WO2012141517A2 - 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법 - Google Patents

움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법 Download PDF

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WO2012141517A2
WO2012141517A2 PCT/KR2012/002798 KR2012002798W WO2012141517A2 WO 2012141517 A2 WO2012141517 A2 WO 2012141517A2 KR 2012002798 W KR2012002798 W KR 2012002798W WO 2012141517 A2 WO2012141517 A2 WO 2012141517A2
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ultrasound
image
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신종민
김태호
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알피니언메디칼시스템 주식회사
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    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N7/02—Localised ultrasound hyperthermia
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00681—Aspects not otherwise provided for
    • A61B2017/00694—Aspects not otherwise provided for with means correcting for movement of or for synchronisation with the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/378—Surgical systems with images on a monitor during operation using ultrasound

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to an ultrasound therapy apparatus using motion tracking and a method therefor. More specifically, in the case of ultrasound treatment, the movement range of the corresponding biological tissue is measured and the measured movement range is converted into 3D data in case the treatment region is changed due to the movement of the biological tissue corresponding to the treatment region of the object. After that, the present invention relates to an ultrasound therapy apparatus using motion tracking and a method therefor for adjusting a treatment area of an object according to movement of a living tissue.
  • High-intensity focused ultrasound is commonly used to treat (process) biological tissues such as cancer, tumors and lesions. That is, the treatment method using high-intensity ultrasound is a method in which the living tissue is necrotic using heat generated by concentrating and transmitting high-intensity ultrasound in one place. At this time, the high-intensity ultrasound should be adjusted to avoid harming healthy biological tissues, the treatment (treatment) by the high-intensity ultrasound can avoid the incision process due to surgery.
  • HIFU High-intensity focused ultrasound
  • the treatment method using high-intensity ultrasound transmits ultrasound for image acquisition to biological tissue to be treated, acquires an image using echo signals reflected therefrom, and transmits high-intensity ultrasound to biological tissue to be treated.
  • the conventional treatment method when the treatment area is changed due to the movement of the corresponding tissue during treatment, there is a problem that damages the normal tissue.
  • an embodiment of the present invention measures the movement range of a corresponding biological tissue in preparation for a case where the biological tissue corresponding to the treatment region of the subject is changed during ultrasound treatment, and uses the treatment region.
  • the main object of the present invention is to provide an ultrasound therapy apparatus using motion tracking and a method therefor.
  • a transmitting and receiving unit for transmitting a diagnostic ultrasound to the object and receiving the ultrasonic echo signal reflected from the object to form a received signal;
  • An image processor for forming an image based on the received signal and outputting the image through a display unit provided with the image;
  • a reference coordinate setting unit that sets reference coordinates based on the first image formed among the images;
  • a treatment region selector which selects a specific region of the first formed image as a treatment region;
  • a displacement information receiver configured to receive maximum displacement information about an X axis, a Y axis, and a Z axis from a sensor attached to the object;
  • a 3D coordinate converter configured to generate motion range information based on the reference coordinate and the maximum displacement information, and convert the motion range information into 3D coordinate indexing displacement information mapped to a 3D rendering model;
  • a storage unit for storing the converted 3D coordinate indexing displacement information;
  • a current coordinate receiver configured to receive current coordinate information from the sensor;
  • a current coordinate checking unit for converting current
  • the step of transmitting a diagnostic ultrasound to the object and receiving the ultrasound echo signal reflected from the object to form a received signal Allowing an image to be formed based on the received signal and outputting the image through a display unit provided with the image; Setting reference coordinates based on a first image formed among the images; Selecting a specific region of the first formed image as a treatment region; Receiving maximum displacement information about an X axis, a Y axis, and a Z axis from a sensor attached to the object; Generating motion range information based on the reference coordinates and the maximum displacement information, and converting the motion range information into 3D coordinate indexing displacement information mapped to a 3D rendering model; Storing the converted 3D coordinate indexing displacement information; Receiving current coordinate information from the sensor; Converting current 3D coordinate indexing information in which the current coordinate is mapped to a 3D rendering model when the current coordinate information is included in the motion range information or 3D coordinate indexing displacement information; Transmitting high
  • the movement range of the corresponding biological tissue is measured, After converting the measured movement range into 3D data, the treatment area of the subject can be adjusted according to the movement of the corresponding biological tissue.
  • the maximum displacement calculation and indexing of the corresponding area to be treated may be performed. There is an effect of improving the speed of treatment through.
  • the effect of improving the accuracy of the ultrasound treatment is have.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing an ultrasound therapy apparatus using motion tracking according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing a control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for measuring a movement range according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an ultrasound therapy method using motion tracking according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary view showing a maximum displacement with respect to the X-axis, Y-axis, Z-axis according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an exemplary diagram illustrating 3D coordinate indexing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exemplary view showing a real-time treatment according to an embodiment of the present invention.
  • the high intensity (therapeutic) ultrasound described in the embodiment according to the present invention refers to an ultrasound about 100,000 times stronger than the intensity of the diagnostic ultrasound, and the high intensity ultrasound may be a short period signal or a long period signal depending on the treatment environment.
  • the image may be a B-mode image or a C-mode image.
  • the B-mode image is a gray scale image, and refers to an image mode representing movement of a target object
  • the C-mode image refers to a color flow image mode.
  • BC-Mode Image is a mode that displays the flow of blood flow or the movement of the object using the Doppler Effect (Mode, which provides a B-mode image and a C-mode image at the same time)
  • the image mode provides anatomical information together with blood flow and motion information of the subject. That is, the B-mode is a gray scale image and refers to an image mode representing the movement of the object, and the C-mode is a color flow image and refers to an image mode representing the flow of blood flow or the movement of the object.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing an ultrasound therapy apparatus using motion tracking according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound treatment apparatus 100 may include a user input unit 110, a sensor 112, a transceiver 120, an ultrasound generator 122, a storage 130, and a controller 140.
  • the user input unit 110 receives an instruction by a user's manipulation or input.
  • the user command may be a setting command for controlling the ultrasound therapy apparatus 100.
  • the sensor 112 is attached to the object and performs a function of transmitting the movement displacement information of the object to the controller 140.
  • the subject refers to an organ (biotissue) in the human body to be treated.
  • the sensor 112 is preferably a motion sensor, but is not necessarily limited thereto.
