KR20180038538A - 영상 유도형 고강도 초음파 치료 디바이스 및 조준 장치 - Google Patents

영상 유도형 고강도 초음파 치료 디바이스 및 조준 장치 Download PDF

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Abstract

고강도 초음파 치료를 단순화하는 x-선 유도형 고강도 초음파 치료를 위한 장치, 방법 및 키트가 제공된다. 이러한 장치는 암, 크래들, 크래들 내에 부착되고, 초음파 치료 에너지빔을 환자 안의 치료 위치로 전송하는, 중심축을 가지는 고강도 초음파(FUS) 트랜스듀서, 및 x-선 촬상 유닛에 연결되는 영상 워크스테이션을 포함한다. FUS는 FUS의인가를 제어하기 위한 제어기에도 연결된다. 키트는 커플링 부재(들)를 활용한다.

Description

영상 유도형 고강도 초음파 치료 디바이스 및 조준 장치
본 발명은 고강도 초음파(FUS) 분야에 관한 것이고, 특히 X-선 유도형 FUS 디바이스 분야에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
도 1 은 선행 기술의 무선주파수(RF) 신경 절제 시술의 고수준 개략도이다. RF 절제 시술은 통증과 염증이 있는 관절(70)에 신경이 통하게 하는 내측 분기 신경을 열적으로 파괴하는 것을 포함한다. RF 절제 시술은 클리닉 또는 병원 세팅에서 X-선을 유도하면서 수행되는데, x-선은 바늘(92)의 선단부를 표적화된 척추의 후관절(73)의 횡관절 돌기(71)와 상관절 돌기(72)의 접합부로 유도하기 위해 치료하는 의사에 의해 사용되어, 바늘을 내측 신경 분기(91)의 경로에 따라 배치한다. 바늘(92)은 RF 에너지를 통해 자신의 선단부에서 열을 발생시키고, 조직을 자신의 선단부 주위의 작은 원통형 형상으로 열적 응고시키는데, 이것도 역시 내측 신경 분기를 포함한다. 종래 기술의 절제 시술은, 환자에게는 감염과 출혈 위험이 있는 침투식이고 불편하며 고통스러운 시술이다.
후속하는 내용은 본 발명에 대한 초기 이해를 제공하는 간략화된 개요이다. 이러한 개요는 중요한 요소 및 본 발명의 범위를 반드시 식별하는 것은 아니고, 단지 상세한 설명에 대한 도입부로서의 역할을 할 뿐이다.
영상 유도 고강도 초음파 치료용 X-선 유도형 장치는, 자신의 베이스에서 시술 플랫폼에 부착되는 관절형 암; 상기 암의 원단부에 부착되는 크래들; 상기 크래들 내에 부착되는 조준 장치; 상기 크래들 내에 부착되고, 초음파 치료 에너지빔을 환자 안의 치료 위치에 전송하도록 구성되는, 중심축을 가지는 고강도 초음파(FUS) 트랜스듀서 - 상기 FUS 트랜스듀서는 상기 트랜스듀서에 의한 고강도 초음파의 인가를 제어하기 위한 제어기에 연결됨 -; 및 X-선 촬영 시스템으로부터 영상 데이터를 유도하도록 구성된 촬상 유닛에 연결되는 영상 워크스테이션을 포함한다.
이러한 장치는 FUS 트랜스듀서의 위치 및 배향을 조준하는 것을 돕기 위하여 x-선 시스템과 같은 영상 디바이스를 사용하여, 초점 스폿을 치료 위치로 유도한다.
본 발명의 이러한, 추가적인, 및/또는 그 외의 양태 및/또는 장점들은 후속하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 설명되고; 상세한 설명으로부터 유추될 수 있으며; 및/또는 본 발명을 실시함으로써 익힐 수 있다.
본 발명의 실시예들을 더 잘 이해하게 하고 본 발명이 어떻게 실시될 수 있는지를 보여주기 위하여, 전체에 걸쳐서 유사한 번호들이 대응하는 요소들 또는 섹션들을 가리키는 첨부 도면을 예시적으로 참조할 것이다.
첨부 도면에서:
도 1 은 선행 기술의 RF 절제 시술의 고수준 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 X-선 유도형 고강도 초음파 치료 장치 및 그 컴포넌트의 고수준 개략도이다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 X-선 유도형 장치에서 사용되는 크래들의 고수준 개략도 및 측방향 x-선 영상이다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 X-선 유도형 장치에서 사용되는 조준 장치(광학 마커 및 x-선 마커가 있는 모형)의 고수준 개략도 및 이미지이다.
도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 방법을 예시하는 고수준 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c 는, X-선 유도형 장치에서 사용되는, 본 발명의 일부 실시예에 따른 치료 애플리케이션의 일 예이다.
도 7a 및 도 7b 는 조준 장치의 조준 마커의 고수준 개략도이다.
도 8a 및 도 8b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 X-선 유도형 디바이스에서 사용되는, 상이한 디자인의 광학 마커의 고수준 개략도 및 이미지이다.
도 9a 및 도 9b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 X-선 유도형 장치에서 사용되는, 상이한 디자인의 수정된 x-선 표적의 고수준 개략도이다.
도 10 은 적절하게 정렬된 수정된 x-선 표적의 X-선 영상이다.
도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 다른 방법을 예시하는 고수준 흐름도이다.
도 12a 내지 도 12h 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 X-선 유도형 디바이스에서 사용되는, 상이한 타입의 x-선 표적 및 조준 장치를 포함하는 FUS 트랜스듀서의 x-선-영상들이다.
도 13a 내지 도 13c 는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 트랜스듀서가 제 자리에 있는 AP 영상의 디바이스 영상 워크스테이션 영상 처리의 베이스라인 영상(도 13a 및 도 13b) 및 결과(도 13c)의 스크린샷들이다.
도 14a 및 도 14b 는 초음파 유도형 디바이스의 촬상 및 치료 초음파 프루브들을 정렬하고, 이를 통하여 치료 음향 초점을 초음파 영상의 중앙에 포지셔닝하는 것을 보여주는 개략도이다.
후속하는 상세한 설명에서, 본 발명의 다양한 양태들이 설명된다. 설명하기 위해서, 본 발명이 완전히 이해되게 하기 위해서 특정한 구성과 세부 사항들이 언급된다. 그러나, 본 명세서에 제공된 특정 세부사항들이 없어도 본 발명이 실시될 수 있다는 것이 당업자들에게는 명백할 것이다. 더욱이, 본 발명의 논점을 흐르지 않기 위해서 잘 알려진 피쳐들은 생략되거나 단순화되었을 수 있다. 도면들을 특정하여 참조할 때, 도시된 특이사항들은 오직 예시로써 그리고 본 발명을 예시적으로 논의하기 위하여 도시되는 것일 뿐이며, 본 발명의 이론적이고 개념적인 양태들의 가장 유용하면서도 쉽게 이해되는 설명일 것으로 여겨지는 내용을 제공하기 위해서 제시된다는 것을 강조해 둔다. 이러한 관점에서, 본 발명의 구조적인 세부사항을 본 발명의 기본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세히 설명하려고 시도되지 않으며, 도면과 함께 제공되는 상세한 설명은 본 발명의 여러 형태들이 실무상 어떻게 구현될 수 있는지를 당업자들에게 명백하게 이해할 수 있게 한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예를 자세하게 설명하기 이전에, 본 발명이 후속하는 상세한 설명에서 진술되거나 도면에 표시된 구성요소들의 디자인 및 배치구성의 세부사항에만 적용되는 것으로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다양한 방법들로 실시되거나 수행될 수 있는 다른 실시예와 개시된 실시예들의 조합에 적용가능하다. 또한, 본 명세서에서 채용된 어법 및 용어는 설명하기 위한 목적을 위한 것이라는 것이 이해되어야 하고 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
구체적으로 그렇지 않다고 진술되지 않으면, 후속하는 설명으로부터 명백한 것과 같이, 명세서 전체에 걸쳐서, "처리," "컴퓨팅," "계산," "결정," "증강", 또는 기타 등등과 같은 용어를 사용한 논의는, 컴퓨팅 시스템의 레지스터 및/또는 메모리 내에서 물리적, 예컨대 전자적, 양으로서 표현되는 데이터의, 컴퓨팅 시스템의 메모리, 레지스터 또는 다른 이러한 정보 저장, 송신 또는 디스플레이 디바이스 내의 물리량으로서 이와 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및/또는 변환하는 컴퓨터, 컴퓨팅 시스템, 또는 유사한 전자적 컴퓨팅 디바이스의 액션 및/또는 돌기를 지칭한다는 것이 인정될 것이다.
