KR20130140067A - 영상-유도 중재 시술을 계획하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

영상-유도 중재 시술을 계획하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20130140067A
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interventional
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벨루사미 나나스카
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퍼핀트 헬스케어 피브이티. 엘티디
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Abstract

일부 양태에 따르면, 계획 스테이션은 환자의 체내의 관심 영역의 영상(들)과 관련된 영상 데이터를 수신하고 이 영상(들)을 디스플레이 장치에서 전시할 수 있다. 사용자는 계획 스테이션의 메모리에 정보가 저장되어 있는 제1 중재 도구 및 제2 중재 도구의 선택을 수행할 수 있다. 계획 스테이션은 환자 체내에 제1 중재 도구와 제2 중재 도구를 배치하고 이 제1 및 제2 중재 도구로부터의 열 에너지를 환자 신체에 적용하기 위한 치료 계획을 디스플레이 장치에서 가시화할 수 있는 시뮬레이션으로 실행할 수 있다. 계획 스테이션은 제1 중재 도구와 제2 중재 도구에 의해 환자의 조직에서 종합적으로 생산된 열 효과의 열 모델을 생성하고 이 열 모델을 디스플레이 장치에서 전시할 수 있다.

Description

영상-유도 중재 시술을 계획하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PLANNING IMAGE-GUIDED INTERVENTIONAL PROCEDURES}
관련출원에 대한 참조설명
본 출원은 2010년 11월 10일에 출원된 "계획 스테이션(Planning Station)"이라는 명칭의 인도 임시특허출원 3348/CHE/2010 및 2010년 11월 10일에 출원된 "절제 시술을 수행하기 위한 시스템"이라는 명칭의 인도 임시특허출원 3344/CHE/2010 (이의 명세서들은 전문이 본원에 참고 인용됨)을 우선권으로 주장하는 출원이다.
본 발명은 영상-유도 시술을 위한 시스템 및 방법, 더 상세하게는 영상-유도 중재 시술을 계획 및 실행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일부 공지된 중재 시술은 중재 도구의 수동 삽입을 포함하고, 이는 이웃 조직 또는 기관을 손상시킬 위험에 빠지기 쉬울 수 있다. 일부 공지된 중재 시술에 따르면, 이러한 잠재적 위험을 제한하거나 방지하기 위해 중재시술자는 시술을 매우 조심스럽게 수행하며, 이 시술은 매우 시간 소모적인 일이 될 수 있다. 일부 공지된 영상-유도 중재 시술에 따르면, 중재 도구의 수동 삽입은 영상술이 실시간으로 수행되지 않고 도구의 위치가 이 시술의 최소한의 침습적 성질로 인해 가시화할 수 없게 될 때 정확하지 않을 수 있다. 이러한 시술은 또한 중재시술자가 도구의 위치를 확인하기 위하여 콘트롤 스캔 간에 매우 조금씩 중재 도구를 이동시켜야만 하기 때문에 시간 소모적일 수 있다.
따라서, 복수의 중재 도구가 사용되는 경우 주위 조직 및 기관과의 충돌을 피하기 위해 표적 조직(예, 종양)을 치료하는 하나 이상의 중재 도구의 정확한 배치 시에 중재시술자를 돕는데 사용될 수 있는 영상-유도 중재 시술을 계획하는 시스템 및 방법이 필요한 상황이다.
영상-유도 중재 시술에 사용하기 위한 시스템 및 방법이 본원에 기술된다. 일부 양태에 따르면, 계획 스테이션(planning station)은 환자의 체내에 있는 관심 영역의 영상(들)과 관련된 영상 데이터를 수신하여 디스플레이 장치에 영상(들)을 전시한다. 사용자는 제1 중재 도구 및 제2 중재 도구를 선택할 수 있고, 이에 대한 정보는 계획 스테이션의 메모리에 저장되어 있다. 계획 스테이션은 환자의 체내에 제1 및 제2 중재 도구를 배치하고 제1 및 제2 중재 도구로부터의 에너지를 환자의 신체에 적용하기 위한 치료 계획을, 디스플레이 장치에서 볼 수 있는 시뮬레이션으로 실행할 수 있다. 계획 스테이션은 제1 중재 도구와 제2 중재 도구에 의해 환자의 조직에 종합적으로 생산되는 열 효과의 열 모델을 만들 수 있고 이 열 모델을 디스플레이 장치에 전시할 수 있다.
도 1은 한 양태에 따른 영상-유도 중재 시술에 사용하기 위한 시스템의 모식도이다.
도 2a는 한 양태에 따른 계획 스테이션의 모식도이다.
도 2b은 한 양태에 따른 계획 스테이션, 영상화 장치 및 로봇식 위치결정 장치의 모식도이다.
도 3은 치료할 조직을 표적화하는 시술 동안 나타나는 영상을 보여주는 디스플레이의 모식도이다.
도 4는 조직 블록의 중심에 배치된 절제 도구를 보여주는 열 절제 모듈에 의해 발생된 조직 블록을 예시한 것이다.
도 5는 열 절제 모듈에 의해 발생된 절제 영역 모델의 예를 예시한 것이다.
도 6a는 열 절제 모듈에 의해 발생된, 600초 기간 동안 100W에서 적용된 동력과 30mm 방사 소자를 이용한 절제 도구의 표면 플롯을 예시한 것이다.
도 6b는 열 절제 모듈에 의해 발생된, 600초 기간 동안 200W에서 적용된 동력과 40mm 방사 소자를 각각 보유하는 3개의 절제 도구의 표면 플롯을 예시한 것이다.
도 7은 절제 부피 데이터 모듈에 의해 수행된 내삽법(interpolation method) 동안 등고면점(iso-surface point)의 추정값을 예시한 것이다.
도 8은 절제 부피 데이터 모듈에 의해 발생된 등고면에 존재하는 한 지점의 추정값 예를 예시한 표면 플롯이다.
도 9는 한 양태에 따라, 영상-유도 중재 시술 동안 위치결정 장치와 환자를 준비하는 세트업 절차를 수행하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 10은 한 양태에 따라, 촬영할 영상을 위해 영상화 장치와 환자를 준비하는 절차를 수행하고 환자의 관심 영역을 영상화하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 11 내지 14는 각각 한 양태에 따라, 영상-유도 중재 시술을 위한 계획을 생성하는 방법의 일부와 이러한 계획의 시뮬레이션을 예시한 것이다.
도 15 내지 18은 각각 한 양태에 따라, 영상-유도 중재 시술을 수행하는 방법의 일부를 예시한 것이다.
도 19는 한 양태에 따라, 계획 스테이션에 의해 발생된 3D 영상과 이에 대응하는 2D 슬라이스를 보여주는 디스플레이의 모식도이다.
도 20은 한 양태에 따라, 영상 유도 중재 시술을 수행하는 방법을 예시한 흐름도이다.
영상-유도 중재 의료 시술을 계획 및 실행하기 위한 시스템 및 방법이 여기에 기술된다. 본원에 기술된 바와 같은 시스템은 로봇식 위치결정 장치와 연계하여 사용할 수 있는 계획 스테이션을 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 계획 스테이션은 하나 이상의 중재 도구, 예컨대 하나 이상의 절제 침을 계획 및 배치하고, 각 도구마다 충돌 회피 경로를 측정하도록 구성될 수 있다. 최적의 도구 위치결정 순서가 측정될 수 있고 각 도구 위치결정을 위한 경로가 측정될 수 있다. 예를 들어, 삽입 경로, 삽입 깊이 및 삽입 순서가 각 도구마다 측정될 수 있다. 따라서, 계획 스테이션은 복수의 도구들이 중재 시술, 예컨대 중재 절제 시술 동안 서로 충돌하거나 방해하지 않도록 복수의 도구들의 삽입 경로를 측정하도록 구성될 수 있다.
일부 양태에 따르면, 계획 스테이션은 하나 이상의 중재 도구의 배치, 삽 입 및 활성화의 시뮬레이션을 제공할 수 있다. 예를 들어, 환자의 표적 치료 영역의 영상 데이터를 기반으로 하여, 계획 스테이션은 임상의가 중재 시술을 수행하기 위한 하나 이상의 중재 도구를 선택할 수 있게 해주고 선택한 각 중재 도구마다 삽입 경로와 깊이를 측정할 수 있게 해준 다음, 치료 계획의 가상 시뮬레이션을 의사에게 제공할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 예컨대 중재 도구가 절제 침인 경우, 모의 시술의 조직에서 나타내는 종합적인 열 효과를 비롯한 표적 조직의 열 모델이 제공될 수 있다. 따라서, 임상의(예, 의사 또는 시술을 수행하는 다른 사람)는 선택한 중재 도구가 원하는 치료를 수행하기에 충분한지를 측정할 수 있다. 표적 조직이 원하는 결과로 치료되지 않은 것으로 열 모델이 나타낸다면, 시뮬레이션은 중재 시술 전 및/또는 중재 시술 동안 조정되거나 변화될 수 있다.
일부 양태에 따르면, 프로세서가 공정을 수행하게 하는 명령을 나타내는 코드를 저장한 비일시적 프로세서-판독가능 매체는 환자의 체내에서 관심 영역의 하나 이상의 영상과 관련된 영상 데이터를 수신하고 디스플레이 장치에 하나 이상의 영상을 전시하는 코드를 포함한다. 관심 영역은 치료할 표적 조직을 포함한다. 프로세서-판독가능 매체는 또한 정보가 메모리에 저장되어 있는 복수의 중재 도구들로부터 각각 제1 중재 도구의 선택 및 제2 중재 도구의 선택 사용자로부터의 입력을 수신하는 코드를 포함한다. 프로세서-판독가능 매체는 또한 환자의 체내의 제1 위치와 제2 위치에 각각 제1 중재 도구와 제2 중재 도구를 배치하고, 제1 중재 도구로부터의 제1 에너지 양과 제2 중재 도구로부터의 제2 에너지 양을 환자의 신체에 적용하는 것을 포함하는 치료 계획을, 디스플레이 장치에서 보여줄 수 있는 시뮬레이션으로 실행하는 코드를 포함한다. 프로세서-판독가능 매체는 추가로 상기 시뮬레이션에 기초하여 제1 중재 도구와 제2 중재 도구에 의해, 표적 조직을 비롯한 환자의 조직에서 종합적으로 생산된 열 효과의 열 모델을 발생시키고 이 열 모델을 디스플레이 장치에 전시하는 코드를 포함한다.
일부 양태에 따르면, 방법은 환자의 체내에 있는 관심 영역과 관련된 영상을 디스플레이 장치에 보여주는 것을 포함한다. 이 영상을 기초로 하여 치료할 관심 영역 내의 표적 조직의 선택은 계획 스테이션에서 입력된다. 표적 조직을 치료하기 위해 중재 시술 동안 사용할 제1 중재 도구의 선택 및 제2 중재 도구의 선택이 계획 스테이션에서 입력된다. 표적 조직의 선택 및 제1 중재 도구와 제2 중재 도구의 선택을 기반으로 한 표적 조직의 1차 치료 계획의 가시화 생성이 계획 스테이션으로부터 신청된다. 환자의 신체에 제1 중재 도구의 삽입을 비롯한 1차 치료 계획을 기반으로 하여 표적 조직을 치료하는 중재 시술 동안, 생성되어야 하는 2차 치료 계획의 가시화가 계획 스테이션에서 신청된다. 2차 치료 계획은 제2 중재 도구의 선택된 동력 수준, 제2 중재 도구의 동력 수준을 적용하는 선택된 시간 기간, 또는 제2 중재 도구의 위치 중 적어도 하나로의 변화를 포함한다.
