KR20180082479A - Methods for Percutaneous Surgery - Google Patents

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KR20180082479A
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파렌 샤
데이비드. 피. 누난
바룬 아그라월
데이비드 에스. 민츠
엔리케 로모
요셉 에이. 주니어 어반
데이비드 엠. 스츄머스
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아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Abstract

환자 내부의 공동으로부터 물체를 제거하기 위해 환자에게 경피적 수술을 시행하는 방법이 설명된다. 상기 방법은 제1 정렬 센서를 환자의 내강을 통해 공동안으로 전진시키는 단계를 포함한다. 제1 정렬 센서는 자유 공간에서의 자신의 위치와 방향을 실시간으로 제공한다. 정렬 센서는 물체에 가까이 위치할 때까지 조작된다. 수술 도구를 이용해 환자에게 경피적 개구부를 생성하고, 상기 수술 도구는 자유 공간에서의 수술 도구의 위치와 방향을 실시간으로 제공하는 제2 정렬 센서를 포함한다. 수술 도구는 제1 및 제2 정렬 센서 둘 다로부터 제공된 데이터를 이용해 물체 쪽으로 이동된다. A method of performing a percutaneous operation on a patient to remove an object from a cavity within the patient is described. The method includes advancing the first alignment sensor through the lumen of the patient into the cavity. The first alignment sensor provides its position and orientation in free space in real time. The alignment sensor is operated until it is close to the object. A surgical tool is used to create a percutaneous opening in the patient, and the surgical tool includes a second alignment sensor that provides the position and orientation of the surgical tool in free space in real time. The surgical tool is moved toward the object using data provided from both the first and second alignment sensors.

Description

경피적 수술을 위한 방법Methods for Percutaneous Surgery

관련 출원과의 상호 참조Cross reference to related application

본 출원은 2015년 10월 30일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/248,737호; 2015년 10월 30일에 출원된 미국 특허 가출원 62/248,851호; 및 2015년 10월 30일에 출원된 미국 특허 가출원 62/249,050호의 이익과 우선권을 주장하며, 각각의 위 출원은 그 전문이 참조로서 본 명세서에 병합된다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 248,737, filed October 30, 2015; U.S. Provisional Patent Application 62 / 248,851, filed October 30, 2015; And U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 249,050, filed October 30, 2015, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

1. 기술 분야1. Technical Field

본 설명은 일반적으로 수술 로봇에 관한 것이고, 특히 수술 로봇 시스템을 사용한 쇄석술 시행에 관한 것이다.This description relates generally to surgical robots, and more particularly to performing lithotripsy using a surgical robotic system.

2. 관련 기술의 설명2. Description of Related Technology

의사들은 매년 환자의 요로에서 요로결석을 제거하는 시술을 수천 건 시행한다. 요로결석은 신장이나 요관뿐만 아니라 방광에 생긴 신장 결석을 포함한다. 이러한 요로 결석은 미네랄의 축적으로 인해 형성되어 요관과 요도의 소변 흐름을 저해할만한 정도로 커질 경우 상당한 복부의 통증을 일으킨다. 요로 결석은 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스테인 또는 그 외 성분으로 형성될 수 있다. Doctors conduct thousands of procedures annually to remove urinary tract stones from the patient's urinary tract. Urinary stones include kidney stones as well as kidneys and ureters as well as bladder stones. These urinary stones are formed by the accumulation of minerals and cause significant abdominal pain when they become large enough to interfere with the urine flow of the ureters and urethra. Urinary stones can be formed of calcium, magnesium, ammonia, uric acid, cysteine or other components.

의사는 방광과 요관이 있는 요로결석을 제거하기 위해, 요관경을 요도를 통해 요도 안으로 삽입한다. 보통, 요관경은 원위 단부(distal end)에 내시경을 포함하여 요로의 시각화를 가능하게 한다. 요관경은 또한 요로결석을 포획 또는 파쇄하기 위한 쇄석술 메커니즘을 포함한다. 요관경 검사 시술 중, 의사 한 명은 요관경의 위치를 제어하고 또 다른 의사는 쇄석술 메커니즘을 제어한다. 요관경의 제어 장치는 요관경의 근위 핸들에 위치해 있어서 요관경의 방향이 바뀌면 쥐고 있기가 힘들다. 따라서, 현재의 요관경 검사 기술은 신체에 부담을 주는 작업이며 인체공학적이지 않은 요관경 설계에 의존하고 있다.The doctor inserts the ureter into the urethra through the urethra to remove urinary stones with bladder and ureter. Usually, the ureteroscope includes an endoscope at the distal end, allowing visualization of the urinary tract. The ureter also includes a lithotomy mechanism to trap or break urinary stones. During the procedure, one doctor controls the position of the ureter, while the other doctor controls the lithotomy mechanism. The control device of the ureter is located on the proximal handle of the ureter, making it difficult to hold it when the direction of the ureter is changed. Therefore, current contouring technology is a burden on the body and it relies on a non-ergonomic design.

큰 신장 결석을 신장으로부터 제거하기 위해 의사는 피부를 뚫어 신장경을 삽입한 후 신장 결석을 파쇄 및 제거하는 경피적 신쇄석술 기술을 이용한다. 하지만 현재의 경피적 신쇄석술("PCNL") 기술은 신장 결석의 위치를 확인하고 신장경을 정확하게 삽입하기 위해 형광 투시법을 사용하는 단계를 포함한다. 형광 투시법은 형광 투시경 자체의 비용뿐만 아니라 형광 투시경 조작에 숙련된 기술자 투입에 대한 비용이 들기 때문에 신쇄석술 시술 비용을 증가시킨다. 형광 투시법은 또한 장시간 환자를 방사능에 노출 시킨다. 형광투시법을 사용하더라도 신장 결석에 접근 하기 위해 정확하게 피부절개를 시행하는 것은 어렵고 부정확하다. 뿐만 아니라, 현재의 신쇄석술 기술은 보통 이삼 일간의 입원이 수반된다. 결국, 현재의 신쇄석술 기술은 환자에게 비용과 문제를 야기시킨다.To remove large kidney stones from the kidneys, doctors use percutaneous nephrolithotomy techniques to pierce the skin and insert the kidneys to break up and remove kidney stones. However, current percutaneous nephrolithography ("PCNL") techniques include the use of fluoroscopic techniques to locate kidney stones and accurately insert the kidneys. Fluorescent vision increases the cost of a new lithotripsy procedure because it costs not only the cost of the fluoroscopy itself, but also the input of a skilled technician to operate the fluoroscope. Fluoroscopy also exposes the patient to radiation for extended periods of time. Even with fluoroscopy, it is difficult and inaccurate to perform accurate skin incision to access kidney stones. In addition, the current new lithotripsy technique usually involves two or three days of hospitalization. Ultimately, current nephrocalcification techniques cause costs and problems for patients.

본 설명은 요관경 검사를 보다 용이하게 시행하기 위한 방법과 기구를 포함한다. 본 설명은 또한 PCNL을 보다 용이하게 시행하기 위한 방법과 기구를 포함한다. 요관경 검사에서, 바스켓 장치는 바스켓의 완전한 360도 움직임을 가능케 하는 여러 개의 독립적 조작이 가능한 풀 와이어(pull wires)를 포함하며 이는 결석 포획을 용이하게 해준다. 바스켓 장치의 중앙 작업 채널은 다양한 여러 도구를 바스켓 가까이 위치시켜 포획된 결석을 파쇄할 수 있도록 한다. 추가로, 요관경 검사에 있어서 바스켓이 닫히는 중에 결석이 빠져나가는 것을 방지하는 데 도움이 되는 기술이 설명된다.The present description includes methods and apparatus for more easily performing the uroflow test. The present disclosure also includes methods and apparatus for facilitating PCNL. In the yore examination, the basket device includes several independently operable pull wires to allow complete 360-degree movement of the basket, which facilitates stone capture. The central working channel of the basket device allows a variety of tools to be placed near the basket to break up the trapped stones. In addition, techniques to help prevent stones from escaping while the basket is closed in the urethroplasty test are described.

PCNL에 있어서 신장에 있는 결석의 위치를 감지하기 위해 형광 투시법 대신에 정렬 센서를 사용하는 다양한 기술과 기구가 설명된다. 정렬 센서는 예를 들어 EM 센서로서 환자 주변에 위치한 전자기장 발전기 및 관련 CT (또는 그 외) 스캔과 함께 사용되어 환자 체내 EM 센서의 위치 및 방향 정보를 제공할 수 있다. 정렬 센서는 요관경으로 요관과 같은 공동(cavity)을 통해 위치되며 카메라와 함께 사용되어 결석의 위치를 식별한다. 정렬 센서는 신장 안에 결석에 접근하기 위해 경피적 절개를 지시하는 안내 메커니즘(guidance mechanism)을 제공한다. 또한, PCNL 시술의 현 시점에서 내시경이 이미 투입 된 상태이므로 PCNL에 의해 생성된 포트를 통한 결석 제거를 지원하기 위해 내시경의 작업 채널을 사용해 다른 도구들을 전진시킬 수 있다. PCNL을 시행하는 것뿐만 아니라 PCNL 포트를 통해 어떻게 결석을 제거하는지에 대한 기술이 설명된다. 본 설명은 대체적으로 요관경 검사와 PCNL 및 요로 결석과 결석 조각 제거의 예시적인 사용 사례와 관련되어 설명되지만, 이 설명들은 쓸개 담석 제거 또는 허파 (폐/경흉부) 종양 생검과 같이 환자 체내 물체 제거와 관련된 다른 외과 수술에도 동일하게 적용 가능하며 이는 (가령, 식도, 요관, 창자 등과 같은) 환자의 공동을 통해 또는 경피 접근을 통해 안전하게 제거될 수 있는 임의의 물체를 포함한다.Various techniques and apparatus for using an alignment sensor instead of fluoroscopy to detect the location of stones in the kidney in PCNL are described. The alignment sensor can be used, for example, as an EM sensor in conjunction with an electromagnetic field generator located in the patient's vicinity and an associated CT (or other) scan to provide position and orientation information of the EM sensor in the patient's body. The alignment sensor is located in the ureter through a cavity such as the ureter and is used with the camera to identify the location of the stone. The alignment sensor provides a guidance mechanism that directs a percutaneous incision to access the stones in the kidney. In addition, since the endoscope has already been inserted at the present time of the PCNL procedure, other tools can be advanced using the operation channel of the endoscope to support the removal of the stones through the port generated by the PCNL. A description of how to remove stones via the PCNL port as well as the implementation of PCNL is described. Although this description is generally described in connection with the exemplary use cases of the ureteroscopy and PCNL and urinary stone and stone remnants, these explanations suggest that removal of the body of the patient, such as gallbladder removal or lung (lung / thoracic) And it includes any object that can be safely removed through the cavity of the patient (such as the esophagus, ureter, bowel, etc.) or through the transcutaneous approach.

도 1A는 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 예를 도시한다.
도 1B는 일 실시예에 따른 컬럼에 장착된 로봇 암이 있는 수술 로봇 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(100) 예를 위한 명령 콘솔의 예를 도시한다.
도 3A는 일 실시예에 따른 내시경 동작의 복수 각도를 도시한다.
도 3B는 일 실시예에 따른 내시경의 상면도이다.
도 3C는 일 실시예에 따른 내시경 리더의 원위 단부의 등각투상도이다.
도 3D는 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템의 기구 장치 조작기(instrument device manipulator)의 등각투상도이다.
도 3E는 일 실시예에 따른 도 3D에 도시된 기구 장치 조작기의 분해조립 등각투상도이다.
도 4A는 일 실시예에 따른 모의 환자(simulated patient)의 하반신을 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템의 사시도이다.
도 4B는 일 실시예에 따른 모의 환자의 하반신을 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템의 상면도이다.
도 4C는 일 실시예에 따른 촬상 기기 및 환자의 하반신을 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템의 사시도이다.
도 4D는 일 실시예에 따른 촬상 기기 및 환자의 하반신을 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템의 상면도이다.
도 5A는 일 실시예에 따른 바스켓 장치의 측면도이다.
도 5B와 도5C는 일 실시예에 따른 신장 결석을 포획하기 위해 바스켓 장치가 사용될 수 있는 방법을 도시한다.
도 5D는 일 실시예에 따른 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치의 사시도를 도시한다.
도 5E는 일 실시예에 따른 외부 샤프트의 중심축에 수직인 면을 따라 그것이 일직선이라는 가정하에 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치의 평면도를 도시한다.
도 5F는 일 실시예에 따른 바스켓 장치의 외부 샤프트의 원위 단부의 클로즈업 뷰를 도시한다.
도 6A는 바스켓이 둥근 모양인 실시예를 도시한다.
도 6B는 바스켓이 집게(jaws) 형태가 되도록 모양을 갖춘 실시예를 도시한다.
도 6C는 바스켓이 소용돌이 형태 또는 나선 모양의 풀 와이어로 구성된 실시예를 도시한다.
도 7A는 일 실시예에 따른 포획한 결석을 파쇄하기 위한 레이저 또는 광섬유의 입사를 도시한다.
도 7B는 일 실시예에 따른 포획한 결석을 파쇄하기 위한 기계 드릴의 삽입을 도시한다.
도 7C 내지 도 7D는 일 실시예에 따른 포획한 결석을 파쇄하기 위한 끌(chisel)의 사용을 도시한다.
도 7E는 일 실시예에 따른 포획한 결석을 파쇄하기 위해 고압 유체 분사(high pressure fluid jet)의 사용을 도시한다.
도 8A 내지 도 8C는 일 실시예에 따른 바스켓 작동 중에 조작자가 직면할 수 있는 중요한 문제점을 도시한다.
도 8D 내지 도 8F는 일 실시예에 따른 바스켓을 이용한 결석 포획의 문제점을 극복하는 과정을 도시한다.
도 9A 내지 9F는 일 실시예에 따른 로봇 보조식(robotically assisted) 요관경 검사 시, 결석 (및 결석 조각들)을 포획하기 위해 바스켓 장치를 위치시키고 제어하는 과정을 도시한다.
도 10A 내지 도 10E는 일 실시예에 따른 결석의 위치를 식별하기 위한 전자유도식 센서를 갖춘 요관경을 포함하는 PCNL 과정의 예를 도시한다.
도 11A 내지 도 11D는 일 실시예에 따른 EM 시스템을 관형 조직망 내부 경로의 3D 모델로 온-더-플라이(on-the-fly)방식으로 정합하는 것을 보여주는 그래프의 예를 도시한다.
다양한 실시예를 구체적으로 참조하며 이들의 예시가 첨부 도면에서 도시된다. 도면에서 어디든 유사하거나 같은 참조 번호가 사용될 수 있고 유사하거나 동일한 기능을 나타낼 수 있음을 유의한다. 도면은 오직 예시의 목적을 위해 개시된 시스템 (또는 방법)의 실시예를 묘사한다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 명세서에 설명하는 구조와 방법의 대안적 실시예들이 본 명세서에 설명된 원리에서부터 벗어나지 않고 적용될 수 있다는 점을 후술된 내용을 통해 쉽게 이해할 것이다.
1A shows an example of a surgical robot system according to one embodiment.
1B is a perspective view of a surgical robot system with a robotic arm mounted to a column according to one embodiment.
2 shows an example of a command console for an example surgical robot system 100 according to one embodiment.
3A illustrates multiple angles of endoscopic operation in accordance with one embodiment.
3B is a top view of an endoscope according to an embodiment.
3C is an isometric view of the distal end of an endoscopic reader in accordance with one embodiment.
Figure 3D is an isometric view of an instrument device manipulator of a surgical robot system according to one embodiment.
FIG. 3E is an exploded assembly isometric view of the instrument device actuator shown in FIG. 3D in accordance with one embodiment.
4A is a perspective view of a surgical robot system with an arm mounted on a column configured to approach the lower half of a simulated patient according to one embodiment.
4B is a top view of a surgical robot system with an arm mounted on a column configured to approach the lower half of a simulated patient according to one embodiment.
4C is a perspective view of a surgical robot system with an imaging device according to one embodiment and an arm mounted on a column configured to access a lower half of a patient.
4D is a top view of a surgical robot system with an imaging device according to one embodiment and an arm mounted on a column configured to access the lower half of the patient.
5A is a side view of a basket device according to one embodiment.
Figures 5B and 5C illustrate how a basket device may be used to capture kidney stones according to one embodiment.
5D illustrates a perspective view of a robotic steerable basket apparatus according to one embodiment.
5E shows a top view of a robotically steerable basket device on the assumption that it is straight along a plane perpendicular to the central axis of the outer shaft according to one embodiment.
5F shows a close-up view of the distal end of the outer shaft of the basket device according to one embodiment.
6A shows an embodiment in which the basket is rounded.
Figure 6B shows an embodiment in which the basket is shaped to be in the form of a jaws.
Figure 6C shows an embodiment in which the basket is of a spiral or spiral full wire.
FIG. 7A illustrates the incidence of a laser or optical fiber to break up captured stones in accordance with one embodiment.
Figure 7B illustrates the insertion of a mechanical drill to break up captured stones in accordance with one embodiment.
Figures 7C-7D illustrate the use of a chisel to fracture trapped stones in accordance with one embodiment.
7E illustrates the use of a high pressure fluid jet to break up captured stones in accordance with one embodiment.
Figures 8A-8C illustrate important problems that an operator may encounter during basket operation according to one embodiment.
FIGS. 8D to 8F illustrate a process of overcoming the problem of stones trapping using a basket according to an embodiment.
Figures 9A-9F illustrate the process of positioning and controlling the basket device to capture stones (and stone particles) during a robotic assisted contouring examination according to one embodiment.
FIGS. 10A-10E illustrate an example of a PCNL process including a prostate diameter with an electromagnetically coupled sensor for identifying the location of the stones according to one embodiment.
11A-11D illustrate examples of graphs showing matching an EM system in accordance with an embodiment with an on-the-fly approach to a 3D model of a tubular network internal path.
Various embodiments are specifically referenced and illustrative examples thereof are shown in the accompanying drawings. Note that similar or identical reference numerals may be used anywhere in the drawings and may indicate similar or equivalent functions. The drawings depict embodiments of the disclosed system (or method) solely for purposes of illustration. It will be readily understood by those skilled in the art that alternative embodiments of the structures and methods described herein can be applied without departing from the principles set forth herein.

I. 개요I. Overview

I.A. 수술 로봇 시스템I.A. Surgical Robot System

도 1A는 수술 로봇 시스템(100)의 실시예를 도시한다. 수술 로봇 시스템(100)은 로봇 암(102)과 같은 한 개 이상의 로봇 암과 결합된 베이스(101)를 포함한다. 베이스(101)는 명령 콘솔과 연통식 연결되어 있으며 본 명세서에서 도 2와 관련하여 추가 설명 된다. 베이스(101)는 로봇 암(102)이 환자에게 수술 절차를 수행할 수 있도록 접근을 제공하며 이와 동시에 의사와 같은 사용자가 명령 콘솔을 사용해 수술 로봇 시스템(100)을 편리하게 제어할 수 있도록 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스(101)는 환자를 눕힐 수 있는 수술대 또는 침대와 결합될 수 있다. 명확성을 위해 도 1에는 도시되지는 않았으나 베이스(101)는 제어 전자 기기, 공기압, 전력 공급원, 광학 공급원 및 이와 같은 서브시스템을 포함할 수 있다. 로봇 암(102)은 조인트(111)로 연결된 복수의 암 단편(arm segment)(110)을 포함하며, 예컨대 7개의 암 단편은 이에 대응하는 7 자유도가 있듯이, 로봇 암(102)에게 복수의 자유도를 제공한다. 베이스(101)는 전력 공급원(112), 공기압 (113), 중앙처리장치(CPU), 데이터 버스, 제어전자회로, 메모리와 같은 구성요소를 포함하는 제어 및 센서 전자기기(114) 및 로봇 암(102)을 움직이는 모터와 같은 관련 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 베이스(101)에 있는 전자기기(114)는 명령 콘솔과 통신한 제어 시그널을 처리, 전송할 수 있다.1A shows an embodiment of a surgical robot system 100. Fig. The surgical robot system 100 includes a base 101 coupled with one or more robot arms, such as a robot arm 102. The base 101 is in communication connection with the command console and is further described herein with respect to FIG. The base 101 is positioned so that the robot arm 102 provides access to the patient to perform surgical procedures and at the same time allows a user such as a doctor to conveniently control the surgical robot system 100 using a command console . In some embodiments, the base 101 may be associated with a surgical table or bed that can seat the patient. Although not shown in FIG. 1 for the sake of clarity, the base 101 may include control electronics, pneumatics, power supplies, optical sources, and such subsystems. The robot arm 102 includes a plurality of arm segments 110 connected by a joint 111. The robot arm 102 is provided with a plurality of degrees of freedom Lt; / RTI > The base 101 includes a control and sensor electronics 114 that includes components such as a power supply 112, an air pressure 113, a central processing unit (CPU), a data bus, control electronics, memory, Such as a motor, that moves the actuators 102. The electronic device 114 in the base 101 may process and transmit control signals in communication with the command console.

일부 실시예에서, 베이스(101)는 수술 로봇 시스템(100)을 이동하기 위한 바퀴(115)를 포함한다. 수술 로봇 시스템(100)의 이동성은 공간의 제약이 있는 수술실 환경에 적합할 뿐만 아니라 수술용 장치가 적절한 곳에 위치하고 이동 되도록 돕는다. 또한, 이동성을 통해 로봇 암(102)이 환자, 의사, 마취과 의사 또는 그 외 어떤 장치와도 방해되지 않도록 로봇 암(102)을 구성할 수 있다. 시술 동안에 사용자는 명령 콘솔과 같은 제어 기기를 사용해서 로봇 암(102)을 제어 할 수 있다.In some embodiments, the base 101 includes a wheel 115 for moving the surgical robot system 100. The mobility of the surgical robot system 100 is suitable for space-constrained operating room environments as well as helping to position and move the surgical device in place. Further, the robot arm 102 can be configured such that the robot arm 102 is not disturbed by a patient, a doctor, an anesthesiologist, or any other device through mobility. During the procedure, the user can control the robot arm 102 using a control device such as a command console.

일부 실시예에서, 로봇 암(102)은 로봇 암(102)의 위치를 그대로 유지하기 위해 브레이크 및 카운터-밸런스(counter-balance)의 조합을 사용하는 셋업 조인트(set up joint)를 포함한다. 카운터-밸런스는 가스 스프링 또는 코일 스프링으로 구성될 수 있다. 페일-세이프(fail safe) 브레이크와 같은 브레이크는 기계적 및/또는 전기적 부품으로 구성될 수 있다. 또한, 로봇 암(102)은 중력 보조식 수동 지원(gravity-assisted passive support) 타입의 로봇 암일 수 있다.In some embodiments, the robot arm 102 includes a set up joint that uses a combination of brake and counter-balance to maintain the position of the robot arm 102 intact. The counter-balance may comprise a gas spring or a coil spring. Brakes, such as fail-safe brakes, may consist of mechanical and / or electrical components. In addition, the robot arm 102 may be a gravity-assisted passive support type robot arm.

각 로봇 암(102)은 메커니즘 교환기 인터페이스(Mechanism Changer Interface, MCI)(116)를 통하여 기구 장치 조작기(Instrument Device Manipulator, IDM)(117)에 결합될 수 있다. IDM(117)은 예컨대, 내시경을 조작하는 제1 종류의 IDM이나 이와 달리 복강경을 조작하는 제2 종류의 IDM과 같이 다른 종류의 IDM으로 제거 및 교체 될 수 있다. MCI(116)는 공기압, 전력, 전기 신호 및 광학적 신호를 로봇 암(102)에서 IDM(117)으로 보내기 위한 커넥터를 포함한다. MCI(116)는 세트 스크류(set screw)나 베이스 플레이트 커넥터(base plate connector) 일 수 있다. IDM(117)은 다이렉트 드라이브(direct drive), 하모닉 드라이브(harmonic drive), 기어 드라이브(gear drive), 벨트 및 도르래, 자기 드라이브(magnetic drive) 등과 같은 기술을 사용해 내시경(118)과 같은 수술 기구(또한 수술 도구로 지칭됨)를 조작한다. MCI(116)는 IDM(117)의 종류에 따라 교체될 수 있으며 특정 종류의 수술 절차에 맞춤화될 수 있다. 로봇 암(102)은 KUKA AG® LBR5로봇 암과 같이 원위 단부에 조인트 레벨 토크 감지부와 손목을 포함할 수 있다.Each robot arm 102 may be coupled to an Instrument Device Manipulator (IDM) 117 via a Mechanism Changer Interface (MCI) IDM 117 can be removed and replaced with other types of IDM, such as a first type of IDM that manipulates an endoscope, or a second type of IDM that otherwise manipulates the laparoscope. The MCI 116 includes connectors for sending air pressure, power, electrical signals, and optical signals from the robotic arm 102 to the IDM 117. The MCI 116 may be a set screw or a base plate connector. IDM 117 may be a surgical instrument such as endoscope 118 using techniques such as direct drive, harmonic drive, gear drive, belt and pulley, magnetic drive, Also referred to as a surgical tool). The MCI 116 may be interchanged depending on the type of IDM 117 and may be tailored to certain types of surgical procedures. The robot arm 102 may include a joint level torque sensing portion and wrist at its distal end, such as a KUKA AG® LBR5 robot arm.

내시경(118)은 (가령, 인체 조직과 같은) 해부구조의 영상을 촬영하기 위해 환자의 해부구조 내로 삽입되는 관 모양의 연성 수술 기구이다. 특히, 내시경(118)은 (가령, 카메라 또는 센서와 같은) 한 개 이상의 촬상 기기를 포함하여 이미지를 촬영한다. 촬상 기기는 광섬유, 광섬유 배열 또는 렌즈와 같은 한 개 이상의 광학적인 구성요소를 포함할 수 있다. 광학적 구성요소는 내시경(118)의 선단의 움직임에 맞춰 촬상 기기의 촬영 이미지가 바뀔 수 있도록 내시경(118)의 선단을 따라 움직인다. 내시경(118)의 예가 IV. 내시경 섹션에서 도 3A 내지 도 4B와 관련하여 추가 설명된다.Endoscope 118 is a tubular soft surgical instrument that is inserted into a patient's anatomy to image anatomical structures (such as human tissue). In particular, the endoscope 118 includes one or more imaging devices (e.g., a camera or sensor) to take an image. The imaging device may comprise one or more optical components, such as an optical fiber, an array of optical fibers, or a lens. The optical component moves along the tip of the endoscope 118 so that the image taken by the imaging device can be changed in accordance with the movement of the end of the endoscope 118. [ An example of the endoscope 118 is IV. The endoscope section is further described with reference to Figs. 3A to 4B.

수술 로봇 시스템(100)의 로봇 암(102)은 세장형 이동 부재를 사용하여 내시경(118)을 조작한다. 세장형 이동 부재는 푸쉬 또는 풀 와어어라고도 불리는 풀 와이어, 케이블, 섬유조직, 또는 연성 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(102)은 내시경(118)에 결합된 여러 개의 풀 와이어를 작동시켜서 내시경(118)의 선단의 방향을 바꾼다. 풀 와이어는 스테인리스강, 케블라(Kevelar), 텅스텐(tungsten), 탄소섬유 등과 같은 금속과 비금속 모두를 포함할 수 있다. 세장형 이동 부재에 의해 힘이 가해지면 내시경(118)은 비선형 행태를 보인다. 비선형 행태는 내시경(118)의 강성과 압축성뿐만 아니라 다른 세장형 이동 부재들 간의 느슨함 또는 강성에서의 가변성(variability)에 기인할 것이다.The robot arm 102 of the surgical robot system 100 operates the endoscope 118 using the elongated moving member. The elongated member may include a pull wire, a cable, a fibrous tissue, or a flexible shaft, also referred to as a push or pull wire. For example, the robot arm 102 actuates a plurality of pull wires coupled to the endoscope 118 to change the direction of the end of the endoscope 118. The pull wire may include both metals and non-metals such as stainless steel, Kevelar, tungsten, carbon fiber, and the like. When the force is applied by the elongated moving member, the endoscope 118 exhibits a nonlinear behavior. The nonlinear behavior will be due to the variability in stiffness or stiffness between the elongated moving members as well as the rigidity and compressibility of the endoscope 118.

도 1B는 일 실시예에 따른 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템(100A)의 사시도이다. 수술 로봇 시스템(100A)은 로봇 암(102), 컬럼 링 세트, 테이블(119), 컬럼(121) 및 베이스(123)를 포함한다.1B is a perspective view of a surgical robot system 100A with an arm mounted on a column according to one embodiment. The surgical robot system 100A includes a robot arm 102, a column ring set, a table 119, a column 121 and a base 123. [

테이블(119)은 수술 로봇 시스템(100)을 이용한 수술을 받고 있는 환자를 지탱해 준다. 일반적으로, 테이블(119)은 바닥과 수평을 이루지만 다양한 수술 절차를 용이하게 하기 위해 테이블(119)의 방향과 구성이 바뀔 수 있다. 테이블은 환자의 가로축을 중심으로 회전할 수 있거나 또는 테이블(119)과 컬럼(121)사이의 하나 이상의 중심점을 사용해 환자의 길이방향 축을 따라 기울여 질 수 있다. 테이블(119)은 회전 부분, 접히는 부분, 또는 둘 다를 포함 할 수 있어서 환자를 지탱하는 테이블(119)의 상부 표면의 구성을 바꿀 수 있다. 테이블(119)은 수술 절차 중에 발생하는 체액 또는 잇따른 다른 유체의 배수를 용이하게 하기 위한 트랩도어(trapdoor)를 포함할 수 있다.The table 119 supports the patient undergoing surgery using the surgical robot system 100. Generally, the table 119 is level with the floor, but the orientation and configuration of the table 119 may be altered to facilitate various surgical procedures. The table may be rotated about the patient's abscissa or may be tilted along the patient's longitudinal axis using one or more center points between the table (119) and the column (121). The table 119 may include a rotating portion, a folding portion, or both to change the configuration of the upper surface of the table 119 supporting the patient. Table 119 may include a trapdoor to facilitate drainage of bodily fluids or other fluids that occur during a surgical procedure.

