KR101556725B1

KR101556725B1 - 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법

Info

Publication number: KR101556725B1
Application number: KR1020130161288A
Authority: KR
Inventors: 김남국; 박세연
Original assignee: 재단법인 아산사회복지재단
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-10-01
Also published as: KR20150073513A

Abstract

본 개시는 삽입점(entry point)으로부터 타겟(target)까지의 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에서, 타겟 및 침습 불허 영역을 포함하는 시술 대상의 영상이 준비되는 단계; 삽입 경로를 포함하는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계;로서, 타겟에 가까워질수록 단면적이 감소하는 3차원 기둥 형상을 가지는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계; 초기 삽입 영역과 침습 불허 영역과의 교차여부가 판단되는 단계; 그리고 교차를 피하도록 초기 삽입 영역이 축소되어 안전 삽입 영역이 생성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 관한 것이다.

Description

의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법{METHOD FOR GENERATING INSERTION TRAJECTORY OF MEDICAL DEVICE}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 관한 것으로, 특히 삽입 경로를 자동으로 생성하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

리드(예: Deep Brain Stimulation용 리드(lead)), 생검 바늘(예: biopsy needle), 프로브(probe), 카데터(catheter) 등의 의료 디바이스(medical device)를 폐, 뇌, 간 등 신체 내부로 삽입하거나 이식(implant)하는 시술은 혈관이나 해부학적으로 중요한 구조들이 손상되지 않거나 최소 침습이 되도록 시행되는 것이 중요하다.

예를 들어 뇌의 경우, 이러한 시술은 뇌의 다양한 기능에 영향을 주는 신경외과적 수술들을 포함한다. 신경외과적 수술에는 뇌에서 종양을 제거하는 수술뿐만 아니라 특정 기능을 하는 뇌의 특정 부위를 자극(stimulation)하는 수술(Deep Brain Stimulation; DBS)이 포함될 수 있다. 예를 들어, 신경외과 의사는 파킨슨병, 강박장애 및 우울증과 같은 중대한 병을 치료하기 위해 심부 뇌 자극술(DBS)을 시행한다. 심부 뇌 자극술에서는 환자의 뇌 기능을 정상화하기 위해 뇌신경의 일정부분을 억압하거나 자극할 수 있는 전극을 뇌의 심층부에 이식하는 과정이 필요하다. 전극은 리드(lead)의 끝에 구비될 수 있으며, 리드가 뇌의 삽입 경로를 따라 삽입된다.

상기한 의료 디바이스의 삽입 또는 이식 수술에는 의료 도구, 예를 들어, DBS의 전극을 타겟(target)에 정확히 도달하게 하면서 뇌의 혈관 등 중요 구조(major structure)를 손상하지 않는 리드(lead)의 삽입 경로를 찾는 것이 중요하다. 삽입 경로의 계획에서 뇌에 리드의 진입 각도가 중요하며, 진입 각도 및 삽입점을 정함으로써 삽입 경로가 계획된다. 그러나 기존의 삽입 경로의 계획은 혈관이나 뇌의 중요 해부학적 구조에 대한 삽입 경로의 침습의 정도에 대해 객관적이고 정량적인 근거에 의해 결정된 것이라기보다는 의사의 경험과 지식에 크게 의존하고 있다. 따라서 동일한 환자에 대해 의사가 다르면 삽입 경로에 차이가 있을 수 있다. 미국 특허공개공보 제2012/0184844호에는 DBS에서 복수의 삽입 경로를 생성하는 방법이 개시되어 있지만, 삽입 경로 자체의 침습의 정도를 평가하고 혈관 등을 피하여 삽입 경로를 계획하는 구체적인 방법에 대해서는 개시하지 못하고 있다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 삽입점(entry point)으로부터 타겟(target)까지의 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에서, 타겟 및 침습 불허 영역을 포함하는 시술 대상의 영상이 준비되는 단계; 삽입 경로를 포함하는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계;로서, 타겟에 가까워질수록 단면적이 감소하는 3차원 기둥 형상을 가지는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계; 초기 삽입 영역과 침습 불허 영역과의 교차여부가 판단되는 단계; 그리고 교차를 피하도록 초기 삽입 영역이 축소되어 안전 삽입 영역이 생성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법이 제공된다.

