KR20240033018A - 림프절 위치 결정 디바이스 - Google Patents

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KR20240033018A
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엘리자베스 파스만
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고든 잉고
키릴 페데로브
세일라 아브딕
매튜 세치니
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더 유니버시티 오브 웨스트 온타리오
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Abstract

시스템은 조직 샘플과 함께 사용하기 위한 것이며 트레이와 장치를 포함한다. 트레이는 사용 중인 조직 샘플과 장치를 수용하기 위한 것이다. 장치는, 사용 시 트레이를 수용하는 지지체; 파동을 전송하고 파동 에코를 식별하도록 조정된 프로브; 조직 마킹 디바이스; 및 운반체를 포함하며, 운반체는 사용 시 조직 샘플 위로 프로브를 이송시키도록 -사용 시 방사선 전문의가 조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체를 식별하는 것을 허용할 만큼 충분히 조직 샘플에 관한 정보가 수집되도록 프로브와 운반체는 조정됨-; 그리고 조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체의 위치에 해당하는 관심 대상 위치로 조직 마킹 디바이스를 이송하도록 조정된다.

Description

림프절 위치 결정 디바이스
본 발명은 임상적 작업 흐름에서 절제된 조직 처리에 관한 것으로서, 특히 수술로 절제된 조직에서의 림프절의 검출 또는 식별에 관한 것이다.
림프절(LN) 분석, 예를 들어 림프절증 평가는 임상적 작업 흐름에서 바람직하다. LN 분석은, 예를 들어 감염성 질환, 자가면역 질환 또는 악성 질환을 포함한 다양한 질병을 평가할 때 발생한다. 예를 들어, LN 병기는 고형 종양 암에 대해 국제적으로 채택된 TNM 분류 표준의 주요 매개변수이다 -약어 TNM에서 T는 원래 종양을 나타내고 N은 림프절을 나타내며, M은 전이를 나타낸다.
외과적으로 절제된 조직 샘플에서 LN 검색을 위한 기존 임상 관행은 절제된 조직을 연속적으로 슬라이싱하는 것을 포함하며, 조직은 그 후 육안 검사, 촉진 및 수동 절개(MND) -일반적으로 병리학 레지던트, 병리학자 어시스턴트(PA) 및 일부 경우에 스태프 병리학자를 위해 예약된 절차-를 통해 LN을 위해 검사된다.
LN 검출 및 추출을 돕기 위한 기계적인 디바이스가 제안되었다. 옴니아 인벤타 메디컬(Omnia Inventa Medical)에 의하여 개발된 LNL300은 수동 작동되며 병리 스태프가 절제된 조직 시편에서 LN을 추출하는 것을 허용한다.
간략하게는, 이 디바이스의 작업 흐름이 아래에서 다음과 같은 점에서 설명된다:
Figure pct00001
절개자는 먼저 임의의 큰 LN을 위한 시편을 수동으로 촉진하고 이를 전체 시편에서 제거할 필요가 있다; 이는 LN, 특히 암 양성 LN의 이중 계산을 방지하기 위해 수행되며, 이는 이 디바이스의 기계적인 부분이 실수로 더 큰 LN을 반으로 슬라이스할 수 있기 때문이다.
Figure pct00002
큰 촉진 가능한 림프절의 제거에 이어, 절개자는 지방 조직 양 측면에서 매 0.5 내지 1㎝마다 여러 번의 표면 절개를 하고 그 후 이 조직을 약 0.5㎝의 폭 (폭이 1㎝보다 크지 않은)의 긴 스트립으로 절단할 필요가 있다.
Figure pct00003
이 스트립이 절단되면, 절개자는 이 조직을 대량의 지방 용해 용매 (아세톤, 95% 알코올 또는 카노이(Carnoy)의 아세톤)에 적어도 6시간 또는 밤새 집어넣어 후속 단계에서 디바이스를 사용할 때 조직의 더 우수한 응집과 압축을 허용한다.
Figure pct00004
조직 스트립이 고정되면, 디바이스의 구성 요소들이 조립되며 최대 250g의 지방 조직이 로딩 챔버 내로 패킹되고, 여기서 크랭크는 그 후 수동으로 회전되어 그 후 플런저를 구동하고 조직을 출구 지점/구멍을 갖는 장치 아래로 압축한다. LNL300 기계 디바이스 개발자에 따르면, 특정 "완전 포화 다공성 매체" 이론과 "테르자기(Terzaghi) 원리"를 기반으로, (출구 지점이 포함된 튜브 아래로의) 지방의 압축은 고체 지방/조직 입자들의 간극 내에 존재하는 유체의 제거를 허용할 것이며, 그에 의하여 정확한 크기의 조직 블록으로의 시편의 성공적인 압축을 허용한다.
Figure pct00005
이로부터, 절단 챔버가 부착되며 그 후 일련의 절편 (단일 절단)이 일어나는 조직 블록에 사용된다. 조직 슬라이스는 그 후 표준 조직 카세트 내로 직접 위치된다.
Figure pct00006
이 과정은 모든 조직이 처리 (한 번에 250g만)될 때까지 반복된다.
조직 샘플과 함께 사용하기 위한 시스템은 본 발명의 한 양태를 형성한다. 시스템은 사용 중인 조직 샘플을 수용하기 위한 트레이 및 장치를 포함한다. 본 장치는:
사용 시 트레이를 수용하는 지지체;
파동을 전송하고 파동 에코를 식별하도록 조정된 프로브;
조직 마킹 디바이스; 및
운반체를 포함하며,
운반체는
사용 시 조직 샘플 위로 프로브를 이송시키도록 -사용 시 방사선 전문의가 조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체를 식별하는 것을 허용할 만큼 충분히 조직 샘플에 관한 정보가 수집되도록 프로브와 운반체는 조정됨-; 그리고
조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체의 위치에 해당하는 관심 대상 위치로 조직 마킹 디바이스를 이송하도록 조정된다.
또 다른 양태에 따르면, 프로브는 초음파 프로브일 수 있으며, 운반체는 조직 샘플의 완전한 초음파 이미지를 캡처하기 위해 프로브를 자동적으로 운반하도록 조정된다.
또 다른 양태에 따르면, 시스템은
전체 초음파 이미지가 스크린 상에서 보여지는 것을 허용하도록; 그리고
관찰자가 스크린 상에서 그리고 마우스, 스타일러스, 키보드 또는 터치스크린 인터페이스 중 하나 이상으로, 각각 림프절과 유사한 구조체를 선택하는 것을 허용하도록; 그리고
선택을 기반으로 관심 대상 위치를 생성하도록 조정된 컴퓨팅 시설을 더 포함할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 운반체는 조직 마킹 디바이스를 관심 대상 위치들의 각각으로 자동적으로 이송하도록 조정될 수 있으며, 상기 조직 마킹 디바이스는 마크를 상기 관심 대상 위치들의 각각에 자동적으로 배치하도록 조정된다.
또 다른 양태에 따르면, 운반체 시스템은 X-Y 테이블을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 조직 마킹 디바이스는 핀 세터(pin setter)일 수 있다.
조직 샘플과 함께 사용하기 위한 방법은 본 발명의 또 다른 양태를 형성한다. 본 방법은,
샘플을 트레이에 고정시키는 것;
방사선 전문의가 조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체를 식별하는 것을 허용하기에 충분한 조직 샘플에 대한 정보를 수집하기 위해 파동을 전송하도록 그리고 조직 샘플에 대한 파동 에코를 식별하도록 조정된 프로브를 자동적으로 이송시키는 것;
정보를 사용하여 샘플 내의 관심 대상 위치들 -각 관심 대상 위치는 림프절과 방사선학적 유사성을 갖는 구조체의 위치에 대응함-를 식별하는 것; 및
마킹 디바이스를 관심 대상 위치로 자동적으로 이송시킴으로써 관심 대상 위치들의 각각을 자동적으로 마킹하는 것을 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 프로브는 초음파 프로브일 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 프로브 및 상기 마킹 디바이스는 동일한 장치에 의하여 자동적으로 이송될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 트레이는 정보가 수집된 후 장치에서 제거될 수 있으며 관심 대상 위치가 식별된 후 장치에 배치될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 방사선 전문의는 조직 샘플의 초음파 이미지를 보기 위해 스크린을 갖는 컴퓨팅 시설을 이용할 수 있으며; 그리고 스크린 상에서 그리고 마우스, 스타일러스, 키보드 또는 터치스크린 인터페이스 중 하나 이상으로, 각각이 림프절과 유사한 구조체인 것들을 선택할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 컴퓨팅 시설은 선택을 기반으로 관심 대상 위치를 생성할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 트레이는 샘플이 고정된 후 장치에 배치될 수 있다.
림프절 위치 결정 디바이스는 본 발명의 또 다른 양태를 형성한다. 본 디바이스는,
베이스;
베이스에 결합되며, 절제된 조직 샘플을 유지시키기 위한 저장소를 규정하는 트레이; 및
초음파 프로브의 적어도 2 자유도 움직임을 작동시키는 갠트리를 포함한다.
또 다른 양태에서, 컴퓨터 구현 림프절 위치 결정 방법이 제공되며, 본 방법은:
초음파 스캔 데이터의 획득 동안 캡처된 복수의 이미지 프레임과 초음파 스캔 데이터의 획득 동안 기록된 복수의 위치 좌표를 포함하는, 절제된 조직 샘플의 초음파 스캔 데이터를 획득하는 것;
복수의 이미지 프레임의 각각이 고유한 위치 좌표에 등록되도록 복수의 이미지 프레임의 각각을 복수의 위치 좌표 중 고유한 하나의 위치 좌표에 등록하는 것; 및
림프절을 보여주는 적어도 하나의 이미지 프레임을 선택하고, 선택된 이미지 프레임을 그의 관련된 고유한 위치 좌표와 함께 관심 대상 림프절 영역으로서 기록하는 것을 포함한다.
또 다른 양태에서, 림프절 위치 결정 시스템이 제공되며, 본 시스템은:
· 초음파 스캔 데이터의 획득 동안 캡처된 복수의 이미지 프레임과 초음파 스캔 데이터의 획득 동안 기록된 복수의 위치 좌표를 포함하는, 절제된 조직 샘플의 초음파 스캔 데이터를 저장하기 위한 메모리; 및
· 복수의 이미지 프레임의 각각이 고유한 위치 좌표에 등록되도록 하기 위하여 복수의 이미지 프레임의 각각을 복수의 위치 좌표 중 고유한 위치 좌표에 등록시키도록 구성된, 림프절을 보여주는 적어도 하나의 이미지를 선택하도록 구성된, 그리고 선택된 이미지 프레임을 관심 대상 림프절 영역 및 그의 관련된 고유한 위치 좌표로서 기록하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
추가 양태에서, 디바이스를 제어하기 위한 시스템 및 방법 또한 제공된다.
본 발명의 이점, 특징 및 특성은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 검토하면 명백해질 것이며, 도면은 이하에서 간략하게 설명된다.