영상 유도 고강도 초음파(FUS) 치료를 위한 X-선 유도형 장치 및 방법이 제공된다. 이러한 장치는, 자신의 베이스에서 시술 플랫폼에 부착되는 관절형 암, 상기 암의 원단부에 부착되는 크래들, 조준 장치, 상기 크래들 내에 부착되고, 초음파 치료 에너지빔을 표적 환자 안의 치료 위치에 전송하도록 구성되는, 중심축을 가지는 FUS 트랜스듀서 및 x-선 표적 - 상기 FUS 트랜스듀서는 상기 트랜스듀서에 의한 고강도 초음파의 인가를 제어하도록 구성되는 제어기에 연결됨 -, 및 X-선 촬영 시스템으로부터 영상 데이터를 유도하도록 구성된 촬상 유닛에 연결되는 영상 워크스테이션을 포함한다. 이러한 장치는, C-암, 형광투시법 또는 임의의 일반적인 x-선 촬영 시스템과 같은 적절한 영상 디바이스가 구축된 클리닉 또는 병원 세팅에서 사용될 수 있다. 이러한 장치는, 상이한 촬영 시스템(예를 들어, CT, MRI 또는 임의의 다른 시스템)에 의해 촬영된 영상들이 FUS 치료 시술 중에 생성된 영상들과 합성, 레지스트레이션, 및 중첩되는 수술전 촬영 시스템에 의해 유도될 수 있다. 이러한 장치는 C-암, O-암, G-암, X-선 컴퓨터 단층촬영(CT) 또는 임의의 다른 X-선 디바이스와 조합되어 사용될 수 있다. 이러한 장치는 임의의 초음파 촬영 시스템과 호환가능할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 영상 유도형 FUS 치료를 위한 X-선 유도 장치(100)의 고수준 개략도이다. 장치(100)는 그 베이스에서 시술 플랫폼(90)에 부착되는 관절형 암(111)을 포함한다. 어떤 실시예들에서는, 시술 플랫폼(90)은 수술실 테이블, 촬영 테이블 및 전용 카트 중 적어도 하나를 포함할 수 있는데, 카트는 전자제품과 다른 디바이스의 부속품을 운번하도록 설계되고, 카트 바퀴는 카트의 이동을 막도록 잠기게 설계된다. 장치(100)는 암(111)의 원단부에 부착된 크래들(110)을 더 포함할 수 있다. 장치(100)는 트랜스듀서 표면(120)을 조직(80)의 표면(83)과 음향적으로 커플링하도록 구성되는 커플링 부속품(125)을 더 포함할 수 있다.
장치(100)는 크래들(110) 내에 부착되고, FUS 에너지빔(140)을 환자 안의 치료 위치(141)로 전송하도록 구성되는, 중심축(112)을 가지는 FUS 트랜스듀서(120)를 더 포함할 수 있다. 장치(100)는 FUS 에너지(140)가 전달되는 것을 중단하도록 구성되는 트리거(119)를 더 포함할 수 있다. 장치(100)는, 사용자 인터페이스에 의해 제어될 수 있는, 치료 FUS 트랜스듀서(120)에 의한 FUS 에너지 전달을 제어하도록 구성되는 제어기(160)를 더 포함할 수 있다. 장치(100)는 스크린(165)을 더 포함할 수 있다. 스크린(165)은, 비한정적으로, 선택된 전력 레벨, 음파처리 지속기간, 정보를 가진 유지보수 및 서비스 메시지와 같은 기술적 정보를 의사에게 제공한다. 스크린(165)은 본질적으로 워크스테이션(180)이 제공하는 임상 정보를 포함할 수 있고, 그 반대의 경우에는 워크스테이션(180)이 기술적 정보를 제공할 수 있다. 장치(100)는 크래들(110) 내부에 부착되도록 구성되는 조준 장치(130)를 더 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)은 FUS 트랜스듀서(120) 및 조준 장치(130) 양자 모두가 크래들 내에 동시에 부착될 수 있도록 더욱 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, x-선 표적(150)이 FUS 트랜스듀서(120)에 부착되어 x-선 유도가 가능하게 할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)은, 비한정적으로, 전-후(A-P), 외부-내부(S-I), 좌측-우측(L-R)과 같은 여러 모션 자유도를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)은 조준 장치 및 FUS 트랜스듀서의 삽입, 잠금, 및 해제를 부드럽게 수용하도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110), FUS 트랜스듀서(120), 조준 장치(130) 및 x-선 표적(150)은 단일 유닛으로 제작된다.
장치(100)는, X-선 증폭기(85) 및 X-선 소스(86)를 포함하는 X-선 촬영 시스템을 더 포함할 수 있는데, X-선 증폭기(85) 및 x-선 소스(86)는 x-선 촬영 시스템으로서 연결된다. 어떤 실시예들에서는, X-선 촬영 시스템은 치료 위치(141)를 포함하는 조직(80)의 영역(91)을 촬영하도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, x-선 촬영은 FUS 치료 이전에 또는 치료 도중에 수행될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 장치(100)는 다음 x-선 타입: C-암, O-암, G-암 및 임의의 다른 일반적인 X-선 타입 중 적어도 하나와 호환가능하도록 구성할 수 있다.
장치(100)는 x-선 촬영 시스템의 x-선 증폭기(85)에 연결되는 워크스테이션(180)을 더 포함할 수 있는데, 워크스테이션(180)은 X-선 촬영 시스템으로부터 영상 데이터를 유도하도록 구성된다. 어떤 실시예들에서는, 제어기(160) 및 스크린(165)은 워크스테이션(180) 내에 결합될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 관절형 암(111)은 시술 플랫폼(90)에 부착되는 기계식 암이거나 로봇식 암일 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 관절형 암(111)은, 비한정적으로, 전-후(A-P), 외부-내부(S-I), 좌측-우측(L-R), 및 요, 피치 및 롤과 같은 틸트와 같은 여러 자유도를 포함할 수 있어서, FUS 에너지빔(140)이 환자 안의 요구되는 치료 위치(141)로 정렬되게 한다. 어떤 실시예들에서는, 관절형 암(111)은 크래들(110)의 미리 규정된 배향 및 위치에서 암을 정렬하기 위해 수동으로 및/또는 전자적으로 및/또는 자동적으로 조절될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 장치(100)는 관절형 암(111)의 위치 및 배향을 원격으로 제어하도록 구성되는 수동 또는 제어형 원격 기동 모듈을 더 포함할 수 있다. 기동 모듈은 비한정적인 방식으로 관절형 암(111)에 연결되는 적어도 하나의 로드(rod), 및 관절형 암(111)의 모션을 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함할 수 있다. 로드는 금속, 플라스틱, 목재 및 탄소 중 적어도 하나로 제작될 수 있다. 관절형 암(111)을 원격 제어하면 수술 의사가 X-선에 노출되는 것을 최소화할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 기동 모듈의 제어 유닛은 제어기(160) 및/또는 워크스테이션(180) 내에 구현될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 커플링 부속품(125)은 FUS 트랜스듀서(120)의 내부 형상을 따라가도록 설계되어, 음향 커플링 품질을 향상시키고 환자 피부(83)와의 커플링을 향상시키기 위해서 필요한 유연성을 제공한다. 어떤 실시예들에서는, 커플링 부속품(125)은 유체 또는 젤이 충진된 풍선 또는 멤브레인일 수 있다. 풍선 또는 멤브레인은, 커플링 부속품(125)이 시술 중에 크래들(110)에 부착되게 고정하는 고무 및/또는 링을 사용하여 크래들(110)에 부착될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 커플링 부속품(125)은 젤 패드를 포함할 수 있다. 젤 패드(125)는 각도 기동 유연성을 보장하기 위하여, 자신의 마진을 포함하면서 FUS 트랜스듀서(120)의 내부 형상을 따라가도록 설계될 수 있다. 