KR20220054326A - 형광 촬영 시스템 - Google Patents

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KR20220054326A
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로스 츠카시마
마일로 알파로 아모르솔로
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리바운드 세라퓨틱스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 백색광 이미지와 청색광 이미지를 교대로 구하고 동시에 스크린에 디스플레이하는 형광유도 수술을 위한 시스템에 관한 것으로, 백색광과 청색광에서의 표적조직을 동시에 같은 스크린에 보여주는 즉각적 실시간 비디오가 의사에게 제공된다. 이런 이미지들이 나란히나 겹쳐서 제공될 수도 있다.

Description

형광 촬영 시스템
본 발명은 종양치료용 최소침습 수술 분야에 관한 것이다.
형광유도 수술은 수술 중에 암 종양 및 암세포를 식별하는데 사용되는 기술이다. 광대역 스펙트럼광(백색광)에서는, 암종양과 암세포와 주변 건강한 조직 사이에, 특히 암종양의 변연부에서 뚜렷한 차이가 없다. 특히 뇌의 경우 의사는 건강한 조직의 파괴를 피하면서 암조직을 제거하고자 하지만, 서로를 구별하기가 어려워 제거가 어렵다. 개선된 암의 시각화 방법은 신경, 혈관 및 뇌조직과 같은 건강한 조직의 손상을 줄이는 동시에 모든 암조직이 제거되었는지 확인하는데 도움이 될 수 있다.
형광유도 수술법을 이용하기 위해 환자에 형광물질을 투여한다. 투여 직후 형광제는 암조직에는 흡수되지만 암조직 주변 건강한 조직에는 흡수되지 않는다. 의사는 암조직에 접근하기 위해 만든 수술공간을 탐색하고, 암조직을 절제할 수술도구를 조작하는 동안 백색광을 사용하고, 간헐적으로 협대역 스펙트럼광을 사용해 암조직의 형광제가 형광을 일으켜 암조직을 식별하고 종양 가장자리를 구분하도록 한다. 그러나, 협대역 스펙트럼 조명 동안에는 수술공간이 어둡고 여기광만으로 조명이 되어, 주변의 건강한 조직을 명확하게 볼 수 없다. 이 기술에서, 의사는 백색광과 여기광 사이를 반복적으로 전환하고, 여기광에서 암조직을 찾으며, 암조직을 절제하는 동안 백색광으로 돌아가 건강한 조직을 제거하지 않도록 해야 한다. 광원 간 사이의 전환은 광원의 필터의 수동 교체를 요한다.
신경교종(뇌의 종양)의 경우, 5-ALA(5-아미노레불린산)는 신경교종에 형광을 유도하기에 바람직한 제제이다. 5-ALA가 악성 신경교종 세포에 흡수되고 신경교종 세포내에서 형광 대사물질인 프로토포르피린 IX(PpIX)로 대사되기 때문에 5-ALA 유도 종양 형광이 발생한다. 5-ALA는 암세포에 우선적으로 축적되어, 악성 뇌종양과 종양 외부로 침윤된 주변 암세포를 시각화하는데 선호된다. 5-ALA는 형광 화합물인 프로토포르피린-IX(PpIX)로 대사된다. 따라서 5-ALA는 자체는 형광성이 아니지만 형광성 화합물로 대사된다는 점에서 친형광성이다. 프로토포르피린 IX(PpIX)는 청색광을 받으면 적색으로 빛나, 프로토포르피린 IX(PpIX)를 함유한 암조직이 청색광에서 주변 뇌조직과 뚜렷하게 구별된다. 이를 "5-아미노레불린산(ALA) 유도 프로토포르피린 IX(PpIX) 형광"이라고 한다. 교모세포종(뇌에 있는 또 다른 유형의 암종양)의 경우 형광성인 헵타메틴 염료(예: 헵타메틴 카르보시아닌)는 형광을 유도하는데 적당한 제제이고, 헵타메틴 카보시 아닌은 근적외선에서 형광을 낸다. 따라서 형광유도 수술에 사용되는 형광물질에 따라 협대역 여기광이 달라진다.