  • the sensor 112 may be modified in various ways without departing from the essential characteristics of the present invention. The sensor will be applicable.
  • the sensor 112 may be connected to the control unit 140 by wireless or wired, and may transmit and receive data.
  • the transceiver 120 is configured to transmit a diagnostic ultrasound to the object and receive an ultrasound echo signal reflected from the object to form a received signal. That is, the transceiver 120 operates to transmit a diagnostic ultrasound for obtaining a B-mode image (or a C-mode image) to the object, and receive an ultrasound echo signal reflected from the object to form a received signal. In addition, the transceiver 120 may transmit ultrasound waves to the object based on the control signal received from the controller 140 and receive an ultrasound echo signal reflected from the object to form a received signal. In addition, the transceiver 120 may transmit / receive an ultrasonic wave in a region of interest at a pulse repetition frequency (PRF) based on a control signal received from the controller 140 to form a received signal.
  • PRF pulse repetition frequency
  • the received signal includes a Doppler signal and a clutter signal.
  • the Doppler signal is a signal in which the ultrasonic waves from the transceiver 120 are reflected by the blood flow and have a relatively high frequency but relatively weak intensity.
  • the clutter signal is a signal in which the ultrasonic waves from the transceiver 120 are reflected by the heart wall, the heart plate, and the like, and have a relatively low frequency but a relatively large magnitude.
  • the transceiver 120 includes a probe (not shown) that operates to transmit and receive ultrasonic waves, and a beamformer (not shown) that operates to perform transmission focusing and reception focusing of the ultrasonic waves.
  • the probe includes a plurality of 1D (Dimension) or 2D Array Transducer.
  • the probe transmits the focused ultrasound beam along the transmission scanline to the object (not shown) by appropriately delaying the input time of the pulses input to each transducer.
  • the ultrasonic echo signal reflected from the object is input to each transducer having a different reception time, each transducer is output the input ultrasonic echo signal to the beam former.
  • the beam former adjusts the driving timing of each transducer in the probe when the probe transmits ultrasonic waves, focuses the ultrasonic waves to a specific position, and takes into account that the time when the ultrasonic echo signal reflected from the object reaches each transducer of the probe is different. Then, a time delay is applied to each ultrasonic echo signal of the probe to focus the ultrasonic echo signal.
  • the ultrasound generator 122 transmits high intensity ultrasound to a specific area of the object. That is, the ultrasonic generator 122 transmits the high intensity ultrasonic waves to a specific position adjusted through the user input unit 110.
  • the user first transmits the diagnostic ultrasound to the object through the transceiver 120, and determines a specific region of the object through an image generated based on the received signal formed by receiving the ultrasound echo signal reflected from the object.
  • the user may determine a corresponding position by inputting a position value corresponding to the specific region to the user input unit 110 or by adjusting a direction key such as a joystick.
  • the ultrasonic generator 122 may be manufactured in a circular shape, but is preferably implemented in a form in which the transceiver 120 is formed in the center, but is not necessarily limited thereto.
  • the storage unit 130 stores the received signal and 3D coordinate indexing displacement information formed through the transceiver unit 120. That is, the storage unit 130 may store the 3D coordinate indexing displacement information converted by the controller 140, thereby minimizing the load due to the image processing generated in the process of performing the actual ultrasound treatment by the controller 140. . In other words, since the 3D coordinate indexing displacement information stored in the storage 130 may be used in the ultrasound treatment process, the controller 140 uses the information stored in the storage 130 without undergoing a separate image processing process. It is possible to minimize the load caused by the image processing during the treatment process. In addition, the storage unit 130 stores a plurality of cutoff frequency information for removing the clutter signal from the received signal.
  • the control unit 140 refers to control means for controlling the overall operation of the ultrasound therapy apparatus 100. First, the process of measuring the motion range information to detect the change in the biological tissue of the object to be treated by the controller 140 will be described.
  • the controller 140 is the first of the images formed by the image processor 160.
  • the reference coordinate is set based on the formed image, and the specific region of the first formed image is selected as the treatment region.
  • the controller 140 receives the maximum displacement information on the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis from the sensor 112 attached to the object, and generates the movement range information based on the set reference coordinate and the maximum displacement information.
  • the controller 140 converts the motion range information into 3D coordinate indexing displacement information mapped to the 3D rendering model, and stores the converted 3D coordinate indexing displacement information in the storage 130.
  • the reason for storing the converted 3D coordinate indexing displacement information in the storage unit 130 is that the control unit 140 converts the 3D coordinate indexing displacement information in which the motion range information is mapped to the 3D rendering model in advance and stores the converted information in the storage unit 130. This is to minimize the load due to the image processing that occurs during the actual treatment process. That is, since the 3D coordinate indexing displacement information stored in the storage unit 130 may be used in the treatment process, the actual memory access time is reduced.
  • the controller 140 receives current coordinate information from the sensor 112, and the current coordinate information corresponds to the motion range information. Alternatively, when included in the 3D coordinate indexing displacement information, the current 3D coordinate indexing information obtained by mapping the current coordinates to the 3D rendering model is converted. The controller 140 transmits the high intensity ultrasound to the treatment area of the object for the current 3D coordinate indexing information, and adjusts the treatment area based on the 3D coordinate indexing displacement information in the process of transmitting the high intensity ultrasound, thereby adjusting the high intensity to the adjusted treatment area. (Therapeutic) Ultrasound.
  • the controller 140 controls the ultrasonic wave generator 122 to transmit high-intensity ultrasound to the biological tissue, which is the treatment area of the target to be treated, and to process the biological tissue. Even if it is moving, the 3D coordinate indexing displacement information can accurately identify the area and perform the treatment.
  • the controller 140 transmits the high intensity ultrasound to the treatment area of the object for the current 3D coordinate indexing information, adjusts the treatment area based on the 3D coordinate indexing displacement information, and transmits the high intensity ultrasound to the adjusted treatment area. Is based on the automatic operation, but is not necessarily limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be performed manually by using a joystick or the like without departing from the essential characteristics of the present invention. It can be manipulated and variously modified and modified.
  • the controller 140 may control the transmission and reception of the ultrasonic wave by using the same.
  • the controller 140 may control to repeatedly transmit and receive the ultrasound for acquiring the B-mode image and to transmit and receive the ultrasound for acquiring the C-mode image.
  • the signal processor 150 sets a plurality of filters having a cutoff frequency for removing the clutter signal for each pixel in the ROI to perform clutter filtering of the received signal from the transceiver 120.