이러한 마진이, FUS 트랜스듀서와 젤 패드(125) 사이의 커플링에 악영향을 주지 않으면서, 수술 의사가 상이한 각도 위치에서 크래들(110) 및 FUS 트랜스듀서(120)를 조작할 수 있게 할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 젤 패드(125)는, FUS 트랜스듀서(120)의 삽입 시에 젤 패드(125)를 크래들(110)에 부착하도록 크래들(110) 주위를 감싸는 형상으로 설계될 수 있다. 젤 패드(125)는 환자 피부(83)에 부착되는 면에 있는 볼록 형상으로서 설계될 수도 있다. 이러한 볼록 형상은 젤 패드(125)와 환자 피부(83) 사이의 커플링에 악영향을 주지 않으면서 수술 의사가 상이한 각도 위치에서 크래들(110)을 조작할 수 있게 할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 커플링 부속품(125)은: 광학적으로 투명, 음향적으로 투명 및 방사선학적으로 투명한 것 중의 하나일 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 커플링 부속품(125)은 조직(80) 내로 들어가는 음향 빔(140)의 미리 규정된 관통 각도로 트랜스듀서(120)를 포지셔닝하는 것을 유도하도록 설계될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, FUS 트랜스듀서(120)는: 커플링 부속품(125)의 상이한 크기의 사용하는 것 및 / 또는 페이즈드 어레이(phased array) 트랜스듀서 요소들을 전자 스티어링(electronic steering)처럼 튜닝하는 것 중 적어도 하나를 사용하여, 위치(141)의 포지션에 따라서 FUS 에너지(140)를 상이한 깊이로 전달하도록 구성될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, FUS 트랜스듀서(120)는 인접한 골상(bone structure)을 활용하고 인접한 연조직에 피해가 가지 않도록 하면서, FUS 빔 에너지(140)를 집속된 방식으로 초점 스폿 위치와 같은 치료 위치(141)로 투영시키도록 더욱 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, FUS 트랜스듀서(120)는: 단일 요소 또는 요소들의 페이즈드 어레이 또는 두 개 이상의 환형 요소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, FUS 트랜스듀서(120)는 치료 위치(141)의 닫힌 환경에서(예를 들어 도 3b 참조) 소정 범위(141A) 내의 깊이에서 기하학적으로 집속된 적어도 두 개의 환형 링 요소를 포함할 수 있다. FUS 트랜스듀서(120)의 환형 요소 구조에 의하면, 적어도 두 개의 환형 요소 각각이 상이한 위상으로 진동하게 동작시킴으로써, FUS 빔(140)의 음향 초점을 기하학적 초점 깊이에 가깝게 또는 멀게 위치시킬 수 있다. 그러면 단일 FUS 트랜스듀서(120)가 동일한 애퍼쳐 크기를 가지지만 상이한 기하학적 초점 길이를 가지는 일련의 트랜스듀서들처럼 동작할 수 있다. 그러면, 수술 시에, 수술 의사가 FUS 빔(140)의 음향 초점의 깊이를 치료 위치(141)의 깊이에 맞게 조절할 수 있게 되고, 따라서 치료의 효능이 개선된다. 어떤 실시예들에서는, 트랜스듀서의 상이한 환형 요소들은 다소 상이한 주파수에서 구동될 수 있는데(비간섭성 모드), 그러면 결과적으로 길쭉한 음향 초점을 형성하기 위하여 요소들 사이의 상대 위상이 연속적으로 변하게 된다. 어떤 실시예들에서는, FUS 트랜스듀서(120)의 환형 링 요소들 중 적어도 하나는, 높은 세기의 음향 에너지에 노출되어서는 안 되는 빔 경로 내의 척추 뼈 돌출부 또는 다른 음향적으로 흡수하는 구조체와 FUS 에너지빔(140)이 충돌하지 않게 하기 위하여, 턴오프되도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, FUS 트랜스듀서(120)의 중심축(112)은 환자의 등에 대해 틸팅되어, 에너지빔(140)이 골상에 대해 소정 각도로 척추 상의 치료 위치(141)로 전송됨에 따라서 FUS 에너지(140)가 차단될 수 있는 상황(예를 들어, 척추 돌출부 및 척추층(lamina)에 의해서)을 피하도록 할 수 있다. 특정 각도는 뼈 표면에 대한 입사각이 굴절각보다 작아져서, FUS 에너지(140)의 대부분이 뼈에 의해 흡수되고 반사되지 않게 하도록 선택될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 장치(100) 및 투영된 FUS 에너지(140)는 뼈가 에너지를 흡수하는 것을 최대화하기 위하여, 뼈에 대한 음향 에너지의 입사각을 최적화하기 위하여 사용될 수 있다. 빔 각도가 뼈에 수직이면, 뼈가 음향 에너지를 흡수하는 것이 최대가 된다.
도 3a 는 크래들(110)의 고수준 개략도이다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)은 원뿔 경계의 투영이 FUS 트랜스듀서(120)에 의해 생성된 FUS 빔(140)과 일치하도록 기하학적 원뿔 형상을 가지게끔 설계된다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)의 원뿔 형상은, 원뿔의 측방향 투영 꼭지점(예를 들어, 원뿔 경계의 투영의 교점)이 FUS 에너지빔(140)의 초점 깊이에 대응하도록 설계된다. 따라서, 크래들(110)의 원뿔 형상은, FUS 에너지빔(140)이 도 3b 에 도시된 바와 같이 치료 위치(141)에 집속되도록 유도하기 위하여, X-선 영상에서 보이는 마커로서 사용될 수 있다. 도 3b 는 본 발명의 일부 실시예에 따르는 크래들(110)의 측방향 x-선 영상의 고수준 개략도이다. 어떤 실시예들에서는, 워크스테이션(180)은, 크래들(110)의 측방향 x-선 영상을 수신하고, 크래들(110)의 측방향 x-선 영상을 스크린(165)으로 전송하며, 당업계에 주지된 영상 처리를 사용하여 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서를 통해 크래들(110)의 원뿔 경계의 투영을 인식하고, 이러한 투영을 크래들(110)의 측방향 x-선 영상에 디스플레이하도록 구성되는 소프트웨어 모듈을 더 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 투영 원뿔 경계의 교점은 원뿔의 측방향 투영 꼭지점을 나타내고, 이것은 FUS 에너지빔(140)의 초점 깊이에 대응한다. 따라서, 원뿔의 측방향 투영 꼭지점은 수술 의사가 FUS 에너지빔(140)을 정확하고 안전하게 치료 위치(141)로 네비게이션하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 크래들(110)의 원추형 기하학적 구조는 측방향 뷰(view)의 광범위한 측방향 투영 영상에서 변하지 않는다. 따라서, 꼭지점을 가지는 원뿔 형상이 일정 범위의 뷰로부터 복구될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)은: 방사선 불투명 재료, 방사선 불투명 재료가 코팅된 방사선 투명 재료 및 방사선 반불투명 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 영상 유형도 중재 시술, 특히 무프레임 정위 시술(frameless stereotactic procedure)은, 특수 마커가 부착된 대상물을 추적하여 FUS 에너지빔(140)을 타겟 위치(141)에 레지스트레이션하고 네비게이션하는 것을 돕는 입체 광학적 영상 센서를 수반한다. 이러한 마커는 통상적으로, 가시 범위 내에서 쉽게 식별될 수 있는 큰 구, 또는 특정 대상물을 고유하게 식별하고 가시 범위 내에서 추적할 수 있는 인코딩된 흑백 바코드형 라벨이다. 구는 시야각이 변환되어도 그 형상이 거의 불변이기 때문에 특히 널리 이용된다. CT 또는 MR와 같은 3D 이미징 치료법(modalities)에서, 마커는 1차원 또는 2 차원이고, 보일 수 있도록 방사선 불투명 재료 또는 자성 재료로 제작된다. X-선(형광투시법) 유도의 경우, 방사선 불투명 마커가 있는 2D 템플릿이 수술전 3D 영상 데이터와의 레지스트레이션 및 추적을 위해 통상적으로 사용된다.