요약
아래 설명된 장치와 방법은 최소침습 수술 동안 환자의 신체내 발병조직의 시각화 개선에 관한 것이다. 이 장치는 외과적 접근 포트, 외과적 접근 포트를 통해 수술공간의 신체 조직을 보도록 배치된 카메라, 광대역 스펙트럼 광원, 여기 스펙트럼 광원 및 제어 시스템을 포함하고, 제어 시스템은 (1) 발병조직내 화합물의 형광을 일으키는 여기 스펙트럼 광원과 광대역 스펙트럼 광원 둘다로 수술공간의 표적조직을 조명하고 (2) 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직과 여기광에서의 모든 형광 발병조직 둘다를 시각화하는데 도움이 되도록 디스플레이에서 의사에게 제공할 비디오 이미지를 생성한다. 예를 들어, 청색광이 5-ALA와 함께 사용될 경우 시스템은 백색광 이미지와 청색광 이미지를 교대로 획득해, 백색광에서의 표적조직과 청색광에서의 적색 형광 조직을 동시에 보여주는 즉각적인 실시간 비디오를 의사에게 제공한다. 이들 이미지는 나란히 또는 겹쳐서 제시될 수 있다.
이 방법으로 카메라와 조명, 필요한 경우 적절한 지지 구조(예; 외과적 접근 포트)가 발병조직이 있는 수술공간에 근접 배치한다. 의사는 카메라와 제어 시스템을 작동하여 표적조직과 발병조직의 이미지를 구한다. 제어 시스템은 카메라를 통해 비디오 이미지를 획득하고, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서 표적조직의 프레임들을 신속교대로 구하며, 스크린에 표시할 비디오 이미지들을 생성한다. (1) 제어 시스템은 디스플레이 스크린을 작동하여 광대역 스펙트럼광(일반적으로 백색광)에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광(예, 청색광)에서의 표적조직의 프레임들을 디스플레이 스크린의 같은 위치에 신속교대로 배치해, 협대역 스펙트럼 여기광 이미지들이 광대역 스펙트럼광 이미지들에 겹치고, 바람직하게는 의사가 2 이미지들 사이의 깜박임을 인식할 수 없을 정도로 빨리 교대로 제공한다. (2) 제어 시스템은 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 프레임들을 동시에 나란히 제공한다. 제어 시스템에 대한 반복적인 작업자 입력을 통해서가 아니라 제어 시스템의 작동(광원 작동과 정지)을 통해 교호적인 조명광원이 신속하게 이루어지므로, 의사가 뷰 사이를 전환하는데 중단 없이 자유롭게 도구를 계속 조작하고, 청색광에서 보이는 발병조직을 계속해서 절제, 제거, 침연 흡수할 수 있으면서도, 청색광에서 선명히 보이지 않는 건강한 조직의 방해를 피할 수 있으며, 수술도구가 건강한 조직을 방해하지 않게 백색광으로 바꿀 필요도 없다.
이 방법에서 환자에게 형광유도제를 투여할 수 있다. 이 경우, 형광유도제의 투여와 발병조직의 흡수 후에 전술한 촬영 방법을 수행한다. 형광유도제는 관심 발병조직에 형광을 일으키도록 환자에게 투여될 수 있는 제제이다. 형광유도제는 작업공간내 표적조직이나 그 내부의 발병조직에 우선적으로 흡수되거나 부착되고, (1) 여기광원으로 비췄을 때 형광되는 형광제, (2) 5-ALA와 기타 화합물의 경우, 자체적으로 형광되거나 아니지만 발병조직에 흡수되기 전후에 체내에서 형광제로 대사되는 형광작용제, (3) (신체에서 자연적으로 발생하는) 내인성 형광제에 부착되어 발병조직에 침착되는 형광응집제, 또는 (4) 환원 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NADH)의 경우 건강한 주변조직보다 높은 밀도로 발병조직내에 자연적으로 생기는 내인성 형광제를 포함할 수 있다.
형광유도제는 경구투여(5-ALA), 혈관 주사, 표적조직내 주사 또는 표적조직의 스플래쉬를 포함한 임의의 경로로 투여될 수 있다. 형광유도제가 표적조직이나 그 내부의 발병조직에 흡수되기에 충분한 시간이 지난 뒤, 의사는 표적조직을 보고 표적에 작업할 도구를 조작하는데 필요한 만큼 표적조직을 광대역 스펙트럼광으로 조명하고, 협대역 스펙트럼 여기광으로 표적조직을 조명하여 표적조직 내부에서 도구를 조작한다.