  • the signal processor 150 may perform signal processing such as gain adjustment for image optimization on the received signal from the transceiver 120. Also, the signal processor 150 performs low pass filtering on the interpolation signal and transmits the interpolated signal to the image processor 160.
  • the image processor 160 allows an image (B-mode or C-mode image) to be formed based on the interpolation signal, and outputs the image through the display unit 170 provided with the formed image (B-mode or C-mode image). To work.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a control unit according to an embodiment of the present invention.
  • the control unit 140 includes a movement range measuring unit 210 and a treatment control unit 220.
  • the movement range measuring unit 210 may include a reference coordinate setting unit 212, a treatment area selection unit 214, a displacement information receiving unit 216, and a 3D coordinate conversion unit 218.
  • the movement range measuring unit 210 includes only the reference coordinate setting unit 212, the treatment area selection unit 214, the displacement information receiving unit 216, and the 3D coordinate conversion unit 218.
  • this is merely illustrative of the technical idea of one embodiment of the present invention, and those skilled in the art to which an embodiment of the present invention belongs will not depart from the essential characteristics of the embodiment of the present invention. In the modification will be variously applied to the components included in the movement range measurement unit 210.
  • the reference coordinate setting unit 212 sets reference coordinates based on the first image formed from the image formed by the image processor 160. That is, since the change of the image formed after the first formed image can be sensed, the reference coordinate is set based on the first formed image among the images formed by the image processor 160.
  • this is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to set the reference coordinates within the scope without departing from the essential characteristics of the present invention first
  • the formed image may be modified and modified in various ways.
  • the treatment region selector 214 selects a specific region of the first image formed through the reference coordinate setter 212 as a treatment region. That is, the treatment region selector 214 selects a region to be treated in the image, which may select a treatment region by receiving a command by a user's manipulation or input through the user input unit 110.
  • the displacement information receiver 216 receives maximum displacement information about the X, Y, and Z axes from the sensor 112 attached to the object.
  • the 3D coordinate converter 218 generates motion range information based on the reference coordinate set by the reference coordinate setter 212 and the maximum displacement information received by the displacement information receiver 216, and 3D renders the motion range information. Convert to 3D coordinate indexing displacement information mapped to the model.
  • the treatment controller 220 may include a current coordinate receiver 222, a current coordinate checker 224, and a treatment area adjuster 226.
  • the treatment controller 220 is described as including only the current coordinate receiver 222, the current coordinate checker 224, the treatment area adjustment unit 226, which is described in the embodiment of the present invention.
  • those skilled in the art to which an embodiment of the present invention belongs will include those included in the treatment control unit 220 without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention. It will be applicable to various modifications and variations with respect to.
  • the current coordinate receiver 222 receives current coordinate information from the sensor 112. If the current coordinate information received through the current coordinate receiver 222 is included in the movement range information or the 3D coordinate indexing displacement information, the current coordinate checking unit 224 maps the current 3D coordinate indexing information to the 3D rendering model. Convert The treatment area adjustment unit 226 controls the ultrasound generation unit 122 to adjust the treatment area based on the 3D coordinate indexing displacement information, and transmits the high intensity (therapeutic) ultrasound to the adjusted treatment area.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of measuring a movement range according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 a process of measuring motion range information in order to detect a change in a biological tissue of an object to be treated by the ultrasound treatment apparatus 100 will be described.
  • the ultrasound therapy apparatus 100 operates to transmit a diagnostic ultrasound to the object and receive an ultrasound echo signal reflected from the object to form a received signal (S310).
  • the ultrasound therapy apparatus 100 allows an image to be formed based on the received signal and outputs the image through a display unit provided with the image (S320).
  • the ultrasound treatment apparatus 100 sets reference coordinates based on the first formed image among the formed images (S330), and selects a specific region of the first formed image as a treatment region (S340).
  • the ultrasound therapy apparatus 100 receives the maximum displacement information about the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis from the sensor 112 attached to the object (S350).
  • the ultrasound therapy apparatus 100 generates motion range information based on the set reference coordinates and the maximum displacement information, and converts the motion range information into 3D coordinate indexing displacement information mapped to the 3D rendering model (S360).
  • the ultrasound therapy apparatus 100 stores the converted 3D coordinate indexing displacement information in the storage 130 (S370).
  • step S370 will be described in detail.
  • the ultrasound treatment apparatus 100 converts the 3D coordinate indexing displacement information, which is mapped to the 3D rendering model, in advance and stores the 3D coordinate indexing displacement information in the storage unit 130 to generate the actual treatment process. The load caused by the image processing can be minimized.
  • steps S310 to S370 are described as being sequentially executed. However, this is merely illustrative of the technical idea of an embodiment of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which an embodiment of the present invention belongs. Those having a variety of modifications and variations may be applicable by changing the order described in FIG. 3 or executing one or more steps of steps S310 to S370 in parallel without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention. 3 is not limited to the time series order.
  • the motion range measuring method according to the exemplary embodiment of the present invention described in FIG. 3 may be implemented in a program and recorded in a computer-readable recording medium.
  • a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for implementing a method of measuring a motion range according to an embodiment of the present invention includes all kinds of recording devices storing data that can be read by a computer system. Examples of such computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and are implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). It includes being.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing an embodiment of the present invention may be easily deduced by programmers in the art to which an embodiment of the present invention belongs.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of ultrasound treatment using motion tracking according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 a process of performing an ultrasound treatment based on the motion range information generated by the ultrasound treatment apparatus 100 will be described.
  • the ultrasound therapy apparatus 100 receives current coordinate information from the sensor 112 (S410).
  • the ultrasound therapy apparatus 100 checks whether the current coordinate information is included in the movement range information or the 3D coordinate indexing displacement information (S420). As a result of checking in step S420, when the current coordinate information is included in the movement range information or the 3D coordinate indexing displacement information, the ultrasound therapy apparatus 100 converts the current 3D coordinate indexing information that maps the current coordinate to the 3D rendering model (S430). ).
  • the ultrasound therapy apparatus 100 transmits high intensity ultrasound to the treatment area of the object corresponding to the current 3D coordinate indexing information (S440).
  • the ultrasound treatment apparatus 100 adjusts the treatment area based on the 3D coordinate indexing displacement information in the process of transmitting the high intensity ultrasound, and transmits the high intensity (therapeutic) ultrasound to the adjusted treatment area (S450).