도 1은 본 개시에 따른 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 2 내지 도 5는 타겟 및 침습 불허 영역을 포함하는 뇌 영상이 준비되는 과정의 일 예를 설명하는 도면들,
도 6 및 도 7은 볼륨 영상 정렬되는 뇌 영상들의 일 예를 설명하는 도면들,
도 8은 삽입 경로 계획을 하는 소프트웨어의 인터페이스의 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 삽입 범위가 지정되는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 10은 도 9에서 일부가 확대된 도면,
도 11은 초기 삽입 영역으로부터 안전 삽입 영역이 생성되는 과정의 일 예를 설명하는 도면,
도 12는 sagittal, axial, coronal views 및 3D 영상에 나타난 삽입 경로의 일 예를 설명하는 도면,
도 13은 surgeon's Eye View에 의한 뇌의 이미지의 일 예를 나타내는 도면.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

도 1은 본 개시에 따른 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법의 일 예를 설명하는 도면이다.

삽입점(entry point)으로부터 타겟까지의 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에서, 먼저 타겟(target) 및 침습 불허 영역을 포함하는 뇌 영상이 준비된다(S11). 예를 들어, 의료영상 장치로부터 획득된 Sagittal view, Axial view 및 Coronal view 뇌 영상들을 분할(segmentation) 과정을 통해 혈관을 포함하는 침습 불허 영역과 타겟이 3차원 복셀의 집합으로 구해지고(S11), 분할된 뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)된다(S21). 다음으로, 삽입 경로를 포함하는 초기 삽입 영역이 지정된다(S31). 초기 삽입 영역은 타겟에 가까워질수록 단면적이 감소하는 3차원 기둥 형상(예: truncated column)을 가진다. 예를 들어, 대상의 영상에 나타난 대상의 표면에 삽입 범위(entry range)가 지정됨으로써, 삽입 범위로부터 타겟까지 초기 삽입 영역이 정의된다. 계속해서, 초기 삽입 영역과 침습 불허 영역 간의 교차여부가 판단된다. 예를 들어, 디스턴스 맵을 이용하여 초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 침습 불허 영역까지의 거리가 계산된다(S41). 이후, 교차를 피하도록 초기 삽입 영역이 축소되어 안전 삽입 영역이 생성된다(S51). 안전 삽입 영역의 중심선으로부터 삽입점이 추출될 수 있다(S61). 삽입 경로는 안전 삽입 영역 내에서 변경이 가능하므로 안전 삽입 영역은 삽입 경로의 허용 여유가 된다. 즉, 본 개시에 따른 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 의하면 단일한 또는, 복수의 삽입 경로를 개별적으로 추출하는 것과는 다르게 3차원 공간으로서 삽입 영역이 추출된다. 본 개시에 따른 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법은 의료 디바이스(예: 생검 바늘, Deep Brain Stimulation용 리드(lead), 프로브(probe), 카데터(catheter) 등)을 신체 내의 타겟에 도달하게 하는 다양한 시술에 적용될 수 있고, 특히 DBS(Deep Brain Stimulation)에서 비침습 삽입 경로를 자동으로 생성하는 데에 적용될 수 있다. 이하, DBS를 중심으로 설명된다.

이하, 각 과정이 상세히 설명된다.

도 2 내지 도 5는 타겟 및 침습 불허 영역을 포함하는 뇌 영상이 준비되는 과정의 일 예를 설명하는 도면들이다.