한 동작 모드에서, 제어 시스템은 청색 광원의 작동과 청색광 이미지를, 그리고 백색 광원의 작동과 백색 광 이미지를 연계하여, 디스플레이의 적당한 구간에 이미지들을 나란히 생성하여, 앞서 투여된 5-ALA이 뇌 내부 암조직에 흡수되면서 볼 수 있도록 한다. 다른 작동 모드에서, 제어 시스템은 적외선 이미지를 적외선 광원의 작동과, 백색광 이미지를 백색 광원의 작동과 연계하여, 디스플레이의 적당한 구간들에 이미지들을 나란히 생성하여, 이전에 투여된 인도시아닌 그린(ICG)을 흡수하는 암조직을 볼 수 있도록 한다.
도 1은 외과적 개입을 필요로 하는 혈종이 있는 환자의 뇌에 캐뉼러가 삽입되었고, 캐뉼러의 말단부는 혈종에 가깝고 폐쇄기 팁은 혈종 안으로 연장된 것을 보여주는 개략도;
도 2~3은 형광촬영으로 발병조직을 시각화하는 방법의 구현에 유용한 캐뉼러 시스템의 개략도;
도 4~5는 캐뉼러 시스템이 제공하는 스크린 디스플레이의 비디오 이미지들;
도 6~7은 캐뉼러 시스템이 제공하는 스크린 디스플레이의 비디오 이미지들;
도 8은 디스플레이 스크린 상의 인터리브 디스플레이를 위한 비디오 이미지들을 생성하는 제어 시스템의 동작을 나타낸 순서도.
도 1~3은 최소침습 수술시 도 4~8의 촬영법을 구현하는데 편하게 사용될 수 있는 캐뉼러 시스템을 보여준다. 도 1은 외과적 개입을 필요로 하는 뇌(3)의 발병조직(2)를 갖는 환자(1)의 발병조직에 캐뉼러(4)가 삽입되고, 캐뉼러의 말단부는 발병조직에 가까이 있는 것을 보여준다. 발병조직은 뇌의 신경교종이나 교모세포종, 척추의 뇌실막종 또는 기타 발병조직일 수 있다. 카메라(5)는 캐뉼러의 근위 림에 장착되고, 카메라의 일부는 캐뉼러의 림보다 튀어나와 캐뉼러의 루멘 위에 배치되어, 캐뉼러 말단부의 비디오 또는 정지이미지를 얻는다. 도 1~3과 같이, 캐뉼러 튜브(6)에서, 캐뉼러의 근단부(6p)에 고정된 카메라 어셈블리(5)는 캐뉼러 근단부(6p)에 고정되고 말단부(6d)는 환자의 체조직에 삽입된다. 카메라 어셈블리는 캐뉼러 튜브의 루멘(9)에 걸쳐 있는 이미징 센서(7)와 프리즘, 반사경 또는 기타 미러 구조인 광학요소(8)를 포함한다. 바람직하게는, 뇌에 사용하기 위해, 프리즘, 반사경 또는 거울과 같은 카메라 어셈블리의 일부가 캐뉼러 튜브의 루멘으로 이루어진 원통형 공간 안으로 뻗되, 캐뉼러의 근단부에서 떨어져 근단부 너머로 원통형 공간으로 약간 뻗는다. 도 2~3에 도시된 바와 같이, 캐뉼러는 광원(12,13)과 관련 광학계를 포함하는데, 광학계는 프리즘(14,15)과 렌즈(16,17)를 포함하고, 이들은 광원의 빛을 루멘 안으로 해서 표적조직으로 향하게 한다. 도 1에 도시된 제어시스템(18)은 광원을 작동하고, 카메라로 캡처한 비디오 이미지 데이터를 구하며, 디스플레이 스크린(19)에 디스플레이할 대응 비디오 이미지 데이터를 생성/번역한다.
한쪽 광원은 표적조직을 조명하는데 유용한 광대역 스펙트럼광을 제공하고, 다른 광원은 표적조직내 임의의 형광제를 조명하는 고강도 협대역 스펙트럼 여기광을 제공한다. 광대역 스펙트럼광은 바람직한 색온도의 백색광이고, 협대역 스펙트럼 여기광은 형광제를 형광시키는 색상으로 제공되며 그 색상은 형광제에 따라 다르다. 예를 들어, 형광유도제가 5-ALA이면 여기광은 환경에 따라 청색(380~440nm(가시 청색광))으로 적색광(620~634nm(적색 가시광))을 방출해야 하고, 헵타메틴 염료이면 여기광은 근적외선(775nm 및 796nm)으로 적외선(808nm 및 827nm)을 방출해야 하며, ICG이면 여기광은 적색이어서 적외선을 방출해야 한다. 광원으로는 캐뉼러 튜브의 근단부에 쉽게 배치될 수 있는 LED나 기타 작은 광원이 좋지만, 광섬유나 도파관과 결합된 레이저나 원격 라이트 박스와 같은 다른 광원이 캐뉼러 튜브의 말단부에 배치될 수도 있다. 캐뉼러에 사용되는 조명 어셈블리와 광원은 캐뉼러를 통해 표적조직을 조명한다.