일부 양태에 따르면, 프로세서가 공정을 수행하게 하는 명령을 나타내는 코드를 저장한 비일시적 프로세서-판독가능 매체는 제1 중재 도구와 제2 중재 도구를 사용하여 환자의 체내의 관심 영역 내에서 표적 조직을 치료하는 것을 포함하는 영상-유도 중재 시술을 위한 1차 치료 계획을 생성시키는 코드를 포함한다. 1차 계획은 제1 중재 도구를 위한 소정의 제1 동력 수준과 이 제1 동력 수준을 적용하는 소정의 제1 시간 기간 및 제2 중재 도구를 위한 소정의 제2 동력 수준과 이 제2 동력 수준을 적용하는 소정의 제2 시간 기간을 포함한다. 프로세서-판독가능 매체는 추가로 1차 치료 계획을 실행하는 중재 시술 동안, 제1 중재 도구가 삽입되어 있는 환자 체내의 관심 영역의 적어도 하나의 영상과 관련된 영상 시그널을 수신하고, 1차 치료 계획을 실행한 사용자로부터 2차 치료 계획을 생성할 신청서를 나타내는 입력을 수신할 코드를 포함한다. 2차 치료 계획은 제2 중재 도구를 위한 제3 동력 수준 및/또는 제2 또는 제3 동력 수준을 적용하는 제3 시간 기간을 포함한다.
도 1은 한 양태에 따른 계획 스테이션(100), 영상화 장치(120), 디스플레이 장치(122) 및 위치결정 장치(124)의 모식도이다. 계획 스테이션(100)은 영상-유도 중재 시술을 위한 계획을 생성하고 디스플레이 장치(122)에서 볼 수 있는 계획의 가상 시뮬레이션을 제공하기 위해 영상화 장치(120) 및 위치결정 장치(124)와 연결하여 사용할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 계획 스테이션(100)은 치료 계획을 생성하기 위해 영상화 장치(120)와 연결하여 사용할 수 있다.
계획 스테이션(100)("계획 시스템"이라고 언급되기도 함)은 전자 전산 장치, 예컨대 퍼스널 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA), 휴대용/이동 인터넷 장치 및/또는 일부 다른 전자 전산 장치일 수 있다. 계획 스테이션(100)은 또한 디스플레이 장치(122), 키보드(도시되지 않음), 다양한 포트(예, USB 포트) 및 다른 사용자 인터페이스 특징들, 예컨대 터치 스크린 콘트롤, 오디오 구성요소 및/또는 비디오 구성요소를 포함하거나 또는 작동적으로 연결될 수 있다. 계획 스테이션(100)은 통신 네트워크, 예컨대 인터넷에 작동적으로 연결될 수 있고 인터넷과 같은 네트워크를 통해 접속가능하거나 네트워크에 호스트를 둔 웹페이지 또는 웹사이트에 접속하도록 구성된 웹 브라우저를 포함한다. 계획 스테이션(100)은 운영 체계, 예컨대 윈도우 XP 또는 리눅스를 포함할 수 있다.
일부 양태에 따르면, 계획 스테이션(100), 디스플레이 장치(122) 및/또는 위치결정 장치(124)는 단일 장치 또는 구성요소로 조합된다. 일부에 따르면, 계획 스테이션(100)은 디스플레이 장치/스크린을 포함할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 위치결정 장치(124)는 다스플레이 장치/스크린을 포함할 수 있다.
계획 스테이션(100)은 하나 이상의 프로세서(128)와 하나 이상의 메모리 구성요소(126)를 포함할 수 있다. 프로세서(들)(128)는 임의의 다양한 프로세서일 수 있다. 이러한 프로세서는 예컨대 하드웨어 모듈, 예컨대 내장형 마이크로프로세서, 컴퓨터 시스템의 일부로서의 마이크로프로세서, 특수용도의 집적 회로("ASICs") 및 프로그램가능한 논리 장치("PLDs")로서 시행될 수 있다. 이러한 일부 프로세서는 복수의 명령 실행 단위 또는 코어를 보유할 수 있다. 이러한 프로세서는 또한 프로그래밍 언어, 예컨대 Java™, C++, C, 어셈블리, 하드웨어 설명 언어 또는 임의의 다른 적당한 프로그래밍 언어에서 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 시행될 수 있다. 일부 양태에 따른 프로세서는 특수 목적 또는 목적들을 위해 특수하게 설계 및 제작된 매체 및 컴퓨터 코드(코드라고 부를 수도 있다)를 포함할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 프로세서(들)(128)는 표준 HTML과 소프트웨어 언어, 예컨대 Javascript, Javascript Object Notation(JSON), Asynchronous Javascript(AJAX)를 지원할 수 있다.
일부 양태에 따르면, 프로세서는 예컨대 범용 프로세서, ASIC, PLD 또는 단일 프로세싱 코어 또는 프로세싱 코어 그룹을 가진 FPGA(field-programmable gate array)와 같은 단독 물리적 프로세서일 수 있다. 일부 양태에 따르면, 프로세서는 공유 클록 또는 동기화 시그널, 공유 메모리, 공유 메모리 버스 및/또는 공유 데이터 버스에 작동적으로 연결된 물리적 프로세서 그룹과 같은 프로세서 그룹 또는 프로세서 클러스터일 수 있다. 환언하면, 프로세서는 멀티프로세서 전산 장치 중의 프로세서 그룹일 수 있다. 일부 양태에 따르면, 프로세서는 통신 네트워크를 통해 서로 작동적으로 연결된 분산 프로세서 그룹(예, 하나 이상의 물리적 프로세서를 가진 전산 장치)일 수 있다. 따라서, 프로세서는 통신 네트워크를 통해 서로 통신하는 분산 프로세서 그룹일 수 있다. 일부 양태에 따르면, 프로세서는 이러한 프로세서들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 각 전산 장치가 메모리 버스를 공유하는 물리적 프로세서의 그룹을 포함하고 각 물리적 프로세서가 프로세싱 코어 그룹을 포함하는 분산 전산 장치 그룹일 수 있다.
프로세서(들)(128)는 또한 메모리(126)에 작동적으로 연결된다. 메모리(126)는 예컨대 판독용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 예컨대 자기 디스크 드라이브, 및/또는 고상 RAM, 예컨대 정적 RAM("SRAM") 또는 동적 RAM("DRAM"); 및/또는 FLASH 메모리 또는 솔리드 데이터 디스크("SSD")일 수 있다. 일부 양태에 따르면, 메모리는 복합 메모리일 수 있다. 예컨대, 메모리는 자기 디스크 드라이브와 SSD에 연결된 DRAM 캐시를 포함할 수 있다.
계획 스테이션(100)은 계획 모듈, 로봇식 위치결정 모듈, 열 절제 모듈, 절제 부피 데이터 모듈 및 파일 생성 모듈(각각 도 2a에 도시되나, 도 1에는 도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 이하에 더 상세하게 설명된다. 계획 모듈, 열 절제 모듈, 절제 부피 데이터 모듈 및 VRML 모듈은 각각 전술한 하나 이상의 프로세서 및/또는 하나 이상의 메모리 구성요소를 포함할 수 있다. 계획 스테이션(100)은 또한 전술한 바와 같은 프로세서(들) 및/또는 메모리(들)를 포함할 수 있는 데이터베이스(도 1에 도시되지 않음)를 포함할 수도 있다.
계획 스테이션(100)은 영상화 장치(120) 및 위치결정 장치(124)와 전기 통신 상태에 있을 수 있다. 계획 스테이션(100)은 영상화 장치(120) 및 위치결정 장치(124)에 연결될 수 있고, 또는 무선 연결을 통해 하나와 또는 둘 모두와 통신을 할 수 있다. 영상화 장치(120)는 예컨대 컴퓨터 단층촬영(CT) 영상화 장치, 자기공명영상화(MRI) 장치, 또는 다른 영상화 장치일 수 있다. 영상화 장치(120)는 예컨대 본원에 기술된 바와 같은 중재 시술 동안 환자가 배치될 수 있는 테이블 위에서 이동가능한 크래들(cradle)을 포함할 수 있다. 영상화 장치(120)는 위치결정 장치(124)와 전기 통신 상태일 수 있고(연결되거나 또는 무선 연결을 통해), 계획 스테이션(100) 및 위치결정 장치(124), 예컨대 Digital Imaging and Communications in Medicine(DICOM) 스탠더드, 예컨대 DICOM 3.0과 인터페이스할 수 있다.
위치결정 장치(124)는 예컨대 중재 시술 동안 사용될 중재 도구의 삽입 각도와 깊이를 측정하기 위해 사용할 수 있는 기구일 수 있다. 위치결정 장치(124)의 한 예는 미국 특허 출원 공개번호 2008/091101("'101 공개")(이의 명세서는 본원에 전문이 참고 인용됨)에 기술되어 있다(또한, 본원에 기술된 바와 같은 계획 스테이션(200)과 CT 영상화 장치(220)와 연결시켜 사용할 수 있는 위치결정 장치(224)의 다른 예를 예시하는 도 2b를 참조한다). '101 공개에 기술된 바와 같이, 위치결정 장치(124)는 관심 영역(예컨대, 종양)을 치료하기 위한 환자에게 삽입할 중재 도구(122)와 같은 중재 도구의 삽입 각도와 깊이를 계산하기 위해 영상화 장치(120)와 연결시켜 사용할 수 있다. 위치결정 장치(124)는 위치결정 장치(124)의 도구 가이드를 환자에 대하여 지정된 위치에 위치시킬 수 있고, 의사는 그 다음 도구 가이드를 사용하여 환자에게 수동 삽입할 중재 도구(122)를 정확하게 위치시킬 수 있다.
앞에서 논한 바와 같이, 계획 스테이션(100)은 영상-유도 중재 시술에 대한 계획을 생성하고 디스플레이 장치(122)에서 볼 수 있는 계획의 시뮬레이션을 제공하기 위하여 사용할 수 있다. 사용 시, 의사는 영상화 장치(120)를 사용하여 치료할 환자의 관심 영역을 영상화할 수 있다. 영상화 장치(120)에서 수득되는 영상 세트는 계획 스테이션에 의해 영상 세트의 3D 복원을 만들어내는데 사용될 수 있다. 계획 스테이션(100)은 사용자(예, 의사)가 관련 해부 구조를 2D, MPR(다중계획 리포맷팅), 및/또는 3D 포맷으로 상호작용적으로 분할 및 가시화할 수 있도록 하는 분할 도구 및 가시화 도구를 포함할 수 있다. 따라서, 사용자는 예컨대 종양 부피와 같은 관심 영역을 분할할 수 있다. 영상은 사용자가 디스플레이 장치(122)에서 가시화할 수 있고 사용자는 치료할 관심 영역 내에서 표적 조직을 선택할 수 있다.
