KR102486572B1 - 집속 초음파 장치 및 그 집속 초음파 치료순서 설정 방법 - Google Patents

집속 초음파 장치 및 그 집속 초음파 치료순서 설정 방법 Download PDF

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Abstract

집속 초음파 장치 및 그 집속 초음파 치료순서 설정 방법이 개시된다. 일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치는 기계적 에너지를 이용한 초음파 치료법을 사용할 때, 집속 초음파의 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정함에 따라, 환부의 열적 상승을 최소화하면서 기계적 에너지를 최대한 활용할 수 있다.

Description

집속 초음파 장치 및 그 집속 초음파 치료순서 설정 방법 {Focused ultrasound apparatus and method for treatment sequence of focused ultrasound using the same}
본 발명은 초음파를 이용한 진단 및 치료 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상유도하 치료(Image Guide Therapy)를 위한 집속 초음파(Focused Ultrasound: FUS)를 이용한 이미지 스캐닝 및 치료 기술에 관한 것이다.
암, 종양, 병변 등과 같은 생체조직을 치료하는데 초음파 신호를 이용할 수 있다. 초음파를 이용한 치료는 초음파 신호를 인체의 병변에 조사하여 병변을 치료하는 방식이다. 일반적인 외과수술이나 화학적인 치료(Chemotherapy) 방식 등에 비하여, 초음파 치료는 환자의 외상을 덜 손상시키고 비침습적 치료(Non-invasive treatment)를 실현할 수 있다. 그 적용 예로는 간암(Liver cancer), 뼈 육종(Bone sarcoma), 유방암(Breast cancer), 췌장암(Pancreas cancer), 신장암(Kidney cancer), 연조직의 종양(Soft tissue tumor) 및 골반 종양(Pelvic tumor) 등 다양하다.
KR 10-2087281(2020년03월04일 등록)
일 실시 예에 따라, 열적 치료법이 아닌 기계적인 에너지를 이용하여 환부를 자극하거나 치료약물의 전달효과를 개선을 목적으로 하는 초음파 치료법을 사용할 때, 환부의 열적 상승을 최소화하면서 기계적 에너지를 최대한 활용할 수 있는 집속 초음파 장치 및 그 집속 초음파 치료순서 설정 방법을 제안한다.
일 실시 예에 따른 집속 초음파 치료순서 설정 방법은, 3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 나열하는 단계와, 집속 초음파를 조사할 집속점 위치를 결정하되, 집속 초음파를 조사한 적어도 하나의 이전 집속점이 있으면 상기 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 집속 후보점들 중에서 다음 집속점 위치를 결정하는 단계와, 결정된 다음 집속점 위치에 집속 초음파를 조사하는 단계를 포함한다.
이전 집속점은, 직전 집속점 PT(0)n일 수 있다. 이전 집속점은, 직전 집속점 PT(0)n과, 직전 집속점 PT(0)n 이전의 1차부터 L차까지의 집속점(L=정수) 이며, L은 미리 설정되고 사용자에 의해 변경 가능하고, 각 집속점 별로 서로 상이한 가중치가 할당될 수 있다.
다음 집속점 위치를 결정하는 단계에서, 복수의 집속 후보점 중에서 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점을 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
다음 집속점 위치를 결정하는 단계에서, 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 그 중에 장치의 구동거리가 가장 짧은 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
다음 집속점 위치를 결정하는 단계에서, 이전 집속점을 기준으로 다음 집속점의 최대거리를 미리 설정한 후 미리 설정된 최대거리 이내에서 다음 집속점 위치를 결정할 수 있다.
다음 집속점 위치를 결정하는 단계는, 이전 집속점과 다음 집속점들 간의 거리정보를 온도정보로 변환하는 단계와, 변환된 온도정보를 이용하여 다음 집속 후보점들 중에서 온도상승이 최소가 되는 위치를 다음 집속점으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다음 집속점 위치를 결정하는 단계는, 거리 값
Figure 112021000884557-pat00001
을 계산하는 단계와, 최대거리 [
Figure 112021000884557-pat00002
…
Figure 112021000884557-pat00003
]를 계산하는 단계와, 최대값
Figure 112021000884557-pat00004
[
Figure 112021000884557-pat00005
+…
Figure 112021000884557-pat00006
]을 가지는 위치를 다음 집속점 위치로 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, [
Figure 112021000884557-pat00007
…
Figure 112021000884557-pat00008
는 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00009
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00010
…
Figure 112021000884557-pat00011
] 간 거리이고, [
Figure 112021000884557-pat00012
…
Figure 112021000884557-pat00013
]는 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00014
이전의 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00015
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00016
…
Figure 112021000884557-pat00017
] 간 거리이고,
Figure 112021000884557-pat00018
는
Figure 112021000884557-pat00019
…
Figure 112021000884557-pat00020
] 이고,
Figure 112021000884557-pat00021
는
Figure 112021000884557-pat00022
…
Figure 112021000884557-pat00023
] 이고, W(0)
Figure 112021000884557-pat00024
W(L)은 가중치이며, L은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00025
이전의 L번째 조사 차수일 수 있다.
다음 집속점 위치를 결정하는 단계는, 거리 값
Figure 112021000884557-pat00026
을 계산하는 단계와, 거리 값으로부터 변환된 온도 값
Figure 112021000884557-pat00027
을 계산하는 단계와, 최대온도 [
Figure 112021000884557-pat00028
]를 계산하는 단계와, 최소값
Figure 112021000884557-pat00029
을 가지는 위치를 다음 집속점 위치로 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, [
Figure 112021000884557-pat00030
]는 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00031
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00032
…
Figure 112021000884557-pat00033
] 간 거리이고, [
Figure 112021000884557-pat00034
]는 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00035
이전의 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00036
과 다음 집속 후보점들 [
Figure 112021000884557-pat00037
…
Figure 112021000884557-pat00038
] 간 거리이고,
Figure 112021000884557-pat00039
은
Figure 112021000884557-pat00040
)
Figure 112021000884557-pat00041
…
Figure 112021000884557-pat00042
]이고,
Figure 112021000884557-pat00043
은
Figure 112021000884557-pat00044
)
Figure 112021000884557-pat00045
…
Figure 112021000884557-pat00046
]이고,
Figure 112021000884557-pat00047
는 조사시간
Figure 112021000884557-pat00048
동안의 온도 변화 값이고, L은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00049
이전의 L번째 조사 차수일 수 있다.