  • the ultrasound treatment apparatus 100 controls the ultrasound generating unit 122 to transmit high-intensity ultrasound to a living tissue, which is a treatment area of a target to be treated, and to process the living tissue. In this case, even when the biological tissue is moved, the treatment can be performed by accurately identifying the corresponding region through the 3D coordinate indexing displacement information.
  • steps S410 to S450 are described as being sequentially executed.
  • this is merely illustrative of the technical idea of an embodiment of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which an embodiment of the present invention belongs.
  • Those having a variety of modifications and variations may be applicable by changing the order described in FIG. 4 or executing one or more steps of steps S410 to S450 in parallel without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention. 4 is not limited to the time series order.
  • a computer readable recording medium having recorded thereon a program for implementing an ultrasound therapy method using motion tracking according to an embodiment of the present invention includes all kinds of recording devices storing data that can be read by a computer system.
  • Examples of such computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and are implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). It includes being.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing an embodiment of the present invention may be easily deduced by programmers in the art to which an embodiment of the present invention belongs.
  • FIG. 5 is an exemplary view showing the maximum displacement with respect to the X-axis, Y-axis, Z-axis according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound treatment apparatus 100 receives maximum displacement information about the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis from a sensor attached to the biological tissue of the object to be treated in order to detect a change in the biological tissue of the object to be treated.
  • the maximum displacement information for the X-axis, Y-axis, Z-axis is as shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram illustrating 3D coordinate indexing according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound treatment apparatus 100 is the first of the image formed by the image processor 160 Set reference coordinates based on the first formed image, select a specific region of the first formed image as a treatment region, and maximum displacement information on the X, Y, and Z axes from the sensor 112 attached to the object. Receive the information, and generates the movement range information based on the set reference coordinates and the maximum displacement information. After generating the motion range information, the ultrasound treatment apparatus 100 converts the motion range information into 3D coordinate indexing displacement information mapped to the 3D rendering model, and stores the converted 3D coordinate indexing displacement information in the storage 130.
  • the 3D rendering model may be a hexahedron as shown in FIG. 6A, and the 3D coordinate indexing displacement information that maps the motion range information to the 3D rendering model is as shown in FIG. 6B.
  • the 3D rendering model illustrated in FIG. 6A is not necessarily limited to a hexahedron, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs does not depart from the essential characteristics of the present invention. It can be applied by modifying and modifying variously.
  • FIG. 7 is an exemplary view showing a real-time treatment according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasound therapy apparatus 100 receives current coordinate information from the sensor 112, and the current coordinate information is moved.
  • the range information or 3D coordinate indexing displacement information converts the current 3D coordinate indexing information that maps the current coordinates to the 3D rendering model, and sends high intensity ultrasound to the treatment area of the subject for the current 3D coordinate indexing information.
  • the treatment area is adjusted based on the 3D coordinate indexing displacement information, and high intensity (therapeutic) ultrasound is transmitted to the adjusted treatment area.
  • the ultrasound therapy apparatus 100 converts and stores the movement range information into 3D coordinate indexing displacement information, and thus, to treat it using the same.
  • the treatment area may be adjusted according to the movement of the living tissue of the subject, and high intensity (therapeutic) ultrasound may be transmitted to the adjusted treatment area.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 초음파 치료 시 대상체의 치료 영역에 해당하는 생체조직의 움직임으로 인해 치료영역이 변화하는 경우에 대비하여, 해당 생체조직의 움직임 범위를 측정하고, 이를 이용하여 치료 영역을 조정할 수 있도록 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 초음파 치료 시 실시간(Real-Time)으로 생체조직의 움직임으로 인한 치료영역의 변화에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 치료하고자 하는 해당 영역의 최대 변위 계산과 인덱싱을 통한 치료 속도 향상의 효과가 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 초음파 치료 시 생체조직의 움직임으로 인한 치료영역의 변화에 대응하기 위한 움직임 범위를 측정하고 그에 따라 치료 영역을 조정함으로써, 초음파 치료의 정확성이 향상되는 효과가 있다.

Description

움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법
본 발명의 일 실시예는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 초음파 치료 시 대상체의 치료 영역에 해당하는 생체조직의 움직임으로 인해 치료 영역이 변화되는 경우에 대비하여, 해당 생체조직의 움직임 범위를 측정하고, 측정된 움직임 범위를 3D 데이터에 변환한 후 해당 생체조직의 움직임에 따라 대상체의 치료 영역을 조정할 수 있도록 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
고강도 집속 초음파(HIFU: High-Intensity Focused Ultrasound)는 일반적으로 암, 종양, 병변과 같은 생체조직을 치료(처리)하는데 이용된다. 즉, 고강도 초음파를 이용한 치료 방식은 고강도 초음파를 한 곳에 집중하여 송신하여 발생하는 열을 이용하여 해당 생체조직을 괴사시키는 방식이다. 이때, 고강도 초음파가 건강한 생체조직을 해하는 것을 피하도록 조절해야 하며, 고강도 초음파에 의한 치료(처리)는 수술로 인한 절개 과정을 피할 수 있다.