컬럼(121)의 한 단부는 테이블(119)과 결합되며 또 다른 단부는 베이스(123)와 결합된다. 일반적으로, 컬럼(121)은 컬럼(121)과 결합된 하나 이상의 컬럼 링(105)을 수용하기 위해 원통 모양을 갖는다; 하지만 컬럼(121)은 타원이나 직사각형과 같은 다른 모양 일 수도 있다. 컬럼 링(105)은 컬럼과 이동 가능하게 결합된다. 예를 들어, 컬럼 링(105)은 컬럼(121)의 축을 따라 수직으로 이동하거나 컬럼(121)의 축을 중심으로 수평으로 회전 또는 둘 다 할 수도 있다. 컬럼 링(105)은 이하 도 2와 관련해 더 자세히 설명된다. 컬럼은 회전 메커니즘을 사용해 컬럼의 중심 축을 중심으로 베이스(123)에 대해 회전할 수 있다.One end of the column 121 is coupled to the table 119 and the other end is coupled to the base 123. Typically, the column 121 has a cylindrical shape to accommodate one or more of the column rings 105 associated with the column 121; However, the column 121 may be another shape such as an ellipse or a rectangle. The column ring 105 is movably engaged with the column. For example, the column ring 105 may move vertically along the axis of the column 121, rotate horizontally about the axis of the column 121, or both. The column ring 105 is described in more detail below with respect to FIG. The column can be rotated about the base 123 about the center axis of the column using a rotating mechanism.

베이스(123)는 바닥과 평행하며 컬럼(121)과 테이블(119)을 지탱해 준다. 베이스(123)는 바퀴, 트레드(treads) 또는 수술 로봇 시스템(100)을 위치 또는 이동시키기 위한 다른 수단을 포함 할 수 있다. 베이스(123)는 로봇 암(102) 세트, 하나 이상의 컬럼 링(105) 또는 둘 다 비활성 구성의 일부로서 제거 가능한 하우징(미도시)과 같은 저장고에 수용할 수 있다. 베이스(123)는 로봇 암(102)이 이를 따라 이동 가능하게 결합될 수 있는 레일(rail)(미도시)을 컬럼 링(105)의 대안 또는 보충물로서 포함 할 수 있다. The base 123 is parallel to the floor and supports the column 121 and the table 119. The base 123 may include wheels, treads or other means for positioning or moving the surgical robot system 100. The base 123 can be received in a reservoir, such as a set of robotic arms 102, one or more column rings 105, or both, as part of the inactive configuration, removable housings (not shown). The base 123 may include a rail (not shown) as an alternative or supplement to the column ring 105, to which the robot arm 102 may be movably coupled.

일반적으로, 로봇 암 세트는 컬럼 링(105A)과 같은 하나 이상의 컬럼 링(105)과 결합된 하나 이상의 로봇 암(102)을 포함한다. 컬럼(105)에 부착된 로봇 암(102)은 컬럼에 장착된 로봇 암(102)이라고 지칭될 수 있다. 수술 로봇 시스템(100A)은 로봇 암(102)을 사용해 테이블(119)에 누워 있는 환자에 대해 수술 절차를 시행한다.Generally, the robotic arm set includes one or more robotic arms 102 associated with one or more column rings 105, such as column rings 105A. The robot arm 102 attached to the column 105 may be referred to as a robot arm 102 mounted on the column. The surgical robot system 100A uses the robot arm 102 to perform a surgical procedure on a patient lying on the table 119. [

테이블(119), 컬럼(121), 베이스(123), 컬럼 링(105) 및 로봇 암(102)의 추가 설명과 구성은 2016년 5월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제15/154,765호 뿐만 아니라 2016년 5월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제15/154,762호에 포함되며, 각각의 출원은 참조로서 본 명세서에 병합된다. 예를 들어, 대안적인 수술 로봇 시스템은 컬럼 링(105)에 장착된 제1 로봇 암(102)과 베이스(123)에 포함된 레일에 장착된 제2 로봇 암을 포함한다.Further description and construction of the table 119, the column 121, the base 123, the column ring 105 and the robotic arm 102 are described in U.S. Patent Application No. 15 / 154,765, filed May 13, No. 15 / 154,762, filed May 13, 2016, each of which is incorporated herein by reference. For example, an alternative surgical robot system includes a first robotic arm 102 mounted on a column ring 105 and a second robotic arm mounted on a rail included in the base 123.

도 2는 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(100)의 예를 위한 명령 콘솔(200)의 예를 도시한다. 명령 콘솔(200)은 콘솔 베이스(201), 모니터와 같은 디스플레이 모듈(202) 및 키보드(203)와 조이스틱(204)과 같은 제어 모듈을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 명령 모듈(200) 기능은 수술 로봇 시스템(100) 또는 수술 로봇 시스템(100)과 연통식 결합된 다른 시스템의 베이스(101)에 통합될 수 있다. 의사와 같은 사용자(205)는 인체공학적인 자세로 명령 콘솔(200)을 사용해서 수술 로봇 시스템(100)을 원격 제어한다. 2 shows an example of a command console 200 for an example of a surgical robot system 100 according to one embodiment. The command console 200 includes a console base 201, a display module 202 such as a monitor and a control module such as a keyboard 203 and a joystick 204. In some embodiments, one or more of the command module 200 functions may be integrated into the surgical robot system 100 or the base 101 of another system in communication with the surgical robot system 100. A user 205 such as a doctor remotely controls the surgical robot system 100 using the command console 200 in an ergonomic posture.

콘솔 베이스(201)는 컴퓨터 시스템의 기본 구성 요소, 즉 예컨대 도 1에 도시된 내시경(118)으로부터 수신한 영상 및 정렬 센서 데이터와 같은 신호의 분석과 처리를 책임지는 중앙 처리 장치, 메모리 장치, 데이터 버스, 관련 데이터 통신 포트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 부하 분산(load-balancing)을 위해 콘솔 베이스(201)와 베이스(101) 모두 신호 처리를 수행한다. 콘솔 베이스(201)는 또한 제어 모듈(203, 204)을 통해 사용자(205)로부터 입력된 명령과 지시를 처리할 수 있다. 제어 모듈은 도 2에 도시된 키보드(203)와 조이스틱(204)뿐만 아니라 컴퓨터 마우스, 트랙 패드, 트랙 볼 제어 패드, 비디오 게임 제어기 및 (가령, 동작 센서나 카메라와 같이) 손짓과 손가락 움직임을 캡쳐하는 센서 등과 같은 다른 기기 또한 포함할 수 있다.The console base 201 comprises a central processing unit responsible for analyzing and processing signals such as image and alignment sensor data received from the basic components of a computer system, such as the endoscope 118 shown in Figure 1, a memory device, Bus, and associated data communication ports. In some embodiments, both the console base 201 and the base 101 perform signal processing for load-balancing. The console base 201 may also process commands and instructions entered from the user 205 via the control modules 203, The control module captures hand gestures and finger movements (such as motion sensors or cameras) as well as the keyboard 203 and joystick 204 shown in FIG. 2, as well as a computer mouse, track pad, track ball control pad, Or other devices such as sensors for measuring the temperature of the liquid.

사용자(205)는 속도 모드 또는 위치 제어 모드로 설정된 명령 콘솔(200)을 사용해서 내시경(118)과 같은 수술 기구를 제어할 수 있다. 속도 모드에서 사용자(205)는 직접 수동 제어를 기반으로 제어 모듈을 사용해 내시경(118)의 원위 단부의 피치, 요 움직임을 직접 제어한다. 예를 들어 조이스틱(204)의 움직임은 내시경(118)의 원위 단부의 요, 피치 움직임과 맵핑될 수 있다. 조이스틱(204)은 사용자(205)에게 햅틱 피드백을 전달한다. 예를 들어, 내시경(118)이 특정 방향으로 더 이상 이동 또는 회전할 수 없을 때 이를 나타내기 위해 조이스틱(204)에서 진동이 발생한다. 명령 콘솔(200)은 또한 내시경(118)이 이동 또는 회전의 최대치에 도달 했을 때 (팝업메시지와 같은) 시각 피드백 및/또는 (삐 소리와 같은) 오디오 피드백을 제공할 수 있다.The user 205 may control the surgical instrument such as the endoscope 118 using the command console 200 set to the speed mode or the position control mode. In the speed mode, the user 205 directly controls the pitch, yaw movement at the distal end of the endoscope 118 using the control module based on direct manual control. For example, the movement of the joystick 204 may be mapped to the yaw, pitch movement of the distal end of the endoscope 118. The joystick 204 conveys haptic feedback to the user 205. For example, vibration occurs in the joystick 204 to indicate when the endoscope 118 can no longer move or rotate in a specific direction. The command console 200 may also provide visual feedback and / or audio feedback (such as a beep) when the endoscope 118 reaches a maximum of movement or rotation (such as a pop-up message).

위치 제어 모드에서, 명령 콘솔(200)은 환자의 3차원(3D) 지도와 환자의 기 설정된 컴퓨터 모델을 사용해서 내시경(118)과 같은 수술 기구를 제어한다. 명령 콘솔(200)은 목표 위치까지 내시경(118)을 조작할 수 있도록 수술 로봇 시스템(100)의 로봇 암(102)으로 제어 시그널을 보낸다. 위치 제어 모드는 3D 맵에 의존하고 있기 때문에 환자의 정확한 해부학적 맵핑 정보를 필요로 한다.In the position control mode, the command console 200 controls a surgical instrument such as the endoscope 118 using a three-dimensional (3D) map of the patient and a predetermined computer model of the patient. The command console 200 sends a control signal to the robot arm 102 of the surgical robot system 100 to manipulate the endoscope 118 to the target position. Since the position control mode relies on the 3D map, accurate anatomical mapping information of the patient is required.

일부 실시예에서 사용자(205)는 명령 콘솔(200)을 사용하지 않고 수술 로봇 시스템(100)의 로봇 암(102)을 수동적으로 조작할 수 있다. 수술실을 세팅하는 동안 사용자(205)는 로봇 암(102), 내시경(118) 및 다른 수술 장비들이 환자에 접근할 수 있도록 이동 시킬 수 있다. 수술 로봇 시스템(100)은 로봇 암(102)과 장비를 적절하게 구성하기 위해 사용자(205)의 힘 피드백과 관성제어에 의존할 수 있다.In some embodiments, the user 205 may manually manipulate the robotic arm 102 of the surgical robot system 100 without using the command console 200. While setting the operating room, the user 205 may move the robot arm 102, the endoscope 118, and other surgical equipment to allow access to the patient. Surgical robot system 100 may rely on force feedback and inertial control of user 205 to properly configure robot arm 102 and equipment.

디스플레이 모듈(202)은 전자 모니터, 고글, 안경과 같은 가상 현실 관찰 장치 및/또는 다른 디스플레이 기기 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 디스플레이 모듈(202)은 예를 들어 터치스크린이 있는 테블릿 기기와 같이 제어 모듈과 통합될 수 있다. 뿐만 아니라 사용자(205)는 통합된 디스플레이 모듈(202)과 제어 모듈을 사용하여 시각적 데이터를 볼 수도 있고 수술 로봇 시스템(100)에 명령을 입력할 수도 있다. 디스플레이 모듈(202)은 하나 이상의 정렬 센서에 의해 제공된 정보를 기반으로 환자 체내에서 작동하는 다양한 장치의 위치와 방향에 관한 정보를 보여주는 그래픽 GUI의 디스플레이를 가능케 한다. 이 정보는 센서와 결합된 전기 와이어 또는 송신기에 의해 수신 되고, 디스플레이 모듈(202)을 통해 정보를 보여주기 위해 정보를 처리하는 콘솔 베이스(201)로 전송된다.Display module 202 may include a virtual reality viewing device such as an electronic monitor, goggles, glasses, and / or other display device means. In some embodiments, the display module 202 may be integrated with a control module such as, for example, a tablet device with a touch screen. In addition, the user 205 may view the visual data using the integrated display module 202 and the control module and may input commands to the surgical robot system 100. Display module 202 enables display of a graphical user interface (GUI) that displays information regarding the location and orientation of various devices operating in the patient's body based on information provided by one or more alignment sensors. This information is received by an electrical wire or transmitter associated with the sensor and is transmitted to the console base 201, which processes the information to display information via the display module 202.

디스플레이 모듈(202)은 바이저(visor) 또는 고글과 같은 입체 장치를 사용해서 3D 이미지를 보여 줄 수 있다. 환자의 해부학의 컴퓨터 3D 모델인 “엔도뷰(endo view)”, 즉 내시경 관점 사진을 3D 이미지로 제공한다. “엔도뷰”는 환자의 몸 안의 가상 환경 및 환자 내부에서 내시경(118)의 예상 위치를 제공한다. 사용자(205)는 “엔도뷰” 모델과 실제 카메라 캡쳐 이미지를 비교함으로써 환경에 대해 적응하고 내시경(118)이 환자 내부에서 정확한 위치 또는 거의 정확한 위치에 있는지 여부를 확인할 수 있다. “엔도뷰”는 내시경(118)의 원위 단부 주변의 환자의 창자와 결장의 모양과 같은 해부학 구조에 대한 정보를 제공한다. 디스플레이 모듈(202)은 내시경(118)의 원위 단부 주변의 해부학적 구조에 대한 3D 모델과 컴퓨터 단층(CT) 촬영을 동시에 보여줄 수 있다. 뿐만 아니라 디스플레이 모듈(202)은 내시경(118)의 기 결정된 최적의 항행(navigation) 경로를 3D 모델과 CT 스캔에 중첩(overlay)시켜 보여줄 수 있다.The display module 202 may display a 3D image using a stereoscopic device such as a visor or goggles. Provides a 3D image of a patient ' s anatomy, a computer 3D model, " endo view, " The " end view " provides the virtual environment within the patient's body and the expected location of the endoscope 118 within the patient. The user 205 can adapt to the environment by comparing the " end view " model with the actual camera captured image and determine whether the endoscope 118 is in the correct or nearly correct position within the patient. &Quot; Endo view " provides information about the anatomy, such as the shape of the patient's bowel and colon, around the distal end of the endoscope 118. The display module 202 may simultaneously display a 3D model and a computer tomography (CT) photograph of the anatomical structure around the distal end of the endoscope 118. In addition, the display module 202 may overlay the predetermined optimal navigation path of the endoscope 118 on the 3D model and the CT scan.

일부 실시예에서, 내시경(118) 모델은 수술 절차의 상태를 나타내는데 도움을 주는 3D모델과 함께 보여진다. 예를 들어 CT 스캔은 해부학 구조에서 생검(biopsy)이 필요할 수 있는 병변(lesion)을 확인해 준다. 수술이 진행되는 동안 디스플레이 모듈(202)은 내시경(118)의 현 위치에 대응하는 내시경(118)의 캡쳐 이미지를 참고로 보여줄 수 있다. 디스플레이 모듈(202)은 사용자 설정과 특정 수술 절차에 따라 자동으로 내시경(118) 모델의 다른 시야를 보여줄 수 있다. 예를 들어 내시경(118)이 환자의 수술 부위로 근접해 가는 항행 절차 중에 디스플레이 모듈(202)은 내시경(118)의 오버 헤드 형광투시 뷰(overhead fluoroscopic view)를 보여준다.In some embodiments, the endoscope 118 model is shown with a 3D model to help indicate the status of the surgical procedure. For example, a CT scan identifies lesions that may require biopsy in anatomical structures. During the operation, the display module 202 can display a captured image of the endoscope 118 corresponding to the current position of the endoscope 118 as a reference. The display module 202 may automatically display different views of the endoscope 118 model according to user settings and certain surgical procedures. The display module 202 shows an overhead fluoroscopic view of the endoscope 118 during a navigational procedure where, for example, the endoscope 118 approaches the patient's surgical site.

I.B. 내시경I.B. Endoscope

도 3A는 일 실시예에 따른 내시경(118) 동작의 복수의 각도를 도시한다. 도 3A에 도시한 바와 같이, 내시경(118)의 선단(301)은 길이방향 축(306) (또한, 롤 축(306)이라 지칭됨)에 대해 영편각(zero deflection)으로 배향된다. 선단(301)의 다른 방향에서 이미지를 캡쳐하기 위해, 수술 로봇 시스템(100)은 선단(301)을 요축의 양의 방향(302), 요축의 음의 방향(303), 피치축의 양의 방향(304), 피치축의 음의 방향(305) 또는 롤축(306)을 중심으로 편향시킨다. 내시경(118)의 선단(301) 또는 본체(310)는 길이방향 축(306), x축(308) 또는 y축(309)을 중심으로 길어지거나 이동될 수 있다.3A shows a plurality of angles of endoscope 118 operation in accordance with one embodiment. The tip 301 of the endoscope 118 is oriented in zero deflection relative to the longitudinal axis 306 (also referred to as the roll axis 306), as shown in Figure 3A. To capture an image in the other direction of the tip 301, the surgical robot system 100 includes a tip 301 in a positive direction 302 of the yaw axis, a negative direction 303 in the yaw axis, 304) and biases the pitch axis about the negative direction (305) or the roll axis (306). The distal end 301 or body 310 of the endoscope 118 may be elongated or moved about a longitudinal axis 306, an x-axis 308, or a y-

내시경(118)은 내시경(118)의 위치를 측정하기 위한 참조 구조(reference structure)(307)를 포함한다. 예를 들어, 수술 로봇 시스템(100)은 참조 구조(307)에 대한 내시경(118)의 편향을 측정한다. 참조 구조(307)는 내시경(118)의 근위 단부에 위치하여 키(key), 슬롯(slot), 플랜지(flange)를 포함 할 수 있다. 참조 구조(307)는 초기 측정을 위해 제1 구동 메커니즘과 결합되며 수술 절차를 수행하기 위해 IDM (117)과 같은 제2 구동 메커니즘과 결합된다.The endoscope 118 includes a reference structure 307 for measuring the position of the endoscope 118. For example, the surgical robot system 100 measures the deflection of the endoscope 118 relative to the reference structure 307. The reference structure 307 may be located at the proximal end of the endoscope 118 and may include a key, a slot, and a flange. Reference structure 307 is coupled with a first drive mechanism for initial measurement and is coupled with a second drive mechanism, such as IDM 117, to perform surgical procedures.

도 3B는 일 실시예에 따른 내시경(118)의 상면도이다. 내시경(118)은 관형 구성요소 쉬스(sheath)(311)와 세로 정렬되어 안쪽으로 완전하게 또는 부분적으로 중첩되는 관형의 구성요소 리더(leader)(315) (또는 리더스코프(leaderscope))을 포함한다. 쉬스(311)는 근위 쉬스 부분(312)과 원위 쉬스 부분(313)을 포함한다. 리더(315)는 쉬스(311)보다 바깥 지름이 더 작으며 근위 리더 부분(316)과 원위 리더 부분(317)을 포함한다. 쉬스 베이스(314)와 리더 베이스(318)는 예를 들어, 수술 로봇 시스템(100) 사용자의 제어 신호를 기반으로 원위 쉬스 부분(313)과 원위 리더 부분(317)을 각각 작동시킨다. 쉬스 베이스(314)와 리더 베이스(318)는 예를 들어, 도 1에 도시된 IDM(117)의 일부 이다.3B is a top view of the endoscope 118 according to one embodiment. The endoscope 118 includes a tubular component leader 315 (or leadercope) that is vertically aligned with the tubular component sheath 311 and completely or partially overlaps inward . The sheath 311 includes a proximal sheath portion 312 and a distal sheath portion 313. The leader 315 is smaller in outer diameter than the sheath 311 and includes a proximal leader portion 316 and a distal leader portion 317. The sheath base 314 and the reader base 318 operate the distal sheath portion 313 and the distal leader portion 317, respectively, based on, for example, the control signal of the user of the surgical robot system 100. The sheath base 314 and the reader base 318 are, for example, part of the IDM 117 shown in FIG.

쉬스 베이스(314)와 리더 베이스(318)는 둘 다 쉬스(311)와 리더(315)에 결합된 풀 와이어를 제어하는 (가령, I.C. 기구 장치 조작기 섹션에서 도 3D를 참조하여 추가 설명되는 독립 구동 메커니즘과 같은) 구동 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 쉬스 베이스(314)는 쉬스(311)와 결합된 풀 와이어에 인장 하중을 발생시켜 원위 쉬스 부분(313)의 방향을 바꾼다. 마찬가지로, 리더 베이스(318)는 리더(315)와 결합된 풀 와이어에 인장 하중을 발생시켜 원위 리더 부분(317)의 방향을 바꾼다. 또한, 쉬스 베이스(314)와 리더 베이스(318) 둘 다 공기압, 전력, 전기 신호 또는 광 신호를 IDM에서 쉬스(311)와 리더(314)로 각각 전달하기 위한 커플링을 포함할 수도 있다. 풀 와이어는 쉬스(311) 또는 리더(315) 안쪽의 풀 와이어의 길이를 따라 강철 코일 파이프를 포함할 수 있으며, 이는 쉬스 베이스(314) 또는 리더 베이스(318)와 같은 하중의 원천으로 축 압축을 다시 전달한다.The sheath base 314 and the reader base 318 both control the pull wires coupled to the sheath 311 and the reader 315 Mechanism), as shown in FIG. For example, the sheath base 314 generates a tensile load on the pull wire coupled with the sheath 311 to change the direction of the distal sheath portion 313. Likewise, the reader base 318 generates a tensile load on the pull wires associated with the reader 315 to change the orientation of the distal leader portion 317. Both the sheath base 314 and the reader base 318 may also include couplings for delivering air pressure, power, electrical signals, or optical signals to the sheath 311 and the reader 314 at the IDM, respectively. The pull wire may include a steel coil pipe along the length of the pull wire inside the sheath 311 or the leader 315 which may cause axial compression with a source of load such as a sheath base 314 or a leader base 318 And pass it back.

쉬스(311)와 리더(315)에 결합된 풀 와이어가 제공하는 복수의 자유도로 인해 내시경(118)은 환자의 해부학 구조를 비교적 쉽게 탐색한다. 예를 들어 4개 이상의 풀 와이어가 쉬스(311) 및/또는 리더(315)에 사용될 수 있고 따라서 8개 이상의 자유도를 제공한다. 다른 실시예에서, 풀 와이어가 3개까지 사용될 수 있고 따라서 최대 6개의 자유도가 제공될 수 있다. 쉬스(311)와 리더(315)는 길이방향 축(306)을 따라 360도까지 회전될 수 있고 이에 따라 더 많은 움직임의 각도를 제공한다. 회전각과 복수의 자유도가 조합되면 수술 로봇 시스템(100)의 사용자는 보다 쉽고 직관적으로 내시경(118)을 제어 할 수 있다.Because of the multiple degrees of freedom provided by the pull wires coupled to the sheath 311 and the reader 315, the endoscope 118 relatively easily navigates the anatomy of the patient. For example, four or more pull wires may be used in the sheath 311 and / or the reader 315 and thus provide eight or more degrees of freedom. In another embodiment, up to three pull wires may be used and thus up to six degrees of freedom may be provided. The sheath 311 and the reader 315 can be rotated 360 degrees along the longitudinal axis 306 and thus provide more angular movement. When the rotation angle and the plurality of degrees of freedom are combined, the user of the surgical robot system 100 can more easily and intuitively control the endoscope 118.

도 3C는 일 실시예에 따른 내시경(118) 리더(315)의 원위 단부의 등각투상도이다. 리더(315)는 적어도 하나의 작업 채널(343)과 벽의 길이를 따라 도관을 통해 연장되는 풀 와이어를 포함한다. 예를 들어, 풀 와이어는 리더(315)의 근력(muscling) 및 곡선 정렬(curve alignment) 현상을 완화해 주도록 돕는 나선형 부분을 포함할 수 있다. 리더(315)는 (가령, 전하 결합 소자(CCD) 또는 상호 보완적 금속 산화물 반도체(CMOS) 카메라, 촬상 섬유 다발(imaging fiber bundle) 등과 같은) 촬상 기기(349), (발광 다이오드(LED), 광섬유 등과 같은) 광원(350) 및 다른 구성요소를 위한 최소 하나의 작업 채널(343)을 포함한다. 예를 들어, 다른 구성 요소들로 카메라 와이어, 주입 기기, 흡입 기기, 전기 와이어, 광섬유, 초음파 트랜스듀서, 전자기(EM) 감지 구성 요소, 광간섭단층촬영(OCT) 감지 구성요소가 포함된다. 일부 실시예에서, 리더(315)는 수술 도구와 같은 다른 기기의 삽입을 수용하는 작업 채널(343)을 만들기 위해 리더(315)의 긴 축을 따라 연장되는 공동을 포함한다.3C is an isometric view of the distal end of the endoscope 118 reader 315 according to one embodiment. The reader 315 includes at least one working channel 343 and a pull wire extending through the conduit along the length of the wall. For example, the pull wire may include a helical portion that helps to alleviate the muscling and curve alignment phenomenon of the reader 315. The reader 315 may include an imaging device 349 such as a charge coupled device (CCD) or complementary metal oxide semiconductor (CMOS) camera, an imaging fiber bundle, etc.), a light emitting diode (LED) A light source 350 (such as an optical fiber), and at least one working channel 343 for other components. Other components include, for example, camera wires, injection devices, suction devices, electrical wires, optical fibers, ultrasonic transducers, electromagnetic (EM) sensing components, optical coherence tomography (OCT) sensing components. In some embodiments, the reader 315 includes a cavity extending along the longitudinal axis of the reader 315 to create a working channel 343 that accommodates insertion of other devices, such as surgical instruments.

I.C. 기구 장치 조작기I.C. Mechanism Device Actuator

도 3D는 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템(100)의 기구 장치 조작기(117)의 등각투상도이다. 로봇 암(102)은 IDM(117)과 연접 인터페이스(articulating interface)(301)를 통해 결합된다. IDM(117)은 내시경(118)과 결합된다. 연접 인터페이스(301)는 공기압, 전력 신호, 제어 신호 및 피드백 신호를 로봇 암(102)과 IDM(117)으로부터 주고 받는다. IDM(117)은 기어헤드, 모터, 로터리 인코더(rotary encoder), 전원 회로, 제어 회로를 포함 할 수 있다. IDM(117)로부터 제어 신호를 수신하는 베이스(303)는 내시경(118)의 근위 단부와 결합된다. 신호에 응답하여, IDM(117)은 도 3E와 관련하여 추가 후술될 출력 샤프트를 작동시킴으로써 내시경(118)을 조작한다.3D is an isometric view of the instrumental device actuator 117 of the surgical robot system 100 according to one embodiment. The robot arm 102 is coupled to the IDM 117 through an articulating interface 301. The IDM 117 is coupled to the endoscope 118. The connection interface 301 receives the air pressure, the power signal, the control signal, and the feedback signal from the robot arm 102 and the IDM 117. The IDM 117 may include a gearhead, a motor, a rotary encoder, a power supply circuit, and a control circuit. The base 303, which receives control signals from the IDM 117, is coupled to the proximal end of the endoscope 118. In response to the signal, the IDM 117 operates the endoscope 118 by activating the output shaft, which will be described further below in conjunction with FIG. 3E.

도 3E는 일 실시예에 따른 도 3D에 도시된 기구 장치 조작기의 분해조립 등각투상도이다. 도 3E에서 아래 더 자세히 설명되는 내시경(118)의 독립적인 풀 와이어 또는 바스켓 장치를 각각 제어할 수 있는 출력 샤프트(305, 306, 307, 308)를 노출시키기 위해 내시경(118)은 IDM(117)에서 제거되었다.FIG. 3E is an exploded assembly isometric view of the instrument device actuator shown in FIG. 3D in accordance with one embodiment. Endoscope 118 is configured to expose IDM 117 to expose output shafts 305, 306, 307, and 308, respectively, that can control independent pull wires or a basket device of endoscope 118, Lt; / RTI >

II. 체하부 수술II. Subclavian surgery

도 4A는 일 실시예에 따른 모의 환자(408)의 체하부를 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템(400A)의 사시도이다. 수술 로봇 시스템(400A)은 (전체 5개의 로봇 암을 포함하는) 로봇 암 세트와 3개의 컬럼 링 세트를 포함한다. 제1 로봇 암(470A)고 제2 로봇 암(470B)은 제1 컬럼 링(405A)과 결합된다. 제3 로봇 암(470C)과 제4 로봇 암(470D)은 제2 컬럼 링(405B)과 결합된다. 제5 로봇 암(470E)은 제3 컬럼 링(405C)과 결합된다. 도 4A는 환자(408)의 체하부 부분 접근을 수반하는 가령 요관경 검사와 같은 수술 절차가 진행되는 동안 테이블(401)위에 누워 있는 환자(408)의 와이어 프레임(wireframe)을 도시한다. 수술 로봇 시스템(400A)의 일부를 가리지 않기 위해 환자(408)의 다리는 미도시 되었다.4A is a perspective view of a surgical robot system 400A with an arm mounted on a column configured to approach the lower sieve of a simulated patient 408 according to one embodiment. The surgical robot system 400A includes a set of robot arms (including a total of five robot arms) and three sets of column rings. The first robot arm 470A and the second robot arm 470B are engaged with the first column ring 405A. The third robot arm 470C and the fourth robot arm 470D are engaged with the second column ring 405B. And the fifth robot arm 470E is engaged with the third column ring 405C. 4A shows a wireframe of a patient 408 lying on a table 401 during a surgical procedure, such as, for example, a contouring examination involving access to a subclavian portion of a patient 408. Fig. The legs of the patient 408 were not shown so as not to cover some of the surgical robot system 400A.