다음 집속점 위치를 결정하는 단계는, 결정된 다음 집속점에 집속 초음파 조사 시 온도변화 값이 미리 설정된 온도 값보다 낮으면 다음 집속점으로 최종 확정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
집속 초음파 치료순서 설정 방법은, 집속 초음파를 동일한 집속점에 집중 집속 시 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 집속 초음파 장치는, 3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 나열하고, 집속 초음파를 조사한 적어도 하나의 이전 집속점이 있으면 상기 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 집속 후보점들 중에서 다음 집속점 위치를 결정하는 제어부와, 결정된 집속점 위치에 집속 초음파를 조사하는 송수신부를 포함한다.
제어부는, 복수의 집속 후보점 중에서, 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점을 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
제어부는, 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 그 중에 장치의 구동거리가 가장 짧은 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
제어부는, 이전 집속점을 기준으로 다음 집속점의 최대거리를 미리 설정한 후 미리 설정된 최대거리 이내에서 다음 집속점 위치를 결정할 수 있다.
제어부는, 이전 집속점과 다음 집속 후보군 간의 거리정보를 온도정보로 변환하고, 변환된 온도정보를 이용하여 다음 집속 후보들 중에서 온도상승이 최소가 되는 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
제어부는, 집속 초음파를 소정의 집속점에 집중 집속 시 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치 및 그 집속 초음파 치료순서 설정 방법에 따르면, 열적 치료법이 아닌 기계적인 에너지를 이용하여 환부를 자극하거나 치료약물의 전달효과를 개선을 목적으로 하는 초음파 치료법을 사용할 때, 환부의 열적 상승을 최소화하면서 기계적 에너지를 최대한 활용할 수 있다.
예를 들어, 집속 초음파의 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정함에 따라 환부의 열적 상승을 최소화할 수 있다. 나아가, 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 그 중에 장치의 구동거리가 가장 짧은 위치를 다음 집속점으로 결정함에 따라 장치의 움직임을 최소화할 수 있다.
그 구현 및 동작원리가 간단하며 확장성이 있어, 집속 초음파 분야뿐만 아니라, 유사한 에너지의 피폭 또는 조사량을 최소화하는 응용분야에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 치료순서를 설정하기 위한 대상영역의 3차원 구조체를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 치료순서 설정 방법의 흐름을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 프로세스를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 프로세스를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 방법 및 거리 및 온도를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 방법을 설명하기 위해, 대상영역의 3차원 구조체를 2차원적으로 해석한 구조체를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차 이전 집속점 및 2차 이전 집속점 위치를 고려하여 다음 집속점 위치를 설정하는 방법을 설명하기 위해, 대상영역의 3차원 구조체를 2차원적으로 해석한 구조체를 도시한 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이전의 집속점 위치를 고려하여 집속 초음파를 조사하는 경우의 효과를 보여주기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치의 구성을 도시한 도면이다.
집속 초음파(Focused Ultrasound: FUS)를 이용한 치료는 환부의 온도상승을 통한 열적 치료, 기계적인 에너지를 이용한 치료 등을 주로 사용되고 있다. 대표적인 치료법 중 하나인 열적 치료는 병변을 열적으로 ablation 시켜 병변을 괴사 시키는 방법이다. 그러나 열적 치료법은 주변 정상조직의 열적 상승을 통한 부작용의 가능성이 높은 치료법이다.
일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치(1)는 열적 치료방법 대신에, 기계적인 에너지를 이용하여 환부를 자극하거나 치료약물의 전달효과 개선을 목적으로 집속 초음파를 이용한다. 본 발명은 기계적 에너지를 이용한 초음파 치료법을 사용할 때, 환부의 열적 상승을 최소화하면서 기계적 에너지를 최대한 활용할 수 있는 집속 초음파 장치 및 그 집속 초음파 치료순서 설정 방법을 제안한다.
도 1을 참조하면, 집속 초음파 장치(1)는 초음파 발생부(10), 송수신부(11), 제어부(12), 신호 처리부(13), 영상 처리부(14), 디스플레이부(15) 및 저장부(16)를 포함한다.
송수신부(11)는 치료를 위한 집속 초음파를 송신하도록 동작하는 집속 초음파 변환기(111)와 진단용 초음파를 송수신하도록 동작하는 영상 초음파 변환기(112)를 포함할 수 있다. 집속 초음파 변환기(111)는 초음파 발생부(10)로부터 수신된 구동신호인 짧은 펄스의 전기신호를 집속 초음파로 변환시켜 이를 조직의 대상영역으로 전송한다.
영상 초음파 변환기(112)는 초음파 발생부(10)에서 수신된 구동신호인 짧은 펄스의 전기신호를 이미지 초음파로 변환시켜 이미지 초음파를 조직의 대상영역으로 전송하고, 대상영역으로부터 반사되는 에코신호를 추출한다.
신호 처리부(13)는 수신된 초음파 에코신호를 처리하여 영상 처리부(14)로 전송한다. 신호 처리부(13)는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)와 A/D 변환기(Analog to Digital Converter: ADC)를 포함할 수 있다. 영상 처리부(14)는 신호 처리부(13)를 통해 신호 처리된 수신신호에 기초하여 영상이 형성되도록 하며, 디스플레이부(15)를 통해 초음파 영상을 출력한다. 저장부(16)는 송수신부(11)를 통해 형성된 수신신호를 저장하며, 제어부(12)의 동작을 위해 필요한 정보를 저장한다. 디스플레이부(15)를 통해 출력되는 초음파 영상으로부터 환부를 확인한 후 시술부위를 설정할 수 있다. 초음파 영상은 입체적인 다면영상(Multi-plane)일 수 있다. 시술부위 설정은 자동으로 설정될 수 있고, 사용자가 시술부위를 수동으로 설정할 수도 있다.
제어부(12)는 집속 초음파 장치(1)의 전반적인 동작을 제어한다. 일 실시 예에 따른 제어부(12)는 기계적 에너지를 이용한 초음파 치료법을 사용할 때, 환부의 열적 상승을 최소화하면서 기계적 에너지를 최대한 활용할 수 있도록 집속 초음파의 치료 파라미터를 제어한다.
치료 파라미터는 집속 초음파의 치료순서(treatment sequence), 강도(Intensity), 조사 시간(Expose Time), 듀티 비(Duty rate), 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency:　 PRF) 간격(Interval), (거리, Steering 등에 따른) 가중치(Weighting) 등일 수 있다.