도 4a 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 크래들(110)내에 위치되는 조준 장치(130)의 고수준 개략도이다. 어떤 실시예들에서는, 조준 장치(130)는 크래들(110) 내에 위치되도록 구성되는 모형(115)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 모형(115)은 수술 의사가 환자 피부(83)를 가시 범위 내에 유지하게 하는 투명 재료(예를 들어, 퍼스펙스(Perspex))를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 모형(115)은 타겟 위치(141)의 선명한 X-선 영상을 생성하기 위한 방사선 투명 재료(예를 들어, 퍼스펙스 및 탄소 섬유)를 포함할 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 조준 장치(130)는 적어도 하나의 광학 마커 홀더(113)를 더 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 광학 마커 홀더(113)는 적어도 하나의 레이저 포인터를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 적어도 하나의 광학 마커 홀더(113)는 FUS 트랜스듀서(120) 및 크래들(110)의 중심축(112)과 나란한 직선을 그리도록 정렬될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 적어도 하나의 광학 마커 홀더(113)는 x-선 촬영 시스템 가시 범위(85)의 법선에 대한 크래들(110) 및 FUS 트랜스듀서(120)의 위치를 검증하기 위한 추가선을 그리도록 구성될 수 있다.
도 4b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 조준 장치(130)의 모형(115) 및 광학 마커 홀더(113)의 고수준 개략도이다. 어떤 실시예들에서는, 조준 장치(130)는 적어도 하나의 광학 마커 홀더(113)의 수직축에 위치된 적어도 두 개의 x-선 조준 마커(133, 134)를 더 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, x-선 조준 마커(133, 134)는 링일 수 있다. 적어도 하나의 x-선 조준 마커(133, 134)는 적어도 하나의 홈(133A)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 모형(115) 및 x-선 조준 마커(133, 134) 중 적어도 하나는 비대칭일 수 있고, 비대칭은 광학적으로 그리고 방사선학적으로 모두 보여질 수 있어서, 수술 의사가 양자 모두의 뷰를 상관시켜 크래들(110)을 중심축(112)에 따라 x-선 증폭기(85)와 상호 정렬시키기 위해 필요한 이동의 방향 및 각도를 결정하게 한다.
어떤 실시예들에서는, 모형(115) 및 광학 마커 홀더(113) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 X-선 기준점 마커를 포함하여, x-선 영상에서 모형(115) 배향이 발견되게 할 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 광학 마커 홀더(113)는 모형(115)에 가깝게 부착되거나 배치된 개개의 온오프 스위치를 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 방법을 예시하는 고수준 흐름도이다. 단계 510 에서, 적어도 하나의 방사선 불투명 마커가 x-선 증폭기(85)(예를 들어 도 6a 의 70A 참조)의 중앙에 배치된다. 단계 515 에서, 환자는 시술 플랫폼(90)에서 복와위로 포지셔닝된다. 환자가 테이블 위에 포지셔닝된 후에, 환자 척추와 크래들 양자 모두가 X-선 가시 범위 내에서 보일 수 있도록 테이블과 C-암 사이의 상대 높이가 조절된다. 높이가 설정되면, 이것은 시술 전체에 걸쳐서 잠김 상태를 유지할 것이다. 이러한 조절은 측방향 X-선 영상과 테이블 높이 및 C-암 높이를 조작함으로써 수행된다.
단계 520 에서, X-선 암(87)(예를 들어 도 2 참조)은, X-선 영상에서 보이는 방사선 불투명 마커(70A)를 환자 안의 치료 위치(141)(예를 들어 도 6a 의 70A-2 참조)와 중첩되게 배치하도록 수평으로 이동된다. 어떤 실시예들에서는, X-선 증폭기(85)는 치료 위치(141)에 대해 소정 각도로 포지셔닝되어, 방사선 불투명 마커(70A)를 치료 위치(141) 상에 중첩시킬 수 있다. 각도가 설정된다면, 이것은 단계 520 이전에 수행된다는 점에 주의하는 것이 중요하다. 이러한 각도는 뷰의 원하는 각도일 것인데, 이것은 환자 신체로의 FUS 에너지 침투의 각도이기도 하다. 단계 525 에서, 적어도 하나의 일시적 마커(84)(예를 들어, 바늘의 선단부)를 환자 피부(83) 위에 임시 배치함으로써 x-선 촬영 중에 방사선 불투명 마커(70A-2)를 사용하여 치료 위치(141)를 검증한 이후에(예를 들어 도 6b 참조), 방사선 불투명 마커(70B)는 수술 의사가 선택하는 특정 위치에서 환자의 피부(83) 위에 배치된다. 어떤 실시예들에서는, 마커(70B)는 오직 시각적 마커만이거나 시각적 마커일 수도 있다. 이러한 마커는 FUS 에너지에 의한 환자 피부로의 근 거리장 가열 및 손상을 피하기 위해 큰 음향 흡수를 가지지 않는다.
단계 530 에서, 커플링 부속품(125)은 단계 525 에서와 같이, 마커(70B) 위에서 환자의 피부(83)에 배치된다. 단계 535 에서, 모형(115)이 있는 크래들(110)이 커플링 부속품(125) 상에 배치된다(예를 들어, 도 6b 참조).
단계 540 에서, 모형(115) 상의 적어도 하나의 광학 마커 홀더(113)가 턴온되고, 장치(100)의 관절형 암(111) 및 환자의 피부(83) 상의 방사선 불투명 마커(70B) 및 증폭기(85) 상의 방사선 불투명 마커(70A)로의 코리니어(co-linear) 레이저에 의한 포인팅을 사용하여 크래들(110)이 정렬된다. 단계 545 에서, x-선 촬영 시스템 가시 범위의 중심의 법선에 대한 크래들(110) 및 모형(115)의 축(112)을 따른 정렬을 검증하기 위해 X-선 영상이 촬영된다. 단계 550 에서, 정렬의 검증이 수행된다. 단계 545 로부터 얻어진 X-선 영상에 있는 방사선 불투명 마커(70A-2, 70B-1)가 중첩된다면, 이것은 크래들(110) 및 모형(115)이 x-선 촬영 시스템 가시 범위의 중심과 축(112)을 따라 정렬된다는 것을 의미한다(예를 들어 도 6c 참조). 방사선 불투명 마커(70A-2, 70B-1)가 단계 545 로부터 얻어진 X-선 영상에서 중첩되지 않으면, 단계 535 가 다시 수행돼야 한다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110) 및 모형(115)과 x-선 촬영 시스템 가시 범위의 중심의 법선과의 정렬은, 적어도 하나의 광학 마커 홀더(113)의 수직축에 위치된 적어도 두 개의 x-선 조준 마커(133, 134)를 사용해서도 검증될 수 있다. 크래들(110) 및 모형(115)이 x-선 촬영 시스템 가시 범위의 중심의 법선과 축(112)에 따라 정렬된다면, x-선 조준 마커(133, 134)는 단계 545 에서 얻어진 x-선 영상에서 동심으로 나타날 것이다(예를 들어 도 7a 참조). x-선 조준 마커(133, 134)가 단계 545 에서 얻어진 X-선 영상에서 동심인 것으로 보이지 않으면(예를 들어 도 7b 참조), 단계 535 가 반복돼야 한다. 조준 장치(130)의 특정 범위의 위치 및 각도 오차가 허용될 수 있다. 조준 마커 직경들 사이의 갭과 같은 x-선 조준 마커(133, 134)의 형상 및/또는 크기에 의해서, 허용된 오차의 표시가 수술 의사에게 제공될 수 있는데, 이것은 내부 x-선 조준 마커(133) 주위에서 보이는 상태를 유지하여 오차 한계 내에 정렬된다는 것을 표시해야 한다. 특정 실시예들에서, 이러한 단계에서 크래들 및 조준 장치의 정렬 품질에 대한 판정은, X-선 영상이 필요 없이 광학 마커만에 따라서 수행될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 크래들(110)의 정렬은 증폭기(85)를 바라보는 크래들(110) 또는 FUS 트랜스듀서(120)에 위치된 깊이 카메라에 의해 생성되는 깊이 영상에 기초하여 수행될 수 있다. 크래들(110)은, 증폭기(85)의 평평한 면이 깊이 영상 분석에 따라서 크래들(110)에 평행하도록 정렬될 수 있고, 증폭기(85)의 형상은, 크래들(110), 증폭기(85) 및 중심축(112)이 콜리니어하도록 크래들(110) 또는 FUS 트랜스듀서(120)의 중앙에 센터링된다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)의 정렬은 증폭기(85)를 바라보는 크래들(110) 또는 FUS 트랜스듀서(120) 상에 위치된, 비한정적으로 초음파, RF, IR 또는 레이저 센서와 같은 적어도 두 개의 거리 센서에 기초하여 수행될 수 있다. 이러한 센서는 증폭기(85)로부터의 거리를 측정하고, 크래들(110)이 증폭기(85) 면에 대해 평행 정렬 상태가 되게 하기 위해 필요한 정렬을 표시할 수 있다. 거리 센서를 보완하여, 증폭기(85)를 바라보는 크래들(110) 또는 FUS 트랜스듀서(120) 상에 위치된 카메라는, 증폭기(85)에 대한 크래들(110)의 위치를 표시하기 위한 증폭기(85) 라운드 형상의 영상, 및 중심축(112), 증폭기(85) 및 크래들(110)을 상호 정렬하기 위해서 크래들(110)을 이동시켜야 하는 방향을 생성할 것이다. 어떤 실시예들에서는, 크래들(110)의 정렬은 크래들(110) 또는 FUS 트랜스듀서(120)에 그리고 증폭기(85)에 위치되는 적어도 두 개의 듀얼 축 틸트-미터 또는 앵귤레이션(angulation) 센서에 기초하여 수행될 수 있다. 이러한 센서는 크래들(110) 또는 FUS 트랜스듀서(120) 및 증폭기(85)의 각도를 측정하고, 크래들(110)이 증폭기(85) 면에 대해 평행 정렬 상태가 되게 하기 위해 필요한 정렬을 표시할 수 있다. 이것은, 절대 각도 측정 또는 베이스라인과 평행한 배향에서 이루어진 후속하는 캘리브레이션에 기초하여 수행될 수 있다. 각도 센서를 보완하여, 증폭기(85)를 바라보는 크래들(110) 또는 FUS 트랜스듀서(120) 상에 위치된 카메라는, 증폭기(85)에 대한 크래들(110)의 위치를 표시하기 위한 증폭기(85) 라운드 형상의 영상, 및 증폭기(85)의 중심축을 크래들(110)과 공동 정렬하기 위해서 크래들(110)을 이동시켜야 하는 방향을 생성할 것이다. 틸트-미터 또는 앵귤레이션 센서는 유선이거나 무선일 수 있고, 요구된 각도를 측정하기 위해서 모든 현존하는 기술을 사용한다.