플루오레세인(주변 조직에 따라 510-530nm 녹색광을 방출하는 460-500nm 청색/녹색광); 메틸렌 블루(MB)(670nm 적색광이 690nm 적색/근적외선을 방출); 및 인도시아닌 그린(ICG)(750~800nm의 적색이나 근적외선이 적외선 방출, 주변 조직에 따라 800nm 이상 파장)을 포함해 다른 형광유도제가 사용될 수도 있다.
도 4~5는 캐뉼러 시스템이 스크린(19)에 제공한 표적조직의 이미지로, 도 4는 표적조직(3)을 광역스펙트럼 조명 어셈블리(10)의 백색광으로 비춘 스크린샷이고 캐뉼러 튜브(6)의 내벽을 포함한다. 발병조직을 명확히 식별할 순 없다(모든 형광은 밝고 광대역 스펙트럼 빛에 휩싸였다). 도 5는 협대역 스펙트럼 여기 조명 어셈블리(11)의 협대역 스펙트럼 여기광으로 표적조직을 조명해 구한 디스플레이를 나타내는 스크린샷이다. 여기서는 형광유도제로 5-ALA를 사용하고, 발병조직내의 PpIX가 밝은 적색으로 빛나기 때문에 발병조직(2)이 선명하게 보이지만, 건강한 표적조직을 명확하게 식별할 수 없다. 건강한 조직은 5-ALA의 경우 파란색인 NES 빛을 반사하는 정도로 이미지에서 볼 수 있다.
기본 수술 모드에서, 의사는 캐뉼라 시스템을 작동하여 표적조직의 이미지를 획득하기 위해 백색광으로 표적조직을 비춘 다음, 표적조직을 청색광으로 비춰 모든 발병조직의 이미지를 구하고, 캐뉼러 튜브를 통해 절제 및/또는 흡인 도구를 삽입해 발병조직을 제거하며, 인터페이스를 수동으로 작동하여 백색광과 청색광 조명 사이를 앞뒤로 전환하며, 필요에 따라 발병조직을 보기위해 도구를 조작하여 발병조직을 떼어낸다.
도 6~7은 캐뉼러 시스템이 디스플레이 스크린(19)에 제공하는 다른 표적조직 이미지이다. 도 6에서는, 제어 시스템이 백색광에서 표적조직(3)의 이미지를, 청색광에서 표적조직과 발병조직(2)의 이미지를 구하고(역시, 형광유도제에 따라 협대역 스펙트럼 여기광 색상이 다를 수 있음), 디스플레이 스크린에 표시할 이미지를 생성하며, 이 이미지는 표적조직의 이미지에 중첩된 발병조직의 이미지를 포함한다. 도 7에서는, 제어 시스템이 백색광과 청색광에서 표적조직의 이미지들을 생성하고, 2개 이미지들을 나란히 표시한다.
이들 비디오 이미지를 구해 디스플레이하기 위해, 제어 시스템은 카메라 어셈블리로부터 비디오 데이터를 구해 처리하고, 해당 비디오 이미지를 스크린에 제시한다. 표적조직과 형광성 발병조직 둘다의 부드러운 실시간 비디오 이미지를 디스플레이에 동기 방식으로(즉, 백색광 이미지와 청색광 이미지가 동시에 제시되어, 의사가 백색광 필드와 청색광 필드의 비디오 이미지들을 동시에 보기) 제공하도록, 제어 시스템은 (1) 백색 광원을 작동하여 백색광으로 표적조직을 조명해 표적조직의 하나 이상의 비디오 프레임을 구하고, (2) 청색 광원을 작동하여 청색광으로 표적조직을 비춰 표적조직과 발병조직의 하나 이상의 비디오 프레임들을 구하며, (3) 백색광과 청색광에서 얻은 표적조직의 이미지들을 동시에 제시하는 것을 교대로 하되, 조명/촬영을 고속으로 교대로 한다. 형광유도제가 비가시 파장(적외선, 근적외선 또는 자외선)의 방출로 형광을 유도할 것으로 예상되면, 카메라 어셈블리에 비가시 파장에 민감한 센서가 설치되고, 제어시스템은 형광 발병조직의 이미지를 가시적 색상으로 색편이 처리해 디스플레이한다. 형광유도제가 혈액과 혼동될 수 있는 가시 파장(적색)의 방출로 형광을 유도할 것으로 예상되면, 제어시스템은 형광 발병조직의 이미지를 임의의 선호 색상으로 색편이 처리해 디스플레이한다.