제어부(12)는 집속 초음파를 소정의 집속점에 집중 조사 시에는, 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터, 예를 들어, 강도(Intensity), 조사 시간(Expose Time), 듀티 비(Duty rate) 등을 조절할 수 있다. 다른 예로, 집속점을 이동 때에는, 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터, 예를 들어, 집속 초음파 치료순서(treatment sequence)를 설정한다.
집속 초음파 치료순서 설정 예를 들면, 집속 초음파 장치(1)는 송수신부(11)를 통해 대상체로 진단용 초음파를 송신하고, 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하고 수신신호에 기초하여 생성된 초음파 영상을 통해 환부를 확인한 후 집속 초음파를 조사할 대상영역을 결정한다. 대상영역은 시술부위에 해당한다. 이어서, 제어부(12)의 치료 파라미터 제어부(121)가 치료용 파라미터를 제어하여 집속 초음파 치료순서를 설정하고, 집속 초음파 제어부(122)가 초음파 영상을 통해 설정한 입체적 위치에 집속 초음파를 조사하도록 하기 위한 제어신호를 생성한다. 이어서, 초음파 발생부(10)가 집속 초음파 제어부(122)로부터 수신된 제어신호에 따라 집속 초음파 펄스를 발생하고, 송수신부(11)의 집속 초음파 변환기(111)가 집속 초음파 펄스를 초음파 신호로 변환하여 시술부위에 조사한다.
보다 구체적으로, 치료 파라미터 제어부(121)가 집속 초음파를 조사할 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 집속 초음파를 조사할 치료순서를 설정할 수 있다. 이때, 치료순서는 다음 집속점을 조사할 대상영역의 위치정보를 포함하며, 집속 초음파의 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정할 수 있다. 이어서, 집속 초음파 제어부(122)가 설정된 치료순서에 따라 대상영역의 다음 집속점 위치에 집속 초음파를 조사하도록 제어신호를 생성한다. 송수신부(11)의 집속 초음파 변환기(111)는 집속 초음파 제어부(122)의 제어신호에 의해 치료순서에 따라 대상영역의 다음 집속점 위치에 집속 초음파를 조사한다.
치료 파라미터 제어부(121)는 복수의 집속 후보점으로 구성된 다음 집속 후보군 중에서, 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점을 다음 집속점으로 결정할 수 있다. 이때, 치료 파라미터 제어부(121)는 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 그 중에 장치(예를 들어, 집속 초음파 변환기)의 구동거리가 가장 짧은 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있다. 나아가, 이전 집속점을 기준으로 다음 집속점의 최대거리를 미리 설정한 후 미리 설정된 최대거리 이내에서 다음 집속점 위치를 결정할 수 있다.
치료 파라미터 제어부(121)는 이전 집속점과 다음 집속 후보군 간의 거리정보를 온도정보로 변환하고, 변환된 온도정보를 이용하여 다음 집속 후보군 중에서 온도상승이 최소가 되는 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
치료 파라미터 제어부(121)는 집속 초음파를 소정의 집속점에 집중 집속 시 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터, 예를 들어, 집속 초음파의 강도(Intensity), 듀티 비(Duty rate), 조사 시간(Expose time) 등을 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 치료순서를 설정하기 위한 대상영역의 3차원 구조체를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 집속 초음파 장치(1)는 초음파 집속 위치의 초음파 영상을 3차원 구조체 데이터로 변환하고, 변환된 3차원 구조체를 직교 좌표계 상에 소정의 규칙을 가진 점들의 연결 망으로 연결할 수 있다. 도 2에서는 3개의 연결 망(21, 22, 23)을 예로 도시하고 있다. 각 연결 망(21, 22, 23) 별로 집속 초음파 변환기(111)를 틸팅(Tilting) 이동함(예를 들어, 0도, 5도, 10도)에 따라 다양한 점들을 생성할 수 있고, 집속 초음파 변환기(111)를 회전(Rotation) 이동함에 따라 다양한 점들을 생성할 수 있다. 대상영역은 집속 초음파를 조사할 시술부위에 해당한다. 직교 좌표계는 직각 좌표계, 구 좌표계 등이 있다. 소정의 규칙은 등거리, 등각도 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 실시 예에 따른 집속 초음파 장치(1)는 기계적 에너지를 이용한 초음파 치료 시 열적 손상을 최소화하기 위해 집속 초음파의 열적 손상을 고려하여 집속 초음파 치료순서(Treatment Sequence)를 설정한다.
대상영역의 다른 지점으로 초점을 이동해야 할 때, 집속 초음파 장치(1)는 이전에 집속 초음파를 조사한 위치에서 가능한 멀리 초음파를 조사하여 이전 집속 위치와의 열적인 상승효과가 발생하지 않도록 치료순서를 설정한다. 특히, 직전 집속점(latest treatment point)에서 가능한 가장 멀리 떨어진 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있는데, 이를 As Far Away Enough(AFAE) from the latest treatment point 방법 또는 Far Enough from the Latest treatment Point(FELT) 방법이라 칭할 수 있다. 도 2에서는 ①→②→③→④→⑤ 치료순서대로 집속 초음파를 조사하는 예를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 집속 초음파 치료순서 설정 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 사전작업으로, 집속 초음파 장치(1)는 대상영역의 초음파 영상을 3차원 구조체 데이터로 변환하고, 변환된 3차원 구조체를 직교 좌표계 상에 소정의 규칙을 가진 점들의 연결 망으로 연결한다. 대상영역은 집속 초음파를 조사할 시술부위에 해당한다. 직교 좌표계는 직각 좌표계, 구 좌표계 등이 있다. 소정의 규칙은 등거리, 등각도 또는 이들의 조합일 수 있다.
집속 초음파 장치(1)는 3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 임의의 순서로 나열한다(S310). 이때, 임의의 순서로 나열할 수 있고, 미리 설정된 규칙에 따라 나열할 수 있다. 소정의 규칙은 등거리, 등각도 또는 이들의 조합일 수 있다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 집속점 위치를 결정하는데, 집속 초음파를 조사한 적어도 하나의 이전 집속점이 있으면, 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 집속 후보점들 중에서 다음 집속점 위치를 결정한다(S320). 이전 집속점은 직전 집속점 PT(0)n일 수 있다. 다른 예로, 이전 집속점은 직전 집속점 PT(0)n과, 직전 집속점 PT(0)n 이전의 1차부터 L차까지의 집속점(L=정수) 일 수 있다. L은 미리 설정되고 사용자에 의해 변경 가능하다. 이때, 각 이전 집속점 별로 서로 상이한 가중치를 할당할 수 있다. 시간순서대로 가장 최근의 집속점이 그 이전의 집속점보다 가중치를 더 높게 할당할 수 있다.