단계 555 에서, X-선 촬영 시스템의 C-암(87)은, 바람직하게는 크래들 축(112)에 수직인 각도로 측면으로 틸팅되어, 워크스테이션(180)의 소프트웨어 모듈에 의해 인식된 FUS 빔 경로(140)를 사용하여 치료 위치(141)의 깊이를 검증한다(예를 들어 도 3b 참조). C-암(87)의 틸팅은 바람직하게는 단일 축에서 수행돼야 한다. 유도를 위해 CT, 초음파 등과 같은 다른 타입의 이미징을 사용하는 경우, 트랜스듀서 초점의 위치는 영상으로부터 외삽될 수 있다. 치료 깊이가 검증되면, 적용가능한 초점 범위 내에서, C-암(87)이 자신의 이전의 수직 위치로 다시 이동되어야 한다. C-암(87)은 모형(115)의 각도에 따라서, 방사선 불투명 마커(70A 및 70B) 상의 광학 마커 홀더(113)를 가리키면서 리포지셔닝되어야 한다. 어떤 실시예들에서는, X-선 영상은 정렬을 검증하기 위해 다시 촬영될 수 있다.
단계 560 에서, 모형(115)이 크래들(110)로부터 제거되고, 트랜스듀서(120)가 크래들(110) 내에 삽입된다. 단계 565 에서, x-선 표적(150)이 FUS 트랜스듀서(120) 내에 배치된다. 단계 570 에서, x-선 표적(150)을 사용하는 단계 550 에서와 같이, 크래들(110)과 FUS 트랜스듀서(120)가 x-선 촬영 시스템 가시 범위의 중심의 법선과 축(112)을 따라 정렬된다는 것을 검증하기 위해 x-선 영상이 촬영된다. 단계 575 에서, FUS 음향 에너지빔(140)이 투입되고 타겟 위치(141)의 절제가 수행된다. 어떤 실시예들에서는, FUS 음향 에너지는 절제 수준의 에너지 펄스를 투입하기 전에 환자마다의 목표 피드백을 검증하기 위해 처음엔 낮은 레벨에서 투입될 수 있다.
도 8a 및 도 8b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 상이한 위치에 위치된 광학 마커 홀더의 고수준 개략도이다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 광학 마커(113) 또는 미러(114)로부터 유래하는 레이저 빔이 C 암(112)의 중심축 라인과 정렬되고, 증폭기 플레이트의 중앙에 있는 방사선 불투명 마커가 x-선 영상에 있는 치료 타겟과 일치하도록 조절되기 때문에, 모형(115)을 사용할 필요가 없다. 그 대신에, 직접적으로 FUS 트랜스듀서에 부착된 x-선 / 광학 표적이 사용될 수 있다.
광학 마커 홀더(113)(도 8a) 또는 미러(114)(도 8b)는 C 암(X-선) 증폭기 플레이트(85)의 중앙에 부착될 수 있다. 광학 마커 홀더(113) 또는 미러(114)는, 수동으로 및/또는 자동적으로 증폭기 플레이트에 대한 각도 정렬을 허용하도록, 그리고 레이저 빔을 C 암 소스(86)(도 2)의 중앙으로 투영시킴으로써 C 암(도 2)의 중심축(112)과 정렬되도록 설계될 수 있다. 광학 마커(113) 또는 미러(114)는 x-선 영상에서 보여질 수 있는 방사선 불투명 마커에 부착되거나 이를 포함할 수 있다. 광학 마커(113) 또는 미러(114)는 적용 가능할 경우 방사선 불투명 마커의 중앙에 배치될 수 있다. 도 8a 에서 미러(114)는 각도 정렬 능력을 가지는 반면에, 광학 마커(113)는 이러한 미러의 중앙을 조준하도록 조절될 수 있다.
도 9a 및 도 9b 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 FUS 트랜스듀서(120)에 부착된 수정된 x-선 표적(150)의 고수준 개략도이다. 수정된 x-선 표적(150)은 광학 표적으로서 그리고 또한 x-선 표적으로서 사용될 수 있다.
FUS 트랜스듀서(120)의 소켓 또는 리세스 내에 FUS 트랜스듀서의 중심축(112)을 따라 배치되는 수정된 x-선 표적(150)은, FUS 트랜스듀서의 수직축을 따라 배치되는 링(133, 134)과 같은 두 개 이상의 x-선 조준 마커를 포함할 수 있다. 타겟을 가리키도록 FUS 트랜스듀서를 정렬하기 위하여, 광학 마커는 상부 및 하부 링(133, 134)의 중앙에 있어야 한다. FUS 트랜스듀서가 C 암 중심축(112)에 정확하게 정렬된다는 것을 검증하려면, 방사선 불투명 링(133, 134)이 x-선 영상(도 7a, 도 10)에 동심으로 존재해야 한다. 링이 영상(도 7b)에서 동심인 것으로 보이지 않거나 이동이 있다고 의사가 식별하면, 의사는 포지셔닝 공정을 반복할 것이다.
수정된 x-선 표적(150)의 특정 범위의 위치 및 각도 오차가 허용될 수 있다. 링 직경들 사이의 갭(도 7a 및 도 7b)과 같은 x-선 조준 마커(133, 134)의 형상 및/또는 크기에 의해서, 허용된 오차의 표시가 의사에게 제공될 수 있는데, 이것은 내부 링(133) 주위에서 보이는 상태를 유지하여 오차 한계 내에 정렬된다는 것을 표시해야 한다.
이제 도 11a 및 도 11b 를 참조하는데, 이것은 이러한 구성의 일부 실시예들에서 영상 유도형 고강도 초음파 치료를 환자에게 실시하는 방법(1100)의 개략적인 흐름도이다.
단계 1110 에서, 방사선 불투명 마커는 x-선 증폭기 플레이트의 중심에 배치될 수 있다. 그러면, 광학 마커 홀더는 단계 1115 에 따라서 x-선 증폭기의 중앙에 배치되고, x-선 소스로 조준될 수 있다.
단계 1120 에서, 환자는 시술 플랫폼(90)에서 복와위로 포지셔닝된다. 환자가 테이블 위에 포지셔닝된 후에, 환자 척추와 크래들 양자 모두가 X-선 가시 범위 내에서 보일 수 있도록 테이블과 C-암 사이의 상대 높이가 조절된다. 높이가 설정되면, 이것은 시술 전체에 걸쳐서 잠김 상태를 유지할 것이다. 이러한 조절은 측방향 X-선 영상과 테이블 높이 및 C-암 높이를 조작함으로써 수행된다.
