KR20150096272A

KR20150096272A - 조직의 온도 제어 방법 및 이를 이용한 온도 제어 장치

Info

Publication number: KR20150096272A
Application number: KR1020140017522A
Authority: KR
Inventors: 김상현; 이호택; 방원철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-24
Also published as: US20150231418A1

Abstract

타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 사전에 획득하여, 타겟 조직을 목표 온도로 유지하기 위한 최적의 초음파 조사 세기를 결정하는데 획득된 조직 파라미터를 이용함으로써, 조직의 온도를 제어하는 방법 및 이를 이용한 온도 제어 장치를 개시한다.

Description

조직의 온도 제어 방법 및 이를 이용한 온도 제어 장치{Method of controlling temperature of tissue and apparatus of teperature control using the same}

조직의 온도 제어 방법 및 이를 이용한 온도 제어 장치에 관한 것이다.

의학의 발달과 더불어 종양에 대한 국소치료를 위해, 최근 최소침습적 수술에서 더 나아가 비침습적 수술이 사용되고 있다. 비침습적 수술법의 일 예로 고강도 집속 초음파(high intensity focused ultrasound, HIFU) 방식이 있다.

고강도 집속 초음파(high intensity focused ultrasound, HIFU)를 조직에 가할 경우, 가한 초음파에 따른 열 에너지에 의해 조직의 온도가 상승하게 된다.

타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 사전에 획득하여, 타겟 조직의 특성을 반영함으로써, 타겟 조직에 대한 정밀한 온도 제어가 가능한 조직의 온도를 제어하는 방법 및 이를 이용한 온도 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 조직의 온도를 제어하는 방법은, 초음파 조사에 따른 타겟 조직의 온도 변화도를 이용하여 상기 타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 획득하는 단계, 상기 타겟 조직에 대한 목표 온도와 상기 타겟 조직에 대한 측정 온도에 기초하여, 상기 획득된 조직 파라미터를 갖는 상기 타겟 조직에 대한 초음파 조사 세기(intensity)를 결정하는 단계 및 상기 결정된 초음파 조사 세기의 초음파를 상기 타겟 조직에 조사하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 온도 제어 장치는, 초음파를 타겟 조직에 조사하는 초음파 조사부, 상기 타겟 조직의 온도를 측정하는 온도 측정부, 초음파 조사에 따른 타겟 조직의 온도 변화도를 이용하여 상기 타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 획득하는 파라미터 획득부, 및 상기 타겟 조직에 대한 목표 온도와 상기 타겟 조직에 대한 측정 온도에 기초하여, 상기 획득된 조직 파라미터를 갖는 상기 타겟 조직에 대한 초음파 조사 세기(intensity)를 결정하는 온도 제어부를 포함하고, 상기 초음파 조사부는 상기 결정된 초음파 조사 세기의 초음파를 상기 타겟 조직에 조사한다.

타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 사전에 획득하여, 타겟 조직을 목표 온도로 유지하기 위한 최적의 초음파 조사 세기를 결정하는데 획득된 조직 파라미터를 이용함으로써, 타겟 조직에 대한 정확한 온도 제어가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치의 온도 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 온도 제어부의 조사 위치 결정 모듈이 타겟 조직에 초음파를 조사할 위치를 결정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치의 파라미터 회득부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 사전에 획득한 조직 파라미터를 반영하지 않고 타겟 조직에 대한 온도 제어가 수행된 경우와 사전에 획득한 조직 파라미터를 반영하지 않고 타겟 조직에 대한 온도 제어가 수행된 경우 각각에 대한 타겟 조직에 대한 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조직의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조직의 온도 제어 방법에서, 타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 획득하는 단계에 관한 상세 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조직의 온도 제어 방법에서, 초음파 조사 세기를 결정하는 단계에 관한 상세 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 한정하지 아니하고 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 도는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 실시예들은 조직의 온도 제어 방법 및 이를 이용한 온도 제어 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 발명과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치(100)는 온도 측정부(110), 온도 제어부(130), 초음파 조사부(150), 파라미터 획득부(170)를 포함할 수 있다.

온도 측정부(110)는 타겟 조직(10)의 온도를 측정한다. 온도 측정부(110)는 타겟 조직(10) 전체에 대해 실시간으로 온도를 측정할 수 있다. 타겟 조직(10)은 종양과 같은 병변을 포함하고 있는 생체 조직이 될 수 있다. 온도 측정부(110)는 타겟 조직(10)의 온도를 측정하기 위해, 써모커플(thermocouple)과 같이 몸에 삽입되어 측정할 수 있는 것뿐만 아니라, 자기 공명 온도 측정(magnetic resonance thermometry) 또는 초음파 온도 측정(Ultrasound thermometry)과 같은 비접촉 영상 방식으로 측정할 수 있는 것을 포함한다. 온도 측정부(110)는 초음파 조사를 통한 타겟 조직의 온도 제어를 위해, 먼저 짧은 시간 동안 초음파 조사에 따른 타겟 조직의 온도 변화를 측정할 수 있다. 또한, 온도 측정부(110)는 초음파 조사를 통한 타겟 조직의 온도를 제어하는 동안 계속하여 타겟 조직의 온도 변화를 측정할 수 있다.