다음 집속점 위치 결정 단계(320)에서, 집속 초음파 장치(1)는 집속점 이동 시 집속 초음파의 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 집속 후보점에서, 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점을 다음 집속점으로 결정한다. 이때, 이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 그 중에 장치의 구동거리가 가장 짧은 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
다음 집속점 위치 결정 단계(320)에서, 집속 초음파 장치(1)는 이전 집속점을 기준으로 다음 집속점의 최대거리를 미리 설정한 후 미리 설정된 최대거리 이내에서 다음 집속점 위치를 결정할 수 있다.
다음 집속점 위치 결정 단계(320)에서, 집속 초음파 장치(1)는 이전 집속점과 복수의 집속 후보점 간의 거리정보를 온도정보로 변환한 후, 변환된 온도정보를 이용하여 복수의 집속 후보점 중에서 온도상승이 최소가 되는 위치를 다음 집속점으로 결정할 수 있다.
치료순서 설정 단계(320)에서, 집속 초음파 장치(1)는 집속 초음파를 소정의 집속점에 집중 집속 시에는, 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터를 조절할 수 있다. 치료 파라미터는 집속 초음파의 강도(Intensity), 조사 시간(Expose Time), 듀티 비(Duty rate), 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency:　 PRF) 간격(Interval), (거리, Steering 등에 따른) 가중치(Weighting) 등일 수 있다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 결정된 다음 집속점 위치에 집속 초음파를 조사한다(S330).
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 프로세스를 도시한 도면이다.
거리를 고려한 다음 집속점 위치 결정 프로세스를 설명하기 위해, 용어를 먼저 정의하면,
Figure 112021000884557-pat00050
은 직전 집속점이고,
Figure 112021000884557-pat00051
과 동일한 점이다(
Figure 112021000884557-pat00052
=
Figure 112021000884557-pat00053
).
Figure 112021000884557-pat00054
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00055
의 L번째 이전 집속점이다. L은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00056
이전의 L번째 조사 차수이다. 예를 들어, 집속점
Figure 112021000884557-pat00057
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00058
의 1번째 이전 집속점이고, 집속점
Figure 112021000884557-pat00059
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00060
의 2번째 이전 집속점이고, 집속점
Figure 112021000884557-pat00061
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00062
의 L번째 이전 집속점이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 집속 초음파 장치(1)는 3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 나열한다(410). 구조체는 미리 설정된 궤도(Trajectory)를 따라 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00063
부터
Figure 112021000884557-pat00064
까지 연결된 연결망으로 구성된다. 궤도는 임의로 설정될 수 있고, 치료순서를 결정하는 알고리즘에 따라 사전에 설정될 수 있다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 소정의
Figure 112021000884557-pat00065
에 집속 초음파를 조사한다(420).
이어서, 다음 집속점의 위치를 구하기 위해, 집속 초음파 장치(1)는 각 이전 집속점을 기준으로 궤도를 따라 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00066
부터
Figure 112021000884557-pat00067
까지 거리 값을 각각 계산한다(430). 예를 들어, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00068
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00069
…
Figure 112021000884557-pat00070
Figure 112021000884557-pat00071
] 간의 거리 값 [
Figure 112021000884557-pat00072
…
Figure 112021000884557-pat00073
]을 계산한다. 그리고 직전 집속점 이전의 1차 집속점
Figure 112021000884557-pat00074
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00075
…
Figure 112021000884557-pat00076
Figure 112021000884557-pat00077
] 간의 거리 값 [
Figure 112021000884557-pat00078
…
Figure 112021000884557-pat00079
]을 계산한다. 이런 식으로, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00080
이전의 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00081
과 다음 집속 후보점들 [
Figure 112021000884557-pat00082
,…,
Figure 112021000884557-pat00083
] 간 거리 값
Figure 112021000884557-pat00084
…
Figure 112021000884557-pat00085
까지를 계산한다. 이를 정리하면,
Figure 112021000884557-pat00086
을 계산하는 것이다.
이어서, 최대거리
Figure 112021000884557-pat00087
…
Figure 112021000884557-pat00088
]를 계산한다(440).
Figure 112021000884557-pat00089
는 [
Figure 112021000884557-pat00090
…
Figure 112021000884557-pat00091
] 중에서 최대값, 즉
Figure 112021000884557-pat00092
…
Figure 112021000884557-pat00093
] 이고, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00094
에서 거리가 가장 먼 거리 값이다.
Figure 112021000884557-pat00095
는 [
Figure 112021000884557-pat00096
…
Figure 112021000884557-pat00097
] 중에서 최대값, 즉
Figure 112021000884557-pat00098
…
Figure 112021000884557-pat00099
]고, 이전 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00100
에서 거리가 가장 먼 거리 값이다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는
Figure 112021000884557-pat00101
…
Figure 112021000884557-pat00102
]에 가중치(weighting)를 할당한 후 합산하여 합산거리 [
Figure 112021000884557-pat00103
+…
Figure 112021000884557-pat00104
]를 계산하고, 합산거리가 최대값
Figure 112021000884557-pat00105
[
Figure 112021000884557-pat00106
+…
Figure 112021000884557-pat00107
]을 가지는 위치(거리가 가장 먼 곳의 좌표 값)를 다음 집속점 위치로 결정한다(450). 여기서, W(0)
Figure 112021000884557-pat00108
…
Figure 112021000884557-pat00109
W(L)은 가중치이며, 1보다 작고 0보다 크거나 작은 실수이다. 가중치는 이전 집속점들 중에 최근의 집속점이 예전의 집속점보다 가중치가 더 높게 할당할 수 있으며, 사용자에 의해 변경 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 프로세스를 도시한 도면이다.
온도를 고려한 다음 집속점 위치 결정 프로세스를 설명하기 위해, 용어를 먼저 정의하면,
Figure 112021000884557-pat00110
은 직전 집속점이고,
Figure 112021000884557-pat00111
과 동일한 점이다(
Figure 112021000884557-pat00112
=
Figure 112021000884557-pat00113
).