먼저, MRI에 의해 다종의 MRI 뇌 영상들(예: Vessel angiography,T1 등)이 생성된다. 이후, 타겟(도 9 및 도 11의 100 참조) 및 침습 불허 영역(도 11의 120, 140 참조)이 분할(segmentation)될 수 있다(도 1의 S11). 예를 들어, T1 영상에서 소프트웨어 렌더링 방법으로 뇌의 혈관(vessel), 뇌실(ventricle) 등 다치면 안되는 영역(침습 불허 영역)의 마스크(mask)가 각각 생성되며, 타겟이 사용자에 의해 정해질 수 있다. 타겟은 DBS의 경우 뇌의 특정 기능을 수행하는 부분으로서 자극의 목표가 된다. DBS 리드(lead)에는 타겟을 자극하기 위한 전극(예; 3개의 전극)이 구비될 수 있다. MRI로부터 생성되는 뇌 영상들은, 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이, sagittal view(우측 상단 참조), axial view(좌측 상단 참조), coronal view(좌측 하단 참조) 뇌 영상들을 포함한다. 혈관의 경우, 도 3(a)와 같이 axial view에서 MRI Brain Angiography 영상을 사용하여 분할기법(예: Adaptive region growing)에 의해 도 3(b)와 같이 혈관이 분할될 수 있다. 이러한 분할에 의해 동맥 및 정맥과 같은 혈관과 뇌실 등 침습 불허 영역과, 타겟이 복셀의 3차원 집합으로 구해질 수 있다. 마찬가지로 침습 불허 영역을 제외한 안전 영역이 복셀의 3차원 집합으로 구해질 수 있다. 도 4에서 침습 불허 영역과 안전 영역이 색으로 구분되지 않았지만, 침습 불허 영역과 안전 영역이 색으로 구분되게 표시될 있다. 의료영상 소프트웨어를 사용하여 분할된 혈관으로부터 3D volume Rendering(도 5(a)) 또는 3D surface Rendering(도 5(b))된 혈관의 구조가 생성될 수 있다.

침습 불허 영역 추출은 뇌 영상을 기반으로 분석하여 결과를 마스크(Mask)로 저장하는 과정이다. 침습 불허 영역을 추출하는 방법은 혈관의 경우 전술한 것과 같이 혈관 강조영상을 가지고 분할하는 방법(Thresholding 등)이 적용된다. 이러한 마스크 등의 정보를 이용하여 이후 과정에서 침습 불허 영역으로 시술 도구가 못 가게 하는 제어 프로그램 등이 구현되어야 하는데, 이때 정확도를 복셀 하나의 크기보다 크면 마스크만으로 충분하지만, 좀더 정교하게 정확도를 구현하려면 이 영역의 Surface Model을 생성하고, 3D modelling된 시술 도구와 교차점(intersection)을 구하는 알고리즘을 적용할 수 있다. 즉, mask intersection이나 3D model intersection을 구현하는 것이다. Volume Rendering, Surface Rendeirng은 사람의 눈으로 확인이 필요할 수 있으므로 각각의 정보를 시각화해서 보여주는 것이다.

도 6 및 도 7은 볼륨 영상 정렬되는 뇌 영상들의 일 예를 설명하는 도면들이다.

계속해서, 분할된 뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line(AC-PC line)을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)된다(도 1의 S21).

예를 들어, sagittal view(도 6 및 도7 우측 상단 참조) 뇌 영상을 이용하여 두 점 AC 및 PC을 사용자가 선택할 수 있으며, 또한, axial view(도 7 좌측 상단 참조) 및 coronal view(좌측 하단 참조)에서 두 점 AC 및 PC을 선택하는 것이 모두 가능하다. 이와 같은 AC-PC line을 기준으로 sagittal view, axial view 및 coronal view가 볼륨 영상 정렬(volume alignment)된다(도 7 우측 하단 참조).

도 8은 삽입 경로 계획을 하는 소프트웨어의 인터페이스의 일 예를 보여주는 도면이고, 도 9는 삽입 범위가 지정되는 방법의 일 예를 설명하는 도면이고, 도 10은 도 9에서 일부가 확대된 도면이다.

계속해서, 사용자에 의해 초기 삽입 영역(initial entry region; 도 11(a) 240 참조)이 지정된다(도 1의 S31). 본 예에서 삽입 경로는 최종적으로는 단일한 선이 추출될 수 있지만, 우선 이러한 최종적인 삽입 경로의 가능한 범위가 사용자에 의해 지정된다. 예를 들어, 이러한 삽입 경로의 가능한 범위는 타겟으로 이어지는 3차원 기둥 형상의 일정한 영역으로 지정된다. 사용자에 의해 지정된 삽입 경로가 초기 삽입 경로로 정의된다.

도 8을 참조하면, 사용자는 삽입 경로 계획을 하는 소프트웨어의 인터페이스를 통해 AC-PC alignment, target position 및 entry range 등에 관한 정보 또는 수치를 선택할 수 있다. 이러한 인터페이스를 통해 예를 들어, sagittal view(도 9 우측 상단 및 도 10(a) 참조) 및 coronal view(도 9 좌측 하단 및 도 10(b) 참조)에 나타난 뇌의 표면에 각각 삽입 범위(entry range; 211, 215)가 선으로 지정될 수 있다. 따라서 직교하는 sagittal view 및 coronal view에서 각각 선으로 지정된 삽입 범위는 3차원 볼륨에서는 곡면(도 11(b) 210 참조)으로 지정될 수 있다.