단계 1125 에서, X-선 암(87)은, X-선 영상에서 보이는 방사선 불투명 마커(70A)를 환자 안의 치료 위치(141)(예를 들어 도 6a 의 70A-2 참조)와 중첩되게 배치하도록 수평으로 이동된다. 어떤 실시예들에서는, X-선 증폭기(85)는 치료 위치(141)에 대해 소정 각도로 포지셔닝되어, 방사선 불투명 마커(70A)를 치료 위치(141) 상에 중첩시킬 수 있다. 각도가 설정된다면, 이것은 단계 520 이전에 수행된다는 점에 주의하는 것이 중요하다. 이러한 각도는 뷰의 원하는 각도일 것인데, 이것은 환자 신체로의 FUS 에너지 침투의 각도이기도 하다.
단계 1135 에서, 커플링 부속품(125)이 피부(83)에 배치된다. 단계 1140 에서, FUS 트랜스듀서(120)가 있는 크래들(110)이 커플링 부속품(125) 상에 배치된다. 단계 1145 에서, 수정된 x-선 표적(150)이 FUS 트랜스듀서(120)의 중앙 홀 내에 배치된다.
단계 1150 에서, x-선 증폭기(85) 상의 적어도 하나의 광학 마커 홀더(도 8a 내지 도 8b)가 턴온되고, 단계 1155 에 따라 중앙 마커를 가리키기 위하여 레이저를 사용하여 크래들의 정렬이 수행되는데, 중앙 마커 중 하나는 수정된 x-선 표적(150)의 상부 링(133)에 있고, 다른 것은 수정된 x-선 표적(150)의 하부 링(134)에 있다(도 9a). 조준 마커(133, 134)가 x-선 영상에서 동심으로 나타나면, 크래들은 정렬된 것이다(도 6a). 조준 마커(133, 134)가 x-선 영상에서 동심인 것으로 보이지 않으면, 단계 1155 가 반복돼야 한다. 수정된 x-선 표적의 특정 범위의 위치 및 각도 오차가 허용될 수 있다. 링 직경들 사이의 갭(도 7a 및 도 7b)과 같은 조준 마커(133, 134)의 형상 및/또는 크기에 의해서, 허용된 오차의 표시가 의사에게 제공될 수 있는데, 이것은 내부 링(133) 주위에서 보이는 상태를 유지하여 오차 한계 내에 정렬된다는 것을 표시해야 한다. 특정 실시예들에서, 크래들 및 조준 장치의 정렬 품질에 대한 판정은, X-선 영상이 필요 없이 광학 마커만에 따라서 수행될 수 있다.
단계 1170 에서, 치료 깊이가 검증되어야 한다. x-선 암은, 바람직하게는 크래들 축(112)에 90 도로 틸팅되어, 영상 워크스테이션 빔 경로 및 초점 오버레이를 사용하여 치료 위치의 깊이를 검증할 수 있다(도 3b).
치료 위치 깊이가 적용가능한 초점 범위 내에서 검증되면, 의사는 음향 에너지를 투입하고, 표적화된 조직을 단계 1175 에 따라 절제할 것이다. 어떤 실시예들에서는, 음향 에너지는 절제 수준의 에너지 펄스를 투입하기 전에 환자마다의 목표 피드백을 검증하기 위해 처음엔 낮은 레벨에서 투입될 수 있다.
어떤 실시예들에 따르면, x-선 표적(150) 및 조준 장치(130) 형상은 영상 품질에 대한 간섭을 줄이는 방식으로 설계될 수 있다. 도 12a 내지 도 12g 는 다양한 x-선 표적(150)(도 12a 내지 12c)이 있는 FUS 트랜스듀서(120)의 x-선 영상의 고수준 개략도인데, 이들 중 도 12d 내지 도 12g 는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 상이한 디자인인 조준 장치(130)의 x-선 영상의 고수준 개략도이다. 영상(12h)은 그 안에 삽입된 표적이 없는 트랜스듀서를 레퍼런스로서 도시한다.
제공된 모든 x-선 표적에서, 상이한 레벨의 무선 불투명도를 가지는 재료들 사이의, 표적과 관련되지 않는 관련된 첨예한 계면을 제거하여 영상을 가능한 한 선명한 하게 함으로써, 디자인은 아티팩트를 최소화하도록 최적화된다. 유사한 효과(더 큰 각도에 대한)가 조준 장치의 디자인에서 발견될 수 있는데, 도 12d 는 많은 아티팩트를 가지는 디자인을 보여주고, 도 12e 는 도 12f 내지 도 12g 에서 볼 수 있는 것처럼 역시 광학적으로 투명한 선명한 디자인을 보여준다.
또한, x-선 표적(150)의 하단은, 표적의 전체 무선 불투명도를 증가시키고, 도 12h 내지 도 12g 에서 볼 수 있는 것과 같은 FUS 트랜스듀서(120) 개구를 통한 더 균형 잡힌(이득 및 영상 포화의 관점에서) 이미징이 가능해지게 하는 두꺼운 디스크형 플라스틱 부분을 포함한다.
도 13a 내지 도 13c 는 본 발명의 일부 실시예에 따른 크래들 내에 FUS 트랜스듀서가 있는 경우와 없는 경우 각각의 치료 타겟의 x-선 영상에 대한 고수준 개략도이다. 도 13a 는 수술 시에 디바이스 워크스테이션에 표시되는 바와 같은 FUS 트랜스듀서의 A-P 영상을 예시한다.
포지셔닝 프로세스가 끝나고 크래들이 중심축(112)과 정렬되어 고정된 후에, 워크스테이션은 영상 안에서 크래들의 원형 형상을 식별하고, 이것을 저장하며, 치료 타겟(도 13b)을 포함하는 그 내부 영역의 선명한 영상을 사용하여 트랜스듀서(도 13a)의 비투과성에 기인한 암영역을 영상 처리에 의해 대체함으로써, 환자의 해부학적 구조가 차단되는 것을 피한다. 그러면 음파처리를 위한 준비가 된 경우의 크래들(도 13c) 내의 트랜스듀서가 있는 치료 타겟의 선명한 영상이 생성된다. 그러면, 의사는 현재 방사선학적으로 "투명 트랜스듀서"를 보여주는 영상을 관찰할 수 있는데, 이것은 불투명한 트랜스듀서에 의해 차단되었던 해부학적 정보를 제공한다. 이러한 영상은 의사가 치료 위치를 식별하고 검증하며, 잠재적인 환자의 이동 시에 경고하게 하는 것을 보조하는 점에서 중요하다. 이러한 피쳐는 디바이스 안전성 프로파일과 효능 결과를 증강시키기 위해서 필수적이다.
이러한 장치의 다른 실시예는 치료 타겟을 살펴보고 타겟에 FUS 트랜스듀서를 맞춰서 정렬하기 위하여, x 선 디바이스의 촬영을 사용하는 대신에 초음파(US) 이미징 프루브를 사용한다. 도 14a 는 FUS 트랜스듀서의 중앙에 탑재된 US 이미징 프루브의 개략도이다. US 이미징 프루브가 트랜스듀서 중심축과 일치하도록 정렬하기 위해서 정렬 어댑터가 사용된다.
이미징 프루브 및 트랜스듀서 US 음파처리를 동시에 수행하면 초음파 영상의 품질이 크게 저하되고 심지어 촬영 능력이 완전하게 차단되기 때문에, 교류 펄스형 방법이 도 14b 에서 설명된다. FUS 에너지는, 아티팩트 또는 열화가 없는 영상이 초음파 이미징 스트림으로부터 캡쳐되어 다음 에너지 중지 시간에 캡쳐된 다음 비-왜곡된 영상에 의해 대체될 때까지 영상 워크스테이션으로 제공될 짧은 시간 중지 기간을 가지고 펄싱될 것이다. 이러한 방식으로 이미징의 리프레시 레이트는 낮아질 것이지만 음파처리 중에도 여전히 영상 피드백이 생성될 수 있다. 영상 열화의 예측된 레벨이 크기 때문에, 비-왜곡된 영상은 기본적인 영상 처리 기법을 사용하여 식별될 수 있다. 또는, 치료 음파를 생성하기 위한 펄스는 초음파 영상의 아티팩트 및 열화를 최소화하는 방식으로 생성될 수 있다. 전술된 구현예들의 독창성은, 고강도 초음파 시스템에 대한 가이드로서 게이트 신호를 수정하거나 연결할 필요가 없이, 임상 표지(clinical indication)를 위한 특성을 가지는 임의의 일반적인 초음파 촬영 시스템이 사용될 수 있다는 점이라는 것에 주의하는 것이 중요하다.