Figure 112021000884557-pat00114
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00115
의 L번째 이전 집속점이다. L은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00116
이전의 L번째 조사 차수이다. 예를 들어, 집속점
Figure 112021000884557-pat00117
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00118
의 1번째 이전 집속점인 1차 이전 집속점이고, 집속점
Figure 112021000884557-pat00119
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00120
의 2번째 이전 집속점인 2차 이전 집속점이고, 집속점
Figure 112021000884557-pat00121
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00122
의 L번째 이전 집속점인 L차 이전 집속점이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 집속 초음파 장치(1)는 3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 나열한다(510). 구조체는 미리 설정된 궤도(Trajectory)를 따라 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00123
부터
Figure 112021000884557-pat00124
까지 연결된 연결망으로 구성된다. 궤도는 임의로 설정될 수 있고, 치료순서를 결정하는 알고리즘에 따라 사전에 설정될 수 있다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 소정의
Figure 112021000884557-pat00125
에 집속 초음파를 조사한다(520).
이어서, 다음 집속점의 위치를 구하기 위해, 집속 초음파 장치(1)는 각 이전 집속점을 기준으로 궤도를 따라 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00126
부터
Figure 112021000884557-pat00127
까지 거리 값을 각각 계산한다(530). 예를 들어, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00128
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00129
…
Figure 112021000884557-pat00130
Figure 112021000884557-pat00131
] 간의 거리 값 [
Figure 112021000884557-pat00132
…
Figure 112021000884557-pat00133
]을 계산한다. 그리고 직전 집속점 이전의 1차 집속점
Figure 112021000884557-pat00134
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00135
…
Figure 112021000884557-pat00136
Figure 112021000884557-pat00137
] 간의 거리 값 [
Figure 112021000884557-pat00138
…
Figure 112021000884557-pat00139
]을 계산한다. 이런 식으로, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00140
이전의 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00141
과 다음 집속 후보점들 [
Figure 112021000884557-pat00142
,…,
Figure 112021000884557-pat00143
] 간 거리 값
Figure 112021000884557-pat00144
…
Figure 112021000884557-pat00145
까지를 계산한다. 이를 정리하면,
Figure 112021000884557-pat00146
을 계산하는 것이다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 거리 값을 온도 값으로 변환하여 온도 값
Figure 112021000884557-pat00147
을 계산한다.
Figure 112021000884557-pat00148
는 미리 설정된 조사조건에 따른 조사시간
Figure 112021000884557-pat00149
동안의 온도 변화 값이다. 이때, 집속 초음파 조사를 통해 온도 변화 값을 구할 수 있고, 온도가 거리에 반비례하는 점을 이용하여 시뮬레이션을 통해 온도 변화 값을 구할 수 있다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 최대온도 [
Figure 112021000884557-pat00150
]를 계산한다(540). 여기서,
Figure 112021000884557-pat00151
은 최대값
Figure 112021000884557-pat00152
)
Figure 112021000884557-pat00153
…
Figure 112021000884557-pat00154
]이고,
Figure 112021000884557-pat00155
은 최대값
Figure 112021000884557-pat00156
)
Figure 112021000884557-pat00157
…
Figure 112021000884557-pat00158
]이며,
Figure 112021000884557-pat00159
는 조사시간
Figure 112021000884557-pat00160
동안의 온도 변화 값이다.
이어서, 최소값
Figure 112021000884557-pat00161
을 가지는 위치(온도변화가 가장 작은 곳의 좌표 값)를 다음 집속점 위치로 결정한다(550). 550 단계를 m번 반복하여, 온도 변화 값이 미리 설정된 값보다 작으면 다음 집속점으로 확정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 방법 및 거리 및 온도를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정하는 방법을 설명하기 위해, 대상영역의 3차원 구조체를 2차원적으로 해석한 구조체를 도시한 도면이다.
용어를 정의하면, 구조체는 미리 설정된 궤도(Trajectory)를 따라 집속 후보군
Figure 112021000884557-pat00162
부터
Figure 112021000884557-pat00163
까지 연결된 연결망으로 구성된다. 궤도는 임의로 설정될 수 있고, 치료순서를 결정하는 알고리즘에 따라 사전에 설정될 수 있다.
Figure 112021000884557-pat00164
은 직전 집속점이고,
Figure 112021000884557-pat00165
과 동일한 점이다(
Figure 112021000884557-pat00166
=
Figure 112021000884557-pat00167
).
Figure 112021000884557-pat00168
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00169
의 L번째 이전 집속점이다. L은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00170
이전의 L번째 조사 차수이다. 예를 들어, 집속점
Figure 112021000884557-pat00171
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00172
의 1번째 이전 집속점인 1차 이전 집속점이고, 집속점
Figure 112021000884557-pat00173
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00174
의 2번째 이전 집속점인 2차 이전 집속점이고, 집속점
Figure 112021000884557-pat00175
은 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00176
의 L번째 이전 집속점인 L차 이전 집속점이다.
우선, 거리를 이용하여 다음 집속점 위치를 결정하는 프로세스를 도 6의 구조체를 이용하여 설명한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 다음 집속점의 위치를 구하기 위해, 집속 초음파 장치(1)는 각 이전 집속점을 기준으로 궤도를 따라 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00177
부터
Figure 112021000884557-pat00178
까지 거리 값을 각각 계산한다. 예를 들어, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00179
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00180
…
Figure 112021000884557-pat00181
Figure 112021000884557-pat00182
] 간의 거리 값 [
Figure 112021000884557-pat00183
…
Figure 112021000884557-pat00184
]을 계산한다. 그리고, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00185
이전의 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00186
과 다음 집속 후보점들 [
Figure 112021000884557-pat00187
…
Figure 112021000884557-pat00188
] 간 거리 값
Figure 112021000884557-pat00189
…
Figure 112021000884557-pat00190
을 계산한다.
Figure 112021000884557-pat00191
,
Figure 112021000884557-pat00192
Figure 112021000884557-pat00193
Figure 112021000884557-pat00194
Figure 112021000884557-pat00195
,
Figure 112021000884557-pat00196
Figure 112021000884557-pat00197
Figure 112021000884557-pat00198
Figure 112021000884557-pat00199
,
Figure 112021000884557-pat00200
Figure 112021000884557-pat00201
Figure 112021000884557-pat00202
이어서, 최대거리
Figure 112021000884557-pat00203
…
Figure 112021000884557-pat00204
]를 계산한다.