계획 스테이션(100)은 다양한 중재 도구(예, 어플리케이터, 침 등)와 관련된 데이터를 자체 메모리(126) 내에 저장할 수 있다. 계획 스테이션(100)은 또한 데이터 저장용 메모리, 예컨대 다양한 중재 도구와 관련된 데이터 및 다양한 중재 도구와 관련된 열 모델과 관련된 데이터의 저장용 메모리를 포함할 수 있는 하나 이상의 데이터베이스(도 1에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 영상-분할된 영상 데이터를 기초로 하여, 사용자는 적당한 중재 도구(126)를 선택하여 환자의 관심 영역에 있는 선택된 표적 조직에 대하여 중재 시술을 수행할 수 있다. 예를 들어, 영상화 장치(120)에 의해 제공된 영상 데이터로 확인된 환자 내의 관심 영역에 대하여 절제 시술을 수행하기 위해, 사용자는 계획 스테이션(100)에 저장된 도구 목록에 포함된 하나 이상의 절제 도구를 선택할 수 있다. 사용자는 그 다음 선택된 절제 침(들)을 사용하여 치료할 종양의 절제 부피를 가시적으로 분석하는데 사용하기 위한 바람직한 절제 파라미터(예, 절제를 위한 에너지 수준 및 시간 기간)를 선택할 수 있다. 영상화 데이터, 치료할 선택된 관심 영역(예, 종양) 및 선택된 중재 도구(들)(예, 절제 침)를 기초로 하여, 사용자는 원하는 결과를 달성하기 위해 중재 도구(들)를 배치해야만 하는 바람직한 삽입점과 표적점을 선택할 수 있다.
계획 스테이션(100)은 그 다음 선택된 중재 도구(들) 및 바람직한 삽입 파라미터를 사용하여 표적 조직을 치료하기 위한 치료 계획을, 디스플레이 장치(122)에서 볼 수 있는 시뮬레이션으로 생성할 수 있다. 시뮬레이션은 제1 중재 도구와 제2 중재 도구 및 치료할 관심 영역의 중첩된 영상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 중재 도구를 사용하는 시술에서, 시뮬레이션은 환자 체내의 제1 위치에 배치된 제1 중재 도구와 환자 체내의 제2 위치에 배치된 제2 중재 도구를 보여줄 수 있다. 2개의 중재 도구가 설명되지만, 중재 도구의 다른 수(예, 3개, 4개, 5개 등)도 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 계획 스테이션(100)은 사용자가 선택한 바람직한 삽입점과 표적점이 중재 도구 간의 방해 없이 사용될 수 있고(또는) 중재 도구를 배치하기 위해 사용되는 특별한 위치결정 장치(124)에 의해 달성될 수 있는지를 측정할 수 있다. 따라서, 계획 스테이션(100)은 중재 시술 동안 사용되는 복수의 중재 도구들 간에 충돌을 회피하기 위한 치료 계획을 생성할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 계획 스테이션(100)은 환자 내의 다른 조직과 기관들의 충돌을 회피하기 위한 치료 계획을 생성할 수 있다.
시뮬레이션은 또한 환자의 체내에서 제1 중재 도구로부터의 제1 에너지 양의 적용과 제2 중재 도구로부터의 제2 에너지 양의 적용을 보여줄 수도 있다. 계획 스테이션(100)은 또한 시뮬레이션을 기초로 한 제1 중재 도구와 제2 중재 도구에 의해 수득되는, 환자 조직(예컨대, 표적 조직과 주위 조직을 포함해서)에서 종합적으로 생산된 열 효과의 열 모델을 생성할 수도 있다. 환언하면, 계획 스테이션(100)에서 생성된 열 모델은 환자의 신체와 표적 조직에서, 복수의 중재 도구(예, 복수의 절제 침)에 의한 치료로부터 수득되는 통합 열 효과를 시뮬레이트할 수 있다. 이 시뮬레이션과 절제된 조직의 열 모델을 기초로 하여, 사용자는 실제 중재 시술을 진행하기 전에 계획에 어떤 조정이 이루어져야 하는지를 측정할 수 있다. 중재 도구에 의해 생성된 환자 조직에 대한 열 효과는 도구(예, 고주파(RF) 또는 마이크로웨이브 스펙트럼), 적외선 에너지, 저온 냉각, 가열 유체 등에 의해 생성된 전자기장으로부터 초래될 수 있다.
시뮬레이션이 완성되고 치료 계획이 생성되었으면, 사용자는 영상-유도 중재 시술 동안 치료 계획을 실행하도록 진행할 수 있다. 예를 들어, 치료 계획은 선택된 중재 도구(들)의 바람직한 삽입 위치를 제공하기 위해 환자에 대해 위치결정 장치의 로봇식 아암을 위치시키도록 수신된 치료 계획 데이터를 사용할 수 있는 위치결정 장치(124)에 제공될 수 있다. 앞서 논한 바와 같이, 위치결정 장치(124)는 환자에 대해 소정의 위치에 위치결정 장치(124)의 도구 가이드("말단 이펙터"라고도 언급됨)를 위치시킬 수 있고, 의사는 중재 도구(122)를 정확하기 위치시키기 위해 도구 가이드를 사용할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 의사는 환자에게 중재 도구(122)를 수동으로 삽입한다.
일부 양태에 따르면, 복수의 중재 도구를 사용하는 중재 시술 동안, 사용자는 시술 동안 다양한 시점에서 중재 도구의 위치를 점검 또는 확인할 수 있다. 사용자는 또한 시술 동안 치료 진행을 점검할 수 있다. 예를 들어, 치료 계획에 따라 제1 중재 도구를 환자에게 삽입한 후, 사용자는 치료할 표적 조직에 대하여 제1 도구의 위치가 바람직한 위치에 있는지를 확인하기 위해 관심 영역을 영상화할 수 있다. 제1 중재 도구의 위치가 만족스러운 것으로 측정되면, 사용자는 치료 계획을 진행할 수 있다(예컨대, 제2 중재 도구의 삽입 및 열 에너지 적용 등). 제1 중재 도구의 위치가 바람직하지 않은 위치에 있는 것으로 생각되면, 사용자는 계획 스테이션(100)이 영상 데이터를 사용하여 새로운 또는 수정된 치료 계획과 그 시뮬레이션을 생성하도록 신청할 수 있다. 다른 예에 따르면, 사용자는 제1 중재 도구로부터 제1 에너지 양을 적용한 후 관심 영역을 영상화하고 그 치료 양과 위치가 시술의 그 단계에 바람직한 것인지를 확인할 수 있다. 그렇지 않다면, 사용자는 계획 스테이션(100)이 영상 데이터를 사용하여 새로운 또는 수정된 치료 계획과 그 시뮬레이션을 생성하도록 신청할 수 있다. 새로운 치료 계획은 예컨대 하나 이상의 중재 도구에 의해 적용되는 다른 양의 에너지(즉, 다른 동력 수준 및/또는 치료 기간)를 포함할 수 있다.
도 2a는 계획 스테이션(200)의 한 양태에 대한 모식도이다. 계획 스테이션(200)은 계획 모듈(230), 로봇식 위치결정 모듈(242), 열 절제 모듈(232), 절제 부피 데이터 모듈(234) 및 파일 생성 또는 변환 모듈(236)을 포함한다. 계획 스테이션(200)은 계획 스테이션(100)에 대해 앞서 설명한 바와 같은 하나 이상의 프로세서(예, 프로세서(128)) 및 하나 이상의 메모리 구성요소(예, 메모리(126))를 포함할 수 있고, 계획 모듈(230), 로봇식 위치결정 모듈(242), 열 절제 모듈(232), 절제 부피 데이터 모듈(234) 및 파일 생성 모듈(236)도 각각 전술한 바와 같은 하나 이상의 프로세서 및/또는 하나 이상의 메모리 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 계획 스테이션(200)은 디스플레이 장치(222)를 포함하고 도 2b에 도시된 바와 같이 영상화 장치(220) 및 위치결정 장치(224)와 전기 통신 상태에 있을 수 있다. 계획 스테이션(200)은 전술한 바와 같이 영상-유도 중재 시술 동안 사용될 수 있다.
RF 에너지 등을 이용한 조직 내 고형암의 열 절제는 CT 영상화 장치 등의 적당한 영상화 형식의 유도 하에 조직 내에 삽입된 프로브(예, 절제 침)를 이용하여 달성할 수 있다. 절제 정도는 모세혈관 관류로부터의 열 손실 및 조직내 대혈관의 혈류에 의해 현저하게 저하될 수 있다. 대혈관 부근 조직의 절제 동안 나타나고 손상되지 않아야 하는 열 과정들을 보여주는 수학적 모델이 사용자에게 제시될 수 있다. 온도 분포 역학은 혈관의 대류-분산 열 수송의 1D 모델과 함께 조직의 3D 생체열 수송의 조합으로 설명된다. 그 목적은 혈관을 손상시킴이 없이 얼마나 많은 조직을 절제할 수 있는지를 측정하는 것이다. 이것은 조직 온도 분포 역학을 시뮬레이트하고 대혈관 가장자리에서 조직 손상을 유도함이 없이 조직의 최대 온도 증가가 달성되도록 절제 침으로부터 최적의 동력 투입량을 측정하여 달성할 수 있다.
열 절제 모델은 사용자(예, 의사)가 계획 스테이션(200)에 입력할 수 있는 다음과 같은 파라미터를 기초로 하여 절제 과정을 시뮬레이트할 수 있다:
○ 프로브 타입 - 프로브 ID로 입력함;
○ 특별한 치료 계획에 사용되는 프로브의 수;
○ 제1 프로브에 대한 프로브들의 상대적 위치(제1 침이 영 벡터라고 가정하여);
○ 절제 종류;
● 동시 절제 - 모든 프로브가 동시에 작동됨;
● 순차적 절제 - 프로브가 하나씩 작동됨(예컨대, 동일한 프로브 종류가 수회 사용될 수 있다);
○ 프로브 파라미터 세팅 - 각 프로브 모델 또는 종류마다 순서가 사전에 정해진 경우, 순차적 값으로서 프로브의 종류를 기초로 함.
열 절제 모델은 계획 스테이션(200) 내에서 계획 소프트웨어와 통합될 수 있다. 계획 소프트웨어는 열 절제 모듈(232)에 알고리듬 선택 및 입력을 위한 선택 알고리듬(240)에 입력 파라미터를 공급할 수 있다. 열 절제 모듈(232)은 절제 시스템 제조업자의 설계명세서와 일치하는 조직 응고 영역을 포함할 수 있고, 각 세팅마다 점 군집이 열 절제 모듈(232) 내에 저장될 수 있기 때문에 다양한 독립된 동력 및 시간 값과 관련된 등온선 표면 데이터를 생성할 수 있다. 다른 동력 및 시간 값들에 대한 등온선 표면은 저장된 등온선 표면 데이트 세트들 간에 내삽법에 의해 생성될 수 있고, 또는 열 절제 모듈(232)에 의해 생성될 수도 있다.