수술 로봇 시스템(400A)은 로봇 암을 구성해 환자(408)의 체하부에 수술 절차를 시행하도록 한다. 구체적으로, 수술 로봇 시스템(400A)은 로봇 암 세트가 수술 기구(410)를 조작하도록 구성 한다. 로봇 암 세트는 환자(408)의 서혜부 안으로 가상 레일(490)을 따라 수술 기구(410)를 삽입한다. 일반적으로, 가상 레일(490)은 로봇 암 세트가 (가령, 텔레스코핑 기구(telescoping instrument)와 같은) 수술 기구를 따라 이동시키는 동축 궤적이다. 제2 로봇 암(470B), 제3 로봇 암(470C), 제5 로봇 암(470E)은 수술 기구(410)를 가령 잡고 있듯이 결합된다. 도 4A에 의하면, 제1 로봇 암(470A)과 제4 로봇 암(470D)은 수술 절차 동안 또는 적어도 일부의 수술 절차 동안은 필요없기 때문에 시스템 옆에 보관되어 있다. 로봇 암은 환자(408)로부터 떨어진 곳에서 수술 기구(410)를 조작하도록 구성된다. 이것이 장점이 되는 이유는 예를 들어, 환자의 신체와 가까울수록 공간이 한정적인 경우가 종종 있고 또는 환자(408)의 주변에 멸균 경계가 존재하기 때문이다. 뿐만 아니라, 수술 장치 주변에는 멸균 드랩이 또한 있을 수 있다. 수술 절차 동안에는 멸균 처리된 물체만이 멸균 경계를 넘을 수 있도록 허락된다. 따라서, 수술 로봇 시스템(400A)은 멸균 경계 밖에 위치하며 수술 절차 수행을 위해 멸균 드랩으로 덮인 로봇 암을 여전히 사용할 수 있다.The surgical robot system 400A constructs a robot arm to perform surgical procedures under the body of the patient 408. [ Specifically, the surgical robot system 400A configures the robot arm set to operate the surgical instrument 410. [ The robotic arm set inserts the surgical instrument 410 along the virtual rail 490 into the inguinal portion of the patient 408. Generally, the virtual rail 490 is a coaxial trajectory that moves a set of robotic arms along a surgical instrument (e.g., a telescoping instrument). The second robot arm 470B, the third robot arm 470C, and the fifth robot arm 470E are coupled as if they were holding the surgical instrument 410, for example. According to Fig. 4A, the first robotic arm 470A and the fourth robotic arm 470D are kept beside the system since they are not needed during the surgical procedure or at least during some surgical procedures. The robot arm is configured to manipulate the surgical instrument 410 away from the patient 408. This is an advantage because, for example, space closer to the patient's body is often limited, or there is a sterile boundary around the patient 408. [ In addition, there may also be sterile drapes around the surgical device. During the surgical procedure, only the sterilized object is allowed to cross the sterilization boundary. Thus, the surgical robot system 400A is still outside the sterilization boundary and can still use a robotic arm that is covered with sterile drapes for performing surgical procedures.

일 실시예에서, 수술 로봇 시스템(400A)은 환자(408)에게 내시경 수술 절차를 수행하기 위해 로봇 암 세트를 구성한다. 로봇 암 세트는 가령 수술 기구(410)와 같은 내시경을 잡고 있다. 로봇 암 세트는 내시경을 환자(408)의 서혜부의 개구를 통해 환자의 신체 안으로 삽입한다. 내시경은 세경 연성 관형 도구로 카메라 및 광케이블과 같은 광학 구성요소를 포함한다. 광학 구성요소는 환자의 체내 일부의 이미지를 나타내는 데이터를 수집한다. 수술 로봇 시스템(400A)의 사용자는 해당 데이터를 사용해 내시경술 시행을 돕는다.In one embodiment, the surgical robot system 400A constitutes a set of robotic arms for performing an endoscopic surgical procedure on the patient 408. [ The robot arm set holds an endoscope such as the surgical instrument 410, for example. The robotic arm set inserts the endoscope through the opening in the inguinal portion of the patient 408 into the patient ' s body. Endoscopes are narrow-gauge tubular instruments that include optical components such as cameras and optical cables. The optical component collects data representing an image of a portion of the patient's body. The user of the surgical robot system 400A assists in endoscopic surgery using the data.

도 4B는 일 실시예에 따른 환자(408)의 체하부에 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템(400A)의 상면도이다.4B is a top view of a surgical robot system 400A with an arm mounted on a column configured to approach the lower portion of a patient 408 according to one embodiment.

도 4C는 일 실시예에 따른 환자(408)의 체하부를 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템(400B)과 촬상 기기(440)의 사시도이다. 수술 로봇 시스템(400B)은 환자(408)의 서혜부를 노출시키기 위해 환자(408)의 발을 받쳐줄 수 있는 한 쌍의 발걸이(420)를 포함한다. 일반적으로, 촬상 기기(440)는 환자(408) 체내 신체 부위 또는 다른 물체들의 이미지를 캡쳐한다. 촬상 기기(440)는 주로 형광 투시법을 사용하는 수술 절차에 사용되며 모바일 C-암(c-arm)이라고도 지칭되는 C-암 또는 다른 종류의 촬상 기기일 수 있다. C-암은 발전기, 탐지기, 촬상 시스템(미도시)을 포함한다. 발전기는 C-암의 바닥 단부와 결합되어 환자(408)쪽 방향으로 위를 향해 있다. 탐지기는 C-암의 상단부와 결합되어 환자(408)쪽 방향으로 아래를 향해 있다. 발전기는 환자(408)쪽으로 엑스레이 파동을 방출한다. 엑스레이 파동은 환자(408)를 침투해 탐지기에 의해 수신된다. 수신된 엑스레이 파동을 기반으로 촬상 시스템(440)은 환자(408)의 신체 부분 또는 다른 물체들의 이미지를 생성한다. 테이블(119)의 회전 부분(210)은 환자(408)의 서혜부가 C-암 촬상 기기(440)의 발전기와 탐지기 사이에 정렬되도록 측면으로 회전된다. C-암은 물리적으로 큰 기기로서 설치면적은 사용 중 환자 아래쪽에 배치된다. 특히, C-암의 발전기는 예를 들어 복부 부분과 같이 환자의 수술 부위 아래쪽에 배치된다. 보통 컬럼에 장착된 수술 침대에서 컬럼이 C-암 발전기를 위치시키는 것을 방해할 수 도 있는데 왜냐하면 예컨대 컬럼 또한 수술 부위 아래쪽에 있기 때문이다. 반대로, 회전 부분(210)의 구성 용이성으로 인하여, 수술 로봇 시스템(400B)은 C-암, 로봇 암 및 (가령, 의사와 같은) 사용자가 환자 신체의 작업 부위에 수술 절차를 시행하기 위해 충분한 접근 범위를 가질 수 있도록 테이블(119)을 구성 할 수 있다. 한 예시적인 사용 사례에서, 테이블(119)은 로봇 암이 테이블(119) 위 환자의 서혜부 또는 하복부 영역을 접근할 수 있도록 테이블(119)의 길이방향 축을 따라 측면으로 이동된다. 또 다른 예시적인 사용 사례에서, 회전 부분(210)을 컬럼(121)에서 멀어지도록 회전시키면, C-암(440)의 발전기가 환자(408)의 서혜부 아래쪽으로 위치될 수 있다. 회전 부분(210)은 환자가 회전 부분(210)위에 누워 있는 상태에서 수술 로봇 시스템을 넘어뜨리지 않고 테이블(119)의 길이방향 축을 중심으로 적어도 15도 회전 될 수 있다. 특히, 수술 로봇 시스템은 (가령, 적어도 테이블, 침대, 베이스의 무게중심을 합친 것과 같은) 수술 로봇 시스템의 무게 중심이 베이스의 설치 면적 위에 있기 때문에 넘어지지 않는다.4C is a perspective view of a surgical robot system 400B and an imaging device 440 with an arm mounted on a column configured to approach the lower sieve of a patient 408 according to one embodiment. The surgical robot system 400B includes a pair of feet 420 that can support the feet of the patient 408 to expose the ingrown portion of the patient 408. [ Generally, the imaging device 440 captures an image of a body part or other objects in the body 408 of the patient. The imaging device 440 may be a C-arm or other type of imaging device, which is primarily used in surgical procedures using fluoroscopy and is also referred to as a mobile C-arm. The C-arm includes a generator, a detector, and an imaging system (not shown). The generator is associated with the bottom end of the C-arm and is oriented upwardly toward the patient 408. [ The detector is coupled with the upper end of the C-arm and is directed downward toward the patient 408. The generator emits x-ray waves toward the patient 408. The X-ray wave penetrates the patient 408 and is received by the detector. Based on the received x-ray wave, the imaging system 440 generates an image of the body part of the patient 408 or other objects. The rotating portion 210 of the table 119 is laterally rotated so that the ingrown portion of the patient 408 is aligned between the generator and the detector of the C-arm imaging device 440. The C-arm is a physically large appliance with the footprint placed under the patient during use. In particular, the generator of the C-arm is disposed under the surgical site of the patient, such as, for example, the abdominal portion. Usually columns in a surgical bed mounted on a column can interfere with positioning the C-arm generator because, for example, the column is also under the surgical site. Conversely, due to the ease of configuration of the rotating portion 210, the surgical robot system 400B may be configured to provide sufficient access to the C-arm, the robotic arm, and the user (e.g., a physician) The table 119 can be configured to have a range. In one exemplary use case, the table 119 is laterally moved along the longitudinal axis of the table 119 so that the robotic arm can access the inguinal or lower abdomen region of the patient on the table 119. In another exemplary use case, rotating the portion of rotation 210 away from the column 121, the generator of the C-arm 440 may be positioned below the inguinal portion of the patient 408. The rotating portion 210 can be rotated at least 15 degrees about the longitudinal axis of the table 119 without dropping the surgical robot system with the patient lying on the rotating portion 210. [ In particular, a surgical robot system does not fall because the center of gravity of the surgical robot system (such as at least the sum of the center of gravity of the table, bed, and base) is above the footprint of the base.

수술 로봇 시스템(400B)은 컬럼에 장착된 암을 사용해서 수술 기구(410)를 조작한다. 각각의 로봇 암은 수술 기구(410)를 가령 잡고 있듯이 결합된다. 수술 로봇 시스템(400B)은 로봇 암을 이용해 환자의 서혜부 안으로 가상 레일(490)을 따라 수술 기구(410)를 삽입한다.The surgical robot system 400B operates the surgical instrument 410 using an arm mounted on the column. Each of the robotic arms is coupled as if it were holding the surgical instrument 410, for example. The surgical robot system 400B inserts the surgical instrument 410 along the virtual rail 490 into the inguinal part of the patient using the robot arm.

도 4D는 일 실시예에 따른 촬상 기기(440)와 환자(408)의 체하부를 접근하도록 구성된 컬럼에 장착된 암이 있는 수술 로봇 시스템(400B)의 상면도이다.4D is a top view of a surgical robot system 400B with an imaging device 440 according to one embodiment and an arm mounted on a column configured to approach the lower sieve of a patient 408. Fig.

III. 바스켓 장치III. Basket device

도 5A 내지 도 5F와 관련해 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치가 설명된다. 도 5A는 바스켓 장치의 측면도이다. 도 5B와 도5C는 일 실시예에 따른 바스켓 장치가 요로 결석과 같은 물체를 포획하는데 어떻게 사용되는지를 도시한다. 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치(500)는 앞서 설명한 IDM(117)과 같은 본 명세서 및 앞서 설명된 여하한 IDM과 작동적으로, 제거 가능하게 결합된다. 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치(500)는 피험자 또는 환자에 자연적 또는 인위적으로 만든 구멍을 통해 전진되어 피험자 또는 환자의 체내 표적 물체를 포획할 수 있다. 예를 들어, 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치(500)는 신장 결석(ST)을 포획하기 위해 로봇 수술 시스템(100)을 통해 요도나 선택적으로 방광, 요관, 및/또는 신장을 통해 전진될 수 있다. 일례로, 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치(500)는 담석을 포획하기 위해 담낭 안으로 전진될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치(500)는 카테터(catheter), 요관경, 내시경 또는 (가령 1.2mm 이내의 지름의 작업 채널과 같은) 유사한 기기의 다른 작업 채널을 통해 전진될 수 있다. 이들 실시예에서, 내시경 기구의 추가는 축방향 지지력 및 강성을 제공하는 동시에 또한 시야, 탐색 및 위치 파악 기능과 같은 추가적인 기능을 제공한다.A robotically steerable basket device is described with reference to Figures 5A-5F. 5A is a side view of the basket device. Figures 5B and 5C illustrate how a basket device according to one embodiment is used to capture an object such as urinary stones. The robotic steerable basket device 500 is removably coupled operatively with any of the IDMs described herein and previously described, such as the IDM 117 described above. The robotically steerable basket device 500 may be advanced through the naturally or artificially created hole in the subject or patient to capture the subject or the patient's target object in the body of the patient. For example, the robotically steerable basket device 500 may be advanced through the urethra or optionally through the bladder, ureter, and / or kidney through the robotic surgery system 100 to capture kidney stones (ST) . In one example, a robotic steerable basket device 500 may be advanced into the gallbladder to capture gallstones. In some embodiments, the robotic steerable basket device 500 may be advanced through a catheter, a bore, an endoscope, or other working channel of a similar device (such as a working channel of diameter within 1.2 mm) have. In these embodiments, the addition of an endoscopic instrument provides axial support force and rigidity while also providing additional functions such as vision, seek and localization functions.

로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치(500)는 IDM(117)과 제거 가능하게 및 작동적으로 결합하기 적합한 핸들 또는 도구 베이스(510)를 포함 할 수 있다. 도구 베이스(510)는 출력 샤프트 또는 IDM의 구동 장치와 결합하기 위해 여러 개의 캡스턴(capstans)(520)을 포함하며 IDM은 캡스턴(520) 뿐만 아니라 그것에 결합된 다른 구동 요소들을 작동 시킬 수 있다. 바스켓 장치(500)는 여러 개의 풀 와이어(530) (또한 텐던으로도 지칭됨)을 포함한다. 풀 와이어(530)의 한쪽 단부는 캡스턴(520)과 결합된다. 풀 와이어(530)는 장치(500)의 긴 축을 따라 직선으로 이어지며 외부 지지 샤프트(540)가 늘어짐과 꼬임을 방지해 준다. 외부 지지 샤프트(540)는 복수의 내강(lumens)과 채널을 포함할 수도 있으며 이를 통해 풀 와이어(530)는 장치(500)의 긴 축 방향을 따라 이동할 수도 있다. 외부 지지 샤프트(540)는 연성일 수도 있어서 바스켓 장치(500)가 요도나 요관과 같은 굴곡진 관 조직 또는 신체 통로를 전진하는 것을 용이하게 한다. 장치(500)는 또한 축방향 강성과 지지력을 위해 내부 샤프트(560)를 포함할 수 있다. 장치(500)는 내시경(118)과 같은 기구의 작업 채널로 삽입되도록 구성될 수 있다.The robotic steerable basket device 500 may include a handle or tool base 510 adapted to removably and operatively engage the IDM 117. The tool base 510 includes a plurality of capstans 520 for engaging the drive shaft of the output shaft or IDM and the IDM can actuate the capstan 520 as well as other drive elements associated therewith. The basket device 500 includes a plurality of pull wires 530 (also referred to as tendons). One end of the pull wire 530 is coupled to the capstan 520. The pull wires 530 extend straight along the long axis of the apparatus 500 and prevent the outer support shaft 540 from sagging and kinking. The outer support shaft 540 may include a plurality of lumens and channels through which the pull wires 530 may move along the longitudinal axis of the device 500. The external support shaft 540 may be compliant so that the basket device 500 facilitates advancing the curved tube tissue or body passageway such as the urethra or ureter. The apparatus 500 may also include an inner shaft 560 for axial stiffness and bearing capacity. The device 500 may be configured to be inserted into a working channel of a device such as the endoscope 118.

풀 와이어(530)들은 바스켓 장치(500)의 최원위(distal-most) 선단(552)에서 서로 결합 될 수 있다. 예를 들어, 바스켓 장치(500)는 2개의 다른 풀 와이어(530) 쌍을 포함할 수 있으며 각각의 풀 와이어 쌍이 형성한 루프의 선단은 선단(552)에서 서로 결합되고 각각의 풀-와이어의 두 단부는 외부 지지 샤프트(540)의 반대쪽의 주변 채널 또는 내강(548)을 통해 빠져나간다. 풀 와이어 루프의 두 선단은 임의의 수의 방법으로 서로 결합될 수 있다. 예를 들어 함께 납땜, 압착, 편조하거나, 접착제로 붙이거나, 봉합선이나 다른 실로 묶는 것 등이 가능하다. 함께 연결되면, 루프를 형성하는 각각의 풀 와이어 쌍은 특정 실행의 경우 선호하는 바에 따라 또한 단일 풀 와이어라 지칭될 수 있다.The pull wires 530 may be coupled to each other at the distal-most distal end 552 of the basket device 500. For example, the basket device 500 may include two different pairs of pull wires 530, and the ends of the loops formed by each pair of pull wires are coupled together at a tip 552, The end exits through the peripheral channel or lumen 548 on the opposite side of the outer support shaft 540. The two ends of the pull wire loop may be coupled together in any number of ways. For example, soldering, squeezing, braiding, glueing, suturing or bundling with other seams. When coupled together, each pair of pull wires forming the loop may also be referred to as a single pull wire, as desired for a particular implementation.

도구 베이스(510)가 IDM과 결합되면, 캡스턴(520)은 풀 와이어(530)가 가령 외부 지지 샤프트(540)에 대해 축(긴 축) 방향을 따라 근위 또는 원위 방향으로 이동할 수 있도록 풀 와이어(530)를 작동시킨다. 하나 이상의 풀 와이어(530)는 예를 들어 각각의 캡스턴(520)에 의해 서로 독립적으로 이동될 수 있다.When the tool base 510 is coupled with the IDM, the capstan 520 is pulled from the pull wire 530 so that the pull wire 530 can move in the proximal or distal direction along the axis (long axis) 530). The one or more pull wires 530 may be moved independently of each other, for example, by respective capstans 520.

풀 와이어(530)의 원위 단부는 원위 와이어 바스켓(550)을 형성하기 위해 외부 지지 샤프트(540)의 원위 단부(544)로부터 연장될 수 있다. 풀 와이어(530)의 원위 단부는 바스켓(550)이 외부 지지 샤프트(540) 안으로 접힐 수 있도록 외부 지지 샤프트(540)의 근위 단부(542)에 위치한 캡스턴(520)에 의해 수축될 수 있다. 바스켓(550)이 외부 지지 샤프트(540) 안으로 수축하면 바스켓 장치(500)의 외형이 줄어들어 관 조직 또는 신체 통로 안으로 바스켓 장치(500)의 전진을 용이하게 한다. 일부 실시예에서, 장치(500)는 내시경 장치의 작업 채널을 통해 배치될 수 있으며, 유사하게 바스켓 장치(500)의 외형을 줄이기 위해 장치(500)는 내시경 장치에 대해 수축될 수 있다. 반대로, 캡스턴(520)은 바스켓(550)을 확장하기 위해 풀 와이어(530)를 외부 지지 샤프트(540)로부터 연장되도록 작동될 수 있다. 예를 들어, 바스켓(550)은 외부 지지 샤프트(540)의 원위 단부(544)가 결석(ST) 근처에 위치되면, 결석(ST)을 포획하기 위해 확장될 수 있다.The distal end of the pull wire 530 may extend from the distal end 544 of the outer support shaft 540 to form a distal wire basket 550. The distal end of the pull wire 530 may be retracted by the capstan 520 located at the proximal end 542 of the outer support shaft 540 such that the basket 550 may be folded into the outer support shaft 540. When the basket 550 is retracted into the external support shaft 540, the external shape of the basket device 500 is reduced to facilitate advancement of the basket device 500 into the tissue or body passage. In some embodiments, the device 500 may be disposed through a working channel of the endoscopic device, and similarly, the device 500 may be retracted relative to the endoscopic device to reduce the contour of the basket device 500. Conversely, the capstan 520 may be actuated to extend the pull wire 530 from the outer support shaft 540 to extend the basket 550. For example, the basket 550 can be expanded to capture the stones ST when the distal end 544 of the outer support shaft 540 is positioned near the stones ST.

바스켓(550)은 바스켓(550)의 크기에 변화를 주기 위해 연장의 길이를 다르게 조절해 외부 지지 샤프트(540)로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 5B 내지 도 5C에 도시된 바와 같이, 처음에는 바스켓(550)을 연장해 확장된 크기가 되도록 할 수 있고, 결석(ST)을 바스켓(550) 안으로 포획한 후 바스켓(550) 안에 결석을 확보하기 위해 바스켓(550)은 부분적으로 접힌 상태 (즉, 크기가 줄어든 상태)가 될 수 있다. 도 5B에서 추가로 설명되듯이, 풀 와이어(530)는 결석(ST)의 포획을 용이하게 하기 위해 바스켓(550)을 조향 또는 기울이도록 선택적으로 작동될 수 있다. 외부 지지 샤프트(540)는 풀 와이어(530)가 차동적으로(differentially) 작동될 때 풀 와이어(530)에 대해 고정된 상태가 되도록 할 수 있다. 바스켓(550)은 360° 동작 범위를 가질 수 있도록 풀 와이어(530)의 차동 작동에 의해 임의의 수의 방향으로 조향될 수 있다. 예를 들어, 개별적인 풀 와이어(530)의 한 단부는 부동의 상태를 유지하는 반면 다른 단부는 당기거나 미는 움직임을 통해 바스켓(550)을 움직이는 단부 쪽으로 각각 가까워지거나 멀어지도록 기울일 수 있다. 다른 예시에서, 풀 와이어(530)의 개별적인 단부들은 기울임의 각도 및/또는 방향에 변화를 주기 위해 차동적으로 당겨지거나, 밀리거나, 부동의 상태를 유지할 수 있다.The basket 550 may extend from the outer support shaft 540 by varying the length of the extension to vary the size of the basket 550. For example, as shown in FIGS. 5B to 5C, the basket 550 may be extended to an expanded size, and after the stones ST are captured into the basket 550, The basket 550 may be in a partially collapsed state (i.e., reduced in size) in order to secure the stones. As further described in FIG. 5B, the pull wire 530 may be selectively activated to steer or tilt the basket 550 to facilitate capture of the stones ST. The outer support shaft 540 may be brought into a fixed state relative to the pull wire 530 when the pull wire 530 is operated differentially. The basket 550 can be steered in any number of directions by differential operation of the pull wires 530 to have a 360 ° operating range. For example, one end of the individual pull wire 530 may remain floating, while the other end may be tilted so as to approach or move away from the moving end of the basket 550, respectively, by pulling or pushing movement. In another example, the individual ends of the pull wire 530 may be differentially pulled, pushed, or held in a floating state to impart a change in the angle and / or direction of tilting.

캡스턴(520) 움직임의 각도는 바스켓(550)의 기울임 각도 및/또는 방향, 또한 현재 크기를 나타낸다. 따라서, 일부 실시예에서, 로봇 시스템 및 특히 IDM은 캡스턴(520), 구동 장치(들), 또는 출력 샤프트(들)로부터의 피드백 또는 정보를 기반으로 바스켓(550)의 시각화 없이도 피험자 또는 환자 신체 안에 위치한 바스켓(550)의 현재 구성을 결정 및/또는 추적할 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 바스켓(550)은 현재 구성을 결정 및/또는 추적하기 위해 시각화 될 수 있다. 풀 와이어(530)는 형상 기억 소재(shape memory material) 또는 금속 (가령, 니티놀과 같은 니켈 티타늄 합금)으로 형성될 수 있어서 풀 와이어(530)의 원위 단부는 무응력 상태 및/또는 체온에서 바스켓 형상이 되도록 편향될 수 있다.The angle of movement of the capstan 520 indicates the tilt angle and / or orientation of the basket 550, as well as the current size. Thus, in some embodiments, the robotic system, and in particular the IDM, may be coupled to the subject or patient body without visualization of the basket 550 based on feedback or information from the capstan 520, driver (s), or output shaft (s) May determine and / or track the current configuration of the located basket (550). Alternatively or in combination, the basket 550 may be visualized to determine and / or track the current configuration. The pull wire 530 may be formed of a shape memory material or a metal (e.g., a nickel titanium alloy such as Nitinol) so that the distal end of the pull wire 530 is in a stressed state and / . ≪ / RTI >

도 5D, 5E, 5F는 내시경 장치의 작업 채널 안에서 사용하도록 의도된 실시예의 다른 뷰를 도시한다. 도 5D는 바스켓 장치의 외부 지지 샤프트의 사시도를 도시하며 도 5E는 외부 지지 샤프트의 클로즈업된 측면도를 도시한다. 도 5E에서 도시되었듯이 외부 지지 샤프트(540)는 정사각형 또는 다이아몬드 모양의 횡단면을 가질 수 있다. 원, 타원, 계란형, 삼각형, 사각형, 직사각형, 오각형, 별, 육각형 및 다른 다각형 모양과 같은 여러 모양이 외부 지지 샤프트(540)의 횡단면으로 또한 고려된다. 외부 지지 샤프트(540)는 중앙 작업 채널(546)과 복수의 주변 채널(548)을 포함할 수 있다. 풀 와이어(530)는 주변 채널(548) 내부에 위치될 수 있다. 가이드 와이어, (쇄석술을 위한 레이저 섬유와 같은) 추가 치료 장치, 또는 (촬상 기기나 카메라와 같은) 진단 장치가 표적 부위 또는 포획된 결석(ST)과 같은 물체에 도달하기 위해 중앙 채널(546)을 통해 전진될 수 있다.Figures 5D, 5E, 5F show another view of an embodiment intended for use within the working channel of an endoscopic device. Figure 5D shows a perspective view of the external support shaft of the basket device and Figure 5E shows a close-up side view of the external support shaft. As shown in FIG. 5E, the outer support shaft 540 may have a square or diamond-like cross-section. Various shapes such as circle, ellipse, egg shape, triangle, square, rectangle, pentagon, star, hexagon and other polygonal shapes are also considered as the cross-section of the outer support shaft 540. The outer support shaft 540 may include a central working channel 546 and a plurality of peripheral channels 548. The pull wire 530 may be located within the peripheral channel 548. [ A guide wire, an additional treatment device (such as laser fiber for lithotripsy), or a diagnostic device (such as an imaging device or a camera) may be used to provide a central channel 546 for reaching an object such as a target site or captured stone ST ≪ / RTI >

외부 지지 샤프트(540)는 또한 복수의 둥근 꼭지점 또는 모서리(543)를 포함할 수 있고 이를 통해 주변 채널(548)이 위치하고 풀 와이어(530)가 이동한다. 외부 지지 샤프트(540) 외부 표면에 슬롯이 있는 옆 모서리(541)는 오목한 모양일 수 있어서 적어도 부분적으로 곡선 모서리(543)로 되어있고 이곳에 주변채널(548)이 위치해 외부 지지 샤프트(540)의 복수의 세장형 슬롯 또는 채널을 형성한다. 슬롯이 있는 옆모서리(541)는 외부 지지 샤프트 모서리에 조직 침착(apposition)이 되는 현상을 저해함으로써 바스켓 장치(500)의 전진을 용이하게 할 수 있다. 바스켓 장치(500)가 관 조직이나 신체 통로 또는 내시경 장치의 작업 채널을 통해 위치 되면, 슬롯이 있는 옆모서리(541)는 외부 지지 샤프트(540)와 관 조직, 신체 통로의 내부 벽 또는 작업 채널 사이에 유체 세척 및/또는 흡인 기능을 위한 충분한 공간을 제공할 수 있다.The outer support shaft 540 may also include a plurality of rounded corners or edges 543 through which the peripheral channels 548 are located and the pull wires 530 move. A side edge 541 with a slot in the outer surface of the outer support shaft 540 may be concave and at least partially into a curved edge 543 in which the peripheral channel 548 is located to define the outer support shaft 540 Thereby forming a plurality of elongated slots or channels. The slotted side edge 541 can facilitate advancement of the basket device 500 by inhibiting the phenomenon of tissue apposition at the edge of the outer support shaft. When the basket device 500 is positioned through the working channel of the tubing or body passageway or endoscope device, the slotted side edge 541 is positioned between the outer support shaft 540 and the inner wall of the body passageway or between the working channels / RTI > may provide sufficient space for fluid cleaning and / or aspiration functions.

도 5F는 일 실시예에 따른 도 5D에 도시된 기기와 같은 로봇식으로 조향 가능한 바스켓 장치의 사시도를 확대해 외부 지지 샤프트(540)의 원위 단부(544)와 주변 채널(548) 밖으로 빠져 나가는 풀 와이어를 함께 도시한다. 5F is an enlarged perspective view of a robotic steerable basket device such as the device shown in FIG. 5D according to one embodiment to provide a pullout that extends out of the distal end 544 of the outer support shaft 540 and the perimeter channel 548. FIG. The wires are shown together.