온도 제어부(130)는 타겟 조직(10)에 대한 목표 온도와 온도 측정부(110)에서 측정된 온도에 기초하여, 타겟 조직(10)에 조사할 초음파 조사 세기(intensity)를 결정한다. 즉, 온도 제어부(130)는 타겟 조직(10)의 온도를 치료를 위한 특정 온도로 유지할 수 있도록 소정의 단위 시간마다 최적의 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 온도 제어 장치(100)는 초음파 조사에 따른 열 에너지를 이용하여 타겟 조직(10)의 온도를 타겟 조직(10)을 치료할 수 있는 목표 온도로 제어하기 위해 온도 제어부(130)를 포함한다. 이때, 목표 온도는 타겟 조직(10)에 대한 치료 방법에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 온열 요법(hyperthermia)을 통하여 타겟 조직(10)의 병변을 치료하는 경우, 타겟 조직(10)이 파괴되지 않도록 생체 조직에 안전을 보장할 수 있는 온도를 목표 온도로 설정할 수 있다.

초음파 조사부(150)는 초음파를 타겟 조직(10)에 조사한다. 초음파 조사부(150)는 소정의 초음파 조사 세기로 초음파를 조사할 수 있다. 초음파 조사부(150)는 초음파를 발생시켜 조사하는 트랜스듀서와 트랜스듀서를 구동하는 구동 드라이버 등을 포함할 수 있다. 온도 제어부(130)에서 결정된 초음파 조사 세기가 초음파 조사부(150)의 구동 드라이버에 입력되면, 타겟 조직(10)에 조사할 초음파가 트랜스듀서에서 생성될 수 있다. 또한, 온도 제어부(130)로부터 초음파를 조사할 위치에 관한 정보가 초음파 조사부(150)의 구동 드라이버에 입력되면, 타겟 조직(10)의 원하는 위치에 초음파를 조사할 수도 있다.

온도 제어 장치(100)의 온도 제어부(130)는 타겟 조직(10)에 대한 정밀한 온도 제어를 위하여, 타겟 조직(10)에 대한 초음파 조사 세기를 결정할 때, 타겟 조직(10)에 대한 특성을 더 반영하여 최적의 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 즉, 온도 제어부(130)는 조직의 특성을 나타내는 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 초음파 조사 세기 결정시에 이용하여 최적의 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 이를 위해, 온도 제어 장치(100)는 파라미터 획득부(170)를 포함한다.

파라미터 획득부(170)는 초음파 조사에 따른 타겟 조직(10)의 온도 변화도를 이용하여 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터를 획득한다. 즉, 파라미터 획득부(170)는 초음파 조사를 통한 타겟 조직(10)의 온도 제어를 위해, 먼저 짧은 시간 동안 초음파 조사 후 시간에 따른 타겟 조직(10)의 온도 변화도를 획득하고, 획득한 온도 변화도로부터 조직 파라미터를 추정함으로써, 조직 파라미터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 파라미터 획득부(170)는 타겟 조직(10)에 대한 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터를 소정의 범위 내에서 조정함으로써, 획득한 온도 변화도에 생체열전달 모델이 가장 부합할 때의 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터로 추정할 수 있다.

온도 제어부(130) 및 초음파 조사부(150)는 온도 측정부(110)에서 측정된 온도가 타겟 조직(10)에 대한 목표 온도가 되도록 소정의 단위 시간마다 반복적으로 동작할 수 있다. 즉, 온도 제어부(130) 및 초음파 조사부(150)는 타겟 조직(10)이 치료를 위한 특정 온도가 될 때까지 소정의 단위 시간마다 최적의 초음파 세기를 결정하여 조사하고, 목표 온도에 도달한 후에는 목표 온도를 유지하기 위해 소정의 단위 시간마다 최적의 초음파 세기를 결정하여 조사할 수 있다. 이때, 소정의 단위 시간은 수 내지 수백 밀리 세컨드(millisecond) 이하일 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 온도 제어부(130)를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치의 온도 제어부를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 발명과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

온도 제어부(130)는 타겟 조직(10)에 대한 목표 온도와 온도 측정부(110)에서 측정된 온도의 차이를 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 온도 제어부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 조사 위치 결정 모듈(132)과 조사 세기 결정 모듈(134)을 포함할 수 있다.

