KR20230035378A - 첨단 신경 조직 이미징 시스템 - Google Patents

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KR20230035378A
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light
neural tissue
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KR1020237004393A
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페르난도 딥
라울 제이. 로젠탈
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엑손 이미징, 엘엘씨
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Abstract

신경 조직 이미징 시스템 및 그 방법. 상기 시스템은, 소스 광학 트레인과 광학적으로 결합된 여기 광원을 포함하는 하우징을 포함하며, 여기 광원은 근자외선 광 범위의 제1 파장 범위에서 여기 광을 방출하여 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역을 조명한다. 여기 광은 건강한 신경 조직이, 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 내생적으로 자가형광되고 제2 파장 범위의 제1 휘도에서 제1 자가형광 광을 방출하게 하는 제1 파장 범위에 있다. 건강한 비신경 조직은, 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 제2 파장 범위에서 임의의 자가형광 광을 방출하는 것을 피하거나; 또는 내생적으로 자가형광되고 제1 루미네센스보다 50% 더 낮은 제2 루미네센스로 제2 파장 범위의 제2 자가형광 광을 방출한다.

Description

첨단 신경 조직 이미징 시스템
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 7월 9일자로 출원된 이전 미국 임시 특허 출원 번호 제63/050018, 그리고 2020년 10월 5일자로 출원된 이전 미국 임시 특허 출원 번호 제63/087568호, 그리고 2020년 10월 6일자로 출원된 이전 PCT 특허 출원 제PCT/US2020/054457호에 기초하고 그 우선권을 주장하며, 이의 집합적 전체 개시는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
본 개시는 일반적으로 조직 이미징을 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 개시된 조직 이미징 시스템 및 관련 방법들은 전자기 방사선에 의한 여기(excitation)에 의한 신경 조직의 자가형광을 기반으로 비-신경(non-nervous) 건강 조직과 대조되는 신경 조직을 식별하고 시각적으로 이미지화하기 위해, 생체내 또는 생체외 여부에 관계없이, 경 조직 및 비신경 건강 조직(예를 들어, 비암성 및 비병리학적 조직)을 포함하는 검사 중인 조직을 사용하기에 적합하다.
최근 수십 년 동안 수술 기술과 장비의 수많은 주요 발전에도 불구하고, 수술은 허용할 수 없을 정도로 많은 수의 의원성 부상들(iatrogenic injuries)과 계속 연결되어 있다. 일부 경우에, 최소 침습(minimally-invasive) 수술 및 로봇 수술과 같은 첨단 수술 기술이 실제로 특정 부상의 위험을 증가시킨 것으로 보인다. 이러한 부상 중에서, 신경 그리고 경막과 같은 다른 신경 조직에 대한 의원성 부상은 가장 치명적인 것 중 하나여서, 환자들을 장단기 운동 장애 및 감각 결손을 일으킬 위험에 처하게 한다. 이들은 또한 갑상선 절제술, 귀밑샘 절제술, 유방암 및 결장암 절제술, 전립선 절제술 및 서혜부 탈장 복구술과 같은 특정 일반적인 절차를 겪고 있는 환자들의 최대 20 퍼센트(20%)까지 문서화되어 있을 정도로 흔하다. 의도하지 않은 신경 손상을 방지하거나, 수술 시 복구하기 위해 부상을 인식하려면, 수술 절차 중에 신경과 신경 조직을 정확하게 식별하고 주의 깊게 절개해야 하며, 둘 다 표준 시각화 기술을 사용할 때 어려운 작업이다. 결과적으로, 수술 절차 중에 감각 및 운동 신경뿐만 아니라 경막을 정확하게 식별하는 능력은 부상을 예방하는 데 매우 중요하다.
인체의 많은 영역에서 수술을 수행할 때 주변의 정상적이고, 비신경 건강 조직(예를 들어, 비암성 및 비병리학적 조직)과 구별/대조되는 말초 신경 및 경막의 명확하고 신뢰할 수 있는 시각화가 매우 바람직하다. 현재의 신경 보존 기술은 수술 유형, 치료 중인 질병 과정, 및 외과 의사의 경험과 훈련에 따라 달라지는 성공률을 갖는다. 말초 운동 및 감각 신경뿐만 아니라 경막과 같은 중추 신경 조직에 대한 의원성 부상은 손상을 일으켜 환자의 삶의 질을 저하시키고 헬스케어 시스템에 상당한 부담을 초래한다. 외과의의 광범위한 학문적 및 실무적 훈련에도 불구하고, 그러나 수년간의 경험과 관계없이, 해부학적 변이와 병리학의 존재가 중요한 해부학적 구조의 인식을 방해할 수 있기 때문에 의원성 신경 손상이 발생할 수도 있다. 수술 분야 내에서 말초 신경의 인식을 향상시키는 수단은 많은 이러한 부상을 예방할 수 있다.
전기 자극 장치와 같은 툴은 알 수 없는 수준의 정확도를 가지며 감각 신경이나 경막을 식별할 수 없다. 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 자기 공명 영상(MRI)과 같은 이미징 툴을 수술 중 가이드로 사용하는 것은 수술 중 방사선 이미지와 인체 조직 시각화 사이의 해석의 시간 레이턴시로 인해 부정확 가능성이 더욱 증가하기 때문에 문제가 있다.
신경에 무차별적으로 부착하는 항체로 무장한 특수 형광 염료/프로브와 함께 형광 이미징 기술은 외과의가 수술 중 말초 신경 및/또는 경막을 식별하는 데 도움이 되는 전임상(preclinical) 및 임상 연구에서 성공적인 것으로 입증되었다. 그러나, 말초 신경에 라벨을 부착하는 것과 같이, 환자에게 형광제, 형광 염료, 형광 마커 또는 형광 조직 프로브와 같은 외성 또는 외인성 형광단을 투여하거나 적용하여 관심 조직에 라벨을 부착하는 것은 문제가 있다. 대부분의 형광 조직 프로브 및 형광 염료는 안전하고 효과적인 것으로 밝혀지지 않았다; 신경에 부착된 후의 장기적인 효과는 예측할 수 없으며 따라서 일반적으로 미국 식품의약국(United States Food and Drug Administration; "FDA")의 승인을 받지 못했다. 몇 가지 형광 염료가 임상 용도로 승인되었지만, 대부분 준비 시간이 길고 비용이 많이 들며, 독성을 완화하기 위해 제한된 용량으로 사용되어야 하고 생체내 반감기가 짧고, 심각하거나 심지어 치명적인 알레르기 반응을 일으킬 수 있으며, 정확한 투여 시기가 필요하다. 위에서 언급한 예측할 수 없는 부작용 가능성에도 불구하고, 형광 마커 또는 형광 염료가 신경 조직(neural tissue)(신경 조직(nervous tissue)이라고도 함)에 대해 매우 특이하지 않은 경우, 주변 비신경 조직(non-neural tissue)(비신경 조직(non-nervous tissue))도 강화하여 실제로 말초 신경을 가릴 수 있어, 말초 신경 및/또는 경막 시각화를 더욱 어렵게 만든다. 신경 조직 및/또는 주변 비신경 조직에 대한 외성 또는 외인성 형광단의 비특이적 또는 경쟁적 결합은 관심 조직을 검출하려고 시도할 때 불량한 신호 대 배경 비율 및/또는 제한된 동적 범위를 초래할 수 있다. 대안으로, 형광 염료 또는 형광 마커를 투여한 후 조직 간 형광에서 관찰된 차이는 서로 다른 조직 유형에 의한 차등 흡수보다는 조직 관류의 차이의 결과일 수 있다. 말초 신경을 관류하는 동맥은 다른 해부학적 구조를 관류하는 동맥에 비해 매우 작으며, 이는 차등 관류에서 발생하는 형광의 차이를 강조할 수 있다.
적어도 전술한 문제의 경우, 예컨대 말초 신경 및/또는 경막의 수술 중 식별을 위해, 관심 조직에 라벨을 부착하기 위해, 형광제, 형광 염료, 형광 마커 및 형광 조직 프로브와 같은 외성 또는 외인성 형광단의 투여 또는 적용은 일관되지 않고 신뢰할 수 없는 결과를 제공한다.
이러한 문제 및 기타 문제로 인해, 조직, 특히, 신경/경막과 신경/경막을 둘러싼 비신경 조직 사이의 시각적 대비를 증가시키기 위해, 형광 염료, 형광 조직 프로브 또는 기타 형광 마커를 필요로 하지 않는, 말초 신경 및 경막의 시각적 이미징을 개선할 필요가 있다. 이 필요한 시각적 대비는 수술 중 신경/경막의 명확한 시각화를 허용하는 동시에 예를 들어 화학 마커 또는 염료를 환자에게 투여하는 것과 관련된 환자 위험 증가를 제거한다.
따라서 위에서 논의된 종래 기술의 문제점들을 극복할 필요성이 존재한다.
신경 조직 이미징 시스템 및 그 방법이 개시된다. 상기 시스템은, 소스 광학 트레인과 광학적으로 결합된 여기 광원을 포함하는 하우징을 포함하며, 여기 광원은 근자외선 광 범위의 제1 파장 범위에서 여기 광을 방출하여 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역을 조명한다. 여기 광은 건강한 신경 조직이, 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 내생적으로 자가형광되고 제2 파장 범위의 제1 휘도에서 제1 자가형광 광을 방출하게 하는 제1 파장 범위에 있다. 건강한 비신경 조직은, 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 제2 파장 범위에서 임의의 자가형광 광을 방출하는 것을 피하거나; 또는 내생적으로 자가형광되며 제1 루미네센스보다 50% 더 낮은 제2 루미네센스로 제2 파장 범위의 제2 자가형광 광을 방출한다.
방법은 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역 상에 근자외선 광 범위의 제1 파장 범위의 여기 광을 조명하는 단계를 포함한다. 방법은, 카메라로, 건강한 신경 조직으로부터 방출되는 내인성 자가형광 광의 이미지 데이터를 가시광 범위의 제2 파장 범위의 제1 휘도로 캡처한다. 방법은, 카메라로, 건강한 신경 조직으로부터 방출되는 내인성 자가형광 광의 이미지 데이터를 제2 파장 범위의 제1 휘도로 캡처함과 동시에 건강한 비신경 조직으로부터 수신된 광 신호의 이미지 데이터를 캡처하고, 건강한 비신경 조직은, 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 내성적으로 자가형광되고 제2 파장 범위에서 임의의 자가형광 광을 방출하는 것을 피하거나; 또는 내생적으로 자가형광되며 제1 루미네센스보다 50% 더 낮은 제2 루미네센스에서 제2 파장 범위의 제2 자가형광 광을 방출하는 것 중 적어도 하나를 한다. 방법은 관심 조직 영역의 건강한 신경 조직의 제1 이미지 및 관심 조직 영역의 건강한 비신경 조직의 제2 이미지를 형성한다. 방법은 제1 이미지와 제2 이미지를 디스플레이에 디스플레이하며, 제1 이미지는 관심 조직 영역에서 신경 조직의 위치와 비신경 조직의 위치를 식별하기 위해 제2 이미지와 대조(구별)된다.
유사한 참조 부호는 별도의 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타내고, 아래의 상세한 설명과 함께 명세서의 일부를 형성하고 이에 통합되는 다음의 첨부 도면들은 다양한 실시예들을 추가로 예시하고 본 개시에 따른 다양한 원리들 및 이점들 모두를 설명하는 역할을 한다:
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 조직 이미징 시스템의 일 예의 예시이다;
도 2는 도 1의 조직 이미징 시스템과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 인터로게이션 유닛의 예시이다;
도 3은 비신경 조직으로 둘러싸인 신경 조직을 포함하는 관심 조직의 예시적인 검사에 도시된, 도 2의 예시적인 인터로게이션 유닛의 컷어웨이 측면도의 예시이다;
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 조직 이미징 시스템의 일 예를 예시하는 블록도이다;
도 5는 다양한 실시예들에 따른, 조직 이미징 시스템과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 컨트롤러 유닛의 사시도의 예시이다;
도 6은 의료용 카트에 장착된 예시적인 조직 이미징 시스템의 예시이며; 도 7a-7b는 예시적인 조직 이미징 시스템에 대한 설정 메뉴의 예시적인 사용자 인터페이스 화면 디스플레이의 예시들이다;
도 8은 다양한 실시예들에 따른, 조직 이미징 시스템의 예시적인 비디오 디스플레이의 예시이다;
도 9는 다양한 실시예들에 따른, 예시적인 조직 이미징 시스템의 사용 방법을 보여주는 흐름도이다;
도 10은 UV 스펙트럼, 가시광선 스펙트럼 및 IR 스펙트럼을 포함하는 전자기 스펙트럼의 도면으로서, 다양한 실시예들에 따른 몇 가지 관심 파장 대역을 예시한다;
도 11은 신경 조직 및 비신경 조직을 포함하는 예시적인 관심 조직 영역의 예시로서, 관심 조직 영역 상에 방사된 신호들 및 관심 조직 영역으로부터 반사된 신호들을 포함하는 예시적인 서로 다른 파장 전자기 신호들을 도시하고, 관심 조직 영역의 신경 조직에 방사되는 여기 신호 및 신경 조직에 방사되는 여기 신호에 반응하여 신경 조직으로부터 방출되는 내인성 자가형광 신호를 도시한다;
도 12는 다양한 실시예들에 따른, 제1 예시적인 조직 이미징 시스템의 여러 컴포넌트들의 예시이다;
도 13은 다양한 실시예들에 따른, 제2 예시적인 조직 이미징 시스템의 여러 컴포넌트들의 예시이다;
도 14는 조직 이미징 시스템의 2 가지 예시적인 실시예들에서 사용하기에 적합한 필터 파라미터들을 예시하는 표이다;
도 15 및 16은 조직 이미징 시스템의 다양한 실시예들에서 사용하기에 적합한 카메라 컴포넌트들의 두 가지 예시이다;
도 17 및 18은 다양한 실시예들에 따른, 조직 이미징 시스템의 예시적인 컴포넌트들을 예시하는 블록도들이다;
도 19 및 20은 주변 광 조명 하에서 보여지는 수술 부위(surgical field)를 도시하고, 대안적으로는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 조직 이미징 시스템으로 보여지는 수술 부위를 도시하는, 수술 부위에 대응되는 두 개의 예시적인 이미지들이다.
필요에 따라, 상세한 실시예들이 본원에 개시되어 있지만; 개시된 실시예들은 단지 예들일 뿐이며 본원에 설명된 장치, 시스템 및 방법은 다양한 형태들로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본원에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 세부사항들은 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 청구범위에 대한 근거로서 그리고 개시된 주제를 실질적으로 임의의 독점적인 상세한 구조 및 기능으로 다양하게 사용하도록 당업자 중 한 명에게 교시하기 위한 대표적인 근거로서만 해석되어야 한다. 또한, 본원에 사용된 용어 및 구문은 제한하려는 것이 아니라, 이해할 수 있는 설명을 제공하기 위한 것이다. 추가로, 달리 명시적으로 표현되거나 사용 맥락에서 명확하게 이해되지 않는 한, 본원에서 사용된 용어는 해당 용어의 단수 및/또는 복수를 설명한다.
서론
신경/경막을 정확하게 식별하여 이들을 안전하게 해부하는 능력은 외과의들의 최우선 순위로 간주되어야 한다. 또한 시술 중 부상을 입은 경우 신경/경막을 검출하고 복구하는 것이 매우 중요하다. 전부는 아니지만 대부분의 중요한 구조적 조직 파괴 및 신경/경막 손상은 수술 환경에서 발생한다. 복잡한 해부학적 구조에 대한 외과의의 지식과 표준 시각 보조 기구의 사용은 종종 외과의의 전문 기술 수준에 관계없이 이러한 부상을 방지하는 데 충분하지 않다. 견인(traction) 및 부분 또는 전체 가로절단(transection)을 포함한 신경 축삭/경막 손상은 다양한 수술 절차와 관련된 중요하고 일반적인 합병증이다. 이러한 수술 절차에는, 이에 제한되는 것은 아니나, 최대 20%의 환자에게 영향을 미치는, 뇌, 척추, 결장 절제술, 갑상선 절제술, 부갑상선 절제술, 귀밑샘 절제술, 관상 동맥 우회로 이식술(CABG), 서혜부 탈장 복구술, 개심 수술, 및 유방암 수술 등이 포함된다. 수술 손상으로 인한 대부분의 의원성 신경병증은 보수적 관리 및 물리 요법으로 해결되지만, 일부는 장기간 또는 영구적인 손상을 유발한다.
다양한 형광 염료, 형광 마커 및 형광 조직 프로브를 사용하여 신경을 이미지화하는 잠재적 가치에도 불구하고, 조직 내인성 자가형광은 침습적 기술이나 잠재적으로 위험한 화합물에 대한 환자 노출 없이 실시간 이미징을 제공하는 뚜렷한 이점이 있다. 게다가, 지금까지 신경 식별에 대해 수행된 대부분의 연구에서 사용된 형광 염료 및 형광 조직 프로브는 조달하기 어려운 경우가 많다. 그리고 이들은 모두 국소(혈전) 또는 전신 질환(죽상동맥경화증)에 의해 손상될 수 있는 부위로의 혈류에 의존한다.
본 발명자들은 수술 과정 중에 인간의 신경/말초 신경/경막 내인성 자가형광을 연구하고 수술실에서 자가형광을 활용하여 위험을 예방하거나 감소시킬 뿐만 아니라 의원성 수술중 신경/말초 신경/경막 손상을 인식하고 복구하는 해당 기술을 개발한 최초의 사람들이라고 생각한다. 개시된 발명의 다양한 실시예들은 수술실용으로 구성된 장치들의 통합 조직 이미징 시스템에 의해 다양한 파장 범위 통과 광학 필터들과 결합된 전자기 방사선의 다양한 세기 및 파장을 사용하여 신경 조직(모든 신경/말초 신경/경막) 내인성 자가형광을 유발하고 이미징함으로써 모든 유형의 신경/말초 신경/경막을 포함할 수 있는 신경 조직의 향상된 실시간 수술 중 시각화를 허용한다. 다양한 실시예들에 따른, 신경 조직 내인성 자가형광은 형광 신호(이는 형광 광, 형광 광 신호 등이라고도 할 수 있음)를 방출하기 위해, 여기 전자기 신호(이는 여기 광, 여기 광 신호 등이라고 할 수 있음)의 방사선으로, 그리고 임의의 형광 마커, 형광 조직 프로브 또는 형광 염료를 사용하지 않고 (검사중인) 관심 조직 영역을 조명함으로써 유도 또는 도출된다. 추가로, 발명자들의 발견은 신경 조직으로부터 방출된 형광 광으로부터의 반사광을 대부분 제거(그리고 다른 가능한 간섭 방사 전자기 신호들도 제거)하기 위한 광 파장 필터, 특히 근자외선(near-ultraviolet; NUV) 범위의 여기 광을 선택적으로 보내는 광학 필터들 및 대역 통과 광학 필터의 사용은 신경/경막 자가형광의 인식 수준을 증가시켜, 주변 비신경 조직과 신경 조직의 시각적 대비를 증가시킨다.