중재 시술에 대해 계획하기 위해, 사용자(예, 의사)는 먼저 중재 시술 동안 사용할 각 선택된 프로브(예, 절제 침)마다 바람직한 진입점과 표적점을 선택할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 전술한 바와 같이 프로브(들) 파라미터를 선택/입력할 수 있다. 먼저, 사용자는 사용할 제1 프로브를 선택할 수 있고 환자 내의 치료할 관심 영역의 영상과 중첩된 제1 프로브를 보여주는 3D 영상을 생성시킬 수 있다. 사용자는 그 다음 디스플레이 장치(220)에서 영상에 제시된 프로브를 원하는 진입 및 표적 위치로 위치시킬 수 있다(예컨대, "클릭 및 드래그" 조작에 의해). 계획 스테이션(200)은 그 다음 프로브의 표시된 위치에서 여러 번의 점검을 수행하여, 예컨대 선택된 진입점과 표적점이 위치결정 장치(224)의 로봇식 아암의 도달 범위 내인지, 사용자는 침투되지 못할 부피로 식별한 환자 체내의 부피(예컨대, 기관)를 통해 프로브가 통과하는지, 표시된 위치에 프로브가 위치할 때 로봇식 아암이 환자 신체를 방해할 것인지, 진입점이 로봇식 아암에 접근가능한 것인지(예컨대, 선택된 진입점이 침대 인접과 같이 방해되는 사용자 신체의 일부에 존재하는지), 표적점과 진입점 사이의 거리가 침의 길이를 초과하는지(침의 손잡이 말단과 환자 피부 사이에 특정 "데드 스페이스"를 허용하는)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 로봇식 위치결정 모듈(242)은 환자의 피부 표면과 로봇식 아암 사이에 방해를 점검하기 위해 로봇식 위치결정 알고리듬을 사용할 수 있다. 로봇식 아암 배향이 환자의 신체에 대한 로봇 아암 위치에 따르도록 3D 영상이 생성된다. 점검은 또한 계획된 중재 시술 동안 모든 주어진 시점에서 로봇식 아암과 피부 표면 사이에 최소의 갭을 확인하기 위해 수행할 수도 있다. 제1 프로브의 위치가 허용할 수 없는 것이라면(예컨대, 방해가 있다면), 사용자는 바람직한 프로브 경로를 변화시키기 위해 주의를 게을리하지 않을 것이다. 예를 들어, 프로브의 영상은 프로브가 앞에서 확인된 임의의 조건을 위반함이 없이 표시된 위치에 배치될 수 있는지 또는 없는지를 표시하도록 암호화된 색일 수 있고, 예컨대 허용된다면 녹색이고 허용될 수 없다면 적색일 수 있다. 사용자는 그 다음 디스플레이 장치(220)의 3D 영상에 제시된 제1 프로브의 위치를 조정할 수 있다. 이 과정은 제1 프로브에 대해 선택된 계획된 삽입점과 표적점이 허용될 때까지 계속할 수 있다.
제2 프로브가 중재 시술 동안 사용되어야 한다면, 사용자는 제1 프로브에 대해 앞서 설명한 바와 같이 제2 프로브에 대해 바람직한 파라미터를 선택한다. 계획 스테이션(200)은 그 다음 환자 내의 치료할 관심 영역의 영상과 중첩된 제2 프로브의 바람직한 위치와 제1 프로브의 위치를 보여주는 3D 영상을 생성할 수 있다. 로봇식 위치결정 모듈(242)은 제1 프로브에 대해 전술한 바와 같이 환자 및 로봇식 아암에 의한 방해에 대해 점검할 수 있고, 또한 제1 프로브에 대해 선택된 경로와 제2 프로브에 대해 선택된 경로 간의 방해에 대해 점검할 수도 있다. 예를 들어, 점검은 환자 내에 있는 제1 프로브와 제2 프로브 부위들 간에, 그리고 환자 신체의 외측에 있는 프로브 부위들 간에 충분한 갭이 존재하는지(즉, 프로브 손잡이들이 서로 방해하는지), 그리고 로봇식 아암이 현재 프로브를 배치하려 할 때 이전에 배치된 프로브를 맞물리게 할 수 있는지를 측정하기 위해 수행할 수 있다. 제1 프로브에 대해 기술된 바와 같이, 제2 프로브에 대해 선택된 진입점과 표적점이 허용될 수 없다면, 사용자는 3D 영상 내에서 다른 위치로 제2 프로브를 이동시킬 수 있고, 이 과정은 제2 프로브에 대한 위치가 허용될 때까지 계속할 수 있다. 제3 프로브가 선택된다면, 앞서 논한 바와 같은 특정 조건의 순응성을 측정하기 위해 점검을 수행한다. 이 과정은 계획된 중재 시술 동안 사용할 각 프로브마다 수행한다.
방해 측정이 수행된 후, 프로브를 삽입하기 위한 최적 순서를 측정할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 프로브 1, 프로브 2 및 프로브 3을 선택할 수 있고(이 순서대로), 로봇식 위치결정 모듈(242)은 방해를 방지할 최적 삽입 순서를 위해 프로브를 재정렬할 수 있다(예컨대, 프로브 2, 프로브 1 및 그 다음 프로브 3). 최적 순서가 측정되고 계획 과정이 완료된 후, 로봇식 아암은 프로브들에 대해 계산된 각도대로 중재 시술 동안 배치될 수 있다.
선택된 프로브에 대해 최적의 계획된 진입점과 표적점을 측정한 후, 열 절제 모듈(232)은 열 모델(앞서 논한 것)을 만들어내는데 사용될 수 있다. 열 절제 모델은 중재 시술 동안 사용되는 특정 절제 시스템/도구의 제조업자가 명시한 바와 같이 동종 조직에서의 가열을 모방할 수 있다. 열 모델은 제조업자의 설계명세서와 일치하는 가열된 조직 부피의 매립된 기하형태를 발생시키는데 사용되는 데이터를 생산할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 이러한 매립된 기하형태는 위치결정 장치(예, 위치결정 장치 124)에서 환자-특이적 절제 치료 계획 능력에 사용되는 것이 아니라, 오히려 절제 어플리케이션(예, 고주파 절제(RFA) 어플리케이션)을 위한 비-환자-특이적 병변 표적화에 사용된다. 예를 들어, 치료할 표적화된 병변의 디스플레이를 보여주는 모식도인 도 3을 참조한다.
절제 장치 기하형태와 재료는 특정 절제 도구의 제품 설명서에서 결정할 수 있다. 조직 유전 성질과 열 성질은 예컨대 당업자가 검토한 공개 저널에 기록된 측정값으로부터 선택할 수 있다. 열 시뮬레이션 모델링은 예컨대 "열전달(Heat Transfer)" 및 "RF" 모듈을 포함하는 COMSOL Multiphysics Modeling and Simulation Software를 사용하거나, 또는 다른 적당한 유한요소분석 또는 다른 기술을 사용하여 수행할 수 있다. 열 시뮬레이션 모델은 예컨대 RF 절제, 조직에 전자기장의 실시간 연결에 대해 예측할 수 있어, 장 세기와 관련된 온도 증가를 유발할 수 있다.
따라서, 열 절제 모듈(232)은 주어진 프로브(예, 절제 침)에 대해, 주어진 시간에서, 그 프로브에 대해 주어진 동력 수준에서 등고면 플롯을 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로브의 상기 파라미터들에 대한 등고면 플롯은 67℃의 온도(즉, 조직 괴사가 일어날 것으로 생각될 수 있는 온도)에서 생성될 수 있다. 등고면 플롯은 데이터베이스(예, 데이터베이스 238)에 저장되고 특정 치료 계획을 세울 때 사용자가 이용할 수 있게 할 수 있다. 사용자(예, 의사)가 특정 치료 계획을 세울 때, 사용자는 선택된 프로브에 대해 다양한 파라미터를 입력한다. 일치하는 데이터베이스에서 등고면 플롯이 이용가능하다면, 계획 모듈(230)은 저장된 등고면 플롯을 사용하여 치료 계획의 열 시뮬레이션을 생성할 수 있다. 등고면 플롯이 특정 프로브에 대해 이용될 수 없다면(예컨대, 특정 동력 수준에서 특정 시간 기간 동안), 절제 부피 데이터 모듈(234)은 열 절제 모듈(232)에 저장된 등고면 플롯을 사용하여 바람직한 파라미터와 관련된 새로운 등고면 플롯을 보충하고 생성시키는데 사용하거나 또는 열 절제 모듈(232)이 새로운 플롯을 작도하게 할 수 있다. 예를 들어, 계획 모듈(230)은 내삽법을 위해 4개의 등고면 플롯(즉, 바람직한 시간보다 큰 최근접 시간을 가진 것, 바람직한 동력보다 큰 최근접 동력을 가진 것, 바람직한 시간 보다 적은 최근접 시간을 가진 것, 바람직한 동력보다 적은 최근접 동력을 가진 것)을 사용할 수 있다.
앞에서 논한 바와 같이, 계획 모듈(230)은 열 절제 모듈(232)에 의해 생성된 RF 절제를 위한 등고면 데이터를 내삽할 수 있다. 등온면 데이터는 각 세팅마다 점 군집으로서(예컨대, 3차원 좌표계에서 꼭짓점 세트로서) 다양한 독립된 동력 및 시간 값마다 입수할 수 있다. 이러한 방식으로, 내삽은 공지된 데이터 점의 독립된 세트의 범위 내에서 새로운 데이터 점을 구축하는 방법이다. 계획 모듈(230)은 데이터를 간략화하고, 이 데이터를 데이터베이스(238)에 저장할 수 있으며, 전술한 입력 파라미터를 기반으로 하여 선택 알고리듬(240)에 사용할 수 있다.
열 시뮬레이션 모델의 한 예에 따르면, 선택된 절제 시스템은 Covidien Cool-tip Single(Active 3 cm 전극)이다. 다른 절제 시스템/도구가 대체 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 모델화된 절제 어플리케이터는 20 C 수냉각을 이용하는 30mm 방사요소를 가진 17 게이지 Cool-tip 단일 전극이고 정지 상태에서 25, 50, 100 및 200 와트로 고정된 동력에 의해 작동된다. 조직 부하는 제조업자의 설명서에서 확인된 바와 같은 건강한 소 생체외 간 조직으로서, 혈관 관류 하에, 다음과 같은 성질로 모델화했다.
성질 값/단위
전기전도율 0.3 s/m
열전도성 0.512 W/(m*K)
밀도 1060kg/㎥
열밀도 3600 J/(kg K)
혈액 밀도 1000 kg/㎥
혈액 특이적 열용량 4180 J/(kg K)
혈액 관류속도 6.4x10-3m/s
동맥혈 온도 310K
본 예에서, 모든 치수는 m이고, 이에 따라서 조직 부하 치수는 0.12m x 0.12m x 0.12m이다. 모든 절제들마다 절제 부위의 중심은 도 4에 도시된 바와 같이 시뮬레이트된 메쉬 조직 블록 및 방사 요소(예, 절제 침)의 중심에 있다. 형태의 작은 오차는 어플리케이터의 원추형 말단의 근사치로 인한 것일 수 있으나, 이러한 오차는 본 실시예의 목적 상 무시할 수 있다. 이 모델은 Valleylab의 웹사이트(http://www.cool-tiprf.com/ablation.html)에서 공개된 쿨팁(cool-tip)과 비슷한 절제 영역(도 5 참조)을 생산한다.
본 예는 단일 프로브의 시뮬레이트화된 열 모델을 예시한 것이다(예, 도 4). 특정 중재 시술에 복수의 프로브가 사용되어야 한다면, 계획 스테이션(200)은 2가지 기술 중 하나를 이용할 수 있다. 계획 스테이션(200)은 예컨대 단독 도구에 대해 앞에서 설명한 기술을 사용하여, 복수의 절제 도구들의 효과를 특별한 모델로 만들 수 있었다. 대안적으로, 계획 스테이션(200)은 사용되는 복수의 절제 도구들마다 각각 모델을 만든 열 효과를 종합하거나 또는 내삽하여 조직 절제의 시뮬레이션을 생성할 수 있었다. 먼저, 절제 부피는 복수의 절제 도구 각각으로 측정할 수 있다. 그 다음, 각 절제 부피는 사용자가 특정한 절제 도구 위치를 기초로 하여 3차원 공간에 배치할 수 있다. 다음으로, 각 절제 부피의 교차점(들)에 의해 한정된 부피(들)를 측정할 수 있다. 교차점 부피(들)에서 각 지점의 조직 온도는 개별 절제 도구 각각에 의해 지점에서 생산된 온도 구배를 기초로 하여 계산할 수 있다. 그 다음, 계획 스테이션(200)은 조합된 교차 부피(들)의 기하학적 중심의 위치와 이 기하학적 중심으로부터의 광선을 계산할 수 있고, 이 광선을 따라 조직 온도가 측정되어야 할 필요가 있다. 그 다음, 다시 각 광선을 따르는 점에서 각 절제 도구에 의해 생산된 온도 구배를 기초로 하여, 계획 스테이션(200)은 절제 도구에 의해 바람직한 온도(예, 조직 괴사가 일어나는 것으로 생각될 수 있는 온도인 67℃)가 생산될 각 광선 상의 지점을 측정할 수 있다. 이러한 지점은 절제 도구의 바람직한 위치와 에너지에 대한 절제 등고면을 종합적으로 한정한다.
모델화된 데이터 플롯은 예컨대 슬라이스 플롯(도시되지 않음), 윤곽 플롯(도시되지 않음) 및 표면 플롯, 예컨대 600초의 기간 동안 100W로 적용되는 동력을 이용하여 전술한 30mm 방사 요소가 있는 단독 어플리케이터의 도 6a에 도시된 표면 플롯의 예를 포함할 수 있다. 도 6a에서, 온도 T = 60℃는 273+60 = 333K로 보여진다. 각 플롯의 데이터 파일은 x-좌표, y-좌표, z-좌표, 온도(K) 형태의 미처리 데이터로 포함될 수 있고, 이에 따라 예컨대 열 절제 모듈(232)의 메모리에 저장된 엑셀 워크시트(들)에 표시될 수 있다. 표면 플롯(예, 도 6a)은 이하에 기술되는 절제 부피 데이터 모듈(234)의 내삽 알고리듬에 사용될 수 있다.
일부 경우에, 복수의 중재 도구가 중재 시술에 사용되어야 하는 경우, 모델화된 플롯은 전극들(예, 절제 도구 팁) 사이의 간격을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 제조업자들은 전극 간의 간격이 조직의 미처리 영역이 없도록 하기 위해 20mm 이하여야 할 것을 권한다. 전극 간의 간격이 예컨대 10mm이면, 미처리 조직의 영역이 없어지거나 크게 감소되어 절제 영역은 더욱 균일해질 수 있다. 도 6b는 동력이 200W에서 600초 동안 적용되고 각각 30mm 방사 요소를 가진 3개의 프로브의 표면 플롯의 예를 예시한 것이다. 이 예에서 프로브 간의 간격은 10mm이다.
다음은 RF 절제를 위한 등고면 데이터의 내삽법 예를 예시한 것이다. 이 예에서, 특별한 독립된 동력 세팅 Pk,t1을 위한 점 군집은 SX(Pk, t1), k, 1=1,2,3,4이다. 본 예에서 지점들은 절제 침의 중심이 기원인 좌표계로 설명된다. 이러한 내삽법 예에 따르면, 해법은 다음과 같이 이루어질 수 있다:
1. 점 군집 세트를 옥탄트로 분할한다.
2. 점 군집을 침 중심이 기원인 구형 좌표(θ,ψ,r) 형식으로 변환한다.
3. θ,ψ와 관련하여 점 군집으로 설명한 표면을 필요한 임의의 해상도 수준으로 타일링(tile)한다.
4. 각 복셀에서 표면의 값을 그 안에 포함된 모든 점의 평균으로서 근사치를 계산한다.
5. 파라미터 입방체 표면을 동력 및 시간 값에 따라 맞춘다.
6. 이 파라미터 표면을 이용하여 임의의 주어진 동력 및 시간 값에서의 좌표를 추정한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 각 대조군 점 X(Pi, tj)는 동력 Pk와 tl에 대한 표면 맞춤(fit) 위의 추정된 점을 나타낸다. 이 대조군 점을 이용하여, 입방체 파라미터 표면은 2개의 파라미터 변수 u(동력을 따라) 및 v(시간을 따라)의 함수로서 추정할 수 있다. 임의의 주어진 동력, 시간 값 Pi및 tj의 경우, 이 동력 수준에 대응하는 ui 및 vj 파라미터는 계산할 수 있고, 이 파라미터 표면을 사용한 등고면 X(Pi,tj) 위 점의 추정값은 도 8에 도시된 바와 같이 측정될 수 있다.
절제 부피 데이터 모듈(234)은 영역을 소정의 각으로 나눌 수 있고, 각이 작을수록 정확도는 커진다. 영역을 나눈 후, 절제 부피 데이터 모듈(234)은 데이터베이스(238)를 이용하여 데이터를 저장한다. 이 데이터베이스(234)로 이동하여 저장되는 값들은 예컨대 프로브 이름, 제조업자, 온도, 에너지(p), 시간(t), 각도 및 점 군집에서 각 점의 좌표를 포함할 수 있다.
데이터베이스(238)는 바람직한 치료를 수행하는데 사용될 수 있는 다양한 중재 도구에 대한 저장된 정보를 포함할 수 있다. 데이터베이스(238)는 또한 3D 렌더링 엔진으로 판독가능한 형식(.step, .stl, .VRML 등)의 중재 도구 각각의 3D 모델, 물리적 치수(예, 길이, 직경, 작동 범위가 있는 가변성 절제 파라미터) 및 전술한 독립된 세팅(예, 시간 간격 5, 10, 15, 20분 및 에너지 세팅 50와트, 100와트, 150와트, 200와트 및 프로브 간의 간격의 다양한 조합)을 사용하는 동종 조직 모델에서 선택된 프로브에 대해 생성된 절제 모델을 포함할 수도 있다. 또한, 데이터베이스(238)는 복수의 프로브에 대해 생성된 절제 모델을 포함할 수도 있다(예컨대, 절제 시술에 사용되는 복수의 프로브들의 종합적인 열 효과를 예시한다).
데이터베이스(238)는 구조화된 질의 언어(SQL) 서버일 수 있고 읽기 및 쓰기 기능 둘 다를 위해 데이터베이스(238)에 접근하는 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 사용한다. 데이터베이스(238)는 다양한 이용가능한 중재 도구(예, 절제 프로브)에 대한 다양한 정보를 포함하는 프로브 데이터 표를 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(238)는 공지된 중재 도구에 대한 다음과 같은 정보를 포함할 수 있다.
1. 프로브.probeId
2. 에너지(동력)
3. 시간
4. 상기 파라미터들을 위한 점 군집 데이터
계획 스테이션(200)은 또한 선택 알고리듬(240)(도 2 참조)을 포함한다. 이 선택 알고리듬(240)은 계획 모듈 소프트웨어로부터 수신된 입력 파라미터를 사용할 수 있다. 입력 파라미터는 예컨대 다음과 같은 것을 포함할 수 있다:
1. 프로브 ID;
2. 프로브 수;
3. 프로브의 상대적 위치;
4. 절제 종류; 및
5. 프로브 파라미터(에너지, 시간 등).
선택 알고리듬(240)은 열 모델 표면 플롯을 리턴(return)하기 위해 다음과 같은 기능을 포함할 수 있다:
1. 데이터베이스(238)에 있는 프로브 데이터 표로부터 정보를 얻기 위한 프로브 세부사항을 사용할 수 있는지.
2. 알고리듬이 바람직한 시간 및 에너지에 대한 정확한 값을 찾는다면 표면점의 세트를 리턴시킨다.
3. 그렇지 않다면, 알고리듬이
a) 선택된 점에 가장 가까운 4개의 모델(예, 데이터베이스에 있는 4개의 이용가능한 프로브를 위한)을 찾고, 이 모델을 내삽시킨다; 또는
b) 방정식을 사용하여 새로운 모델을 생성시킨다.
(p1,t1) 및 (p2,t2) 사이에 있는 값(pk,kk)을 얻기 위해, 알고리듬은 모든 (ψ,Q) 값에서 (p1,t1) 및 (p2,t2)를 사용할 것이다. 선택된 프로브 및 프로브 파라미터를 위해, Q,ψ 각에 대해 입수할 수 있는 모든 X1, y1, Z1, Delx, Dely 및 Delz는 (p1,t1) 및 (p2,t2) 모두에 대해 데이터베이스(238)로부터 판독할 것이다. 그 다음, 시스템은 ISO 표면 데이터 점을 얻기 위해 모든 각에서 통과한 pk,tk의 값을 계산할 수 있다.
X00 - 동력값 p1 및 시간값 t1에서 등고면 좌표<x,y,z>
X01 - 동력값 p1 및 시간값 t2에서 등고면 좌표<x,y,z>
X10 - 동력값 p2 및 시간값 t1에서 등고면 좌표<x,y,z>
X11 - 동력값 p2 및 시간값 t2에서 등고면 좌표<x,y,z>
중간 동력값 pk,tk에서 등고면 좌표<x,y,z>를 측정하기 위해,
1. u 및 v를 측정한다
u = (Pu-P0)/(P1-P0)
v = (Tv-T0)/(T1-T0)
2. P를 따라 중간 절편을 측정한다.
Xu0 = X00 + u*(X10-X00);
Xu1 = X01 + u*(X01-X11);
3. 최종 점을 다음과 같이 측정한다:
Xuv = Xu0 + v*(Xu1-Xu0)
상기 방정식은 X의 모든 좌표(즉, <x,y,z>)에 각각 적용될 수 있다. 이 데이터 점들은 그 다음 연결하여 각을 기준으로 한 표면/영역을 형성할 수 있다. 파일 생성 모델(236)은 ISO 표면 데이터 점의 입력값을 취할 것이고, 이를 VRML 형식으로 쓸 것이다. 계획 모듈(230) 내의 계획 소프트웨어는 선택 알고리듬(240)에 입력 파라미터를 공급하여 디스플레이 장치(예, 디스플레이 장치(122))의 렌더링 엔진의 출력을 전시할 수 있다.
도 9 내지 18은 각각 본원에 기술된 바와 같은 계획 스테이션, 위치결정 장치, 영상화 장치 및 디스플레이 장치의 사용을 포함하는 절제 시술을 수행하는 방법 예의 단계 또는 일부를 예시한 흐름도이다. 도 9 내지 18에 기술된 바와 같이, 참조부호가 디스플레이 장치 또는 다른 구성부재의 사용자 인터페이스 위의 버튼 또는 스위치에 있을 때, 이러한 버튼 또는 스위치는 대안적으로 클릭될 수 있는 디스플레이 장치 위의 터치 스크린 또는 풀다운(pull-down) 메뉴 상의 도구로서 제공될 수 있다. 도 9는 영상-유도 중재 시술(예, 절제 시술)을 위해 위치결정 장치와 환자를 준비하는 세트업 절차를 수행하는 방법을 예시한 흐름도이고, 도 10은 촬영할 영상을 위해 영상화 장치와 환자를 준비하고 환자의 관심 영역을 촬영하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 350에서 위치결정 장치는 탑재된 위치로부터 CT 영상화 장치 근접에서 절차를 수행하기에 바람직한 위치로 이동한다. 352에서, 위치결정 장치의 작동과 통신을 가능하기 위해 필요한 연결장치(예, 동력, 이더넷, 풋스위치 등)가 이루어진다. 354에서, 위치결정 장치는 전원이 켜지고, 356에서 사용자는 어플리케이션 소프트웨어에 로그인, 예를 들어 사용자이름과 패스워드를 입력하여 로그인할 수 있다. 358에서, CT 스캐너와의 통신을 확인할 수 있다. 360에서, 수행하려는 시술을 시스템의 데이터베이스에 저장된 시술 목록에서 선택할 수 있다. 362에서, 위치결정 장치의 초기화 키를 누른다. 일부 양태에서, 장치는 소정의 X, Y, Z, A, B 값에 대해 부분 초기화 및 위치를 찾는다(예, X, Y 및 Z는 로봇식 아암과 관련된 선형 자유도를 따르는 축 위치이고, A, B는 로봇식 아암과 관련된 회전 자유도에 대한 회전 위치이다). 364에서는, 환자가 환자의 위치를 유지하기 위해 진공 베드를 필요로 하는지에 대해 측정이 이루어질 수 있다. 진공 베드가 필요하다면, 366에서 환자 베드를 CT 카우치 위에 놓고, 374에서 진공 펌프를 베드에 연결하고, 환자를 정렬시킨 뒤, 베드의 공기를 뺀다. 376에서가 베드가 환자 주위에 형성되어 있을 때, 베드는 환자가 위치를 유지하도록 형성된다.