도 11은 초기 삽입 영역으로부터 안전 삽입 영역이 생성되는 과정의 일 예를 설명하는 도면이다.

전술된 삽입 범위(210)가 지정됨으로써, 삽입 범위(210)로부터 타겟(100)까지 도 11(a)에 도시된 것과 같이 3차원 기둥 형상의 초기 삽입 영역(240)이 정의된다. 본 예에서 초기 삽입 영역(240)은 타겟(100)에 가까워질수록 단면적이 감소하는 원뿔대(truncated cone) 형상을 가진다. 삽입 범위(210)가 원형이 아닌 경우 콘피팅(cone fitting) 과정이 수행될 수 있고, 그 결과 상기 원뿔대 형상의 초기 삽입 영역(240)이 정의된다. 혈관 구조가 복잡한 폐에 비하여 뇌의 동맥 및 정맥을 포함한 혈관(140)의 구조는 더 단순하며, 혈관을 포함한 침습 불허 영역(120, 140)을 피하여 초기 삽입 영역(240)을 지정하는 것은 숙련된 의사에게는 가능한 일이다. 여기서 초기 삽입 영역(240)이 완벽하게 침습 불허 영역(120, 140)을 피할 것이 강제되는 것은 아니며, 후술될 안전 삽입 영역(280)을 추출하는 과정이 진행되므로 초기 삽입 영역(240)이 침습 불허 영역(120, 140)과 일부 교차하여도 무방하다(도 11(a) 참조). 다만 초기 삽입 영역(240)은 사용자의 경험과 지식에 의해 침습이 가장 작고, 삽입 경로로서 적합한 영역을 후속 과정을 위해 지정하는 것이다.

이후, 초기 삽입 영역(240)과 침습 불허 영역(120, 140)과의 교차여부가 판단된다. 이를 위해 초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 침습 불허 영역까지의 거리가 계산될 수 있다. 예를 들어, 도 11(a)에 도시된 것과 같이, 타킷(100)으로부터의 레이 케스팅(ray casting) 방법에 의해 초기 삽입 영역(240)의 경계로부터 침습 불허 영역(120, 140)의 복셀까지의 디스턴스 맵(distance map)이 생성되는 과정이 진행될 수 있다(도 1의 S41).

디스턴스 맵의 생성 과정은 침습 불허 영역의 마스크 상의 경계면을 기준으로 모든 복셀에 대해 이 경계면과의 거리를 계산하는 과정을 포함한다. 혈관 등 침습 불허 영역 경계면으로부터 거리를 계산해 놓으면 DBS용 리드의 삽입 경로 생성시나 로봇이 의료용 바늘을 찌를 때 실시간으로 안전 거리를 계산해서 쓸 수 있는 장점이 있다.

상기 디스턴스 맵을 사용하여 초기 삽입 영역(240) 내에 위치하는 혈관 등의 침습 불허 영역(120, 140)의 복셀들이 찾아질 수 있다. 또한, 침습 불허 영역(120, 140)의 경계와 초기 삽입 영역(240)의 경계 간의 거리도 구해질 수 있다. 도 11(a)를 참조하면, 초기 삽입 영역(240)과 혈관(140) 및 뇌의 다른 중요 구조물(120; 예: 해마, 편도체 등)이 일부 교차하는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 11(b)에 도시된 것과 같이, 교차를 피하도록 초기 삽입 영역(240)이 축소되어 안전 삽입 영역(280)이 생성된다(도 1의 S51). 초기 삽입 영역(240)이 침습 불허 영역(120, 140)과 교차하거나, 교차하지 않더라도 안전성 확보를 위해 침습 불허 영역(120, 140)의 경계로부터 안전 거리만큼 떨어지도록 초기 삽입 영역(240)이 축소된다. 즉 안전 삽입 영역(280)은 초기 삽입 영역(240)의 내에 포함된 영역이다. 예를 들어, 상기 디스턴스 맵을 사용하여 침습 불허 영역(120, 140)으로부터 안전 거리 바깥으로 초기 삽입 영역(240)이 축소되어 안전 삽입 영역(280)이 형성되며, 안전 삽입 영역(280)은 콘피팅(cone fitting)될 수 있다. 이와 같이 생성된 안전 삽입 영역(280)은 실재 시술에 적용될 수 있는 삽입 경로의 범위를 나타낼 수 있다. 생성된 안전 삽입 영역(280)이 너무 작거나 기타 다른 부적합한 이유가 발견되는 경우 다른 초기 삽입 영역을 지정하고 다른 안전 삽입 영역을 구하는 과정을 수행할 수도 있다.

도 12는 sagittal, axial, coronal views 및 3D 영상에 나타난 삽입 경로의 일 예를 설명하는 도면이다. 도 13은 surgeon's Eye View에 의한 뇌의 이미지의 일 예를 나타내는 도면이다.

이후, 콘 형상의 안전 삽입 영역(280)의 중심선(도 11(b) 250 참조)과 뇌 영상들에 나타난 머리의 표면(head surface)과의 교차점이 삽입점(270; entry point)로 추출된다(도 11(b) 및 도 12 참조). 따라서 삽입점(270)으로부터 타겟(100)까지(예: 타겟의 중심까지) 삽입 경로가 추출된다. 안전 삽입 영역(280) 내의 삽입 경로는 모두 시술에 적용 가능한 삽입 경로가 될 수 있으며, 반드시 상기 중심선(250)을 따르는 삽입 경로만 가능한 것은 아니다.

본 예에서, 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법은 삽입 경로를 따라 뇌의 이미지를 디스플레이하는 과정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 삽입점(270)으로부터 타겟(100)까지 삽입 경로를 따라 의료 디바이스(예: DBS 리드; 7)에 위치한 가상 카메라(5)의 시각에서 뇌의 이미지(예: 2D MPR 이미지(projected path) 또는 3D surface view display)가 표시될 수 있다(도 13 참조). 이러한 가상 카메라(5)의 시각은 의사의 시각(surgeon's Eye View)에서 삽입 경로를 따라 의료 디바이스가 지나가게 될 뇌의 이미지를 보여준다. 이를 통해 삽입 경로의 적절성이 다시 평가될 수 있고, 필요하면 삽입 경로가 수정될 수 있다. 수정 과정은 도 8에 도시된 것과 같이 파라미터들 직접 입력하여 변경하거나 마우스로 삽입점(270)을 조정하거나, 삽입 경로를 이동시키는 등의 방법으로 간단히 수행될 수 있다.

전술된 삽입 범위(210)를 지정, 초기 삽입 영역(240)의 생성, 디스턴스 맵의 생성, 안전 삽입 영역(280)의 생성, 중심선(250)을 따른 삽입 경로의 추출 등의 과정은 사용자 설정 조건 하에서 컴퓨터에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 또한, 의료 디바이스의 삽입 경로에 의한 침습 불허 영역(120, 140)의 침습여부를 뇌 영상을 이용하여 객관적으로 평가하고 침습 불허 영역(120, 140)을 피하여 삽입 경로를 생성하는 구체적 방법이 개시되었다.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 초기 삽입 영역이 지정되는 단계는: 대상의 영상에 나타난 대상의 표면에 삽입 범위(entry range)가 지정됨으로써, 삽입 범위로부터 타깃까지 초기 삽입 영역이 정의되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(2) 교차여부가 판단되는 단계는: 초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 침습 불허 영역까지의 거리가 계산되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(3) 대상의 영상이 준비되는 단계는: 의료영상 장치로부터 획득된 대상에 대한 Sagittal, Axial 및 Coronal view 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역이 분할(segmentation)되는 과정: 그리고 영상들이 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(4) 타깃은 Deep Brain Stimulation(DBS)에서 자극(Stimulation) 타깃인 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(5) 시술 대상의 영상이 준비되는 단계는: 의료영상 장치로부터 획득된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역이 분할(segmentation)되는 과정: 그리고 뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하며, 초기 삽입 영역이 지정되는 단계는: 정렬된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들 중 적어도 2개를 사용하여 곡면(surface) 형태의 삽입 범위(entry range)가 지정됨으로써, 삽입 범위로부터 타깃까지 원뿔대(truncated cone) 형상의 초기 삽입 영역이 정의되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(6) 대상의 영상이 준비되는 단계는: 의료영상 장치로부터 획득된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역이 3차원 복셀의 집합으로 분할(segmentation)되는 과정: 그리고 분할된 뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하며, 교차여부가 판단되는 단계는: 초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 레이 케스팅(ray casting) 방법에 의해 경계로부터 침습 불허 영역의 복셀까지의 디스턴스 맵(distance map)이 생성되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(7) 안전 삽입 영역이 생성되는 단계는: 디스턴스 맵을 사용하여 침습 불허 영역으로부터 안전 여유 바깥에서 초기 삽입 영역이 축소된 안전 삽입 영역이 콘피팅(cone fitting)되는 과정; 그리고 안전 삽입 영역의 중심선과 뇌 영상들에 나타난 머리의 표면(head surface)과의 교차점이 삽입점(entry point)로 추출되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(8) 삽입점으로부터 타깃까지 삽입 경로를 따라 의료 디바이스에 위치한 가상 카메라의 시각에서 뇌의 이미지가 표시되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