이러한, 고강도 초음파를 이용한 치료 방식은 치료하고자 하는 생체조직에 영상 획득을 위한 초음파를 송신하고, 그에 의해 반사되는 에코 신호를 이용하여 영상을 획득하고, 고강도 초음파를 치료하고자 하는 생체조직으로 전송하는 데, 종래의 치료 방식은 치료 중 해당 생체조직의 움직임으로 인해 치료영역이 변화되는 경우, 정상 조직에 피해를 끼치게 되는 문제가 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 초음파 치료 시 대상체의 치료 영역에 해당하는 생체조직이 변화하는 경우에 대비하여, 해당 생체조직의 움직임 범위를 측정하고, 이를 이용하여 치료 영역을 조정할 수 있도록 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치와 그를 위한 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 대상체로 진단용 초음파를 송신하고 상기 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성하도록 동작하는 송수신부; 상기 수신 신호에 기초하여 영상이 형성되도록 하며, 상기 영상이 구비된 디스플레이부를 통해 출력되도록 하는 영상 처리부; 상기 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하는 기준좌표 설정부; 상기 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별하는 치료 영역 선별부; 상기 대상체에 부착된 센서로부터 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보를 수신하는 변위 정보 수신부; 상기 기준 좌표와 상기 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성하고, 상기 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보로 변환하는 3D 좌표 변환부; 변환된 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장하는 저장부; 상기 센서로부터 현재 좌표 정보를 수신하는 현재 좌표 수신부; 상기 현재 좌표 정보가 상기 움직임 범위 정보 또는 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 상기 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 변환하는 현재 좌표 확인부; 상기 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 해당하는 상기 대상체의 상기 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하는 초음파 발생부; 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 상기 치료 영역을 조정하며, 상기 조정된 치료 영역으로 상기 고강도(치료용) 초음파를 송신되도록 하는 치료 영역 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 대상체로 진단용 초음파를 송신하고 상기 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성하도록 동작하는 단계; 상기 수신 신호에 기초하여 영상이 형성되도록 하며, 상기 영상이 구비된 디스플레이부를 통해 출력되도록 하는 단계; 상기 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하는 단계; 상기 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별하는 단계; 상기 대상체에 부착된 센서로부터 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보를 수신하는 단계; 상기 기준 좌표와 상기 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성하고, 상기 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보로 변환하는 단계; 변환된 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장하는 단계; 상기 센서로부터 현재 좌표 정보를 수신하는 단계; 상기 현재 좌표 정보가 상기 움직임 범위 정보 또는 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 상기 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 변환하는 단계; 상기 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 해당하는 상기 대상체의 상기 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하는 단계; 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 상기 치료 영역을 조정하며, 상기 조정된 치료 영역으로 상기 고강도(치료용) 초음파를 송신되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 초음파 치료 시 대상체의 치료 영역에 해당하는 생체조직의 움직임으로 인해 치료영역이 변화하는 경우에 대비하여, 해당 생체조직의 움직임 범위를 측정하고, 측정된 움직임 범위를 3D 데이터에 변환한 후 해당 생체조직의 움직임에 따라 대상체의 치료 영역을 조정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 초음파 치료 시 실시간(Real-Time)으로 생체조직의 움직임으로 인한 치료영역의 변화에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 치료하고자 하는 해당 영역의 최대 변위 계산과 인덱싱을 통한 치료 속도 향상의 효과가 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 초음파 치료 시 생체조직의 움직임으로 인한 치료영역의 변화에 대응하기 위한 움직임 범위를 측정하고 그에 따라 치료 영역을 조정함으로써, 초음파 치료의 정확성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 범위 측정 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법을 설명하기 위한 순서도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위를 나타낸 예시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 좌표 인덱싱을 나타낸 예시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 치료를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 발명에 따른 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 기재된 고강도(치료용) 초음파는 진단용 초음파의 세기보다 약 십만 배 정도 강한 초음파를 말하며, 고강도 초음파는 치료 환경에 따라 단주기 신호 또는 장주기 신호가 이용될 수 있다.
또한, 고강도 초음파를 이용한 치료에 대해 설명하자면, 고강도 초음파를 한 곳(특정 영역)에 집중하여 송신함으로써, 특정 영역에서 발생하는 65 ℃ 내지 100 ℃의 고열을 이용해 특정 영역의 생체조직을 태워 없애는 시술 방식을 말한다. 일반적으로 진단할 때 이용하는 진단용 초음파의 세기보다 약 십만 배 정도의 고강도 초음파를 한 곳(특정 영역)에 집속시키면 초점 부위에서 열이 발생하는데 이는 볼록렌즈로 태양빛을 모으면 초점 부위에서 열이 발생하는 것과 비슷한 원리로서, 초음파 자체는 인체에 무해하기 때문에 초음파가 집중되는 초점에서만 열이 발생하므로 칼이나 바늘을 사용할 필요가 없으며, 전신 마취 없이 몸 속에 있는 병변을 치료하는 방식이다.
또한, 본 발명에서 형성하는 영상에 대해 설명하자면, 영상은 B-모드 영상 또는 C-모드 영상이 될 수 있다. B-모드 영상은 그레이 스케일 영상으로서, 대상체(Target Object)의 움직임을 나타내는 영상 모드를 말하며, C-모드 영상은 컬러 플로우 영상 모드를 말한다. 한편, BC-모드 영상(BC-Mode Image)은 도플러 효과(Doppler Effect)를 이용하여 혈류의 흐름이나 대상체의 움직임을 표시하는 영상 모드로서, B-모드 영상과 C-모드 영상을 동시에 제공하는 모드로서, 혈류 및 대상체의 움직임 정보와 함께 해부학적인 정보를 제공하는 영상 모드를 말한다. 즉, B-모드는 그레이 스케일의 영상으로서, 대상체의 움직임을 나타내는 영상 모드를 말하며, C-모드는 컬러 플로우 영상으로서, 혈류의 흐름이나 대상체의 움직임을 나타내는 영상 모드를 말한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 치료 장치(100)는 사용자 입력부(110), 센서(112), 송수신부(120), 초음파 발생부(122), 저장부(130), 제어부(140), 신호 처리부(150), 영상 처리부(160) 및 디스플레이부(170)를 포함한다. 한편, 본 발명의 일 실시예에서는 초음파 치료 장치(100)가 사용자 입력부(110), 센서(112), 송수신부(120), 초음파 발생부(122), 저장부(130), 제어부(140), 신호 처리부(150), 영상 처리부(160) 및 디스플레이부(170)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 초음파 치료 장치(100)에 포함되는 구성 요소에 대하여 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
사용자 입력부(110)는 사용자의 조작 또는 입력에 의한 명령(Instruction)을 입력받는다. 여기서, 사용자 명령은 초음파 치료 장치(100)를 제어하기 위한 설정 명령 등이 될 수 있다.
센서(112)는 대상체에 부착되어, 대상체의 움직임 변위 정보를 제어부(140)로 전송하는 기능을 수행한다. 여기서, 대상체는 치료하고자 하는 인체 내의 장기(생체조직)를 말한다. 여기서, 센서(112)는 움직임 감지 센서(Motion Sensor)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 센서가 적용 가능할 것이다. 또한, 센서(112)는 무선 또는 유선으로 제어부(140)와 연결되어, 데이터를 송수신할 수 있다.