도 6A 내지 도 6C는 일 실시예에 따른 확장된 바스켓의 모양의 예시를 보여준다. 바스켓(550)이 확장되면 (가령, 외부 지지 샤프트(540) 안으로 완전히 접히지 않았거나 내시경 장치의 원위 단부를 지나 연장되면) 도 5A에 도시된 타원형과 같은 임의의 수의 모양을 가질 수 있다. 대안적으로, 도 6A는 바스켓(550B)이 둥근 모양의 실시예를 도시한다. 또 다른 대안으로, 도 6B는 바스켓(550B)이 굴곡진 해부학 내부에서 도달하는 기능을 향상시키기 위해 집게(jaws) 모양이 되도록 풀 와이어가 어느 정도 또는 완전한 강성의 톱니 모양(554)이 된 실시예를 도시한다. 또 다른 대안으로, 도 6C는 굴곡진 해부학 내부에서 도달하는 기능의 대안으로 바스켓(550C)이 소용돌이 형태 또는 나선 모양의 풀 와이어로 구성된 실시예를 도시한다.Figures 6A-6C illustrate examples of shapes of an extended basket according to one embodiment. May have any number of shapes, such as the oval shape shown in FIG. 5A, when the basket 550 is expanded (e.g., not fully folded into the outer support shaft 540 or extending beyond the distal end of the endoscope device). Alternatively, FIG. 6A shows an embodiment in which the basket 550B is rounded. 6B shows an embodiment in which the pull wires are of a certain or full rigid serration 554 such that the basket 550B is shaped like jaws to improve the ability of the basket 550B to reach inside the curved anatomy. / RTI > As another alternative, Fig. 6C shows an embodiment in which basket 550C, as an alternative to the function reaching inside a curved anatomy, is constructed of a swirl-like or spiral full wire.

도 7A 내지 도 7E는 일 실시예에 따른 포획된 결석을 파쇄하기 위해 바스켓 장치를 사용하는 다양한 기법을 도시한다. 포획된 결석은 다양한 방법으로 파쇄될 수 있다.Figures 7A-7E illustrate various techniques for using a basket device to break trapped stones in accordance with one embodiment. Captured stones can be disrupted in a variety of ways.

도 7A는 일 실시예에 따른 포획된 결석을 파쇄하기 위한 레이저 또는 광섬유의 주입을 도시한다. 포획된 결석(ST)은 레이저 또는 광 에너지로 파쇄될 수 있고 이는 레이저 쇄석술이라 지칭된다. 이러한 사용사례에서, 레이저 또는 광섬유(562)는 도구 베이스 또는 핸들(510)로부터 도입되며 레이저 선단 또는 광학 요소가 바스켓(550)의 근위 단부에 위치되도록 중앙 작업 채널(546)을 통해 전진된다. 중앙 작업 채널(546)은 가령 100-300 μm 지름으로 레이저 또는 광섬유를 수용할 수 있는 적절한 크기를 가진다. 레이저 또는 광섬유는 레이저 선단 또는 광학 요소의 지시에 따라 포획된 결석(ST)를 파쇄할 수 있도록 레이저 또는 빛 에너지를 레이저 전달한다. 대안적으로 또는 조합하여, 유체는 중앙 작업 채널(546)을 통해 세척 또는 흡인될 수 있다. 대안적으로, 유체는 도 5E와 관련하여 설명된 것과 같이 슬롯이 있는 옆모서리(541)를 통해 세척 및/또는 흡인될 수 있다. FIG. 7A illustrates injection of a laser or optical fiber to break up trapped stones according to one embodiment. The captured stones ST can be broken down by laser or light energy, which is referred to as laser lithotripsy. In this use case, a laser or optical fiber 562 is advanced through the central working channel 546 such that it is introduced from the tool base or handle 510 and the laser tip or optical element is positioned at the proximal end of the basket 550. The central working channel 546 has an appropriate size to accommodate a laser or optical fiber, for example, with a diameter of 100-300 μm. A laser or fiber optic transmits a laser or light energy to break up stones (ST) that are trapped according to the instructions of the laser tip or optical element. Alternatively, or in combination, the fluid may be cleaned or aspirated through the central working channel 546. Alternatively, the fluid may be cleaned and / or sucked through the slotted side edge 541 as described in connection with FIG. 5E.

또한, 포획된 결석(ST)은 다양한 기계적인 방법으로도 파쇄될 수 있다. 예를 들어, 중앙 채널(546)(미도시)을 통해 초음파가 적용될 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 기계적인 기구는 중앙 채널(546)을 통해 전진될 수 있으며 기계적인 기구는 포획된 결석을 분쇄하기 위해 사용될 수 있다.In addition, the captured stones ST can be broken by various mechanical methods. For example, ultrasonic waves may be applied through a central channel 546 (not shown). Alternatively, or in combination, the mechanical instrument can be advanced through the central channel 546 and the mechanical instrument can be used to crush the trapped stones.

도 7B는 일 실시예에 따른 포획한 결석을 파쇄하기 위한 기계 드릴의 삽입을 도시한다. 기계적인 드릴 비트(drill bit)(564)는 외부 지지 샤프트(540)의 중앙 작업 채널(546)을 통해 전진된다. 도구 베이스(510)의 근위부에 위치한 회전 모터는 드릴 비트(564)를 바스켓(550)에서 회전시켜 포획된 결석(ST)을 파쇄한다.Figure 7B illustrates the insertion of a mechanical drill to break up captured stones in accordance with one embodiment. The mechanical drill bit 564 is advanced through the central working channel 546 of the outer support shaft 540. A rotating motor located proximal to the tool base 510 rotates the drill bit 564 in the basket 550 to break up the trapped stones ST.

도 7C와 7D는 일 실시예에 따른 포획된 결석을 파쇄하기 위한 끌의 사용을 도시한다. 도 7C의 실시예에서, 끌(566)은 외부 지지 샤프트(540)의 중앙 작업 채널(546)을 통해 전진된다. 끌(566)은 도구 베이스(510)의 근위부에 위치한 왕복동식 모터(미도시)로 작동된다. 왕복동식 모터는 축을 따라 근위 및 원위 방향으로 끌(566)을 구동할 수 있다. 도 7D의 실시예에서, 끌(566)은 포획된 결석(ST)을 파쇄하기 위해 장치(500)로부터 분리된 기기로부터 원위 방향과 같은 다른 방향에서 제공되며, 따라서 바스켓 장치(500)를 통해 전진되지 않는다. 이런 경우, 바스켓 장치(500)의 작업 채널(546)은 결석 조각을 적출하는데 사용될 수 있다.Figures 7C and 7D illustrate the use of a chisel to fracture trapped stones according to one embodiment. 7C, the chisel 566 is advanced through the central working channel 546 of the outer support shaft 540. As shown in FIG. The chisel 566 is actuated by a reciprocating motor (not shown) located proximal to the tool base 510. The reciprocating motor can drive the chutes 566 in the proximal and distal directions along the axis. 7D, the chisel 566 is provided in a different direction, such as in a distal direction, from the apparatus separated from the apparatus 500 to break up the trapped stones ST, and thus is advanced through the basket apparatus 500 It does not. In this case, the working channel 546 of the basket device 500 may be used to extract the stone pieces.

도 7E은 일 실시예에 따른 포획한 결석을 파쇄하기 위해 고압 유체 분사(580)의 사용을 도시한다. 고압 유체 분사(580)는 유체 공급원으로부터 분사되는 물, 식염수 또는 다른 액체일 수 있다. 유체 분사는 결석 파쇄를 용이하게 하기 위해 연마재이고 염 입자와 같은 미립자로 구성될 수 있다. 예시적인 실행에서 400psi 의 압력과 결석(ST)을 향해 유체 분사가 뿜어져 나가는 100 μm 지름의 중앙 작업 채널(546)을 가질 수 있다.FIG. 7E illustrates the use of high-pressure fluid injection 580 to break up trapped stones in accordance with one embodiment. The high pressure fluid injection 580 may be water, saline or other liquid that is ejected from a fluid source. Fluid injection is an abrasive and may be composed of fine particles such as salt particles to facilitate stone breakage. In the exemplary run, a pressure of 400 psi and a central working channel 546 of 100 micrometers in diameter through which fluid jets may be directed towards stones (ST).

포획된 결석(ST)이 파쇄되는 동안 포획된 결석(ST)은 바스켓(550)에 의해 조향 될 수 있다. 포획된 결석(ST)이 설명된 어느 방법으로든 파쇄가 되면, 파쇄된 결석(ST)은 중앙 채널(546)을 통해 흡입되거나 및/또는 파쇄된 결석(ST)은 (가령, 결석(ST) 전체가 확보된 경우 보다 더 작은 외형의) 바스켓(550)에 의해 확보되고 상기 바스켓은 (가령, 요관, 신우, 쓸개 등과 같은) 표적 부위로부터 수축된다. 일부 실시예에서, 바스켓(550)이 아직 파쇄되지 않은 포획된 결석(ST)의 큰 부분들을 지속적으로 포획 및 확보하려고 하는 동안 포획된 결석(ST)의 파쇄된 조각들은 흡입될 수 있다.The captured stones ST can be steered by the basket 550 while the captured stones ST are crushed. When the trapped stones ST are crushed in any of the ways described, the stones ST which have been broken up are sucked through the central channel 546 and / or broken up (ST) And the basket is retracted from the target site (e.g., ureter, pelvis, gallbladder, etc.). In some embodiments, the shredded pieces of trapped stones ST can be inhaled while basket 550 tries to continuously capture and secure large portions of captured stones ST that have not yet been broken.

IV. 바스켓 장치 안에 결석을 포획하는 과정IV. The process of capturing absences in basket devices

IV. A. 문제점IV. A. Problems

바스켓 사용은 요로결석 또는 결석 조각들을 요로에서 제거하기 위해 비뇨기과 전문의사에 의해 자주 사용되는 기법이다. 현재의 최신 기술은 보통 요관경과 바스켓 장치를 동시에 제어하기 위해 적어도 2명의 숙련된 조작자가 요구된다. 한 명 또는 그 이상의 조작자가 충분한 경험이 없다면 시술 시간 및 임상 결과에 부정적인 영향을 줄 수 있다.Basket use is a technique often used by urologists to remove urinary stones or stones from the urinary tract. Current state-of-the-art techniques usually require at least two skilled operators to simultaneously control ureteral and basket devices. If one or more operators do not have sufficient experience, they can negatively impact procedure time and clinical outcomes.

현재의 요로 결석 제거 시술은 요관경을 요도나 방광을 통해 요관으로 전진시키는 것을 수반한다. 요관경은 요로 결석과 거의 가까이 위치된다. 수술의 바스켓 사용 단계에서 바스켓은 요관경을 통해 전진되고 결석을 적출하기 위해 바스켓을 사용해 요로 결석을 포획할 수 있다. 요관경이 결석이 있는데 위치하면, 비뇨기과 전문의는 결석을 이동하기 위한 몇 가지 가능한 워크플로우 중에 선택할 수 있다. 만약 조작자가 바스켓에 결석 전체를 포획할 수 있을 만큼 결석이 작다면 요관경과 바스켓 모두 방광 또는 피험자의 체외로 빼낼 수 있다. 만약 결석이 한번의 통과로 빼내기 너무 클 경우 레이저 (홀뮴 또는 네오다이뮴 이트륨 알루미늄 석류석 레이저(ND:YAG)) 또는 전기 수압 쇄석술(EHL) 기기가 요관경의 중앙 작업 채널을 통과해 결석을 작은 조각으로 분쇄하는데 사용될 수 있다. 한 명의 조작자는 그다음 레이저 섬유 또는 EHL 탐침을 바스켓으로 교체할 수 있으며 각각의 결석 조각을 차례로 방광 또는 환자의 체내로 적출 할 수 있다. 만약 결석이 요관 (피험자의 신체 중앙에 대해) 근위부에 위치하거나 신장 자체 안에 위치해 있다면, 쉬스가 사용될 수 있어서 신속한 적출 및 요관경과 바스켓 도입을 가능하게 한다.Current urinary stone removal procedures involve moving the urinary tract through the urethra or bladder to the ureter. Ureteroscopy is located near urinary stones. During the basket use stage of the surgery, the basket is advanced through the urinary tract and can be used to catch urinary stones using a basket to extract the stones. If the ureter stones are located in the stones, the urologist can choose among several possible workflows to move the stones. If the stones are small enough for the operator to capture the entire stones in the basket, both the ureter and the basket can be drawn out of the bladder or the subject's body. If the stone is too large to be taken in one pass, a laser (holmium or neodymium yttrium aluminum garnet laser (ND: YAG)) or electrohydraulic lithotripter (EHL) device passes through the central working channel of the ureter It can be used for crushing. One operator can then replace the laser fiber or EHL probe with a basket, and each piece of stone in turn can be removed into the bladder or into the patient's body. If the stone is located proximal to the ureter (center of the subject's body) or located within the kidney itself, sheath may be used to allow rapid extraction and urethral ligation and basket introduction.

이러한 과정은 두 명의 조작자가 요구된다. 주 조작자는 요관경을 제어하며 부 조작자는 바스켓 또는 레이저와 같은 다른 임의의 삽입 도구를 제어한다. 주 조작자와 부 조작자 모두 요관경 카메라의 영상 자료를 볼 수 있다.This process requires two operators. The main manipulator controls the yaw diameter and the minor manipulator controls any other insertion tool, such as a basket or laser. Both the main operator and the minor operator can view the image data of the bore camera.

도 8A 내지 도 8C는 일 실시예에 따른 바스켓 작동 중에 조작자가 직면할 수 있는 중요한 문제점을 도시한다. 도 8A에서 조작자는 바스켓 사용 단계에서 바스켓의 탐색을 통해 열린 (즉, 닫혀 있거나 수축되지 않은 상태의) 바스켓(802) 안에 결석(ST)이 위치한 상태까지 진행해 왔으며 바스켓은 요관경(805) 밖으로 전진해 나와 있다고 가정한다. 수축 전 결석(ST) 주변에 위치함에도 불구하고 바스켓(802)이 수축될 때 결석(ST)이 바스켓(802)안에 포획되도록 바스켓(802)을 수축하는 것에는 큰 어려움이 따른다. 어려움이 있을 수 있는 이유는 조작자가 바스켓(802)을 닫을 때 바스켓(802)의 중심(811)이 바스켓의 긴 축을 따라 측면으로 수축될 수 있기 때문이다. 이러한 시나리오에서, 만약 조작자가 처음에 바스켓(802) 중심(811)을 결석(ST)위에 위치시키고(도 8A 참조) 바스켓(802)을 닫거나 접는다면(도 8B 참조), 바스켓(802)은 종종 결석(ST)을 지나쳐 수축해(바스켓(802)의 중심(811)의 이동 참조) 포획하는 것을 실패한다(도 8C 참조).Figures 8A-8C illustrate important problems that an operator may encounter during basket operation according to one embodiment. 8A, the operator has advanced to the state where the ST is placed in the basket 802 opened (i.e., closed or not) by searching the basket in the basket use step, and the basket advances out of the yaw hole 805 . There is a great difficulty in shrinking the basket 802 so that the stones ST are trapped in the basket 802 when the basket 802 is shrunk despite the surrounding of the pre-shrink stone ST. The difficulty may arise because the center 811 of the basket 802 may contract laterally along the long axis of the basket when the operator closes the basket 802. In such a scenario, if the operator first places the basket 802 center 811 on the stalls ST (see FIG. 8A) and closes or collapses the basket 802 (see FIG. 8B) (See Fig. 8C) by shrinking past the stone ST (see movement of the center 811 of the basket 802).

IV. B. 수동식 과정IV. B. Manual process

도 8D 내지 도 8F는 일 실시예에 따른 바스켓을 이용한 결석 포획의 문제점을 극복하는 과정을 도시한다. 이 과정에서, 두 명의 조작자는 바스켓(802)이 결석(ST)을 확실하게 포획하기 위해 닫혀지는 동안, 요관경(805) 및/또는 바스켓(802)을 동시에 전진시키기 위해 협력한다. 도 8D는 바스켓(802)이 결석(ST)을 포위하기 위해 확장 및 위치된 상태를 도시한다. 도 8E는 바스켓(802)이 요관경(805) 또는 (명시적으로 도시되진 않았지만, 요관경(805)에 의해 포위된) 바스켓 장치가 전진되는 동안 접혀지고 그에 의해서 바스켓의 중심(811) 위치가 결석(ST)에 대해 고정된 상태를 도시한다. 요관경(805) 또는 바스켓은 조작자에 의해 두 장치 중 어느 하나의 움직임을 전체로 풀 와이어에 대해 이동 될 수 있다. 도 8F는 결석(ST)이 바스켓(802)에 의해 확실하게 포획된 또는 갇힌 상태를 도시한다. 결석은 포획 후에 바스켓 및/또는 요관경을 환자로부터 수축함으로써 환자 체외로 적출될 수 있다.FIGS. 8D to 8F illustrate a process of overcoming the problem of stones trapping using a basket according to an embodiment. In this process, the two operators cooperate to simultaneously advance the urine conduit 805 and / or the basket 802 while the basket 802 is closed to reliably capture the absences (ST). 8D shows a state in which the basket 802 is expanded and positioned to surround the stones ST. 8E shows the basket 802 as being folded while the basket device 805 or the basket device (not explicitly shown, but surrounded by the yaw hole 805) is advanced and thereby the position of the center 811 of the basket And shows a fixed state with respect to the stones ST. The urine conduit 805 or the basket can be moved relative to the pull wire entirely by either of the two devices by the operator. Fig. 8F shows a state in which the stones ST are securely trapped or trapped by the basket 802. Fig. The stones can be removed from the patient's body by contracting the basket and / or the urethra from the patient after capture.

위 시술은 결석(ST)이 보다 확실하게 포획되도록 해주지만 이러한 시술은 보통 2명 이상의 숙련된 조작자의 강도 높은 협업이 요구된다. 예를 들어, 제1 조작자는 제1 제어기로 바스켓을 접는 일을 맡고 제2 조작자는 제2 제어기로 바스켓 장치를 전진시키는 일을 맡는다.The above procedure allows more reliable capture of the absences (ST), but these procedures usually require intensive collaboration of two or more skilled operators. For example, the first operator is responsible for folding the basket with the first controller and the second operator is responsible for advancing the basket device to the second controller.

IV.C. 로봇식 과정IV.C. Robotic process

로봇식 제어는 바스켓 사용 단계의 작업을 간소화시켜 줌으로써 시술의 복잡성과 이를 수행하는 시간을 줄여준다. 로봇식 제어는 또한 바스켓 사용 단계를 준비하고 달성하는데 조작자가 한 명보다 많아야 할 필요성을 제거해 준다.Robotic control simplifies the task of using the basket, reducing the complexity of the procedure and the time it takes to perform it. Robotic control also eliminates the need for more than one operator to prepare and achieve the basket usage phase.

도 9A 내지 도 9F는 일 실시예에 따른 로봇식 지원 요관경 시술 동안 결석 (및 결석 조각)을 포획하기 위해 바스켓 장치를 위치시키고 제어하는 과정을 도시한다. 수술 로봇 시스템(100)은 쉬스 구성요소(815), 리더 구성요소 (또는 리더스코프(leaderscope))(825) 및 바스켓(802)을 자체적으로 포함하는 로봇식으로 제어 가능한 요관경(805)을 포함한다. 과정 전반에 걸쳐, 흡인 및 세척/유체이동은 리더와 쉬스 사이 공간과 포트(835)를 통해 수행될 수 있고 및/또는 요관경의 작업 채널을 통해 수행 될 수도 있으며 앞서 도 5E와 관련해 설명된 것과 같이 삽입된 바스켓 장치의 슬롯이 있는 모서리를 통해 수행 될 수도 있다. Figures 9A-9F illustrate the process of positioning and controlling the basket device to capture stones (and stone fragments) during a robotic assisted shoulder procedure according to one embodiment. The surgical robot system 100 includes a roboticly controllable yawing radius 805 that itself includes a sheath component 815, a leader component (or leadercope) 825 and a basket 802 do. Throughout the process, suction and flush / fluid transfer may be performed through the interspace between the interrogator and the sheath and through the port 835 and / or through the operation channel of the urethra and may be performed as described above with respect to FIG. 5E Or through a slotted edge of the inserted basket device.

시스템은 또한 적어도 쉬스(815)와 리더(825)의 위치, 방향 및 선단의 방향을 제어하도록 구성된 2개의 로봇 암(102A, 102B)을 포함하며 베이스(801A 및 801B)를 통해 쉬스(815)와 리더(825)는 각각 제어된다. 이 예시에서, 추가적인 도구 베이스(102C)를 가진 적어도 하나의 로봇 암(102C)이 바스켓(802)의 위치와 바스켓 작동을 제어하도록 구성된다. 시스템(100)은 또한 요관경(805) 및 바스켓(802) 제어에 적합한 그래픽 사용자 인터페이스와 사용자 인터페이스로부터 명령 입력을 받아 특정 암(102)의 특정 모터를 서보잉(servoing)하는데 적합한 제어 시스템을 포함한다. 암 (102A 내지 C), 특히 베이스 (801A 내지 C)는 가상 레일 구성으로 정렬될 수 있다.The system also includes two robotic arms 102A and 102B configured to control at least the position, orientation and tip direction of the sheath 815 and the reader 825 and is coupled to the sheath 815 via the bases 801A and 801B The reader 825 is each controlled. In this example, at least one robot arm 102C with an additional tool base 102C is configured to control the position of the basket 802 and the basket operation. The system 100 also includes a graphical user interface suitable for controlling the urine conduit 805 and the basket 802 and a control system suitable for servoing certain motors of the particular arm 102, do. The arms 102A-C, in particular the bases 801A-C, can be arranged in a virtual rail configuration.

수술 과정을 수행하기 위해 시스템(100)은 요관경(805) 선단에 장착된 카메라(미도시)를 사용해 결석(ST)이 시각화될 수 있는 위치로 로봇 요관경(805)을 (자동으로 또는 제어기로 수신되고 GUI를 통해 디스플레이되는 조작자의 입력을 통해) 조향한다. 도 9B에 도시된 바와 같이, 제1 801A와 제2 801B 장치 베이스는 각각 요관경(805)의 쉬스(815)와 리더(825)를 환자에 대해 제1 화살표(830A)와 제2 화살표(830B) 표시 방향으로 각각 전진시킨다. 쉬스(815)와 리더(825)의 동작 속도와 크기는 서로 다를 수 있으며 이 두 부분들은 서로 독립적으로 움직일 수 있다. 요관경(805)은 방광(BL)과 요관(UTR)을 통해 전진된다. 도 9C에 도시된 바와 같이, 도구 베이스(801C)는 바스켓(802)을 요관경(805)의 작업 채널 밖으로 제3 화살표(830C) 방향을 따라 전진시킨다. 해당 과정의 구체적인 실행의 일례로, 강성 금속 방광경과 같은 안내도관(introducer)은 환자의 요도로 요관경 (쉬스, 리더 또는 둘 다)의 삽입을 돕기 위해 사용될 수 있다.To perform the surgical procedure, the system 100 uses the camera (not shown) mounted on the tip of the yaw tube 805 to position the robot yaw tube 805 (either automatically or by controller And through the input of the operator, which is received via the GUI and displayed via the GUI). 9B, the first 801A and the second 801B device bases each have a first and second arrows 830A and 830B relative to the patient, respectively, ) Display direction. The operation speed and size of the sheath 815 and the reader 825 may be different from each other, and these two parts can move independently of each other. The urinary tract 805 is advanced through the bladder BL and the urinary tract (UTR). As shown in Fig. 9C, the tool base 801C advances the basket 802 along the direction of the third arrow 830C out of the working channel of the borehole 805. As shown in Fig. As an example of a specific implementation of the process, a guide introducer, such as a stiff metal cystoscope, can be used to assist in inserting the urethral tube (sheath, leader, or both) into the patient's urethra.

도 9D에 도시된 바와 같이, 시스템은 바스켓(802)을 열도록 지시하며 결석(ST)이 바스켓(802)의 중앙에 자리 잡을 수 있게 바스켓(802)을 위치시킨다. 이는 제4 화살표(830D)로 도시된 바와 같이 바스켓(802)의 하나 이상의 풀 와이어를 도구 베이스(801C)를 이용해 전진시키거나 나머지 바스켓 장치와는 개별적으로 풀 와이어를 제어하는 또 하나의 암/도구 베이스(미도시)를 이용해 달성될 수 있다. 또한, 제5 화살표(830E)로 도시된 바와 같이 제2 장치 베이스(801B)를 이용해 리더(825)를 전진시키고 이에 따라 바스켓(802)의 위치를 리더(825) 밖으로 전진한 상태로 변경함으로써 부분적으로 달성될 수 있다. As shown in Figure 9D, the system directs the basket 802 to open and places the basket 802 so that the stalls ST are centered in the basket 802. This is another arm / tool that advances one or more pull wires of the basket 802 using the tool base 801C or controls the pull wires separately from the rest of the basket device, as shown by the fourth arrow 830D, Can be achieved using a base (not shown). It is also possible to move the reader 825 forward with the second device base 801B as shown by the fifth arrow 830E and thereby change the position of the basket 802 to the advanced state out of the reader 825, ≪ / RTI >

도 9E에 도시된 바와 같이, 시스템은 그다음 바스켓(802)이 닫히도록 지시한다. 제6 화살표(830F)로 도시된 바와 같이, 이도 역시 도구 베이스(801C)를 이용해 바스켓(802)의 풀 와이어를 수축하거나 바스켓 장치의 나머지 부분과는 개별적으로 풀 와이어를 제어하는 또 다른 암/도구 베이스(미도시)를 이용해 달성될 수 있다. 바스켓(802)이 닫힐 때 리더(825)의 장치 베이스(801B) 또는 바스켓 장치의 도구 베이스(미도시) 중 어느 하나는 결석(ST)이 포획될 때까지 바스켓이 닫히는 동안 결석(ST)을 바스켓(802) 중앙에 유지하기 위해 각각 리더(825) 또는 바스켓(802)을 제7 화살표(830G) 방향으로 동시에 전진 시킬 수 있다.As shown in FIG. 9E, the system then instructs the basket 802 to close. As shown by the sixth arrow 830F, this is also another arm / tool that retracts the pull wires of the basket 802 using the tool base 801C or controls the pull wires separately from the rest of the basket device, Can be achieved using a base (not shown). Either the device base 801B of the interrogator 825 or the tool base (not shown) of the basket device when the basket 802 is closed can be moved to the basket 802 while the basket ST is caught, It is possible to simultaneously advance the reader 825 or the basket 802 in the direction of the seventh arrow 830G in order to keep the center 802 at the center.

도 9F에 도시된 바와 같이, 결석(ST)이 포획되면, 시스템은 도구 베이스(801C)와 장치 베이스(801B)를 이용해 각각 제8(830H) 및 제9(830I) 화살표를 따라 바스켓 장치(802)와 리더(825)를 피험자로부터 제거 또는 회수해 결석(ST)이 완전히 환자로부터 적출되도록 한다. 9E, when the stones ST are captured, the system moves along the eighth 830H and ninth 830I arrows using the tool base 801C and the device base 801B, respectively, to the basket device 802 ) And the reader 825 are removed or collected from the subject so that the stones (ST) are completely removed from the patient.

V. 경피적 신쇄석술을 위한 과정V. Procedure for percutaneous nephrolithotomy

V.A. 문제점V.A. problem

일부 요관결석은 너무 커서 요관경을 통해 제거하는 것이 부적합하다. 예를 들어, 결석의 지름은 2센티미터 이상일 수 있고 결석 또는 결석 조각이 통과해 제거될 수 있는 요관경의 작업 채널은 보통 1.2밀리미터의 지름을 가지고 있다. 요관경을 통해 결석을 제거하기 위해 더 작은 조각으로 쪼개는 것이 많은 경우 가능하긴 하지만 여러 연구에 따르면 남은 결석 잔해는 종종 새로운 결석 형성의 원인이 되고, 이에 따라 차후 유사한 치료를 필요로 하게 된다. Some ureteral stones are too large to remove through the ureter. For example, the diameter of a stone may be greater than 2 centimeters, and the working channel of the ureter, which can be removed by passage of stone or stone, usually has a diameter of 1.2 millimeters. Although it is possible to break into smaller fragments to remove stones through the ureter, it is possible that residual remnants often lead to new stone formation, which in turn requires subsequent treatment.

반면 경피적 신쇄석술(PCNL)은 결석 제거 과정으로 의사가 (요관을 통해 진입하기 보다) 신장을 체외로부터 절개해 결석 제거를 위한 더 큰 포트를 제공한다. 신장 안 결석의 위치를 식별하기 위해 요관경이 사용되지 않기 때문에 결석 위치는 다른 메커니즘으로 식별되어야 한다. 결석의 위치를 식별하기 위한 흔한 기술로 엑스레이 컴퓨터 단층(CT) 촬영 또는 경정맥 신우 조영술을 이용하는 형광 투시법과 같은 전통적인 촬상 기능을 사용한다.Percutaneous renal lithotripsy (PCNL), on the other hand, is a procedure that removes stones from the kidneys (rather than through the ureters) and provides a larger port for stone removal. Because the ureteroscope is not used to identify the location of the kidney stones, the location of the stones should be identified by other mechanisms. Conventional techniques for identifying the location of the stones use conventional imaging functions such as x-ray computed tomography (CT) imaging or fluoroscopy using jugular vein nephrostomy.