(9) 뇌 영상이 준비되는 단계는: 의료영상 장치로부터 획득된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역 및 DBS 타깃이 3차원 복셀의 집합으로 분할(segmentation)되는 과정: 그리고 뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하며, 초기 삽입 영역이 지정되는 단계는: 정렬된 Sagittal 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 곡면(surface) 형태의 삽입 범위(entry range)가 지정됨으로써, 삽입 범위로부터 타깃까지 원뿔대(truncated cone) 형상의 초기 삽입 영역이 정의되는 과정;을 포함하며, 교차여부가 판단되는 단계는: 초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 레이 케스팅(ray casting) 방법에 의해 경계로부터 침습 불허 영역의 복셀까지의 디스턴스 맵(distance map)이 생성되는 과정;을 포함하며, 안전 삽입 영역이 생성되는 단계는: 디스턴스 맵을 사용하여 침습 불허 영역으로부터 안전 여유 바깥에서 초기 삽입 영역이 축소된 안전 삽입 영역이 콘피팅(cone fitting)되는 과정; 그리고 안전 삽입 영역의 중심선과 뇌 영상들에 나타난 머리의 표면(head surface)과의 교차점이 삽입점(entry point)로 지정되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.

본 개시에 따른 하나의 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 의하면, 혈관이나 뇌실 등 침습이 불허되는 영역을 피함에 있어서 객관적이고 정량적인 근거를 가지는 삽입 경로가 생성된다.

본 개시에 따른 다른 하나의 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 의하면, 의료 디바이스를 이용한 DBS 등의 시술에서 혈관 등의 침습을 피하여 위험을 줄일 수 있다.

본 개시에 따른 또 다른 하나의 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 의하면, 침습 불허 영역을 피하는 삽입 경로가 사용자 설정 조건하에서 자동으로 생성되어 편리하다.

본 개시에 따른 또 다른 하나의 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법에 의하면, 3D로 삽입 경로를 생성하므로 2D 단면상에서 삽입 경로를 계획 및 가이드하는 방식의 한계를 넘게 해준다.

