C (zh) * 2005-09-26 2009-02-18 西安交通大学 球面相控阵聚焦超声换能器的声场焦点模式驱动控制方法
WO2008050278A1 (en) * 2006-10-23 2008-05-02 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Symmetric and preferentially steered random arrays for ultrasound therapy

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9877699B2 (en) 2012-03-26 2018-01-30 Teratech Corporation Tablet ultrasound system
US10667790B2 (en) 2012-03-26 2020-06-02 Teratech Corporation Tablet ultrasound system
US11179138B2 (en) 2012-03-26 2021-11-23 Teratech Corporation Tablet ultrasound system
US11857363B2 (en) 2012-03-26 2024-01-02 Teratech Corporation Tablet ultrasound system
WO2015080318A1 (ko) * 2013-11-29 2015-06-04 알피니언메디칼시스템 주식회사 비집속 초음파를 이용한 빔포밍 방법 및 장치
KR20180071711A (ko) 2016-12-20 2018-06-28 서강대학교산학협력단 다중 소자로 구성된 초음파 어레이 변환자를 제어하는 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN103222910A (zh) 2013-07-31
EP2623156A2 (en) 2013-08-07
JP2013154173A (ja) 2013-08-15
US20130197402A1 (en) 2013-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2468840C2 (ru) Симметричные и предпочтительно отклоняемые случайные решетки для ультразвуковой терапии
Lu et al. Focused beam control for ultrasound surgery with spherical-section phased array: sound field calculation and genetic optimization algorithm
KR20130088478A (ko) 초음파 트랜스듀서 어레이의 다중 초점 형성 방법 및 장치.
JP2013052244A (ja) 超音波医療装置及びその制御方法
Liu et al. Feasibility of transrib focused ultrasound thermal ablation for liver tumors using a spherically curved 2D array: A numerical study
JPH07184907A (ja) 超音波治療装置
EP1227763A2 (en) Split beam transducer
KR101935375B1 (ko) Ｈｉｆｕ와 초음파 영상을 위한 초음파 치료 장치 및 그 제어 방법
Ellens et al. Frequency considerations for deep ablation with high‐intensity focused ultrasound: a simulation study
Malinen et al. Scanning path optimization for ultrasound surgery
KR20140102994A (ko) 관심 영역 내에 다중 초점을 형성하는 초음파를 생성하는 방법, 장치 및 ｈｉｆｕ 시스템
KR102087281B1 (ko) 고강도 집속 초음파의 스캐닝 장치 및 방법
Karunakaran et al. Amplitude modulated chirp excitation to reduce grating lobes and maintain ultrasound intensity at the focus of an array
Jeong Dual concentric-sectored HIFU transducer with phase-shifted ultrasound excitation for expanded necrotic region: A simulation study
Pichardo et al. New design for an endoesophageal sector-based array for the treatment of atrial fibrillation: a parametric simulation study
KR101028805B1 (ko) 고강도 집속 초음파 트랜스듀서의 출력 조절 방법, 고강도 집속 초음파 시스템 및 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체
Abbas et al. Patient specific simulation of HIFU kidney tumour ablation
Schein et al. Deep learning-based ultrasound beam shaping for spatiotemporal acoustic holograms generation
Ji et al. The characterization of an ultrasound spherical phased array for the ablation of deep-seated tissue
Gavrilov et al. High-power ultrasound phased arrays for medical applications
RU2662902C1 (ru) Способ и устройство создания высокоинтенсивных фокусированных ультразвуковых полей для неинвазивного локального разрушения биологических тканей
Lee et al. Design of focused ultrasound array for non-invasive transesophageal cardiac ablation
Paul et al. Passive cavitation imaging using an open ultrasonic system and time reversal reconstruction
Shim et al. An optimization framework for high intensity focused ultrasound: From design of device to ultrasound therapy
Gavrilov Evolution of high-intensity focusing systems for different applications in medicine

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid