경두개 집속 초음파 시뮬레이션 장치 및 방법
Transcranial Focused Ultrasound Simulation Apparatus and Method
특허 요약
본 개시는 경두개 집속 초음파(이하 tFUS) 장치의 트랜스듀서에서 방사된 초음파가 환자의 뇌내까지 전파되는 과정에서 위치별 음압을 저해상도 시뮬레이션하여 저해상도 음압 필드 데이터를 획득하고, 저해상도 음압 필드 데이터에 대해 신경망 연산하여 고해상도 시뮬레이션하여 획득되는 고해상도 음압 필드 데이터에 대응하는 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하여, 뇌에서 FUS 초점이 형성되는 위치를 저비용으로 빠르고 정확하게 시각적으로 표시할 수 있는 경두개 집속 초음파 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공한다.
청구항
번호청구항
1

메모리; 및 상기 메모리에 저장된 신경망 모델에 따른 동작의 적어도 일부를 실행하는 프로세서를 포함하는 장치로서, 상기 프로세서는 경두개 집속 초음파(이하 tFUS) 장치의 트랜스듀서에서 방사된 초음파가 환자의 뇌내까지 전파되는 과정에서 위치별 음압을 저해상도 시뮬레이션하여 저해상도 음압 필드 데이터를 획득하고, 상기 저해상도 음압 필드 데이터에 대해 신경망 연산하여 고해상도 시뮬레이션하여 획득되는 고해상도 음압 필드 데이터에 대응하는 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

2

제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 저해상도 음압 필드 데이터에 대해 신경망 연산하여 특징맵을 획득하고, 상기 특징맵과 상기 저해상도 음압 필드 데이터를 결합하고 업샘플링하여 업샘플링 데이터를 획득하며, 상기 업샘플링 데이터에 대해 신경망 연산하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

3

제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 스컬 모델을 저해상도로 변환한 저해상도 스컬 모델 각각에 대해 신경망 연산하여 음압 특징맵과 스컬 특징맵을 획득하며, 상기 음압 특징맵과 상기 스컬 특징맵을 결합하여 획득되는 결합 특징맵에 대해 신경망 연산을 수행하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

4

제1항에 있어서, 상기 프로세서는 스컬 모델에서 관심 영역을 추출하여 로컬 스컬 모델 패치를 획득하고, 상기 로컬 스컬 모델 패치를 저해상도로 변환하여 저해상도 스컬 모델을 획득하며, 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 상기 저해상도 스컬 모델에 대해 신경망 연산하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

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제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 tFUS 장치로부터 상기 트랜스듀서에 대한 정보를 인가받아, 상기 트랜스듀서에서 초음파를 방사하는 방사면의 중심으로부터 법선이 스컬 모델의 스컬 표면에 도달하는 포인트를 중심으로 3차원 상에서 일정 크기를 관심 영역을 설정하여 로컬 스컬 모델 패치를 획득하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

6

제1항에 있어서, 상기 프로세서는 저해상도 시뮬레이션을 통해 공간 해상도에 따른 위치별 음압과 각 절점 위치에서 x, y, z 방향 각각에 대한 파장의 속도를 나타내는 다수의 절점 속도맵을 획득하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

7

제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 저해상도 시뮬레이션 과정에서 상기 음압 필드 데이터와 함께 획득되는 다수의 절점파 속도맵 각각에 대해 신경망 연산하여 음압 특징맵과 다수의 속도 특징맵을 획득하고, 상기 음압 특징맵과 상기 다수의 속도 특징맵을 결합하여 획득되는 결합 특징맵에 대해 신경망 연산을 수행하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

8

제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 스컬 모델을 저해상도로 변환한 저해상도 스컬 모델 및 저해상도 시뮬레이션 과정에서 상기 음압 필드 데이터와 함께 획득되는 다수의 절점파 속도맵 각각에 대해 신경망 연산하여 음압 특징맵과 스컬 특징맵 및 다수의 속도 특징맵을 획득하고, 상기 음압 특징맵과 상기 스컬 특징맵 및 상기 다수의 속도 특징맵을 결합하여 획득되는 결합 특징맵에 대해 신경망 연산을 수행하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

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제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 tFUS 장치로부터 상기 트랜스듀서의 위치, 지향 방향 및 방사하는 초음파 세기에 대한 정보가 포함된 트랜스듀서 정보를 인가받고, 스컬 모델을 상기 저해상도 시뮬레이션의 공간 해상도에 따라 저해상도로 변환하여 저해상도 스컬 모델을 획득하며, 상기 트랜스듀서 정보와 상기 저해상도 스컬 모델을 이용하여 저해상도 시뮬레이션을 수행하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

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제1항에 있어서, 상기 프로세서는 스컬 모델에 상기 초해상도 음압 필드 데이터에 따른 위치별 음압을 시각적으로 표시하여 초해상도 시뮬레이션 영상을 획득하는 tFUS 시뮬레이션 장치.

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신경망 모델에 따른 동작의 적어도 일부를 실행하는 프로세서에 의해 수행되는 tFUS 시뮬레이션 방법으로서, 경두개 집속 초음파(이하 tFUS) 장치의 트랜스듀서에서 방사된 초음파가 환자의 뇌내까지 전파되는 과정에서 위치별 음압을 저해상도 시뮬레이션하여 저해상도 음압 필드 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 저해상도 음압 필드 데이터에 대해 신경망 연산하여 고해상도 시뮬레이션하여 획득되는 고해상도 음압 필드 데이터에 대응하는 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계를 포함하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계는 상기 저해상도 음압 필드 데이터에 대해 신경망 연산하여 특징맵을 획득하고, 상기 특징맵과 상기 저해상도 음압 필드 데이터를 결합하고 업샘플링하여 업샘플링 데이터를 획득하며, 상기 업샘플링 데이터에 대해 신경망 연산하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계는 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 스컬 모델을 저해상도로 변환한 저해상도 스컬 모델 각각에 대해 신경망 연산하여 음압 특징맵과 스컬 특징맵을 획득하며, 상기 음압 특징맵과 상기 스컬 특징맵을 결합하여 획득되는 결합 특징맵에 대해 신경망 연산을 수행하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계는 스컬 모델에서 관심 영역을 추출하여 로컬 스컬 모델 패치를 획득하고, 상기 로컬 스컬 모델 패치를 저해상도로 변환하여 저해상도 스컬 모델을 획득하며, 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 상기 저해상도 스컬 모델에 대해 신경망 연산하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계는 상기 tFUS 장치로부터 상기 트랜스듀서에 대한 정보를 인가받아, 상기 트랜스듀서에서 초음파를 방사하는 방사면의 중심으로부터 법선이 스컬 모델의 스컬 표면에 도달하는 포인트를 중심으로 3차원 상에서 일정 크기를 관심 영역을 설정하여 로컬 스컬 모델 패치를 획득하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 저해상도 음압 필드 데이터를 획득하는 단계는 저해상도 시뮬레이션을 통해 공간 해상도에 따른 위치별 음압과 각 절점 위치에서 x, y, z 방향 각각에 대한 파장의 속도를 나타내는 다수의 절점 속도맵을 획득하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계는 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 저해상도 시뮬레이션 과정에서 상기 음압 필드 데이터와 함께 획득되는 다수의 절점파 속도맵 각각에 대해 신경망 연산하여 음압 특징맵과 다수의 속도 특징맵을 획득하고, 상기 음압 특징맵과 상기 다수의 속도 특징맵을 결합하여 획득되는 결합 특징맵에 대해 신경망 연산을 수행하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계는 상기 저해상도 음압 필드 데이터와 스컬 모델을 저해상도로 변환한 저해상도 스컬 모델 및 저해상도 시뮬레이션 과정에서 상기 음압 필드 데이터와 함께 획득되는 다수의 절점파 속도맵 각각에 대해 신경망 연산하여 음압 특징맵과 스컬 특징맵 및 다수의 속도 특징맵을 획득하고, 상기 음압 특징맵과 상기 스컬 특징맵 및 상기 다수의 속도 특징맵을 결합하여 획득되는 결합 특징맵에 대해 신경망 연산을 수행하여 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 저해상도 음압 필드 데이터를 획득하는 단계는 상기 tFUS 장치로부터 상기 트랜스듀서의 위치, 지향 방향 및 방사하는 초음파 세기에 대한 정보가 포함된 트랜스듀서 정보를 인가받고, 스컬 모델을 상기 저해상도 시뮬레이션의 공간 해상도에 따라 저해상도로 변환하여 저해상도 스컬 모델을 획득하며, 상기 트랜스듀서 정보와 상기 저해상도 스컬 모델을 이용하여 저해상도 시뮬레이션을 수행하는 tFUS 시뮬레이션 방법.

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제11항에 있어서, 상기 초해상도 음압 필드 데이터를 추정하는 단계는 스컬 모델에 상기 초해상도 음압 필드 데이터에 따른 위치별 음압을 시각적으로 표시하여 초해상도 시뮬레이션 영상을 획득하는 tFUS 시뮬레이션 방법.