개시된 발명의 다양한 실시에들은 임상 수술 실습에서 의원성 신경 조직 손상의 비율 및 중증도를 변경하는 수단이다.
이미징 조직을 위한 시스템이 본원에 설명되어 있다. 일부 실시예들에서, 조직 이미징 시스템은 특히 수술 외과의에 의해 신경/말초 신경/경막의 수술 중 시각화를 향상시키고 용이하게 하는 데 사용된다.
본원에 사용된 바와 같이, "조직 이미징 시스템", "신경 조직 이미징 시스템" 및 "신경/경막 이미징 시스템"이라는 용어들은 예를 들어, 주변의 건강한 비병리적 또는 암성 조직으로부터 말초 신경/경막과 같은 특정 조직 구조의 시각화를 향상시키는 데 사용되는 장치들 및 컴포넌트들로 구성된 시스템을 의미하도록 의도된다. 그러나 일부 실시예들에서, 신경/경막 이미징 시스템이 비신경 구조 또는 조직을 시각화하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
본원에 사용된 바와 같이, "의료 장치"는 질병의 진단, 예방, 모니터링 또는 완화의 특정 의료 목적을 위해 인간을 위해 단독으로 또는 조합하여 사용하도록 의도된 기구, 장치, 도구, 기계, 기기, 소프트웨어, 재료 또는 기타 유사하거나 관련된 물품이다.
본원에 사용된 바와 같이, "말초 신경"은 뇌 또는 척수의 외부에 존재하는 운동, 감각, 자율 또는 혼합 기능 신경이다. 본 개시의 목적을 위해, "말초 신경"은 뇌를 둘러싸는 경막 외부의 뇌 신경을 포함한다. "말초 신경"은 또한 척추 경질막(경막낭)의 외부에 있는지 이에 의해 둘러싸여 있는지 여부에 관계없이 혼합 척추 신경 및 척추 신경절을 포함한다. "말초 신경"의 일부 비제한적 예들에는 안면 신경 및 그 가지, 상후두 신경, 되돌이 후두 신경, 설하 신경, 척수 부속 신경, 신경근, 신경 줄기 및 상완 신경총의 신경 가지 및 요추 신경총, 긴 흉부 신경, 내측 및 외측 흉부 신경, 교감 신경절, 골반 감각 신경 및 기타 등등이 포함된다. 본원에 사용된 바와 같이, "척추 경질막(spinal dura)", "경질막(dura)", "경막(duramadre)" 또는 "경막낭(thecal sac)"는 척수, 배측 및 복부측 척수 신경 및 배측 척추 신경절을 둘러싸는 두껍고 조밀한 섬유질 막 구조이다. 본원에 사용된 바와 같이, "파장" 또는 "파장들"은 근자외선, 자외선, 근적외선 또는 적외선 광을 포함하여, 인간의 눈에 보이든 보이지 않든 상관없이, 전자기 방사선의 특정 파장을 의미한다. "파장"은 파장의 범위를 나타낼 수 있다. 파장의 범위는 신중하고 연속적이거나 불연속적일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "방출광(emitted light)"은 다른 파장 또는 파장 범위의 전자기 방사선으로 조명하거나 조사하는 것에 반응하여 세포, 조직 또는 해부학적 구조에 의해 방출되는 불연속 파장 또는 파장 범위의 전자기 방사선을 의미한다. "방출광"은 세포, 조직 또는 해부학적 구조에서만 발생하며, 반사된 여기 광 또는 다른 주변 광원에서 반사된 광을 포함하지 않는다. "방출광"은 원자, 분자 또는 세포, 조직 또는 해부학적 구조를 형성하는 원자와 분자의 특정 배열의 고유한 속성의 결과로 발생한다.
본원에 사용된 바와 같이, "여기 광(excitation light)"은 세포, 조직 또는 해부학적 구조가 여기 광과 다른 파장 또는 파장 범위를 포함하는 방출광을 생성하도록 세포, 조직 또는 해부학적 구조를 조명하거나 조사하는 데 사용되는 전자기 방사선을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, "장파 통과 필터"라고도 하는 "저역 통과 필터"는 선택된 컷오프 파장보다 긴 파장을 갖는 전자기 방사선을 통과시키는 디지털 필터를 포함하는, 저역 통과(장파 통과) 파장 광학 필터를 의미한다. "저역 통과 필터"("장파 통과 필터")는 단일 광학 필터 요소 또는 선택된 컷오프 파장보다 더 긴 파장을 갖는 전자기 방사선의 통과를 허용하도록 구성된 복수의 광학 필터 요소들을 포함할 수 있다.
이에 상응하여 "단파 통과 필터"라고도 할 수 있는 "고역 통과 필터"는 선택된 컷오프 파장보다 짧은 파장을 갖는 전자기 방사선을 통과시키는 디지털 필터를 포함하는, 고역 통과(단파 통과) 파장 광학 필터를 의미한다. "고역 통과 필터"("단파 통과 필터")는 단일 광학 필터 요소 또는 선택된 컷오프 파장보다 더 짧은 파장을 갖는 전자기 방사선의 통과를 허용하도록 구성된 복수의 광학 필터 요소들을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "대역 통과 필터"는 제1 파장과 제1 파장보다 더 긴 제2 파장 사이의 선택된 불연속 파장 범위 내의 파장 범위를 갖는 전자기 방사선을 통과시키는 디지털 필터를 포함하는, 대역 통과 파장 광학 필터를 의미한다. "대역 통과 필터"는 단일 광학 필터 요소 또는 선택된 파장 범위 내의 파장 범위를 갖는 전자기 방사선의 통과를 허용하도록 구성된 복수의 광학 필터 요소들을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "반사광(reflected light)"은 조직, 표면 등으로부터 반사된 후 수신 광학 트레인으로 전달되는, 여기 광 및/또는 주변광, 백색광 등과 같은 기타 조명 광을 의미한다. "반사광"은 "방출광"이 본원에서 별도로 정의되므로 "방출광"이 아니다.
본원에 사용된 바와 같이, "신경 조직"은 신경, 말초 신경, 경막 및 신경을 포함하는 중추 신경계 조직 중 하나 이상을 포함하는 조직을 의미하는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 바와 같이, "건강한 신경 조직"은 본원에 정의된 바와 같이, 비암성 및 비병리학적 조직인 신경 조직을 의미하는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 바와 같이, "비신경 조직"은 본원에 정의된 바와 같이 신경 조직이 아닌, 인간이든 동물이든, 임의의 생물학적 조직을 의미하는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 바와 같이, "건강한 비신경 조직"은 본원에 정의된 바와 같이, 비암성 및 비병리학적 조직인 비신경 조직을 의미하는 것으로 의도된다.
예시적인 조직 이미징 시스템의 개요
예시적인 조직 이미징 시스템은 예를 들어 병원, 외래 수술 센터 등과 같은 임상 환경에서 헬스케어 전문가들에 의해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 외과의 또는 헬스케어 종사자는 조직 이미징 시스템을 초음파, 형광투시 또는 기타 기존 이미징 장치들과 같은 추가 이미징 장치들과 함께 사용할 수 있다. 독립형 또는 이러한 다른 이미징 장치들과 함께 사용되는 조직 이미징 장치는, 일부 실시예들에서, 외과의가 신경 조직을 다른 해부학적 구조 및 주변의 비신경 조직과 구별하여 신경/말초 신경/경막과 같은 신경 조직에 대한 손상 위험을 줄이는 데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 조직 이미징 장치는 수술용 현미경, 강성 또는 가요성 내시경, 복강경, 흉강경 및 관련 장치들; 신체 전반에 걸쳐 최소 침습 수술 절차에 사용되는 기구, 전통적인 "개복" 수술 중에 사용되는 수술 기구, 또는 조직 이미징 시스템과 의료 장치의 통합이 유리하거나 바람직한 기타 의료 장치와 같은 엔드-이펙터(end-effector) 기구와 통합하여 사용하도록 구조적으로 적응된다.
형광 마커, 형광 조직 프로브 또는 형광 염료는 신경 조직에 사용되지 않는다. 조직 이미징 시스템은 가시광의 범위 밖에서 볼 수 있는지 여부에 관계없이, 광으로 조명하는 것에 반응하여 타겟 조직이 형광을 발하도록 함으로써 말초 신경/경막과 같은 타겟 조직의 비주얼 이미지를 생성한다. 조직 형광은 국소 도포 또는 투여(경구적으로 또는 비경구적으로)에 상관없이, 형광 염료, 형광 마커, 형광 조직 프로브 등과 같은 보조 화학적 또는 약리학적 조성물을 사용하지 않고 발생한다. 전형적으로, 말초 신경과 같은 신경 조직은 여기 광의 파장과 세기, 광 필터링 수단 및 이미지 처리 기술에 따라 주변의 건강한 비신경 조직, 예를 들어 정상/비병리학적/비암성 조직과 다르게 여기 광으로 조명 시 본질적으로 형광을 발한다. 시스템은 주변의 비신경 조직으로부터, 및 특히 건강한 비신경 조직으로부터 말초 신경/경막과 같은 신경 조직을 구별하기 위해 대조적인 레벨의 형광을 이용한다.
이러한 조직 이미징 시스템의 중요한 양태들은 수술 부위와 같은 조직 베드를 적어도 여기 광으로 그리고 선택적으로 조명 광으로도 조명하기 위한 수단을 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 관심 타겟 조직 영역은 신경/말초신경/경막과 같은 신경 조직을 포함하며, 이들은 가시광 범위의 파장 범위에서 더 높은 세기(루미네센스)로 입사되고 관심 조직 영역에서 인접한 및/또는 주변 백그라운드 비신경 조직의 자가형광(있는 경우) 과 다른 그리고 관심 조직 영역에 대한 반사광(있는 경우)과 다른 여기 광에 반응하여 내생적으로 자가형광된다. 카메라(이는 "덴드라이트 카메라"라고도 할 수 있음) 또는 유사한 센서/검출기는 조직 방출 형광 광 및 가능하면 관심 조직 영역으로부터의 반사광을 수신하며, 광 신호들은 예컨대 디스플레이를 위해 관심 조직 영역의 비주얼 이미지를 생성하기 위해 처리된다. 비주얼 이미지는 밝은 백색 또는 다른 색(예를 들어, 도 8의 이미지(802) 참조)과 같은 조직 이미징 시스템에 의해 강조 표시되는 건강한 신경 조직의 제1 이미지(802) 및 관심 조직 영역에서 신경 조직의 제1 이미지에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 건강한 비신경 조직(예를 들어, 도 8의 강조 표시된 이미지(802)와 대조되는 훨씬 더 어두운 이미지인, 도 8의 이미지(804) 참조)의 제2 이미지(804)를 포함한다. 디스플레이 화면 상에 디스플레이하기 위한 것과 같은 관심 조직 영역의 이 비주얼 이미지는 제1 이미지 및 제2 이미지를 포함하며, 제1 이미지와 제2 이미지 사이의 대조적인 이미징을 통해 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직에 대한 건강한 신경 조직의 위치를 보여준다. 이 비주얼 이미지는 예를 들어 외과의가 환자에게 수술 절차를 수행하는 데 도움이 되는 중요한 정보를 제공할 수 있다.
요약하면, 예시적인 신경 조직 이미징 시스템은 무균 환경에서 사용하도록 구성된 하우징으로서, 하우징은 소스 광학 트레인과 광작헉으로 결합된 여기 광원을 포함하며, 여기 광원은 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역을 조명하기 위해 근자외선 광 범위의 제1 파장 범위에서 여기 광원을 여기 광원으로부터 선택적으로 제어 및 방출하도록 구성되고 소스 광학 트레인을 통해 결합되며, 여기 광원은 건강한 신경 조직이 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 내생적으로 자가형광되고 가시광 범위의 제2 파장 범위에서 제1 휘도(세기)로 제1 자가형광 광을 방출하도록 하는 제1 파장 범위의 여기 광을 방출하도록 설계 및 구성되는, 상기 하우징을 포함할 수 있다. 또한, 건강한 비신경 조직은, 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 내성적으로 자가형광되고 제2 파장 범위에서 임의의 자가형광 광을 방출하는 것을 피하거나; 또는 내생적으로 자가형광되며 제1 루미네센스보다 50% 더 낮은 제2 휘도(세기)에서 제2 파장 범위의 제2 자가형광 광을 방출하는 것 중 적어도 하나를 한다. 여기 광원과 전기적으로 결합된 제어 전자 회로부는 여기 광원을 제어한다. 제어 전자 회로부 및 여기 광원과 동작 가능하게 결합된 컨트롤러/프로세서는 여기 광원으로부터 여기 광을 제어하는 여기 광원의 적어도 하나의 동작 파라미터를 선택적으로 제어하도록 구성된다.
조직 이미징 시스템은 하기에 본원에 논의된 바와 같은 추가 요소들을 포함할 수 있다.
조직 베드를 조명하는 여기 광은 파장 또는 파장 범위, 또는 파장 범위에 걸친 간격(본원에서는 "파장(들)"으로 총칭하며, 이는 신경 조직과 같은, 조직의 생화학적 구조의 본질적인 효과를 야기함). 이러한 본질적인 효과는 조직(예를 들어, 신경 조직)이 여기 광의 파장(들)의 범위(일반적으로 더 짧은 파장)에 비해 다른 파장(일반적으로 더 긴 파장)의 특정 범위에서 형광 광을 방출하도록 한다. 조직 이미징 시스템은 신경 조직에 대한 여기 광의 조명에 의해 유도되거나 도출되는 신경 조직 내인성 자가형광 효과 또는 다른 고유 속성들에 반응하여 신경 조직으로부터 방출되는 광의 파장 또는 파장들을 캡처한다.
조직 이미징 시스템의 일부 실시예들은 메모리에 상주하는 데이터 프로세서 및 소프트웨어 패키지를 포함한다. 소프트웨어 패키지는 특정 파장 또는 파장 범위에서 환자의 신체에 또는 신체로 광을 방출하도록 데이터 프로세서를 통해 여기 광원을 지시한다. 방출된 여기 광에 반응하여, 조직은 특정 파장 또는 특정 파장 영역에서 광을 방출한다. 방출광의 파장과 세기는 특정 조직 유형과 구조에 대해 고유하다. 보다 구체적으로, 신경 조직을 포함하는 신경/말초 신경/경막과 같은 신경 조직은, 자극되거나 여기될 때, 광의 고유의 특정 파장 또는 파장 범위(이하 "방출광")를 방출(예를 들어, 자가형광)한다. 이러한 방출광은 형광("형광 광"), 다른 현상 또는 다른 현상과 조합된 형광으로 인한 것일 수 있다. 신경/경막 이미징 시스템과 같은 조직 이미징 시스템은 조명된 조직(관심 조직 영역)으로부터 광을 수신하고, 일부 실시예들에서는, 이를 검출 필터로 필터링하여 적어도 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직 방출광 또는 반사광과 대조되는, 신경/경막과 같은 건강한 신경 조직 방출광을 식별하고, 해당 데이터 신호를 생성한다. 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직 방출광 또는 반사광의 백그라운드 이미지와 대조되는 신경 조직, 예를 들어 신경/경막 방출광의 이미지를 나타내는 데이터 신호는 사용자에 의한 시각화를 위해 이미지 디스플레이로 전송된다. 조직 이미징 시스템의 전체 세부 사항은 서면 공개 및 본원의 여러 도면에 의해 제공된다.
조직 이미징 시스템 및 관련 컴포넌트 장치의 예들에 대한 논의
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 조직 이미징 시스템(100)의 일 예의 예시이다. 도 1은 조직 이미징 시스템(100)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 조직 이미징 시스템(100)은 말초 신경의 수술중 이미징을 위해 구성된 신경 조직 이미징 시스템이다. 시스템(100)은 여기 광을 생성하고 이것이 신경/말초 신경/경막을 포함하는 것으로 생각되는 관심 조직 영역을 조명하도록 지시하는 다양한 컴포넌트 장치를 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 관심 조직 영역의 관련 구조 및 조직을 조명할 수 있는 조명 광(예를 들어, 백색광 또는 "대략적인(approximate)" 백색광)을 생성하기 위한 다양한 컴포넌트들을 포함한다.
여기 광으로, 내부에 신경/말초 신경/경막을 포함하는 관심 조직 영역을 조명하는 것에 반응하여, 다음과 같은 적어도 두 가지 다른 유형의 광(전자기 방사 신호)이 생성된다: (1) 관심 조직 영역의 비신경 조직에 의해 그리고 신경 조직(예를 들어, 신경/말초 신경/경막)에 의해 반사된 여기 광을 포함할 수 있는 반사광; 및 (2) 관심 조직 영역을 조명하는 여기 광에 의해 수신된 방사 에너지에 반응하는 형광 또는 기타 고유 속성을 통해, 신경 조직(예를 들어, 신경/말초 신경/경막)에 의해 방출되는 또는 다른 비신경 조직에 의해 방출되는 광(전자기 방사 신호)인 방출광.
조명 광으로, 내부에 신경/말초 신경/경막을 포함하는 관심 조직 영역을 조명하는 것에 반응하여, 다음과 같은 적어도 두 가지 다른 유형의 광(전자기 방사 신호)이 생성될 수 있다: (1) 관심 조직 영역의 신경 조직 및 비신경 조직에 의해 반사된 반사 조명 광; 및 (2) 관심 조직 영역을 조명하는 조명 광에 의해 수신된 방사 에너지에 반응하는 형광 또는 기타 고유 속성을 통해 비신경 조직에 의해 방출되는 광(전자기 방사 신호)인 가능한 방출광.
일부 실시예들에서, 인터로게이션 유닛(120)(또한 예를 들어, 도 2 및 3 참조)은 여기 광을 생성하고 이미징 처리를 위해 반사광 및 방출광을 수신한다. 일부 실시예들에서, 인터로게이션 유닛(120)은, 여기 광에 추가하여 또는 여기 광 대신에, 조명 광을 생성할 수 있고 이미지 처리를 위해 반사광(및 가능하게는 방출광)을 수신한다. 이 시스템 및 프로세스의 예들은 아래에서 더 자세히 논의될 것이다.
시스템(100)은 또한 일부 실시예들에서 프로세서(142)(예를 들어, 도 4 참조) 및 사용자 인터페이스(146)와 같은 컴포넌트들을 수용하는 컨트롤러(140)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 예에서와 같이, 시스템(100)의 요소들은 제1 케이블(126) 및 제2 케이블(151)과 같은 케이블에 의해 서로 전기적으로 그리고 통신 가능하게 결합된다. 일부 실시예들에서, 전원(152)은 컨트롤러(140)에 전기적으로 결합된다.
도 1은 또한 이미지 디스플레이(150)를 도시하며, 이에 따라 시스템(100)의 사용자는 검사되는 관심 조직 영역(검사 중인 조직 영역)의 이미지를 시각화할 수 있으며, 이는 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직과 대조되는 건강한 신경 조직의 위치를 대조적으로 이미지화하여 도시할 수 있다. 예를 들어, 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직(804)(도 8의 강조 표시된 이미지(802)와 대조되는 훨씬 더 어두운 이미지)과 대조되는 건강한 신경 조직(802)(도 8에서 밝은 흰색 또는 다른 색상으로 강조 표시됨)의 형성된 이미지들을 디스플레이하는 이미지 디스플레이를 예시하는 도 8을 참조한다.
도 1에 도시된 시스템(100)을 형성하는 다양한 장치의 묘사는 예시일 뿐이며; 인터로게이션 장치(120), 컨트롤러(140) 및 이미지 디스플레이(150)의 추가 구성은 이들 개시 및 본원에서 발견되는 교시의 범위 내에 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 케이블(125)은 인터로게이션 장치(120)를 컨트롤러(140)와 통신 가능하게 그리고 전기적으로 결합하고, 제2 케이블(151)은 이미지 디스플레이(150)를 컨트롤러(140)에 통신 가능하게 그리고 전기적으로 결합한다. 이는 설명을 위한 일 예일 뿐이며, 제한하려는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 인터로게이션 장치(120)는 "자가 지지형(free-standing)"으로서, 내부 전원 및 명령어들과 데이터를 컨트롤러(140)와 무선으로 교환하는 무선 통신 수단을 갖는다. 마찬가지로, 일부 실시예들에서, 이미지 디스플레이(150)는 내부 또는 다른 별도의 전원 및 이미지 데이터와 기타 정보를 컨트롤러(140)와 무선으로 통신할 수 있는 무선 통신 수단을 포함한다.
내부 전원의 예들로는 배터리가 있다. 배터리는 비충전식이고 일회용인 배터리 또는 재충전 가능한 배터리를 포함하여 의료 장치에 사용하기에 적합한 모든 배터리일 수 있다. 의학적으로 적합한 비충전식 배터리들의 일부 예들에는 알칼리성 배터리, 리튬 배터리, 고체 배터리 등이 포함된다. 일부 실시예들에서, 배터리는 니켈-카드뮴 배터리, 니켈 금속 수소화물 배터리, 니켈 아연 배터리, 리튬 이온 배터리 또는 기타 적합한 재충전 가능 에너지 저장 장치와 같은 재충전 가능 배터리이다.
제1 케이블(126)을 포함하지 않는 시스템(100)의 실시예들은 인터로게이션 유닛(120)을 컨트롤러(140)에 무선 통신 가능하게 결합하는 무선 통신 수단을 가질 수 있다. 제2 케이블(151)을 포함하지 않는 시스템(100)의 일부 실시예들은 이미지 디스플레이(150)을 컨트롤러(140)와 무선 통신 가능하게 결합하는 무선 통신 수단을 가질 수 있다.
시스템(100)의 다양한 컴포넌트들에 의해 사용하기에 적합한 무선 통신 수단의 비제한적 예들로는 예를 들어 블루투스 및 WiFi 무선 기술 플랫폼을 포함하는 당업계에 잘 알려진 다양한 무선 기술을 사용하는 송신기들 및 수신기들이 포함된다.
도 2는 조직 이미징 시스템(100)의 인터로게이션 유닛(120)의 일 실시예의 예시이다. 도 3은 조직 이미징 시스템(100)의 인터로게이션 유닛(120)의 일 실시예의 측면도이다. 도 2 및 3에 도시된 실시예들에서와 같이, 일부 다른 실시예들에서, 인터로게이션 유닛(120)은 조직 조명 및 조명된 관심 조직 영역으로부터의 광 수집을 제공하도록 구성된 전자, 광학 및 관련 요소들을 수용하도록 구성된 하우징(121)을 포함한다. 하우징(121)은 의료 등급 재료로 형성되고 무균 수술 환경에서 사용하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 하우징(121)은 에틸렌 옥사이드, 오존 또는 열 기반 멸균 시스템 및 기술에 의해 파괴될 민감한 전자 의료 장비를 멸균하기에 적합한 기타 가스를 사용하는 등의 가스 멸균을 위해 구성된다. 일부 실시예들에서, 하우징(121)은 멸균을 위해 구성되지 않지만 멸균된 일회용 주머니가 사용되거나 하우징(121)을 덮고 적어도 부분적으로 둘러싸는 장비-콘돔이 사용되며, 여기서 인터로게이션 유닛(120)은 무균 수술실 환경에서 사용될 수 있다. 하우징(121) 내에 포함되거나 결합된 요소들은, 일부 실시예들에서, 여기 광원(102), 조명 광원(103), 소스 광학 트레인(116), 수신 광학 트레인(117), 카메라(122)(도 4 참조) 및 핸들(125)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 케이블(126)은 인터로게이션 유닛(120)을 컨트롤러(140)에 전기적으로, 통신 가능하게 또는 전기적으로 통신 가능하게 결합한다. 하우징(121)은 또한 인터로게이션 유닛(120)의 특정 실시예 또는 다양한 실시예들에 따른, 추가 요소들, 예를 들어 장착 또는 고정 수단, 전자 장치, 냉각 수단, 단열재 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 인터로게이션 유닛(120)은 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 배열 및 구성된다. 핸들(125)은 소스 광학 트레인(116) 및 수신 광학 트레인(117)의 요소들이 광을 방사하고 수신하는 것으로부터 가려지지 않도록, 원위 단부(127)로부터 분리되거나 일반적으로 반대편에 있는 하우징(121)에 결합된다. 일부 실시예들에서, 핸들(125)은 하우징(121)과 단일체이다. 일부 실시예들에서, 제1 케이블(126)은 핸들(125)을 통해 인터로게이션 유닛(120)에 들어가 조명되고 시각화되는 관심 조직 영역과 원위 단부(127) 사이의 시선 밖으로 제1 케이블(126)을 유지한다. 일부 실시예들에서, 소스 광학 트레인(116) 및 수신 광학 트레인(117)은 도 3에 도시된 것과 유사한 구성으로 하우징(121) 내에 서로 나란히 배열된다. 도 3에 의해 하우징(121) 내의 소스 광학 트레인(116) 및 수신 광학 트레인(117)의 묘사가 도식화되며 도식적이며 예를 들어 제공된다; 소스 광학 트레인(들)(116) 및 수신 광학 트레인(들)(117)의 다른 구성은 본원의 개시의 범위 내에 있다.
예를 들어, 시스템(100)의 일부 실시예들에서, 소스 광학 트레인(117)은 도 2에 도시된 원위 단부(127)의 둘레 주위에 여덟(8) 개의 소스 광학 트레인(117)의 원형 패턴과 같은, 어레이 또는 패턴으로 구성된 복수의 소스 광학 트레인들이다. 이 실시예 및 소스 광학 트레인(117) 어레이를 포함하는 다른 실시예에서, 관심 조직 영역(104)은 여기 광(110)으로 더 밝고 균일하게 조명될 수 있다. 밝고 균일한 조명은 시스템(100)에 의한 관심 조직 영역(104)의 향상된 가시화를 허용하는 빛 그림자 효과를 감소시킬 수 있다. 제한 없이, 임의 개수의 소스 광학 트레인(117)을 포함하는 기타 및 임의 개수의 배열, 패턴 또는 어레이가 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
여기 광원(102)(도 4 참조)은 일부 실시예들에서 하우징(121) 내에 위치된다. 선택적으로, 특정 실시예들에서, 조명 광원(103)(도 4 참조)은 하우징(121) 내에 위치된다. 일부 실시예들에서, 조명 광원(103)은 예컨대 할로겐(크세논) 램프, 450와트 크세논 램프, 텅스텐-할로겐 램프, 수은 아크 램프 등과 같은 넓은 전자기 방사 신호 파장 범위 "백색"광(또는 대략 백색광)원을 포함한다. 특정 실시예들에서, 조명 광원(103)으로부터 방출된 조명 광은 "백색"광(또는 대략 백색광) 조명 신호를 형광 효과 또는 관심 조직 영역(104)에서 신경 조직의 기타 고유 속성을 통해서만 발생하는 방출광(112)의 검출을 방해하지 않도록 설계된 파장 범위로 "조정"하기 위해 하나 이상의 광학 필터들을 통해 결합될 수 있다. 시스템(100)의 다양한 실시예들에 따르면, 있는 경우, 반사광(114)(대부분 조명 광원(103)에 의해 방출된 조명광으로부터 기인함), 방출광(112) 및 비방출 주변광의 전부 또는 일부가 인터로게이션 유닛(120)의 수신 광학 트레인(117)에 의해 수집될 것이다.
일부 대안적인 실시예들에서, 여기 광원(102)(도 4 참조)은 인터로게이션 유닛(120)으로부터 떨어진 위치에 상주하고, 여기 광(110)은 예를 들어 광섬유 번들과 같은 광 전송 수단을 통해 인터로게이션 유닛(120)으로 전송된다. 원격 여기 광원(102)은 "자가 지지형" 장치일 수 있거나, 로봇 보조 또는 컴퓨터 보조 수술, 의료 장치 카트 등에 사용되는 것과 같은 콘솔에 도는 콘솔 내에 수용되거나 결합될 수 있다. 광 전송 수단은 제1 케이블(126)과 단일체일 수 있거나, 예를 들어 별도의 세장형 케이블형 구조로서 여기 광원(102)과 인터로게이션 유닛(120) 사이에 기계적으로 그리고 광학적으로 결합될 수 있다.
여기 광원(102)은 광대역의 전자기 방사 신호 파장을 포함할 수 있는 여기 광, 또는 대안적으로 더 좁은 전자기 방사 신호 파장 범위로 한정된 여기 광을 생성한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 여기 광원(102)은 발광 다이오드(LED) 또는 레이저와 같은 좁은 파장 범위 소스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 여기 광원(102)은 예컨대 할로겐(크세논) 램프, 450와트 크세논 램프, 텅스텐-할로겐 램프, 수은 아크 램프 등과 같은 넓은 전자기 방사 신호 파장 범위 "백색"광(또는 대략 백색광)원을 포함한다.
여기 광원(102)은 관심 조직 영역(104)을 조명(방사)하기 위해 인터로게이션 유닛(120)의 소스 광학 트레인(116)으로부터 통과하는 여기 광(110)(전자기 방사 신호)을 방출한다. 여기 광원(102)은 신경 조직에 대한 고유 효과; 예를 들어, 내인성 자가형광 효과를 통해 관심 조직 영역(104)의 신경 조직을 자극하거나 여기시키기 위해 특정 파장에서 여기 광(110)을 방출하도록 구성된다. 그 효과는 본질적인 성질, 즉 조직의 본질적인 성질이나 구조에 있고 전적으로 신경 조직 내에서 발생하기 때문에, 형광(또는 기타) 염료, 형광 마커, 형광 조직 프로브 등이 필요하지 않으며 조직 이미징 시스템(100)의 동작에 사용되지 않는다.
광학 필터를 통해 광학적으로 결합될 수도 있는 여기 광원(102)에 의해 생성된 여기 광(110)의 파장은 일부 실시예들에서 건강한 신경 조직과 주변의 건강한 비신경 조직의 고유한 내인성 형광 효과 사이의 차이를 최대화한다. 비주얼 이미지 디스플레이에서, 예를 들어, 관심 조직 영역에서 신경 조직의 내인성 형광 효과에 대응하는 강조된 이미지(예를 들어, 도 8의 802 참조)와 관심 조직 영역에서 인접한 및/또는 주변의 비신경 조직으로부터의 감소된 반사광과 형광 효과의 부족(또는 최소한의 존재)에 해당하는 강조되지 않고 더 어두운 이미지(예를 들어, 도 8의 804 참조) 사이의 이미지들의 현저한 차이를 디스플레이 화면에서 확인할 수 있다. 디스플레이 화면의 두 이미지 사이의 매우 현저한 차이, 예를 들어 형광 효과의 부족(또는 최소한의 존재)과 인접한 및/또는 주변의 비신경 조직으로부터의 감소된 반사광에 해당하는 강조 표시되지 않고 더 어두운 이미지와 시각적으로 대조되는 신경 조직의 내인성 자가형광 효과에 해당하는 강조 표시된 이미지는 (검사 중인) 관심 조직 영역에서 신경 조직에 인접하거나 주변의 비신경 조직과 대조적으로 신경 조직의 시각화를 향상시킨다. 관심 있는 조직 영역에서 신경 조직과 비신경 조직의 이러한 대조적인 시각화는 예를 들어 외과의가 환자에게 수술 절차를 수행하는 데 도움이 되는 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이러한 대조의 극명한 예에 대해, 다양한 대안적 실시예들에 따라, 도 19의 수술 시야 이미지를 도 20에 도시된 수술 시야 이미지와 비교한다. 도 19에서, 주변 백색광 조건 하에서, 신경 조직(1902)의 존재를 신경 조직에 인접하고/하거나 신경 조직을 둘러싸는 비신경 조직과 구별하는 것은 매우 어렵다. 도 20에서, 조직 이미징 시스템(100)의 예시적인 실시예를 사용하여, 신경 조직(2002)의 형성된 강조 표시된 이미지는 신경 조직(2002)에 인접하고 및/또는 이를 둘러싸는 비신경 조직의 더 어두운 백그라운드 이미지와 명확하게 관찰 가능하게 대조된다.
일부 예시적인 실시예들에서, 여기 광(110)의 파장은 약 365 나노미터(nm)와 약 400 nm 사이의 범위이다. 일부 예시적인 실시예들에서, 여기 광(110)의 파장은 약 382 nm와 약 392 nm 사이의 파장 범위이다. 일부 예시적인 실시예들에서, 여기 광(110)의 파장은 약 455 nm와 약 510 nm 사이의 파장 범위일 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 여기 광(110)의 파장은 약 485 nm일 수 있다.
소스 광학 트레인(116)은 인터로게이션 유닛(120)으로부터 여기 광(110)을 유도한다; 즉, 관심 조직 영역을 조명하도록 유도한다. 소스 광학 트레인(116)은 여기 광원(102)에 근접하거나 인접할 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 광학 트레인(116)은 관심 조직 영역(104)의 조명을 위해 여기 광(110)을 적절하게 집중시키거나 분산시키고 유도하는 광학 렌즈, 또는 복수의 광학 렌즈들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 여기 광원(102)은 관심 조직 영역(104)을 여기 광(110)으로 직접 조명하고 인터로게이션 유닛(120)은 소스 광학 트레인(116)을 포함하지 않는다. 일부 실시예들에서, 소스 광학 트레인(116)은 인터로게이션 유닛(120)으로부터 분리된 여기 광원(102) 내에 포함된다. 일부 실시예들에서, 소스 광학 트레인(116)은 본원에 논의된 바와 같은 광섬유 번들을 포함한다. 실시예에 따르면, 소스 광학 트레인(116)은 제한 없이 광학 렌즈, 복수의 광학 렌즈 또는 광섬유 번들 중 하나 이상을 포함하는 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 소스 광학 트레인(116)은 여기 광(110)의 파장을 내인성 자가형광 효과에 의해 건강한 신경 조직이 방출광(형광 광)(111)을 생성하도록 하기에 최적의 범위로 좁히거나, 수축시키거나, 대역 통과하거나, "조정"하도록 구성된 여기 필터(111)를 포함하며, 이는 주변의 건강한 비신경 조직의 형광을 최소화하거나 전혀 일으키지 않으면서 좁고 수축된 대역 통과 파장 범위에 있을 수 있다. 특히, 주변의 건강한 비신경 조직의 임의의 최소 형광은 신경 조직으로부터 방출광(111)의 좁고 수축된 대역 통과 파장 범위 외부에서 다른 광을 방출할 것이다. 일부 실시예들에서, 소스 광학 트레인과 하나 이상의 조명 광원에 광학적으로 결합된 하나 이상의 광학 필터들을 사용하여, (예컨대 도 4에 도시된 조명 광원(103)으로부터의) 임의의 조명 광 및 그에 따라 관심 조직 영역(104)으로부터의 임의의 반사광은 신경 조직으로부터 방출광(111)의 좁고 수축된 대역 통과 파장 범위로부터 거부되거나 상당히 감소될 수 있다. 또한, 수신 광학 트레인 및 광 검출 장치(예를 들어, 이미징 카메라 장치)에 광학적으로 결합된 하나 이상의 광학 필터들을 사용하여, 임의의 여기 광(110)은 신경 조직으로부터 방출광(111)의 좁고 수축된 대역 통과 파장 범위로부터 거부되거나 상당히 감소될 수 있는 반면, 특정 실시예에서 관심 조직 영역으로부터 반사된 조명 광은 통과시킬 수 있다. 추가로, (있는 경우, 방사된 조명 광으로부터의 그리고 방사된 여기 광으로부터의) 비신경 조직의 최소한의 형광 효과는 실질적으로 외부에서 광을 방출할 가능성이 높으며, 신경 조직으로부터 방출광(111)의 좁고 수축된 대역 통과 파장 범위로부터 거부되거나 크게 감소될 것이다. 상기 논의된 바와 같이, 소스 광학 트레인에 결합되든 수신 광학 트레인에 결합되든지 간에, 하나 이상의 필터의 추가는 관심 조직 영역에서 비신경 조직으로부터의 임의의 광과 비교하여 신경 조직으로부터 방출광(111)의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
여기 필터(111)는 여기 광원(102)이 특정 LED 또는 레이저 여기 광원들과 같은 보다 협대역 광원으로부터의 여기 광(110)에 비해 할로겐 또는 수은 아크 소스와 같은 광대역 백색 광원인 실시예들에 특히 유용하다. 따라서, 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 대역 통과 필터이다.
일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 저역 통과(장파 통과) 필터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 고역 통과(단파 통과) 필터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 382 nm 내지 약 392 nm 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 300 nm 고역 통과(단파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 400 nm 저역 통과(장파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 300 nm 내지 약 400 nm 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 320 내지 약 380 nm 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 325 nm 내지 약 375 nm 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 350 nm 저역 통과(장파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 300 nm 저역 통과(장파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 여기 필터(111)는 약 400 nm 고역 통과(단파 통과) 필터를 포함한다.
도 15 및 16은 카메라 이미징 장치 또는 덴드라이트(Dendrite) 카메라 장치의 다양한 예시적인 실시예들을 예시한다는 점에 유의해야 한다. 카메라(1500)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 카메라 하우징 및 렌즈(1502)를 포함하는 수신 광학 트레인을 포함하며, 가능하게는 특정 실시예들에서, 렌즈와 함께 또는 렌즈 부근에 하나 이상의 광학 필터들(1502)을 포함할 수도 있다. 도 16은 덴드라이트 카메라로도 지칭될 수 있는 조직 이미징 장치(1600)의 일 예를 예시한다. 조직 이미징 장치(1600)는 그 핸들(1606)로 핸드헬드될 수 있다. 이 예에서, 조직 이미징 장치(1600)는 복수의 광원 및 아마도 하나 이상의 센서/검출기/카메라 유닛을 포함하는 링 부분을 포함한다. 렌즈/필터(1604)는 링 부분의 중앙 영역에 위치되고 조직 이미징 장치(1600)의 하나 이상의 광원으로부터의 하나 이상의 여기 광 신호 및/또는 하나 이상의 조명 광 신호를 결합하는 소스 광학 트레인의 컴포넌트들이다. 광 신호들은 렌즈/필터(1604)를 통해 유도되어 관심 조직 영역에 광 신호를 선택적으로 방사한다.
도 17 및 18은 다양한 실시예들에 따른, 조직 이미징 시스템의 예시적인 컴포넌트들을 예시한다. 덴드라이트 카메라 장치로도 지칭될 수 있는 예시적인 카메라 이미징 장치(1700)가 도 17에 도시된다. 이 예시적인 카메라 이미징 장치(1700)는 사용자에 의해 핸드헬드될 수 있다. 장치(1700)는 이더넷 네트워크 링크(1702)를 통해 도 18에 도시된 컴퓨팅 처리 시스템(1800)에 연결될 수 있다. 카메라 이미징 장치(1700)는 전자 장치를 제어하는 적어도 하나의 광원(1706)을 포함하는 조명 광학계와 같은 다양한 컴포넌트들을 포함한다. 소스 광학 트레인(1704)은 또한 하나 이상의 렌즈들 및 필터들을 통해 적어도 하나의 광원(1706)으로부터의 광 신호들을 결합하는 것으로 도시된다. 카메라 블록(1708)은 이더넷 연결 케이블을 통해 카메라 전자 입출력 신호들을 컴퓨팅 처리 시스템(1800)에 연결하는 컴퓨터 인터페이스를 포함한다. 카메라(1708)는 또한 하나 이상의 검출 필터들 및/또는 렌즈들(1710)을 포함하는 수신 광학 트레인을 포함한다. 컴퓨팅 처리 시스템(1800)은 하나 이상의 프로세서, 메모리, 저장 메모리, 전원 회로부 및 데이터 통신 인터페이스를 포함할 수 있는 정보 처리 시스템(1812)을 포함한다.
터치 패널 디스플레이 장치(1810)는 컴퓨팅 처리 시스템(1800)의 컴포넌트로서 도시되어 있다. 이 터치 패널 장치(1810)는 컴퓨팅 처리 시스템(1800)의 사용자와 통신하기 위해 출력 사용자 인터페이스 장치 및 입력 사용자 인터페이스 장치를 제공한다. 컴퓨팅 처리 시스템(1800)은 또한 외부 네트워크와 통신 가능하게 결합될 수 있는 컴퓨팅 네트워킹 인터페이스를 포함하며, 이는 컴퓨팅 처리 시스템(1800)과 네트워크와 통신 가능하게 결합된 다른 컴퓨팅 장치 사이에서 정보 및 제어 신호들을 전달하는 데 사용될 수 있다.
예시적인 조직 이미징 시스템(100)의 논의를 계속하고, 특히 도 3을 참조하면, 여기 광(110)으로 조명되는 것에 반응하여 관심 조직 영역(104)은 광을 인터로게이션 유닛(120)으로 다시 유도된다. 이러한 유도된 광은 아마도 관심 조직 영역으로부터의 여기 광(110)의 반사 성분을 포함하는 반사광(114)을 포함한다. 여기 광(110)으로 조명될 때 고유 형광 특성들을 갖는 관심 조직 영역(104)의 건강한 신경 조직은 방출광(112)을 생성한다. 방출광(112)은 관심 조직 영역(104)의 일부(예를 들어, 건강한 신경 조직)의 형광 또는 기타 고유 속성을 통해서만 발생한다. 시스템(100)의 일부 실시예들에서, 반사광(114), 방출광(112), 및 조명 광원(103)으로부터의 방출되지 않은 주변광 또는 기타 조명 광의 전부 또는 일부는 인터로게이션 유닛(120)의 광학 트레인(117)을 수신함으로써 수집될 것이다.
도 11은 신경 조직(1102) 및 신경 조직(1102)에 인접하거나 이를 둘러싸는 비신경 조직(1104)을 포함하는 관심 조직 영역 상에 조명될 수 있는 다양한 유형의 광들의 일 예를 예시한다. 여기 광(1110)은 조직 이미징 시스템(100)과 같은 광원으로부터 방출된다. 여기 광(1110)은 특히 신경 조직(1102)의 내인성 자가형광 효과를 유도하거나 도출하도록 시스템에서 설계된다. 이는 예컨대 신경 조직의 구성 및 기타 고유 특성으로 인해서와 같이, 신경 조직의 생물학적 및/또는 화학적 원인으로 인해 달성할 수 있다. 예를 들어, 신경 조직은 높은 지질 및 단백질 함량을 특징으로 할 수 있다. 이는 많은 양의 당류를 포함하지 않는다. 복합 지질(예를 들어, 인지질(phospholipids) 및 스핑고 인지질(sphingophospholipids)) 및 에스테르화되지 않은 콜레스테롤은 가장 풍부한 지질일 수 있다. 단백질 결정을 포함한 단백질은 특정 파장의 자외선(UV) 광으로 여기될 때 자가형광을 발할 수 있다. UV 광의 특정 파장에 의해 여기될 때 자가형광을 낼 수 있는 신경 조직의 고유 특성은 환자 신체의 다른 비신경 조직과 크게 다를 수 있다. 발명자들은 특정 조명 조건 하에서 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역이 특정 파장 범위의 여기 광에 의한 신경 조직(1102)의 조명에 반응하여 신경 조직(1102)으로부터 높은 휘도의 내인성 자가형광 광(1111)을 방출할 수 있음을 관찰했다. 여기 광의 이러한 파장 범위 중 하나는 약 382 nm 내지 약 392 nm의 범위인 것으로 보인다. 신경 조직은 상기 설명된 파장 범위를 포함하는 여기 광(1110)에 의해 조명되는 것에 반응하여 내생적으로 자가형광하는 것으로 보인다. 휘도가 가장 높게 나타나는 내인성 자가형광 광(1111) 파장은 약 433 nm 내지 약 450 nm 범위이다. 비신경 조직(1104)을 조명하는 여기 광(1110)은 여기 광(1110)과 동일한 파장 범위(약 382 nm 내지 약 392 nm)에서 반사광으로서 비신경 조직(1104)으로부터 반사될 것이다. 더 넓은 범위(1008)(도 10 참조) 또는 더 좁은 범위(1010)의 파장을 포함할 수 있는 관심 조직 영역 상의 임의의 조명 광은 건강한 신경 조직(1102)으로부터의 그리고 건강한 비신경 조직(1104)으로부터의 둘 모두를 포함하는 관심 조직 영역으로부터 대부분 반사될 것이다. 더 넓은 범위의 파장의 조명 광(대략 백색광)(1008)을 사용하는 특정 실시예들에서, 내인성 자가형광 광(1111)의 검출을 향상시키기 위해, 하나 이상의 광학 필터들(노치 필터 포함)은 광원으로부터의 조명 광을 소스 광학 트레인에 결합할 수 있는 한편, 또한 신경 조직(1102)으로부터 방출된 내인성 자가형광 광(1111)의 특징인 파장 범위(1006)를 실질적으로 필터링할 수 있다. 조명 광의 이러한 "노치" 필터링은 내인성 자가형광 광(1111)의 파장을 검출하면서 반사된 조명 광으로부터 가능한 간섭을 감소시킬 수 있다.
다양한 실시예들에 따른, 수신 광학 트레인(117)은 광학 렌즈 또는 복수의 광학 렌즈들을 포함하고, 방출광(112)을 포함하는 광을 카메라(122)에 포커싱시키고 유도하도록 구성된다(도 4 참조). 일부 실시예들에서, 수신 광학 트레인(117)은 단일 포커싱 렌즈를 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신 광학 트레인(117)은 적어도 방출광(112)을 카메라(122) 상에 포커싱하도록 구성된 복수의(임의 개수, 조합 및 배열의) 포커싱 렌즈들 및 가능하게는 분산 렌즈들을 포함한다. 시스템(100)의 일부 실시예들은 수신 광학 트레인(117)을 포함하지 않으며, 여기서 카메라(122)는 "칩 온 스틱(chip on a stick)" 이미지 센서 전하 결합 소자("CCD") 카메라이다. 수신 광학 트레인(117)의 일부 실시예들은 검출 필터를 포함할 수 있지만 렌즈는 포함하지 않는다.
일부 실시예들에서, 수신 광학 트레인(117)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 검출 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 반사광(114) 및 검출 필터 범위 밖의 파장을 갖는 주변광을 필터링하는 광학 필터이다. 그러나, 일부 실시예들에서, 수신 광학 트레인(117)은 검출 필터를 포함하지 않는다. 검출 필터는 광의 원하는 파장(예를 들어, 여기 광에 의한 조명에 의해 유도되거나 도출되는 내인성 자가형광 효과에 반응하여 광을 방출하는 신경 조직에 대응하는 파장)만이 검출 필터를 통해 카메라(122)로 통과하도록 허용할 수 있다(도 4 참조). 시스템(100)의 일부 실시예들에서, 검출 필터의 광 필터링 기능은 데이터 프로세서 또는 정보 처리 시스템에 상주하는 이미지 처리 소프트웨어 패키지에 의해 디지털 방식으로 수행된다. 적절한 검출 필터는 시스템(100)의 다른 양태들에 따라, 특히 방출광(112)의 파장에 따라 달라질 수 있으며, 차례로 가시화를 목표로 하는 척추 경질막 또는 경막과 같은 신경 조직의 고유 특성들에 따라 달라진다. 신경 조직 방출광과 같은 방출광(112)에 대응하는 파장의 통과를 허용하도록 검출 필터를 구성하는 것 외에도, 검출 필터(124)는 또한 말초 신경에 인접하거나 이를 둘러싸는 비신경 조직의 가시화를 가능하게 하는 방출광(112)의 파장을 통과시키도록 구성될 수 있으며, 여기에서 특정 파장 범위에서 또는 인접한 또는 주변의 비신경 조직은 여기 광의 파장(들)과 다르고 신경 조직 방출광과 같은 방출광(112)과 다른 특정 파장으로 광을 방출한다. 신경 조직은 본질적으로 여기 광(110)의 동일한 세기(광도) 및 파장에 반응하여 많은 비신경 조직보다 더 높은 강도의 방출광(112)을 형성한다. 이러한 이유로, 지방 또는 근육 조직과 같은 신경 조직에 인접하거나 이를 둘러싼 비신경 조직으로부터의 방출광은 신경 조직에서 방출되는 광보다 훨씬 낮은 세기를 가질 것이다. 주변 비신경 조직은 여전히 가시화될 수 있지만, 신경 조직은 도 8 및 도 20에 예시된 바와 같이, 주변 비신경 조직과 쉽게 시각적으로 구별될 수 있다.
일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 382 nm 내지 약 392 nm의 파장 범위에서 여기 광(1004)의 범위와 일치하는 약 433 nm 내지 약 450 nm 범위의 파장을 포함하는 형광 광(1006)(도 10 참조)을 우선적으로 통과시키는 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 450 nm 내지 약 575 nm 범위의 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 검출 필터(124)는 약 480 nm 범위 내지 약 500 nm 범위의 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 450 nm 내지 약 575 nm 범위의 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 425 nm 내지 약 525 nm 범위의 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 440 nm 내지 약 570 nm 범위의 대역 통과 필터이다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 400 nm보다 긴 범위의 저역 통과(장파 통과) 필터이다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 425 nm보다 긴 범위의 저역 통과(장파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 450 nm보다 긴 범위의 저역 통과(장파 통과) 필터이다.
일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 600 nm보다 짧은 파장 범위의 고역 통과(단파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 575 nm보다 짧은 파장 범위의 고역 통과(단파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 550 nm보다 짧은 파장 범위의 고역 통과(단파 통과) 필터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 검출 필터는 약 510 nm보다 짧은 파장 범위의 고역 통과(단파 통과) 필터를 포함한다.
카메라(122)는 일부 실시예들에서 수신 광학 트레인(117)으로부터 광을 수신한다.
일부 실시예들에서, 카메라(122)는 수신 광학 트레인(117)으로부터 수집된 광을 나타내는 디지털 정보를 프로세서로 전달하도록 구성되며, 프로세서는 정보를 디지털 방식으로 처리하여 디지털 화면 또는 모니터 상에 표시되는 비주얼 이미지를 생성한다. 카메라(122)는 일부 실시예들에서는 이미지 센서/검출기이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 카메라(122)는 프로세서에 결합하도록 구성된 디지털 카메라 모듈이다. 카메라(122)는 일부 실시예들에서는 단색 또는 다색 디지털 카메라이다. 적합한 카메라(122)의 비제한적인 예로는 VM-010-KSP09.A0 디지털 카메라 모듈(독일, 마인츠 소재의 PHYTEC Messtechnik GmbH)이 있다. 일부 실시예들에서, 카메라(122)는 디지털이 아닌 비주얼 이미지를 직접 시각화하기 위한 접안렌즈를 갖는 광학 카메라이다. 수신 광학 트레인(117)을 갖는 또는 갖지 않는 카메라(122)는, 일부 실시예들에서는 가요성 광섬유 내시경을 위해, 동작 현미경/복강경, 흉강경, 관절경, 기관지경, 요관경 등과 같은 인터로게이션 유닛(120) 이외의 시각화 장치에 광학적으로 결합될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 가요성 내시경(1208)과 같은 시각화 장치에 광학적으로 결합된 카메라(1206)의 비제한적인 일 예가 도 12에 도시된다. 조직 이미징 시스템은 환자 신체의 실질적으로 밀폐된 공동 내부의 관심 조직 영역(검사 중인 조직)(1202)을 검사하는 데 사용될 수 있다. 이 예에 따르면, 광 박스 유닛(1204)은 하나 이상의 광원들(1220, 1222)으로부터의 선택 가능한 광 신호를 광학 집광기(1224)에 광학적으로 결합하고, 이는 방출광을 예를 들어 강성 또는 가요성 내시경 장치(1208)로 안내하는 광섬유 케이블(광섬유 광 가이드)(1210)을 통해 선택된 하나 이상의 광원들(1220, 1222)로부터 방출된 광을 결합한다. 강성 또는 가요성 내시경 장치(1208)는 방출광을 예를 들어 환자 신체의 실질적으로 둘러싸인 공동으로 안내하여 여기 광으로 관심 조직 영역(1202)을 조명하는 추가 광 가이드를 포함한다. 관심 조직 영역(1202)은 비신경 조직에 인접하거나 이에 의해 둘러싸인 신경 조직을 포함할 수 있다. 신경 조직 및 비신경 조직은 각각 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함할 수 있다. 상기 예에 따르면, 여기 광(예를 들어, 제1 광원(1220)에서 - 대역 통과 광학 필터 - 필터 1 -의 선택에 의해 "조정"될 수 있는 약 382 nm 내지 약 392 nm 사이의 근 UV 광 파장 범위에서와 같이)은 정보 처리 시스템(1812)(도 18 참조)에서 동작하는 컴퓨터 명령어들에 응답하여 프로세서의 제어 하에 하나 이상의 광원들(1220, 1222)에서 제1 광원(1220)으로부터 선택적으로 방출될 수 있다. 상기 예에 따르면, 도 10은 여기 광(1004)에 대한 파장 범위를 전자기 스펙트럼(1002)으로 예시한다. 각각의 광학 필터 - 도 12에 도시된 필터 1, 필터 2 및 필터 3은 광 신호에 대한 파장 범위의 설계를 "조정"하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 광학 필터들을 포함할 수 있다. 소스 광 필터 - 필터 1 및 필터 2 - 는 각 광원(1220, 122)으로부터 방출된 광 신호를 "조정"한다.
센서/검출기/카메라 광 필터 - 필터3 - 는 조직 이미징 시스템의 센서/검출기/카메라(1206)에 의해 수신된 광 신호를 "조정"한다.
이 예에 따르면, 조명 광(예를 들어, 제2 광원(1222)에서 - 대역 통과 광학 필터 - 필터 2의 선택에 의해 "조정"될 수 있는 대략 파장 400nm 내지 760nm의 가시광선 범위에서와 같이)은 정보 처리 시스템(1812)(도 18 참조)에서 동작하는 컴퓨터 명령어들에 응답하여 프로세서의 제어 하에 제2 광원(1222)으로부터 선택적으로 방출될 수 있다. 상기 예에 따르면, 도 10은 이러한 대략 "백색" 조명 광(1008)에 대한 파장 범위를 전자기 스펙트럼(1002)으로 예시한다.
특정 실시예들에서, 조명 광은 조명 광(1010)으로서 도 10에 도시된 제2 광원(1222)에서 - 대역 통과 광학 필터 - 필터 1 - 의 선택에 의해 "조정"될 수 있는 대략 파장 약 470 nm 내지 760 nm의 가시광선 범위에서와 같이) 대안적인 더 좁은 범위의 파장으로 방출될 수 있다. 이러한 대안적인 조명 광(1010)은 거의 "백색" 조명 광(1010)으로 관심 조직 영역(1202)의 해부학적 구조 및 조직을 효과적으로 조명하는 한편, 관심 조직 영역(1202)의 신경 조직으로부터 방출된 임의의 형광 광(예를 들어, 약 433 내지 약 450 nm 범위의 파장)의 간섭을 실질적으로 방지하는 역할을 할 수 있다. 이 예에서, 도 10은 여기 광(1004)으로 신경 조직의 조명에 반응하여 신경 조직으로부터 방출될 수 있는 형광 광(1006)에 대한 파장 범위를 전자기 스펙트럼(1002)으로 예시한다. 조명 광이 대략 "백색" 조명 광(1008)에 대한 더 넓은 범위의 파장에 있는 특정 실시예들에서, 조명 광(1008)에 대한 이러한 더 넓은 범위의 파장이 형광 광(1006)에 대한 파장의 범위와 겹친다는 것을 도 10에서 알 수 있다. 신경 조직으로부터 방출될 수 있는 형광 광(1006)의 검출 시 대략 "백색" 조명 광(1008)의 간섭을 피하기 위해, 조명 광 필터(필터 1)는 제2 광원(1222)으로부터 방출되고 관심 조직 영역(1202)을 조명하는 데 사용되는 대략 "백색" 조명 광(1008)으로부터 형광 광 파장(1006)을 제거하는 노치 필터를 포함할 수 있다.
상기 예에 따르면, 제1 광원(1220)은 근 UV 광 범위에서 여기 광을 방출하는 LED 광 인클로저 및 하나 이상의 LED들을 포함한다. 이 예에 따르면, 광학 필터(필터 2)는 제1 광원(1220)의 LED 광 인클로저로부터 광섬유 집광기 렌즈(1224)로 방출된 여기 광의 대역 통과 파장 범위를 광학적으로 결합하고 "조정"한다. 소스 광학 트레인은, 이 예에서, 제1 광원(1220), 집중기 렌즈(1224), 하나 이상의 광섬유(1210) 및 내시경(1208)의 광 가이드로부터의 출력을 포함하며, 이로써 여기 광을 가이드하여 관심 조직 영역(1202)을 조명한다. 프로세서는 제1 광원을 선택적으로 온(ON) 또는 오프(OFF)할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 광원(1220)에서 방출되는 여기 광의 휘도 레벨을 제어할 수 있다.
상기 예에 따르면, 제2 광원(1222)은, 이 예에서는 "백색"(또는 대략 백색) 광을 포함하는, 조명 광을 방출하는 LED 광 인클로저 및 하나 이상의 LED를 포함한다. 이 예에 따르면, 광학 필터(필터 1)는 제2 광원(1222)의 LED 광 인클로저로부터 광섬유 집광기 렌즈(1224)로 조명 광의 대역 통과 파장 범위를 광학적으로 결합하고 "조정"한다. 소스 광학 트레인은, 이 예에서, 제2 광원(1222), 집중기 렌즈(1224), 하나 이상의 광섬유(1210) 및 내시경(1208)의 광 가이드를 포함하며, 이로써 조명 광을 가이드하여 관심 조직 영역(1202)을 조명한다. 프로세서는 제2 광원을 선택적으로 온(ON) 또는 오프(OFF)할 수 있을 뿐만 아니라, 제2 광원(1222)에서 방출되는 조명 광의 휘도 레벨을 제어할 수 있다.
이 예에서, 관심 조직 영역(1202)으로부터의 방출광(형광 광) 또는 반사광 또는 둘 다를 포함하는 광 신호는 가요성 내시경(1208) 내의 하나 이상의 광 가이드에 의해 광섬유 케이블(광섬유 광 가이드)로 안내되며 이로써 필터 - 필터 3, 렌즈 및 카메라(1206)로 안내된다. 수신 광학 트레인은, 이 예에서, 광 신호를 카메라(1206)에 결합하는, 가요성 내시경(1208), 광섬유 케이블(1211), 필터 - 필터 3 및 렌즈에 있는 하나 이상의 광 가이드를 포함한다. 도 14는 도 12에 도시된 바와 같은 그리고 위에 논의된 바와 같은 필터 1 내지 3에 대한 필터 선택 옵션을 예시하는 두 개의 예시적인 실시예들의 표를 도시한다.
도 1 내지 4를 다시 참조하면, 일부 실시예들에서, 인터로게이션 유닛(120)은 복수의 카메라(122)를 포함하며, 복수의 카메라(122)의 각 카메라(122)는 대응하는 복수의 광학 트레인(117) 중 하나의 수신 광학 트레인(117)에 광학적으로 결합된다. 하나 이상의 카메라(122)를 포함하는 다양한 실시예들은 광 신호들을 캡처하고 관심 조직 영역(104)의 입체적인 비주얼 이미지를 디스플레이하는 데 유용할 수 있다.
도 4는 일부 실시예들에서 디지털 데이터 경로들을 보여주는 조직 이미징 시스템(100)의 부분 개략도이다. 상기 실시예에 따르면, 프로세서(142)는, 일부 실시예들에서, 여기 광원(102), 조명 광원(103), 카메라(122), 사용자 인터페이스(146), 메모리(145), 비디오 레코더(160) 및 비주얼 디스플레이(150)를 포함하는, 다양한 입/출력 장치들에 데이터 및 명령어들을 전달하고 그로부터의 디지털 입력들을 처기하기 위한 마이크로프로세서와 같은 데이터 프로세스를 포함한다. 프로세서(142)는 카메라(122), 사용자 인터페이스(146) 및 메모리(145)로부터 디지털 입력들을 수신한다. 시스템(100)의 실시예에 따라, 기존의 의료 이미징 및 컴퓨터 보조 이미징 애플리케이션에서 현재 사용되는 것과 같은 의료용 컴퓨터 마이크로프로세서를 포함하는, 다양한 적합한 프로세서가 프로세서(142)로서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(142)는 일부 실시예들에서 디지털 이미지 처리 및/또는 이미지 향상, 디지털 레코딩 및 메모리 관리, 여기 광원 관리, 방출광 및 반사광 통과의 디지털 광학 필터링, 사용자 인터페이스 관리, 무선 통신 및 기타 특정 기능들과 같은 특정 작업과 관련된 기능을 실행하는 복수의 마이크로프로세서와 같은, 특정 태스크들에 관련된 복수의 바이크로프로세서 실행 기능들이다.
프로세서(142)는 메모리(145)에 상주하고 프로세서(142)에서 실행되는 소프트웨어 패키지(144)를 실행한다. 일부 실시예들에서, 소프트웨어 패키지(144)는 예를 들어 지방 조직, 근육 조직, 결합 조직 등을 포함할 수 있는 비신경 조직과 같은 제2 조직과 대조되는 신경 조직과 같은 관심 조직 영역의 제1 조직의 우선적 시각화를 수행하도록 구성된다.
프로세서(142)는 일부 실시예에서, 카메라(122)에 전력 전달, 개구 크기 등과 관련된 명령어들을 전달하고 카메라(122)로부터 이미지 데이터를 수신하도록 구성된다.
메모리(145)는 데이터 저장 장치이다. 메모리(145)는 일부 실시예들에서, 쓰기 가능한 메모리 또는 쓰기 가능한 메모리와 읽기 전용 메모리의 조합으로 구성될 수 있다.
프로세서(142)로부터의 비주얼 이미지 데이터 신호들을 비주얼 디스플레이(150)에 의해 수신된다. 비주얼 디스플레이(150)는 외과의 또는 시스템(100)의 다른 사용자에게 백그라운드 조직 상의 말초 신경과 같은 비주얼 이미지를 디스플레이한다. 조직 이미징 시스템(100)의 실시예에 따라, 비주얼 디스플레이(150)는 표준 비디오 모니터, 최소 침습 수술 절차 중에 사용되는 것과 같은 고해상도 비디오 모니터, 또는 컴퓨터 모니터일 수 있다. 디스플레이(150)는 예컨대 제한 없이 현재 사용되고 있거나 미래에 개발될 유기 LED(OLED), 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이, 양자점 디스플레이(QLED), 또는 기타 비주얼 이미지 디스플레이의 임의의 의료 등급을 포함하는 발광 다이오드(LED) 디스플레이일 수 있다.
비주얼 이미지 데이터의 기록 및 보관은 의료 기록 보관, 교육 및 지침 및 기타 용도와 같이 유용할 수 있다. 따라서, 시스템(100)의 일부 실시예들은 비디오 레코더(160)를 포함한다. 비디오 레코더(160)는 프로세서(142)로부터 비주얼 이미지 데이터를 수신하고 비주얼 이미지 데이터를 비주얼 디스플레이(150)에 출력할 수 있다. 표준 디지털 또는 아날로그(비디오 테이프) 장치는 시스템(100)의 실시예에 따라 비디오 레코더(160)를 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스(146)는 조직 이미징 시스템(100)의 사용자가 정보 교환 및 명령어들, 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들 및 요소들의 설정 조정을 포함하는 기능들과 상호작용하고 제어하는 수단이다. 이러한 기능들 중 일부 비제한적 예들에는 시스템(100) 또는 임의의 개별 컴포넌트들로의 전력 전달을 시작하거나 종료하는 것, 여기 광원(102)으로부터 방출되는 여기 광(110)의 세기(광도)를 변경하는 것; 결합 광학 또는 디지털 필터를 통해 또는 광원들을 변경함으로써 여기 광(110)의 파장을 변화시키는 것, 즉 백색광 대 여기 광(110)의 필터링된 것(대역 통과 또는 기타) 등이 포함된다. 디지털 필터의 통과 파장을 변경하는 것은 일부 실시예들에서, 사용자 인터페이스(146)를 통해 변화, 변경 또는 조정된다. 사용자 인터페이스(146)는 아날로그 버튼 또는 스위치, 디지털 입력 스위치, 디지털 터치스크린, 토글 스위치, 조이스틱, 휠(디지털이든 아날로그이든 상관없음), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 사용자 인터페이스(146)는 복수의 사용자 인터페이스들을 포함한다.
사용자 인터페이스(146)가 복수의 사용자 인터페이스인 비제한적인 예시적 실시예로서, 시스템(100)은 일부 실시예들에서, (i) 컨트롤러(140)에 상주하는 그래픽 사용자 인터페이스; (ii) 인터로게이션 유닛(120)의 하우징(121)에 배치된 버튼 또는 기타 스위치들; (iii) 백색광과 필터링된 광 사이에서 조직 조명(즉, 여기 광(110))을 변경하기 위한 바닥-기반의 발로 작동하는 토글(floor-based foot-activated toggle) 또는 기타 스위치; 등의 조합을 포함할 수 있다. 도 5는 조직 이미징 시스템(100)용 컨트롤러의 일 실시예의 그래픽 예시이다. 도 5는 프로세서(142), 메모리(145) 및 사용자 인터페이스(146)를 갖는 컨트롤러(140)를 도시한다. 연결 인터페이스(147)도 도시된다. 연결 인터페이스(147)는 HDMI(high-definition multimedia interface), 외부 기록 장치 입출력 커넥터 세트, USB(universal serial bus) 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 5에 도시된 실시예를 포함하여, 컨트롤러(140)는 복수의 연결 인터페이스들(147)을 포함한다.
연결 인터페이스(들)(147)는 시스템(100)의 기능을 증가시킬 수 있으며, 예를 들어 USB 인터페이스는 이미지들이 USB 저장 매체에 저장되게 하고/하거나 의료용 HIPAA 기록 장치와 통합되게 한다. 컨트롤러(140)는 의료 등급을 준수하는 전원(152)을 포함하거나 이에 전기적으로 결합된다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(140)는 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나 여기 광원(102), 조명 광원(103), 소스 광학 트레인(116), 수신 광학 트레인(117), 카메라(122), 이미지 디스플레이(150) 및 비디오 레코더(160)를 포함할 수 있는 조직 이미징 시스템(100)을 형성하는 하나 이상의(임의의 조합의) 컴포넌트들에 통신 가능하게 결합된, 블루투스 또는 WiFi 무선 인터페이스와 같은 하나 이상의 무선 연결 인터페이스(들)(147)를 포함한다.
도 6은 의료용 카트(164)에 장착된 조직 이미징 시스템(100)의 예시이다. 의료용 카트(164)는, 선택적으로는, 예를 들어 컨트롤러(140), 여기 광원(102), 비디오 레코더(160), 이미지 디스플레이(150) 및 임의의 관련 액세서리와 같은, 시스템(100)의 하나 이상의 컴포넌트들을 집합, 장착, 운반 및 보관하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 의료용 카트(164)가 시스템(100)의 컴포넌트들을 장착, 운반 및/또는 보관하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 여기 광원(102) 및 조명 광원(103)은 하나의 의료용 카트(164)에 장착되는 반면, 컨트롤러는 다른 컴포넌트들과 함께 제2 의료용 카트(164)에 장착된다.
도 7a는 조직 이미징 시스템(100)에 대한 메인 메뉴의 일 예를 보여주는 화면 디스플레이를 포함하는 사용자 인터페이스(146)의 일 실시예의 정면도이다. 메인 메뉴는 일부 실시예들에서, 컨트롤러(140)에 위치된 화면 또는 인터로게이션 유닛(120)에 위치한 화면으로서 사용자 인터페이스(146)에 의해 디스플레이될 수 있다. 메인 메뉴는 본원에서 논의된 바와 같이, 사용자에게 정보를 제공하고 사용자가 시스템(100)의 입력 제어, 설정 또는 조정 요소들을 제공할 수 있도록 한다. 예를 들어, 메인 메뉴는 사용자에게 조명 설정, 감도 설정, 디지털 비디오 저장을 위한 메모리 상태, 서브 메뉴 및 컨트롤에 대한 액세스 등에 관한 정보를 제공한다. 이 예시된 실시예의 추가 기능은 사진을 캡처하거나, 비디오 녹화를 시작하거나, 수술 부위의 비주얼 이미지를 보여주는 비디오 화면으로 전송하거나, 컨트롤러(140)를 대기 모드로 설정하는 명령을 포함한다.
도 7b는 시스템(100)의 예시적인 설정 메뉴를 보여주는 사용자 인터페이스(146)의 일 실시예의 정면도이다. 이 예시적인 디스플레이는 일부 실시예들에서, 사용자에게 사용자 인터페이스(146)에 의해 디스플레이되는 메뉴에 대한 언어를 선택하고, 여기 광원(102)의 조명 레벨 설정을 조정하고, 카메라 감도 설정을 조정하기 위한 옵션들을 제공하고, 사진 및 비디오를 USB 또는 기타 디지털 저장 장치에 복사하도록 하는 명령어를 제공한다.
도 8은 수술 부위 내에서, 신경 조직(802)의 이미지 및 신경 조직(802)에 인접하거나 이를 둘러싸는 비신경 조직의 이미지를 보여주는 이미지 디스플레이(150)의 일 예이다. 설정 상태 표시기도 수술 부위 조직 이미지 디스플레이 내 삽입으로서 디스플레이된다.
도 9는 조직 이미징 시스템을 사용하는 방법에 대한 예시적인 프로세스 단계들을 보여주는 흐름도이다. 방법은 단계(202)에서 진입된다. 방법은 일부 실시예들에서, 포지셔닝 단계(208 및 210), 조명 단계(220), 수신 단계(222), 검출 단계(230), 비주얼 이미지 형성 단계(240) 및 디스플레이 이미지 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 검출 단계(230)는 필터링 단계를 더 포함한다.
포지셔닝 단계(208 및 210)은 일부 실시예들에서, 인터로게이션 유닛을 포지셔닝하는 단계를 포함하며, 프로브는 건강한 비신경 조직에 인접하거나 이에 둘러싸인 건강한 신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역에 근접한 비주얼 이미지를 형성하는 데 사용되는 데이터를 획득하도록 구성된, 수신 광학 트레인을 갖는다. 일부 실시예들에서, 관심 조직 영역은 수술 상처를 포함한다. 일부 실시예들에서, 관심 있는 조직 영역은 척수, 전방 및 후방 척수 신경 및 배측 척수 신경절을 포함하는 경막낭(thecal sac)의 일부와 같은, 척추 경막(예를 들어, 경막)의 일부를 포함하는 수술 상처 베드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 단계(240)에서, 형성된 비주얼 이미지는 신경, 말초 신경 및/또는 경막과 같은 건강한 신경 조직(802)의 이미지(도 8에서 밝은 흰색 또는 기타 컬러 이미지로 강조 표시된 것을 참조)를 포함하며, 이는 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직(804)(도 8의 강조 표시된 이미지(802)와 대조되는 훨씬 더 어두운 이미지)과 시각적으로 대조된다.
일부 실시예들에서, 조명 단계(220)는 하루, 마커 또는 프로브가 없을 때 제1 파장을 포함하는 여기 광으로 조직을 조명하여 조직이 제1 파장의 여기 광으로 조명하는 것에 반응하는 제2 파장을 포함하는 방출광을 생성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 파장은 파장의 범위이다. 일부 실시예들에서, 파장의 범위는 근자외선 범위에 있다. 일부 실시예들에서, 파장의 범위는 약 300 나노미터(nm)와 약 400 nm 사이이다. 일부 실시예들에서, 여기 광의 파장은 약 370 nm이다. 일부 실시예들에서, 여기 광의 파장은 약 455 nm와 약 510 nm 사이의 파장 범위이다. 일부 실시예들에서, 여기 광의 파장은 약 485 nm이다. 일부 실시예들에서, 여기 광은 인터로게이션 유닛으로부터 방출된다.
일부 실시예들에서, 검출 단계(230)는 염료, 마커 또는 프로브가 없을 때 조직으로부터 방출광을 검출하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 수신 광학 트레인은 조직으로부터의 방출광, 조직으로부터 반사된 여기 광 및 필터링 및 처리를 위한 주변광을 수집한다.
일부 실시예들에서, 필터링 단계(235)는 방출광을 필터링하는 단계를 포함한다. 필터링 단계(235)는 방출광의 실질적으로 더 큰 부분의 통과를 우선적으로 허용하면서 반사된 여기 광의 적어도 일부 및 주변 광의 적어도 일부를 제거한다.
일부 실시예들에서, 필터링 단계(230)는 광학 필터에 의해 수행된다. 일부 실시예들에서, 광학 필터는 수신 광학 트레인으로 구성된다. 일부 실시예들에서, 필터링 단계(230)는 컨트롤러로 구성되고 메모리에 저장된 소프트웨어 패키지를 실행하는 프로세서와 같은, 프로세서에 의해 수신된 광의 디지털 필터링을 포함한다. 일부 실시예들에서, 디지털적으로 필터링된 광은 수신 광학 트레인에 의해 수신된다.