진공 베드가 필요하지 않다면, 368에서는 환자가 호흡 정지 보조 벨트를 필요로 하는지에 관해 측정할 수 있다. 호흡 정지 보조 벨트가 필요하다면, 370에서는 시술 영역의 간격을 두고 환자의 칸막이 부근에 환자를 벨트로 묶는다. 또한, 도 10의 원 B에 표시된 바와 같이 호흡 정지 보조 벨트가 사용된다면 이 방법의 후기에 추가 절차가 후속되어야 한다. 372에서, 환자는 CT 카우치 위에 위치할 수 있다. 경우에 따라, CT 테이블 위에 가시적 인디케이터(예, 접착 라벨)가 있을 수 있고, 이는 위치결정 장치의 범위 한계를 나타내는 것으로, 이러한 경우에 환자는 관심 영역이 이 범위 한계 내에 있도록 CT 테이블 위에 위치한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 450에서는 특정 환자를 수용하기 위해 CT 테이블의 높이를 조정할 수 있다. 368에서 호흡 정지 벨트가 필요한 것으로 측정되었다면, 환자 벨트는 452에서 호흡 정지 장치에 연결되고, 454에서 환자가 의식이 있다면, 환자는 호흡 주기를 수행하는 훈련을 받을 수 있다. 456에서는 환자 신체의 관심 영역에 방사선투과성 마커가 배치될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에 따르면, 예컨대 수술중 등록이 필요하지 않다면 3개의 방사선투과성 마커가 사용된다. 일부 양태에 따르면, 4개 또는 5개의 마커가 사용된다. 458에서는 환자가 CT 영상화 장치의 갠트리로 이동할 수 있고, 460에서는 CT 장치가 위치결정 장치의 도킹 스테이션에 도킹되거나 연결될 수 있다.
462에서는 환자의 관심 영역에 대한 스카우트뷰가 촬영될 수 있다. 464에서, 환자는 스캔되고, 영상은 예컨대 1mm 슬라이스 두께로 재구성된다. 일부 양태에 따르면, 영상 재구성 동안 영상 오프셋은 0,0인 것이 바람직할 수 있다. 영상 재구성 전에 호흡 정지 보조 장치가 사용된다면(도 9의 350부터), 466에서 환자에게 호흡을 마시고 정지하도록(참도록) 지시할 수 있고(또는 환자가 마취되어 삽관된다면, 외부 사용자는 원하는 수준으로 호흡을 조절할 수 있다), 468에서 호흡 정지 장치에 의해 참조 호흡 수준을 취할 수 있다. 영상 재구성 후, CT 영상 슬라이스는 예컨대 DICOM 인터페이스를 이용하여 위치결정 장치 콘솔로 이동할 수 있다.
도 11 내지 16은 각각 한 양태에 따른, 영상 유도 중재 시술을 실행하기 위한 계획을 생성하는 방법의 일부 및 이러한 계획의 시뮬레이션을 예시한 것이다. 예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 계획 스테이션은 도 9 및 10을 참조로 하여 전술한 위치결정 장치와 연결되고 통신할 수 있다. 계획 스테이션에서는 2 연속 영상이 대비 연구로 사용되어야 하는지에 대한 결정이 550에서 이루어질 수 있다. 552에서는 단독 영상 시리즈만이 사용되어야 한다면, 로딩할 시리즈의 선택은 예컨대 시리즈 체크박스(예컨대, 사용자 인터페이스 스크린에서)를 선택하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 계획 스테이션 및/또는 디스플레이 장치는 사용자 인터페이스 도구를 보유하여 사용자가 계획 프로세스를 항해할 수 있도록 한다. 영상 가시화 스크린(예, 디스플레이 장치 위의)과 도구는 정확도를 위해 영상을 재검토하기 위해 사용할 수 있다. 대비 연구가 552에서 수행되어야 한다면, 계획 스테이션의 사용자 인터페이스에서 대비 연구 버튼/스위치가 선택될 수 있다. 556에서, 1차 시리즈 버튼이 556에서 선택될 수 있고, 2차 시리즈 버튼이 558에서 선택될 수 있다. 2개의 선택된 영상 시리즈(예, 1차 및 2차)는 그 다음 560에서 병합될 수 있다.
562에서 영상은 3D 엔진에 로딩된다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스에서 이용할 수 있는 "Load Button"을 누를 수 있다. 564에서, 선택된 영상 스택의 3D 부피가 생성되고 3D 윈도우에 전시되고, 대응하는 2D 윈도우는 3D 부피와 관련하여 선택된 슬라이스를 전시할 수 있다. 도 19는 3D 영상과 이에 대응하는 2D 슬라이스를 보여주는 디스플레이 예를 예시한 것이다. 필요한 경우에 따라 여러 관심 부피(VOI)를 만들어내기 위해 3D 가시화 프리셋을 566에서 선택할 수 있다. 568에서는 추가 VOI를 예컨대 계획 스테이션의 입방형 및 프리핸드 VOI 창조 도구 및 이용가능한 다른 분절화 방법을 사용하여 만들어낼 수 있다. 570에서 사용자는 예컨대 "No Go" 버튼을 선택하여 회피할 분할 기관을 확인할 수 있다. 572에서 사용자는 계획 절차의 다음 단계로 이동하도록 선택할 수 있는데, 이는 예컨대 "Align Probe" 버튼을 선택하여 수행할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 650에서는 절제 프로브(본원에서, "침" 또는 "절제 침"이라고도 언급한 것)를 선택할 수 있다. 652에서는 "동시 절제" 또는 "순차적 절제"를 선택할 수 있고, 이는 절제 시술이 복수의 절제 프로브에 동시에 동력을 공급하거나, 또는 복수의 절제 프로브에 순차적으로 동력을 공급하거나, 더 일반적으로는 2 이상의 위치에 순차적으로 삽입되는 단독 절제 프로브에 동력을 순차적으로 공급하는 것을 수반한다는 것을 의미한다. 564에서 어플리케이터 배치는 도 12의 흐름도에 예시된 바와 같이 3가지 옵션 중 하나를 사용하여 작동시킬 수 있다. 첫번째 옵션은 도 12의 656에서 2D-2D 스크린 배치를 사용하는 것이다. 이 첫번째 옵션을 사용하여 658에서는 표적점을 선택할 수 있다. 환언하면, 치료할 선택된 조직을 선택할 수 있다. 660에서 사용자는 "Set Target" 버튼을 선택할 수 있다. 662에서 환자에게 삽입할 진입점은 선택할 수 있고, 예컨대 사용자가 디스플레이 스크린에서 선택된 진입점을 지적하여 클릭할 수 있다. 664에서는 "Set Entry" 버튼을 선택할 수 있다.
두번째 옵션은 도 12에서 MPR-MPR(복수 평면 재구성) 스크린 배치를 사용하는 것이다. 668에서 MPR 뷰는 환자에게 바람직한 삽입 경로를 정렬하도록 배향될 수 있다. 670에서 사용자는 선택된 표적 부근의 MPR 사분면에 제시된 프로브 경로 선을 따라 한 점을 선택하여 표적점(예, 치료할 환자의 조직)을 선택할 수 있다.
세번째 옵션은 도 12, 672에서 3D 스크린 배치를 사용하는 것이다. 674에서 사용자는 선택된 표적 부근의 MPR 사분체에 제시된 프로브 경로선을 따라 점을 선택하거나, 또는 선택된 VOI의 질량 중심에 고정시켜 표적점(예, 치료할 환자 내의 조직)을 선택할 수 있다. 676에서, 3D 영상은 원하는 경로로 정렬하도록 배향한다. 두번째 또는 세번째 옵션이 선택되면, 678에서 사용자는 프로브의 배치를, 예컨대 "Set in Probe" 버튼을 선택하여 확정할 수 있다. 680에서 절제 프로브가 선택된 위치에 도달하기 위해 통과할 환자 피부 위의 위치를 측정한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 3D 스크린 및 관련 2D 스크린에서 선택된 프로브의 3D 뷰는 750에서 전시될 수 있다. 752에서는 프로브 파라미터가 설정될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 계획 스테이션의 데이터베이스에 저장된 프로브 파라미터 목록으로부터 정확한 값을 선택할 수 있다. 754에서는 예상 절제 부피를 가시화하기 위해 열 시뮬레이션을 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자는 "Thermal Simulation" 버튼을 선택할 수 있다. 756에서, 사용자는 절제 부피 편집을 선택할 수 있다. 사용자가 절제 부피 편집을 선택한다면, 758에서 사용자는 "Edit Ablation Volume" 버튼을 선택할 수 있고, 760에서 사용자는 제공된 편집 도구를 사용하여 절제 부피를 편집할 수 있다. 762에서 사용자는 프로브 위치를 편집하도록 선택할 수 있다. 사용자가 프로브 위치 편집을 선택하면, 764에서 사용자는 편집할 프로브를 선택하고 프로브 위치를 가시화할 3가지 옵션 중 하나를 선택할 수 있다. 첫번째 옵션은 766에서 2D-2D 스크린에서 가시화하고 진입점과 표적점을 768에서 원하는 위치로 이동시키기 위해 진입점과 표적점을 정지 및 드래그하는 것이다. 두번째 옵션은 770에서 MPR-MPR 스크린에서 프로브를 가시화하고, MPR을 바람직한 경로로 재배향시키고 이에 따라 772에서 표적점을 이동시키는 것이다. 세번째 옵션은 774에서 3D-MPR 스크린에 프로브를 가시화하는 것이다. 775에서 사용자는 3D에서 표적점을 선택할 수 있고 표적점은 부피의 회전 중심이 된다. 사용자는 그 다음 그 부피를 분명한 경로를 가시화하도록 배향시킬 수 있고 "set" 버튼을 선택할 수 있다. 궤적은 3D 영상의 배향을 기초로 하여 측정하고, 진입점은 피부 표면에 자동 선택된다.
776에서, 사용자는 마취 전달이 시술에 필요한지를 선택할 수 있다. 마취가 필요하다면, "Set Anesthesia" 버튼을 도 14에 도시된 바와 같이 780에서 선택할 수 있다. 마취 점은 표적점과 진입점 사이의 선을 따라 전시될 수 있고, 782에서 사용자는 마취점을 바람직한 위치로, 예컨대 스크린 위의 슬라이더를 작동시켜 또는 다른 적당한 기술을 이용하여 이동시킬 수 있다. 784에서 사용자는 마취 침에 필요한 길이를 입력할 수 있다. 마취가 필요없다면 778에서 사용자는 다른 프로브를 추가하도록 선택할 수 있다. 추가 프로브가 필요하지 않다면, 사용자는 786에서 "Confirm Approaches" 버튼을 선택하여 공정의 다음 단계로 진행한다. 추가 프로브가 필요하다면, 사용자는 도 12의 654에서 "activator applicator placement"로 다시 돌아가서 그 프로브에 대한 상기 과정을 반복한다.