다음 도면에서,
도 1은 절제된 조직 샘플에서 림프절 위치 결정 또는 탐색을 위한 디바이스의 예를 보여주는 상부-전방 사시도를 보여주고 있다.
도 2는 도 1에서 보여지는 디바이스의 상부-측면 사시도를 보여주고 있다.
도 3은 도 1에서 보여지는 디바이스의 평면도를 보여주고 있다.
도 4는 도 3에 표시된 선 4-4를 따라 절단된 디바이스의 단면도를 보여주고 있다.
도 5는 도 3에 표시된 선 5-5를 따라 절단된 디바이스의 단면도를 보여주고 있다.
도 6은 도 1에서 보여지는 디바이스에 통합될 수 있는 마킹 엔드 이펙터의 정면도를 보여주고 있다.
도 7은 도 6에서 보여지는 마킹 엔드 이펙터의 사시도를 보여주고 있다.
도 8은 도 6에서 보여지는 마킹 엔드 이펙터의 평면도를 보여주고 있다.
도 9는 LN 위치 결정 시스템의 예의 블록도 맵을 보여주고 있다.
도 10은 LN 위치 결정 방법의 흐름도를 보여주고 있다.
도 10a는 절제된 조직 샘플로부터의 조직 배향, 조직 스캐닝 및 데이터 획득, 데이터 검사, LN 식별, 마킹 및 적출의 예시적인 단계를 제공하는 절제된 조직 샘플에서 LN을 위치 결정하는 전체 작업 흐름의 예의 흐름도를 보여주고 있다.
도 10b는 도 10a에서 보여지는 LN 위치 결정 방법에서의 초음파 스캔으로부터 이미지와 위치 데이터를 캡처하고 등록하는 것의 흐름도를 보여주고 있다.
도 10c는 도 10a에서 보여지는 LN 위치 결정 방법에서의 초음파 스캔으로부터 이미지와 위치 데이터를 캡처하고 등록하는 대안적인 예의 흐름도를 보여주고 있다.
도 10d는 도 10a에서 보여지는 LN 위치 결정 방법에서의 이미지 데이터 검사에 대한 흐름도를 보여주고 있다.
도 10e는 도 10a에서 보여지는 LN 위치 결정 방법에서의 이미지 데이터 검사의 대안적인 예에 대한 흐름도를 보여주고 있다.
도 10f는 도 10a에서 보여지는 LN 위치 결정 방법에서의 이미지 데이터 검사의 또 다른 대안적인 예에 대한 흐름도를 보여주고 있다.
도 10g는 도 10a에서 보여지는 LN 위치 결정 방법에서의 조직 마킹에 대한 흐름도를 보여주고 있다.
도 10h는 도 10a에서 보여지는 LN 위치 결정 방법에서의 조직 적출에 대한 흐름도를 보여주고 있다.
도 11은 절제된 조직 시편을 임베딩(embedding)하는 예를 보여주고 있다. (LN을 포함하는) 절제된 장간막 조직이 2개의 아가로스(agarose) 층 사이에 임베딩되었다. 이는 초음파 스캔 중에 시편이 고정된 위치/배향에 있었다는 것을 보장하였다.
도 12는 시편 그리드 시스템의 예를 보여주고 있다. 초음파 스캔 완료에 이어 조직 후 처리를 돕기 위해 2×2㎝ 그리드 시스템 (총 25개의 정사각형, 관심 대상 조직을 포함하는 20개의 정사각형)이 만들어졌다.
도 13은 디바이스(10)의 직교 로봇 구현 형태의 스캐닝 프로파일을 보여주고 있다. 직교 로봇의 가동 아암과 가동 그리퍼는 200㎜/초의 이동 속도로 특정 스위핑 움직임을 수행하도록 프로그램되었다. 직교 로봇의 정 좌표(homing coordinates)는 (0,0)이었으며, 스캔이 시작되면 가동 그리퍼는 (조작자를 향하여) Y-방향으로 130㎜ 이동하고 가동 아암은 X-방향으로 20㎜ 시프트할 것이며, 뒤이어 가동 그리퍼는 (조작자에서 멀리) 반대 Y-방향으로 130㎜ 이동할 것이며, 이 스위핑 패턴은 전체 조직이 스캔될 때까지 계속될 것이다.
도 14는 방사선 촬영 결과와 림프절의 결정을 보여주고 있다. 기록된 초음파 스캔은 방사선 전문의에게 전송되었으며, 방사선 전문의는 림프절의 형상과 에코 발생도를 기반으로 (주변 지방 조직의 그것과 비교하여) LN을 식별하고 그 후 다운스트림 데이터 분석을 위해 LN을 스크린 샷하고 마킹하도록 지시받았다. 이 이미지에서, 그리드 시스템의 특정 좌표에서 뚜렷한 저에코(hypoechoic) 외관을 갖는 2개의 LN이 관찰될 수 있다.
도 15는 초음파 스캔과 데카르트 좌표계의 상관관계를 보여주고 있다. 시편의 초음파 스캔의 비디오가 캡처되며 그 후 림프절 식별을 위하여 방사선 전문의에게 전송된다. 방사선 전문의는 비디오 내에서 의심되는 림프절에 주목하고 그 후 이미지를 제공할 것이며, 여기서 림프절은 스캔의 프레임이 캡처된 XY 공간의 좌표와 연관되어 있다.
도 16은 대표 샘플로부터의 조직학적 소견을 보여주고 있다. B2 내의 2개의 LN의 H&E 염색은 광학 현미경을 사용하여 관찰될 수 있는 특정 조직학적 구조체를 드러낸다. 2개의 LN의 횡방향 직경은 ~2㎜ 그리고 ~14㎜였다.
도 17은 디바이스 및 조직학의 성능 매개변수를 보여주고 있다. 방사선학과 병리학의 독립적인 소견의 교차 상관관계에 따라, 민감도 (LN을 갖는 사각형/블록을 정확하게 식별하는 테스트의 능력), 특이성 (LN이 없는 블록을 정확하게 식별하는 테스트의 능력), 정확도(최적 표준(gold standard)[H&E 염색]과 테스트 간의 전반적인 일치), 양성 예측 값 (조직학자에게 전송된 블록이 LN에 대해 양성일 가능성) 및 음성 예측 값 (조직학자에게 전송된 블록이 LN에 대해 음성일 가능성)이 계산되었다 (피셔(Fisher)의 정확한 테스트에 의한 <0.0001의 양면 P 값, N=20 블록).
도 18은 병리학 및 방사선학에 의해 독립적으로 식별된 양성 및 음성 블록을 보여주는 그리드 레이아웃을 보여주고 있다. 방사선학 및 병리학으로부터의 양 소견은 LN을 포함하는 6개 블록을 식별한 반면, 나머지 14개 블록은 LN을 포함하지 않았다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 도 2와 유사한 도면이다.
도 20은 도 19의 분해도이다.
도 21은 도 19의 또 다른 분해도이다.
도 22는 도 20의 원형 영역(22)의 확대도이다.
도 23은 완전히 집어넣어진 위치에서의 도 22의 구조체의 측면도이다.
도 24는 발사 위치에서의 도 23과 유사한 도면이다.
도 25는 배출 위치에서의 도 23과 유사한 도면이다.
도 26은 완전히 집어넣어진 위치에서의 도 23과 유사한 도면이다.
도 27은 도 21의 원형 영역(27)의 구조체의 확대도이다.
도 28은 도 27의 구조체의 측면도이다.
도 29는 도 27의 구조체의 평면도이다.
도 30은 도 23에서와 같이 구성된 도 29의 단면 30-30을 따른 도면이다.
도 31은 도 25에서와 같이 구성된, 도 30과 유사한 도면이다.
도 32는 도 26에서와 같이 구성된, 도 30과 유사한 도면이다.
도 32는 도 26의 단면 31-31을 따른 도면이다.
도 33은 도 27의 원형 영역(33)의 구조체의 도면이다.
도 34는 도 28의 단면 34-34를 따른 도면이다.
도 35는 본 발명의 또 다른 실시예의 일부를 형성하는 컴퓨팅 시설의 방사선 인터페이스의 도면이다.
도 36은 컴퓨팅 시설의 데이터 입력 인터페이스의 도면이다.
도 37은 컴퓨팅 시설의 전문가 인터페이스의 도면이다.
도면을 참고하면, 림프절 위치 결정 디바이스가 도 1 내지 도 5에서 보여지고 있다. 장치(10)는 절제된 조직 샘플을 이미지화함으로써 림프절을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
디바이스(10)는 지지체/베이스(12), 절제된 조직 샘플을 수용하기 위한 (예를 들어, 도 11 및 도 12에서 보여지는 바와 같은) 트레이(14), 및 파동을 전송하고 파동 에코를 식별하도록 조정된 프로브, 즉 초음파 프로브(18)의 움직임의 적어도 2 자유도롤 작동시키는/운반하는 운반체/갠트리(16)를 포함한다.
베이스(12)는 갠트리(16) 및 초음파 프로브(18)에 대해 원하는 배향으로 갠트리(16)를 장착시키기 위한 그리고 트레이(14)를 지지하기 위한 플랫폼 작업 표면(20)을 포함한다.
트레이(14)는 작업 표면(20) 상에 장착된 프레임(22)에 대한 가역적 결합에 의하여 작업 표면(20) 상에 위치된다. 프레임(22)은 갠트리(16) 및 초음파 프로브(18)에 대해 트레이(14)의 적절한 위치 설정을 위한 가이드를 제공한다. 갠트리(16)의 사전 결정된 작업 엔벨로프(work envelope) 내에서 트레이(14)의 고정된 원하는 배향을 유지시키기 위하여 트레이(14)는 프레임(22)에 가역적으로 결합되고 프레임(22)에 가역적으로 래칭 또는 록킹될 수 있다. 트레이는 초음파 프로브(18)로 스캐닝하기 위하여 절제된 조직 샘플을 수용하고 제시하기 위한 장착 표면(24)을 규정한다. 장착 표면(24)의 전부 또는 일부는 선택적으로 임의의 일반적인 화학적 또는 물리적 지지체를 갖추어 절제된 조직 샘플을 원하는 배향으로 설정 또는 고정할 수 있다.
장착 표면(24)은 측벽(26)의 연속적인 주변부에 의해 경계를 이루며, 장착 표면(24)과 측벽(26)의 내부 표면은 결합되어 (예를 들어, 도 11 및 도 12에서 보여지는 바와 같은) 절제된 조직 샘플, 그리고 초음파 프로브(18)를 절제된 조직 샘플에 음향적으로 결합하기 위한 음향 전도 유체 또는 매체를 수용하고 유지시키기 위한 충분한 체적을 갖는 저장소(28)를 규정한다. 트레이(14)에는 코르크 보드(corkboard)가 늘어서 있으며, 초음파 프로브(18)에 대한 저장소(28) 및 그의 내용물의 개방된 접근을 제공하기 위하여 장착 표면(24) 반대편에 개방된 면을 제공한다.
갠트리(16)는 베이스에 결합된 가동 아암(30), 제1 축과 평행한 가동 아암(30)의 선형 움직임의 제1 자유도에 영향을 미치는 제1 선형 액추에이터(32)를 포함한다. 갠트리(16)는 가동 아암(30)에 결합된 가동 그리퍼(34)를 더 포함한다. 그리퍼(34)는 그리퍼 아암(36) 및 초음파 프로브(18)를 유지시키기 위한 하니스(harness) (또는 크래들)(38)를 포함하며, 하니스(38)는 그리퍼 아암(36)에 결합되고 그리퍼 아암(36)은 가동 아암(30)에 결합된다. 제2 선형 액추에이터(40)는 제2 축과 평행한 그리퍼(34)의 선형 움직임의 제2 자유도에 영향을 준다. 제1 선형 액추에이터는 베이스(12)의 작업 표면(20)에 장착되는 반면, 제2 선형 액추에이터(40)는 가동 아암(30)에 장착된다. 가동 아암(30)의 선형 움직임은 가동 그리퍼(34)의 선형 움직임에 수직이며 함께 조합되어 트레이(24) 그리고 그의 내용물의 데카르트 좌표 스위프(sweep)를 제공한다.
도 6 내지 도 8은 절제된 조직 샘플 내에서 식별된 LN 위치에 가시적인 지시기를 배치하기 위하여 마킹 엔드 이펙터(end effector)를 유지시키기 위한 제1 변형 그리퍼(34a)를 보여주고 있다. 제1 변형 그리퍼(34a)는 그리퍼 아암(36)과 마킹 엔드 이펙터를 고정시키기 위한 클램프(42)를 포함하며, 클램프(42)는 그리퍼 아암(36)에 결합되고, 그리퍼 아암(36)은 가동 아암(30)에 결합된다. 클램프(42)는 2개의 제1 로드(44)와 제2 로드(46)에 연결되며, 제1 및 제2 로드 모두는 그리퍼 아암(36)에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 제1 로드(44)에 장착된 탄성 부재(48)는 클램프(42)를 그리퍼 아암에 대해 제1 위치로 편향시키는 반면, 그리퍼 아암(36)에 대해 제2 로드(46)의 선형 움직임을 제어하는 제3 선형 액추에이터(보이지 않음)는 탄성 부재(48)의 편향력 방향과 반대되는 선형 방향으로의 클램프의 움직임을 작동시킨다. 제1 변형 그리퍼(34a)는 선택적으로 마킹 작동 중에 그리퍼(34)를 대체할 수 있거나, 마킹 엔드 이펙터를 유지시키는 클램프(42)는 선택적으로 하니스(38)에 인접하게 위치될 수 있으면서, 클램프와 하니스 모두 그리퍼 아암(36)에 결합된다.
마킹 엔드 이펙터는 일반적인 조직 마킹 펜, 또는 관심 대상 지점에 마킹을 하거나 그 지점으로 핀을 방출시킬 수 있는 핀 건(pin gun)일 수 있으며, 이 양 요소는 많은 절개 절차를 위해 병리학 실험실에서 사용된다. 갠트리는 마커 팁 또는 핀 건의 팁을 식별된 모든 LN의 XY 좌표에 관절 연결시키며 절개 기구에 의한 더 쉬운 추출을 위하여 샘플에 그들의 표면을 마킹한다.
절개, 절제 또는 적출 툴(도시되지 않음)을 유지시키기 위한 추가 변형 그리퍼 또한 선택적으로 설치되어 절제된 조직 샘플에서 코어 또는 블록의 컴퓨터 지시 추출을 제공할 수 있으며, 각 코어 또는 블록은 식별된 LN을 포함한다.
도 9는 림프절 위치 결정 시스템(100)의 블록도 개략 표현을 보여주고 있다. 시스템(100)은 전원 공급부, 메인 프로세서 또는 CPU, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서를 포함하는 CNC 쉴드(shield), 리미트 스위치, 그리고 갠트리에 결합된 초음파 변환기에 데카르트 좌표 움직임을 제공하기 위해 갠트리에 배치된 복수의 전동 선형 액추에이터를 포함한다. 전원 공급부는 AC 120V를 CNC 쉴드 및 CPU를 위한 사용 가능한 DC 전압, 예를 들어 CNC 쉴드에 대한 입력을 위한 DC 24V 및 CPU에 대한 DC 9V로 변환시킨다. CPU는 초음파 변환기 스캔에 전원을 공급하고 이를 조정 및 판독하며, 이동 또는 주행 명령을 생성하고 CNC 쉴드에 전송하고, 그리고 림프절 식별을 위한 터미널의 역할을 한다. 리미트 스위치는 선형 액추에이터가 갠트리의 가동 구성 요소를 홈 위치(home position) 또는 원래의 기준 위치로 재설정하는 것 그리고 단계를 놓친 경우 충돌을 방지하는 것을 허용한다. CNC 쉴드는 CPU와 리미트 스위치로부터의 명령을 해석하고 모터 드라이버에 의한 해석을 위하여 G-코드로부터의 이동 명령을 변환하며 파워 예를 들어 DC 24V를 드라이버에 연결한다. X축 모터 및 Y축 모터는, 결과적으로 스캐닝, 마킹 및/또는 적출 툴을 절제된 조직 샘플에 대해 원하는 위치 또는 원하는 위치 세트로 병진 이동시키는 각각의 리드 스크류를 구동하는 전동 선형 액추에이터의 예이다. 마킹 액추에이터는 (LN 포함하는) 절개를 위한 영역의 물리적 표시를 배치하기 위해 마킹 툴의 마킹 헤드에 힘을 가하는 저토크 액추에이터이다.
도 10a는 컴퓨터 구현 림프절 위치 결정 방법(200)의 예를 보여주고 있다. 본 방법(200)은 절제된 조직 샘플을 트레이에 삽입하는 것(220) 및 조직 샘플과 초음파 프로브 사이에 음향 커플링을 제공하기 위해 충분한 양의 음향 전도성 유체로 조직 샘플을 덮는 것(240)을 포함한다.
초음파 스캔 데이터 획득을 위하여 조직 샘플을 스캔하기 위해 음향 전도성 유체와의 물리적 접촉 상태에서, 음파 프로브가 설치된 갠트리는 초음파 프로브의 데카르트 좌표 움직임을 위해 작동된다(260). 이미지 데이터와 위치 데이터는 모두 초음파 스캔으로부터 획득 또는 캡처되며(280) 캡처된 이미지 데이터는 그의 대응 위치 데이터에 등록된다(280). 캡처된 이미지 데이터가 검사되어 림프절을 포함하는 관심 대상 영역을 식별하여(300) 캡처된 이미지 데이터 세트로부터 이미지 프레임의 서브세트를 선택하며, 그리고 각 식별된 림프절 관심 대상 영역을 위하여 대응하는 관심 대상 위치가 출력된다(300). 마커 또는 핀 건이 설치된 갠트리는 마커 또는 핀 건의 데카르트 좌표 움직임을 위하여 작동된다(320). 단계 300에서 출력된 하나 이상의 관심 대상 위치의 각각에 대한 데카르트 위치 좌표에 의해 지시된 갠트리는 각 관심 대상 위치에 마커 또는 핀 건을 위치시키기 위해 주행되며(340), 마커 또는 핀 건은 각 관심 대상 위치를 마킹하기 위하여 작동된다(340). 단계 340의 마킹에 의하여 안내되는 절개 기구는 마킹된 관심 위치에서 조직 샘플로부터 코어 또는 블록을 적출한다(360). 각 물리적으로 적출된 관심 대상 영역은 적출 위치를 식별하도록 코딩된 조직 카세트에 배치되며(380), 각 조직 카세트는 조직학적 림프절 분석을 위해 제출된다(380). 용어 관심 대상 위치는 용어 관심 대상 영역과 관련이 있지만 동일하지는 않으며, 관심 대상 영역은 2D 또는 3D 이미지에 지정된 국한된 구역 또는 체적인 반면에 관심 대상 위치는 대응하는 관심 대상 영역 또는 대응하는 관심 대상 영역 내의 하나 이상의 관심 대상 지점을 참조하기 위한 위치 데이터를 포함하고 있기 때문이다. 절제된 조직 샘플의 절개가 수행되면, 그 후 이미지에서 지정된 관심 대상 영역은 절제된 조직 샘플로부터의 적출된 코어 또는 블록에 대응하며, 따라서 이미지 처리 관심 대상 영역은 물리적으로 적출된 관심 대상 영역과 연관성이 있다.
도 10b는 초음파 스캔으로부터 이미지 및 위치 데이터를 캡처하고 등록하는(280) 예를 보여주고 있다. 이미지 및 위치 데이터 캡처 및 등록(280)은 CNC 컨트롤러에 의해 초음파 변환기를 유지시키는 전동 갠트리의 자동화된 제어를 포함하며, CNC 컨트롤러는 명령을 실행하여(281) 사전 결정된 초음파 스캔 경로를 따라 갠트리를 주행시킨다. 초음파 스캔 경로를 통한 갠트리 및 초음파 변환기의 진행 동안, 초음파 이미지 데이터는 각 시점에서의 CNC 소프트웨어 지시 기록과 위치 좌표의 보간과의 조합 상태(283)로 비디오 장면으로서 캡처된다(282). 초음파 비디오 영상(video footage)의 각 프레임이 고유한 위치 좌표에 등록되도록 캡처된 이미지 데이터는 기록된 위치 데이터에 등록된다(284).
도 10c는 초음파 스캔으로부터 이미지와 위치 데이터를 캡처하고 등록하는(280a) 대안적인 예를 보여주고 있다. 이미지 및 위치 데이터 캡처 및 등록의 이 대안적인 예(280a)는 원하는 초음파 스캔 경로를 따라 갠트리를 주행시키기(285) 위하여 초음파 변환기를 유지시키는 전동 갠트리의 수동적인 지시 제어(285)를 포함한다. 초음파 스캔 경로를 통한 갠트리 및 초음파 변환기의 진행 동안, 예를 들어, 갠트리에 결합된 위치 인코더 또는 센서에 의하여 제공된 바와 같이, 초음파 스틸 이미지 프레임은, 선택적으로 시간 스탬프를 갖고 각 캡처된 이미지 프레임에 대한 위치 데이터의 기록(287)과 조합 상태로 선택적으로 시간 스탬프를 갖고 캡처된다(286). 각 캡처된 이미지 프레임이 고유한 위치 좌표에 등록되도록 캡처된 이미지 데이터는 기록된 위치 데이터에 등록된다(288).
도 10d는 단계 280에서 캡처된 이미지 데이터로부터 관심 대상 림프절 영역을 보여주는 이미지 프레임을 식별하기 위한 이미지 데이터 검사(300)의 예를 보여주고 있다. 이미지 데이터 검사(300)는 방사선 전문의가 캡처된 비디오 영상을 검사하는 것(301) 그리고 림프절을 보여주는 프레임을 식별하는 것(301) 또는 선택하는 것을 포함한다. 각 식별된 또는 선택된 프레임은 그의 대응 위치 좌표와 함께 기록된다(302). 고유하게 식별된 프레임에 대응하는 세트의 각 멤버(member)를 갖는 위치 좌표 세트는 갠트리 주행(navigation) 컨트롤러로 출력하기 위해 매트릭스로 형식화된다(303).
도 10e는 단계 280에서 캡처된 이미지 데이터로부터의 관심 대상 림프절 영역을 보여주는 이미지 프레임을 식별하기 위한 대안적인 예시적인 이미지 데이터 검사(300a)를 보여주고 있다. 이미지 데이터 검사의 이 대안적인 예(300a)는 캡처된 비디오 영상을 검사하고(304) 규칙 기반 검출 알고리즘을 기반으로, 림프절을 보여주는 프레임을 자동적으로 식별(304) 또는 선택하는 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 각 식별된 또는 선택된 프레임은 그의 대응하는 위치 좌표와 함께 기록된다(305). 고유하게 식별된 프레임에 대응하는 세트의 각 멤버를 갖는 위치 좌표 세트는 갠트리 주행 컨트롤러로 출력하기 위해 매트릭스로 형식화된다(309). 컴퓨터 프로세서는 다수의 연속된 인접한 또는 이웃하는 프레임에서 보여지는 단일의 대형 림프절의 가능성을 수용하도록 구성된다. 컴퓨터 프로세서는 연속적인 인접한 프레임들이 식별되는지 여부를 결정하도록(306) 구성된다. 연속적인 인접한 프레임들이 식별되면, 림프절이 여러 캡처된 프레임에 걸쳐 있을 만큼 충분히 클 수 있으므로 중앙 프레임만이 관심 대상 위치로서 기록된다(307). 그렇지 않은 경우, 식별된 이웃하는 프레임 없이 프레임이 식별된다면, 식별된 프레임은 관심 대상 위치로서 기록된다(308).
도 10f는 단계 280에서 캡처된 이미지 데이터로부터의 관심 대상 림프절 영역을 보여주는 이미지 프레임을 식별하기 위한 또 다른 대안적인 예시적인 이미지 데이터 검사(300b)를 보여주고 있다. 이미지 데이터 검사의 이 대안적인 예(300b)는 캡처된 비디오 영상을 검사하고(304) 림프절을 보여주는 프레임을 자동적으로 식별(310) 또는 선택하는 컴퓨터 프로세서 실행 기계 학습 분류기를 포함한다. 각 식별된 또는 선택된 프레임은 그의 대응하는 위치 좌표와 함께 기록된다(311). 고유하게 식별된 프레임에 대응하는 세트의 각 멤버를 갖는 위치 좌표 세트는 갠트리 주행 컨트롤러로 출력하기 위해 매트릭스로 형식화된다(309). 컴퓨터 프로세서는 다수의 연속된 인접한 또는 이웃하는 프레임에서 보여지는 단일의 대형 림프절의 가능성을 수용하도록 구성된다. 컴퓨터 프로세서는 연속적인 인접한 프레임들이 식별되는지 여부를 결정하도록(306) 구성된다. 연속적인 인접한 프레임들이 식별되면, 림프절이 여러 캡처된 프레임에 걸쳐 있을 만큼 충분히 클 수 있으므로 중앙 프레임만이 관심 대상 위치로서 기록된다(307). 그렇지 않은 경우, 식별된 이웃하는 프레임 없이 프레임이 식별된다면, 식별된 프레임은 관심 대상 위치로 기록된다(308).
단계 280에서 캡처된 이미지 데이터의 검사를 위하여 도 10d, 도 10e 및 도 10f에서 보여지는 이미지 데이터 검사의 예 (단계 300에서의 방사선 전문의, 대안적인 단계 300a에서의 규칙 기반 이미지 처리 소프트웨어, 그리고 대안적인 단계 300b에서 기계 학습 분류기)가 설명되어 있으나, 각 예는 대안적인 예시적 단계 280a에서 캡처된 이미지 데이터 또는 이미지 데이터와 위치 데이터의 데이터 획득 및 등록을 위한 다른 대안을 수용하도록 쉽게 조정될 수 있다.
도 10g는 절제된 조직 샘플 내의 관심 대상 림프절 영역을 시각적으로 마킹하기 위한 자동화된 조직 마킹(340)의 예를 보여주고 있다. 조직 마킹(340)은, 컴퓨터 메모리 구성 요소로부터 식별된 관심 대상 위치의 위치 좌표를 검색하고(341) 그리고 컴퓨터 실행 가능한 코드 내의 검색된 위치 좌표를 입력함으로써(342) 각 식별된 관심 대상 위치로의 갠트리 주행을 위한 컴퓨터 실행 가능한 코드를 생성하도록 구성된 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 컴퓨터 프로세서는 또한 관심 대상 위치로 갠트리 움직임을 지시하는 주행 명령 후 그리고 후속 관심 대상 위치로 갠트리 움직임을 지시하는 후속 주행 명령 전에 물리적 마킹을 달성하기 위해 마킹 툴 움직임을 작동시키기 위한 명령을 삽입하도록(343) 구성된다. 생성된 컴퓨터 실행 가능한 코드는 컨트롤러로 전송되며(344), 컨트롤러는 생성된 코드를 실행하여(345) 전동 갠트리 움직임 및 전동 마킹 툴 움직임을 작동시켜 각 관심 대상 림프절 영역에서 절제된 조직 샘플을 물리적으로 마킹한다.
도 10h는 절제된 조직 샘플에서 관심 대상 림프절 영역을 물리적으로 적출하기 위한 자동화된 조직 적출의 예(360)를 보여주고 있다. 조직 적출(360)은 조직 마킹(340) (즉, 조직 마킹이 이루어지지 않음)을 마킹 툴 대신 절개 툴의 작동 갠트리 움직임을 위해 수정된 단계 320으로 대체할 수 있다. 조직 마킹(360)은, 컴퓨터 메모리 구성 요소로부터 식별된 관심 대상 위치의 위치 좌표를 검색하고(361) 그리고 컴퓨터 실행 가능한 코드 내의 검색된 위치 좌표를 입력함으로써(362) 각 식별된 관심 대상 위치로의 갠트리 주행을 위한 컴퓨터 실행 가능한 코드를 생성하도록 구성된 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 컴퓨터 프로세서는 또한 관심 대상 위치로 갠트리 움직임을 지시하는 주행 명령 후 그리고 후속 관심 대상 위치로 갠트리 움직임을 지시하는 후속 주행 명령 전에 관심 대상 림프절 영역을 포함하는 코어 또는 블록을 적출하기 위해 절개 툴 움직임을 작동시키기 위한 명령을 삽입하도록(363) 구성된다. 컴퓨터 프로세서는 또한 관심 대상 현재 위치에서 절개 툴을 작동시키기 위한 각 명령 후 그리고 후속 관심 대상 위치로 진행하기 위한 주행 명령 전에 적출된 조직을 침착시키기 위해 조직 저장소 위치로의 갠트리 주행을 작동시키기 위한 명령을 삽입하도록(364) 구성된다. 생성된 컴퓨터 실행 가능한 코드는 컨트롤러로 전송되며(365), 컨트롤러는 생성된 코드를 실행하여(366) 전동 갠트리 움직임 및 전동 절개 툴 움직임을 작동시켜 절제된 조직 샘플로부터 관심 대상 림프절 영역을 물리적으로 적출하고 각 물리적으로 적출된 관심 대상 영역을 조직 저장소 위치에서 침착시킨다.
절제된 조직에서 LN을 찾기 위한 디바이스, 시스템 및 방법은 실험적 테스트를 통해 입증되었다. 실험적 테스트 결과는 절제된 조직 샘플 내에서 하나 이상의 LN 위치를 식별 또는 검출하기 위한 디바이스, 시스템 및 방법의 능력을 보여준다. 다음 실험 예는 단지 예시 목적을 위한 것이며 제한적인 설명인 것으로 의도되지 않는다.
실험예 1에서, 신규 LN 위치 결정 디바이스 및 시스템은 어떤 조직 블록/사각형이 조직병리학적 분석을 보장하는지, 그리고 어떤 것이 그렇지 않은지 정확하게 지적하는 능력에 대해 평가된다. 임상적 맥락에서, PA는 절제된 시편 내의 모든 LN을 찾도록 지시받으며, 환자가 신보강 화학요법으로 사전 치료를 받은 경우 LN을 찾는 것이 점점 더 어려워진다. 이러한 경우에 12개 미만의 LN이 발견된다면, PA는 추가 조직 처리를 위해 장간막 조직의 추가 섹션을 제출해야 한다.
이러한 이유로 인해, 본 발명자들은, 추가 조직학 처리를 위하여 절개자가 본 발명자들의 자동화된 디바이스에 의하여 식별된 (2×2㎝ 조직 카세트에 맞는) 특정 조직 영역을 정확하게 제출할 수 있는 실험에서 이 임상 시나리오를 재현하고자 하였다. 이를 달성하기 위하여, 실험예 1은 다음 요구 조건을 포함하였다:
Figure pct00010
돼지로부터 장간막 지방 조직 확보
Figure pct00011
조직 시편을 고정된 위치/배향으로 유지
Figure pct00012
전체 시편에 걸쳐 2×2㎝ 그리드 생성
Figure pct00013
고정된 스캐닝 프로필로 시편을 이미징하고, 초음파를 사용하고, 비디오를 녹화
Figure pct00014
스캔이 완료되면 각 2×2㎝ 정사각형 조직이 조직 카세트 내로 배치되고 추가 조직병리학 처리 및 H&E 염색을 위해 제출되었다
Figure pct00015
의심되는 LN의 검사 및 식별을 위하여 녹화된 초음파 비디오가 방사선 전문의에게 제출되었다
Figure pct00016
그 후 방사선 전문의로부터의 소견이 조직학으로부터의 결과 (“실측 자료(ground truth)”))와 비교되었으며, 다운스트림 분석이 수행되어 LN이 포함된 또는 포함되지 않은 조직 사각형을 식별하는데 있어 디바이스의 성능을 결정하였다.
재료 및 방법은 아래에 설명된다.
재료 및 방법
조직 수집:
개념 증명 실험을 위해 돼지 동물 모델을 사용하여 온타리오 농림축산식품부의 승인 하에, 돼지 3마리로부터의 (위 및 대장을 포함하는) 위장 기관이 지역 정육점, Mount Brydges Abattoir (마운트 브리지스 온타리오 카나다)에 의하여 제공되었다. 시편이 획득되고 24시간 동안 10% 포르말린에 고정되면, 병리학자는 LN 함유 장간막 지방 조직을 조심스럽게 적출하였고 시편은 그 후 즉시 본 디바이스에 대해 준비되었다.
시편의 고정된 위치 설정:
초음파 검사 중 조직의 배향을 유지하기 위하여, 시편이 1% 아가로스 젤(agarose gel)로 둘러싸여 졌다. 간단히 말하면, 먼저 아가로스 층 (1%; 증류수 500㎖에 아가로스 A 5g)이 생성되어 알루미늄 트레이의 최하부 표면을 코팅하였으며 그 후 조직 시편이 최상부에 배치되었다. 일단 배치되면, 또 다른 아가로스 층이 조직 시편의 최상부 상에 부드럽게 부어져 조직 시편을 둘러쌌다(도 11). 아가로스 임베딩(embedding)은 조직 배향을 설정하기 위한 선택이지만 조직 배향을 유지하기 위해 아가로스 또는 임의의 임베딩이 필요하지 않다; 예를 들어, 파라핀 왁스 층을 포함하는 알루미늄 절개 트레이는 조직 시편을 절개 핀을 사용하여 트레이의 파라핀 층에 물리적으로 직접 핀 고정되도록 제공한다. 추가 예로서, 트레이는, 트레이에 있는 동안 조직을 고정된 배향/위치로 유지시킬 수 있는 임의의 맞춤형 가이드, 클립, 클램프, 브래킷, 밴드 등을 갖출 수 있다.
수조:
시편이 아가로스 겔에 둘러싸이면, 초음파 프로브의 팁이 물 속에 살짝 잠길 때까지 물이 트레이에 조심스럽게 부어졌다. 이는 물과 젤의 사용이 초음파에 대한 가장 좋은 음향 특성; 높은 투과 계수와 우수한 음향 결합을 제공하는 데 도움을 줄 수 있기 때문에 수행되었다[60]. 본 발명자들의 실험 설정에서의 물의 사용은 또한 초음파 프로브가 조직 시편과 직접 접촉하는 것을 필요로 하지 않으며 따라서 Z축 작동의 필요성을 제거하고, 이는 구현에 대한 기술적 장벽을 저감시킨다.
그리드 시스템:
병리학에서, 표준 조직 카세트는 3×2.5×0.4㎝로 측정되며, 조직 시편이 2.5×2.0×0.4㎝보다 크게 절단되지 않아야 한다는 점이 권장되고, 그렇지 않으면 시편으로 카세트를 과다하게 채우는 것은 부적절한 조직 처리 그리고 결과적으로 좋지 않은 품질의 파라핀-임베딩된 블록으로 이어질 수 있다 [61,62]. 이와 같이, 스캔 후 조직 후 처리를 가능하게 하기 위하여, 본 발명자들은 전체 시편에 걸쳐 매핑된 2×2㎝ 그리드 (총 25개의 정사각형, 관심 대상 조직을 포함한 20개의 정사각형)를 구성하였다 (도 12).
본 실험에서는 그리드가 아가로스 겔의 최상부에 직접 새겨졌지만, 예를 들어 시편의 최상부 또는 최하부에 배치되는 물리적 그리드 시스템, 기준 마커를 트레이의 프레임 내로 직접 구축하는 것, 또는 (기계 비전을 사용하거나 사용하지 않는) 그리드 레이저 조명 시스템을 포함하는 많은 대안이 고려된다. 또한, 그리드는 중요하지 않으며 LN 위치 결정 디바이스, 시스템 또는 방법은 그리드 없이 작동할 수 있다.
초음파 스캐닝 프로파일:
위에서 설명된 2×2㎝ 그리드를 기반으로, CNC 기계용 소프트웨어 프로그래밍 언어인 G-Code를 이용하여 시편에 대해 20개 정사각형 그리드가 구성되었으며, 직교 로봇의 아암은 (최대 720㎜/분이 이론적으로는 적합하지만) 200㎜/분의 이동 속도로 특정 스위핑 움직임을 수행하도록 프로그램되었다. 직교 로봇의 홈 좌표는 전역적이고 상대적이었다 (0.0). 스캔이 시작되면 아암은 (조작자를 향하여) Y-방향으로 130㎜ 이동하고 X- 방향으로 20㎜ 시프트하며 (조작자로부터 멀리) 반대 Y-방향으로 130㎜ 이동할 것이며, 이 스위핑 패턴은 전체 조직이 스캔될 때까지 계속될 것이다 (도 13). 이동 속도와 시편의 크기를 기반으로, 3분 51초 만에 스캔은 완료되었다. 대안적인 구현 형태에서, 아암 속도는 최적화되어 더 빠른 (또는 시편의 복잡성과 최종 사용자의 요구에 따라 더 느린) 스캔을 허용하도록 할 수 있다. 이 로봇의 완전한 매개변수 디자인을 주목한다. 더 큰 트레이를 수용하기 위해 더 긴 리드 스크류와 선형 베어링을 시스템에 추가함으로써 클리닉이 더 많은 샘플 체적 요구 사항을 갖고 있다면 임의의 (실제) 스캔 영역이 수용될 수 있다. 원하는 경우 이는 전체 수익 벤치의 크기로 실현 가능하게 확장될 수 있다. 또한 원하는 경우 다수의 샘플이 동시에 스캔될 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 이 실험에서는 (X-축과 평행한) 1개의 초음파 프로브 배향이 사용되었지만, 본 디바이스는 X 및 Y 평면 모두를 캡처할 수 있는 90도(회전) 프로브 마운트를 포함하고 있으며, 이는 잠재적인 타겟들을 상호 연관시키고 양 배향 모두에서 발견되는 타겟을 유지하는데 도움이 될 것이다 -이는 초음파 검사자가 임상 진료에서 2개의 직교 평면에서 관심 대상 구조체의 이미지를 획득하는 것과 유사하다. 모든 스캔이 루미파이(Lumify) L12-4 선형 어레이 변환기 프로브 (필립스, 미국), 4 내지 12㎒를 사용하여 수행되었으며, 비디오는 루미파이 초음파 소프트웨어 애플리케이션에서 녹화되었다. 주목할 것은 이 스캔이 상업적으로 이용 가능한 초음파 프로브, 예를 들어 초당 20 프레임 이상으로 8 내지 25㎒ 범위에서 이미지를 캡처할 수 있는 상업적으로 이용 가능한 선형 초음파 프로브를 사용하여 수행될 수 있다는 것이다.
초음파 비디오의 분석:
녹화된 초음파 비디오가 LN의 위치를 알지 못하는 (맹검) 방사선 전문의에게 전송되었다. 방사선 전문의는 (주변 지방 조직의 형상 및 에코 발생도와 비교하여) LN의 형상 및 에코 발생도를 기반으로 LN을 식별하고 그 후 다운스트림 데이터 분석을 위하여 LN을 스크린샷하고 마킹하도록 지시받았다 (도 14 및 도 15). 초음파 스캔 데이터에서의 LN 식별의 대안적인 예에서, 초음파 스캔에서 캡처된 이미지 데이터는 절제된 시편에서의 LN 및 기타 관련 생물학적 구조체를 검출하는데 도움이 될 기계 학습 또는 규칙 기반 이미지 처리 (즉, 에지 검출) 알고리즘 중 하나 또는 둘 모두에 의해 검사된다 -궁극적으로 본 장치에 대한 특정 단계에서 방사선 전문의의 요구 사항을 제거한다.
마킹 시스템:
현재 실험에서 조직 펜이 또는 핀 건이 사용되지 않았지만, 이 디바이스의 대안적인 예는 (방사선 전문의의 이미지 선택 또는 규칙 기반 또는 이미지 분류의 기계 학습 알고리즘을 통한, 녹화된 초음파 비디오의 처리에 이어) 조직 시편의 개별 영역 내의 의심되는 LN 위치를 물리적 및/또는 시각적으로 마킹할 수 있는 마킹 툴을 선택적으로 포함할 수 있다.
이 공정을 위하여 조직 펜을 사용하는 경우, 리필형 펜이 사용 가능한 조직-마킹 염료 (예를 들어, Royal India Ink)와 함께 병리학 실험실에서 사용될 수 있다. 반면, 자동화된 핀 건이 사용되는 경우, 병리학 절개 핀은 공압식, 유압식 또는 모터 구동식 핀 건에 통합될 수 있다. 양 메커니즘에 대해, 로봇 아암의 종단에 장착된 엔드-이펙터는 전동 제어를 위하여 프로그램되어 조직 시편의 식별된 타겟 영역을 마킹할 수 있다.
헤마톡실린 및 에오신(H&E) 염색:
시편의 모든 조직은 추가 조직학적 처리를 위해 제출되었으며 2×2㎝ 그리드에서의 그의 상대적 위치가 기록되었다. 조직이 적출되고, 10% 완충 포르말린 용액에 고정되고 임베딩되었으며, 5㎛ 두께의 절편(section)으로 절단되었다. 조직 절편은 그 후 일상적인 조직학을 위해 H&E로 염색되었다. 맹검 병리학자는 광 현미경을 사용하여 LN의 조직학적 구조가 존재하는지 여부를 평가하였으며, 이미지가 캡처되었다 (니콘, 일본). LN의 횡방향 직경 그리고 그리드에서의 그의 상대적 위치 또한 기록되었다 (도 16).
다운스트림 데이터 분석
본 발명자들은 방사선 전문의와 병리학자로부터의 독립적인 그리고 맹검적인 소견들을 교차 상호관련시켰으며, 그 후 민감도 (LN을 갖는 정사각형/블록을 정확하게 식별하는 테스트의 능력), 특이성 (LN을 갖지 않은 정사각형/블록을 정확하게 식별하는 테스트의 능력), 정확도 (최적 표준 [H&E 염색]과 테스트 간의 전반적인 일치), 양성 예측 값 (조직학자에게 전송된 블록이 LN에 대해 양성일 가능성), 및 음성 예측 값 (조직학자에게 전송된 블록이 LN에 대해 음성일 가능성)을 검사하는 부가적인 분석을 수행하였다 (도 17). 디바이스의 민감도 및 특이도와 조직학적 소견 간의 통계적 차이도 계산되었다 (피셔의 정확한 테스트에 의한 양면 P-값 <0.0001).
결과
초음파 스캔 및 조직병리학적 소견
초음파 비디오를 기반으로, 방사선 전문의는 (고에코로 나타나는) 주변 지방 조직에 대해 뚜렷한 저에코 특징을 갖고 나타내는 7개의 의심되는 림프절을 식별할 수 있었다. 2×2㎝ 그리드 시스템을 참조하여, 방사선 전문의는 A3 (열 A, 행 3)에서 하나의 LN, B2에서 2개의 LN, B4에서 하나의 LN, B5에서 하나의 LN, C2에서 하나의 LN, 그리고 D4에서 또 다른 LN을 식별하였다. 흥미롭게도, 7개의 의심되는 림프절의 위치 또한 조직학적 검사를 통해 확인되었다. 현미경 분석은 시편에 다양한 크기의 LN의 존재를 추가로 확정하였다. 예를 들어, B2의 2개 LN의 횡방향 직경은 2.146㎜와 14.48㎜였다(도 16)-이는 5㎜ 미만의 LN을 검출하는 초음파 해결책의 능력을 더욱 확증한다.
성능 매개변수는 또한 초음파 비디오를 사용하여 각 2×2㎜ 정사각형에서 잠재적인 LN을 검출하는 방사선 전문의의 능력을 기반으로 계산되었다. 방사선 전문의는 잠재적으로 LN을 포함하지 않는 14개의 “음성” 블록 중에서 잠재적인 LN을 갖는 6개의 “양성” 블록을 식별할 수 있었으며, 이는 조직학 소견과 동일하였다 (도 18). 20개 블록의 샘플 크기를 기반으로, 민감도, 특이성, 정확도, 양성 및 음성 예측 값은 100%와 동일하였다. 또한, 디바이스의 초음파 소견의 민감도 및 특이도와 조직학의 소견 간의 통계적 차이는 유의미하다 (피셔의 정확한 테스트에 의한 <0.0001의 양면 P-값; 민감도 값=1.0, 95% CI=0.6097 내지 1.0; 및 특이도 값=1.0, 95% CI=0.7847 내지 1.0).
LN을 검출하기 위한 초음파 검사의 장점.
절제된 시편 (및 일반적으로 병리학 분야)에서 LN을 식별하기 위하여 초음파 영상의 적용이 아직 사용되지 않았지만, 경부 림프절 전이의 평가에서의 초음파의 역할은 잘 확립되어 있으며, 여기서 초음파 특징은 방사선 전문의에 의하여 사용되어 두경부암 환자의 목에서 비정상적인 LN을 식별하는 데 도움을 준다[1-3]. 특히, 고분해능, 실시간 초음파 검사는 방사선 전문의가 림프절의 형상, 크기, 에코 발생 성문, 날카로운 결절 경계, 저에코 발생, 응고 괴사 및 심지어 림프절의 내부 석회화까지 검사하는 것을 허용한다[2]. 흥미롭게도, 한 연구는 또한 (수동) 초음파 검사는 수동 촉진(73.3%)과 비교하여 목의 암 양성 LN을 식별하는 데 매우 민감하며(96.8%), 반면에 초음파 검사와 세침 흡인 생검의 조합은 두경부암의 림프절 질환의 보다 정확한 평가(민감도 95.7% 및 특이도 92.9%)를 허용한다는 것을 보여주고 있다[1]. 또한, 다른 이미징 양태 (컴퓨터 단층 촬영 및 자기 공명 영상) 또한 경추 LN의 평가를 위하여 사용될 수도 있지만, 이 툴은 직경이 5㎜ 미만인 LN을 검출하는 데 초음파보다 덜 민감할 수 있는 반면, 초음파는 직경이 2㎜ 미만인 LN을 검출할 수 있다[2,4].
도 19 내지 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주고 있다. 이 실시예는
전반적으로 400으로 나타난, 도 1의 모든 구조;
선형 액추에이터(500);
L자형 블록(502);
조직 마킹 디바이스(504); 및
다수의 핀(506)을 포함한다.
이 실시예에서, 선형 액추에이터(500)는 그리퍼 아암(36)(보이지 않음)과 일체로 형성되며 가동 아암(30) 상에서 함께 이동한다; 프로브는 Interson 선형 어레이 변환기 (Pleasanton, CA, USA) 10 내지 20㎒이고; 운반체는 100㎜/분의 속도로 프로브를 이송하도록 구성된다.
L형 블록(502)은 가동 아암(30)에 대한 선택적 수직 이동을 위하여 선형 액추에이터(500)에 장착되며, 그로부터 돌출된 쌍의 도웰(dowel)(507)을 갖고 또한 자석(509)을 갖는다.
조직 마킹 디바이스(504)는 마운트(508), 셔틀(510) 및 한 쌍의 탄성체(512)를 갖도록 도 27 내지 도 30에서 보여질 것이다.
마운트(508)는 자석(514), 스트라이커 핀(516) 및 한 쌍의 후크(518)를 포함하고, 한 쌍의 소켓(520)과 한 쌍의 실린더(522)를 규정한다.
셔틀(510)은 한 쌍의 피스톤(524), 최상부 캡(526) 및 매거진(528)을 포함한다.
피스톤(524)은 실린더(522)에 의해 수용된다.
최상부 캡(526)은 피스톤(524)들을 서로 결합시키고, 그로부터 돌출된 한 쌍의 후크(530)를 갖는다.
매거진(528)은 피스톤(524)들을 서로 결합시키며, 스트라이커 핀(516)의 축과 일치하는 배럴(532)을 규정하고, 배럴(532)과 연통하는 챔버(534)를 가지며, 한 쌍의 슬롯(536)을 갖고. 각 슬롯 내에 탄성체(538)를 갖고 있다.
복수의 핀(506)은 챔버 내에 배치되고 탄성체(538)에 의하여 배럴(532)을 향해 가압된다.
한 쌍의 탄성체(512)는 마운트(508)의 후크(518)와 최상부 캡(526)의 후크(530)에 의해 결합되어 실린더(522)를 향한 이동을 위해 최상부 캡(526)을 편향시킨다.
사용 시, 마운트(508)의 소켓(520)은 L형 블록(502)의 도웰(507)을 수용하며 마운트(508) 내의 자석(514)은 마운트(508)를 L형 블록(502)의 자석(509)을 향해 가압하고, 그에 의하여 도 21 및 도 19의 시퀀스에 의하여 나타낸 바와 같이 조직 마킹 디바이스(504)를 L형 블록(502)에 장착시킨다.
조직 마킹 디바이스(504)가 작동하는 방식은 도 23 내지 도 26의 순서를 검토하면 명백해질 것이다.
도 23은 완전히 올려진 L-형 블록(502)을 보여주고 있다. 이 구성에서 조직 마킹 디바이스(504)는 갠트리에 의해 조직 샘플 위의 임의의 원하는 위치로 이송될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
도 24는 도 23의 위치로부터 낮아진 L형 블록(502)을 보여주고 있다. 블록(502)이 낮아짐에 따라 매거진(528)은 결국 조직 샘플과 부딪힐 것이며 이는 매거진(528)의 추가 하향 이동을 제한할 것이라는 점이 인식될 것이다.
도 25는 도 24의 위치로부터 더욱 낮아진 L형 블록(502)을 보여주고 있지만, (조직이 부딪힐 때 발생할 것과 같이) 매거진은 제 위치에 고정되어 있다 여기서, 스트라이커 핀(516)이 배럴(532)(둘 다 도시되지 않음)에 들어가고 핀(506)들 중 하나를 배럴(532) 밖으로 (및 조직 내로) 가압했다는 점이 이해될 것이다.
도 26은 도 25 내의 그의 위치로부터 들어 올려진 L형 블록(502)을 보여주고 있다; 이렇게 올려져 조직으로부터 간극을 제공함으로써, 탄성체(512)는 매거진(528)을 아래로 가압하였다.
앞서 설명된 구조체의 사용은 본 발명의 또 다른 양태를 형성하고 아래에 설명되는 바와 같이 4개의 별개의 작업흐름을 포함하는 방법의 부이다.
스캐닝
다음의, 조직 샘플을 받거나 준비하는 단계; 절제 핀을 조직을 통해 코르크 보드에 배치함으로써 조직 샘플을 트레이에 고정하는 단계; 트레이를 도 19의 장치에 배치시키는 단계; 조직 샘플과 트레이의 세부 사항을 데이터베이스에 입력하는 단계; 그리고 스캔을 시작하는 단계가 실험실 전문가에 의하여 완료되며, 여기서 장치는 조직 샘플 위로 프로브를 자동적으로 이송하여 조직 샘플의 완전한 초음파 이미지를 캡처한다. 스캔이 완료되면; 초음파 이미지는, 데이터베이스에 의해 유지되고 트레이 및 조직 샘플의 세부 사항과 관련된 식별 대기 행렬(queue)에 배치된다.
식별
이 작업플로우에서, 예를 들어 방사선 전문의가 실험실에서 떨어진 위치에서 컴퓨팅 시설을 이용하여 다음의; 대기 행렬로부터의 초음파 이미지를 검토하는 단계 및 림프절과 방사선학적으로 유사성을 갖는 선택된 이미지 내의 관심 대상 영역을 식별하는 단계를 수행한다. 검토가 완료되면, 스캔과 관련된, 그리고 그에 의하여 샘플 및 트레이와 관련된 위치의 세트가 마킹 대기 행렬에 배치된다; 스캔 및 트레이/샘플 식별자는 식별 대기 행렬에서 마킹 대기 행렬로 이동된다.
마킹
이 작업 흐름에서는, 전형적으로 실험실 전문가에 의하여 다음의, 마킹 대기 행렬의 트레이/샘플에 대한 마킹 작동을 시작하는 단계가 완료된다. 이 작업플로우에서는, 샘플과 관련된 위치가 자동적으로 마킹된다. 마킹 단계가 완료되면, 트레이/샘플 및 관련 스캔이 마킹 대기 행렬에서 제거되고 추출 대기 행렬에 배치된다.
적출
이 작업플로우에서, 전형적으로 실험실 기술자에 의하여 마킹된 조직의 림프절 분석이 수행되며; 마킹에 의하여 기술자는 집중할 수 있다. 이 단계의 일부로서, 트레이/샘플 및 관련 스캔이 추출 대기 행렬에서 제거된다.
변형
위 작업 흐름에 대한 변형은 제한 없이 가능하다; 다른 프로브 및 마킹 디바이스가 사용될 수 있다; 마킹 작동은 자동적으로 수행될 필요가 없다; 그리고 마킹과 스캐닝을 위한 장치는 하나일 그리고 동일할 필요가 없다.
그래픽 사용자 인터페이스
도 35는 위의 방법의 스캐닝 단계에서 사용되는 컴퓨팅 기능의 사용자 인터페이스를 보여주고 있다. 실험실 전문가는 도시된 데이터 입력 화면을 사용하여 샘플의 세부 사항 [즉, 환자 및 트레이]을 입력하고 "확인(confirm)"을 선택한다. 이는 도 36에 보여지는 인터페이스의 표현을 트리거한다. 이 인터페이스에서, 전문가는 "트레이 초기화" 버튼을 선택하며, 이는 디바이스가 내부 검사를 수행하여 트레이가 제자리에 있다는 것을 보장하게 하고, 작동성을 위하여 프로브 및 모터의 상태를 점검하게 하고, 샘플의 크기뿐만 아니라 트레이/갠트리에 대한 그의 위치를 스캔하게 하고, 그리고 [시편에 대한 프로브의 스캐닝 능력을 고려하여] 프로브를 시편 전체의 스캐닝 근처로 가져오는 스위핑 경로를 계산하게 한다. 디바이스가 경로를 계산하고 기계 상태를 확인하면, 기계는 "OK" 신호를 보낼 것이다. 여기서부터, 전문가는 "갠트리 시작"을 선택할 것이며, 여기서 장치는 프로브가 스위핑 경로를 가로지르게 하고 또한 데이터베이스에 저장되고 입력된 세부 정보와 관련된 샘플의 전체 초음파 이미지를 캡처하게 하여 전문가가 나중에 트레이와 샘플을 식별하는 것을 허용한다. 스캔이 완료되면, 갠트리 시스템은 자동적으로 다시 그의 전역적 홈 좌표/위치로 주행할 것이며, 모터와 프로브는 디스에이블(disabled)되어 샘플과 보관된 트레이/샘플 세부 구성의 안전한 제거 및 적절한 (냉각) 보관을 허용할 것이고, 스캔은 식별 대기 행열에 배치될 것이다.
도 37은 위 방법의 식별 단계에서 사용되는 컴퓨팅 기능의 사용자 인터페이스를 도시하고 있다. 인터페이스는 일련의 버튼 ["재생", "앞으로", "중지"' 및 "되감기"]을 포함하는 것으로 보여질 것이며, 이 버튼들은 [조직의 자동화된 스캔에서 프로브의 경로를 따라] 이전에 저장된 초음파 이미지를 검토하기 위하여 방사선 전문의에 의해 사용된다. 방사선학적으로 림프절과 유사한 구조체가 보일 때, "관심 대상 영역 마크"가 선택될 수 있으며, 이는 방사선 전문의가 커서를 사용하여 (흰색 박스로 의해 보여지는) 의심되는 림프절 위로 프레임을 끌어 놓는 것(drag and drop)을 허용할 것이다. 프레임의 생성은 프레임의 중심으로서 계산되는 위치를 생성한다. 식별 활동이 완료될 때, 검토자는 "스캔 저장"을 선택하며, 이는 생성된 위치의 목록을 마킹 대기 행렬에 배치한다.
도 35에서의 인터페이스는 위의 방법에서의 마킹 단계에서도 사용된다. 보다 특히, 기술자가 완료된 스캔과 관련하여 이전에 저장된 것과 일치하는 식별자를 입력한 후에 이 인터페이스가 제공된다는 점이 인식될 것이다. “트레이 초기화” 버튼을 다시 선택하는 것은 디바이스가 진단을 수행하게 하여 디바이스가 작동하고 트레이가 정확하게 배치된다는 것을 보장한다. 디바이스는 샘플을 다시 스캔하고 크기와 형상을 추출할 것이다. 그러나 이 단계에서, 컴퓨팅 기능은 트레이/샘플과 관련하여 이전에 파일에 있던 크기와 형상이 일치한다는 것을 확인할 것이다. 이러한 내부 점검이 완료되면, 전문가는 "~로(Jump to)", "이전 마커(Previous Marker)" 또는 "다음 마커(Next Marker)" 버튼을 사용하여 마킹 디바이스를 저장된 위치들의 각각으로 주행시킬 수 있다. 선택한 위치와 관련된 관심 대상 지역은 확대 보기 제어에서 자동적으로 디스플레이될 것이다. "핀 놓음" 버튼의 선택은 디바이스가 핀을 배치하게 하고 다음 저장 위치로 나아가게 한다; "마커 건너뛰기" 버튼의 선택은 핀의 배치 없이 디바이스가 핀을 다음 위치로 나아가게 한다. "갠트리 중지" 버튼의 선택은 장치가 마킹 대기 행렬에서 추출 대기 행열로 스캔을 제거하게 하고, 갠트리를 그의 전역 홈 좌표/위치로 이동하게 하며, 모터를 분리하게 하여 트레이 제거를 허용한다.
경쟁 우위 및 차별화.
본 기술은 기존 LN 절개 방법에 비해 하기 사항을 포함하는 하나 이상의 중요한 경쟁적 이점을 제공할 수 있다:
Figure pct00022
샘플당 총 수익에서 상당한 시간 절약, 덜 노동 집약적
Figure pct00023
병리 스태프를 위한 더 나은 인체공학
Figure pct00024
용이한 세정과 유지 관리를 허용하는 간단하고 안전한 디자인.
Figure pct00025
샘플 내 LN의 정확한 식별
Figure pct00026
비파괴 검사 방법, 이는 절제된 조직 시편의 원래 대규모 구조체를 유지할 것이며, 필요하다면 표준 프로토콜에 의하여 요구되는 만큼 병리학 스태프가 나중에 시편을 다시 논의하는 것을 허용할 것이다
Figure pct00027
병리학적 "폐기물" 및 자원 감소 (즉, 처리를 위해 제출되는 더 적은 "위음성" 조직 카세트)
Figure pct00028
절개 전 시편 내 LN의 원래 위치의 문서화
Figure pct00029
리-그로싱/리-풀링(re-grossing/re-pulling)에 대한 필요 없이 진단 전환 시간, 실험실 효율성 및 시편 처리량 개선
Figure pct00030
림프절, 종양 침전물 및 혈관 침범의 더 나은 분화 [67]
Figure pct00031
LN 수율 증가
Figure pct00032
수술 및 병리학 품질 지표 메트릭의 수집 개선
Figure pct00033
적절한 LN 샘플링이 충족되며, 이는 환자에 대한 정확한 암 병기, 시의적절하고 올바른 암 치료에 기여할 수 있다.
Figure pct00034
절개 기구에 LN 절개 공정의 더 많은 제어를 제공, 여기서 추가 처리를 위해 조직 영역을 제출하기 전에, 디바이스에 의해 만들어진 마킹된 LN 위치가 절개자에 의하여 이중으로 확인될 수 있다.
Figure pct00035
세심한 LN 절개를 필요로 하는 다른 절제된 다른 암 조직에 대한 잠재적인 적용.
림프절 위치 결정 디바이스, 방법 또는 시스템의 여러 예시적인 변형이 위에서 설명되었다. 추가 변형 및 수정 사항은 아래에 설명된다. 또한 변형 및 수정을 구성하기 위한 지침 관계도 아래에 설명되어 있다. 또 다른 추가 변형 및 수정이 고려되며 또한 본 기술 분야의 숙련된 자에 의하여 인식될 것이다. 지침 관계 및 예시적인 변형 또는 수정은 본 기술 분야의 숙련된 자의 이해를 향상시킬 목적을 위하여 제공되며 제한적인 진술로 의도되지 않는다는 점이 이해되어야 한다.
예를 들어, 직교 로봇 갠트리가 예시되고 데카르트 좌표는 대부분의 고려되는 구현 형태에 대해 간단하지만, 디바이스, 시스템 및 방법은 극좌표 또는 원통형 좌표와 같은 비선형 좌표계를 수용할 수 있다. 예를 들어, 절제된 조직 샘플의 스캐닝과 후속 이미지 분석이 원형 보간을 통해 이점을 얻는다면, 극좌표가 데카르트 좌표보다 더 편리할 수 있다. 데카르트 좌표는 3차원(x, y, z)에 사용될 수 있지만, 극좌표는 2차원 (r 및 θ)만을 지정한다. 극좌표에 제3 축, z(높이)가 추가되면, 그 좌표계는 원통형 좌표(r, θ, z)로서 지칭된다.
또 다른 예로서, 데카르트 좌표는 특정 구현 형태에 대해 원하는 대로 2차원 또는 3차원으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 초음파 프로브의 모든 스캔 경로 위치가 단일 평면으로 제한된다면, 2차원 데카르트 좌표 구현 형태이면 충분하다. 그러나 초음파 프로브의 스캔 경로 위치가 복수의 개별 평면에서 바람직할 때, 3차원 데카르트 좌표 구현 형태가 사용될 수 있다.
또 다른 예로서, 가동 갠트리는 임의의 선형 액추에이터를 수용할 수 있으며 선형 액추에이터의 리드 스크류 및 리드 너트 버전으로 제한될 필요는 없다.
또 다른 예로서, 가동 갠트리는 예를 들어 관절형 아암을 포함하는 임의의 형태를 취할 수 있으며, 가동 갠트리의 움직임의 제어는 임의의 적합한 컴퓨터 제어로 달성될 수 있다.
코르크 보드가 트레이를 위한 라이너로서 사용되는 것으로 나타나는 반면, 트레이의 최하부에서의 음향 반사를 최소화 또는 방지하는 다른 재료가 초음파 프로브의 맥락에서 사용될 수 있다.
또 다른 예로서, 가동 갠트리의 컴퓨터 제어는 가동 갠트리의 컴퓨터 제어 작동을 수동으로 수정하기 위한 수동 오버라이드(override) 옵션을 갖고 구성될 수 있다. 추가 예로서, 가동 갠트리의 최소 구현 형태는 컴퓨터 제어가 없을 수 있으며 그리고 교정된 마킹에 의해 또는 가동 갠트리의 가동 구성 요소에 연결된 위치 인코더 또는 센서에 의해 제공된 디지털 위치 데이터에 의해 표시된 위치 좌표를 갖고 수동 조작 (예를 들어, 작동 노브 또는 다이얼의 조작)에 의해 작동될 수 있다.
또 다른 예로서, 조직 시편의 전체 체적에 대한 복합 표현이 초음파 스캔 데이터로부터 생성될 수 있다. 복합 표현은 특정 구현 형태에 바람직한 바와 같은 3D 체적 또는 2D 면적을 보여줄 수 있다. 복합 표현은 선택된 관심 대상 림프절 영역과 혈관 특징과 같은 주변 해부학적 특징의 의학적 평가에 유익할 수 있다. 컴퓨터 생성 그리드는 복합 표현에 등록될 수 있다. 복합 표현은 전체 조직 샘플의 공동 등록(co-registration)에 유익할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예 또는 그의 일부는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 구현된 컴퓨터 실행 가능한 명령으로 하나 이상의 컴퓨터 시스템 또는 디바이스를 프로그래밍함으로써 구현될 수 있다. 프로세서에 의해 실행될 때, 이 명령들은 작동하여 이 컴퓨터 시스템 및 디바이스가 본 명세서에 개시된 실시예에 특정한 하나 이상의 기능을 수행하게 하도록 한다. 이를 달성하기 위해 필요한 프로그래밍 기술, 컴퓨터 언어, 디바이스 및 컴퓨터 판독한 가능한 매체는 본 기술 분야에서 알려져 있다.
예에서, 림프절 위치 결정을 위한 컴퓨터 프로그램을 구현하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체는 초음파 스캔 데이터의 획득 동안 캡처된 복수의 이미지 프레임 및 초음파 스캔 데이터의 획득 동안 기록된 복수의 위치 좌표를 포함하는 절제된 조직 샘플의 초음파 스캔 데이터를 획득하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드; 복수의 이미지 프레임의 각각이 고유한 위치 좌표에 등록되도록 복수의 이미지 프레임의 각각을 복수의 위치 좌표 중 고유한 위치 좌표에 등록하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드; 및 림프절을 보여주는 적어도 하나의 이미지 프레임을 선택하기 위한 그리고 선택된 이미지 프레임을 그의 관련된 고유 위치 좌표와 함께 관심 대상 림프절 영역으로서 기록하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 포함할 수 있다.
또 다른 관련된 예에서, 컴퓨터 판독 가능한 매체는 초음파 프로브를 유지시키는 가동 갠트리의 자동화된 컴퓨터 제어 작동에 의하여 초음파 스캔 데이터를 획득하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 더 포함하여 초음파 프로브를 스캔 경로를 따라 이동시켜 절제된 조직 샘플을 이미지화한다. 또 다른 관련된 예에서, 컴퓨터 판독한 가능한 매체는 마킹 툴을 유지시키는 가동 갠트리의 자동화된 컴퓨터 제어 작동에 의하여 절제된 조직 샘플 내의 선택된 관심 대상 림프절 영역을 마킹하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 더 포함하여, 마킹 툴을 절제된 조직 샘플에 대하여 고유 위치 좌표로 이동시킨다. 또 다른 관련 예에서, 컴퓨터 판독 가능한 매체는 절개 툴을 유지시키는 가동 갠트리의 자동화된 컴퓨터 제어 작동에 의해 절제된 조직 샘플로부터 선택된 관심 대상 림프절 영역을 적출하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 더 포함하여 절개 툴을 절제된 조직 샘플에 대하여 고유 위치 좌표로 이동시킨다.
컴퓨터 판독 가능한 매체는 데이터 및 컴퓨터 실행 가능한 명령어를 저장할 수 있는 데이터 저장 디바이스이며, 이 데이터 및 명령어는 그 후 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체의 예는 읽기 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, CD-ROM, 자기 테이프, 광학 데이터 저장 디바이스 등을 포함한다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 지리적으로 국소화될 수 있거나 컴퓨터 판독 가능한 코드가 분산 방식으로 저장 및 실행되도록 네트워크 연결 컴퓨터 시스템을 통해 분산될 수 있다.
시스템 또는 방법의 컴퓨터 구현 형태는 전형적으로 메모리, 인터페이스 및 프로세서를 포함한다. 메모리, 인터페이스 및 프로세서의 유형과 배열체는 구현 형태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 인터페이스는 인터넷 연결을 통해 최종 사용자 컴퓨팅 장치와 통신하는 소프트웨어 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는 또한 디지털 및/또는 아날로그 정보를 전송하는 디바이스로부터 요청 또는 질의를 수신하도록 구성된 물리적 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 인터페이스는 예를 들어 이미징 스캐너, 이미지 처리 디바이스 또는 갠트리 컨트롤러로부터, 림프절 위치 결정 디바이스, 방법 또는 시스템과 관련된 신호 및/또는 데이터를 수신하도록 구성된 물리적 전자 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 로직 컨트롤러 또는 필드 프로그램 가능한 로직 어레이를 포함하는, 특정 구현에 따라 임의의 적합한 프로세서 유형이 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 일반적으로 데이터 처리 장치의 시스템 버스에 연결된 메모리, 대용량 저장 디바이스, 프로세서(CPU), 독출 전용 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함하는, 시스템 또는 방법의 컴퓨터 구현을 위하여 임의의 기존 컴퓨터 아키텍처가 사용될 수 있다. 메모리는 ROM, RAM, 이들의 조합, 또는 단순히 범용 메모리 유닛으로 구현될 수 있다. 시스템 또는 방법의 특징을 수행하기 위한 루틴 및/또는 서브루틴 형태의 소프트웨어 모듈은 메모리 내에 저장될 수 있으며 그 후 특정 작업 또는 기능을 수행하기 위해 프로세서를 통해 검색 및 처리될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 방법 단계는 프로그램 구성 요소로서 인코딩될 수 있고, 메모리 내에 실행 가능한 명령으로서 저장으로서 저장될 수 있으며, 그 후 프로세서를 통해 검색 및 처리될 수 있다. 키보드, 마우스 또는 또 다른 포인팅 디바이스와 같은 사용자 입력 장치는 PCI(주변 장치 구성 요소 상호 연결) 버스에 연결될 수 있다. 원하는 경우, 소프트웨어는 컴퓨터 모니터 스크린에 그래픽적으로 디스플레이되는 아이콘, 메뉴 및 대화 상자에 의하여 프로그램, 파일, 옵션 등을 나타내는 환경을 제공할 수 있다.
예를 들어, 시간-향상 곡선(time-enhancement curve)을 포함한, 임의 수의 혈류 이미지 및 혈류 특성이 디스플레이될 수 있다.
시스템 또는 방법의 컴퓨터 구현 형태는 네트워크 연결을 통해 통신하는 컴퓨팅 디바이스를 포함하는 임의의 유형의 최종 사용자 컴퓨팅 디바이스를 수용할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는, 예를 들어 관심 대상 림프절 영역을 보여주는 선택된 이미지 프레임의 표시를 포함하는, 시스템 또는 방법의 다양한 기능을 수행하기 위한 그래픽 인터페이스 요소를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스는 서버, 데스크톱, 랩톱, 노트북, 태블릿, 개인 정보 단말기(PDA), PDA 폰 또는 스마트폰 등일 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 유선 및/또는 무선 통신을 위해 구성된 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 시스템의 원격 제어가 필요한 경우 네트워크를 통해 통신이 이루어질 수 있다.
네트워크 연결이 필요한 경우, 시스템 또는 방법은 임의의 유형의 네트워크를 수용할 수 있다. 네트워크는 단일 네트워크일 수 있거나, 다수의 네트워크의 조합일 수 있다. 예를 들어, 네트워크는 인터넷 및/또는 하나 이상의 인트라넷, 지상 통신선 네트워크, 무선 네트워크 및/또는 기타 적절한 유형의 통신 네트워크를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 네트워크는 인터넷과 같은, 다른 통신 네트워크와 통신하도록 조정된 무선 통신 네트워크 (예를 들어, 휴대폰 네트워크)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 네트워크는 (HTTP, HTTPS 또는 FTP와 같은, TCP/IP 프로토콜 기반 프로토콜 포함하는) TCP/IP 프로토콜을 사용하는 컴퓨터 네트워크를 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 임의의 의도된 일반성의 손실없이 예시적인 목적을 위하여 의도된다. 이들의 추가 변형, 수정 및 조합이 고려되며 또한 본 기술 분야의 숙련된 자에 의하여 인식될 것이다. 따라서, 전술한 상세한 설명은 청구된 대상물의 범위, 적용 가능성, 또는 구성을 제한하려는 의도가 아니다.
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Claims (15)

  1. 조직 샘플과 함께 사용하기 위한 것으로서, 사용 중인 조직 샘플을 수용하기 위한 트레이 및 장치를 포함하는 시스템에 있어서,
    상기 장치는:
    사용 시 트레이를 수용하는 지지체;
    파동을 전송하고 파동 에코를 식별하도록 조정된 프로브;
    조직 마킹 디바이스; 및
    운반체를 포함하며,
    상기 운반체는
    사용 시 조직 샘플 위로 상기 프로브를 이송시키도록 -사용 시 방사선 전문의가 상기 조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체를 식별하는 것을 허용할 만큼 충분히 조직 샘플에 관한 정보가 수집되도록 상기 프로브와 상기 운반체는 조정됨-; 그리고
    조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체의 위치에 해당하는 관심 대상 위치로 상기 조직 마킹 디바이스를 이송하도록 조정된 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로브는 초음파 프로브이며, 상기 운반체는 조직 샘플의 완전한 초음파 이미지를 캡처하기 위해 상기 프로브를 자동적으로 운반하도록 조정된 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    전체 초음파 이미지가 스크린 상에서 보여지는 것을 허용하도록; 그리고
    관찰자가 스크린 상에서 그리고 마우스, 스타일러스, 키보드 또는 터치스크린 인터페이스 중 하나 이상으로, 각각 림프절과 유사한 구조체를 선택하는 것을 허용하도록; 그리고
    선택을 기반으로 관심 대상 위치를 생성하도록 조정된 컴퓨팅 시설을 더 포함하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 운반체는 상기 조직 마킹 디바이스를 관심 대상 위치들의 각각으로 자동적으로 이송하도록 조정되며, 상기 조직 마킹 디바이스는 마크를 상기 관심 대상 위치들의 각각에 자동적으로 배치하도록 조정된 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 운반체 시스템은 X-Y 테이블을 포함하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조직 마킹 디바이스는 핀 세터인 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 컴퓨팅 시설을 더 포함하며,
    상기 프로브는 초음파 프로브이며, 상기 운반체는 상기 조직 샘플의 완전한 초음파 이미지를 캡처하기 위하여 상기 프로브를 자동적으로 이송하도록 조정되고;
    상기 컴퓨팅 시설은,
    상기 전체 초음파 이미지가 스크린 상에서 보여지는 것을 허용하도록;
    관찰자가 상기 스크린 상에서 그리고 마우스, 스타일러스, 키보드 또는 터치스크린 인터페이스 중 하나 이상으로, 각각이 림프절과 유사한 구조체인 것들을 선택하는 것을 허용하도록; 그리고
    상기 선택을 기반으로 관심 대상 위치를 생성하도록 조정되며;
    상기 운반체는 상기 조직 마킹 디바이스를 관심 대상 위치들의 각각으로 자동적으로 이송하도록 조정되며, 상기 조직 마킹 디바이스는 마크를 상기 관심 대상 위치들의 각각에 자동적으로 배치하도록 조정된 시스템.
  8. 조직 샘플과 함께 사용하기 위한 방법에 있어서,
    샘플을 트레이에 고정시키는 것;
    방사선 전문의가 상기 조직 샘플 내의 림프절과 유사한 구조체를 식별하는 것을 허용하기에 충분한 조직 샘플에 대한 정보를 수집하기 위해 파동을 전송하도록 그리고 상기 조직 샘플에 대한 파동 에코를 식별하도록 조정된 프로브를 자동적으로 이송시키는 것;
    정보를 사용하여 샘플 내의 관심 대상 위치들 -각 관심 대상 위치는 림프절과 방사선학적 유사성을 갖는 구조체의 위치에 대응함-를 식별하는 것; 및
    마킹 디바이스를 관심 대상 위치로 자동적으로 이송시킴으로써 상기 관심 대상 위치들의 각각을 자동적으로 마킹하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프로브는 초음파 프로브인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프로브 및 상기 마킹 디바이스는 동일한 장치에 의하여 자동적으로 이송되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 트레이는 정보가 수집된 후 상기 장치에서 제거되며 상기 관심 대상 위치가 식별된 후 장치에 배치되는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 방사선 전문의는
    상기 조직 샘플의 초음파 이미지를 보기 위해 스크린을 갖는 컴퓨팅 시설을 이용하며; 그리고
    스크린 상에서 그리고 마우스, 스타일러스, 키보드 또는 터치스크린 인터페이스 중 하나 이상으로, 각각이 림프절과 유사한 구조체인 것들을 선택하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 컴퓨팅 시설은 상기 선택을 기반으로 관심 대상 위치를 생성하는 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 트레이는 상기 샘플이 고정된 후 상기 장치에 배치되는 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 프로브는 초음파 프로브이며;
    상기 프로브 및 상기 마킹 디바이스는 동일한 장치에 의하여 자동적으로 이송되고;
    상기 트레이는 정보가 수집된 후 상기 장치에서 제거되며 상기 관심 대상 위치가 식별된 후 장치에 배치되며;
    방사선 전문의는 상기 조직 샘플의 초음파 이미지를 보기 위해 스크린을 갖는 컴퓨팅 시설을 이용하고; 그리고 스크린 상에서 그리고 마우스, 스타일러스, 키보드 또는 터치스크린 인터페이스 중 하나 이상으로, 각각이 림프절과 유사한 구조체인 것들을 선택하며; 그리고
    상기 컴퓨팅 시설은 상기 선택을 기반으로 관심 대상 위치를 생성하는 방법.
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