일부 실시예에서, 형성 단계(240)는 말초 신경과 같은 신경 조직의 비주얼 이미지를 형성하는 단계를 포함하며, 이는 신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 비신경 조직의 이미지와 대조되고 구별된다. 일부 실시예들에서, 비주얼 이미지는 카메라를 포함하는 인터로게이션 유닛에 의해 수신된 광의 처리에 의해 형성된다(240). 일부 실시예들에서, 광은 카메라에 의해 디지털적으로 처리된다. 일부 실시예들에서, 광은 컨트롤러에 의해 디지털적으로 처리된다. 일부 실시예들에서, 광은 디지털적으로 처리되지 않으며 비주얼 이미지는 렌즈를 통해 보이는 광학 이미지이다. 일부 실시예들에서, 렌즈는 수신 광학 트레인으로 구성된다. 방법은 단계(252)에서 종료된다.
조직 이미징 시스템의 대안적인 예시적인 실시예들
도 13은 근 UV 조명을 사용하여 비신경 조직의 이미징과 대조되는 신경 조직의 이미징을 선택적으로 수행하고, 대안적으로 또는 동시에 적외선(IR) 광을 사용하여 관심 조직 영역(1302)의 이미징을 수행할 수도 있는 조직 이미징 시스템의 예시적인 실시예를 예시한다. 본 발명자들은 신경 조직의 관류가 비신경 조직의 관류보다 현저히 낮은 경향이 있음을 알아차렸다. IR 광원(1304)으로부터의 IR 광 신호들로 관심 조직 영역을 선택적으로 조명하고, 관심 조직 영역(1302)으로부터 방출된 IR 신호들을 검출함으로써, 관심 조직 영역(1302)에서 형성된 신경 조직의 이미지는 관심 조직 영역(1302)의 형성된 비신경 조직의 이미지와 시각적으로 대조될 수 있다. 형성된 신경 조직의 이미지는 전형적으로 형성된 비신경 조직의 이미지(더 높은 휘도)에 비해 더 어두운 이미지(더 낮은 휘도)일 것이다. 두 개의 이미지들은 관심 조직 영역(1302)에서 비신경 조직의 위치에 대한 신경 조직의 위치를 식별하기 위해, 디스플레이 화면과 같이, 서로 시각적으로 대조될 수 있다.
근 UV 광원(1304)은, 상기 예에 따라, 검출 필터(1322), 렌즈(1324)를 포함하고 광을 카메라(1320)로 안내하는 수신 광학 트레인에 여기 광을 결합하기 위한 하나 이상의 광학 필터들(1306)를 포함할 수 있다. 있는 경우, 비신경 조직으로부터의 광의 검출과 대조되는 근 UV 여기 광 및 신경 조직으로부터의 내인성 자가형광 광의 검출을 위한 이러한 컴포넌트 세트는 조직 이미징 시스템의 다양한 예시적인 실시예들과 관련하여 위에서 이미 설명된 것과 유사한 설명을 갖는다.
IR 광원(1308)은 하나 이상의 IR LED 및 하나 이상의 광학 필터들(1310)을 포함하여 IR 광을 관심 조직 영역에 결합하고 그로부터 IR 광 신호를 수신 광학 트레인 및 카메라(1320)에 결합할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른 IR 광 검출은 있는 경우, 비신경 조직으로부터의 광의 검출과 대조되는 신경 조직으로부터의 내인성 자가형광 광의 검출과 대조적으로 또는 대안으로 선택적으로 수행될 수 있다. 하나는 IR 광 검출로부터, 그리고 다른 하나는 신경 조직으로부터의 내인성 자가형광 광 검출로부터의 두 이미지 세트들은 이미지를 오버레이하고 관심 조직 영역(1302)에서 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직의 가장 가능성 있는 위치들을 보여주는 오버레이된 이미지들의 디스플레이를 렌더링할 수 있는 처리 시스템에 의해 카메라로부터 처리될 수 있다.
신경 조직과 비신경 조직을 구별하기 위한 조직 이미징의 향상
서로 다른 조직의 온도 검출 추가
카메라에 결합된 내시경 프로브의 팁은 관심 조직 영역에서 서로 다른 조직의 서로 다른 온도를 검출할 수 있는 온도 센서(예를 들어, 하나 이상의 IR 검출기들)를 포함할 수 있다. 종종, 신경 조직은 비신경 조직의 정맥, 동맥 및 근육처럼 혈액을 포함(또는 관류)하지 않기 때문에 신경 조직은 비신경 조직보다 차가울 수 있다. 신경 조직과 비신경 조직 사이의 온도 차이 때문에, 혈관 조직은 신경과 경막이 인접한 및/또는 주변의 비신경 조직 구조들과 구별될 수 있도록 서로 다른 색으로 빛날 것이다. 관심 조직 영역에서 다양한 조직의 고유 온도는 내시경 프로브가 장착된 온도 센서를 사용하여(예를 들어, 내시경 프로브 팁의 외부 표면 주위에 전략적으로 위치된 하나 이상의 온도 센서를 사용하여) 측정될 수 있다. 열 전위차는 관심 조직 영역에 걸쳐 측정되고, 그 온도 맵이 생성될 수 있다. 이 맵은 인접한 비신경 조직 구조와 신경 조직 사이의 주요 온도 전이를 강조 표시한다. 신경 조직은 관심 조직 영역에서 비신경 조직으로부터 수신된 광 신호에 대해 대조되는 신경 조직의 내인성 자가형광을 검출함으로써 조직 이미징을 사용하여 인접하거나 주변의 비신경 조직과 추가로 대조될 수 있다. 그런 다음 처리 시스템은 내인성 자가형광 이미지들을 관심 조직 영역의 다양한 조직의 온도 맵과 결합(예를 들어, 오버레이)할 수 있다. 이는 신경 조직의 제1 합성 이미지가 비신경 조직의 제2 합성 이미지와 대조될 수 있는 관심 조직 영역의 합성 이미지를 형성할 수 있다. 동일한 관심 조직 영역에 걸친 열 매핑 및 내인성 자가형광 이미징의 이러한 조합은 관심 조직 영역에서 신경 조직과 비신경 조직 사이를 더 잘 구별하기 위해 처리 시스템에 의해 사용된 검출 프로세스에서 감도와 특이성을 증가시킬 수 있다. 이 조합 검출 프로세스는 조직 이미징 시스템에 대한 비신경 조직의 식별과 대조적으로 신경 조직의 식별을 향상시킨다.
임피던스 및 탈분극 분석 활용
신경은 디스플레이에서 사람의 눈으로 검출될 수 있는 백색광에 의해 여기될 때 기본 에너지 방출을 갖는다. 근자외선 광을 비추면, 특수 센서로 검출될 수 있는 다른 탈분극파가 생성되어 이동하는 탈분극파를 소음이나 진동으로 변환하여 사람의 눈이 디스플레이 상의 신경 조직을 시각화하기 전에 의사에게 신경 조직의 근접성을 경고한다.
이 검출은 관심 조직 영역에서 신경 조직과 비신경 조직을 더 잘 구별하기 위해 처리 시스템에 의해 사용되는 검출 프로세스에서 감도와 특이성을 향상시키기 위해 위에서 설명된 열 매핑 및 내인성 자가형광 이미징 검출 프로세스 중 하나 이상과 결합될 수 있다.
변화하는 내인성 자가형광 광 신호 분석과 결합된 비접촉식 전기 자극의 임피던스 및 탈분극 활용
신경은 신경 조직에 근접하여 생성된 펄스 진동/변화 전기장에 응답하여, 신경 조직의 축삭을 따라 이동하는 이동 탈분극 파동(예를 들어, 이동 펄스 전기 신호)을 생성하도록 유도될 수 있다. 펄스 진동/변화 전기장은 다양한 서로 다른 방식들로 생성될 수 있다. 일 예에서, 구동 코일은 카메라에 결합된 내시경 프로브의 팁 근처에 위치될 수 있다. 구동 코일에 인가된 진동 전기 신호는 신경 조직에 근접하여 펄스 진동/변화 전기장을 생성할 수 있다. 신경 조직의 축삭을 따라 이동하는 이 이동 펄스 전기 신호는 신경 조직과의 물리적 접촉 없이도, 전자 픽업 센서 또는 기타 전기 신호 검출 회로부에 의해 검출될 수 있다. 비신경 조직은 펄스 진동/변화 전기장에(움직이는 탈분극 파동으로) 반응하지 않는다.
축삭을 따라 이동하는 탈분극파는 또한 이동하는 탈분극파의 파동 전면에서 신경 조직의 내인성 자가형광 효과를 일시적으로 변화시킬 것으로 예상된다. 이동파 전면(축삭의 한 지점)에서 변경된 내인성 자가형광 효과는 축삭의 나머지 부분을 따라 내인성 자가형광 효과와 일시적으로 다를 것이다. 신경 조직(신경 조직의 축삭을 따라 이동하는 탈분극파 전면을 가짐)은 축삭의 다른 부분에 있는 신경 조직으로부터 방출되는 내인성 자가형광 광 신호와 다른 파동 전면에서 신경 조직으로부터 방출되는 내인성 자가형광 광 신호의 변화하는 파장(및 아마도 변화하는 휘도)을 나타낼 것이다. 즉, 신경 조직으로부터 방출되는 자가형광 광 신호는 신경 조직의 축삭을 따라 이동하는 탈분극파 전면을 따라, 일시적으로 파장을 변경하고 아마도 그 세기를 변경할 것이다.
자가형광 광 신호의 이러한 변화는 축삭을 따라 이동하는 탈분극파 전면을 구동하는 펄스 진동/변화 전기장 신호들과 상관될 수 있다. 추가로, 이 펄싱(변화) 자가형광 광 신호의 검출은 관심 조직 영역의 일련의 순차적 이미지들에서 카메라에 의해 캡처될 수 있다. 일련의 순차 이미지들은 이미지 처리를 사용하는 처리 시스템에 의해 실시간으로 또는 거의 실시간으로 분석될 수 있다. 분석으로부터 처리 시스템은 탈분극파의 이동파 전면에 근접한 축삭 경로의 대략적인 맵을 생성할 수 있다. (축삭에 따른) 신경 조직의 경로에 대한 이 맵은 신경 조직의 이미지와 비신경 조직의 별도 이미지를 보여줄 수 있다. 이러한 이미지들은 관심 조직 영역에서 신경 조직 및 비신경 조직의 위치를 외과의에게 알릴 수 있다.
신경 조직의 축삭의 위치를 매핑하기 위한 변화하는 자가형광 광 신호의 이러한 검출은 관심 조직 영역에서 신경 조직과 비신경 조직을 더 잘 구별하기 위해 처리 시스템에 의해 사용되는 검출 프로세스에서 감도와 특이성을 향상시키기 위해 위에서 설명된 열 매핑 및 내인성 자가형광 이미징 검출 프로세스 중 하나 이상과 결합될 수 있다. 외과의는 신경 조직 및 신경 조직에 인접하거나 이를 둘러싸는 비신경 조직의 이미지들을 참조하여, 관심 조직 영역에서 신경 조직 및 비신경 조직의 위치를 안내할 것이다.
예들
본 발명의 다양한 실시예들에 대한 전술한 설명은 부분적으로 하기 열거된 예들에 의해 입증된다.
예 1 - 두경부 종양
사례 1: 35세 여성이 좌측 얼굴에 통증이 없고 천천히 자라는 결절로 내원했는데, 촉진 시 부드럽고 움직이지 않는 느낌이 들었고 압통이 없었고 최대 직경이 3cm로 측정되었다. 환자의 신경학적 검사는 안면 마비의 증거를 포함하여 완전히 정상이었다. 초음파 검사상 왼쪽 귀밑샘에 단단한 저에코 결절이 발견되었다. FNA(Fine Needle Aspiration)이 수행되었으며, 양성 다형성 선종이 확인되었다.
사례 2: 55세 여성이 좌측 얼굴에 통증이 없고 천천히 자라는 결절로 내원했는데, 촉진 시 단단하고 탄력이 있으며, 압통이 없었고, 최대 직경이 2.5 cm로 측정되었다. 이전 사례와 마찬가지로, 환자의 신경학적 검사는 정상이었고, 초음파상 좌측 귀밑샘에 단단한 저에코성 결절이 확인되었고, FNA에서는 양성 다형 선종이 확인되었다.
사례 3: 43세 여성이 귀밑샘의 아래 극 부분에서 얼굴 아래쪽 오른쪽 옆면에 통증이 없고 천천히 자라는 결절로 내원했다. 촉진 시, 결절은 단단하고 움직이지 않는 느낌이 들었고, 압통이 없었으며, 최대 직경이 4cm로 측정되었다. CT 스캔에서, 병변은 잘 정의되고 잘 캡슐화되었다. 미세 바늘 흡인은 다형성 선종과 일치하는 근상피 및 중간엽 컴포넌트들을 모두 드러냈다.
안면 신경과 그 가지의 향상된 수술 중 시각화에 대한 조직 이미징 시스템을 사용하여, 위에서 설명된, 사례 1 내지 3 각각에서 전체적인 귀밑샘절제술이 수행되었다. 각 환자에 대해 어벨리노-구티에레즈(Avelino-Gutierrez) 절개가 사용되었다. 이하선의 전방 경계가 보일 때까지 표재성 근건막층과 이하선 근막 사이에 표재성 경부-근막 플랩을 생성하였다. 이 시점에서, 안면 신경 줄기를 확인하고, 근자외선(NUV) 광 하에서 수술 부위의 시각화를 허용할 수 있도록 조직 이미징 시스템을 사용하여 안면 신경 가지를 해부했다. NUV 광 하에서, 자궁경부 및 측두안면 가지와 이들 가지의 길이는 밝게 자가-형광되었으며, 따라서 명확하게 식별되었다. 3명의 환자 모두, 귀밑샘 절제술이 완료되었고 수술 중 합병증 없이 배액관을 설치하였으며, 수술 직후와 수술 후 1일차 신경학적 검사에서 모두 정상 소견을 보였다. 3명의 환자 모두 수술 후 첫 날 집으로 퇴원했으며 마지막 수술 클리닉 방문 당시 합병증이나 신경학적 결손 없이 지냈다.
예 2 - 갑상선암
사례 4: 45세 여성 환자가 오른쪽 목 옆쪽에 위치된 1.1cm 크기의 피하결절로 내원하였다. 신체 검사에서 환자가 삼킬 때 위아래로 움직이는 갑상선의 오른쪽 엽 부위에 단단하고 통증이 없는 결절이 확인되었다. 초음파에서, 11 x 20 mm 크기의 단단한 결절이 모양이 불규칙하고 수많은 작은 석회화와 경계가 불분명한 것으로 시각화되었다. 혈청 티로글로불린 수치가 상승했다. FNA에서, 유두상 갑상선 암종이 진단되었고, 그 후 추가 이미징에서 베데스다(Bethesda) IV기와 일치하는 파종성 전이가 나타났다. 갑상선 및 중앙과 측면 목 절개의 외과적 제거가 수행되었다. 전자 동안, 되돌이 후두 신경과 설하 신경은 모두 NUV 광 하에서 밝게 형광되었으며 쉽게 피할 수 있었다. 목을 해부하는 동안, 수술 부위 내의 모든 신경은 NUV 하에서 경로 전체에서 다시 명확하게 식별되었으며, 이 정도의 시각화는 백색광 하에서 얻은 것보다 분명히 우수했다.
예 3 - 신경외과
사례 5: 이전에 건강했던 88세 남성이 휴식을 취하기 전에 대략 500미터로 걷기가 제한되는 심각한 요통으로 맡겨졌다. 그의 기본 검사에서 L4 극돌기 위의 요추에서 절묘한 압통이 나타났지만, 신경학적 결손은 없었다. CT와 MRI 모두 경막외 공간으로의 연조직 침투와 함께, 4번째 요추의 종양 침투 및 결과적인 파괴를 보여주었다. 비-호지킨(non-Hodgkin) B 세포 림프종을 밝혀낸 경척추경 경피적 생검술(transpedicular percutaneous biopsy)이 수행되었다. 다양한 옵션을 논의한 후, 화학 요법을 시작하기 전에 2-단계 척추 수술을 수행하기로 결정했다: 척추관을 감압하는 제1 단계; 요추를 재건하고 안정화시키는 제2 단계.
수술은 전신마취 하에 미니 개복(mini-open) 후복막 접근법을 이용하여 환자를 우측 측와위 자세로 수행하였다. 그런 다음 절차는 기구를 포함하여 360°(복부-배측) 방식으로 수행되었으며 L2에서 천골까지 후방 경피 기구가 수반되었다. L4 척추체의 절제를 포함하는 두 번째 단계를 위해, L3-4 및 L4-5 추간판 및 척추관에서 복부측에 위치된 종양 조직을 절제한 후 티타늄 메쉬 보철물을 사용하여 전주(anterior column)를 재건하였다. 좌측 전외측 접근법이 채택되었다. 환자는 수술 중이나 수술 후 합병증을 경험하지 않았으며, 상처의 불편함 외에는 수술 후 통증이 없었다. 2차 수술 후 3일 후 퇴원하여 1주일 이내에 항암치료를 시작하였다. 그는 완전히 걸을 수 있고 통증이 없었다.
사례 6: 난산 중에, 아기가 오른쪽 상완 신경총 손상을 입니다. 생후 6개월에, 그녀는 어깨와 팔꿈치 굽힘 마비를 보여 부모에 의해 병원에 데려왔고, 반대쪽 하지대에서 채취한 비복 신경 이식을 사용하여 상완 신경총과 견갑상 신경의 환부를 대체하기 위한 외과적 재건 수술이 예정되어 있다. NUV 광 하에서, 반대측 비복 신경과 동측 상완 신경총, 횡격막 신경 및 견갑상 신경은 모두 수술 부위에서 그 진행 과정 전반에 걸쳐 쉽게 시각화되었다. 수술은 합병증 없이 진행됐으며, 아이는 현재 재활치료를 받고 있다.