전술된 설명에서, 일 실시예란 본 발명의 하나의 예 또는 구현형태이다. 따라서, "하나의 실시예, "일 실시예", "특정 실시예", 또는 "일부 실시예"라는 다양한 표현은 반드시 동일한 실시예를 가리키는 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징들이 단일 실시예의 콘텍스트에서 설명될 수 있지만, 이러한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 적합한 조합에서 제공할 수도 있다. 반대로, 본 발명은 본 명세서에서 명확화를 위하여 별개의 실시예들의 콘텍스트에서 설명될 수 있지만, 본 발명은 단일 실시예에서 구현될 수도 있다. 본 발명의 어떤 실시예는 위에 개시된 상이한 실시예들로부터 얻은 특징을 포함할 수 있고, 어떤 실시예들은 위에 개시된 다른 실시예들로부터 얻은 요소들을 통합할 수 있다. 특정한 실시예의 경우에서 본 발명의 요소들을 개시한 것은, 그들의 용도를 이러한 특정 실시예로만 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 더 나아가, 본 발명이 다양한 방법들로 실행되거나 실시될 수 있다는 것, 그리고 본 발명이 전술된 상세한 설명에서 개략적으로 설명된 것들과 다른 특정 실시예로 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명은 도면 또는 대응하는 설명으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 흐름도는 각각의 예시된 박스 또는 상태를 따라, 또는 도시되고 설명된 것과 정확하게 동일한 순서로 이동해야 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 기술 용어 및 과학 용어의 의미는 다르게 정의되지 않는 한 당업자에게 이해되는 것과 같이 통례에 따라 이해되어야 한다. 본 발명이 제한된 개수의 실시예를 참조하여 설명된 바 있지만, 이들은 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 바람직한 실시예 중 일부에 대한 예라고 해석되어야 한다. 다른 가능한 변형예, 수정예, 및 적용예도 역시 본 발명의 범위에 속한다. 따라서, 본 발명의 범위는 지금까지 설명된 것들에 의해 한정되어서는 안 되며, 첨부된 청구항 및 그들의 법률적인 균등물에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (56)

  1. 영상 유도 고강도 초음파 치료용 X-선 유도형 장치로서,
    자신의 베이스에서 시술 플랫폼에 부착되는 관절형 암;
    상기 암의 원단부에 부착되는 크래들;
    상기 크래들 내에 부착되는 조준 장치;
    상기 크래들 내에 부착되고, 초음파 치료 에너지빔을 환자 안의 치료 위치에 전송하도록 구성되는, 중심축을 가지는 고강도 초음파(focused ultrasound; FUS) 트랜스듀서 - 상기 FUS 트랜스듀서는 상기 트랜스듀서에 의한 고강도 초음파의 인가를 제어하기 위한 제어기에 연결됨 -; 및
    X-선 촬영 시스템으로부터 영상 데이터를 유도하도록 구성된 촬상 유닛에 연결되는 영상 워크스테이션을 포함하는, X-선 유도형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 크래들은:
    방사선-불투명 재료;
    코팅 재료가 있는 방사선-투명 재료; 및
    방사선 반투명 재료의 재료 타입 중 임의의 것으로 제작되는, X-선 유도형 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 장치는:
    C-암;
    O-암;
    G-암; 및
    임의의 다른 일반적인 x-선 타입의 x-선 타입 중 임의의 것과 호환가능한, X-선 유도형 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 암은 기계식 암 및/또는 로봇식 암인, X-선 유도형 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 암은 비한정적으로 전-후(A-P), 외부-내부(S-I), 및 좌측-우측(L-R)과 같은 수 개의 자유도에서의 운동을 가능하게 하는, X-선 유도형 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 크래들은 상기 크래들이 상기 치료 위치에 대해 요구되는 각도에서 포지셔닝될 수 있도록, 틸트, 요, 피치 및 롤과 같은 수 개의 자유도를 포함하는, X-선 유도형 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 시술 플랫폼은 수술실 테이블인, X-선 유도형 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 시술 플랫폼은 촬상 테이블인, X-선 유도형 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 시술 플랫폼은 X-선 암인, X-선 유도형 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 시술 플랫폼은 전용 카트인, X-선 유도형 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 카트는, 이동하지 않도록 잠기는 바퀴를 가지고, 전자제품 및 다른 디바이스의 부속품을 운반하도록 설계되는, X-선 유도형 장치.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 암을 요구되는 위치와 배향으로 포지셔닝하기 위하여, 상기 암은 수동식 및 원격 제어식 중 하나에서 적어도 조절가능한, X-선 유도형 장치.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 암은 의사가 x-선 방사선에 노출되지 않게 상기 크래들을 이동시키고 정렬할 수 있는, X-선 유도형 장치.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 크래들은 기하학적 원뿔 형상으로 성형되고,
    상기 원뿔의 측방향 투영 꼭지점은 상기 고강도 초음파 트랜스듀서의 초점에 대응하는, X-선 유도형 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 원뿔 형상은, 해부학적 영상들의 레지스트레이션(registration) 및 상기 고강도 초음파 에너지빔을 상기 치료 위치를 향하도록 네비게이션하는 것을 보조하도록, 상기 촬영 시스템 가시 범위에서 보이는 원추형 마커로서 사용되는, X-선 유도형 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 크래들은, 해부학적 영상들의 레지스트레이션 및 상기 고강도 초음파 에너지빔을 상기 치료 위치를 향하도록 네비게이션하는 것을 허용하도록 배치되는 방사선 불투명 마커를 포함하는, X-선 유도형 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 워크스테이션은,
    상기 워크스테이션에 전자적으로 연결되는 디스플레이 시스템; 및
    처리 모듈을 더 포함하고, 상기 처리 모듈은:
    상기 x-선 촬영 시스템으로부터 치료 영상을 수신하고;
    x-선 치료 영상을 상기 디스플레이 시스템으로 전송하며;
    작동자가 고강도 초음파 에너지빔을 상기 치료 위치에 정확하고 안전하게 네비게이션하는 것을 돕기 위하여, 영상 처리를 사용하여 상기 x-선 치료 영상 위로 상기 디스플레이 상에 상기 초음파 에너지빔의 원추 형상을 마킹하도록 구성되는, X-선 유도형 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은:
    상기 치료 위치의 선명한 영상을 생성하도록, 영상 처리를 사용하여 상기 FUS 트랜스듀서의 방사선비투과성(radiopacity)에 기인한 암영역을 대체함으로써 상기 X-선 영상을 업데이트하고;
    업데이트된 x-선 영상을 상기 디스플레이 시스템으로 전송하도록 더 구성되는, X-선 유도형 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은:
    x-선 영상으로부터 상기 FUS 트랜스듀서의 원형 형상을 식별하고;
    선택된 픽셀에 대해서만 영상 처리를 수행하도록 더 구성되는, X-선 유도형 장치.
  20. 제 5 항에 있어서,
    상기 크래들은 상기 조준 장치 및 FUS 트랜스듀서의 삽입, 잠금, 및 해제를 부드럽게 수용할 수 있는, X-선 유도형 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FUS 트랜스듀서는, 상기 치료 위치의 범위에 속하는 깊이에서 기하학적으로 집속되는 적어도 두 개의 환형 링 요소를 포함하는 환형인, X-선 유도형 장치.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조준 장치는 상기 크래들 내에 배치되는 모형 및 적어도 하나의 광학 마커 홀더를 포함하는, X-선 유도형 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 조준 장치는, 상기 적어도 하나의 광학 마커 홀더의 수직축에 놓인 링들과 같은, 상이한 크기 및 형상인 두 개 이상의 x-선 마커를 더 포함하는, X-선 유도형 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 마커 홀더는 상기 크래들 및 FUS 트랜스듀서의 중심축에 나란한 직선을 생성하도록 정렬되는, X-선 유도형 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 마커 홀더는, 중심 x-선 가시 범위의 근사 법선에 대한 상기 크래들 및 FUS 트랜스듀서의 위치를 검증하기 위한 추가선을 생성하는, X-선 유도형 장치.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 모형은 광학적으로 투명한 재료로 제작되는, X-선 유도형 장치.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 모형은 방사선 투명 재료로 제작되는, X-선 유도형 장치.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 모형은, 적어도 하나의 광학 마커 홀더가 내부에 부착되는 소켓을 상기 크래들 및 FUS 트랜스듀서의 중심축과 나란히 포함하는, X-선 유도형 장치.