이러한 정보를 수집한 후 결석 제거에 수련된 비뇨기과 전문의는 보통 방사선 전문의에게 신장의 결석과 가까운 위치로 이끄는 가이드 와이어(guide wire)를 경피 절개를 통해 체외로 빼내기 위해 경피적 절개를 수행할 것을 요청한다. 절개는 신루 설치술 바늘을 환자의 체내로 이동시켜 만들어질 수 있으며 상기 신루 설치술 바늘은 탐침과 캐뉼라로 구성된다. 바늘을 환자 체내로 이동시킨 후, 탐침은 제거될 수 있고 캐뉼라는 신장 결석의 위치까지 개방 포트를 형성하기 위해 남겨진다. 그다음 비뇨기과 전문의는 캐뉼라를 통해 가이드 와이어를 위치시킬 수 있다. 그다음 비뇨기과 전문의는 가이드 와이어를 이용해 결석을 제거하기 위한 PCNL 과정의 나머지 절차를 수행한다. 비뇨기과 전문의가 직접 가이드 와이어를 위치시키는 대신 방사선 전문의에게 요청하는 것이 보통인데, 그 이유는 방사선 전문의는 신장 결석과 같은 물체를 식별하는데 사용되는 CT 스캔, 형광투시 스캔 및 다른 유형의 화상을 생성하고 판독하는 것을 특별히 수련 받았기 때문이다. 이들은 또한 3차원(3D) 공간에서 영상 정보를 개념화하는데 숙련되어 3D 공간에서 결석과 같은 물체의 위치를 식별할 수 있고, 결과적으로 해당 정보에 따라 가이드 와이어를 위치시키는 것에 가장 숙련되어있다.After collecting this information, the urologist trained in removal of the stone will usually ask the radiologist to perform a percutaneous incision to remove the guide wire, which leads to a location close to the kidney stones, through the transcutaneous incision. The incision can be made by moving the needle into the patient's body, which consists of a probe and a cannula. After moving the needle into the patient, the probe can be removed and the cannula is left to form an open port to the location of the kidney stones. Then the urologist can position the guide wire through the cannula. The urologist then uses the guidewire to perform the remainder of the PCNL procedure to remove stones. It is common for the urologist to ask the radiologist instead of placing the guide wire directly because the radiologist can create and read CT scans, fluoroscopic scans and other types of images used to identify objects such as kidney stones It was because I was especially trained to do. They are also skilled in conceptualizing image information in three-dimensional (3D) space and are most skilled in locating objects such as stones in 3D space and consequently positioning guide wires according to the information.

PCNL을 완료하기 위해 비뇨기과 전문의는 위치된 가이드 와이어를 이용하여 수축된 풍선 또는 확장기를 와이어를 따라 통과시킨다. 비뇨기과 전문의는 결석이 있는 신장의 신배 안으로 신루관과 같은 중공의 흡입관을 직접 도입하기에 충분한 크기의 포트를 생성하기 위해 풍선 또는 확장기를 팽창시킨다. 현시점에서 신장경 또는 다른 여러 기구 중 임의의 하나가 흡입관 안으로 도입되어 결석 제거를 지원할 수 있다. 예를 들어, 쇄석기, 레이저, 초음파, 바스켓, 그래스퍼(grasper), 배액관 등이 해당 위치의 결석 또는 조각을 제거하는데 사용될 수 있다. 신루관과 같은 배액관은 PCNL 진행 및 완료 후에 신장내 압력을 낮추기 위해 흡입관을 따라 배치될 수 있다.To complete the PCNL, the urologist uses a guidewire positioned to pass the retracted balloon or expander along the wire. The urologist expands the balloon or expander to create a port of sufficient size to directly introduce a hollow suction tube, such as a cannula, into the kidney of the absent kidney. At this point, any one of the elongate or other devices may be introduced into the suction tube to assist in the removal of stones. For example, a crusher, a laser, an ultrasound, a basket, a grasper, a drain can be used to remove stones or pieces at the location. Drain tubes, such as ducts, can be placed along the suction line to lower the pressure in the kidney after PCNL progression and completion.

PCNL이 유리한 이유는 요관경 시술보다 큰 결석 제거가 가능하고 또한 잔류 결석 침전물이 더 잘 빠져나가 새 결석이 형성될 가능성을 낮춰주기 때문에 차후 유사한 치료를 받아야 하는 재발의 우려를 줄여준다. 하지만 PCNL은 또한 요관경 보다 더 침습적인 시술로서 소수술과 더 긴 회복 기간이 요구된다. 뿐만 아니라, 방사선 전문의가 비뇨기과 전문의와 함께 시술 일부를 수행해야 하는 일반적인 필요성으로 인해 비뇨기과 전문의와 관련 의료진만 필요한 이상적인 시술보다 추가 비용, 복잡성 및 수술 일정 관리 지연이 가중된다. 또한, PCNL은 번거롭고 시술을 관여하는 의료진에게 영향을 미치는 촬상 기술의 사용이 요구된다. 예를 들어, 형광 투시법의 경우 병원 직원들은 방사선 피폭 감소를 위한 리드 조끼(lead vest)의 착용이 요구된다. 하지만 리드 조끼는 방사선을 완전히 제거하지 못하며 장기간 착용하기 부담스럽고 직업 생활 내내 착용할 경우 의료진에게 정형외과적 손상을 입힐 수도 있다.The advantage of PCNL is that it reduces the chance of recurrence, which requires similar treatments in the future, because it can remove larger stones and reduce the likelihood of residual stones depositing better and forming new stones. However, PCNL is also a more invasive procedure than bipolar surgery, requiring small operations and a longer recovery period. In addition, due to the general need for the radiologist to perform some of the procedures with a urologist, additional costs, complexity, and delays in managing the schedule are added to the ideal procedure that only urologists and related physicians need. In addition, PCNLs require the use of imaging technology that is cumbersome and affects practitioners involved in the procedure. For example, fluoroscopy requires hospital staff to wear a lead vest to reduce radiation exposure. The lead vest, however, does not completely remove the radiation, and it is cumbersome to wear for a long time and may cause orthopedic injuries to the medical staff if worn throughout the working life.

V.B. 과정V.B. process

이러한 문제들을 해결하기 위해, 다음의 섹션에서는 결석 또는 관심 표적 신배의 위치를 식별하기 위해 정렬 센서를 포함한 PCNL의 새로운 과정이 설명된다. 도 10A 내지 도 10E는 정렬 센서가 전자기(EM) 센서 (또는 탐침)인 해당 과정의 예를 도시한다. 이 과정에서, EM 센서는 방광(BL)을 통과해 요관(UTR) 안으로 전진해 신장(KD) 안으로 도입된다. EM 센서는 요관경(1005)의 선단 근위부에 EM 센서(1010)를 포함하는 요관경에 부착될 수 있다. 대안적으로, EM 센서는 요관경 길이만큼 이어지는 전기 와이어와 연결된 코일처럼 단순한 것일 수 있으며 상기 요관경은 코일에서 생성되어 와이어로 전달되어 내려온 전기 신호를 판독하도록 구성된 외부 컴퓨팅 장치와 연결된다.To address these problems, the next section describes a new process of PCNL, including an alignment sensor, to identify the location of absences or disturbances of interest. 10A to 10E show examples of corresponding processes in which the alignment sensor is an electromagnetic (EM) sensor (or probe). In this process, the EM sensor passes into the urinary tract (UTR) through the bladder (BL) and is introduced into the kidney (KD). The EM sensor may be attached to the bore diameter including the EM sensor 1010 at the proximal end of the bore diameter 1005. Alternatively, the EM sensor may be as simple as a coil connected to an electrical wire that extends as long as the bore length, and the urethral tube is connected to an external computing device that is configured to read electrical signals generated in the coil and delivered to the wire.

V.B.i. 수술 전 분할 처리 및 계획 V.B.i. Preoperative segmentation and planning

수술 전 계획 과정은 시술 및 로봇 도구의 탐색을 계획하기 위해 수행될 수 있다. 과정은 수술 부위의 수술 전 컴퓨터 단층(CT) 스캔을 시행하는 것을 포함한다. CT 스캔 결과를 통해 해부 경로와 장기의 3차원 모델을 생성하는데 사용되는 일련의 2차원 이미지가 생성된다. CT 이미지(들)을 구성요소로 분할하는 과정을 "분할 처리(segmentation)"라 칭할 수 있다. 분할된 이미지는 그다음 시스템(100)에 의해 분석되어 환자 내부 또는 표면의 기준점(landmark)이 3차원 좌표 공간에서의 위치를 식별한다. PCNL의 경우 피부, 신장 결석(들), 뼈 구조 (예를 들어, 갈비뼈, 척추뼈, 골반, 등), 내부 장기 (예를 들어, 신장, 간, 결장 등), 외부 기기 (예를 들어, 피부 패치 센서) 중 임의의 하나 이상을 포함하는 기준점을 식별하는 것이 분석과정에 포함될 수 있다. 분할 처리가 완료되면 (아래 기술된 전자기성 검출 또는 수술 중의 형광 투시법과 같은) 위치 파악 수단이 식별된 기준점의 위치와 정합 방법과 함께 사용되어 해부학 내 의료 기기/기구의 위치를 시각적으로 표시해 보여줄 수 있다. The pre-operative planning process can be performed to plan the procedure and the navigation of the robot tool. The procedure involves performing a preoperative computerized tomography scan of the surgical site. The CT scan results produce a series of two-dimensional images used to generate the anatomical pathways and the three-dimensional models of the organs. The process of dividing the CT image (s) into components can be referred to as "segmentation ". The segmented image is then analyzed by the system 100 to identify the location in the three-dimensional coordinate space of the patient's interior or surface landmarks. In the case of PCNL, it can be used to treat skin, kidney stone (s), bone structure (e.g., ribs, vertebrae, pelvis, etc.), internal organs (e.g., kidney, liver, Skin patch sensors), which may include any one or more of the reference points. Once the segmentation process is complete, localization means (such as electromyographic detection or fluoroscopy during surgery as described below) can be used with the location of the identified reference point and the registration method to visually display the location of the medical device / instrument within the anatomy have.

V.B.ii. 전자기성 검출V.B.ii. Electromagnetic detection

일반적으로, 코일과 같은 EM 센서는 조작자가 예를 들어, 결석(ST)의 위치를 파악하는 동안 요관경 선단을 이동시키면서 신장(KD) 내 EM 센서(1010)를 움직이면 그에 따른 전자기장의 변화를 감지한다. EM 센서를 사용하는 과정의 실행은 따라서 환자의 외부적으로 위치한 여러 개의 전자발전기(1015)를 추가로 포함한다. 전자발전기(1015)는 EM 센서(1010)에 의해 감지되는 전자기장을 방출한다. 다른 전자발전기(1015)들은 여러 다른 방법으로 변조될 수 있어서 방출된 전자기장이 EM 센서(1010)에 의해 포착되고 외부 컴퓨터에 의해 처리될 때, 신호가 서로 구별되어 외부 컴퓨터가 각각 구별된 입력으로 처리할 수 있고 EM 센서(1010) 위치에 대한 구별된 삼각측량 위치, 더 나아가 결석(ST)의 위치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 전자발전기는 시간 또는 주파수로 변조될 수 있고 각각의 신호는 시간이 겹칠 가능성에도 불구하고 다른 신호와 서로 완전히 구별될 수 있도록 직교 변조를 사용할 수도 있다. 또한, 전자발전기(1015)들은 EM 센서의 방향이 변경되면 이에 따라, EM 센서(1010)가 임의의 시점에 전자발전기(1015)들 중에 적어도 어느 하나로부터 적어도 어떤 신호를 수신할 수 있도록 카테시안 공간(Cartesian space)에서 서로에 대해 영이 아닌 비직교 각도에서 배향될 수 있다. 예를 들어, 각각의 전자발전기는 임의의 축을 따라, 다른 두 개의 전자발전기로부터 각각 (가령, 7도 같은) 작은 오프셋 각을 가질 수 있다. 정확한 EM 센서의 위치 정보를 확보하기 위해 원하는 만큼의 전자발전기가 해당 구성에서 사용될 수 있다.In general, an EM sensor such as a coil detects the change of the electromagnetic field by moving the EM sensor 1010 in the kidney (KD) while moving the distal end of the bore while the operator grasps the position of the stone (ST) do. The execution of the process using the EM sensor further includes a plurality of electron generators 1015 located externally of the patient. The electronic generator 1015 emits an electromagnetic field sensed by the EM sensor 1010. Other electronic generators 1015 can be modulated in a number of different ways such that when the emitted electromagnetic field is captured by the EM sensor 1010 and processed by an external computer, the signals are distinguished from each other, And can provide a distinctive triangulation location for the location of the EM sensor 1010, as well as the location of the stones (ST). For example, an electronic generator may use quadrature modulation so that it can be modulated in time or frequency, and each signal can be completely differentiated from other signals despite the possibility of overlapping time. In addition, the electronic generators 1015 may be arranged in a manner that allows the EM sensor 1010 to receive at least any signal from at least one of the electronic generators 1015 at any time, Orthogonal angles relative to one another in a Cartesian space. For example, each electronic generator may have a small offset angle (e.g., 7 degrees) from each of the other two electronic generators along an axis. As many electronic generators as desired can be used in the configuration to obtain accurate EM sensor position information.

V.B.iii. 온-더-플라이 전자기 정합V.B.iii. On-the-fly electromagnetic matching

EM 데이터는 EM 데이터를 위한 좌표계를 구축하기 위해, 가령 CT 스캔과 같이 EM 외에 기술로 (또는 정렬 센서 데이터를 캡쳐 하는데 사용된 어떤 메커니즘으로든) 캡쳐된 환자의 이미지와 정합 된다. 도 11A 내지 도 11D는 일 실시예에 따른, (예를 들어, 방광에서 요관을 안, 한쪽 신장 안까지의) 관형 조직망의 경로에 대한 CT 스캔으로 생성된 분할 3D 모델로 EM 시스템을 온-더-플라이 방식으로 정합하는 것을 보여주는 그래프의 예를 도시한다.The EM data is matched with the captured patient image to construct a coordinate system for the EM data, such as a CT scan, or a technique other than EM (or any mechanism used to capture alignment sensor data). Figures 11A-11D illustrate an EM system on-the-fly with a segmented 3D model generated by a CT scan of the path of a tubular tissue network (e.g., from the bladder to the inside of the urethra, into one kidney) Lt; RTI ID = 0.0 > ply < / RTI >

도 11A 내지 도 11D는 일 실시예에 따른, 관형 조직망 경로에 대한 CT 스캔으로 생성된 분할 3D 모델로 EM 시스템을 온-더-플라이 방식으로 정합하는 것을 보여주는 예시적인 그래프 1110 내지 1140을 도시한다. 도 11A 내지 도 11D의 예시에서 EM 센서는 내시경 선단(1101)에 부착되지만, EM 센서가 가이드 와이어와 부착되고 3D 모델이 수술 중 형광 투시법으로 대체된 경우에도 해당 도면들과 관련해 기술된 정합 원칙들은 동일하게 적용 가능하다. 해당 실행에서 다음의 섹션에서 기술되는 3D 모델은 형광 투시법으로 대체되며, 가이드 와이어가 환자 내부에서 진행됨에 따라 형광 투시 영상이 갱신되면서 환자의 표현도 갱신된다. 따라서 가이드 와이어를 신장을 향해 삽입하는 것과 가이드 와이어를 외부 전자발전기에 정합하는 것은 최소한 부분적이라도 동시에 발생한다.11A-11D illustrate exemplary graphs 1110 through 1140 illustrating matching an EM system on-the-fly with a segmented 3D model generated by a CT scan of a tubular tissue network path, in accordance with one embodiment. 11A to 11D, although the EM sensor is attached to the endoscope tip 1101, even when the EM sensor is attached to the guide wire and the 3D model is replaced by intraoperative fluoroscopy, the matching principles described with respect to the drawings The same applies. The 3D model described in the next section is replaced by fluoroscopic imaging in the implementation, and as the guidewire progresses inside the patient, the fluoroscopic image is updated and the patient's presentation is also updated. Therefore, inserting the guide wire toward the elongation and matching the guide wire to the external electronic generator occur at least partially simultaneously.

본 명세서에 설명된 탐색 구성 시스템은 내시경 시술 전 독립된 정합을 할 필요 없이 EM좌표를 3D모델 좌표에 온-더-플라이 방식으로 정합할 수 있도록 한다. 보다 구체적으로, 도 11A는 EM 추적 시스템의 좌표 시스템과 3D 모델이 초기 서로 정합되지 않은 상태를 도시하고, 도 11A의 그래프(1110)는 분지 관형 조직망(미도시) 통과하는 계획된 탐색 경로(1102)를 따라 이동하는 내시경 선단(1101)의 정합된 (또는 예상) 위치를 도시하고, 기구 선단(1101)의 정합 위치 뿐만 아니라 계획 경로(1102)는 3D 모델에서 도출된다. 선단의 실제 위치는 EM 추적 시스템(505)에 의해 반복적으로 측정되어, 그 결과 EM 데이터 기반 복수의 측정 위치 데이터 포인트(1103)가 생긴다. 도 11A에 도시된 바와 같이, EM 추적으로부터 도출된 데이터 포인트(1103)는 초기에는 EM 좌표와 3D 모델 좌표가 정합되지 않은 상태를 반영하여 3D 모델의 내시경 선단(1101)의 예상 위치에서 멀리 위치해 있다. 여기에는 여러 가지 이유가 있을 수 있는데, 예를 들어, 내시경 선단이 관상 조직망 안을 비교적 부드럽게 이동한다 하더라도 환자가 호흡할 때 폐의 움직임 때문에 여전히 EM 측정에는 눈에 띄는 산포가 존재할 수 있다. 3D 모델의 포인트들은 3D 모델 그 자체, (카메라 같은) 광학 센서로부터 수신한 이미지 데이터 및 로봇 명령으로부터의 로봇 데이터 간의 상관관계에 기초하여 결정되고 조정될 수 있다. 이 포인트와 수집된 EM 데이터 포인트 사이의 3D 변환을 통해 EM 좌표 시스템의 3D 모델 좌표 시스템으로의 초기 정합이 결정될 것이다.The search configuration system described herein allows the EM coordinates to be mapped on 3D model coordinates in an on-the-fly manner without the need for independent registration prior to endoscopic procedures. 11A shows a state where the coordinate system of the EM tracking system and the 3D model are not initially matched with each other, and the graph 1110 of FIG. 11A shows a planned search path 1102 that passes through a branched tubular network (not shown) (Or expected) position of the endoscope tip 1101 moving along the guide path 1101, and the planned path 1102 as well as the position of the tip of the instrument tip 1101 are derived from the 3D model. The actual location of the tip is repeatedly measured by the EM tracking system 505, resulting in a plurality of measurement location data points 1103 based on the EM data. As shown in FIG. 11A, the data point 1103 derived from the EM trace is initially located away from the expected position of the endoscope end 1101 of the 3D model, reflecting the state where the EM coordinate and the 3D model coordinate are not matched . There may be many reasons for this, for example, even if the endoscope tip moves relatively smoothly through the coronary network, there may still be noticeable scattering of EM measurements due to lung motion when the patient breathe. The points of the 3D model can be determined and adjusted based on the correlation between the 3D model itself, the image data received from the optical sensor (such as a camera) and the robot data from the robot command. The 3D transformation between this point and the collected EM data points will determine the initial match to the 3D model coordinate system of the EM coordinate system.

도 11B는 일 실시예에 따른, 그래프(1110)와 비교해서 시간적으로 이후 단계의 그래프(1120)를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 11A에 표시된 장치 선단(1101)의 최초 예상 위치에서 도 11B에 표시된 위치까지 경로를 따라 이동한 것이 나타난 것 같이, 그래프(1120)는 3D 모델에서 예측한 내시경 선단(1101)의 예상 위치가 기 계획된 탐색 경로(1102)따라 더 이동한 모습을 나타낸다. 그래프(1110) 생성과 그래프(1120) 생성 사이에 EM 추적이 일어나는 동안, 추가 데이터 포인트들(1103)이 EM 추적 시스템에 의해 기록되었으나 정합은 새로 수집된 EM 데이터를 기반으로 아직 업데이트되지 않았다. 그 결과, 도 11B의 데이터 포인트(1103)는 뚜렷한 경로(1114)를 따라 무리를 이루고 있으나 해당 경로는 내시경 선단이 작동자의 지시에 따라 이동해야 하는 계획 탐색 경로(1102)와 위치와 방향이 다르다. 결국, 충분한 데이터 (가령, EM 데이터)가 축적되면, 3D 모델 또는 EM 모델만 사용하는 것에 비교해 상대적으로 보다 정확한 추정이 변환으로부터 도출될 수 있고 이는 3D모 델에 EM 좌표를 정합하는데 필요하다. 데이터의 양이 충분한지에 대한 결정은 총 축적 데이터 또는 방향 변경 횟수와 같은 임계 기준을 두고 내려질 수 있다. 예를 들어, 기관지 조직망과 같은 분지 관형 조직망에서, 두 분기점에 도달했을 때 충분한 데이터가 축적되었다고 판단할 수 있다.11B shows a graph 1120 of a later stage in time compared to graph 1110, according to one embodiment. More specifically, as indicated by the movement from the initial expected position of the device tip 1101 shown in FIG. 11A to the position shown in FIG. 11B, the graph 1120 shows the position of the tip of the endoscope 1101 predicted by the 3D model Indicating that the expected location has moved further along the pre-planned search path 1102. While EM tracing occurred between the generation of the graph 1110 and the generation of the graph 1120, additional data points 1103 were recorded by the EM tracking system, but the matching was not yet updated based on newly collected EM data. As a result, the data points 1103 of FIG. 11B are crowded along distinct paths 1114, but the paths are different in location and direction from the plan search path 1102 where the end of the endoscope must move in accordance with the operator's instructions. As a result, if sufficient data (e.g., EM data) is accumulated, a relatively more accurate estimate can be derived from the transform, as compared to using only the 3D model or the EM model, which is necessary to match the EM coordinates to the 3D model. The decision as to whether the amount of data is sufficient may be made on a threshold basis, such as total accumulation data or the number of direction changes. For example, in a branched tubular network such as a bronchial tree, it can be judged that sufficient data has accumulated when the two branches are reached.

도 11C는 일 실시예에 따른 탐색 구성 시스템이 EM에서 3D 모델 좌표로 정합 변환을 추정하기 위해 충분한 양의 데이터를 축적한 직후의 그래프(1130)를 도시한다. 정합 변환의 결과 도 11C의 데이터 포인트(1103)들은 도 11B에 표시된 전 위치에서 이제 이동했다. 도 11C에 도시된 바와 같이, EM 데이터에서 도출된 데이터 포인트(1103)는 이제 3D 모델에서 도출된 계획 탐색 경로(1102)상에 놓여지게 되며 데이터 포인트 (1103)의 각각의 데이터 포인트들은 이제 3D 모델 좌표 시스템에서 내시경 선단(1101)의 예상 위치 측정을 반영한다. 일부 실시예에서, 데이터가 더 많이 축적되면, 정확도를 높이기 위해 정합 변환이 업데이트될 수도 있다. 일부 경우에서, 정합이 시간이 흐름에 따라 변할 수 있도록 정합 변환을 결정하기 위해 사용되는 데이터는 무빙 윈도우(moving window)에 의해 선택된 데이터의 부분 집합일 수 있으며, 이로 인해 예를 들어, 환자의 움직임과 같은 변화 때문에 EM 및 3D 모델의 상대적 좌표가 바뀌는 것을 감안할 수 있다.FIG. 11C shows a graph 1130 immediately after the search configuration system according to an embodiment accumulates a sufficient amount of data to estimate the matching transform in 3D model coordinates in the EM. Results of Matching Transformation The data points 1103 in FIG. 11C have now moved in all of the locations shown in FIG. 11B. 11C, the data points 1103 derived from the EM data are now placed on the plan search path 1102 derived from the 3D model and the respective data points of the data points 1103 are now in 3D models Reflects the expected position measurement of the endoscope tip 1101 in the coordinate system. In some embodiments, if more data is accumulated, the match transformation may be updated to increase accuracy. In some cases, the data used to determine the match transformation so that the match can change over time may be a subset of the data selected by the moving window, thereby causing, for example, And the relative coordinates of the EM and 3D models change due to such changes.

도 11D는 일 실시예에 따른, 내시경 선단(1101)의 예상위치가 계획 탐색 경로(1102)의 끝에 도달했으며 관형 조직망 내 표적 부위에 도달한 그래프(1140)의 예시를 도시한다. 도 11D에 도시된 바와 같이, 기록된 EM 데이터 포인트(1103)들은 이제 전반적으로 계획 탐색 경로(1102)를 추적하고 있으며 이는 시술 중 내시경 선단의 궤적을 나타낸다. 각 데이터 포인트는 EM 추적 시스템의 3D 모델 정합 업데이트에 따른 변환된 위치를 반영한다.11D shows an example of a graph 1140 in which the expected position of the endoscope tip 1101 has reached the end of the plan search path 1102 and has reached the target site in the tubular network, in accordance with one embodiment. As shown in FIG. 11D, the recorded EM data points 1103 now track the overall plan search path 1102, which represents the trajectory of the endoscope end during the procedure. Each data point reflects the converted position along with the 3D model matching update of the EM tracking system.

도 11A 내지 도 11D에 도시된 각각의 그래프는 내시경 선단이 관형 조직망에서 전진해 나갈 때 디스플레이를 통해 사용자에게 순차적으로 보여질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 프로세서는 사용자가 고정된 좌표계를 유지하고 디스플레이에 나타난 모델과 계획 경로에 시각적으로 집중 할 수 있도록, 측정된 데이터 포인트가 디스플레이에 정합될 때 디스플레이의 측정 경로를 이동함으로써 디스플레이에 나타나는 모델이 대체로 고정된 상태를 유지하도록 탐색 구성 시스템으로부터의 명령어로 구성될 수 있다.Each of the graphs shown in Figs. 11A to 11D can be sequentially displayed to the user through the display when the endoscope end advances in the tubular network. Additionally or alternatively, the processor can be configured to move the measurement path of the display as the measured data point is matched to the display, such that the user can maintain a fixed coordinate system and visually focus on the model and plan path shown on the display And may be configured with instructions from the search configuration system to maintain the displayed model in a generally fixed state.

V.B.iv 정합 변환의 수학적 분석Mathematical analysis of V.B.iv matching transform

(가령, 수학적 분석과 같은) 정합의 구체적인 분석 및 방법에 있어서, 일부 실시예의 경우, 정합 행렬을 사용해 EM 추적 시스템과 3D 모델 사이 정합을 수행할 수 있으며, 일례로 이동과 회전은 6차원 행렬로 표현될 수 있다. 대안적 실시예에서, 회전 행렬 및 이동 벡터가 정합을 수행하는데 사용될 수 있다.For a specific analysis and method of matching (e.g., mathematical analysis), in some embodiments, matching matrices may be used to perform matching between the EM tracking system and the 3D model, e.g., Can be expressed. In an alternative embodiment, the rotation matrix and motion vector may be used to perform the matching.

Figure pct00001
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Figure pct00002
Figure pct00002

Figure pct00003
Figure pct00003

수학적 추론의 관점에서, 일례로 정합 변환을 적용하는 것은 하나의 좌표 시스템 (x,y,z)에서 새로운 좌표 시스템 (x',y',z')으로의 이동을 수반하는데 이는 일반적으로 그 축을 다른 3D 방향으로 회전시킬 뿐만 아니라 원점을 각 차원에서 임의의 양만큼 이동시킨다. 예를 들어,

Figure pct00004
라디안(radian) 방위각으로의 회전은 행렬 M1으로 표현되며, φ 라디안 경사각으로의 회전은 행렬 M2로 등등 표현될 수 있으며 추가적인 회전 행렬들이 회전 행렬의 결과물로서 기술될 수 있다. 마찬가지로, 이동 벡터 (
Figure pct00005
x
Figure pct00006
y
Figure pct00007
z)는 x, y, z 축의 원점을 각각
Figure pct00008
x,
Figure pct00009
y,
Figure pct00010
z만큼 이동하는 것을 표현하기 위해 선택될 수 있다. 정합 변환은 측정 EM 위치와 3D 모델에서의 추정 위치 간의 교차 상호상관행렬에 대한 특이값 분해(singular value decomposition)와 같은 방법으로 결정될 수 있다. 변환 행렬 성분은 그다음 예를 들어, 적절한 주성분을 식별함으로써 분해에서 추출될 수 있다. 결정된 변환의 잔차(residuals)로 인해 에러신호가 발생될 수 있으며 에러 신호의 크기는 위치의 신뢰 수준을 결정하는데 활용될 수 있다. 더 많은 데이터가 쌓이고 정합 변환이 좀 더 정확하게 결정되면 에러 신호는 감소하고, 해당 방식으로 추정한 위치에 대한 신뢰가 증가한다.In terms of mathematical reasoning, applying the matching transformation, for example, involves moving from one coordinate system (x, y, z) to a new coordinate system (x ', y', z '), Not only rotate in other 3D directions but also move the origin by an arbitrary amount in each dimension. E.g,
Figure pct00004
Rotation in the radian azimuthal angle is represented by the matrix M 1 , rotations in the? Radian tilt angle can be expressed in the matrix M 2 and so forth, and additional rotation matrices can be described as the result of the rotation matrix. Similarly, the motion vector (
Figure pct00005
x
Figure pct00006
y
Figure pct00007
z) are the origin points of the x, y, and z axes, respectively
Figure pct00008
x,
Figure pct00009
y,
Figure pct00010
z < / RTI > The matching transformation can be determined in the same way as the singular value decomposition for the cross-correlation matrix between the measured EM position and the estimated position in the 3D model. The transformation matrix component can then be extracted from the decomposition, for example, by identifying the appropriate principal component. An error signal may be generated due to the residuals of the determined transform and the magnitude of the error signal may be utilized to determine the confidence level of the location. When more data is accumulated and the matching transform is determined more accurately, the error signal decreases and confidence in the estimated position is increased.