Figure 112021000884557-pat00205
는 [
Figure 112021000884557-pat00206
…
Figure 112021000884557-pat00207
] 중에서 최대값, 즉
Figure 112021000884557-pat00208
…
Figure 112021000884557-pat00209
] 이고, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00210
에서 거리가 가장 먼 거리 값이다.
Figure 112021000884557-pat00211
는 [
Figure 112021000884557-pat00212
…
Figure 112021000884557-pat00213
] 중에서 최대값, 즉
Figure 112021000884557-pat00214
…
Figure 112021000884557-pat00215
]고, 이전 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00216
에서 거리가 가장 먼 거리 값이다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는
Figure 112021000884557-pat00217
…
Figure 112021000884557-pat00218
]에 가중치(weighting)를 할당한 후 합산하여 합산거리 [
Figure 112021000884557-pat00219
+…
Figure 112021000884557-pat00220
]를 계산하고, 합산거리가 최대값
Figure 112021000884557-pat00221
[
Figure 112021000884557-pat00222
+…
Figure 112021000884557-pat00223
]을 가지는 위치(거리가 가장 먼 곳의 좌표 값)를 다음 집속점 위치로 결정한다(450). 여기서, W(0)
Figure 112021000884557-pat00224
…
Figure 112021000884557-pat00225
W(L)은 가중치이며, 1보다 작고 0보다 크거나 작은 실수이다. 가중치는 이전 집속점들 중에 최근의 집속점이 예전의 집속점보다 가중치가 더 높게 할당할 수 있으며, 사용자에 의해 변경 가능하다.
다른 예로, 온도를 이용하여 다음 집속점 위치를 결정하는 프로세스를 도 6의 구조체를 이용하여 설명한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 다음 집속점의 위치를 구하기 위해, 집속 초음파 장치(1)는 각 이전 집속점을 기준으로 궤도를 따라 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00226
부터
Figure 112021000884557-pat00227
까지 거리 값을 각각 계산한다. 예를 들어, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00228
과 다음 집속 후보점들
Figure 112021000884557-pat00229
…
Figure 112021000884557-pat00230
Figure 112021000884557-pat00231
] 간의 거리 값 [
Figure 112021000884557-pat00232
…
Figure 112021000884557-pat00233
]을 계산한다. 그리고, 직전 집속점
Figure 112021000884557-pat00234
이전의 L차 집속점
Figure 112021000884557-pat00235
과 다음 집속 후보점들 [
Figure 112021000884557-pat00236
…
Figure 112021000884557-pat00237
] 간 거리 값
Figure 112021000884557-pat00238
…
Figure 112021000884557-pat00239
을 계산한다.
Figure 112021000884557-pat00240
,
Figure 112021000884557-pat00241
Figure 112021000884557-pat00242
Figure 112021000884557-pat00243
Figure 112021000884557-pat00244
,
Figure 112021000884557-pat00245
Figure 112021000884557-pat00246
Figure 112021000884557-pat00247
Figure 112021000884557-pat00248
,
Figure 112021000884557-pat00249
Figure 112021000884557-pat00250
Figure 112021000884557-pat00251
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 거리 값을 온도 값으로 변환하여 온도 값
Figure 112021000884557-pat00252
을 계산한다.
Figure 112021000884557-pat00253
는 미리 설정된 조사조건에 따른 조사시간
Figure 112021000884557-pat00254
동안의 온도 변화 값이다. 이때, 집속 초음파 조사를 통해 온도 변화 값을 구할 수 있고, 온도가 거리에 반비례하는 점을 이용하여 시뮬레이션을 통해 온도 변화 값을 구할 수 있다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 최대온도 [
Figure 112021000884557-pat00255
]를 계산한다. 여기서,
Figure 112021000884557-pat00256
은 최대값
Figure 112021000884557-pat00257
)
Figure 112021000884557-pat00258
…
Figure 112021000884557-pat00259
]이고,
Figure 112021000884557-pat00260
은 최대값
Figure 112021000884557-pat00261
)
Figure 112021000884557-pat00262
…
Figure 112021000884557-pat00263
]이며,
Figure 112021000884557-pat00264
는 조사시간
Figure 112021000884557-pat00265
동안의 온도 변화 값이다.
이어서, 최소값
Figure 112021000884557-pat00266
을 가지는 위치(온도변화가 가장 작은 곳의 좌표 값)를 다음 집속점 위치로 결정한다. 위의 과정을 m번 반복하여, 온도 변화 값이 미리 설정된 값보다 작으면 다음 집속점으로 확정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차 이전 집속점 및 2차 이전 집속점 위치를 고려하여 다음 집속점 위치를 설정하는 방법을 설명하기 위해, 대상영역의 3차원 구조체를 2차원적으로 해석한 구조체를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 구조체는 미리 설정된 궤도(Trajectory)를 따라 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00267
부터
Figure 112021000884557-pat00268
까지 연결된 연결망으로 구성된다. 궤도는 치료순서를 결정하는 알고리즘에 따라 사전에 설정될 수 있다.
도 7를 참조하면, 집속 초음파 장치(1)는 3차원 구조체로 형성된 대상영역의 첫번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00269
에 집속 초음파를 집속한다(701).
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 첫번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00270
과 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00271
,…,
Figure 112021000884557-pat00272
] 간의 거리 Dn를 계산한다(702). 이때, 소정의 Dn이 미리 설정된 최대거리 Dmax 보다 큰지 여부를 판단(703) 하여, Dn이 최대거리 Dmax 보다 작으면 연결망의 다른 집속 후보점(n=n+1)을 대상으로 709, 702 단계를 반복 수행하며, Dn이 최대거리 Dmax 보다 크면, Dn을 최대거리 Dmax로 저장한다(Dmax = Dn) (704). 이때, 집속 초음파 장치(1)는 n이 N(연결 망의 최대 집속점 수)인지 여부를 판단(705) 하여, n=N이면, 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00273
,…,
Figure 112021000884557-pat00274
] 중에서 첫번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00275
과의 거리 Dn이 가장 먼 집속 후보점을 두번째 집속점으로 결정할 수 있다. 첫번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00276
과 거리 Dn이 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 거리가 동일한 집속 후보점들 중에서 집속 초음파 변환기의 구동거리가 가장 짧은 위치의 집속 후보점을 두번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00277
으로 결정할 수 있다.