조사 위치 결정 모듈(132)은 타겟 조직(10)에 대해 초음파를 조사할 위치를 결정한다. 타겟 조직(10)의 전체 영역이 목표 온도를 유지할 수 있도록, 조사 위치 결정 모듈(132)은 초음파 조사부(150)가 타겟 조직(10)에 초음파를 조사할 위치를 소정의 단위 시간마다 결정할 수 있다. 고강도 집속 초음파의 경우, 타겟 조직(10) 전체에 대해 동시에 초음파를 조사하여 타겟 조직(10)의 온도를 높일 수 없기 때문에, 소정의 단위 시간마다 타겟 조직(10)의 일부 영역을 옮겨 가면서 초음파를 조사할 수 있다. 이때, 타겟 조직(10)에 초음파를 조사할 위치를 결정하는 소정의 단위 시간을 짧게 할수록, 타겟 조직(10) 전체에 대해 동시에 초음파를 조사하는 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

조사 위치 결정 모듈(132)은 소정의 단위 시간마다 타겟 조직(10)에 초음파를 조사할 위치를 적어도 하나 결정할 수 있다. 즉, 조사 위치 결정 모듈(132)은 소정의 단위 시간마다 타겟 조직(10) 내의 한 지점 또는 적어도 두 개의 지점을 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다. 예를 들어, 초음파 조사부(150)는 타겟 조직(10)에 대하여 초음파가 집속되는 복수 개의 초점을 가질 수 있는데, 조사 위치 결정 모듈(132)은 이와 같은 복수 개의 초점의 위치들 중 적어도 하나를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여, 조사 위치 결정 모듈(132)이 타겟 조직(10)에 초음파를 조사할 위치를 결정하는 방식을 설명한다.

도 3은 온도 제어부의 조사 위치 결정 모듈이 타겟 조직에 초음파를 조사할 위치를 결정하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 8mm X 8mm의 타겟 조직(10)이 표시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 타겟 조직(10)은 16개의 균등한 크기의 영역으로 나누어볼 수 있는데, 각 영역의 중심에 초음파를 집속시켜 초점을 형성할 수 있다. 즉, 타겟 조직(10)은 A 영역 내지 P 영역 총 16개의 2mm X 2mm의 영역들로 나누어볼 수 있고, 각 영역들의 중심에는 a 초점 내지 p 초점 총 16개의 초점들이 형성될 수 있다. 각 영역은 각 영역의 중심에 위치하는 초점에 집속되는 초음파의 영향을 주로 받게 된다. 즉, a 초점에 초음파가 집속되는 경우, A 영역이 초음파에 의한 열 에너지를 주로 받게 되고, 이에 따라 A 영역의 온도가 상승하게 된다.

온도 제어부(130)의 조사 위치 결정 모듈(132)은 타겟 조직(10)에 대해 초음파가 집속되는 복수 개의 초점의 위치들 중 적어도 하나를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다.

조사 위치 결정 모듈(132)은 복수 개의 초점의 위치들 각각의 온도를 고려하여 초음파를 조사할 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 조사 위치 결정 모듈(132)은 복수 개의 초점의 위치들 각각의 온도 중 가장 낮은 온도를 갖는 초점의 위치를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다. 즉, 목표 온도가 42℃라고 할 때, a 초점 내지 o 초점의 온도가 모두 40℃이고, p 초점의 온도가 38℃이면, p 초점을 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다.

조사 위치 결정 모듈(132)은 복수 개의 초점의 위치들 각각에 대하여, 각 초점 위치로부터 타겟 조직(10)의 임의의 위치까지의 거리에 가중치를 반영한 타겟 조직(10)의 평균 온도를 고려하여 초음파를 조사할 위치를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 조사 위치 결정 모듈(132)은 각 초점 위치로부터 타겟 조직(10)의 임의의 위치까지의 거리가 멀수록 낮은 가중치를 부여하여 타겟 조직(10)의 평균 온도를 계산하고, 이를 고려하여 초음파를 조사할 위치를 결정할 수 있다. 이때, 조사 위치 결정 모듈(132)은 각 초점이 포함된 영역 이외의 위치에 대해서는 가중치를 0을 부여하고, 각 초점이 포함된 영역 이내의 위치에 대해서만 거리에 따른 가중치를 반영하여 각 영역별 평균 온도를 계산함으로써, 초음파를 조사할 위치를 결정할 수도 있다. 즉, a 초점은 a 초점으로부터 A 영역 내의 임의의 위치에 대한 거리에 따른 가중치를 부여하여 계산한 가중 평균 온도를 기준으로 하고, b 초점 내지 p 초점 역시 이와 같은 방식으로 계산한 각각의 가중 평균 온도를 기준으로 하여, 초음파를 조사할 위치를 결정할 수 있다.