상기 방법들을 사용하여 생성된 치료 계획은 계획 스테이션(200)의 메모리에 저장될 수 있다. 치료 계획은 예컨대 사용되는 절제 침의 수, 각 프로브와 관련된 동력 수준, 각 프로브로부터 동력을 적용하기 위한 시간 기간, 프로브들 사이의 거리 및 프로브에서 생성된 절제 모델을 포함한다.
도 15 내지 18은 각각 계획 스테이션에서 생성된 바와 같은 치료 계획을 사용하여 영상-유도 중재 시술을 수행하는 방법의 일부를 예시한 것이다. 도 15를 살펴보면, 850에서 위치결정 장치의 말단 이펙터("도구 가이드"라고도 지칭됨)에 레이저 인디케이터가 부착될 수 있다. 852에서는 CT 테이블 위에 참조 점(들)을 정렬시킬 수 있다. 예를 들어, 4개의 참조점이 사용된다면(점 A, B, C 및 D로 지칭됨), 사용자는 사용자 인터페이스에서 점 A에 대해 "Align"을 선택할 수 있고, 위치결정 장치는 CT 테이블 상의 퀄리티 보장("Q/A") 점을 향하도록 레이저를 이동시킬 것이다. Q/A 점은 CT 테이블을 참조하여, 장치가 고정되면(CT로 등록되면) CT에 대한 장치의 적당한 등록을 점검한다. 시술이 수행되기 직전에 안전 조치로서, 장치는 레이저 빛을 Q/A 점 위로 위치하도록 지시하여 사용자는 등록이 정확한지를 확인할 수 있다. 854에서, 소프트웨어는 CT 크래들이 이동되어야 하는 값을 나타낸다. 856에서, CT 크래들은 표시된 값으로 이동할 수 있다. 858에서, CT 크래들의 최종 값은 위치결정을 재확인하기 위해 입력될 수 있다. 860에서는 레이저 빛이 CT 테이블 위의 참조 점(예, 점 A)에 정렬하는지를 확인하기 위해 점검을 수행할 수 있다. 862에서 사용자는 레이저 빛이 세트업 절차 동안 환자의 신체 위에 위치한 참조 마커와 정렬하는지를 확인할 수 있다. 레이저 포인터가 마커와 정렬하지 않는다면 절차를 중단해야 한다. 레이저 포인터가 마커와 정렬한다면, 위치결정은 866에서 환자 신체 위의 점 B, C 및 D에 대해 반복할 수 있다. 868에서 마커에 대한 레이저 포인터의 정렬은 허용 오차 범위 내에 있는지를 점검할 수 있다. 정렬이 허용되지 않으면, 사용자는 도 10에 도시된 원 S로 진행하여 그 점 이후부터 과정을 반복한다. 정렬이 허용되면, 사용자는 도 16에 도시된 950에서 프로브 배치 스크린으로 진행할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 952에서 사용자는 계획 스테이션이 제안한 프로브 배치 순서가 허용되는 것인지를 점검할 수 있다. 허용되지 않는다면, 954에서 프로브가 삽입되어야 하는 순서를 변화시킬 수 있고, 956에서는 대체 프로브 배치 순서가 전시될 수 있다. 프로브 배치 순서가 허용된다면 958에서 사용자는 계획 스테이션의 데이터베이스에 저장된 목록 중에서 활성 프로브를 선택할 수 있다. 960에서 시도의 실제 진행은 선택된 프로브가 중심에 남아 있는 투시 3D 뷰로 가시화될 수 있다. 962에서 사용자는 프로브의 정렬을, 예컨대 "Align probe" 버튼을 선택하여 작동시킬 수 있다. 964에서 계획 스테이션의 소프트웨어는 CT 크래들이 이동되어야 하는 값(예, 위치 좌표)을 나타낸다. 966에서, CT 크래들은 표시된 값으로 이동한다. 968에서, CT 크래들 위치의 최종 값은 재확인하기 위해 입력한다. 970에서 환자의 관심 영역을 중재 시술을 위해 준비한다. 972와 974에서 위치결정 장치는 가동되어 중재 시술에 바람직한 위치로 이동시킨다. 976에서 위치결정 장치의 말단 이펙터 키는 말단 이펙터 내에 부시 구성요소를 클램프로 조이도록 작동된다. 부시 구성요소는 침(예컨대, 절제 도구) 게이지에 따라 선택할 수 있다. 978에서, 요추천자(LP) 침은 환자 신체에 진입점을 표시하는데 사용될 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 1050에서, 절제 침은 말단 이펙터에 클램프로 조여진 부시에 한정된 관강을 통해 전체 길이가 삽입된다. 1052에서 침 홀더는 경우에 따라 환자에게 연결되어 중재 시술 동안 절제 침을 지지한다. 침 홀더는 예컨대 공계류중인 인도 특허출원 일련번호 3363/CHE/2010(명세서는 본원에 전문이 참고 인용됨)에 기술된 침 홀더일 수 있다. 침 홀더가 시술에 사용되지 않아야 한다면, 위치결정 장치 상의 말단 이펙터 키는 1060에서 부시(예, 풋스위치가 작동될 수 있다)를 분리시키기 위해 작동될 수 있다. 침 홀더가 사용되어야 한다면, 사용자는 2가지 다른 종류의 침 홀더, 즉 경성 침 홀더 및 연성 침 홀더 중에서 선택할 수 있다. 이러한 침 홀더의 예는 앞의 참고문헌에 포함된 'XXX 출원에 기술되어 있다. 경성 침 홀더가 1054에서 선택된다면, 사용자는 침 홀더의 말단부를 위치결정 장치의 부시에 1056에서 부착할 수 있다. 1058에서, 침 홀더는 환자의 신체에 부착할 수 있다. 예를 들어, 침 홀더의 베이스부(예, 플랩) 위의 이면 스트립은 제거될 수 있고, 베이스 부가 환자의 피부에 부착될 수 있다. 1060에서, 위치결정 장치의 말단 이펙터 키는 말단 이펙터로부터 부시를 분리하도록 작동할 수 있다.
연성 침 홀더가 1062에서 선택된다면, 사용자는 말단 이펙터 키를 눌러서 1064에서 부시를 분리시킬 수 있다. 1066에서 침 홀더는 절제 침에 연결(예, 스냅식)될 수 있고, 침 홀더의 홀더부에 있는 개구부 내의 침 간의 간격을 조정할 수 있다. 1068에서, 침 홀더 플랩은 환자의 신체에 부착할 수 있다(1058에서 경성 홀더에 대해 기술된 것과 같거나 유사한 방식으로). 다음으로, 1070에서, 위치결정 장치의 "Pull Back" 키를 눌러서(예, 풋스위치를 작동시킬 수 있다) CT 테이블로부터 장치를 멀리 이동시키고 환자와 절제 침으로의 경로를 분명하게 할 수 있다. 1072에서, 점검 스캔은 절제 침이 바람직한 위치에 있는지를 확인하기 위해 수행할 수 있다. 예를 들어, 환자내 침 및 관심 영역의 영상을 촬영할 수 있다. 1074에서, 점검 스캔 영상은 위치결정 장치로 전송될 수 있다. 1076에서 "Check Placement" 버튼을 작동시켜 디스플레이 장치 위의 점검 배치 스크린을 불러올 수 있다. 1078에서 사용자는 점검 배치 작동을 활성화시키기 위해 영상 시리즈를 선택하여 "register"를 점검하고 선택할 수 있다. 1080에서, 소프트웨어는 2D 영상과 3D 영상에서 실제 침 위치와 계획된 침 위치(계획 절차로부터)를 디스플레이 장치에 나타낼 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 1150에서 침 위치가 허용되는지에 대해 측정이 이루어질 수 있다. 침 위치가 허용성이라면, 이것은 1152에서 확인될 수 있다. 침 위치가 허용되지 않으면, 그 다음 1154에서 나머지 침(들)의 계획된 위치가 현재 침의 실제 위치에 비추어 허용성인지에 관해 측정이 이루어질 수 있다. 남은 침(들)의 계획된 위치가 허용가능하다면, 이는 1152에서 확인할 수 있다. 계획이 경우에 따라 1156에서 개선되면, 이 경우 사용자는 그 다음 도 13의 흐름도에서 원 E를 따른다. 남아 있는 침의 위치가 허용되지 않는다면(예컨대, 1154에서) 절차는 1158에서 재개할 수 있고, 사용자는 도 10의 흐름도에서 원 S를 따를 수 있다.
모든 침 배치가 끝나면, 1060에서 절제 침을 임의의 필요한 접속부(예, 동력 근원)에 1062에서 부착될 수 있다. 침 배치가 1160에서 끝나지 않으면, 사용자는 도 16의 흐름도에서 원 P로 진행하고 이후 과정을 반복할 수 있다.
1064에서 절제 시술은 계획 절차에 사용된 파라미터를 가지고 수행할 수 있다. 절제 시술이 끝난 후, 위치결정 장치는 해체할 수 있고 1166에서 "home" 키를 누를 수 있다. 위치결정 장치는 1168에서 끄고 보관 위치로 이동시킬 수 있다. 1170에서 절제 시술의 효과를 측정하기 위해 환자의 관심 영역을 추가로 영상 촬영할 수 있고, 1172에서 영상은 위치결정 장치로 전송할 수 있다. 1174에서, 계획에 사용된 영상 시리즈와 절제 후 영상은 중첩시킬 수 있고 절제 효과를 1176에서 점검할 수 있다.
도 20은 한 양태에 따른 치료 계획을 만들어내는 방법을 예시한 흐름도이다. 이 방법은 1250에서 환자 신체 내의 관심 영역과 관련된 영상을 디스플레이 장치에서 가시화하는 것을 포함한다. 1252에서, 이 영상을 기초로 하여 치료할 관심 영역 내의 표적 조직의 선택은 디스플레이 장치에 연결되고 전기적 통신 상태에 있는 계획 스테이션에 입력할 수 있다. 1254에서, 표적 조직을 치료하기 위해 중재 시술 동안 사용할 제1 중재 도구의 선택 및 제2 중재 도구의 선택을 계획 스테이션에서 입력할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 이 방법은 추가로 제1 중재 도구에 의해 적용될 에너지(동력 수준 및/또는 시간을 선택하여) 및 제2 중재 도구에 의해 적용될 에너지(동력 수준 및/또는 시간을 선택하여)를 계획 스테이션에서 선택하는 것을 포함한다.
1256에서 선택된 표적 조직과 선택된 제1 중재 도구 및 제2 중재 도구를 기초로 한 표적 조직의 제1 치료 계획의 가시화 생성은 계획 스테이션으로부터 신청될 수 있다. 일부 양태에 따르면, 제1 치료 계획의 시뮬레이션 생성을 위한 계획 스테이션에서 신청이 이루어지고, 시뮬레이션이 디스플레이 장치에 가시화될 수 있다. 환자의 신체에 제1 중재 도구의 삽입을 포함하는 제1 치료 계획을 기반으로 하는 표적 조직을 치료하기 위한 중재 시술 동안, 1258에서 제2 치료 계획의 가시화가 생성되어야 하는 계획 스테이션에서 신청이 이루어질 수 있다. 제2 치료 계획은 제2 중재 도구의 선택된 동력 수준으로의 변화, 제2 중재 도구의 동력 수준을 적용하는 선택된 시간 기간 및/또는 제2 중재 도구의 위치를 포함할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 시뮬레이션은 디스플레이 장치에서 가시화될 수 있고, 제1 중재도구, 제2 중재 도구 및 환자 내의 관심 영역의 중첩된 영상을 포함할 수 있다. 일부 양태에 따르면, 이 방법은 추가로 계획 스테이션에서 제2 치료 계획의 시뮬레이션의 신청을 포함하고, 이 제2 치료 계획의 시뮬레이션은 디스플레이 장치에서 가시화될 수 있다.