나아가, 두번째 집속점 결정을 위해 온도정보를 추가로 이용할 수 있다. 예를 들어, 집속 초음파 장치(1)는 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00278
,…,
Figure 112021000884557-pat00279
]에 집속 초음파를 집속할 때 대상영역의 온도 값 Ti를 계산한다(706). 온도 값은 거리에 반비례하는 값으로, 거리정보를 이용하여 온도 값을 시뮬레이션 할 수 있다. 온도 값은 온도 변화 값일 수 있다. 초음파 집속 이후 온도 값이 가장 낮은 온도 값을 가진 집속 후보점을 2번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00280
으로 결정할 수 있다. 이때, 온도 값이 가장 낮은 온도 값을 가진 집속 후보점의 온도 값이 미리 설정된 값(Tset)보다 낮은지 여부를 판단(707) 하여, 낮은 경우 2번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00281
을 최종 확정할 수 있다(708). 집속 초음파 장치(1)는 최종 확정된 2번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00282
에 집속 초음파를 조사하게 된다.
이어서, 3번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00283
위치 결정부터는 바로 1차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00284
과, 2차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00285
을 이용할 수 있다.
3번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00286
위치 결정 프로세스에 대해 설명하면, 집속 초음파 장치(1)는 2차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00287
과 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00288
,…,
Figure 112021000884557-pat00289
] 사이의 거리 값(D2)을 계산(710) 하고, 1차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00290
과 다음 집속 후보점
Figure 112021000884557-pat00291
,…,
Figure 112021000884557-pat00292
] 사이의 거리 값(D1)을 계산한다(711).
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 D1, D2에 대한 가중치(weighting)를 할당한 후 합산하여, 합산거리 D(W1*D1 +W2*D2 = D)를 계산한다(712). 이때, 가중치는 D2가 D1보다 큰 값을 할당하여, 2차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00293
간의 거리보다 1차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00294
간의 거리에 더 가중치를 할당할 수 있다. 가중치는 사용자에 의해 변경 가능하다.
이어서, 집속 초음파 장치(1)는 소정의 Dn이 최대거리 Dmax 보다 큰지 여부를 판단(713) 하여, Dn이 최대거리 Dmax 보다 작으면 연결망의 다른 집속 후보점(n=n+1)을 대상으로 717, 710, 711, 712 단계를 반복 수행하며, Dn이 최대거리 Dmax 보다 크면, Dn을 최대거리 Dmax로 저장한다(Dmax = Dn)(714). 이때, 집속 초음파 장치(1)는 집속 후보점이 연결망의 마지막 집속 후보점인지를 판단(715) 하여, 마지막 집속 후보점이면, 저장된 최대거리 Dmax의 좌표에 해당하는 집속 후보점을 3번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00295
으로 결정한다(716). 3번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00296
은 합산거리 D가 최대가 되는 지점이다.
도 7의 예는 1차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00297
과 2차 이전 집속점
Figure 112021000884557-pat00298
, 총 2개의 이전 집속점을 고려하여 3번째 집속점
Figure 112021000884557-pat00299
을 선정하였으나, 이전 집속점은 2개에 한정되는 것이 아니라, 이전 집속점들이 늘어남에 따라 2개 이상으로 확장 가능하다.
나아가, 도 7의 예에서는 거리 값을 온도 값으로 변환하여 온도 값을 고려하여 다음 집속점의 위치를 결정하였으나, 온도 값으로의 변환 없이 거리 값만을 이용하여 다음 집속점의 위치를 결정할 수도 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이전의 집속점 위치를 고려하여 집속 초음파를 조사하는 경우의 효과를 보여주기 위한 도면이다.
보다 구체적으로, 도 8은 이전의 집속점 위치를 고려하지 않고 집속 초음파를 조사하는 경우 환부의 열적 상승이 발생함을 보여주는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 이전의 집속점 위치를 고려하여 집속 초음파를 조사하는 경우 환부의 열적 상승이 차단됨을 함을 보여주는 도면이다.
일 실시 예에 따르면, 열적 치료법이 아닌 기계적인 에너지를 이용하여 환부를 자극하거나 치료약물의 전달효과를 개선을 목적으로 하는 초음파 치료법을 사용할 때, 환부의 열적 상승을 최소화하면서 기계적 에너지를 최대한 활용할 수 있다. 예를 들어, 집속 초음파의 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 다음 집속점 위치를 결정함에 따라 환부의 열적 상승을 최소화할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
치료를 목적으로 하는 에너지나 물질(예를 들어, 집속 초음파)의 열적 손상이나 피폭량 등의 손상을 최소하기 위한 시술위치를 선정하기 위해, 시술순서에 따른 위치선정 시 이전 치료한 위치정보를 반영하여 가장 안전한 위치를 확정하는 기술에 이용 가능하다.

Claims (17)

  1. 집속 초음파 장치를 이용한 집속 초음파 치료순서 설정 방법에 있어서, 집속 초음파 장치가
    3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 나열하는 단계; 및
    집속 초음파를 조사할 집속점 위치를 결정하되, 집속 초음파를 조사한 적어도 하나의 이전 집속점이 있으면 상기 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 집속 후보점들 중에서 다음 집속점 위치를 결정하는 단계; 를 포함하며,
    다음 집속점 위치를 결정하는 단계는
    거리 값
    Figure 112022104245846-pat00358
    을 계산하는 단계;
    최대거리 [
    Figure 112022104245846-pat00359
    …
    Figure 112022104245846-pat00360
    ]를 계산하는 단계; 및
    최대값
    Figure 112022104245846-pat00361
    [
    Figure 112022104245846-pat00362
    +…
    Figure 112022104245846-pat00363
    ]을 가지는 위치를 다음 집속점 위치로 결정하는 단계; 를 포함하며,
    [
    Figure 112022104245846-pat00364
    …
    Figure 112022104245846-pat00365
    는 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00366
    과 다음 집속 후보점들
    Figure 112022104245846-pat00367
    …
    Figure 112022104245846-pat00368
    ] 간 거리이고,
    [
    Figure 112022104245846-pat00369
    …
    Figure 112022104245846-pat00370
    ]는 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00371
    이전의 L차 집속점
    Figure 112022104245846-pat00372
    과 다음 집속 후보점들
    Figure 112022104245846-pat00373
    …
    Figure 112022104245846-pat00374
    ] 간 거리이고,
    Figure 112022104245846-pat00375
    는
    Figure 112022104245846-pat00376
    …
    Figure 112022104245846-pat00377
    ] 이고,
    Figure 112022104245846-pat00378
    는
    Figure 112022104245846-pat00379
    …
    Figure 112022104245846-pat00380
    ] 이고,
    W(0)
    Figure 112022104245846-pat00381
    W(L)은 가중치이며,
    L은 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00382
    이전의 L번째 조사 차수인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 치료순서 설정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 다음 집속점 위치를 결정하는 단계는
    이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 그 중에 장치의 구동거리가 가장 짧은 위치를 다음 집속점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 치료순서 설정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 다음 집속점 위치를 결정하는 단계는
    이전 집속점을 기준으로 다음 집속점의 최대거리를 미리 설정한 후 미리 설정된 최대거리 이내에서 다음 집속점 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 치료순서 설정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 다음 집속점 위치를 결정하는 단계는
    이전 집속점과 다음 집속점들 간의 거리정보를 온도정보로 변환하는 단계; 및
    변환된 온도정보를 이용하여 다음 집속 후보점들 중에서 온도상승이 최소가 되는 위치를 다음 집속점으로 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 치료순서 설정 방법.