조사 위치 결정 모듈(132)은 동시에 두 개 이상의 초점을 초음파를 조사할 위치로 결정할 수도 있다. 즉, 위에서 언급한 방식에 의할 때, 적어도 두 개의 초점이 같은 값을 갖는 경우 그 초점들 모두를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다. 예를 들어, a 초점 내지 p 초점 중 f 초점과 k 초점이 갖는 온도 또는 평균 온도가 가장 낮다면 f 초점과 k 초점 모두를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다. 뿐만 아니라, 위에서 언급한 방식에 따라 최선순위의 초점과 차순위의 초점으로 판단된 경우, 최선순위의 초점과 차순위의 초점 모두를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수도 있다. 예를 들어, a 초점 내지 p 초점 중 g 초점이 갖는 온도 또는 평균 온도가 가장 낮고, j 초점이 갖는 온도 또는 평균 온도가 그 다음으로 낮은 경우, g 초점과 j 초점 모두를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 조사 세기 결정 모듈(134)은 목표 온도와 조사 위치 결정 모듈(132)에서 결정된 위치에 대해 측정된 온도에 기초하여, 결정된 위치에 대한 초음파 조사 세기를 결정한다. 이때, 생체열전달 모델(bio heat transfer model)을 이용하여 조사 위치 결정 모듈(132)에서 결정된 위치에 대한 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다.

생체열전달 모델(bio heat transfer model)은 어떤 조직의 온도가 변화하는 모습을 수학적으로 표현한 것으로서, 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

여기서

는 조직의 밀도(density)이고,

는 조직의 비열(specific heat)이다.

는 조직 내 위치

에서 시간

일 때의 온도이고,

는

의 시간에 대한 변화량으로서 시간

에 대한 1차 미분 값을 의미하고,

는

의 위치에 대한 변화량으로서 위치

에 대한 2차 공간 미분 값을 의미한다.

는 조직의 열전도도(thermal conductivity)이고,

는 조직 내 혈류의 관류량(perfusion rate)이며,

는 조직 내 혈류의 비열(specific heat)이고,

는 조직 내 혈류의 온도(temperature)이다.

는 외부로부터 조직 내

위치에

시간 일 때 가해지는 열이다.

외부로부터 조직 내

위치에

시간 일 때 가해지는 열(

)은 다양한 열 발생장치를 이용하여 인가할 수 있다. 예를 들어, 초음파를 조사하여 조직에 열을 가할 수 있는데, 이때, 초음파를 조사하여 조직에 가하는 열(

)은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 흡수 계수(absorption coefficients)이고,

는 초음파의 주파수(frequency)이며,

는 초음파 조사 세기(intensity)이다.

초음파를 조사하여 조직에 열을 가하는 경우, 수학식 1과 수학식 2를 이용하면, 초음파 조사 세기는 다음과 같은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치(100)에서는 수학식 3의

의 시간에 대한 변화량으로서 시간

에 대한 1차 미분 값을 의미하는

의 값으로써, 목표 온도와 측정된 온도의 차이 값을 적용하여 목표 온도가 되도록 하는 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 이때, 온도 제어 장치(100)의 온도 제어부(130)는 타겟 조직(10)에 대한 정밀한 온도 제어를 위하여, 타겟 조직(10)에 대한 초음파 조사 세기를 결정할 때, 조직의 특성을 나타내는 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 초음파 조사 세기 결정시에 이용하여 최적의 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치(100)의 온도 제어부(130)는 목표 온도와 측정된 온도의 차이를 파라미터 측정부(170)가 획득한 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 이를 위하여 파라미터 획득부(170)는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터 중 조직 내 혈류의 관류량(perfusion rate), 조직의 열전도도(thermal conductivity), 및 흡수 계수(absorption coefficients) 중 적어도 하나를 사전에 획득할 수 있다.

조사 세기 결정 모듈(134)은 초음파를 조사할 위치가 적어도 두 개인 경우, 결정된 위치에 대해 측정된 온도들 중 목표 온도에 가장 가까운 온도에 기초하여, 결정된 위치에 대한 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 목표 온도가 42℃라고 할 때, a 초점 내지 n 초점의 온도가 모두 40℃이고, o 초점의 온도가 37℃, p 초점의 온도가 38℃이면, p 초점의 온도인 38℃를 n 초점과 o 초점에 대해 조사할 초음파 조사 세기를 결정하는데 적용할 수 있다. 이는, 조사 위치 결정 모듈(132)에서 초음파를 조사할 위치로 두 개를 결정한 경우, 두 위치의 온도 또는 평균 온도가 같다면 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용할 측정 온도 값이 하나이므로 바로 그 값을 적용하면 되나, 최선순위의 위치와 차순위의 위치 모두를 초음파를 조사할 위치로 결정한 경우라면 차순위의 위치가 갖는 온도 또는 평균 온도를 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용할 측정 온도 값으로 적용하여 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 이는 결정된 초음파 조사 세기의 초음파를 두 개의 위치에 조사하더라도 어느 한쪽이 목표 온도를 초과하여 상회하는 문제가 발생되지 않도록 하기 위함이다. 목표 온도를 초과하는 경우, 타겟 조직(10)이 파괴될 수 있기 때문이다.