조직 이미징 시스템이 본원에서 설명되었다. 조직 이미징 시스템은 수술 부위과 같이, 광학적으로 또는 디지털 방식으로 비주얼 이미지를 생성하며, 관심 타겟 조직 영역의 시각화는 주변 신경 또는 척수 경막(경막)과 같은, 관심 조직 영역에서 형성된 강조된 신경 조직의 이미지를 포함할 수 있으며, 이는 여기 광으로 조명하는 것에 반응하여, 주변 신경 또는 척수 경막(경막)과 같은 신경 조직의 기타 고유 속성 또는 내인성 자가형광에 의해 향상된다. 생성된 비주얼 이미지는 형성된 강조된 신경 조직의 이미지 및 신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 형성된 비신경 조직의 더 어두운 이미지를 포함한다. 여기 광, 방출광, 반사광 또는 이들의 조합을 필터링하면 타겟 조직 구조를 주변 지방, 근육 또는 결합 조직과 더욱 구별하여 비주얼 이미지를 향상시킨다. 약 300 nm 내지 약 400 nm 사이의 NUV 파장 범위에서 여기 광을 사용하는 것이 특히 효과적이다.
위에서 논의한 바와 같은, 조직 이미징 시스템에 대한 예언적 예시적인 애플리케이션
갑상선 절제술
갑상선 절제술이 시작되고 갑상선 엽이 노출되며 상부 척추경이 결찰되면, 부갑상선이 식별된다. 그 근처에서 해부를 계속하려면 되돌이 후두 신경을 찾아야 한다. 후두 신경이 손상될 위험이 있다. 보조 외과의는 신경(건강한 신경 조직)을 조명하고 전체 궤적의 자가형광 이미지를 얻을 수 있는 수술 부위로부터 대략 20 cm 떨어진 곳에 덴드라이트 카메라를 위치시킨다.
건강한 신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 건강한 비신경 조직에 의해 방출되거나 반사되는 광으로부터 대조되는 신경의 자가형광에 따라 안내되면, 외과의는 되돌이 신경을 해부하고 주변 구조에서 분리한다.
Dendrite 카메라는 특정 여기 파장 범위의 광으로 조명하여 인접한 정상 구조(건강한 비신경 조직)와 신경을 구별할 수 있다. 여기 광은 이미징 시스템에서 광원과 통합된 하나 이상의 광학 필터들을 사용하여 생성 및 방출될 수 있다. 동시에, 소프트웨어에 대응하여 동작하는 프로세서는 관심 조직 영역으로부터 수신된 광 신호들로부터 형성된 서로 다른 이미지들을 분석할 수 있으며, 신경 조직으로부터 방출되는 형광 광이 아닌 광 신호들의 세기를 차단하거나 현저하게 감소시키고 신경 조직, 예를 들어 신경으로부터 방출된 광 신호들과 같은 특정 파장에서 형광 광을 비추는 구조(신경 조직)의 분해능을 증가시킨다.
로봇 전립선 절제술
로봇 플랫폼의 일부인 30°각도 하향 렌즈는 방광 경부 해부에 사용된다. 전방 방광 경부가 분할되며, 요관구의 위치와 정중엽의 유무를 평가한 후, 후방 방광경부가 분할된다. 그런 다음 정관과 정낭이 식별된다. 신경혈관 다발에 대한 잠재적인 손상을 피하기 위해 정관이 분할되고 정낭이 소작기 없는 방식으로 해부된다. 덴논빌리에(Denonvillier) 근막의 후방층은 전립선과 직장 사이의 가이드 역할을 하는 주변 지방을 식별할 수 있도록 분할되었다. 신경 보존을 최적화하기 위해, 외과의는 덴드라이트 카메라를 사용(예를 들어, 로봇 팔의 단단한 내시경에 부착된 덴드라이트 어댑터를 사용)하여 백색광과 근자외선 광 사이를 전환하여 외과의가 관심 조직 영역에서 건강한 신경 조직의 이미지들을 볼 수 있도록 하고 건강한 신경 조직과 정상적인 건강한 비신경 조직을 구별하도록 한다. 백색광과 NUV 광을 결합한 이중 모드를 활용하여, 외측 전립선 근막을 각 측면에서 절개하여 외과의가 신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 정상적인 비신경 조직으로부터 신경 혈관 다발(신경 조직)을 후외측으로 떨어지는 것을 시각화하도록 하며, 양측 신경보존술이 수행된다.
NUV 광을 사용할 때 건강한 비신경 조직과 구별할 수 있고 볼 수 있는 신경혈관 다발은 요도 및 전립선 정점 레벨까지 원위로 방출된다. 이 시점에서, 전립선의 부착물은 배측정맥복합체(dorsal vein complex; DVC)와 요도뿐이었다. 그런 다음 DVC와 요도를 분할하여 전립선을 자유롭게 만들고, 표본을 10-mm 엔도 캐치 백(endo-catch bag)에 배치한다.
복강경 닛센 위저추벽성형술
외과의는 복강경으로 복강에 접근했으며 C02를 주입한 후, 상복부를 시각화할 수 있다. 위식도 접합부가 식별되고 심각한 위마비를 초래할 수 있는 미주 신경 손상을 방지하기 위해, 외과의는 NUV 광이 있는 덴드라이트 카메라를 사용하여 전방 및 후방 미주 신경을 식별하고 이들을 다른 정상적인 건강한 비신경 연조직 및 혈관 구조와 구별한다. 이 조작은 외과의가 이 영역을 재수술하고 흉터 조직으로 인해 조직이 서로 접착되어 있을 때 더욱 중요해진다. 여기서 NUV 광으로 무장한 카메라는 신경이 절단되는 것을 방지하는 신경을 식별하고 추적할 수 있다.
복강경/개복 서혜부 탈장 복구
개복 기술로 환자의 서혜부에서 수술할 때, 외과의는 탈장낭을 식별하기 위해 백색광으로 코드 구조(cord structures)를 해부한다. 코드를 해부하는 동안, 외과의는 (예를 들어, 강성 내시경에 부착된 덴드라이트 어댑터를 사용하여) 열린 덴드라이트 카메라를 손에 쥐거나 특수 팔에 부착하고, 외과의에 의해 절개되거나 이식된 메쉬에 포함되는 것을 방지하는 음부대퇴신경뿐만 아니라 엉덩샅굴신경(신경 조직)의 생식기 가지를 식별하기 위해 덴드라이트 카메라를 사용하여 백색광에서 NUV 광으로 전환할 수 있다. 둘 다 감각을 상실하거나 장기간 서혜부 통증을 무력화시킬 수 있다. 복강경 수술 시, 디스플레이 모니터에 투사되는 복강경에 어댑터를 사용하는 덴드라이트 카메라가 부착되며 관심 조직 영역에서 동일한 구조의 이미지들을 시각화하여 이러한 신경 조직이 메쉬에 의해 손상되거나 갇히는 것을 방지한다.
개복/복강경/로봇 골반 수술
골반 부위 수술(예를 들어, 대장암 수술, 부인과 또는 비뇨기과 수술) 시, 핸드헬드 덴드라이트 카메라 장치를 사용하여 개복하든, 또는 내시경에 어댑터가 부착된 덴드라이트 카메라를 사용하여 복강경으로 또는 로봇 암에 덴드라이트 카메라 어댑터를 부착하여 로봇으로 수술 시, 외과의는 덴드라이트 카메라의 NUV 광을 사용하여 신경(신경 조직)을 식별하고 보호하는 해부학적 구조를 신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 정상적인 건강한 비신경 조직과 구별하여 해부하고 제거할 수 있다.
심장 개복 및 개복/흉강경 폐 수술
심장 수술 후 횡격막 신경 손상은 그것을 찾는 노력에 따라 발생률이 가변적이다. 결정적인 연구는 이 합병증이 심근 보호 전략 중 감기 유발 손상과 관련이 있고 내유 동맥 수확 중 기계적 손상과 관련이 있을 수 있음을 보여준다. 결과는 또한 가변적이며 특히 폐 기능과 관련하여 환자의 근본적인 상태에 크게 좌우된다. 환자의 반응은 무증상 방사선학적 이상에서부터 장기간의 기계적 환기를 필요로 하는 심각한 폐 기능 장애 및 기타 관련 이환율과 심지어 사망률에 이르기까지 다양할 수 있다. 유방 동맥을 채취하거나 심낭(신경 조직에 인접하거나 주변 조직)을 열 때, 외과의는 특수 팔에 부착된 핸드헬드 개방 덴드라이트 카메라 또는 흉강경에 부착된 어댑터가 있는 흉강경 덴드라이트 카메라를 사용하여 횡격막 신경(신경 조직)을 시각화하고 유방 동맥을 채취할 때 절단되지 않도록 보호한다.
상지 및 하지 수술
혈관, 신경외과, 성형 및/또는 정형외과 시술을 수행할 때, 외과의는 최종 시술을 수행하기 위해 해부학적 구획에 접근하기 위해 피부를 크게 절개할 것이다. 그렇게 하는 동안 외과의는 신경(신경 조직)과 정상적인 근육 및 혈관 구조(신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 비신경 조직)를 구별해야 한다. 덴드라이트 카메라를 특수 팔에 받치거나 보조자가 이를 들고 있음으로써, 덴드라이트 카메라에 의해 방출되는 NUV 광을 비추어 신경(신경 조직)을 식별하고 이들을 정상적인 주변 연조직 및 혈관 구조(신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 비신경 조직)와 구별할 수 있다.
신경외과적 수술
현미경에 부착된 범용 어댑터가 있는 덴드라이트 카메라를 사용하여, NUV 카메라가 제공하는 이미지들과 현미경이 캡처한 실시간 이미지들 사이의 상호 작용을 통해 외과의가 수막종, 전이, 신경종 등과 같은 건강한 비신경 조직 및/또는 종양 과정에 포함되거나 이들로 둘러싸인 신경 구조(건강한 신경 조직)를 개별적으로 취급하도록 할 수 있다. 온도 및 흐름 검출기들과 조합하여, 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직과 대조되는 건강한 신경 조직의 이미지들의 NUV 덴드라이트 카메라 시각화는 외과의에게 해면정맥동과 같은 민감한 영역에 접근하고, 침입 과정을 제거하고, 최소한의 건강한 조직 파괴로 빠져나갈 수 있는 가능성을 무제한으로 제공한다.
두개골 기저부 수술
경질막(경막)을 침범하거나 파괴하는 두개골 기저부를 침범하는 과정은 절제하기 어렵다. NUV 덴드라이트 카메라를 사용하여, 경막(신경 조직)의 인식이 해부 및 절제가 빨라져, 외과의가 일반적 수술에서와 같이 "건강한 경계 사이"(신경 조직에 인접하고/하나 이를 둘러싸는 건강한 비신경 조직)도 절제하도록 한다.
척추 수술
덴드라이트 카메라의 사용은 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직과 대조되는 신경 조직의 이미징에 의해 경막(건강한 신경 조직)를 식별할 수 있으며, 이는 외과의에게 척추 수술에서 덴드라이트 카메라를 사용할 때 성공적인 시술을 위한 최대 가능성을 제공한다.
경피적 내시경 절제술
내시경에 어댑터가 있는 덴드라이트 카메라를 사용하여, 내시경으로 척추에 접근할 때 외과의에게 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직의 위치와 대조되는 신경근의 위치에 대한 즉각적인 조직 이미징 피드백을 제공하여(간접적으로는 신경의 경막 커버를 인식하여)(건강한 신경 조직), 주변 황색 인대 및 디스크 또는 뼈 물질로부터 명확한 박리를 가능하게 한다.
흉강경 교감신경절제술
덴드라이트 카메라를 사용(예를 들어, 강성 내시경에 부착된 덴드라이트 어댑터를 사용)하는 NUV 이미지들은 외과의에게 인접한 및/또는 주변의 건강한 비신경 조직의 위치와 대조되는 교감 신경 사슬 및 해당 측부 섬유(신경 조직)의 위치를 즉시 보여준다. 이러한 신경 조직과 비신경 조직의 정확한 위치는 다한증에 대한 교감신경 절제술을 시행할 때 매우 중요하다.
흉강경 절제술
흉강에서 NUV 조명 및 덴드라이트 카메라를 사용(예를 들어, 강성 내시경에 부착된 덴드라이트 어댑터를 사용)하면 외과의에게 인접한 및/또는 주변의 비신경 조직의 위치와 대조되는 교감신경 섬유(신경 조직)의 위치에 대한 중요한 정보를 제공하며, 관을 척추관과 경질막에 들어가기 전에 연 후 척수를 성공적으로 감압할 수 있다.
비/제한적인 예들
본 발명은 시스템, 방법, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 가능한 모든 기술적 세부 통합 수준으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서가 본 발명의 양태들을 수행하도록 하는 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령어들 갖는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(또는 매체들)를 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 명령어 실행 장치에 의한 사용을 위해 명령어들을 유지하고 저장할 수 있는 유형의(tangible) 장치일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 전자 저장 장치, 자기 저장 장치, 광학 저장 장치, 전자기 저장 장치, 반도체 저장 장치 또는 전술한 이들의 임의의 적절한 조합일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 보다 구체적인 예들의 비제한적 목록에는, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 매모리(Random Access Memory; RAM), 읽기 전용 메모리(Read-Only Memory; ROM), 소거 가능한 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(erasable programmable read-only memory; EPROM 또는 플래시 메모리), 정적 랜덤 액세스 메모리(Static Random Access Memory; SRAM), 휴대용 콤팩트 디스크 읽기 전용 메모리(Compact Disc Read-Only Memory; CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(Digital Versatile Disk; DVD), Memory Stick®, 플로피 디스크, 명령어들이 기록되어 있는 홈에 있는 펀치 카드 또는 융기 구조와 같은 기계적으로 인코딩된 장치 및 전술한 이들의 적절한 조합이 포함된다. 본원에 사용된 바와 같은, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 그 자체로 예컨대 전파 또는 기타 자유롭게 전파되는 전자기파, 도파관 또는 기타 전송 매체를 통해 전파되는 전자기파(예를 들어, 광섬유 케이블을 통해 통과되는 광 펄스) 또는 와이어를 통해 전송되는 전기 신호와 같은, 일시적인 전송 신호인 것으로 해석되어서는 안 된다.
본원에 설명된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로부터 각각의 컴퓨팅/처리 장치들로, 또는 네트워크, 예를 들어, 인터넷, 근거리 통신망, 광역 통신망 및/또는 무선 네트워크를 통해 외부 컴퓨터 또는 외부 저장 장치로 다운로드될 수 있다. 네트워크는 구리 전송 케이블, 광 전송 섬유, 무선 전송, 라우터, 방화벽, 스위치, 게이트웨이 컴퓨터 및/또는 에지 서버를 포함할 수 있다. 각 컴퓨팅/처리 장치의 네트워크 어댑터 카드 또는 네트워크 인터페이스는 네트워크로부터 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들을 수신하고 각각의 컴퓨팅/처리 장치 내의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장하기 위해 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들을 포워딩한다.
본 발명의 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들은 어셈블러 명령어, ISA(instruction-set-architecture) 명령어, 머신 명령어, 머신 종속 명령어, 마이크로코드, 펌웨어 명령어, 상태 설정 데이터, 집적 회로에 대한 구성 데이터, 또는 Smalltalk®, C++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어 및 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어들과 같은 절차적 프로그래밍 언어를 포함하는, 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 작성된 소스 코드 또는 객체 코드일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들은 전적으로 사용자 컴퓨터에서, 부분적으로는 독립형 소프트웨어 패키지로서 사용자 컴퓨터에서, 부분적으로는 사용자 컴퓨터에서, 그리고 부분적으로는 원격 컴퓨터에서, 또는 전체적으로 원격 컴퓨터 또는 서버에서 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 LAN(Local Area Network) 또는 WAN(Wide Area Network)을 포함한 모든 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 연결될 수 있거나, 또는 외부 컴퓨터에 대한 연결이 (예를 들어, 인터넷 서비스 공급자를 사용하는 인터넷을 통해) 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 프로그램 가능 논리 회로부, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field-programmable gate arrays; FPGA) 또는 프로그램 가능 논리 어레이(programmable logic arrays; PLA)를 포함하는 전자 회로부는 본 발명의 양태들을 수행하기 위해, 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들의 상태 정보를 이용하여 전자 회로부를 개인화함으로써 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들을 실행할 수 있다.
본 발명의 양태들은 본 발명의 실시예들에 따른 방법, 장치(시스템) 및 컴퓨터 프로그램 제품의 흐름도 예시 및/또는 블록도를 참조하여 설명된다. 흐름도 예시 및/또는 블록도의 각 블록, 및 흐름도 예시 및/또는 블록도의 블록들의 조합은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어에 의해 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
이러한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 또는 기타 프로그래밍 가능 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공되어 컴퓨터의 프로세서 또는 기타 프로그래밍 가능 데이터 처리 장치를 통해 실행되는 명령어들이 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록들에서 지정된 기능들/행위들을 구현하도록 기계를 생성할 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들은 또한 컴퓨터, 프로그램 가능 데이터 처리 장치 및/또는 기타 장치들이 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있어, 그 내부에 저장된 명령어들을 갖는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록들에 지정된 기능들/행위들의 양태들을 구현하는 명령어들을 포함하는 제조품을 포함한다.
컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들은 또한 컴퓨터, 기타 프로그램 가능 데이터 처리 장치 또는 기타 장치 상에 로드되어 일련의 동작 단계들이 컴퓨터, 기타 프로그램 가능 장치 또는 기타 장치 상에서 수행되어 컴퓨터 구현 프로세스를 생성할 수 있으므로, 컴퓨터, 기타 프로그래밍 가능 장치 또는 기타 장치 상에서 실행되는 명령어들은 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록들에서 지정된 기능들/행위들을 구현한다.
도면의 흐름도 및 블록도는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현의 아키텍처, 기능 및 동작을 예시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각 블록은 지정된 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령어들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 명령어들의 일부를 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현들에서, 블록들에 명시된 기능들은 도면들에 명시된 순서를 벗어나 발생할 수 있다. 예를 들어, 연속으로 도시된 두 개의 블록들은, 실제로, 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 관련된 기능에 따라 블록들이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 블록 다이어그램 및/또는 흐름도 예시의 각 블록과 블록도 및/또는 흐름도 예시의 블록들의 조합은 지정된 기능 또는 행위를 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 시스템에 의해 구현되거나 특수 목적 하드웨어와 컴퓨터 명령어들의 조합을 수행할 수 있다는 점에 유의해야 할 것이다.
본 명세서는 특정 표준 및 프로토콜을 참조하여 실시예들에서 구현된 컴포넌트들 및 기능들을 설명할 수 있지만, 본 발명은 이러한 표준 및 프로토콜에 국한되는 것은 아니다. 각 표준은 최신 기술의 예들을 나타낸다. 이러한 표준은 때때로 본질적으로 동일한 기능들을 가진 더 빠르고 더 효율적인 등가물들에 의해 대체된다.