이미지들이 도 7과 같이 나란히 디스플레이될 때, 백색광과 청색광 이미지의 비디오들이 스크린의 다른 구간에 각각 디스플레이된다. 이미지들이 동시에 구해지기 때문에, 의사가 양쪽 이미지에서 도구 팁이나 조직의 모든 움직임을 볼 수 있다. 따라서, 발병조직과 건강한 표적조직을 보기 위해 의사가 수동으로나 다르게 뷰들 사이를 움직일 필요가 없다. 도구 팁(20)의 각 움직임은 디스플레이의 2 구간에서 동시에 나타나고, 발병조직의 각 절제부를 2 구간에서 동시에 볼 수 있다(단, 절제된 조직이 백색광 이미지에서는 건강한 조직과 구별되지 않을 수 있다).
1대의 카메라 어셈블리로 구한 이미지들을 동시에 나란히 디스플레이하기 위해, 제어 시스템은 광대역 스펙트럼광 조명을 받는 동안 표적조직의 비디오 이미지의 적어도 하나의 프레임을 캡처하여 광대역 스펙트럼광과 조명을 동기화하고, 협대역 스펙트럼 여기광 조명을 받는 동안 표적조직의 비디오 이미지의 적어도 하나의 프레임을 캡처하여 광대역 스펙트럼 여기광(5-ALA의 경우 청색)과 조명을 동기화한 다음, 광대역 스펙트럼광 이미지를 협대역 스펙트럼 여기광 이미지와 동시에 디스플레이 스크린에 디스플레이한다.
광대역 스펙트럼광 이미지와 협대역 스펙트럼 여기광 이미지가 도 6과 같이 디스플레이에 제공되는데, 이때 협대역 스펙트럼 여기광 이미지가 광대역 스펙트럼광 이미지에 겹친다. 이 이미지를 제공하기 위해, 제어 시스템은 어떤 소스에서 얻은 것인지 상관없이 모든 캡처된 비디오 이미지들을 전송하는 단순 모드로 작동할 수 있다.
도 8은 인터리브된 디스플레이를 위한 비디오 이미지들을 스크린에 생성하는 제어 시스템의 동작을 나타내는 순서도이다. 제어 시스템은 카메라, 광대역 스펙트럼 광원 및 여기광원을 작동하여 차례대로 광대역 스펙트럼광에서 캡처된 비디오 이미지의 첫 번째 "프레임", 여기광에서 캡처된 비디오 이미지의 두 번째 "프레임", 광대역 스펙트럼광에서 캡처된 비디오 이미지의 세 번째 "프레임", 여기광에서 캡처된 비디오 이미지의 네 번째 "프레임" 등등 광대역 스펙트럼광과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 많은 프레임을 포함해 구한다. 광대역 스펙트럼광의 이미지와 여기광의 이미지를 같은 카메라로 구한다. 제어 시스템은 광대역 스펙트럼광과 여기광에서 얻은 프레임들을 추적하고, 광대역 스펙트럼광에서 구한 프레임을 사용해 광대역 스펙트럼광에서 얻은 표적조직의 디스플레이 비디오 이미지(21)와, 여기광에서 얻은 프레임을 사용해 여기광에서 얻은 발병조직의 디스플레이 비디오 이미지(22)도 생성한다. 이 동작 모드에서, 제어 시스템은 광대역 스펙트럼 백색과 여기광에서 구한 비디오 이미지들(21,22)을 동시에 디스플레이하여, 의사가 둘 모두를 동시에 볼 수 있도록 한다.
광대역 스펙트럼광과 협대역 스펙트럼 여기광에서 구한 표적조직의 프레임들은 카메라로 캡처되고, 디스플레이 스크린의 관찰자가 거의/전혀 깜박임 없이 비디오를 매끄럽게 감지하기에 충분한 프레임 속도로 디스플레이 스크린에 전달되는 것이 좋다. 현재 비디오에 사용되는 충분히 빠른 프레임 속도는 초당 12프레임 이상이고, 영화는 일반적으로 초당 24프레임, PAL, SECAM 및 NTSC 및 HDTV는 초당 60프레임의 다양한 프레임 속도를 이용한다. 초당 12프레임은 매끈한 움직임의 착각을 일으키는 최저 프레임 속도로 본다. 매끄러운 움직임이 필요한 경우, 제어 시스템은 광대역 스펙트럼광에서 초당 12프레임 이상, 협대역 스펙트럼 여기광에서 초당 12프레임 이상을 캡처하도록 작동할 수 있다. 전술한 것처럼 인터리브 방식으로, 차례대로 광대역 스펙트럼광에서 한 프레임, 협대역 스펙트럼 여기광에서 한 프레임, 광대역 스펙트럼 여기광에서 한 프레임, 다음 협대역 스펙트럼 여기광에서 한 프레임을 캡처하곤 한다. 따라서 현재 가능한 비디오카메라 기술을 이용해, 카메라 자체를 초당 24프레임으로 작동하면, 제어 시스템은 광대역 스펙트럼광에서 초당 12프레임을, 협대역 스펙트럼 여기광에서 초당 12프레임을 구하며(인터리브 방식으로 1:1), 광대역 스펙트럼 조명 이미지와 협대역 스펙트럼 여기 조명 이미지의 비디오들을 각각 초당 12프레임으로 나란히 디스플레이한다. 1:1 인터리빙(차례로 광대역 스펙트럼광에서 1프레임, 협대역 스펙트럼 여기광에서 1 프레임, 광대역 스펙트럼광에서 1 프레임, 협대역 스펙트럼 여기광에서 1 프레임 캡처)과 스크린상의 프레임들의 해당 1:1 디스플레이(광대역 스펙트럼광에서 구한 1 프레임, 협대역 스펙트럼 여기광에서 구한 1 프레임, 광대역 스펙트럼 여기광에서 구한 1 프레임, 협대역 스펙트럼 여기광에서 구한 1 프레임 디스플레이 등)를 예로 들었지만, 캡처된 비디오 프레임들을 각 광원에서 서로 다른 속도로 캡처해 서로 다른 속도로 디스플레이하여 캡처 및/또는 디스플레이된 광대역 스펙트럼 프레임들의 비율이 정확히 1:1 비율이 아니도록 할 수도 있다. 예를 들어, 협대역 스펙트럼 여기 조명 프레임을 광대역 스펙트럼 조명 프레임 2회당 1의 비슷한 비율로 디스플레이할 수도 있다.
제어 시스템은 프로세서와 메모리를 포함하고, 시스템이 여기 설명된 기능들을 수행하도록 하는 메모리컴퓨터 프로그램 코드가 메모리에 있다. 소프트웨어 코드는 컴퓨터나 제어 시스템에 의해 실행되었을 때 컴퓨터 및/또는 제어 시스템이 시스템내 여러 요소들과 통신하여 본 발명의 방법을 실행하도록 하는 프로그램을 저장한 비일시적 컴퓨터 리더블 매체내 소프트웨어 프로그램에 제공될 수 있다.
형광유도 수술을 지원할 여러 형광유도제들을 환자에게 투여할 수 있다. 예를 들어, 일부 작은 혈관에 매우 가까우면서 의사가 해치길 원치않는 뇌내 신경아교종의 절제를 위해, 조직마다 다른 형광을 위해 2가지 형광유도제가 투여될 수 있다. 예컨대, 5-ALA는 신경교종의 형광을 유도하는데 투여되고(적색 발광), ICG는 혈관내 형광을 유도하는데 투여되며(적외선 발광), 표적조직은 둘 모두(5-ALA의 청색과 ICG의 근적외선)에 대해 여기광으로 조명될 수 있다. 투여 후 수술 중, 표적조직이 2가지 유도제에 대해 여기광으로 조명되어, 제어 시스템은 위와 같이 작동되어 건강한 조직내의 발병조직과 혈관의 이미지들을 구해, 의사가 스크린에서 둘다 모두 볼 수 있으며 현재 보이는 하위 혈관을 피해 발병조직을 공격할 수 있다. 이를 위해, 다른 유도제에 일치하는 다른 여기광원으로 캐뉼러 시스템을 보강될 수 있고, 제어 시스템이 (1) 제3 주기에 제2 여기광원으로 표적조직을 조명하고 제3 주기 동안 캡처된 비디오 데이터를 구해 3개의 나란한 이미지들을 제시하고, (2) 제3 주기에 제2 여기광원으로 표적조직을 조명하고 제3 주기 동안 캡처된 비디오 데이터와, 광대역 스펙트럼 이미지, 제2 여기광(파란색) 이미지 및 제2 여기광(적외선) 이미지로 구성된 표적조직의 단일 이미지를 구하며, (3) 디스플레이 모드들의 혼합 형태로, 2개의 이미지들을 겹쳐 복합 이미지로 제시하면서 제3 이미지를 복합이미지와 나란히 보여준다.
뇌 수술과 척추 수술에서 촬영시스템을 사용하는데 특히 유용한 플랫폼을 제공하는 캐뉼러 시스템과 관련하여 촬영 시스템과 방법에 대해 설명했다. 별도로 지원되는 요소들을 갖춘 개복수술을 포함한 다른 플랫폼에서, 또는 내시경 수술공간에 하나 이상의 도구가 제공된 조명 및 촬영 요소가 있는 내시경 수술에서 촬영 시스템과 방법의 이점을 캐뉼러가 있거나 없이 누릴 수 있다.

Claims (16)

  1. 형광유도 수술용 촬영 시스템에 있어서:
    비디오 이미지를 구하기 위한 제1 카메라 어셈블리;
    환자의 신체내 표적조직을 조명하는 광대역 스펙트럼 광원;
    형광제의 형광을 유발하기에 적당한 협대역 스펙트럼광으로 표적조직을 조명하는 협대역 스펙트럼 여기광원; 및
    카메라, 광대역 스펙트럼 광원, 협대역 스펙트럼 여기광원, 및 관련 디스플레이 스크린을 작동시키는 제어 시스템;을 포함하고,
    상기 제어 시스템은 (1) 광대역 스펙트럼 광원을 조작해 광대역 스펙트럼광으로 표적조직을 조명하고 이런 조명 동안 제1 카메라에서 표적조직의 하나 이상의 비디오 이미지를 구하며, (2) 협대역 스펙트럼 여기광원을 조작해 협대역 스펙트럼 여기광으로 표적조직을 조명하고 이런 조명 동안 제1 카메라에서 표적조직과 모든 발병조직의 하나 이상의 비디오 이미지를 구하는 것을 교대로 하고;
    제어 시스템이 (1) 표적조직이 광대역 스펙트럼광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 및 (2) 표적조직이 협대역 스펙트럼 여기광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 둘다의 디스플레이 비디오 이미지를 생성하기에 충분한 프레임 속도로 이미지들을 교대로 조명하고 획득하는 단계들을 수행하며;
    제어 시스템이 (1) 표적조직이 광대역 스펙트럼광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 및 (2) 표적조직이 협대역 스펙트럼 여기광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 둘다의 디스플레이 비디오 이미지들을 동시에 제시하기에 충분한 프레임 속도로 디스플레이 스크린을 작동시키는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템이 (1) 표적조직이 광대역 스펙트럼광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 및 (2) 표적조직이 협대역 스펙트럼 여기광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 둘다의 디스플레이 비디오 이미지들을 디스플레이 스크린의 각각 다른 구간에 제공하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템이 (1) 표적조직이 광대역 스펙트럼광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 및 (2) 표적조직이 협대역 스펙트럼 여기광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직, 둘다의 디스플레이 비디오 이미지들을 하나의 복합 비디오이미지로 제공하되, 표적조직이 협대역 스펙트럼 여기광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직의 이미지들이 표적조직이 광대역 스펙트럼광으로 조명되는 동안의 제1 카메라로부터의 표적조직과 모든 발병조직의 이미지들에 겹치는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 협대역 스펙트럼 여기광이 프로토포르피린 IX(PpIX)에서 형광을 일으키는 청색광으로 표적조직을 조명하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 협대역 스펙트럼 여기광이 인도시아닌 그린(ICG)에서 형광을 일으키는 근적외선으로 표적조직을 조명하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 협대역 스펙트럼 여기광이 프로토포르피린 IX(PpIX)에서 형광을 일으키는 청색광으로 표적조직을 조명하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 협대역 스펙트럼 여기광이 인도시아닌 그린(ICG)에서 형광을 일으키는 근적외선으로 표적조직을 조명하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 상기 협대역 스펙트럼 여기광이 프로토포르피린 IX(PpIX)에서 형광을 일으키는 청색광으로 표적조직을 조명하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 상기 협대역 스펙트럼 여기광이 인도시아닌 그린(ICG)에서 형광을 일으키는 근적외선으로 표적조직을 조명하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 근단부, 말단부, 및 상기 근단부에서 말단부까지 뻗는 루멘을 갖고, 말단부가 환자의 신체에 삽입되는 캐뉼러를 더 포함하고; 상기 카메라, 광대역 스펙트럼 광원, 협대역 스펙트럼 여기광원은 캐뉼러의 근단부에 배치되며, 상기 카메라가 표적조직의 이미지를 구하고, 상기 광대역 스펙트럼 광원과 협대역 스펙트럼 여기광원이 캐뉼러를 통해 표적조직을 조명하는 것을 특징으로 하는 촬영 시스템.