조사 세기 결정 모듈(134)에 대한 다른 실시예로써, 조사 세기 결정 모듈(134)은 초음파를 조사할 위치가 적어도 두 개인 경우, 결정된 위치 각각에 대해 측정된 온도에 기초하여, 결정된 위치 각각에 대한 초음파 조사 세기를 결정할 수도 있다. 위의 예에서, o 초점은 측정된 온도인 37℃에 기초하여 초음파 조사 세기를 결정할 수 있고, p 초점은 측정된 온도인 38℃에 기초하여 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다.

조사 세기 결정 모듈(134)에 대한 또 다른 실시예로써, 조사 세기 결정 모듈(134)은 초음파를 조사할 위치가 적어도 두 개인 경우, 결정된 위치에 대해 측정된 온도들 중 목표 온도와 가장 차이가 나는 온도에 기초하여, 결정된 위치 각각에 대한, 안전 범위 내의 초음파 조사 세기를 결정할 수도 있다. 위의 예에서, n 초점의 온도인 37℃에 기초하여, 초음파 조사 세기를 결정할 수 있으나, 이 때 결정된 초음파 조사 세기는 결정된 위치 각각에 대하여 안전 범위 내의 초음파 조사 세기이어야 한다.

한편, 조사 위치 결정 모듈(132)도 생체열전달 모델(bio heat transfer model)을 이용하여 초음파 조사 위치를 결정할 수 있다. 조사 위치 결정 모듈(132)은 타겟 조직에 대해 측정된 온도와 소정의 조사 세기의 초음파를 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 타겟 조직(10)의 온도 분포를 미리 예측해봄으로써, 초음파를 조사할 위치를 결정할 수 있다. 즉, 초음파가 타겟 조직(10)의 어느 위치에 집속되면 열확산에 의해 열이 주변으로 전달되는데, 이러한 열확산을 고려하여 생체열전달 모델(bio heat transfer model)을 이용함으로써, 타겟 조직(10)의 온도 분포를 예측하고 최적의 위치를 결정할 수 있다. 다만, 이때에도, 보다 정밀한 온도 제어를 위하여, 조사 위치 결정 모듈(132)은 조직의 특성을 나타내는 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 초음파 조사 위치를 결정시에 이용하여 최적의 초음파 조사 위치를 결정할 수 있다. 즉, 조사 위치 결정 모듈(132)는 타겟 조직(10)에 대한 측정된 온도와 소정의 조사 세기의 초음파를 파라미터 측정부(170)가 획득한 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 타겟 조직(10)의 온도 분포를 미리 예측함으로써, 초음파를 조사할 위치를 결정할 수 있다. 이를 위하여 파라미터 획득부(170)는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터 중 조직 내 혈류의 관류량(perfusion rate), 조직의 열전도도(thermal conductivity), 및 흡수 계수(absorption coefficients) 중 적어도 하나를 사전에 획득할 수 있다.

조사 위치 결정 모듈(132)에서 결정된 초음파 조사 위치와 조사 세기 결정 모듈(134)에서 결정된 초음파 조사 세기는 초음파 조사부(150)에 전달되며, 초음파 조사부(150)는 이를 반영하여, 결정된 초음파 조사 세기를 갖는 초음파를 발생시켜 결정된 초음파 조사 위치에 조사할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치의 파라미터 회득부를 설명하기 위한 도면이다.

앞에서 설명한 바와 같이 온도 제어부(130)의 조사 위치 결정 모듈(132)이나 조사 세기 결정 모듈(134)은 초음파 조사 위치 결정 또는 초음파 조사 세기 결정에 생체열전달 모델(bio heat transfer model)을 사용할 수 있는데, 타겟 조직(10)에 대한 보다 정밀한 온도 제어를 위하여, 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터를 사전에 미리 획득할 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치(100)는 파라미터 획득부(170)를 포함할 수 있으며, 이를 이용하여 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터를 사전에 미리 획득할 수 있다.

파라미터 획득부(170)는 타겟 조직(10)에 초음파 조사 후 시간에 따른 온도 변화도를 획득하고, 획득한 온도 변화도로부터 조직 파라미터를 추정함으로써, 조직 파라미터를 획득할 수 있다. 구체적으로, 파라미터 획득부(170)는 타겟 조직(10)에 대한 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터를 소정의 범위 내에서 조정함으로써, 획득한 온도 변화도에 부합하는 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터로 추정할 수 있다.

도 4를 참조하면, 온도 측정부(110)에 의해 측정된 온도 값을 이용하여 파리미터 획득부(170)가 획득한 온도 변화도를 확인할 수 있다. 온도 변화도에는 전체 400초 동안 측정된 온도의 변화가 나타나 있다. 0초 이후, 초음파 조사부(150)의 초음파 조사로 인하여 온도가 상승하는 구간과 온도가 유지되는 구간이 있음을 알 수 있고, 300초 이후, 초음파 조사가 중단되어 온도가 하강하는 구간이 있음을 알 수 있다.