본원에 기술된 시스템 및 본원에 기술된 방법은 소프트웨어(하드웨어에서 실행됨), 하드웨어 또는 이의 조합을 포함하고, 이에 의해 수행될 수 있는 것으로 생각한다. 하드웨어 모듈은 예컨대 다목적 프로세서, FPGA 및/또는 어플리케이션 특이적 통합 회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈(하드웨어서 실행됨)은 다양한 소프트웨어 언어(예, 컴퓨터 코드), 예컨대 C, C++, Java™, Ruby, Visual Basic™ 및 다른 객체지향적, 절차적 또는 다른 프로그래밍 언어 및 개발 도구로 표현될 수 있다. 컴퓨터 코드의 예로는 마이크로코드 또는 마이크로-명령, 컴파일러에 의해 생성된 것과 같은 기계어 명령, 웹 서비스 생산에 사용된 코드 및 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 고수준 명령을 함유하는 파일을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 컴퓨터 코드의 추가 예는 콘트롤 시그널, 암호화 코드 및 압축 코드를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
본원에 기술된 일부 양태는 다양한 컴퓨터-실행 조작을 수행하기 위한 명령 또는 컴퓨터 코드를 가진 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체(비일시적 프로세서-판독가능한 매체라고도 지칭될 수 있다)를 가진 컴퓨터 저장 산물에 관한 것이다. 컴퓨터 판독가능 매체(또는 프로세서-판독가능 매체)는 일시적 전파 시그널 자체(예, 스페이스 또는 케이블과 같은 전송 매체에서 정보를 운반하는 전파성 전자기파)를 포함하지 않는다는 의미에서 비일시적이다. 이 매체와 컴퓨터 코드(코드라고 지칭될 수도 있음)는 특정 목적 또는 목적들을 위해 설계되고 제작된 것일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체의 예로는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 저장 매체; 광학 저장 매체, 예컨대 컴팩트 디스크/디지털 비디오 디스크(CD/DVD), 컴팩트 디스크-읽기 전용 메모리(CD-ROM), 및 홀로그래픽 장치; 광자기 저장 매체, 예컨대 광학 디스크; 캐리어 웨이브 시그널 프로세싱 모듈; 및 프로그램 코드를 저장 및 실행하도록 특별히 구성된 하디웨어 장치, 예컨대 특수용도의 집적 회로("ASICs"), 프로그램가능한 논리 장치("PLDs"), 읽기 전용 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM) 장치를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
이상 다양한 양태들이 기술되었지만, 이는 예시일 뿐이며 제한하는 것이 아닌 것으로 이해해야 한다. 전술한 방법과 단계는 특정한 순서로 일어나는 특정한 경우를 나타내는 경우, 본 명세서의 혜택을 보는 당해 기술의 숙련된 자는 특정 단계의 순서가 변경될 수 있고 이러한 변경이 본 발명의 변화에 따른다는 것을 인식할 것이다. 또한, 특정 단계들은 전술한 바와 같이 순차적으로 수행될 뿐만 아니라 가능하다면 병렬 과정으로 동시에 수행될 수도 있다. 양태들은 특별하게 제시되고 기술되었으나, 다양한 형태와 세부사항의 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 다양한 양태들이 특별한 특징 및/또는 구성요소의 조합을 가진 것으로 설명되었지만, 본원에 기술된 임의의 양태로부터 임의의 특징 및/또는 구성요소의 임의의 조합 또는 하위조합을 가진 다른 양태들도 가능하다.

Claims (18)

  1. 프로세서가
    치료할 표적 조직을 포함하는 환자 체내의 관심 영역의 하나 이상의 영상과 관련된 영상 데이터를 수신하게 하고;
    상기 하나 이상의 영상을 디스플레이 장치에 전시하게 하고;
    메모리에 정보가 저장되어 있는 복수의 중재 도구 중에서 제1 중재 도구의 선택 사용자로부터 입력을 수신하게 하고,
    메모리에 정보가 저장되어 있는 복수의 중재 도구 중에서 제2 중재 도구의 선택 사용자로부터 입력을 수신하게 하며,
    환자의 체내의 제1 위치에 제1 중재 도구의 배치, 환자 체내의 제2 위치에 제2 중재 도구의 배치, 제1 중재 도구로부터 제1 에너지 양의 적용 및 제2 중재 도구로부터 제2 에너지 양의 환자 신체에 대한 적용을 포함하는 치료 계획을 디스플레이 장치에서 가시화할 수 있는 시뮬레이션으로 실행하게 하고;
    이 시뮬레이션을 기초로 하여 제1 중재 도구와 제2 중재 도구에 의해, 표적 조직을 포함하는 환자 조직에서 종합적으로 생성되는 열 효과의 열 모델을 생성하게 하며;
    이 열 모델을 디스플레이 장치 위에 전시하도록 하는 명령을 나타내는 코드를 저장하고 있는 비일시적 프로세서 판독가능 매체.
  2. 제 1 항에 있어서, 치료할 환자의 선택된 위치를 나타내는 사용자로부터의 입력을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  3. 제 1 항에 있어서, 제1 중재 도구에 의한 시뮬레이션 동안 적용되는 동력 수준의 선택 및 제2 중재 도구에 의한 시뮬레이션 동안 적용되는 동력 수준의 선택에 관한 사용자로부터의 입력을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  4. 제 1 항에 있어서, 시뮬레이션 동안 제1 중재 도구로부터 에너지를 적용하는 시간 기간의 선택 및 시뮬레이션 동안 제2 중재 도구로부터 에너지를 적용하는 시간 기간의 선택에 관한 사용자로부터의 입력을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  5. 제 1 항에 있어서, 디스플레이 장치에서 가시화될 수 있는 시뮬레이션이 제1 중재 도구, 제2 중재 도구 및 환자 내의 관심 영역의 중첩된 영상을 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  6. 제 1 항에 있어서, 시뮬레이션이 제1 시뮬레이션이고, 프로세서 판독가능 매체는
    환자 체내에 제1 중재 도구의 삽입을 비롯해서, 제1 시뮬레이션에 대응하는 치료 계획이 수행되고 있는 중재 시술 동안, 제1 시뮬레이션과 다른 제2 시뮬레이션을 실행하기 위해 제2 중재 도구의 선택된 동력 수준, 제2 중재 도구의 동력 수준을 적용하는 선택된 시간 기간 또는 환자 체내에서 제2 중재 도구의 위치 중 적어도 하나에 대한 변화를 포함하는 제2 시뮬레이션의 실행에 관한 사용자로부터의 입력을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  7. 제 1 항에 있어서, 시뮬레이션에 대응하는 치료 계획을 실행하는 중재 시술 동안 제1 중재 도구가 삽입되어 있는 환자 체내의 관심 영역의 적어도 하나의 영상과 관련된 영상 시그널을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  8. 프로세서가
    환자 체내의 관심 영역에 존재하는 표적 조직의 치료를 포함하는 영상 유도 중재 시술을 위한 제1 치료 계획을 제1 중재 도구와 제2 중재 도구를 사용하여 생성하고, 이 제1 계획이 소정의 제1 동력 수준과 제1 중재 도구가 제1 동력 수준을 적용하는 소정의 제1 시간 기간 및 소정의 제2 동력 수준과 제2 중재 도구가 제2 동력 수준을 적용하는 소정의 제2 시간 기간을 포함하도록 하고;
    제1 치료 계획을 실행하는 중재 시술 동안, 제1 중재 도구가 삽입되어 있는 환자 체내의 관심 영역에 대한 하나 이상의 영상과 관련된 영상 시그널을 수신하도록 하며;
    제1 치료 계획을 실행하는 사용자로부터, 제3 동력 수준, 제2 중재 도구의 제2 동력 수준 또는 제3 동력 수준을 적용하는 제3 시간 기간 중 적어도 하나를 포함하는 제2 치료 계획을 생성시키는 신청서를 나타내는 입력을 수신하도록 하는 명령을 나타내는 코드를 저장하고 있는 비일시적 프로세서 판독가능 매체.
  9. 제 8 항에 있어서, 시뮬레이션에 기초하여 제1 중재 도구와 제2 중재 도구로부터 종합적으로 생성된 열 효과와 관련된 표적 조직의 열 모델을 생성하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  10. 제 8 항에 있어서, 제1 치료 계획을 생성하기 전에 치료할 환자의 선택된 위치를 나타내는 사용자로부터의 입력을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  11. 제 8 항에 있어서, 제1 치료 계획을 생성하기 전에, 제1 중재 도구에 의해 제1 치료 계획 동안 적용될 동력 수준의 선택 및 제2 중재 도구에 의해 제1 치료 계획 동안 적용될 동력 수준의 선택에 관한 사용자로부터 입력을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  12. 제 8 항에 있어서, 제1 치료 계획을 생성하기 전에, 제1 중재 도구 유래의 동력을 적용하는 시간 기간의 선택 및 제2 중재 도구 유래의 동력을 적용하는 시간 기간의 선택에 관한 사용자로부터의 입력을 수신하는 코드를 더 포함하는 프로세서 판독가능 매체.
  13. 환자의 체내 관심 영역과 관련된 영상을 디스플레이 장치에서 가시화하는 단계,
    이 영상을 기초로 치료할 관심 영역 내의 표적 조직의 선택을 계획 스테이션에 입력하는 단계;
    표적 조직을 치료할 중재 시술 동안 사용할 제1 중재 도구 및 제2 중재 도구의 선택을 계획 스테이션에 입력하는 단계;
    표적 조직의 선택 및 제1 중재 도구와 제2 중재 도구의 선택을 기반으로 하여 표적 조직의 제1 치료 계획의 가시화 생성을 계획 스테이션에 신청하는 단계; 및
    환자 체내에 제1 중재 도구의 삽입을 포함하는 제1 치료 계획을 기초로 한 표적 조직을 치료하는 중재 시술 동안, 제2 중재 도구의 선택된 동력 수준, 제2 중재 도구의 동력 수준을 적용하는 제2 시간 기간 또는 제2 중재 도구의 위치 중 적어도 하나에 대한 변화를 포함하는 제2 치료 계획의 가시화가 생성되어야 함을 계획 스테이션에 신청하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 제1 중재 도구에 의해 적용되는 동력 수준 및 제2 중재 도구에 의해 적용되는 동력 수준을 계획 스테이션에서 선택하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 제1 중재 도구의 동력을 적용하는 시간 기간 및 제2 중재 도구의 동력을 적용하는 시간 기간을 계획 스테이션에서 선택하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 디스플레이 장치에서 가시화될 수 있는 제1 치료 계획의 시뮬레이션을 계획 스테이션에 신청하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 디스플레이 장치에서 가시화될 수 있는 시뮬레이션이 제1 중재 도구, 제2 중재 도구 및 환자 내 관심 영역의 중첩된 영상을 포함하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 계획 스테이션에, 디스플레이 장치에서 가시화될 수 있는 제2 치료 계획의 시뮬레이션을 신청하는 단계를 더 포함하는 방법.
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