  8. 삭제
  9. 집속 초음파 장치를 이용한 집속 초음파 치료순서 설정 방법에 있어서, 집속 초음파 장치가
    3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 나열하는 단계; 및
    집속 초음파를 조사할 집속점 위치를 결정하되, 집속 초음파를 조사한 적어도 하나의 이전 집속점이 있으면 상기 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 집속 후보점들 중에서 다음 집속점 위치를 결정하는 단계; 를 포함하며,
    다음 집속점 위치를 결정하는 단계는
    거리 값
    Figure 112022104245846-pat00325
    을 계산하는 단계;
    거리 값으로부터 변환된 온도 값
    Figure 112022104245846-pat00326
    을 계산하는 단계;
    최대온도 [
    Figure 112022104245846-pat00327
    ]를 계산하는 단계; 및
    최소값
    Figure 112022104245846-pat00328
    을 가지는 위치를 다음 집속점 위치로 결정하는 단계; 를 포함하며,
    [
    Figure 112022104245846-pat00329
    ]는 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00330
    과 다음 집속 후보점들
    Figure 112022104245846-pat00331
    …
    Figure 112022104245846-pat00332
    ] 간 거리이고,
    [
    Figure 112022104245846-pat00333
    ]는 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00334
    이전의 L차 집속점
    Figure 112022104245846-pat00335
    과 다음 집속 후보점들 [
    Figure 112022104245846-pat00336
    …
    Figure 112022104245846-pat00337
    ] 간 거리이고,
    Figure 112022104245846-pat00338
    은
    Figure 112022104245846-pat00339
    )
    Figure 112022104245846-pat00340
    …
    Figure 112022104245846-pat00341
    ]이고,
    Figure 112022104245846-pat00342
    은
    Figure 112022104245846-pat00343
    )
    Figure 112022104245846-pat00344
    …
    Figure 112022104245846-pat00345
    ]이고,
    Figure 112022104245846-pat00346
    는 조사시간
    Figure 112022104245846-pat00347
    동안의 온도 변화 값이고,
    L은 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00348
    이전의 L번째 조사 차수인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 치료순서 설정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 다음 집속점 위치를 결정하는 단계는
    결정된 다음 집속점에 집속 초음파 조사 시 온도변화 값이 미리 설정된 온도 값보다 낮으면 다음 집속점으로 최종 확정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 치료순서 설정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 집속 초음파 치료순서 설정 방법은
    집속 초음파를 동일한 집속점에 집중 집속 시 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터를 조절하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 치료순서 설정 방법.
  12. 3차원 구조체 내의 집속 후보점들을 좌표계에 나열하고, 집속 초음파를 조사한 적어도 하나의 이전 집속점이 있으면 상기 적어도 하나의 이전 집속점 위치를 고려하여 집속 후보점들 중에서 다음 집속점 위치를 결정하는 제어부; 및
    결정된 집속점 위치에 집속 초음파를 조사하는 송수신부; 를 포함하며,
    제어부는
    거리 값
    Figure 112022104245846-pat00383
    을 계산하고,
    최대거리 [
    Figure 112022104245846-pat00384
    …
    Figure 112022104245846-pat00385
    ]를 계산하고,
    최대값
    Figure 112022104245846-pat00386
    [
    Figure 112022104245846-pat00387
    +…
    Figure 112022104245846-pat00388
    ]을 가지는 위치를 다음 집속점 위치로 결정하며,
    [
    Figure 112022104245846-pat00389
    …
    Figure 112022104245846-pat00390
    는 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00391
    과 다음 집속 후보점들
    Figure 112022104245846-pat00392
    …
    Figure 112022104245846-pat00393
    ] 간 거리이고,
    [
    Figure 112022104245846-pat00394
    …
    Figure 112022104245846-pat00395
    ]는 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00396
    이전의 L차 집속점
    Figure 112022104245846-pat00397
    과 다음 집속 후보점들
    Figure 112022104245846-pat00398
    …
    Figure 112022104245846-pat00399
    ] 간 거리이고,
    Figure 112022104245846-pat00400
    는
    Figure 112022104245846-pat00401
    …
    Figure 112022104245846-pat00402
    ] 이고,
    Figure 112022104245846-pat00403
    는
    Figure 112022104245846-pat00404
    …
    Figure 112022104245846-pat00405
    ] 이고,
    W(0)
    Figure 112022104245846-pat00406
    W(L)은 가중치이며,
    L은 직전 집속점
    Figure 112022104245846-pat00407
    이전의 L번째 조사 차수인 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서, 제어부는
    이전 집속점과 거리가 가장 먼 위치의 집속 후보점이 복수 개인 경우, 그 중에 장치의 구동거리가 가장 짧은 위치를 다음 집속점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 제어부는
    이전 집속점을 기준으로 다음 집속점의 최대거리를 미리 설정한 후 미리 설정된 최대거리 이내에서 다음 집속점 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 제어부는
    이전 집속점과 다음 집속 후보군 간의 거리정보를 온도정보로 변환하고, 변환된 온도정보를 이용하여 다음 집속 후보들 중에서 온도상승이 최소가 되는 위치를 다음 집속점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 제어부는
    집속 초음파를 소정의 집속점에 집중 집속 시 대상영역의 열적 손상이 최소화되도록 치료 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파 장치.
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