파라미터 획득부(170)는 온도 측정부(110)에 의해 측정된 온도 값을 이용하여 획득한 온도 변화도를 기준으로 하여, 타겟 조직(10)에 대한 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터의 값을 소정의 범위 내에서 조정함으로써 온도 변화도의 그래프와 가장 부합할 때의 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터로 추정할 수 있다. 도 4를 보면, 파라미터 획득부(170)에서 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터를 조정하여, 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 따른 온도 변화가 소정의 시간 동안 실제 측정된 타겟 조직(10)의 온도를 나타내는 온도 변화도와 거의 일치하는 그래프를 생성하였음을 알 수 있다. 파라미터 획득부(170)는 이때의 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터로 추정할 수 있다. 파라미터 획득부(170)가 획득할 수 있는 조직 파라미터는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터 중 조직 내 혈류의 관류량(perfusion rate), 조직의 열전도도(thermal conductivity), 및 흡수 계수(absorption coefficients) 중 적어도 하나일 수 있다. 파라미터 획득부(170)에 의해 획득된 조직 파라미터는 온도 제어부(130)에 전달될 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 사전에 획득한 조직 파라미터를 반영하지 않고 타겟 조직에 대한 온도 제어가 수행된 경우와 사전에 획득한 조직 파라미터를 반영하지 않고 타겟 조직에 대한 온도 제어가 수행된 경우 각각에 대한 타겟 조직에 대한 온도 분포를 나타낸 도면이다.

사전에 획득한 조직 파라미터를 반영하지 않고 타겟 조직(10)에 대한 온도 제어가 수행된 경우의 타겟 조직에 대한 온도 분포를 나타낸 도 5a보다 사전에 획득한 조직 파라미터를 반영하여 타겟 조직(10)에 대한 온도 제어가 수행된 경우의 타겟 조직에 대한 온도 분포를 나타낸 도 5b에 목표 온도인 42℃를 갖는 영역이 훨씬 넓음을 알 수 있다. 즉, 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터를 반영하여 타겟 조직(10)에 대한 온도 제어를 수행한 경우, 더욱 정밀한 온도 제어가 가능함을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조직의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하 생략된 내용이라 하더라도 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 장치에 관하여 이상에서 기술한 내용은 그대로 적용될 수 있다.

610 단계에서, 파라미터 획득부(170)는 초음파 조사에 따른 타겟 조직(10)의 온도 변화도를 이용하여 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터를 획득한다. 온도 제어 장치(100)의 온도 제어부(130)는 타겟 조직(10)에 대한 정밀한 온도 제어를 위하여, 타겟 조직(10)에 대한 특성을 나타내는 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 초음파 조사 위치 또는 초음파 조사 세기를 결정시에 이용하여 최적의 초음파를 조사하기 위함이다. 이하, 도 7을 이용하여, 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터를 획득하는 단계에 대해 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조직의 온도 제어 방법에서, 타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 획득하는 단계에 관한 상세 흐름도이다.

710 단계에서, 초음파 조사부(150)는 타겟 조직(10)에 초음파를 조사한다. 이는 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터를 사전에 획득하기 위해 필요한 온도 변화도를 얻기 위한 것으로, 짧은 시간 동안 초음파를 이용하여 타겟 조직(10)에 열을 발생시키기 위함이다.

720 단계에서, 파라미터 획득부(170)는 타겟 조직(10)의 시간에 따른 온도 변화도를 획득한다. 구체적으로, 파라미터 획득부(170)는 초음파 조사부(150)의 초음파 조사 후 소정의 시간 동안 온도 측정부(110)에 의해 측정된 온도로부터 온도 변화도를 획득할 수 있다. 이때, 온도 변화도는 온도가 상승하는 구간, 온도가 유지되는 구간, 및 온도가 하강하는 구간 등을 포함하고 있을 수 있으며, 타겟 조직(10)의 열에 대한 실제 반응을 확인할 수 있다.

730 단계에서, 파라미터 획득부(170)는 획득한 온도 변화도로부터 조직 파라미터를 추정한다. 파라미터 획득부(170)는 타겟 조직(10)에 대한 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터를 소정의 범위 내에서 조정함으로써, 획득한 온도 변화도에 부합하는 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터로 추정할 수 있다. 파라미터 획득부(170)는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터를 조정하여, 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 따른 온도 변화가 소정의 시간 동안 실제 측정된 타겟 조직(10)의 온도를 나타내는 온도 변화도와 거의 일치할 때의 조직 파라미터를 타겟 조직(10)에 대한 조직 파라미터로 추정할 수 있다. 파라미터 획득부(170)가 획득할 수 있는 조직 파라미터는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 조직 파라미터 중 조직 내 혈류의 관류량(perfusion rate), 조직의 열전도도(thermal conductivity), 및 흡수 계수(absorption coefficients) 중 적어도 하나일 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 620 단계에서, 온도 제어부(130)는 타겟 조직(10)에 대한 목표 온도와 측정된 온도에 기초하여, 파라미터 획득부(170)에 의해 획득된 조직 파라미터를 갖는 타겟 조직(10)에 대한 초음파 조사 세기(intensity)를 결정한다. 이때, 타겟 조직(10)에 대한 목표 온도와 측정된 온도의 차이를 파라미터 획득부(170)에 의해 획득된 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 이하, 도 8을 이용하여, 초음파 조사 세기를 결정하는 단계에 대해 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조직의 온도 제어 방법에서, 초음파 조사 세기를 결정하는 단계에 관한 상세 흐름도이다.