V.B.v. 강체 기준점을 사용한 정합 방법V.B.v. Matching method using rigid reference points

정합 과정은 추가적으로 또는 대안적으로 회전 행렬과 병진 벡터를 포함하는 강체 동차 변환 (4x4)을 포함할 수 있다. 변환은 보통 고유값 분해(single value decomposition , SVD), 반복 최근점(iterative closest point, ICP) 알고리즘 또는 다른 유사한 알고리즘을 통해 포인트 세트를 생성함으로써 하나 이상의 포인트 세트의 정합으로 취득된다. PCNL의 경우, 포인트 세트를 이러한 알고리즘의 입력값으로 생성하는 것은 (i) 분할 과정 중에 제1 포인트 세트로 갈비뼈, 골반의 전상장골극, 척추뼈 (예를 들어, 환자의 체외에서 식별될 수 있는 부분)과 같이 쉽게 식별되는 강체 기준점을 수술 전 CT 이미지에서 선택하고, 및/또는 (ii) 수술 중에 기준점들을 EM 위치파악 시스템에서 EM 탐침 또는 포인터로 기준점 탐색 / 접촉을 통해 제2 포인트 세트로 포착함으로써 전체 정합을 시행하는 것과 관련될 수 있다. 신장 결석 표적은 또한 기준점으로 사용될 수 있다. 신장 결석의 경우, 결석의 위치는 EM 센서 기반 요관경 또는 가이드 와이어에 부착된 EM 탐침을 통해 포착될 수 있다. 정합 오류를 줄이기 위해, 특정 기준점들의 경우 알고리즘 워크플로우 안에서 가중치가 다르게 주어질 수 있다. 신장 결석이 신장의 경로를 방해할 경우, 강체 기준점을 사용한 정합이 독립적으로 사용될 수 있다.The matching process may additionally or alternatively include a rigid homogeneous transformation (4x4) that includes a rotation matrix and a translation vector. The transformation is usually obtained by matching one or more point sets by generating a set of points via single value decomposition (SVD), iterative closest point (ICP) algorithm, or other similar algorithm. In the case of PCNL, generating a set of points with the input values of these algorithms may include: (i) setting up a set of first points during the segmentation process, such as ribs, proximal phalanges of the pelvis, vertebrae (e.g., (Ii) picking the reference points from the EM positioning system to the EM probe or pointer via the reference point search / contact to the second set of points during surgery, and / or (ii) To perform full matching. Kidney stone targets can also be used as reference points. In the case of kidney stones, the location of the stones can be captured via an EM sensor-based caliper or an EM probe attached to a guide wire. To reduce registration errors, weights may be given differently within the algorithm workflow for certain reference points. When kidney stones interfere with the path of the kidney, matching using rigid body reference points can be used independently.

일 실시예에서, 정합 과정에 갈비뼈, 골반의 전상장골극, 척추뼈와 같이 식별 가능한 외부 강체 기준점을 식별하기 위해 내장형 또는 "클립형"(clipped-on) EM 기반 센서와 같은 소형 EM 탐침의 조합을 사용하여 수술 중 정합 데이터를 포착하는 것이 포함될 수 있으며 이는 PCNL의 워크플로우를 방해하지 않는다. 센서 또는 센서 내장 기구의 측정(calibration)은 축 검사에 의해 취득되고 이로 인해 센서의 위치와 탐침의 선단 사이의 상관관계를 알 수 있다. 일부 실시예에서, 탐침은 마커 펜의 형태와 기능을 갖출 수 있다.In one embodiment, a combination of small EM probes, such as embedded or "clipped-on " EM based sensors, to identify identifiable outer rigid reference points, such as ribs, To capture match data during surgery, which does not interfere with the PCNL workflow. The calibration of a sensor or sensor embedded instrument is obtained by an axis check, which can determine the correlation between the position of the sensor and the tip of the probe. In some embodiments, the probe may have the shape and function of a marker pen.

V.B.vi. 전자기 및 카메라 정보 기반의 결석 위치 파악V.B.vi. Locate absences based on electromagnetic and camera information

다시 도 10A를 참조하면, EM 센서 데이터가 CT 스캔에 정합 되고 EM 기반 요관경 선단 또는 EM 센서가 있는 가이드 와이어가 신장(KD) 안으로 진행되면, 조작자는 요관경 선단 (또는 가이드 와이어)를 이동시켜 신장 또는 환자의 다른 장기 안에 있는 결석의 위치를 식별할 수 있다. 요관경의 경우, 앞서 섹션 I.C에서 도 3C 와 관련된 선단의 설명을 다시 참조하면, 요관경은 선단 앞 관측 시야(FOV)의 이미지를 캡쳐하는 카메라를 포함할 수 있다. 비디오 또는 이미지 시퀀스로 캡쳐된 카메라 데이터는 조작자가 결석을 찾기 위해 신장을 탐색할 수 있도록 해준다. 요관경에 원위적으로 결합된 EM 센서로부터 동시에 제공된 EM 데이터는 신장 안에 요관경 선단의 위치를 식별해준다.Referring again to FIG. 10A, if EM sensor data is matched to a CT scan and a guide wire with an EM-based caliper tip or EM sensor advances into the kidney (KD), the operator moves the caliber tip (or guide wire) It is possible to identify the location of kidney or stone in another organ of the patient. In the case of the ureter, referring back to the description of the tip relating to FIG. 3C in section I.C, above, the ureter may include a camera that captures an image of the FOV. Camera data captured in a video or image sequence allows the operator to navigate the kidneys to find absences. Simultaneously EM data provided from EM sensors coupled centrally to the urinary tract identify the location of the urinary tip in the kidney.

일부 실시예에서, EM 탐침 또는 가이드 와이어는 요관경의 작업 채널 아래로 배치되어 정열을 위한 추가적인 EM 측정을 제공할 수 있다. 배치 후에 EM 탐침 또는 가이드 와이어는 추가적인 EM 측정을 제공하기 위해 요관경 원위 선단을 지나 작업 채널 밖으로 연장될 수 있다. EM 탐침 또는 가이드 와이어의 EM 측정은 요관경 원위부에 장착된 EM 센서의 EM 데이터와 함께 사용되어 (위치와 방향 정보를 포함하는) 벡터를 생성하는데 사용될 수 있으며 이는 수술 부위에 접근하는 경피적 세침의 궤적을 형성하는데 사용될 수 있다. In some embodiments, the EM probe or guidewire may be placed under the working channel of the urethra to provide additional EM measurements for alignment. After placement, the EM probe or guidewire may extend beyond the working channel past the ipsilateral distal end to provide additional EM measurements. The EM measurement of the EM probe or guidewire can be used in conjunction with the EM data of the EM sensor mounted on the distal part of the Y axis to create a vector (including position and orientation information) that is the locus of the percutaneous needle approaching the surgical site / RTI >

결석의 위치가 확인되면, 예를 들어 선단의 카메라 관측시야 안으로 들어오게 되면, 신장 안으로 경피적 절개가 수행될 수 있다. 도 10B는 바늘을 도입해 신장(KD) 내부에서 환자의 체외로 포트를 열기 위해 바늘을 도입한 일 실시예를 도시한다. 이 과정에서, 바늘은 또한, 요관경 단부 또는 가이드 와이어와 마찬가지로, EM 센서와 같은 정렬 센서를 포함한다. 요관경 또는 가이드 와이어와 유사하게, 이는 단순한 코일로써 컴퓨터시스템과 전기적으로 결합된 바늘을 따라 이어지는 와이어와 결합된다. 바늘의 EM 센서로부터 수신한 EM 데이터는 앞서 설명한 요관경 선단 또는 가이드 와이어의 EM 데이터와 유사하게 수신되고 처리될 수 있다.Once the location of the stones is identified, for example, a percutaneous incision may be performed into the kidneys if they come into the camera viewing field of the tip. FIG. 10B illustrates an embodiment in which a needle is introduced to open a port of a patient inside the kidney (KD) by introducing a needle. In this process, the needle also includes an alignment sensor, such as an EM sensor, as well as a shoulder end or guide wire. Similar to the iris or guidewire, it is combined with a wire that runs along a needle that is electrically coupled with the computer system as a simple coil. The EM data received from the EM sensor of the needle can be received and processed similar to the EM data of the aforementioned diameter tip or guide wire.

도 10C와 도 10D는 일 실시예에 따른 바늘과 요관경 (또는 가이드 와이어)를 가상적으로 표현하기 위한 그래픽 사용자 인터페이스의 샘플 뷰를 도시한다. 바늘의 EM 데이터와 요관경 선단의 EM 데이터는 조작자가 볼 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스를 생성하기 위해 외부 컴퓨팅 시스템에 의해 함께 처리되어 바늘을 요관경 EM 데이터에 의해 표시되는 결석의 위치까지 유도하는 것을 용이하게 한다. 도 10C에서 도시된 바와 같이, 일 실시예에 의하면, 바늘 EM 센서 데이터에 의해 제공된 바늘의 위치는 그래픽 디스플레이(1060A)에서 선과 같은 제1 도형 요소로 표시되는 반면 요관경 EM 데이터에 의해 나타난 결석의 위치는 점과 같이 제2 도형 요소로 표시된다. 도 10D에 도시된 바와 같이, 조작자가 바늘을 환자의 체내로 주입한 후 결석을 향해 이동시키면, 디스플레이(1060B)에서 바늘의 그래픽(선)은 보통 결석의 그래픽(점)에 더 가까이 이동한다. 그래픽들의 위치는 시간이 지나면 조작자가 결석까지 성공적으로 이동하였는지 아니면 표적에서 이탈했는지 나타낼 것이다. 어느 시점에서든, 요관경은 개별적으로 위치가 조정될 수 있어서, 관측 시야의 중심을 결석에 다시 맞추고, 요관경을 결석에 더 가까이 또는 멀리 이동시키며, 또는 결석에 대한 바늘의 정렬과 움직임을 용이하게 하기 위해 다른 각도에서 결석을 볼 수 있다.FIGS. 10C and 10D illustrate sample views of a graphical user interface for virtually expressing a needle and bore diameter (or guide wire) in accordance with an embodiment. The EM data of the needle and the EM data of the uterine tip are processed together by an external computing system to create a graphical user interface that can be viewed by the operator to facilitate directing the needle to the location of the stones displayed by the quadrature EM data . As shown in FIG. 10C, according to one embodiment, the position of the needle provided by the needle EM sensor data is represented by a first graphic element such as a line in the graphic display 1060A, while the position of the needle The position is indicated by the second graphic element as a dot. As shown in FIG. 10D, when the operator injects the needle into the patient's body and then moves toward the stones, the graphic (line) of the needle in the display 1060B usually moves closer to the graphic (dot) of the stones. The position of the graphics will indicate whether the operator has successfully moved to absent or has left the target over time. At any point, the ureteral canal can be individually positioned so that the center of the viewing field is refocused on the stones, the orbital wall is moved closer to or farther away from the stones, or the alignment and movement of the needle relative to the stones is facilitated You can see stones from different angles.

바늘의 움직임은 과정을 수행하는 수술 로봇 시스템 또는 설계적인 이유로 인하여 제한될 수 있다. 예를 들어, 만약 바늘이 단일 EM 센서만 포함한다면, 바늘은 긴 축을 중심으로 바늘의 롤 정보를 제공하지 못할 수도 있다. 이런 경우, 바늘은 보통 5개의 자유도 (내향/외향) 피치 +/-, 요 +/-, 하지만 롤은 없음)를 갖고 이동 할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템의 X, Y, Z 축 (및 이어서, GUI를 통한, 사용자)는 표적(요관경 선단)에 대한 및 해부학 (EM공간에 정합된 수술 전 CT 및 실제 환자의 해부학 구조)에 대한 공간에서 바늘 선단의 위치이다. 바늘 선단의 피치와 요는 바늘의 현재 방향을 시스템에 알린다. 이 정보를 이용하여 시스템은 예측 경로를 GUI에 영사할 수 있어서 의사가 표적 부위를 향해 계속해서 바늘을 삽입할 때 바늘을 정렬시키도록 돕는다.Movement of the needle may be limited due to the surgical robot system performing the procedure or for design reasons. For example, if the needle only includes a single EM sensor, the needle may not be able to provide roll information about the needle about the long axis. In this case, the needle can usually move with five degrees of freedom (inward / outward) pitch +/-, yaw +/-, but no roll). In one embodiment, the X, Y, and Z axes of the system (and subsequently, via the GUI, the user) are located in the anatomy (preoperative CT and actual patient anatomy) The position of the needle tip in the space for. The pitch and yaw of the needle tip inform the system of the current direction of the needle. Using this information, the system can project the predicted path to the GUI, helping the physician to align the needle as it continues to insert the needle toward the target site.

다른 실시예에서, 추가적인 EM 센서 또는 다른 종류의 정렬 센서가 추가되어 바늘의 움직임에 더 많은 자유도를 허용할 수 있다. 하지만 다른 실시예에서, 바늘은 로봇 시스템의 GUI를 통해 제공된 안내를 이용해서 의사에 의해 수동적으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 EM 센서에 대해 0이 아닌 각도에 배향된 바늘에 제2 EM 센서를 도입함으로써 롤 자유도를 제공 할 수 있으며, 수술 로봇 시스템(100)은 조작자가 롤 운동을 할 수 있도록 구성 또는 설계 될 수 있다.In other embodiments, additional EM sensors or other types of alignment sensors may be added to allow more freedom in movement of the needle. In other embodiments, however, the needle may be passively delivered by the physician using the guidance provided through the GUI of the robotic system. For example, a roll freedom degree can be provided by introducing a second EM sensor to a needle oriented at an angle other than 0 for the first EM sensor, and the surgical robot system 100 is configured to allow the operator to perform a roll motion Or may be designed.

앞서 소개된 기본 GUI에 추가로, 부가적인 그래픽 또는 청각 통보가 바늘이 결석에 충분히 가까운 위치에 있거나 바늘이 신장에 진입했거나, 바늘이 항로에서 충분히 멀리 이탈했거나 또는 조작자에 의해 허락 또는 요청된 다른 임의의 트리거(trigger) 조건을 나타내기 위해 제공될 수 있다. 이러한 통보는 그래픽 사용자 인터페이스의 색이 바뀌거나, 소리 신호가 나거나 그 외의 것일 수도 있다. 기본 GUI는 또한 도 10C와 10D에 도시된 것 보다 더욱 포괄적일 수 있다. 또한 신장의 윤곽을 포함할 수 있는데, 이는 요관경 선단과 바늘의 3D 공간의 방향에 근거해 다르게 보일 수 있다. 추가로 신장배의 윤곽 및/또는 신장 주변의 맥관 구조뿐만 아니라 다른 장기 또는 중요한 해부의 윤곽을 포함할 수 있다.In addition to the basic GUI presented above, additional graphics or auditory notifications may be used to indicate whether the needle is close enough to the stones, the needle has entered the kidney, the needle has moved far enough away from the route, or any other arbitrary May be provided to indicate the trigger condition of the < / RTI > This notification may be a color change of the graphical user interface, a sound signal, or something else. The basic GUI may also be more comprehensive than that shown in Figures 10C and 10D. It may also include a contour of the kidney, which may look different depending on the direction of the 3D space of the needle and the needle tip. In addition, the profile of the renal vessels and / or the vasculature structure around the kidneys, as well as contours of other organs or critical anatomy can be included.

도 10E는 일 실시예에 따른, PCNL 과정 중 바늘이 결석 부근의 신장을 뚫은 시점을 도시한다. 바늘이 결석에 도달하면, 포트를 팽창 시키기 위해 풍선이 사용될 수 있고 신장에 보다 큰 지름의 도구를 삽입하기 위한 접근성을 제공하기 위해 흡입관(1050)이 도입될 수 있다.FIG. 10E illustrates a point at which a needle in a PCNL procedure punctures the kidney in the vicinity of the stones, according to one embodiment. Once the needle has reached the stones, a balloon can be used to inflate the port and a suction tube 1050 can be introduced to provide access for inserting a larger diameter tool into the kidney.

앞서 설명된 PCNL 과정은 수동적으로 달성될 수 있다. 일반적으로, 요관경은 제1 조작자에 의해 결석 근처에 먼저 위치 될 수 있다. 동일 또는 다른 조작자는 그다음 내부 EM 센서를 사용해 바늘을 가이드로서 삽입한다. 일부 실시예에서, 의사가 결석 또는 신배의 위치로 되돌아오는 것을 지원하는 기준 또는 표식을 위치시키기 위해 EM 센서가 사용되어 내시경 또는 가이드 와이어는 제거될 수 있고 동일한 목표 달성을 위해 환자 내부에 남겨져 있어야 할 필요가 없다. 대안적으로, 요관경, 가이드 와이어, 바늘의 조작은 수술 로봇 시스템(100)에 의해 달성될 수 있다.The PCNL process described above can be accomplished passively. In general, the urethra can be placed first near the stones by the first operator. The same or another operator then inserts the needle as a guide using the internal EM sensor. In some embodiments, an EM sensor may be used to locate a reference or indicia that assists a physician in returning to a position of absent or incarcerated so that the endoscope or guide wire may be removed and left within the patient for the same goal of achievement no need. Alternatively, manipulation of the bore diameter, guide wire, and needle may be accomplished by the surgical robot system 100.

대안적인 실시예에서, PCNL 과정은 앞서 설명한 것과 같이 바늘과 요관경 또는 가이드 와이어에 부착된 두 개의 서로 다른 "작동(live)" 정렬 센서를 사용하기 보다, 바늘에 부착된 단일 "작동" 정렬 센서만 사용해 수행될 수 있다. 이 실시예의 하나의 변형에 의하면, EM 시스템은 펜 또는 다른 체외 위치한 EM 센서가 부착된 기구를 사용해 정합될 수 있다. 환자의 해부학의 기준점을 식별하기 위해 팬이 사용될 수 있으며 전자발전기에 대해 정합하기 위해 회전 된다. 이러한 정합 및 기준점 정보를 통해, 조작자 또는 수술 로봇 시스템은 환자의 인체에 대하여 배향된다. 이어서, 바늘은 바늘에 위치한 EM 센서에 의해 제공된 데이터, 기준점 위치 정보 및 정합 정보를 기반으로 신장 (또는 다른 공동)을 향해 탐색할 수 있다. 이 접근방식의 장점은 바늘의 이동 방향을 결정하기 위해 EM 센서가 있는 장치를 환자 내부에서 별도로 탐색할 필요성을 제거해 준다. 결석 또는 다른 물체에 가까이 위치한 EM 센서의 정확성 손실은 기준점 정합 과정에서 최소한 부분적이라도 보상될 수 있다.In an alternate embodiment, the PCNL process may use a single "live" alignment sensor attached to the needle rather than two different " live "alignment sensors attached to the needle and / Can only be performed using According to one variation of this embodiment, the EM system can be matched using a pen or other in-vitro positioned EM sensor attached device. A fan can be used to identify the anatomical reference point of the patient and rotated to match the electronic generator. Through such matching and reference point information, the operator or surgical robot system is oriented with respect to the human body of the patient. The needle can then be searched for elongation (or other cavity) based on data provided by the EM sensor located on the needle, reference point position information, and registration information. The advantage of this approach is that it eliminates the need for a separate search for a device with an EM sensor inside the patient to determine the direction of movement of the needle. Accuracy loss of EM sensors located close to stones or other objects can be compensated at least in part in the reference point registration process.

앞서 설명된 바늘과 관련 포트를 위치시키는 과정에 따르는 장점은 상당하다. 바늘 탐색은 요관경 또는 가이드 와이어를 가이드로 이용하면 숙련집약도가 낮아진다. 단일 조작자 또는 로봇 시스템이 이 과정을 수행할 수 있다. 형광 투시법은 원한다면 생략될 수도 있다.The advantages of positioning the needle and associated port described above are significant. If needle guide or guidewire is used as a guide, needle penetration becomes low. A single operator or robotic system can perform this process. The fluoroscopic method may be omitted if desired.

위 과정에서는 정렬 센서가 EM 센서 (및 관련 전자발전기)로 설명되었으나 실제로는 다른 종류의 위치 인식 센서가 대신 이용될 수도 있다. 예시로는 가속도계, 자이로스코프, 자력계, (가령, 브래그 격자, 레일리 산란, 간섭계법 또는 관련 기술과 같은) 광섬유 형상 센서 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다. 실행에 따라, 환자 내 결석 위치를 파악하기 위한 좌표계를 제공하기 위해 CT 스캔과 같은 별도의 환자 이미지 형태로 정합하는 작업이 필요 할 수도 또는 그렇지 않을 수도 있다.In the above process, the alignment sensor is described as an EM sensor (and associated electronic generator), but in reality, other types of position-sensing sensors may be used instead. Examples include, but are not limited to, accelerometers, gyroscopes, magnetometers, fiber-optic sensors (such as Bragg gratings, Rayleigh scattering, interferometry or related techniques), and the like. Depending on the implementation, it may or may not be necessary to match in the form of a separate patient image, such as a CT scan, to provide a coordinate system for locating the absent location in the patient.

추가로, 이 과정은 담낭결석 제거술, 폐 (허파 / 경흉부) 종양 생검 같은 PCNL외 다른 수술에서도 사용될 수 있다. 일반적으로, 임의의 경피적 시술 종류는 정렬 센서가 있는 내시경과 유사한 정렬센서가 있는 바늘을 사용해 시행될 수 있다. 이들 각각의 과정에서, 환자의 공동을 통해 환자의 장기에 진입하는 정렬 센서를 갖춘 내시경 선단은 정렬 센서를 갖춘 바늘을 주입하기 위한 가이드 역할을 한다. 추가적인 예시로 위 수술, 식도 및 폐 수술 등이 포함된다. 추가로, 제거될 물체가 반드시 요로결석일 필요는 없으며, 이물질이나 체내에서 생성된 물체와 같은 임의의 물체일 수 있다.In addition, this procedure can be used in other surgery than PCNL, such as removal of gallbladder stones and lung (lung / thoracic) tumor biopsy. In general, any type of percutaneous procedure may be performed using a needle with an alignment sensor similar to an endoscope with an alignment sensor. In each of these processes, an endoscope tip with an alignment sensor that enters the patient's organ through the patient ' s cavity serves as a guide for injecting the needle with the alignment sensor. Additional examples include stomach surgery, esophagus and lung surgery, and the like. In addition, the object to be removed need not necessarily be urinary stone, and may be any object, such as a foreign object or an object created in the body.

V.B.v. 결석 및 조각 제거V.B.v. Remove stones and carvings

흡입관이 준비가 된 상태에서 결석을 제거하기 위해 다양한 기술들이 사용될 수 있다. 결석과 결석 조각을 파쇄 또는 제거하기 위해 다양한 장치들이 흡입관 또는 요관경 안으로 삽입될 수 있다. 예시로 앞서 설명한 바스켓 장치, 쇄석술을 이용해 결석을 파쇄하는 레이저 또는 광섬유, 충격파를 통해 결석을 파쇄하는 초음파 기기, 기계적으로 결석을 파쇄하는 분쇄기, 끌 또는 드릴 및 기타 등등이 포함된다. 대안적으로, 흡입관을 사용한 흡인을 돕기 위해 신장 결석 조각 및 잔해의 파쇄를 지원하는 앞서 설명한 다양한 장치가 흡입관과 결합 또는 통합 될 수 있다. A variety of techniques can be used to remove stones with the suction tube ready. Various devices can be inserted into the suction tube or the ipsilateral conduit to crush or remove stones and stone fragments. Examples include a basket device as described above, a laser or optical fiber that breaks up stones using lithotripsy, an ultrasonic device that breaks up stones through shock waves, a mill that breaks mechanically stones, a chisel or a drill, and so on. Alternatively, a variety of devices as described above may be combined or integrated with the suction tube to assist in the removal of kidney stones and debris to aid in suction using the suction tube.

일 실시예에서, 흡입관이 위치되고 요관경은 이미 결석 주변에 위치한 상태라면, 작업 채널을 차지하고 있는 임의의 다른 장치들은 요관경으로부터 회수된다. 이는, 예를 들어 EM 센서 자체거나 또 다른 장치 일 수 있다. 앞서 섹션 III에서 설명한 것과 같은 바스켓 장치 또는 그래스퍼와 같은 또 다른 포획 도구가 그다음 요관경의 작업 채널로 삽입될 수 있으며 결석 근처에서 요관경 선단을 지나 연장될 수 있다. In one embodiment, if the suction tube is located and the urethral tube is already in the vicinity of the stones, then any other devices occupying the working channel are withdrawn from the umbilical cistern. This may be, for example, the EM sensor itself or another device. Another catching device, such as a basket device or a grasper, as described in Section III above, may then be inserted into the working channel of the ureter and may extend past the umbilical tip near the stones.

바스켓 장치 (또는 다른 유사 기구)가 결석을 포획하고 그것을 환자 장기 내 흡입관의 원위 단부에 있는 개구 근처에 위치시키면, 흡입관 또는 요관경의 작업 채널을 따라 배치되어 흡입관과 결합된 장치가 흡입관 아래로 물체의 흡인을 돕기 위해 결석을 파쇄할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 흡입관을 통과하기 적합한 크기로 만들기 위해 결석을 파쇄하는 쇄석술이 (바스켓 장치, 요관경의 작업 채널을 통해 삽입되거나 흡입관 아래로 배치 또는 부착된 레이저 도구를 사용하여) 시행될 수 있다. When a basket device (or other similar device) captures the stones and places them near the openings at the distal end of the suction tube in the patient's organ, a device that is disposed along the working channel of the suction tube or ureter and coupled with the suction tube, Stones can be broken to aid in suction. Additionally or alternatively, lithotripsy can be performed (using a basket device, a laser tool inserted through the working channel of the urethra or placed under or attached to the suction tube) to break up the stones to a size suitable for passage through the suction tube have.

시술 중에, 요관경 또는 바스켓 장치가 지속적으로 수술 부위를 세척하는 동안 결석 또는 생성된 임의의 결석 조각을 흡인하기 위해 흡입기(음압)가 흡입관 아래로 적용될 수 있다. 세척과 흡인을 동시에 시행하여 환자의 공동 내 압력을 유지하도록 돕는다. 요관경이 쉬스 요소와 리더스코프와 같은 리더 요소 둘 다로 구성된 실시예에서, 흡인을 위한 흡입관에 결석을 더 근접하게 위치 및 이동시키는데 도움을 주는 바스켓 장치나 그래스퍼와 같은 도구 배치를 위해 리더 요소의 작업 채널이 남겨질 수 있도록 세척 유체는 쉬스 요소의 작업 채널을 통해 제공될 수 있다. During the procedure, an inhaler (negative pressure) may be applied under the suction tube to aspirate any stone fragments or stones produced during the period of time during which the boreal or basket device continuously cleans the surgical site. Washing and aspiration are performed simultaneously to help maintain pressure in the patient's cavity. In an embodiment in which the ureteral wrist is composed of both a leader element such as a sheath element and a leader scope, a working channel of the leader element for placement of a tool such as a basket device or a grasser, which helps position and move the stones closer to the suction tube for suction, The cleaning fluid can be provided through the working channel of the sheath element.

결과적으로, 요관경 밖으로 연장되는 임의의 장치와 흡입관의 흡입이 동시에 작동하여 결석 또는 결석 조각을 신장으로부터 포획 및 제거 할 수 있도록 해준다. 흡입관과 수술 도구, 바스켓 장치든 다른 포획 도구가 되었든, 둘 다 존재하기 때문에 요관경 선단의 카메라에 의해 제공되는 수술 부위의 동시 보기와 함께 조작자는 마치 신장 안에 두 "손"으로 결석 제거를 처리하는 것처럼 효과적으로 결석 제거를 진행할 수 있다.As a result, any device that extends out of the yaw tube and the aspiration of the suction tube can be operated simultaneously to capture and remove the stones or pieces of kidney from the kidneys. With both simultaneous viewing of the surgical site provided by the camera at the tip of the spine, both the suction tube and the surgical tool, the basket device, or any other capture tool, the operator treats the stone removal with two "hands" It is possible to carry out stone removal effectively.

VI. 추가적인 고려사항VI. Additional considerations

앞서 설명된 과정, 특히 수술 로봇 시스템의 암 제어, 정렬 센서 및/또는 바늘의 위치와 방향 정보를 생성하기 위한 정렬 센서 데이터 처리, 및 이러한 정보를 디스플레이 하는 그래픽 사용자 인터페이스 생성 과정은 비임시 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장되며 하나 이상의 컴퓨터 장치 내 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행되도록 설계된 컴퓨터 프로그램 명령어로 구현될 수 있다. 비임시 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, 플래시 메모리, EEPROM, 광학 장치 (CD 또는 DVD), 하드 드라이브, 플로피 드라이브, 또는 임의의 적합한 장치와 같이 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 실행가능 구성 요소로는 프로세서가 선호되지만 대안적으로 또는 추가적으로 임의의 적합한 전용 하드웨어 장치에 의해 명령어가 실행될 수도 있다.The process described above, particularly the cancer control of the surgical robotic system, the alignment sensor data processing for generating the position and orientation information of the alignment sensor and / or needle, and the graphical user interface creation process for displaying such information, May be embodied in computer program instructions stored on a storage medium and designed to be executed by one or more computer processors within one or more computer devices. Non-temporary computer readable storage media may be stored on any suitable computer readable medium, such as RAM, ROM, flash memory, EEPROM, optical device (CD or DVD), hard drive, floppy drive, or any suitable device . A processor is preferred as a computer-executable component, but alternatively or additionally, the instructions may be executed by any suitable dedicated hardware device.

당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시 내용을 읽고 추가적이며 대안적인 구조 및 기술적 설계가 가능하다는 것을 본 명세서에 개시된 원리를 통해 이해할 것이다. 따라서 특정 실시예와 적용이 도시되고 설명되었지만 개시된 실시예들은 본 개시물의 구체적인 구성 및 요소에 한정되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 본 청구항에서 정의한 사상과 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 방법과 장치의 실시예, 작동 및 세부사항은 다양하게 수정, 변경, 변형하여 실시 가능하며 이는 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 당연히 이해할 것이다. It will be understood by those of ordinary skill in the art that the disclosure herein may be further understood by reference to the principles set forth herein before set forth with additional and alternative structural and technical designs. Thus, although specific embodiments and applications have been shown and described, it will be understood that the disclosed embodiments are not limited to the specific constructions and elements of the disclosure. The embodiments, operations and details of the method and apparatus of the present invention can be variously modified, changed and modified without departing from the spirit and scope of the present invention, and it will be understood by those of ordinary skill in the art .