  11. 수술공간에서 발병조직과 건강한 조직을 시각화하는 방법에 있어서:
    환자에게 형광유도제가 투여되어, 형광유도제가 수술공간에서 표적조직이나 그 내부의 발병조직에 우선적으로 흡수되거나 부착되는 단계;
    표적조직의 비디오 이미지를 구할 위치에 제1 비디오카메라를 배치하는 단계;
    표적조직을 조명할 위치에 광대역 스펙트럼 광원을 배치하는 단계;
    표적조직을 조명할 위치에 협대역 스펙트럼 여기광원을 배치하고, 이런 협대역 스펙트럼 여기광원은 형광유도제에 대응하는 형광제에 형광을 유도하는 파장을 갖는 단계;
    제어시스템에 의해, 광대역 스펙트럼 광원과 협대역 스펙트럼 여기광원이 교대로 작동되어 표적조직을 조명하는 단계;
    제어 시스템을 통해 제1 비디오카메라를 작동하여, 백색광과 청색광에서 표적조직의 비디오 이미지들을 신속하게 교대로 구하는 단계; 및
    제어 시스템을 통해 디스플레이 스크린에 제공할 대응 비디오 이미지들을 생성하고, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 동시에 스크린에 디스플레이하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 동시에 스크린에 디스플레이하는 단계에서, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 신속하고 교대로 스크린내 같은 위치에 디스플레이하되, 협대역 스펙트럼 여기광 이미지들이 광대역 스펙트럼광 이미지들에 겹친채 허용가능한 비디오 프레임 속도로 교대로 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 동시에 스크린에 디스플레이하는 단계에서, 광대역 스펙트럼광에서의 표직조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들이 동시에 나란히 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 형광제를 함유할 수 있는 발병조직과 건강한 조직을 시각화하는 방법에 있어서:
    표적조직의 비디오 이미지를 구할 위치에 제1 비디오카메라를 배치하는 단계;
    표적조직을 조명할 위치에 광대역 스펙트럼 광원을 배치하는 단계;
    표적조직을 조명할 위치에 협대역 스펙트럼 여기광원을 배치하고, 이런 협대역 스펙트럼 여기광원은 형광유도제에 대응하는 형광제에 형광을 유도하는 파장을 갖는 단계;
    제어시스템에 의해, 광대역 스펙트럼 광원과 협대역 스펙트럼 여기광원이 교대로 작동되어 표적조직을 조명하는 단계;
    제어 시스템을 통해 제1 비디오카메라를 작동하여, 백색광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 청색광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 신속하게 교대로 구하는 단계; 및
    제어 시스템을 통해 디스플레이 스크린에 제공할 대응 비디오 이미지들을 생성하고, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 동시에 스크린에 디스플레이하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 동시에 스크린에 디스플레이하는 단계에서, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 신속하고 교대로 스크린내 같은 위치에 디스플레이하되, 협대역 스펙트럼 여기광 이미지들이 광대역 스펙트럼광 이미지들에 겹친채 허용가능한 비디오 프레임 속도로 교대로 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들을 동시에 스크린에 디스플레이하는 단계에서, 광대역 스펙트럼광에서의 표적조직의 비디오 이미지들과 협대역 스펙트럼 여기광에서의 표적조직의 비디오 이미지들이 동시에 나란히 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 방법.
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