810 단계에서, 온도 제어부(130)의 조사 위치 결정 모듈(132)은 타겟 조직(10)에 초음파를 조사할 위치를 결정한다. 조사 위치 결정 모듈(132)은 소정의 단위 시간마다 타겟 조직(10)에 초음파를 조사할 위치를 적어도 하나 결정할 수 있다. 예를 들어, 조사 위치 결정 모듈(132)은 타겟 조직(10)에 대해 초음파가 집속되는 복수 개의 초점의 위치들 각각의 온도를 고려하여 복수 개의 초점의 위치들 중 적어도 하나를 초음파를 조사할 위치로 결정할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 조사 위치 결정 모듈(132)은 타겟 조직(10)에 대한 측정된 온도와 소정의 조사 세기의 초음파를 파라미터 획득부(170)에서 획득된 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 타겟 조직(10)의 온도 분포를 미리 예측함으로써, 초음파를 조사할 위치를 결정할 수도 있다.

820 단계에서, 온도 제어부(130)의 조사 세기 결정 모듈(134)은 목표 온도와 조사 위치 결정 모듈(132)에서 결정된 위치에 대해 측정된 온도에 기초하여, 파라미터 획득부(170)에서 획득된 조직 파라미터를 갖는 타겟 조직(10)의 결정된 위치에 대한 초음파 조사 세기를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 방법은 파라미터 획득부(170)에서 획득된 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 목표 온도와 측정된 온도의 차이 값을 적용하여 조사 위치 결정 모듈(132)에서 결정된 위치에 대한 초음파 조사 세기를 결정할 수 있다. 타겟 조직(10)에 대해 사전에 획득한 조직 파라미터를 초음파를 이용한 타겟 조직(10)의 온도 제어에 사용함으로써, 타겟 조직(10)에 대한 온도 제어가 정확하게 수행될 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 630 단계에서, 초음파 조사부(150)는 온도 제어부(130)의 조사 세기 결정 모듈(134)에서 결정된 초음파 조사 세기의 초음파를 타겟 조직(10)에 조사한다. 온도 제어부(130)의 조사 위치 결정 모듈(132)에서 결정된 초음파 조사 위치와 조사 세기 결정 모듈(134)에서 결정된 초음파 조사 세기는 초음파 조사부(150)에 전달되며, 초음파 조사부(150)는 이를 반영하여, 결정된 초음파 조사 세기를 갖는 초음파를 발생시켜 결정된 초음파 조사 위치에 조사할 수 있다.

초음파 조사 세기를 결정하는 620 단계 및 초음파를 타겟 조직(10)에 조사하는 630 단계는 측정된 온도가 타겟 조직(10)에 대한 목표 온도가 되도록 소정의 단위 시간마다 반복적으로 수행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 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.

100 ... 온도 제어 장치
110 ... 온도 측정부
130 ... 온도 제어부
132 ... 조사 위치 결정 모듈
134 ... 조사 세기 결정 모듈
150 ... 초음파 조사부
170 ... 파라미터 획득부