본 명세서에 사용될 때 “일 실시예” 또는 “실시예"라고 언급하는 것은 그 실시예와 관련한 특정 요소, 기능, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 본 명세서 다양한 곳에서 등장하는 “일 실시예에서”라는 표현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.Reference herein to " one embodiment " or " an embodiment " when used herein means that a particular element, function, structure or characteristic in connection with the embodiment may be included in at least one embodiment. Quot; in one embodiment " does not necessarily refer to the same embodiment.

일부 실시예는 “결합된”과 “연결된”이 그들의 파생어와 함께 사용되어 설명될 수 있다. 예를 들어 일부 실시예서 두 개 이상의 요소가 직접적인 물리적 또는 전기적 접촉하고 있음을 나타내기 위해 용어 “결합된”을 사용하여 설명될 수 있다. 그러나, 용어 “결합된”은 또한 두 개 이상의 요소가 서로 직접적인 접촉은 아니지만 여전히 협력하거나 상호작용 할 수 있음을 의미할 수도 있다. 실시예들은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 본 명세서에만 한정되지 않는다.Some embodiments may be described using terms such as " coupled " and " connected " with their derivatives. For example, some embodiments may be described using the term " coupled " to indicate that two or more elements are in direct physical or electrical contact. However, the term " coupled " may also mean that two or more elements are not in direct contact with each other, but may still cooperate or interact. The embodiments are not limited to this specification unless specifically stated otherwise.

본 명세서에서 사용될 때 용어 “포함하다”, “포함하는”, “포괄한다”, “포괄하는”, “갖다”, “갖는” 또는 그의 기타 모든 변이는 비-배타적 포함(non-exclusive inclusion)을 나타낸다. 예를 들어 요소의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 이들 요소로만 제한되는 것이 아니라, 명확하게 열거하지 않았거나 또는 상기 공정, 방법, 물품 또는 장치에 내제된 기타 요소들을 포함 할 수도 있다. 추가로, 달리 반대로 언급하지 않는 한, “또는”은 포함적인 ‘또는’을 지칭하는 것이지, 배타적 ‘또는’을 지칭하는 것은 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B 는 다음 중 어느 하나에 의해 만족된다: A는 참이고(또는 존재하고) B는 거짓이며 (또는 존재하지 않으며), A는 거짓이고(또는 존재하지 않고) B는 참이며(또는 존재하며), A, B 둘 다가 참이다(또는 존재한다.)As used herein, the terms " comprises, " " including, " " including, " " including, " " . For example, a process, method, article, or apparatus that comprises a list of elements is not necessarily limited to these elements, but may include other elements not explicitly listed or inherent to the process, method, article, or apparatus It is possible. Further, unless the context clearly indicates otherwise, the word " or " is intended to be inclusive, " or " exclusive, For example, condition A or B is satisfied by either: A is true (or is present), B is false (or not present), A is false (or not present) and B is True (or present), and both A and B are true (or exist).

또한, “a” 와 “an”의 사용은 본 실시예의 성분 및 구성요소를 설명하기 위해 사용된다. 이는 단순한 편의성과 발명의 일반적인 느낌을 주기 위함이다. 이는 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 판독해야 하며 단수는 또한 명백한 다른 의미가 있지 않는 한 복수를 포함한다.Also, the use of " a " and " an " are used to describe the components and components of this embodiment. This is to provide simple convenience and general feeling of invention. It should be read as including one or at least one and the singular also includes the plural unless the context clearly dictates otherwise.

Claims (120)