송수신부(120)는 대상체로 진단용 초음파를 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성하도록 동작한다. 즉, 송수신부(120)는 B-모드 영상(또는 C-모드 영상)을 획득하기 위한 진단용 초음파를 대상체로 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성하도록 동작한다. 또한, 송수신부(120)는 제어부(140)로부터 수신된 제어 신호에 기초하여, 초음파를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성한다. 또한, 송수신부(120)는 제어부(140)로부터 수신된 제어 신호에 기초하여, 초음파를 PRF(Pulse Repetition Frequency)로 관심영역 내에 송수신하여 수신 신호를 형성한다. 여기서, 수신 신호는 도플러 신호 및 클러터 신호(Clutter Signal)를 포함한다. 도플러 신호는 송수신부(120)로부터의 초음파가 혈류에 의해 반사되는 신호로서, 주파수가 비교적 높으나 크기가 상대적으로 미약한 세기(Intensity)를 갖는다. 클러터 신호는 송수신부(120)로부터의 초음파가 심장벽, 심장판 등에 의해 반사되는 신호로서, 주파수가 비교적 낮으나 크기가 상대적으로 큰 세기를 갖는다.
한편, 송수신부(120)는 초음파를 송수신하도록 동작하는 프로브(미도시) 및 초음파의 송신 집속 및 수신 집속을 수행하도록 동작하는 빔포머(미도시)를 포함한다. 여기서, 프로브는 다수의 1D(Dimension) 또는 2D 어레이 트랜스듀서(Array Transducer)를 포함한다. 프로브는 각 트랜스듀서에 입력되는 펄스들의 입력 시간을 적절하게 지연시킴으로써 집속된 초음파 빔(Beam)을 송신 스캔 라인(Scanline)을 따라 대상체(미도시)로 송신한다. 한편, 대상체로부터 반사된 초음파 에코 신호는 각 트랜스듀서에 서로 다른 수신 시간을 가지면서 입력되며, 각 트랜스듀서는 입력된 초음파 에코 신호를 빔 포머로 출력된다. 빔 포머는 프로브가 초음파를 송신할 때 프로브 내의 각 트랜스듀서의 구동 타이밍을 조절하여 특정위치로 초음파를 집속시키고, 대상체에서 반사된 초음파 에코 신호가 프로브의 각 트랜스듀서에 도달하는 시간이 상이한 것을 감안하여 프로브의 각 초음파 에코 신호에 시간 지연을 가하여 초음파 에코 신호를 집속시킨다.
초음파 발생부(122)는 대상체의 특정 영역으로 고강도 초음파를 송신한다. 즉, 초음파 발생부(122)는 사용자 입력부(110)를 통해 조절된 특정 위치로 고강도 초음파를 송신한다. 여기서, 사용자가 먼저 송수신부(120)를 통해 대상체로 진단용 초음파를 송신하고, 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 형성된 수신 신호에 기초하여 생성된 영상을 통해 대상체의 특정 영역을 결정하게 된다. 여기서, 사용자가 특정 영역을 결정하기 위해서는, 특정 영역에 해당하는 위치값을 사용자 입력부(110)에 입력하거나 조이스틱(Joystick)과 같은 방향키를 조절하여 해당 위치를 결정할 수 있을 것이다. 이를 통해 암 조직, 종양 조직, 병변 조직과 같은 대상체의 특정 영역으로 고강도 초음파를 송신할 수 있는 것이다. 여기서, 초음파 발생부(122)는 원형 모양을 제작될 수 있으며, 중앙에 송수신부(120)가 형성되는 형태로 구현되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
저장부(130)는 송수신부(120)를 통해 형성된 수신 신호, 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장한다. 즉, 저장부(130)는 제어부(140)에 의해 변환된 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장함으로써, 제어부(140)가 실제 초음파 치료를 수행하는 과정에서 발생하는 영상 처리로 인한 부하를 최소화할 수 있다. 다시 말해, 초음파 치료 과정에서 저장부(130)에 저장된 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 이용할 수 있으므로, 제어부(140)는 별도의 영상 처리 과정을 거치지 않고, 저장부(130)에 저장된 정보를 이용함으로써, 치료 과정에서 영상 처리로 인한 부하 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 저장부(130)는 수신 신호에서 클러터 신호를 제거하기 위한 다수의 차단 주파수 정보를 저장한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(140)는 초음파 치료 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하는 제어 수단을 말한다. 먼저, 제어부(140)에서 치료하고자 하는 대상체의 생체조직의 변화를 감지하기 위해 움직임 범위 정보를 측정하는 과정에 대해 설명하자면, 제어부(140)는 영상 처리부(160)를 통해 형성된 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하고, 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별한다. 제어부(140)는 대상체에 부착된 센서(112)로부터 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보를 수신하고, 설정된 기준 좌표와 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성한다. 제어부(140)는 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보로 변환하며, 변환된 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장부(130)에 저장한다. 여기서, 변환된 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장부(130)에 저장하는 이유는 제어부(140)에서 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 미리 변환하여 저장부(130)에 저장함으로써, 실제 치료 과정에서 발생하는 영상 처리로 인한 부하를 최소화하기 위함이다. 즉, 치료 과정에서 저장부(130)에 저장된 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 이용할 수 있으므로, 실질적인 메모리 액세스 시간을 줄이기 위함이다.
이후, 제어부(140)에서 생성된 움직임 범위 정보에 근거하여 초음파 치료를 수행하는 과정에 대해 설명하자면, 제어부(140)는 센서(112)로부터 현재 좌표 정보를 수신하고, 현재 좌표 정보가 움직임 범위 정보 또는 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 변환한다. 제어부(140)는 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 대한 대상체의 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하되, 고강도 초음파를 송신하는 과정에서 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 치료 영역을 조정하여, 조정된 치료 영역으로 고강도(치료용) 초음파를 송신한다. 즉, 제어부(140)는 초음파 발생부(122)를 제어하여 치료하고자 하는 대상의 치료 영역인 생체조직으로 고강도 초음파를 송신하여, 해당 생체조직을 치료하는 과정을 거치는데, 이때, 해당 생체조직이 움직이는 경우에도 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 통해 해당 영역을 정확히 식별하여 치료를 수행할 수 있는 것이다.
또한, 제어부(140)에서 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 대한 대상체의 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하고, 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 치료 영역을 조정하여, 조정된 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하는 과정은 자동으로 수행되는 것을 기본으로 하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 사용자가 조이스틱 등을 이용하여 수동으로 조작할 수 있는 것으로 다양하게 수정 및 변형 가능하다.