Claims

초음파 조사에 따른 타겟 조직의 온도 변화도를 이용하여 상기 타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 획득하는 단계;
상기 타겟 조직에 대한 목표 온도와 상기 타겟 조직에 대한 측정 온도에 기초하여, 상기 획득된 조직 파라미터를 갖는 상기 타겟 조직에 대한 초음파 조사 세기(intensity)를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 초음파 조사 세기의 초음파를 상기 타겟 조직에 조사하는 단계;
를 포함하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 획득하는 단계는,
상기 타겟 조직에 초음파를 조사하는 단계:
상기 타겟 조직의 시간에 따른 온도 변화도를 획득하는 단계; 및
상기 획득한 온도 변화도로부터 상기 조직 파라미터를 추정하는 단계;
를 포함하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 조직 파라미터를 추정하는 단계는,
상기 타겟 조직에 대한 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 상기 조직 파라미터를 소정의 범위 내에서 조정함으로써, 상기 획득한 온도 변화도에 부합하는 조직 파라미터를 상기 타겟 조직에 대한 상기 조직 파라미터로 추정하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 조직 파라미터는 조직 내 혈류의 관류량(perfusion rate), 조직의 열전도도(thermal conductivity), 및 흡수 계수(absorption coefficients) 중 적어도 하나인 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 온도 변화도는 온도가 상승하는 구간, 온도가 유지되는 구간, 및 온도가 하강하는 구간을 포함하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 조사 세기를 결정하는 단계는,
상기 목표 온도와 상기 측정된 온도의 차이를 상기 획득된 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 상기 초음파 조사 세기를 결정하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟 조직에 초음파를 조사할 위치를 결정하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 초음파 조사 세기를 결정하는 단계는,
상기 목표 온도와 상기 결정된 위치에 대해 측정된 온도에 기초하여, 상기 획득된 조직 파라미터를 갖는 상기 타겟 조직의 상기 결정된 위치에 대한 초음파 조사 세기를 결정하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 위치를 결정하는 단계는,
상기 타겟 조직에 대한 측정된 온도와 소정의 조사 세기의 초음파를 상기 획득된 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 상기 타겟 조직의 온도 분포를 미리 예측함으로써, 상기 초음파를 조사할 위치를 결정하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 위치를 결정하는 단계는,
상기 타겟 조직에 대해 초음파가 집속되는 복수 개의 초점의 위치들 각각의 온도를 고려하여 상기 복수 개의 초점의 위치들 중 적어도 하나를 상기 초음파를 조사할 위치로 결정하는 조직의 온도를 제어하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 조사 세기를 결정하는 단계 및 상기 초음파를 상기 타겟 조직에 조사하는 단계는 상기 측정된 온도가 상기 타겟 조직에 대한 상기 목표 온도가 되도록 소정의 단위 시간마다 반복적으로 수행되는 조직의 온도를 제어하는 방법.
초음파를 타겟 조직에 조사하는 초음파 조사부;
상기 타겟 조직의 온도를 측정하는 온도 측정부;
초음파 조사에 따른 타겟 조직의 온도 변화도를 이용하여 상기 타겟 조직에 대한 조직 파라미터를 획득하는 파라미터 획득부; 및
상기 타겟 조직에 대한 목표 온도와 상기 타겟 조직에 대한 측정 온도에 기초하여, 상기 획득된 조직 파라미터를 갖는 상기 타겟 조직에 대한 초음파 조사 세기(intensity)를 결정하는 온도 제어부;
를 포함하고,
상기 초음파 조사부는 상기 결정된 초음파 조사 세기의 초음파를 상기 타겟 조직에 조사하는 온도 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 파라미터 획득부는,
상기 타겟 조직에 초음파 조사 후 시간에 따른 온도 변화도를 획득하고, 상기 획득한 온도 변화도로부터 상기 조직 파라미터를 추정하는 온도 제어 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 파라미터 획득부는,
상기 타겟 조직에 대한 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 사용되는 상기 조직 파라미터를 소정의 범위 내에서 조정함으로써, 상기 획득한 온도 변화도에 부합하는 조직 파라미터를 상기 타겟 조직에 대한 상기 조직 파라미터로 추정하는 온도 제어 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 조직 파라미터는 조직 내 혈류의 관류량(perfusion rate), 조직의 열전도도(thermal conductivity), 및 흡수 계수(absorption coefficients) 중 적어도 하나인 온도 제어 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 온도 변화도는 온도가 상승하는 구간, 온도가 유지되는 구간, 및 온도가 하강하는 구간을 포함하는 온도 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 온도 제어부는,
상기 목표 온도와 상기 측정된 온도의 차이를 상기 획득된 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 상기 초음파 조사 세기를 결정하는 온도 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 온도 제어부는,
상기 타겟 조직에 초음파를 조사할 위치를 결정하는 조사 위치 결정 모듈; 및
상기 목표 온도와 상기 결정된 위치에 대해 측정된 온도에 기초하여, 상기 획득된 조직 파라미터를 갖는 상기 타겟 조직의 상기 결정된 위치에 대한 초음파 조사 세기를 결정하는 조사 세기 결정 모듈;
을 포함하는 온도 제어 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 조사 위치 결정 모듈은,
상기 타겟 조직에 대한 측정된 온도와 소정의 조사 세기의 초음파를 상기 획득된 조직 파라미터를 사용하는 생체열전달 모델(bio heat transfer model)에 적용하여 상기 타겟 조직의 온도 분포를 미리 예측함으로써, 상기 초음파를 조사할 위치를 결정하는 온도 제어 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 조사 위치 결정 모듈은,
상기 타겟 조직에 대해 초음파가 집속되는 복수 개의 초점의 위치들 각각의 온도를 고려하여 상기 복수 개의 초점의 위치들 중 적어도 하나를 상기 초음파를 조사할 위치로 결정하는 온도 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 온도 제어부 및 상기 초음파 조사부는 상기 측정된 온도가 상기 타겟 조직에 대한 상기 목표 온도가 되도록 소정의 단위 시간마다 반복적으로 동작하는 온도 제어 장치.