환자 내부로부터 물체를 제거하기 위한 바스켓 장치에 있어서,
복수의 풀 와이어 - 각각의 풀 와이어는 하나의 풀 와이어를 개별적으로 작동시키도록 구성된 다른 캡스턴과 각각 물리적으로 결합됨 -;
상기 풀 와이어들이 횡단하는 복수의 채널을 포함하는 외부 샤프트; 및
상기 풀 와이어들로 구성된 바스켓 - 상기 바스켓은 상기 외부 샤프트에서 상기 캡스턴과 반대편에 위치하며, 상기 풀 와이어들은 상기 바스켓 장치의 원위 단부에 위치한 선단에서 함께 부착됨 -
을 포함하는
바스켓 장치.
A basket device for removing an object from inside a patient,
A plurality of pull wires, each pull wire being physically coupled to another capstan configured to operate one pull wire individually;
An outer shaft including a plurality of channels through which the pull wires cross; And
Wherein the basket is positioned opposite the capstan at the outer shaft and the pull wires are attached together at a distal end located at a distal end of the basket device,
Containing
Basket device.
제1항에 있어서,
상기 복수의 풀 와이어는 2개의 루프를 형성하기 위해 결합된 4개의 풀 와이어를 포함하는 바스켓 장치.
The method according to claim 1,
Said plurality of pull wires including four pull wires coupled to form two loops.
제1 또는 2항에 있어서,
각각의 루프를 형성하는 상기 풀 와이어는 상기 외부 샤프트 반대편에 위치하는 채널을 통해 엮어지는 바스켓 장치.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the pull wires forming each loop are weaved through channels located opposite the outer shaft.
제1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 풀 와이어는 적어도 한 지점에서 서로 교차하여 상기 바스켓의 원위 선단을 형성하는 바스켓 장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the plurality of pull wires intersect each other at least at one point to form a distal end of the basket.
제1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캡스턴의 작동은 상기 바스켓의 사이즈를 제어하는 바스켓 장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein operation of the capstan controls the size of the basket.
제1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풀 와이어 중 서로 다른 것들의 선택적인 수축, 해제는 상기 바스켓을 상대적으로 더 수축된 풀 와이어 쪽의 방향으로 조향하는 바스켓 장치.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein selective retraction of the different ones of the pull wires directs the basket in the direction of the relatively more contracted pull wire.
제1 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 샤프트는 작업 채널을 포함하는 바스켓 장치.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the outer shaft comprises a working channel.
제7항에 있어서,
상기 작업 채널은 가이드 와이어, 치료 장치 또는 촬상 기기를 수용하기 충분한 넓이의 바스켓 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the working channel is large enough to accommodate a guide wire, treatment device or imaging device.
제1 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 샤프트는 외부 표면에 복수의 측면 슬롯을 포함하는 바스켓 장치.
10. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the outer shaft includes a plurality of side slots on an outer surface.
제9항에 있어서,
상기 측면 슬롯은 상기 외부 샤프트와 주위 내강 내부 벽 사이에 유체 세척 또는 흡인을 위한 충분한 공간을 제공하는 바스켓 장치.
10. The method of claim 9,
Said side slot providing sufficient space between said outer shaft and surrounding lumen inner wall for fluid cleaning or suction.
제1 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 샤프트는 복수의 주변 채널을 포함하는 바스켓 장치.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the outer shaft comprises a plurality of peripheral channels.
제11항에 있어서,
각각의 상기 주변 채널은 상기 외부 샤프트의 외부 표면에 둥근 꼭지점을 포함하는 바스켓 장치.
12. The method of claim 11,
Each of said peripheral channels comprising a rounded apex on an outer surface of said outer shaft.
제1 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바스켓은 풀 와이어의 모양을 바탕으로, 타원형 모양, 구 모양, 및 풀 와이어가 집게모양을 가진 톱니를 형성하는 모양 중 적어도 하나의 모양으로 구성되는 바스켓 장치.
15. The method according to any one of claims 1 to 12,
Wherein the basket is configured in at least one of an oval shape, a sphere shape, and a shape in which a pull wire forms a sawtooth shape, based on the shape of the pull wire.
제1 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 샤프트는 작업 채널을 포함하고, 상기 바스켓 장치는
쇄석술을 시행할 수 있는 광섬유 또는 레이저 - 상기 광섬유 또는 레이저는 작업 채널을 통해 지나감 -
를 더 포함하는 바스켓 장치.
15. The method according to any one of claims 1 to 13,
Wherein the outer shaft comprises a working channel,
Optical fiber or laser capable of performing lithotripsy - The optical fiber or laser is passed through a working channel -
Further comprising:
제1 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 샤프트는 작업 채널을 포함하고, 상기 바스켓 장치는
물체에 구멍을 뚫을 수 있는 기계적인 드릴 - 상기 기계 드릴은 상기 작업 채널을 통해 지나감 -
을 더 포함하는 바스켓 장치.
15. The method according to any one of claims 1 to 14,
Wherein the outer shaft comprises a working channel,
A mechanical drill capable of piercing an object, the mechanical drill being passed through the working channel,
Further comprising:
제1 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 샤프트는 작업 채널을 포함하고, 상기 바스켓 장치는
상기 물체를 파쇄할 수 있는 끌 - 상기 끌은 상기 작업 채널을 통해 지나감 -
을 더 포함하는 바스켓 장치.
15. The method according to any one of claims 1 to 15,
Wherein the outer shaft comprises a working channel,
A chisel capable of breaking said object, said chisel being passed through said working channel,
Further comprising:
제1 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 샤프트는 작업 채널을 포함하고, 상기 바스켓 장치는
상기 작업 채널을 통해 물체를 향해 고압 유체 분사를 뿜어낼 수 있는 유체원을
더 포함하는 바스켓 장치.
16. The method according to any one of claims 1 to 16,
Wherein the outer shaft comprises a working channel,
A fluid source capable of ejecting a high-pressure fluid jet toward the object through the working channel
Further comprising a basket device.
제1 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바스켓 장치는 내시경의 내시경 작업 채널 안으로 들어가기 알맞고 통과할 수 있는 크기로 된 바스켓 장치.
17. The method according to any one of claims 1 to 17,
Wherein the basket device is sized to fit and pass through the endoscope working channel of the endoscope.
제18항에 있어서,
상기 내시경은 리더와 쉬스를 포함하고, 상기 내시경 작업 채널은 상기 리더 안에 위치된 바스켓 장치.
19. The method of claim 18,
Wherein the endoscope includes a reader and a sheath, and the endoscope working channel is located within the reader.
제19항에 있어서,
상기 캡스턴은 제1 로봇 암에 결합되고;
상기 리더는 제2 로봇 암과 결합된 복수의 리더 풀 와이어에 의해 제어되고;
상기 쉬스는 제3 로봇 암과 결합된 복수의 쉬스 풀 와이어에 의해 제어되는 바스켓 장치.
20. The method of claim 19,
The capstan being coupled to the first robot arm;
The leader being controlled by a plurality of leader pull wires associated with a second robot arm;
Wherein the sheath is controlled by a plurality of sheath pull wires coupled with a third robot arm.
제19 또는 20항에 있어서, 상기 리더는 적어도
상기 쉬스 안에 위치한 쉬스 작업 채널 내부에 신축적으로 배치되거나; 및
상기 쉬스 안에 위치한 쉬스 작업 채널 내부에 동심 정렬되는 것 중에 하나인 바스켓 장치.
20. The method of claim 19 or 20,
Or disposed elastically within a sheath working channel located within the sheath; And
Wherein the basket is concentrically aligned within the sheath working channel located within the sheath.
공동안에 물체를 포획하는 방법에 있어서,
상기 물체를 포함하는 상기 공동 안으로 내시경을 전진시키는 단계;
상기 내시경의 작업 채널을 통해 바스켓 장치를 전진시키는 단계;
상기 공동 안에서 상기 바스켓 장치의 바스켓을 여는 단계-상기 바스켓은 복수의 풀 와이어에 의해 제어됨-;
상기 바스켓이 상기 물체를 포위하도록 위치시키기 위해 상기 풀 와이어를 선택적으로 수축 또는 해제시키는 단계;
상기 물체 주변에서 상기 바스켓을 접는 단계; 및
상기 물체를 포획한 상기 바스켓을 상기 공동 밖으로 회수하는 단계를 포함하는 방법.
In the method of capturing an object in a cavity,
Advancing the endoscope into the cavity including the object;
Advancing the basket device through the working channel of the endoscope;
Opening the basket of the basket device in the cavity, the basket being controlled by a plurality of pull wires;
Selectively retracting or releasing the pull wire to position the basket to surround the object;
Folding the basket around the object; And
And withdrawing the basket from which the basket is captured, out of the cavity.
제22항에 있어서,
상기 풀 와이어의 쌍들은 서로 부착되고, 및
상기 풀 와이어를 선택적으로 수축 또는 해제하는 것은
제1 쌍의 제1 풀 와이어를 수축하고 상기 제1 쌍의 제2 풀 와이어를 해제해서 상기 바스켓의 원위 선단이 결석으로부터 멀어지도록 상기 바스켓의 위치를 변경하는 단계를 포함하는 방법.
23. The method of claim 22,
The pairs of pull wires are attached to each other, and
Optionally shrinking or releasing the pull wire
And retracting the first pull wire of the first pair and releasing the second pull wire of the first pair to change the position of the basket so that the distal end of the basket is away from the stones.
제23항에 있어서,
상기 풀 와이어를 선택적으로 수축 또는 해제 하는 방법은
제2 쌍의 제3 풀 와이어를 수축하고 상기 제2 쌍의 제4 풀 와이어를 해제해서 바스켓의 원위 선단이 상기 결석으로부터 멀어지도록 상기 바스켓의 위치를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
24. The method of claim 23,
The method of selectively shrinking or releasing the pull wire
Further comprising retracting the second pair of third pull wires and releasing the second pair of fourth pull wires to change the position of the basket such that the distal end of the basket is away from the stones.
제23 또는 24항에 있어서,
상기 물체가 상기 바스켓의 양쪽 단부 사이에 위치할 있도록 상기 바스켓, 상기 바스켓 장치, 상기 내시경 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
23. The method of claim 23 or 24,
Moving at least one of the basket, the basket device, and the endoscope such that the object is positioned between both ends of the basket.
제25항에 있어서,
상기 물체가 상기 바스켓 안에 위치할 수 있도록 상기 바스켓의 위치를 바꾸기 위해 상기 제1 쌍의 제2 풀 와이어를 수축하고 상기 제1 쌍의 제1 풀 와이어를 해제하는 단계를
더 포함하는 방법.
26. The method of claim 25,
Retracting the first pair of second pull wires and releasing the first pair of first pull wires to change the position of the basket so that the object is positioned within the basket
Further comprising:
제26항에 있어서,
상기 풀 와이어를 선택적으로 수축 또는 해제하는 것은
제1 로봇 암에 결합된 도구 베이스를 작동시켜 상기 풀 와이어를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
27. The method of claim 26,
Optionally shrinking or releasing the pull wire
And operating the tool base coupled to the first robot arm to control the pull wire.
제27항에 있어서,
상기 내시경을 이동시키는 것은
제2 로봇 암과 결합된 장치 베이스를 작동시킴으로써 적어도 부분적으로 상기 내시경의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
28. The method of claim 27,
Moving the endoscope
And controlling operation of the endoscope at least in part by activating a device base associated with the second robot arm.
제22 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바스켓 장치의 작업 채널을 통해 광섬유 또는 레이저를 통과시키고, 상기 물체를 파쇄시키기 위한 쇄석술을 시행하도록 광섬유 또는 레이저를 작동시키는 단계;
상기 바스켓 장치의 작업 채널을 통해 기계적인 드릴을 통과시키고, 물체를 파쇄하기 위해 상기 물체와 접촉된 드릴을 작동시키는 단계;
상기 바스켓 장치의 작업 채널을 통해 끌을 통과시키고, 물체를 파쇄하기 위해 상기 물체와 접촉된 상기 끌을 작동시키는 단계; 및
물체를 파쇄하기 위해 상기 바스켓 장치의 작업 채널을 통해 유체를 상기 물체 쪽으로 통과시키는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 방법.
29. The method according to any one of claims 22 to 27,
Operating an optical fiber or laser to pass an optical fiber or laser through the working channel of the basket device and to perform lithotripsy to break the object;
Passing a mechanical drill through a working channel of the basket device and actuating a drill in contact with the object to break the object;
Passing the chisel through the working channel of the basket device and actuating the chisel in contact with the object to break the object; And
Further comprising at least one of passing fluid through the working channel of the basket device to the object to break the object.
제22 내지 29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물체는 신장 결석 또는 방광 결석, 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스테인 중 적어도 하나의 요소로 형성된 결석으로 구성된 그룹 중 적어도 하나이고;
상기 공동은 환자의 신장 또는 환자의 신장 안의 신배이고; 및
상기 내시경은 요관경인 방법.
29. A method according to any one of claims 22 to 29,
The object is at least one of the group consisting of kidney stones or stones formed from bladder stones, at least one element of calcium, magnesium, ammonia, uric acid, cysteine;
Wherein the cavity is a kidney in a patient or a renal vessel in a kidney of a patient; And
Wherein the endoscope is a ureter.
공동 내 물체를 포획하는 방법에 있어서,
상기 물체를 포함하는 상기 공동 안으로 내시경을 전진시키는 단계;
상기 공동 안에서 바스켓 도구를 열기 위해 상기 내시경의 작업 채널을 통해 상기 바스켓 도구를 전진시키는 단계;
상기 물체를 포위하기 위해 상기 바스켓 도구를 위치시키는 단계; 및
상기 물체 주변에서 바스켓이 닫힐 때 상기 물체가 상기 바스켓 도구 안에 머무를 수 있도록 상기 바스켓 도구를 앞으로 전진시키면서 동시에 상기 바스켓 도구를 접는 단계를 포함하는 방법.
In a method for capturing an object in a cavity,
Advancing the endoscope into the cavity including the object;
Advancing the basket tool through a working channel of the endoscope to open a basket tool within the cavity;
Positioning the basket tool to surround the object; And
And advancing the basket tool forward while simultaneously folding the basket tool so that the object can remain in the basket tool when the basket is closed around the object.
제31항에 있어서, 상기 바스켓 도구를 앞으로 전진시키는 단계는
상기 공동 안으로 내시경을 더 전진시키고 그에 따라 상기 바스켓 도구 또한 상기 공동 안으로 더 전진시키는 단계를 포함하는 방법.
32. The method of claim 31, wherein forwarding the basket tool further comprises:
Further advancing the endoscope into the cavity and thereby further advancing the basket tool into the cavity.
제31 또는 32항에 있어서, 상기 물체를 잡고 있는 상기 바스켓을 상기 공동 밖으로 수축하는 단계를 더 포함하는 방법.32. The method of claim 31 or 32 further comprising retracting the basket holding the object out of the cavity. 제31 내지 33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바스켓 도구는 복수의 풀 와이어로 구성되며 각각의 풀 와이어의 원위 단부는 하나의 풀 와이어를 개별적으로 작동시키도록 구성된 각기 다른 캡스턴과 공동 밖에서 결합되는 방법.
32. The method according to any one of claims 31 to 33,
Wherein the basket tool is comprised of a plurality of pull wires and the distal end of each pull wire is coupled out of the cavity with a respective capstan configured to individually actuate one pull wire.
제34 항에 있어서, 상기 바스켓 도구를 상기 공동 안에서 열기 위해 상기 바스켓 도구를 상기 내시경의 작업 채널로 전진시키는 단계는:
상기 풀 와이어를 풀기 위해 상기 캡스턴을 작동시키고 그에 따라 상기 공동 안에서 상기 바스켓 도구를 확장시키는 단계를 포함하는 방법.
35. The method of claim 34, wherein advancing the basket tool to the working channel of the endoscope to open the basket tool in the cavity comprises:
Actuating the capstan to release the pull wire and thereby expanding the basket tool within the cavity.
제35 항에 있어서, 상기 물체를 포위하기 위해 상기 바스켓 도구를 위치시키는 단계는
물체 주변에서 상기 바스켓 도구의 위치를 바꾸기 위해 상기 캡스턴을 선택적으로 작동시켜 상기 풀 와이어의 다른 쌍들을 감고 푸는 단계를 포함하는 방법.
37. The method of claim 35, wherein positioning the basket tool to surround the object
Selectively actuating the capstan to change the position of the basket tool about an object to wind and loosen the other pairs of pull wires.
제34 내지 36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바스켓 도구를 접는 것은
상기 풀 와이어를 감기 위해 상기 캡스턴을 작동시키고 그에 따라 상기 공동 안에서 상기 바스켓 도구의 사이즈를 축소 시키는 단계를 포함하는 방법.
35. A method according to any one of claims 34 to 36,
Folding the basket tool
Actuating the capstan to wind the pull wire and thereby reducing the size of the basket tool within the cavity.
제31 내지 37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물체를 포함하고 있는 상기 공동 안으로 상기 내시경을 전진시키는 단계는:
적어도 하나의 장치 베이스 또는 제1 로봇 암을 작동시켜 상기 내시경의 쉬스와 리더 중에 적어도 하나의 움직임을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
33. A method according to any one of claims 31 to 37,
Advancing said endoscope into said cavity containing said object comprises:
Activating at least one device base or first robot arm to control movement of at least one of the sheath and the reader of the endoscope.
제38 항에 있어서, 상기 공동 안에서 상기 바스켓 도구를 열기 위해 상기 바스켓 도구를 상기 내시경의 작업 채널을 통해 전진시키는 단계는:
적어도 하나의 도구 베이스 또는 제2 로봇 암을 작동시켜 상기 바스켓 도구와 내시경의 긴 축을 따라 상기 바스켓 도구의 움직임을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
39. The method of claim 38, wherein advancing the basket tool through the working channel of the endoscope to open the basket tool within the cavity comprises:
Activating at least one tool base or second robot arm to control movement of the basket tool along a longitudinal axis of the basket tool and the endoscope.
제38 또는 39항에 있어서, 상기 물체를 포위하기 위해 상기 바스켓 장치를 위치시키는 단계는:
도구 베이스와 제2 로봇 암 중 적어도 하나를 작동시켜 상기 바스켓 도구와 내시경의 긴 축을 따라 상기 바스켓 도구의 움직임을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
39. The method of claim 38 or 39, wherein positioning the basket device to surround the object comprises:
Activating at least one of a tool base and a second robotic arm to control movement of the basket tool along a longitudinal axis of the basket tool and the endoscope.
제40 항에 있어서, 상기 바스켓 도구를 앞으로 동시에 전진시키는 단계는:
리더와 바스켓 도구 중 적어도 하나를 공동 안으로 각각 더 이동시키기 위해 제2 그리고 제3 장치 베이스 중 적어도 하나 또는 제3 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
41. The method of claim 40, wherein advancing the basket tool forward simultaneously comprises:
Actuating at least one of the second and third device bases or the third robot arm to further move at least one of the reader and the basket tool into the cavity, respectively.
제40 또는 41항에 있어서, 바스켓 도구를 앞으로 동시에 전진시키는 것은
바스켓 도구를 공동 안으로 더 이동시키기 위해 쉬스와 리더 중 하나를 서로에 상대적으로 이동시키기 위해 제2 및 제3 장치 베이스 중 적어도 하나 또는 제3 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
40. The method of claim 40 or 41, wherein advancing the basket tool forward simultaneously
And actuating at least one of the second and third device bases or the third robot arm to relatively move one of the sheath and the leader relative to each other to further move the basket tool into the cavity.
제31 내지 42항 중 어느 한 항에 있어서, 물체를 포함하고 있는 공동안으로 내시경을 전진시키는 것은
내시경에 결합된 장치 베이스 또는 장치 베이스에 결합된 제1 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 로봇 암은 내시경의 움직임을 제어하도록 구성된 방법.
The method of any one of claims 31 to 42, wherein advancement of the endoscope into the cavity containing the object
Activating a first robot arm coupled to a device base or device base coupled to the endoscope, wherein the first robot arm is configured to control movement of the endoscope.
제43 항에 있어서, 공동 안에서 바스켓 도구를 열기 위해 내시경의 작업 채널을 통해 바스켓 도구를 전진 시키는 것은
바스켓 도구에 결합된 도구 베이스 또는 도구 베이스에 결합된 제2 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 로봇 암은 바스켓 도구와 내시경의 긴 축을 따라 바스켓 도구의 움직임을 제어하도록 구성된 방법.
44. The method of claim 43, wherein advancing the basket tool through the working channel of the endoscope to open the basket tool in the cavity
And activating a second robot arm coupled to a tool base or tool base coupled to the basket tool, wherein the second robot arm is configured to control movement of the basket tool along a long axis of the basket tool and the endoscope.
제43 또는 44항에 있어서, 물체를 포위하기 위해 바스켓을 위치시키는 것은
바스켓 도구에 결합된 도구 베이스 또는 도구 베이스에 결합된 제2 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 로봇 암은 바스켓 도구와 내시경의 긴 축을 따라 바스켓 도구의 움직임을 제어하도록 구성된 방법.
The method of claim 43 or 44, wherein positioning the basket to surround the object
And activating a second robot arm coupled to a tool base or tool base coupled to the basket tool, wherein the second robot arm is configured to control movement of the basket tool along a long axis of the basket tool and the endoscope.
제45 항에 있어서, 바스켓 도구를 앞으로 전진시키면서 동시에 바스켓 도구를 접는 것은
바스켓 도구를 내시경 안으로 수축시키기 위해 도구 베이스와 제2 로봇 암 중에 적어도 하나를 작동시키는 단계; 및
내시경을 공동 안으로 더 이동시키기 위해 장치 베이스와 제1 로봇 암 중에 적어도 하나를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
46. The method of claim 45, wherein folding the basket tool simultaneously while advancing the basket tool
Operating at least one of a tool base and a second robotic arm to retract the basket tool into the endoscope; And
And actuating at least one of the device base and the first robotic arm to further move the endoscope into the cavity.
제45 또는 46항에 있어서, 바스켓 도구를 앞으로 전진시키면서 동시에 바스켓 도구를 접는 것은
바스켓 도구와 내시경을 서로에 대해 반대방향으로 이동시키기 위해 도구 베이스, 장치 베이스, 제1 로봇 암 및 제2 로봇 암 중 적어도 하나를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
46. The method of claim 45 or 46 wherein folding the basket tool simultaneously while advancing the basket tool
Actuating at least one of a tool base, a device base, a first robot arm and a second robot arm to move the basket tool and the endoscope in opposite directions relative to each other.
제31 내지 47항 중 어느 한 항에 있어서,
내시경은 제1 로봇 암에 결합된 쉬스 요소와 제2 로봇 암에 결합된 리더스코프를 포함하고, 및
바스켓 도구는 제3 로봇 암에 결합된 방법.
31. The method according to any one of claims 31 to 47,
The endoscope comprising a sheath element coupled to the first robot arm and an interrogator scope coupled to the second robot arm,
The basket tool is coupled to the third robot arm.
제 48항에 있어서, 물체를 포함하고 있는 공동 안으로 내시경을 전진시키는 것은
바스켓 도구를 공동 안으로 더 이동시키기 위해 제1 로봇 암과 제2 로봇 암 중 적어도 하나를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
49. The method of claim 48, wherein advancing the endoscope into the cavity containing the object
And actuating at least one of the first robotic arm and the second robotic arm to further move the basket tool into the cavity.
제48 또는 49항에 있어서, 공동 안에서 바스켓 도구를 열기 위해 바스켓 도구를 내시경의 작업 채널을 통해 전진시키는 것은
바스켓 도구와 내시경의 긴 축을 따라 바스켓 도구의 움직임을 제어하기 위해 제3 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
50. The method of claim 48 or 49 wherein advancing the basket tool through the working channel of the endoscope to open the basket tool within the cavity
Operating the third robot arm to control movement of the basket tool along the long axis of the basket tool and the endoscope.
제48 내지 50항 중 어느 한 항에 있어서, 물체를 포위하기 위해 바스켓을 위치시키는 것은
바스켓 도구에 결합된 도구 베이스 또는 도구 베이스에 결합된 제3 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하고, 상기 제3 로봇 암은 바스켓 도구와 내시경의 긴 축을 따라 바스켓 도구의 움직임을 제어하도록 구성된 방법.
The method of any one of claims 48-50, wherein positioning the basket to surround the object
And activating a third robot arm coupled to a tool base or tool base coupled to the basket tool, wherein the third robot arm is configured to control movement of the basket tool along a long axis of the basket tool and the endoscope.
제 51항에 있어서, 바스켓 도구를 앞으로 전진시키면서 동시에 바스켓 도구를 접는 것은
바스켓 도구를 내시경 안으로 수축시키기 위해 도구 베이스와 제3 로봇 암 중 적어도 하나를 작동시키는 단계; 및
내시경을 공동 안으로 더 이동시키기 위해 제1 로봇 암과 제2 로봇 암 중 적어도 하나를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
52. The method of claim 51 wherein folding the basket tool simultaneously while advancing the basket tool
Operating at least one of a tool base and a third robotic arm to retract the basket tool into the endoscope; And
And actuating at least one of the first robotic arm and the second robotic arm to further move the endoscope into the cavity.
제51 또는 52항에 있어서, 바스켓 도구를 앞으로 전진시키면서 동시에 바스켓 도구를 접는 것은
바스켓 도구와 내시경을 서로에 대해 반대 방향으로 이동시키기 위해 도구 베이스, 제3 로봇 암, 제1 로봇 암 및 제2 로봇 암 중 적어도 하나를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
52. The method of claim 51 or 52, wherein the basket tool is advanced while the basket tool is being folded
Activating at least one of a tool base, a third robot arm, a first robot arm, and a second robot arm to move the basket tool and the endoscope in opposite directions relative to each other.
제31 내지 53항 중 어느 한 항에 있어서,
바스켓 도구의 작업 채널을 통해 광섬유 또는 레이저를 통과시키는 단계; 및
물체를 파쇄 시키기 위해 쇄석술을 시행하도록 광섬유 또는 레이저를 작동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
33. The method according to any one of claims 31-53,
Passing an optical fiber or laser through a working channel of the basket tool; And
Further comprising the step of operating the optical fiber or laser to effect lithotripsy to fracture the object.
제31 내지 54항 중 어느 한 항에 있어서,
바스켓 도구의 작업 채널을 통해 기계적인 드릴을 통과시키는 단계; 및
물체를 파쇄하기 위해 물체와 접촉된 드릴을 작동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
A method according to any one of claims 31 to 54,
Passing a mechanical drill through a working channel of the basket tool; And
Further comprising the step of actuating a drill in contact with the object to fracture the object.
제31 내지 55항 중 어느 한 항에 있어서,
바스켓 도구의 작업 채널을 통해 끌을 통과시키는 단계;
물체를 파쇄하기 위해 물체와 접촉된 끌을 작동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
33. A method according to any one of claims 31 to 55,
Passing a chisel through a working channel of the basket tool;
Further comprising actuating a chisel in contact with the object to fracture the object.
제31 내지 56항 중 어느 한 항에 있어서,
물체를 파쇄하기 위해 바스켓 장치의 작업 채널을 통해 유체를 물체 쪽으로 통과시키는 단계를 더 포함하는 방법.
31. The method of any one of claims 31 to 56,
Further comprising the step of passing fluid through the working channel of the basket device towards the object to fracture the object.
제31 내지 57항 중 어느 한 항에 있어서,
물체는 신장 결석 또는 방광 결석, 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스테인 중 적어도 하나의 요소로 형성된 결석으로 이뤄진 덩어리 중 적어도 하나인 방법.
33. A method according to any one of claims 31 to 57,
Wherein the object is at least one of a kidney stone or a mass of stones formed from at least one element of bladder stones, calcium, magnesium, ammonia, uric acid, cysteine.
제31 내지 58항 중 어느 한 항에 있어서, 공동은 환자의 신장 또는 환자의 신장 안의 신배인 방법.50. The method according to any one of claims 31-58, wherein the cavity is a kidney in the patient or a kidney in the patient's kidney. 제31 내지 59항 중 어느 한 항에 있어서, 내시경은 요관경인 방법.The method according to any one of claims 31 to 59, wherein the endoscope is a ureteroscope. 환자에게 경피적 수술을 시행하는 방법에 있어서,
환자의 내강을 통해 공동 안으로 제1 정렬 센서를 전진시키는 단계-상기 제1 정렬 센서는 자유 공간에서 정렬 센서의 위치와 방향을 실시간으로 제공함-
제1 정렬 센서가 공동에서 제거될 물체에 가까이 위치할 때 까지 제1 정렬 센서를 조작하는 단계;
자유 공간에서 수술 도구의 위치와 방향을 실시간 제공하는 제2 정렬 센서로 구성된 수술 도구로 환자에게 경피적 개구부를 만드는 단계; 및
제1 과 제2 정렬 센서 모두에 의해 제공된 데이터를 사용해서 물체를 향해 수술 도구를 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
A method of performing a percutaneous operation on a patient,
Advancing the first alignment sensor into the cavity through the lumen of the patient, said first alignment sensor providing in real time the position and orientation of the alignment sensor in free space,
Operating the first alignment sensor until the first alignment sensor is located close to an object to be removed from the cavity;
A second alignment sensor for providing the position and direction of the surgical tool in a free space in real time; And
And moving the surgical tool toward the object using data provided by both the first and second alignment sensors.
제 61항에 있어서, 제1 정렬 센서를 공동 안으로 전진시키는 것은
내시경의 원위 선단을 공동 안으로 전진 시키고, 상기 원위 선단은 원위 선단의 관측 시야의 이미지를 캡쳐하는 카메라와 제1 정렬 센서를 포함하는 방법.
62. The method of claim 61, wherein advancing the first alignment sensor into the cavity
Wherein the distal end of the endoscope is advanced into the cavity and the distal end comprises a camera and a first alignment sensor to capture an image of the distal view of the observation field.
제 62항에 있어서, 제1 정렬 센서가 물체에 가까이 위치할 때까지 제1 정렬 센서를 조작하는 것은
물체가 카메라의 관측 시야에서 나타날 때까지 내시경의 원위 선단을 조작하는 단계를 포함하는 방법.
63. The method of claim 62, wherein operating the first alignment sensor until the first alignment sensor is located proximate the object
Manipulating the distal end of the endoscope until an object appears in the viewing field of the camera.
제61 내지 63항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 정렬 센서를 공동 안으로 전진시키는 것은
가이드 와이어를 공동 안으로 전진시키는 단계를 포함하고, 상기 가이드 와이어는 제1 정렬 센서를 포함하는 방법.
62. The method of any one of claims 61 to 63, wherein advancing the first alignment sensor
Advancing the guide wire into the cavity, wherein the guide wire comprises a first alignment sensor.
제 64항에 있어서, 제1 정렬 센서가 물체에 가까이 위치할 때까지 제1 정렬 센서를 조작하는 것은
환자 내 가이드 와이어 및 제1 정렬 센서의 위치를 포함해 형광 투시 데이터를 생성하기 위해 환자에게 형광 투시법을 수행하는 단계; 및
형광 투시 데이터를 기반으로 제1 정렬 센서가 물체와 가까이 위치할 때까지 가이드 와이어를 조작하는 단계를 포함하는 방법.
65. The method of claim 64, wherein operating the first alignment sensor until the first alignment sensor is located proximate the object
Performing a fluoroscopic method on the patient to generate fluoroscopic data including the position of the guide wire and the first alignment sensor in the patient; And
And manipulating the guide wire until the first alignment sensor is positioned proximate the object based on the fluoroscopic data.
제61 내지 65항 중 어느 한 항에 있어서, 가이드 와이어를 공동 안으로 전진 시키는 것은
요관경을 공동 안으로 전진 시키는 단계- 상기 요관경은 작업 채널을 포함함-; 및
가이드 와이어를 요관경의 원위 선단을 거쳐 전진시키는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 61 to 65, wherein advancing the guide wire into the cavity
Advancing the urinary tract into the cavity, wherein the urethral tube comprises a working channel; And
Advancing the guide wire through the distal end of the urethra.
제61 내지 66항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 정렬 센서는 전자유도식 (EM) 센서로 환자에 가까이 위치한 복수의 전자기장 발전기에 의해 방출된 전기장을 수신하는 방법.66. A method according to any one of claims 61 to 66, wherein the first and second alignment sensors receive an electric field emitted by a plurality of electromagnetic field generators located close to the patient with an electromagnetic induction (EM) sensor. 제 67항에 있어서, 각각의 EM 센서는 적어도 하나의 전도성 물질로 된 코일을 포함하는 방법.68. The method of claim 67, wherein each EM sensor comprises a coil of at least one conductive material. 제67 또는 68항에 있어서,
환자의 내부 구조의 3차원(3D) 표현을 취득하는 단계; 및
자유 공간에서 환자의 위치와 방향에 부합하는 데이터에 대한 좌표계를 결정하기 위해 제1 정렬 센서로부터 수신한 데이터를 3D 표현으로 정합하는 단계를 더 포함하는 방법.
67. The method of claim 67 or 68,
Obtaining a three-dimensional (3D) representation of the internal structure of the patient; And
Further comprising matching the data received from the first alignment sensor to a 3D representation to determine a coordinate system for data corresponding to the position and orientation of the patient in free space.
제 69항에 있어서, 3D 표현은 CT 스캔인 방법.70. The method of claim 69, wherein the 3D representation is a CT scan. 제69 또는 70항에 있어서,
기준점을 식별하기 위해 3D표현을 분할하는 단계; 및
좌표계를 결정하기 위해 하나 이상의 정렬 센서를 통해 기준점의 위치를 정합하는 단계를 더 포함하는 방법.
70. The method of claim 69 or 70,
Dividing the 3D representation to identify a reference point; And
Further comprising aligning the position of the reference point via one or more alignment sensors to determine a coordinate system.
제69 내지 71항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터를 정합하는 것은
기준점의 위치를 적어도 하나의 점집합으로 종합하는 단계; 및
점집합을 기반으로 회전 행렬과 병진 벡터를 포함하는 동차 변환을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 69 to 71, wherein matching the data
Integrating the positions of the reference points into at least one set of points; And
Determining a homogeneous transformation comprising a rotation matrix and a translation vector based on the set of points.
제 72항에 있어서, 기준점 중 적어도 하나는 환자의 체외에서 식별가능하고; 및
기준점의 위치를 정합하는데 사용된 제1 정렬 센서는 위치를 정합하기 위해 환자의 체외에서 탐색하는 방법.
73. The method of claim 72, wherein at least one of the reference points is identifiable outside the patient ' s body; And
Wherein the first alignment sensor used to match the position of the reference point is located outside the patient's body to match the position.
제 73항에 있어서,
기준점의 위치를 정합하기 위해 사용된 제1 정렬 센서는 소형 도구에 결합된 방법.
77. The method of claim 73,
Wherein the first alignment sensor used to match the position of the reference point is coupled to a miniature tool.
제72 내지 74항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 기준점은 수술 중에 식별가능하고; 및
기준점의 위치를 정합하기 위해 사용된 제1 정렬 센서는 위치를 정합하기 위해 환자의 내부를 탐색하는 방법.
72. The method according to any one of claims 72 to 74,
At least one reference point being identifiable during surgery; And
Wherein the first alignment sensor used to match the position of the reference point searches the interior of the patient to match the position.
제67 내지 75항 중 어느 한 항에 있어서, 방법은
환자의 내부 구조의 3차원(3D) 표현을 취득하는 단계; 및
환자 체외에서 식별 가능한 기준점들의 위치를 포함하는 제1 점집합을 식별하기 위해 환자 체외에서 제1 정렬 센서를 조종하는 단계;
환자 체내에서 식별 가능한 기준점들의 위치를 포함하는 제2 점집합을 식별하기 위해 환자 체내에서 제2 정렬 센서를 조종하는 단계;
자유 공간에서 환자의 위치와 방향에 부합하는 데이터에 대한 좌표계를 결정하기 위해 제1 및 제2 점집합을 3D 표현으로 정합하는 단계를 더 포함하는 방법.
The method of any one of claims 67 to 75,
Obtaining a three-dimensional (3D) representation of the internal structure of the patient; And
Manipulating the first alignment sensor outside the patient's body to identify a first set of points that includes the location of identifiable reference points outside the patient's body;
Manipulating a second alignment sensor in a patient's body to identify a second set of points comprising a location of identifiable reference points in the patient's body;
Further comprising matching the first and second set of points to a 3D representation to determine a coordinate system for data corresponding to the position and orientation of the patient in free space.
제61 내지 76항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 정렬 센서는 컴퓨팅 시스템으로 센서 데이터를 전송해 처리하는 전도성 와이어와 전기적으로 결합되어있는 방법.
A method according to any one of claims 61 to 76,
Wherein each alignment sensor is electrically coupled to a conductive wire that transmits and processes sensor data to a computing system.
제 77항에 있어서,
컴퓨터 시스템에서 제1 및 제2 정렬센서로부터의 데이터를 실시간 수신하는 단계;
디스플레이 기기를 통해 그래픽 인터페이스 제공하는 단계
를 더 포함하고,
상기 그래픽 인터페이스는,
원위 선단의 위치와 방향을 표현하는 제1 도형 요소, 및
수술 도구의 위치와 방향을 표현하는 제2 도형 요소를 디스플레이하는 방법.
78. The method of claim 77,
Receiving data from the first and second alignment sensors in real time in a computer system;
A step of providing a graphic interface through a display device
Further comprising:
Wherein the graphical interface comprises:
A first figure element representing the position and orientation of the distal tip, and
A method for displaying a second geometric element representing a position and orientation of a surgical tool.
제 78항에 있어서, 제1 및 제2 정렬 센서 둘 다에 의해 제공된 데이터를 사용해 수술 도구를 물체를 향해 이동시키는 것은
환자 내 내시경의 원위 선단의 움직임에 대응하여 그래픽 인터페이스에서 제1 도형 요소를 갱신하여 보여주는 단계를 포함하는 방법.
79. The method of claim 78, wherein using the data provided by both the first and second alignment sensors to move the surgical tool towards the object
Updating and displaying the first graphic element in the graphical interface corresponding to the movement of the distal end of the endoscope in the patient.
제78 또는 79항에 있어서, 제1 및 제2 정렬 센서 둘 다에 의해 제공된 데이터를 사용해 수술 도구를 물체를 향해 이동시키는 것은
환자 내 수술 도구의 움직임에 대응하여 그래픽 인터페이스에서 제2 도형 요소를 갱신하여 보여주는 단계를 포함하는 방법.
78. The method of claim 78 or 79, wherein moving the surgical tool toward the object using data provided by both the first and second alignment sensors
And updating and displaying the second graphic element in the graphical interface in response to the movement of the surgical tool in the patient.
제78 내지 80항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 정렬 센서 둘 다에 의해 제공된 데이터를 사용해 수술 도구를 물체를 향해 이동시키는 것은
제1 및 제2 정렬 센서가 충분히 가까이 위치하면 이에 따른 대응으로 수술 도구가 물체에 도달했다는 알림을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 78 to 80, wherein moving the surgical tool toward the object using data provided by both the first and second alignment sensors
And providing a notification that the surgical tool has reached the object in response thereto when the first and second alignment sensors are located sufficiently close together.
제61 내지 81항 중 어느 한 항에 있어서, 내시경의 원위 선단을 전진시키고, 내시경의 원위 선단을 조작하고, 경피적 개구부를 만들고, 수술 도구를 물체를 향해 이동시키는 것의 단계들은 복수의 로봇 암에 의해 제어되는 방법.81. The method of any one of claims 61-81, wherein the steps of advancing the distal end of the endoscope, manipulating the distal end of the endoscope, creating a percutaneous opening, and moving the surgical tool toward the object are performed by a plurality of robotic arms Controlled manner. 제61 내지 82항 중 어느 한 항에 있어서, 내시경의 원위 선단을 전진시키는 것은
제어 모듈에서 입력을 수신하는 단계; 및
입력에 대한 대응으로 복수의 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하고
상기 로봇 암의 작동은 내시경의 원위 선단을 전진시키는 방법.
The method of any one of claims 61 to 82, wherein advancing the distal end of the endoscope
Receiving an input at a control module; And
Operating the plurality of robotic arms in response to the input
Wherein the operation of the robot arm advances the distal end of the endoscope.
제 83항에 있어서, 수술 도구를 이동시키는 것은
제어 모듈에서 제2 입력을 수신하는 단계; 및
제2 입력에 대한 대응으로 복수의 로봇 암을 작동시키는 단계를 포함하고
상기 로봇 암의 작동은 수술 도구를 이동시키는 방법.
83. The method of claim 83, wherein moving the surgical tool
Receiving a second input at a control module; And
Operating the plurality of robotic arms in response to a second input
Wherein the operation of the robot arm moves the surgical tool.
제61 내지 84항 중 어느 한 항에 있어서, 수술 도구는 풍선을 포함한 바늘이고, 방법은
환자의 공동 안으로 포트를 만들기 위해 풍선을 확장시키는 단계; 및
흡입관을 포트안으로 삽입하는 단계를 포함하고
상기 흡입관은 물체 또는 조각을 제거하기 충분한 지름을 가지는 방법.
The method of any one of claims 61 to 84, wherein the surgical tool is a needle including a balloon,
Expanding the balloon to create a port within the patient ' s cavity; And
Inserting the suction tube into the port
Wherein the suction tube has a diameter sufficient to remove an object or piece.
제 85항에 있어서, 방법은
포트 외에 환자의 내강을 통해 내시경을 공동 안으로 전진시키는 단계-상기 내시경은 작업 채널을 포함함-;
유체로 환자의 공동을 세척하는 단계-상기 유체는 내시경의 작업 채널 안을 통과함-; 및
흡입관에 음압을 적용하는 단계를 더 포함하고
상기 유체 세척과 음압의 조합을 통해 물체가 흡입관을 통해 공동으로부터 제거되도록 지원하는 방법.
86. The method of claim 85,
Advancing the endoscope through the lumen of the patient in addition to the port, the endoscope including a working channel;
Cleaning the patient ' s cavity with fluid, the fluid passing through a working channel of an endoscope; And
Applying negative pressure to the suction pipe
Wherein the object is removed from the cavity through the suction tube through a combination of the fluid cleaning and the negative pressure.
제 86항에 있어서, 방법은
작업 채널을 통해 광섬유 또는 레이저를 통과시키고 물체를 파쇄하기 위한 쇄석술을 시행하도록 광섬유 또는 레이저를 작동시키는 단계; 및
작업 채널을 통해 내시경 도구를 통과시키고 흡입관을 통해 공동으로부터 물체가 제거될 수 있도록 물체를 위치시키기 위해 내시경 도구를 조작하는 단계
중 적어도 하나를 더 포함하는 방법.
87. The method of claim 86,
Operating the optical fiber or laser to pass a fiber optic or laser through the working channel and perform lithotripsy to break the object; And
Operating the endoscope tool to pass the endoscope tool through the working channel and position the object so that the object can be removed from the cavity through the suction tube
RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제 87항에 있어서, 내시경 도구는 적어도 바스켓 장치 및 그래스퍼 중 적어도 하나인 방법.89. The method of claim 87, wherein the endoscopic tool is at least one of a basket device and a grasper. 제61 내지 88항 중 어느 한 항에 있어서, 물체는 신장 결석 또는 방광 결석, 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스테인 중 적어도 하나의 요소로 형성된 결석으로 이뤄진 덩어리 중 적어도 하나인 방법.The method of any one of claims 61 to 88, wherein the object is at least one of kidney stones or lumps of bladder stones, stones formed from at least one element of calcium, magnesium, ammonia, uric acid, cysteine. 제61 내지 89항 중 어느 한 항에 있어서, 공동은 환자의 신장 또는 환자의 신장 안의 신배인 방법.The method of any one of claims 61 to 89, wherein the cavity is a kidney in a patient or a kidney in a patient's kidney. 환자로부터 물체를 제거하는 방법에 있어서,
경피적 절개로 인해 생성된 포트를 통해 흡입관을 공동 안으로 삽입하는 단계;
내시경을 환자의 내강 또는 다른 포트를 통해 공동 안으로 전진하는 단계-상기 내시경은 작업 채널을 포함함-;
환자의 공동을 유체로 세척하는 단계-유체는 내시경의 작업 채널 안을 통과함-; 및
음압을 상기 흡입관으로 적용하는 단계-상기 유체 세척과 음압의 조합을 통해 물체가 흡입관을 통해 공동으로부터 제거되도록 지원함-를 포함하는 방법.
A method for removing an object from a patient,
Inserting the suction tube into the cavity through the port created by the percutaneous incision;
Advancing the endoscope through the lumen or other port of the patient into the cavity, the endoscope including a working channel;
Cleaning the cavity of the patient with a fluid, the fluid passing through a working channel of the endoscope; And
Applying a negative pressure to the suction tube to assist removal of the object from the cavity through the suction tube through a combination of the fluid wash and negative pressure.
제 91항에 있어서,
수술도구를 포트를 통해 환자의 공동 안으로 이동시키는 단계; 및
흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 단계를 더 포함하는 방법.
92. The method of claim 91,
Moving the surgical tool through the port into the patient ' s cavity; And
Further comprising manipulating the surgical tool to assist removal of the object through the suction tube.
제 92항에 있어서, 수술도구는 흡입관 안으로 삽입되는 방법.92. The method of claim 92, wherein the surgical tool is inserted into the suction tube. 제92 또는 93항에 있어서, 수술 도구는 레이저 또는 광섬유이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위한 쇄석술을 시행하는 단계를 포함하는 방법.
92. The method of claim 92 or 93, wherein the surgical tool is a laser or an optical fiber, and manipulating the surgical tool to assist in removing the object through the suction tube
And performing lithotripsy to fracture the object.
제92 내지 94항 중 어느 한 항에 있어서, 수술 도구는 끌 또는 드릴이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위해 끌 또는 드릴을 각각 사용하는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 92 to 94, wherein the surgical tool is a chisel or a drill, and manipulating the surgical tool to assist removal of the object through the suction tube
And using a chisel or a drill to fracture the object, respectively.
제92 내지 95항 중 어느 한 항에 있어서, 수술 도구는 초음파 기기이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
음파로 물체를 파쇄하기 위해 초음파 기기를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 92 to 95, wherein the surgical tool is an ultrasonic instrument and manipulating the surgical tool to assist in removing the object through the suction tube
And operating the ultrasonic instrument to break the object with sound waves.
제91 내지 96항 중 어느 한 항에 있어서, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하도록 구성된 수술 도구는 흡입관에 통합되는 방법.91. A method according to any one of claims 91 to 96, wherein the surgical tool configured to support removal of the object through the suction tube is incorporated into the suction tube. 제 97항에 있어서, 수술 도구는 레이저 또는 광섬유이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위한 쇄석술을 시행하는 단계를 포함하는 방법.
97. The method of claim 97, wherein the surgical tool is a laser or an optical fiber, and manipulating the surgical tool to support removal of the object through the suction tube
And performing lithotripsy to fracture the object.
제97 또는 98항에 있어서, 수술 도구는 끌 또는 드릴이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위해 끌 또는 드릴을 각각 사용하는 단계를 포함하는 방법.
97. The method of claim 97 or 98, wherein the surgical tool is a chisel or a drill, and manipulating the surgical tool to assist removal of the object through the suction tube
And using a chisel or a drill to fracture the object, respectively.
제97 내지 99항 중 어느 한 항에 있어서, 수술 도구는 초음파 기기이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
음파로 물체를 파쇄하기 위해 초음파 기기를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 97 to 99 wherein the surgical tool is an ultrasonic instrument and manipulating the surgical tool to assist in removing the object through the suction tube
And operating the ultrasonic instrument to break the object with sound waves.
제91 내지 100항 중 어느 한 항에 있어서,
수술 도구를 내시경의 작업 채널을 통해 환자의 공동 안으로 삽입하는 단계; 및
흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 단계를 더 포함하는 방법.
100. The method according to any one of claims 91 to 100,
Inserting the surgical tool into the patient's cavity through a working channel of the endoscope; And
Further comprising manipulating the surgical tool to assist removal of the object through the suction tube.
제 101항에 있어서, 상기 유체는 내시경의 작업 채널 안 수술 도구 외부에서 통과하는 방법.102. The method of claim 101, wherein the fluid passes outside a surgical tool in a working channel of an endoscope. 제101 또는 102항에 있어서,
수술 도구는 바스켓 장치로 외부 샤프트 및 풀 와이어로 엮인 복수의 주변 채널을 포함하는 방법.
101. The method of claim 101 or 102,
Wherein the surgical tool comprises a plurality of peripheral channels woven with an outer shaft and a pull wire as a basket device.
제101 내지 103항 중 어느 한 항에 있어서, 수술 도구는 레이저 또는 광섬유, 초음파 기기, 끌, 드릴 및 그래스퍼로 구성된 그룹 중 적어도 하나인 방법.The method of any one of claims 101 to 103, wherein the surgical tool is at least one of the group consisting of a laser or an optical fiber, an ultrasonic instrument, a chisel, a drill, and a grasper. 제101 내지 104항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술 도구는 도구 작업 채널을 포함하고; 및
상기 유체는 수술 도구의 도구 작업 채널 안에서 통과하는 방법.
A method according to any one of claims 101 to 104,
Wherein the surgical tool comprises a tool operation channel; And
Wherein said fluid passes through a tool working channel of a surgical tool.
제101 내지 105항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술 도구는 작업 채널을 포함하는 바스켓 장치이고;
흡입관을 통해 공동에서 물체를 제거하는 것을 지원하기 위해 제2 수술 도구를 바스켓 장치의 작업 채널 안으로 삽입하는 단계를 더 포함하는 방법.
The method according to any one of claims 101 to 105,
The surgical tool is a basket device comprising a working channel;
Further comprising inserting a second surgical tool into the working channel of the basket device to assist in removing the object from the cavity through the suction tube.
제 106항에 있어서, 제2 수술 도구는 레이저 또는 광섬유, 초음파 기기, 끌, 드릴로 구성된 그룹 중 적어도 하나인 방법.107. The method of claim 106, wherein the second surgical tool is at least one of the group consisting of a laser or an optical fiber, an ultrasonic instrument, a chisel, and a drill. 제101 내지 107항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술 도구는 바스켓 장치이고, 흡입관을 통해 공동에서 물체를 제거하는 것을 지원하기 위해 수술 도구를 조작하는 것은
물체를 바스켓 장치의 바스켓 안에 포획하고 결석을 흡입관에 가까이 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
107. The method according to any one of claims 101 to 107,
The surgical tool is a basket device and manipulating the surgical tool to assist in removing the object from the cavity through the suction tube
Trapping the object in the basket of the basket apparatus and locating the stones close to the suction pipe.
제101 내지 108항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술 도구는 레이저 또는 광섬유이며, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술 도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위한 쇄석술을 시행하는 단계를 포함하는 방법.
A method according to any one of claims 101 to 108,
The surgical tool is a laser or an optical fiber, and manipulating the surgical tool to support removal of the object through the suction tube
And performing lithotripsy to fracture the object.
제101 내지 109항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술 도구는 끌 또는 드릴이며, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술 도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위해 끌 또는 드릴을 각각 사용하는 단계를 포함하는 방법.
The method according to any one of claims 101 to 109,
The surgical tool is a chisel or a drill, and manipulating the surgical tool to assist removal of the object through the suction tube
And using a chisel or a drill to fracture the object, respectively.
제101 내지 110항 중 어느 한 항에 있어서, 수술 도구는 초음파 기기이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
음파로 물체를 파쇄하기 위해 초음파 기기를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 101 to 110, wherein the surgical tool is an ultrasonic instrument and manipulating the surgical tool to assist in removing the object through the suction tube
And operating the ultrasonic instrument to break the object with sound waves.
제91 내지 111항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은
내시경의 작업 채널 안에 배치된 리더스코프를 내시경의 원위 선단 너머로 연장하는 단계;
수술 도구를 리더스코프 안 작업 채널을 따라 환자의 공동 안으로 삽입하는 단계; 및
흡입관을 통해 물체를 제거하는 것을 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 단계를 더 포함하는 방법.
91. A method according to any one of claims 91 to 111,
Extending a leader scope disposed in a working channel of the endoscope over a distal end of the endoscope;
Inserting a surgical tool into a patient's cavity along a working channel in a reader scope; And
Further comprising manipulating the surgical tool to assist in removing the object through the suction tube.
제 112항에 있어서, 상기 수술 도구는 레이저 또는 광섬유, 초음파 기기, 끌, 드릴 및 그래스퍼 중 적어도 하나인 방법.115. The method of claim 112, wherein the surgical tool is at least one of a laser or an optical fiber, an ultrasonic instrument, a chisel, a drill, and a grasper. 제 112 또는 113항에 있어서, 상기 유체는 내시경의 작업 채널 안에 리더스코프 외부에서 통과하는 방법.113. The method of claim 112 or 113, wherein the fluid passes outside the leader scope in a working channel of the endoscope. 제112 내지 114항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술 도구는 레이저 또는 광섬유이며, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술 도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위한 쇄석술을 시행하는 단계를 포함하는 방법.
114. The method according to any one of claims 112 to 114,
The surgical tool is a laser or an optical fiber, and manipulating the surgical tool to support removal of the object through the suction tube
And performing lithotripsy to fracture the object.
제112 내지 115항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술 도구는 끌 또는 드릴이며, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술 도구를 조작하는 것은
물체를 파쇄하기 위해 끌 또는 드릴을 각각 사용하는 단계를 포함하는 방법.
113. The method of any one of claims 112 to 115,
The surgical tool is a chisel or a drill, and manipulating the surgical tool to assist removal of the object through the suction tube
And using a chisel or a drill to fracture the object, respectively.
제112 내지 116항 중 어느 한 항에 있어서, 수술 도구는 초음파 기기이고, 흡입관을 통한 물체 제거를 지원하기 위해 수술도구를 조작하는 것은
음파로 물체를 파쇄하기 위해 초음파 기기를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
The method of any one of claims 112 to 116, wherein the surgical tool is an ultrasonic instrument and manipulating the surgical tool to assist in removing the object through the suction tube
And operating the ultrasonic instrument to break the object with sound waves.
제91 내지 117항 중 어느 한 항에 있어서,
흡입관을 포트 안으로 삽입하는 단계는 제1 로봇 암에 의해 수행되고; 및
내시경을 공동을 통해 전진시키는 단계는 제2 로봇 암에 의해 수행되는 방법.
91. A method according to any one of claims 91 to 117,
Inserting the suction tube into the port is performed by the first robot arm; And
Wherein advancing the endoscope through the cavity is performed by a second robotic arm.
제91 내지 118항 중 어느 한 항에 있어서,
내시경은 쉬스와 리더스코프를 포함하고, 및
내시경을 공동을 통해 전진시키는 단계는 쉬스를 전진시키는 제1 로봇 암과 리더스코프를 전진시키는 제2 로봇 암에 의해 수행되는 방법.
91. A compound according to any one of claims 91 to 118,
The endoscope includes a sheath and a reader scope, and
Advancing the endoscope through the cavity is performed by a first robotic arm that advances the sheath and a second robot arm that advances the leader scope.
제91 내지 119항 중 어느 한 항에 있어서, 물체는 신장 결석 또는 방광 결석, 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스테인 중 적어도 하나의 요소로 형성된 결석으로 이뤄진 덩어리 중 적어도 하나인 방법.The method of any one of claims 91 to 119, wherein the object is at least one of kidney stones or lumps of bladder stones, stones formed from at least one element of calcium, magnesium, ammonia, uric acid, cysteine.
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