한편, 제어부(140)는 사용자 입력부(110)로부터의 관심영역 설정 정보가 입력된 경우, 이를 이용하여 초음파의 송수신을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 B-모드 영상을 획득하기 위한 초음파의 송수신과 C-모드 영상을 획득하기 위한 초음파의 송수신을 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다.
신호 처리부(150)는 관심영역 내의 각 픽셀에 대해 클러터 신호를 제거하기 위한 차단 주파수를 갖는 다수의 필터를 설정하여 송수신부(120)로부터의 수신 신호의 클러터 필터링을 수행한다. 한편, 신호 처리부(150)는 송수신부(120)로부터의 수신 신호에 영상 최적화를 위한 게인(Gain) 조절 등의 신호 처리를 수행할 수 있다. 또한, 신호 처리부(150)는 보간 신호를 저대역 통과 필터링한 후 이를 영상 처리부(160)로 전송한다. 영상 처리부(160)는 보간 신호에 기초하여 영상(B-모드 또는 C-모드 영상)이 형성되도록 하며, 형성된 영상(B-모드 또는 C-모드 영상)이 구비된 디스플레이부(170)를 통해 출력하도록 동작한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(140)는 움직임 범위 측정부(210) 및 치료 제어부(220)를 포함한다. 또한, 움직임 범위 측정부(210)는 기준 좌표 설정부(212), 치료 영역 선별부(214), 변위 정보 수신부(216) 및 3D 좌표 변환부(218)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는 움직임 범위 측정부(210)가 기준 좌표 설정부(212), 치료 영역 선별부(214), 변위 정보 수신부(216) 및 3D 좌표 변환부(218)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 움직임 범위 측정부(210)에 포함되는 구성 요소에 대하여 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
기준 좌표 설정부(212)는 영상 처리부(160)를 통해 형성된 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정한다. 즉, 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 이후 형성된 영상의 변화를 감지할 수 있으므로, 영상 처리부(160)를 통해 형성된 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하게 된다. 물론, 이는 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 기준 좌표 설정하는 방식을 첫 번째로 형성된 영상이 다른 방식으로 다양하게 수정 및 변형하여 가능할 것이다.
치료 영역 선별부(214)는 기준 좌표 설정부(212)를 통해 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별한다. 즉, 치료 영역 선별부(214)는 영상에서 치료할 영역을 선택하게 되는 데, 이는 사용자 입력부(110)를 통해 사용자의 조작 또는 입력에 의한 명령을 입력받아 치료 영역을 선별할 수 있다. 변위 정보 수신부(216)는 대상체에 부착된 센서(112)로부터 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보를 수신한다. 3D 좌표 변환부(218)는 기준 좌표 설정부(212)에 의해 설정된 기준 좌표와 변위 정보 수신부(216)의 의해 수신된 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성하고, 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보로 변환한다.
또한, 치료 제어부(220)는 현재 좌표 수신부(222), 현재 좌표 확인부(224), 치료 영역 조정부(226)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는 치료 제어부(220)가 현재 좌표 수신부(222), 현재 좌표 확인부(224), 치료 영역 조정부(226)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 치료 제어부(220)에 포함되는 구성 요소에 대하여 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
현재 좌표 수신부(222)는 센서(112)로부터 현재 좌표 정보를 수신한다. 현재 좌표 확인부(224)는 현재 좌표 수신부(222)를 통해 수신된 현재 좌표 정보가 움직임 범위 정보 또는 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 변환한다. 치료 영역 조정부(226)는 초음파 발생부(122)를 제어하여 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 치료 영역을 조정하며, 조정된 치료 영역으로 고강도(치료용) 초음파를 송신한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 범위 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3에서는 초음파 치료 장치(100)에서 치료하고자 하는 대상체의 생체조직의 변화를 감지하기 위해 움직임 범위 정보를 측정하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
초음파 치료 장치(100)는 대상체로 진단용 초음파를 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성하도록 동작한다(S310). 초음파 치료 장치(100)는 수신 신호에 기초하여 영상이 형성되도록 하며, 영상이 구비된 디스플레이부를 통해 출력되도록 한다(S320). 초음파 치료 장치(100)는 형성된 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하고(S330), 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별한다(S340).
초음파 치료 장치(100)는 대상체에 부착된 센서(112)로부터 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보를 수신한다(S350). 초음파 치료 장치(100)는 설정된 기준 좌표와 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성하고, 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보로 변환한다(S360). 초음파 치료 장치(100)는 변환된 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장부(130)에 저장한다(S370). 여기서, 단계 S370에 대해 부연 설명하자면, 초음파 치료 장치(100)에서 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 미리 변환하여 저장부(130)에 저장함으로써, 실제 치료 과정에서 발생하는 영상 처리로 인한 부하를 최소화할 수 있다.
도 3에서는 단계 S310 내지 단계 S370을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 3에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S310 내지 단계 S370 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이 도 3에 기재된 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 범위 측정 방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 범위 측정 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에서는 초음파 치료 장치(100)에서 생성된 움직임 범위 정보에 근거하여 초음파 치료를 수행하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
초음파 치료 장치(100)는 센서(112)로부터 현재 좌표 정보를 수신한다(S410). 초음파 치료 장치(100)는 현재 좌표 정보가 움직임 범위 정보 또는 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는지의 여부를 확인한다(S420). 단계 S420의 확인 결과, 현재 좌표 정보가 움직임 범위 정보 또는 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 초음파 치료 장치(100)는 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 변환한다(S430).
초음파 치료 장치(100)는 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 해당하는 대상체의 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신한다(S440). 초음파 치료 장치(100)는 고강도 초음파를 송신하는 과정에서 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 치료 영역을 조정하여, 조정된 치료 영역으로 고강도(치료용) 초음파를 송신한다(S450). 단계 S450에 대해 부연 설명 하자면, 초음파 치료 장치(100)는 초음파 발생부(122)를 제어하여 치료하고자 하는 대상의 치료 영역인 생체조직으로 고강도 초음파를 송신하여, 해당 생체조직을 치료하는 과정을 거치는데, 이때, 해당 생체조직이 움직이는 경우에도 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 통해 해당 영역을 정확히 식별하여 치료를 수행할 수 있는 것이다.
도 4에서는 단계 S410 내지 단계 S450을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 4에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S410 내지 단계 S450 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이 도 4에 기재된 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위를 나타낸 예시도이다.