Claims

삽입점(entry point)으로부터 타겟(target)까지의 의료 디바이스(medical device)의 삽입 경로(trajectory)의 생성 방법에서,
타겟 및 침습 불허 영역을 포함하는 시술 대상의 영상이 준비되는 단계;
삽입 경로를 포함하는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계;로서, 타겟에 가까워질수록 단면적이 감소하는 3차원 기둥 형상을 가지는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계;
초기 삽입 영역과 침습 불허 영역 간의 교차여부가 판단되는 단계;로서, 초기 삽입 영역 내에 위치하는 침습 불허 영역의 복셀을 찾는 과정을 포함하여 판단되는 단계; 그리고
교차를 피하도록 초기 삽입 영역이 축소되어 안전 삽입 영역이 생성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 1에 있어서,
초기 삽입 영역이 지정되는 단계는:
대상의 영상에 나타난 대상의 표면에 삽입 범위(entry range)가 지정됨으로써, 삽입 범위로부터 타깃까지 초기 삽입 영역이 정의되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
삽입점(entry point)으로부터 타겟(target)까지의 의료 디바이스(medical device)의 삽입 경로(trajectory)의 생성 방법에서,
타겟 및 침습 불허 영역을 포함하는 시술 대상의 영상이 준비되는 단계;
삽입 경로를 포함하는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계;로서, 타겟에 가까워질수록 단면적이 감소하는 3차원 기둥 형상을 가지는 초기 삽입 영역이 지정되는 단계;
초기 삽입 영역과 침습 불허 영역 간의 교차여부가 판단되는 단계;로서, 초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 침습 불허 영역까지의 거리가 계산되는 과정을 포함하는 단계; 그리고
교차를 피하도록 초기 삽입 영역이 축소되어 안전 삽입 영역이 생성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 1에 있어서,
대상의 영상이 준비되는 단계는:
의료영상 장치로부터 획득된 대상에 대한 Sagittal, Axial 및 Coronal view 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역이 분할(segmentation)되는 과정: 그리고
영상들이 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 1에 있어서,
타깃은 Deep Brain Stimulation(DBS)에서 Stimulation 타깃인 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 1에 있어서,
시술 대상의 영상이 준비되는 단계는:
의료영상 장치로부터 획득된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역이 분할(segmentation)되는 과정: 그리고
뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하며,
초기 삽입 영역이 지정되는 단계는:
정렬된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들 중 적어도 2개를 사용하여 곡면(surface) 형태의 삽입 범위(entry range)가 지정됨으로써, 삽입 범위로부터 타깃까지 원뿔대(truncated cone) 형상의 초기 삽입 영역이 정의되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 1에 있어서,
대상의 영상이 준비되는 단계는:
의료영상 장치로부터 획득된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역이 3차원 복셀의 집합으로 분할(segmentation)되는 과정: 그리고
분할된 뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하며,
교차여부가 판단되는 단계는:
초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 레이 케스팅(ray casting) 방법에 의해 경계로부터 침습 불허 영역의 복셀까지의 디스턴스 맵(distance map)이 생성되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 7에 있어서,
안전 삽입 영역이 생성되는 단계는:
디스턴스 맵을 사용하여 침습 불허 영역으로부터 안전 여유 바깥에서 초기 삽입 영역이 축소된 안전 삽입 영역이 콘피팅(cone fitting)되는 과정; 그리고
안전 삽입 영역의 중심선과 뇌 영상들에 나타난 머리의 표면(head surface)과의 교차점이 삽입점(entry point)로 추출되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 8에 있어서,
삽입점으로부터 타깃까지 삽입 경로를 따라 의료 디바이스에 위치한 가상 카메라의 시각에서 뇌의 이미지가 표시되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.
청구항 1에 있어서,
대상의 영상이 준비되는 단계는:
의료영상 장치로부터 획득된 Sagittal, Axial 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 혈관을 포함하는 침습 불허 영역 및 DBS 타깃이 3차원 복셀의 집합으로 분할(segmentation)되는 과정: 그리고
뇌 영상들이 Anterior commissure-Posterior commissure line을 기준으로 볼륨 영상 정렬(volume alignment)되는 과정:을 포함하며,
초기 삽입 영역이 지정되는 단계는:
정렬된 Sagittal 및 Coronal view 뇌 영상들을 사용하여 곡면(surface) 형태의 삽입 범위(entry range)가 지정됨으로써, 삽입 범위로부터 타깃까지 원뿔대(truncated cone) 형상의 초기 삽입 영역이 정의되는 과정;을 포함하며,
교차여부가 판단되는 단계는:
초기 삽입 영역의 경계(boundary)로부터 레이 케스팅(ray casting) 방법에 의해 경계로부터 침습 불허 영역의 복셀까지의 디스턴스 맵(distance map)이 생성되는 과정;을 포함하며,
안전 삽입 영역이 생성되는 단계는:
디스턴스 맵을 사용하여 침습 불허 영역으로부터 안전 여유 바깥에서 초기 삽입 영역이 축소된 안전 삽입 영역이 콘피팅(cone fitting)되는 과정; 그리고
안전 삽입 영역의 중심선과 뇌 영상들에 나타난 머리의 표면(head surface)과의 교차점이 삽입점(entry point)로 지정되는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 디바이스의 삽입 경로의 생성 방법.