본원에 설명된 예들의 예시들은 다양한 실시예들의 구조에 대한 일반적인 이해를 제공하기 위한 것이며, 이들은 본원에 설명된 구조들을 사용할 수 있는 장치 및 시스템의 모든 요소들과 특징들에 대한 완전한 설명을 제공하기 위한 것은 아니다. 많은 다른 실시예들이 상기 설명을 검토할 때 당업자에게 명백할 것이다. 구조적 및 논리적 대체 및 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 이루어질 수 있도록 다른 실시예들이 활용되고 그로부터 파생될 수 있다. 도면들은 또한 단지 표현적인 것일 뿐이며 축척에 맞게 그려지지 않을 수 있다. 특정 비율은 과장될 수 있고, 반면에 다른 비율은 최소화될 수도 있다. 따라서, 본 명세서 및 도면들은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다.
특정 실시예들이 본원에서 예시되고 설명되어 있지만, 동일한 목적을 달성하기 위해 계산된 임의의 배열이 도시된 특정 실시예들을 대체할 수 있음을 이해해야 한다. 본원의 예들은 다양한 실시예들의 모든 적응 또는 변형을 다루기 위한 것이다. 상기 실시예들과 본원에 구체적으로 설명되지 않은 기타 실시예들의 조합이 본원에서 고려된다.
요약은 청구범위나 의미를 해석하거나 제한하는 데 사용되는 것이 아니라는 이해가 제공된다. 추가로, 전술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 본 개시를 능률화할 목적으로 단일의 예시적인 실시예에서 함께 그룹화된다. 이러한 개시 방법은 청구된 실시에들이 각 청구항에 명시적으로 인용된 것보다 더 많은 특징을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 다음의 청구범위가 반영하는 바와 같이, 독창적인 주제는 단일의 개시된 실시예의 모든 특징들보다 적다. 따라서 이하의 청구범위는 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구범위는 별도로 청구된 주제로서 그 자체로 존재한다.
정보 처리 시스템에 대해 하나의 프로세서만이 도시되어 있지만, 다수의 중앙 처리 장치들(CPU들) 또는 프로세서들을 갖는 정보 처리 시스템들은 동등하게 효과적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들은 프로세서로부터 처리를 오프로드하는 데 사용되는 별도의 완전히 프로그래밍된 마이크로프로세서를 각각 포함하는 인터페이스를 더 통합할 수 있다. 추가로, 다양한 실시예들은 입력 사용자 인터페이스 및 출력 사용자 인터페이스 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 입력 사용자 인터페이스들의 예들에는, 이제 제한되는 것은 아니나, 마우스, 키보드, 키패드, 터치패드 또는 발화 음성 명령 및 입력 데이터를 수신하기 위한 마이크가 포함될 수 있다. 출력 사용자 인터페이스들의 예들에는 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나, 디스플레이, 조명, 램프, 촉각 출력 장치 또는 수신된 발화 음성 명령 및 입력 데이터에 대한 오디오 신호 및/또는 음성 응답을 출력하기 위한 스피커가 포함될 수 있다.
처리 시스템을 위한 메인 메모리에 포함된 운영 체제는, 이에 제한되는 것은 아니나, Linux®, UNIX®, Windows® 및 Windows® 서버 기반 운영 체제와 같은 적절한 멀티태스킹 및/또는 멀티프로세싱 운영 체제일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들은 임의의 다른 적합한 운영 체제를 사용할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들은 정보 처리 시스템 내에 위치한 임의의 프로세서에서 실행될 운영 체제의 컴포넌트들의 명령어들을 허용하는 객체 지향 프레임워크 메커니즘과 같은 아키텍처를 활용한다. 본 발명의 다양한 실시예들은, 이에 제한되는 것은 아니나, 유선 통신을 통해, 무선 통신을 통해, 단거리 무선 통신을 통해, 장거리 무선 통신을 통해, 광 통신을 통해, 광섬유 통신을 통해, 위성 통신을 통해 또는 미래의 네트워킹 메커니즘을 통해 오늘날 존재하는 아날로그 및/또는 디지털 기술을 포함하는 임의의 데이터 통신 연결과 함께 작동하도록 적응될 수 있다.
본원에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본원에 사용된 바와 같이, 단수형 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은 본 명세서에서 사용될 때 지정된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 지정하지만, 하나 이상의 다른 기능, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 그 그룹의 추가 또는 존재를 배제하지 않는 다는 것이 또한 이해될 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "다른"이라는 용어는 적어도 제2 이상으로 정의된다. 본원에서 사용된 바와 같은 "포함하는" 및 "갖는"이라는 용어들은 구성되는 것(즉, 개방형 언어)으로 정의된다. 본원에서 사용된 바와 같은 "결합된"이라는 용어는 "연결된"으로 정의되지만, 반드시 직접적으로 연결되는 것은 아니며 반드시 기계적으로는 연결되는 것은 아니다. "통신 가능하게 결합된"은 컴포넌트들이 예를 들어 유선, 무선 또는 기타 통신 매체를 통해 서로 통신할 수 있도록 컴포넌트들을 결합하는 것을 말한다. "통신 가능하게 결합된" 또는 "통신 가능하게 결합하는"이라는 용어들은, 이에 제한되는 것은 아니나, 하나의 요소가 다른 요소를 지시하거나 제어할 수 있는 전자 제어 신호를 전달하는 것을 포함한다. "~하도록 구성된(configured to)"이라는 용어는 주어진 기능을 수행하기 위해 설정, 배열, 구축, 구성(composed), 구성(constructed), 설계되거나 이러한 특성들의 조합을 갖는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 설명한다. "~하도록 적응된(adapted to)"이라는 용어는 주어진 기능을 수행할 수 있거나, 수용할 수 있거나, 만들거나, 수행하기에 적합한 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 설명한다.
"컨트롤러", "컴퓨터", "프로세서", "서버", "클라이언트", "컴퓨터 시스템", "컴퓨팅 시스템", "개인용 컴퓨팅 시스템", "처리 시스템" 또는 "정보 처리 시스템"이라는 용어들은 본원의 하나 이상의 실시예들을 구현하도록 적응된 적절하게 구성된 처리 시스템의 예들을 설명한다. 적절하게 구성된 임의의 처리 시스템은 본원의 실시예들에 의해, 예를 들어 이에 제한되는 것은 아니나, 개인용 컴퓨터, 랩탑 개인용 컴퓨터(랩탑 PC), 태블릿 컴퓨터, 스마트폰, 이동 전화, 무선 통신 장치, 개인 정보 단말기, 워크스테이션 등에 의해 유사하게 사용될 수 있다. 처리 시스템은 하나 이상의 처리 시스템 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 처리 시스템은 하나의 처리 시스템에서 중앙집중식 방식으로 구현되거나 서로 다른 요소들이 여러 상호 연결된 처리 시스템들에 걸쳐 분산되어 있는 분산 방식으로 구현될 수 있다. 아래 청구범위의 해당 구조, 재료, 동작 및 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소들의 등가물들은 구체적으로 청구된 기차 청구 요소들과 조합하여 기능을 수행하기 위한 모든 구조, 재료 또는 동작을 포함하기 위한 것이다.
본 출원의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었지만, 개시된 형태로 본 발명을 모두 포함하거나 한정하려는 것은 아니다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백해질 것이다. 실시예들은 본 발명의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하고, 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정들을 통해 다양한 실시예들로 본 발명을 다른 당업자가 이해할 수 있도록 하기 위해 선택되고 설명되었다.

Claims (19)

  1. 신경 조직 이미징 시스템에 있어서,
    무균 환경에서 사용하도록 구성된 하우징으로서, 상기 하우징은,
    소스 광학 트레인와 광학적으로 결합된 여기 광원으로서, 상기 여기 광원은 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역을 조명하기 위해 근자외선 광 범위의 제1 파장 범위에서 여기 광원을 상기 여기 광원으로부터 선택적으로 제어 및 방출하도록 구성되고 상기 소스 광학 트레인을 통해 결합되며, 상기 여기 광원은 상기 건강한 신경 조직이 상기 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 내생적으로 자가형광되고 가시광 범위의 제2 파장 범위에서 제1 휘도로 제1 자가형광 광을 방출하도록 하고, 상기 여기 광으로 조명되는 것에 반응하여, 상기 건강한 비신경 조직을,
    내생적으로 자가형광되고 상기 제2 파장 범위에서 임의의 자가형광 광을 방출하는 것을 방지하거나; 또는
    내생적으로 자가형광되고 상기 제1 루미네센스의 50% 미만인 제2 루미네센스로 상기 제2 파장 범위에서 제2 자가형광 광을 방출하는 것 중 적어도 하나를 더 하도록 하는 상기 제1 파장 범위의 상기 여기 광을 방출하도록 설계 및 구성된, 상기 여기 광원;
    상기 여기 광원을 제어하기 위해 상기 여기 광원과 전기적으로 결합된 제어 전자 회로부; 및
    상기 여기 광원으로부터 상기 여기 광을 제어하는 상기 여기 광원의 적어도 하나의 동작 파라미터를 선택적으로 제어하도록 구성된, 상기 제어 전자 회로부 및 상기 여기 광원과 동작 가능하게 결합된 컨트롤러/프로세서를 포함하는, 신경 조직 이미징 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러/프로세서는 상기 여기 광원을 선택으로 턴 온 또는 턴 오프시키도록 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러/프로세서는 상기 여기 광원으로부터 상기 여기 광의 휘도를 선택적으로 제어하도록 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소스 광학 트레인은 적어도 상기 근자외선 광 범위의 상기 제1 파장 범위에서 상기 여기 광원으로부터 여기 광을 통과시키는 대역 통과 필터를 포함하며, 상기 제1 파장 범위 밖의 파장에서 상기 여기 광원으로부터 임의의 여기 광을 실질적으로 감쇠시키는, 신경 조직 이미징 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 약 382 nm 내지 약 392 nm의 상기 제1 파장 범위의 여기 광을 통과시키면서, 약 382 nm 내지 약 392 nm의 상기 제1 파장 범위 밖의 파장에서 상기 여기 광원으로부터 임의의 여기 광을 실질적으로 감쇠시키도록 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 약 382 nm 내지 약 392 nm의 상기 제1 파장 범위의 여기 광을 통과시키도록 구성되며, 상기 제2 파장 범위는 약 433 nm 내지 약 450 nm인, 신경 조직 이미징 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 여기 광원은 상기 건강한 신경 조직이 상기 여기 광으로 조명되는 것에 응답하여 보조 화학적 또는 약리학적 조성물, 형광 염료, 형광 마커 또는 형광 조직 프로브 중 적어도 하나를 사용하지 않고, 내생적으로 자가형광되고 상기 제2 파장 범위에서 상기 제1 휘도로 상기 제1 자가형광 광을 방출하도록 상기 제1 파장 범위의 상기 여기 광을 방출하도록 설계 및 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    제2 소스 광학 트레인과 동작 가능하게 결합된 조명 광원으로서, 상기 조명 광원은 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 상기 관심 조직 영역을 조명 광으로 조명하기 위해 가시광 범위의 제1 파장 범위에서 상기 조명 광을 상기 조명 광원으로부터 선택적으로 제어 및 방출하도록 구성되고 상기 제2 소스 광학 트레인을 통해 결합되는, 상기 조명 광원을 더 포함하는, 신경 조직 이미징 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 소스 광학 트레인은 적어도 상기 가사광 범위의 상기 제1 파장 범위에서 상기 조명 관원으로부터 조명 광을 통과시키는 대역 통과 필터를 포함하며, 상기 제1 파장 범위 밖의 파장에서 상기 조명 광원으로부터 임의의 조명 광을 실질적으로 감쇠시키는, 신경 조직 이미징 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 약 400 nm 내지 약 760 nm의 상기 제1 파장 범위의 여기 광을 통과시키면서, 약 400 nm 내지 약 760 nm의 상기 제1 파장 범위 밖의 파장에서 상기 여기 광원으로부터 임의의 여기 광을 실질적으로 감쇠시키도록 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소스 광학 트레인은 상기 여기 광원 및 상기 관심 조직 영역을 조명하기 위해 상기 여기 광원으로부터 상기 여기 광을 결합하는 추가 광 가이드를 포함하는 강성 및/또는 가요성 내시경 장치와 동작 가능하게 결합된 광섬유 광 가이드를 포함하는, 신경 조직 이미징 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 카메라 장치 및 상기 관심 조직 영역으로부터 수신 광학 트레인에 의해 수신된 광 신호들을 상기 카메라가 광학적으로 결합하는 상기 수신 광학 트레인을 더 포함하며, 상기 수신 광학 트레인은 상기 관심 조직 영역으로부터의 상기 광 신호들을 상기 카메라 장치에 광학적으로 결합하는, 광섬유 광 가이드 및 렌즈를 포함하는, 신경 조직 이미징 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수신 광학 트레인은 상기 관심 조직 영역으로부터 상기 수신 광학 트레인에 의해 수신된 광 신호들을 상기 카메라에 광학적으로 결합하는 검출 필터를 더 포함하는, 신경 조직 이미징 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 검출 필터는 상기 관심 조직 영역으로부터 상기 수신 광학 트레인에 의해 수신되는 약 400 nm 보다 긴 파장의 광 신호들을 광학적으로 통과시키고, 상기 관심 조직 영역으로부터 사이 수신 광학 트레인에 의해 수신되는 약 400 보다 짧은 파장의 임의 광 신호들을 실질적으로 감쇠시키는 장파 통과 필터를 포함하는, 신경 조직 이미징 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    제2 소스 광학 트레인과 동작 가능하게 결합된 조명 광원으로서, 상기 조명 광원은 건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 상기 관심 조직 영역을 조명 광으로 조명하기 위해 가시광 범위의 제1 파장 범위에서 상기 조명 광을 상기 조명 광원으로부터 선택적으로 제어 및 방출하도록 구성되고 상기 제2 소스 광학 트레인을 통해 결합되는, 상기 조명 광원을 더 포함하는, 신경 조직 이미징 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 컨트롤러/프로세서는 상기 여기 광원을 선택으로 턴 온 또는 턴 오프시키기 위해 상기 조명 광원을 선택적으로 턴 온 또는 턴 오프시키도록 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 컨트롤러/프로세서는 상기 여기 광원으로부터 상기 여기 광의 휘도를 선택적으로 제어하고 상기 조명 광원으로부터 상기 조명 광의 휘도를 선택적으로 제어하도록 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  18. 제12항에 있어서, 상기 강성 및/또는 가요성 내시경 장치는 환자 신체의 공동으로 삽입하도록 구성된 내시경 프로브의 내시경 팁을 포함하고, 상기 내시경 팁은 상기 컨트롤러/프로세서에 의해 제어 가능한 구동 코일을 포함하여 상기 관심 조직 영역에 근접한 펄스 진동/변화 전기장을 생성하며, 상기 컨트롤러/프로세서는,
    진동 전기 신호로 상기 구동 코일을 구동하여 상기 관심 조직 영역의 상기 신경 조직에 근접한 펄스 진동/변화 전기장을 생성함으로써, 상기 신경 조직의 축삭을 따라 이동하는 탈분극파를 유도하고 추가로 상기 여기 광에 의한 상기 신경 조직의 조명 및 상기 신경 조직의 상기 축삭을 따라 이동하는 상기 유도된 탈분극파 모두에 반응하여 상기 신경 조직으로부터 방출되는 변화되는 자가형광 광 신호들을 생성하고;
    상기 여기 광원을 제어하여 상기 관심 조직 영역을 조명하기 위해 상기 소스 광학 트레인을 통해 결합되는 상기 여기 광을 턴 온 및 방출하고;
    상기 카메라를 제어하여 상기 관심 조직 영역의 하나 이상의 순차적 이미지 세트를 캡처하고;
    상기 순차적 이미지 세트를 분석하여 상기 관심 조직 영역에서 신경 조직의 위치 및 비신경 조직의 위치의 맵을 생성하고;
    상기 관심 조직 영역에서 제1 신경 조직 이미지 및 제2 비신경 조직 이미지를 생성하고;
    상기 제1 신경 조직 이미지가 상기 제2 비신경 조직 이미지와 시각적으로 대조되는 상기 제1 및 제2 이미지들을 디스플레이 장치 화면 상에 디스플레이 하도록 구성되는, 신경 조직 이미징 시스템.
  19. 조직 이미징 시스템에서, 제1 신경 조직 위치 이미지 및 상기 신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는 제2 비신경 조직 위치 이미지를 디스플레이하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    건강한 신경 조직 및 건강한 비신경 조직을 포함하는 관심 조직 영역 상에 근자외선 광 범위의 제1 파장에서 여기 광을 조명하는 단계로서, 상기 건강한 비신경 조직은 상기 신경 조직에 인접하고/하거나 이를 둘러싸는, 상기 조명하는 단계;
    카메라로, 가시광 범위의 제2 파장 범위에서 제1 휘도로 상기 건강한 신경 조직으로부터 방출된 내인성 자가형광 광의 이미지 데이터를 캡처하는 단계로서, 상기 신경 조직으로터 방출된 상기 내인성 자가형광 광은 상기 신경 조직 상에 상기 여기 광의 조명으로 유도되는, 상기 캡처하는 단계; 및
    상기 카메라로, 상기 제2 파장 범위에서 상기 제1 휘도로 상기 건강한 신경 조직으로부터 방출된 상기 내인성 자가형광 광의 상기 이미지 데이터를 캡처하는 것과 동시에 상기 건강한 비신경 조직으로부터 수시된 광 신호의 이미지 데이터를 캡처하는 단계로서, 상기 건강한 비신경 조직은, 상기 여기 광으로 조명되는 것에 응답하여,
    내생적으로 자가형광되고 상기 제2 파장 범위에서 임의의 자가형광 광을 방출하는 것을 방지하거나; 또는
    내생적으로 자가형광되고 상기 제1 루미네센스의 50% 미만인 제2 루미네센스로 상기 제2 파장 범위에서 제2 자가형광 광을 방출하는 것 중 적어도 하나를 더 하도록 하는, 상기 캡처하는 단계; 및
    상기 관심 조직 영역에서 상기 건강한 신경 조직의 위치의 제1 이미지를 형성하는 단계;
    상기 관심 조직 영역에서 상기 건강한 비신경 조직의 위치의 제2 이미지를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 이미지는 상기 관심 조직 영역에서 상기 신경 조직의 위치와 상기 비신경 조직의 위치를 식별하기 위해 상기 제2 이미지와 대조(구별)되는, 상기 제1 이미지와 제2 이미지를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계를 포함하는, 방법.
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