초음파 치료 장치(100)는 치료하고자 하는 대상체의 생체조직의 변화를 감지하기 위해 치료하고자 하는 대상체의 생체조직에 부착된 센서로부터 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보를 수신한다. 이때, X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보는 도 5에 도시된 바와 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 좌표 인덱싱을 나타낸 예시도이다.
초음파 치료 장치(100)에서 치료하고자 하는 대상체의 생체조직의 변화를 감지하기 위해 움직임 범위 정보를 측정하는 과정에 대해 설명하자면, 초음파 치료 장치(100)는 영상 처리부(160)를 통해 형성된 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하고, 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별하며, 대상체에 부착된 센서(112)로부터 X축, Y축, Z축에 대한 최대 변위 정보를 수신하고, 설정된 기준 좌표와 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성한다. 움직임 범위 정보를 생성한 후 초음파 치료 장치(100)는 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보로 변환하며, 변환된 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장부(130)에 저장한다. 이때, 3D 렌더링 모델은 도 6의 (A)에 도시된 바와 같이 육면체가 될 수 있으며, 움직임 범위 정보를 3D 렌더링 모델에 매핑한 3D 좌표 인덱싱 변위 정보는 도 6의 (B)와 같다. 물론, 도 6의 (A)에 도시된 3D 렌더링 모델은 육면체로 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 3D 렌더링 모델을 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 치료를 나타낸 예시도이다.
초음파 치료 장치(100)에서 생성된 움직임 범위 정보에 근거하여 초음파 치료를 수행하는 과정에 대해 설명하자면, 초음파 치료 장치(100)는 센서(112)로부터 현재 좌표 정보를 수신하고, 현재 좌표 정보가 움직임 범위 정보 또는 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 변환하고, 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 대한 대상체의 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하되, 고강도 초음파를 송신하는 과정에서 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 치료 영역을 조정하여, 조정된 치료 영역으로 고강도(치료용) 초음파를 송신한다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 치료하고자 하는 대상체의 생체조직이 움직이는 경우, 초음파 치료 장치(100)에서는 이러한 움직임 범위 정보를 3D 좌표 인덱싱 변위 정보로 변환하여 저장하고 있으므로, 이를 이용하여 치료하고자 하는 대상체의 생체조직이 움직임에 따라 치료 영역을 조정하여, 조정된 치료 영역으로 고강도(치료용) 초음파를 송신할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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본 특허출원은 2011년 04월 15일 한국에 출원한 특허출원번호 제 10-2011-0034980 호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (14)

  1. 대상체로 진단용 초음파를 송신하고 상기 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성하도록 동작하는 송수신부;
    상기 수신 신호에 기초하여 영상이 형성되도록 하며, 상기 영상이 구비된 디스플레이부를 통해 출력되도록 하는 영상 처리부;
    상기 대상체에 부착된 센서로부터 수신된 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 생성하는 현재 좌표 확인부;
    상기 영상과 상기 센서로부터 수신된 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성하고, 상기 움직임 범위 정보를 근거로 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 생성하는 3D 좌표 변환부;
    상기 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 해당하는 상기 대상체의 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하는 초음파 발생부; 및
    상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 상기 치료 영역을 조정하며, 상기 조정된 치료 영역으로 상기 고강도 초음파를 송신되도록 하는 치료 영역 조정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하는 기준좌표 설정부를 추가로 포함하되,
    상기 3D 좌표 변환부는 상기 기준 좌표와 상기 최대 변위 정보에 근거하여 상기 움직임 범위 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 현재 좌표 확인부는,
    상기 현재 좌표 정보가 상기 움직임 범위 정보 또는 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 상기 현재 좌표를 상기 3D 렌더링 모델에 매핑한 상기 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 좌표 변환부는,
    상기 움직임 범위 정보를 상기 3D 렌더링 모델에 매핑한 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 중 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별하는 치료 영역 선별부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상체에 부착된 상기 센서로부터 X축, Y축, Z축에 대한 상기 최대 변위 정보를 수신하는 변위 정보 수신부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서로부터 상기 현재 좌표 정보를 수신하는 현재 좌표 수신부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    변환된 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 저장하는 저장부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 장치.
  9. 대상체로 진단용 초음파를 송신하고 상기 대상체로부터 반사되는 초음파 에코 신호를 수신하여 수신 신호를 형성하도록 동작하는 송수신 단계;
    상기 수신 신호에 기초하여 영상이 형성되도록 하며, 상기 영상이 구비된 디스플레이부를 통해 출력되도록 하는 영상 처리 단계;
    상기 대상체에 부착된 센서로부터 수신된 현재 좌표를 3D 렌더링 모델에 매핑한 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 생성하는 현재 좌표 확인 단계;
    상기 영상과 상기 센서로부터 수신된 최대 변위 정보에 근거하여 움직임 범위 정보를 생성하고, 상기 움직임 범위 정보를 근거로 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 생성하는 3D 좌표 변환 단계;
    상기 현재 3D 좌표 인덱싱 정보에 해당하는 상기 대상체의 치료 영역으로 고강도 초음파를 송신하는 초음파 발생 단계; 및
    상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보에 근거하여 상기 치료 영역을 조정하며, 상기 조정된 치료 영역으로 상기 고강도 초음파를 송신되도록 하는 치료 영역 조정 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 영상 중 첫 번째로 형성된 영상을 기준으로 기준 좌표를 설정하는 기준좌표 설정 단계를 추가로 포함하되,
    상기 3D 좌표 변환 단계는 상기 기준 좌표와 상기 최대 변위 정보에 근거하여 상기 움직임 범위 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 현재 좌표 확인 단계는,
    상기 현재 좌표 정보가 상기 움직임 범위 정보 또는 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보 내에 포함되는 경우, 상기 현재 좌표를 상기 3D 렌더링 모델에 매핑한 상기 현재 3D 좌표 인덱싱 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법.
  12. 제 9 항에 있어서
    상기 3D 좌표 변환 단계는,
    상기 움직임 범위 정보를 상기 3D 렌더링 모델에 매핑한 상기 3D 좌표 인덱싱 변위 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 영상 중 첫 번째로 형성된 영상의 특정 영역을 치료 영역으로 선별하는 치료 영역 선별 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 대상체에 부착된 상기 센서로부터 X축, Y축, Z축에 대한 상기 최대 변위 정보를 수신하는 변위 정보 수신 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 추적을 이용한 초음파 치료 방법
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