  29. 제 23 항에 있어서,
    정렬은 적어도 두 개의 마커를 사용하여 이루어지고, 적어도 하나의 방사선 불투명 마커는 x-선 증폭기의 근사 중심(approximate center)에 배치되며, 다른 마커는 환자의 피부에 배치되고, 두 개의 마커는 중첩되는, X-선 유도형 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 피부에 배치된 마커는 시각적 마커인, X-선 유도형 장치.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 피부에 배치된 마커는 방사선-불투명 마커인, X-선 유도형 장치.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 마커들은, 임상 영상, 방사선학 영상 중 적어도 하나에서 식별될 수 있는 형상 및 크기인, X-선 유도형 장치.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방사선 불투명 마커는 방사선 불투명 마커 스티커인, X-선 유도형 장치.
  34. 제 23 항에 있어서,
    상기 크래들은 깊이 카메라(depth camera)를 더 포함하고,
    정렬은 상기 깊이 카메라에 의해 생성된 깊이 영상에 기초하여 수행되는, X-선 유도형 장치.
  35. 제 23 항에 있어서,
    상기 크래들은 적어도 두 개의 거리 센서 및 카메라를 더 포함하고,
    정렬은 상기 x-선 암 증폭기로부터의 거리 및 상기 카메라에 의해 생성되는 영상에 기초하여 수행되는, X-선 유도형 장치.
  36. 제 23 항에 있어서,
    상기 크래들은 적어도 두 개의 각도 센서 및 카메라를 포함하고,
    정렬은 상기 적어도 두 개의 각도 센서에 의해 수행된 측정 및 상기 카메라에 의해 생성되는 영상에 기초하여 수행되는, X-선 유도형 장치.
  37. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조준 장치는, 상기 FUS 트랜스듀서의 중심축과 나란히 상기 FUS 트랜스듀서의 소켓 또는 리세스 내에 배치되는 수정된 x-선 표적이고, 상기 FUS 트랜스듀서의 수직축과 나란히 배치되는 적어도 두 개의 조준 마커를 포함하는, X-선 유도형 장치.
  38. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조준 장치는, 상기 FUS 트랜스듀서의 중심축과 나란히 상기 FUS 트랜스듀서의 소켓 또는 리세스 내에 배치되는 광학 암이고, 상기 FUS 트랜스듀서의 수직축과 나란히 배치되는 적어도 두 개의 x-선 마커를 포함하는, X-선 유도형 장치.
  39. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 조준 마커는 링들인, X-선 유도형 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    표적 형상은 원통인, X-선 유도형 장치.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 표적은 영상 품질에 대한 간섭을 감소시키도록 설계되는, X-선 유도형 장치.
  42. 제 39 항에 있어서,
    상기 표적은 광학적으로 투명한 구조로 설계되는, X-선 유도형 장치.
  43. 제 39 항에 있어서,
    상기 표적은 광학적으로 그리고 방사선 영상에서 모두 비대칭 형상을 가지는, X-선 유도형 장치.
  44. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 조준 마커는 상기 FUS 트랜스듀서의 수직축과 나란히 배치되는 링들인, X-선 유도형 장치.
  45. 제 37 항에 있어서,
    상기 FUS 트랜스듀서는, 상기 x-선 증폭기의 근사 중심에 부착되는 광학 마커 홀더를 사용하여, x-선 가시 범위의 중앙의 근사 법선에 정렬되는, X-선 유도형 장치.
  46. 제 39 항에 있어서,
    상기 FUS 트랜스듀서는, 상기 x-선 증폭기의 중심에 부착되는 레이저, 상기 x-선 증폭기의 근사 중심에 부착되는 레이저 및 미러 중 적어도 하나를 사용하여, x-선 가시 범위의 중심의 법선에 정렬되는, X-선 유도형 장치.
  47. 제 1 항에 있어서,
    상기 크래들, FUS 트랜스듀서 및 조준 장치는 단일 유닛으로서 제작되는, X-선 유도형 장치.
  48. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항의 장치를 포함하는 키트로서,
    상기 키트는, 상기 FUS 트랜스듀서를 치료 위치 상의 환자의 피부에 대하여 중심축의 규정된 각도로 치료 위치와 커플링하도록 구성되는 커플링 부속품을 더 포함하는, 키트.
  49. 제 32 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항의 장치를 포함하는 키트로서,
    상기 키트는, 치료 위치 위의 환자의 표면에 대한 중심축의 규정된 각도에서 상기 FUS 트랜스듀서를 치료 위치와 커플링하도록 구성되는 커플링 부속품을 더 포함하는, 키트.
  50. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    상기 커플링 부속품은 음향 유체(acoustic fluid) 또는 젤로 충진된 풍선인, 키트.
  51. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    상기 커플링 부속품은 젤 패드인, 키트.
  52. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    상기 커플링 부속품은 광학적으로 투명한, 키트.
  53. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    상기 커플링 부속품은 음향학적으로 투명한, 키트.
  54. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    상기 커플링 부속품은 방사선에 대해 투명한, 키트.
  55. 제 48 항의 키트를 사용하여 환자에게 영상 유도 고강도 초음파 치료를 하는 방법으로서,
    x-선 증폭기의 중앙에 적어도 하나의 방사선 불투명 마커를 배치하는 단계;
    시술 플랫폼에서 환자를 복와위로 포지셔닝하는 단계;
    x-선 암이 원하는 각도로 잠겨 있는 동안에, x-선 영상에서 보이는 방사선 불투명 마커가 치료 위치와 중첩되게 배치되도록 상기 X-선 암을 수평으로 이동시키는 단계;
    환자 피부 상에 마커를 마킹하는 단계;
    커플링 부속품을 상기 환자의 피부 상에, 상기 환자 피부 상의 마커 위로 배치하는 단계;
    모형이 있는 크래들을 상기 커플링 부속품 상에 배치하는 단계;
    적어도 하나의 광학 마커 홀더를 턴온하고 상기 크래들을 정렬하는 단계;
    치료 깊이를 검증하는 단계;
    상기 모형을 FUS 트랜스듀서로 대체하는 단계;
    상기 FUS 트랜스듀서 내에 임의의 x-선 표적을 배치하는 단계;
    상기 FUS 트랜스듀서가 정렬되어 있다는 것을 검증하도록 x-선 영상을 촬영하는 단계; 및
    음향 에너지를 투입하는 단계를 포함하는, 치료 방법.
  56. 제 49 항의 키트를 사용하여 환자에게 영상 유도 고강도 초음파 치료를 하는 방법으로서,
    방사선 불투명 마커를 x-선 증폭기의 중심에 배치하는 단계;
    광학 마커 홀더를 상기 x-선 증폭기의 중앙에 배치하는 단계;
    시술 플랫폼에서 환자를 복와위로 포지셔닝하는 단계;
    x-선 암이 원하는 각도 치료 위치로 잠겨 있는 동안에, x-선 영상에서 보이는 방사선 불투명 마커가 치료 위치와 중첩되게 배치되도록 상기 X-선 암을 수평으로 이동시키는 단계;
    커플링 부속품을 환자의 피부 상에, 상기 환자 피부 상의 마커 위로 배치하는 단계;
    FUS 트랜스듀서가 있는 크래들을 상기 커플링 부속품 상에 배치하는 단계;
    상기 FUS 트랜스듀서의 중앙 홀 내부에 x-선 표적을 배치하는 단계;
    적어도 하나의 광학 마커 홀더를 턴온하는 단계;
    하나는 상기 x-선 표적의 상부 링 상에 있고, 다른 하나는 상기 x-선 표적의 하부 링에 있는 중앙 마커들을 가리키도록, 레이저를 사용하여 상기 크래들을 정렬하는 단계;
    치료 깊이를 검증하는 단계; 및
    음향 에너지를 투입하는 단계를 포함하는, 치료 방법.
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