KR102027422B1 - 연결된 신체 통로들을 통하여 의료 기구를 조향하기 위한 다수의 작동 모드들을 가진 의료 시스템 - Google Patents

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Abstract

제어장치는 다른 작동 모드들로 작동하여, 연결된 신체 통로들을 통하여 의료 기구를 삽입하고 후퇴할 때 의료 기구의 원위 팁의 이동을 제어한다. 의료 기구를 삽입할 때, 제어장치는 수동 모드로 작동하도록 수동으로 오버라이드되지 않는다면 보통은 자동 진행 모드로 작동한다. 의료 기구를 후퇴할 때, 제어장치는 보통은 제로-포스 모드로 작동하여 원위 팁이 자유롭게 이동하는 것을 허용하고, 그 결과 제어장치는 통로들의 형상을 따를 수 있는데, 이는 의료 기구가 수동 모드로 작동하도록 수동으로 오버라이드되지 않는다면 연결된 신체를 통하여 후퇴되고 있기 때문이다.

Description

연결된 신체 통로들을 통하여 의료 기구를 조향하기 위한 다수의 작동 모드들을 가진 의료 시스템{MEDICAL SYSTEM WITH MULTIPLE OPERATING MODES FOR STEERING A MEDICAL INSTRUMENT THROUGH LINKED BODY PASSAGES}
본 발명은 일반적으로 의료 시스템들에 관한 것이고, 상세하게는, 연결된 신체 통로들을 통하여 의료 기구를 조향하기 위한 다수의 작동 모드들을 가진 의료 시스템에 관한 것이다.
신체 통로들을 통하여 조향되는 한가지 유형의 의료 기구는 내시경이다. 내시경은 내과의사가 신체 내부 장기들의 이미지를 촬영하고 신체 내부 장기들과 관련된 문제들을 진단하는 것을 허용하는데, 이는, 자연 개구 또는 외과의사가 만들어낸 개구부를 통하여 내시경을 삽입함으로써 또는 환자 내부의 표적 부위로 내시경을 안내함으로써 가능하다. 어떤 경우에는, 내시경은 또한 신체 내부 장기들 상에서 의료 처치를 실행하는데 사용될 수 있다. 내시경은 조향가능할 수 있어서, 그 원위 팁은 진행하기 위하여 제어가능하게 배향된다. 입체(stereoscopic) 카메라 또는 단안(monoscopic) 카메라 같은 이미지 촬영 장치는 그 원위 팁에 제공될 수 있어서, 이 카메라를 가지고 그 원근법으로 촬영된 이미지들은 외과의사에 의해 표시 화면 상에서 볼 수 있다. 여러 가지 의료 처치를 표적 부위에서 실행하기 위하여, 절단, 파지, 소작 등에 사용되는 것과 같은 외과수술 공구는 내시경의 원위 팁의 바깥쪽으로 뻗어있을 수 있다.
전문화된 내시경들은 일반적으로 관찰하려고 하는 곳의 명칭을 따서 명명될 수 있다. 예를 들자면, 방광을 관찰하기 위한 방광경, 신장을 관찰하기 위한 신장경, 폐의 기관지를 관찰하기 위한 기관지경, 후두를 관찰하기 위한 후두경, 귀를 관찰하기 위한 검이경, 관절을 관찰하기 위한 관절경, 복강을 관찰하기 위한 복강경 및 위장 내시경 등이 있다. 그 의도된 장기들을 관찰하기 위하여, 내시경은 신체 내부의 연결된 신체 통로들을 통하여 표적 영역으로 이동할 수 있다.
신체 통로들을 통하여 조향가능한 다른 유형의 의료 기구는 카테터이다. 카테터는 기다랗고 가느다란 가요성 튜브인데, 이는 유체를 안내하거나 빼내기 위하여 신체상 자연 공동이나 통로 속에 삽입된다. 그 용도는 요도를 통하여 방광으로부터의 소변의 배출 또는, 진단하기 위해 혈관을 통한 심장 속으로의 삽입을 포함한다. 카테터는 또한 통로 내에 삽입되어 통로가 개방 상태를 유지하게 할 수 있다.
신체 통로들을 통하여 조향가능한 추가적인 다른 유형의 의료 기구는 외과수술 공구와 진단 공구이다. 예를 들자면, 조직의 소작에 사용되는 전극들과 조직 시료들을 집기 위한 겸자와 같은 공통된 의료 용구들을 포함한다.
신체 통로들을 통하여 이러한 의료 기구들이 조향되는데, 신체 통로들은 그 길이를 따라 달라지는 폭을 가질 수 있고, 구불구불할 수 있다. 더욱이, 신체 통로는 다수의 분지가 형성될 수 있고 좁아질 수 있어서, 신체 내부의 표적 영역으로의 진행은 어렵다. 또한 신체 통로는 의료 기구와의 과도한 물리적 접촉에 의해 쉽게 손상되는 민감한 조직을 구비할 수 있다. 연결된 신체 통로들의 일 예로서, U.S. 7,901,348 B2에는 극박(ultra-thin) 가요성 내시경이 기관지내시경 처치 동안 폐의 기관지 내부의 미리 정해진 관심 구역 쪽으로 시각적으로 보조되어 안내되는 것이 설명되어 있다. 연결된 신체 통로들의 다른 예로서, U.S. 2005/0182319 A1에는 폐의 공기 순환계, 소화계 및 비뇨기계뿐만 아니라 혈액 순환계에 적용가능한 이미지 안내 외과수술 기법이 설명되어 있다.
조작자가 의료 기구를 연결된 신체 통로들을 통하여 환자의 해부학적 구조 내의 표적 영역 쪽으로 삽입하고 있을 때, 수술 기구를 표적 영역으로 진행시키는 조작자를 보조하는 것이 바람직할 수 있다. 수술 도구를 연결된 신체 통로들 밖으로 다시 후퇴할 때, 수술 기구와의 과도한 물리적 접촉에 의한 통로 벽들의 손상을 피하도록 유의하여야 한다. 환자 내에서의 의료 기구의 이동을 제어하는 동안에는, 환자에 대한 안전이 항상 주요 관심사항이다.
따라서, 본 발명의 하나 이상의 양태들 중 하나의 목적은, 환자에게 손상을 일으키지 않으면서 신체 통로들을 통한 의료 기구의 이동을 제어하기 위한 의료 시스템 및 이 시스템에서 실시되는 방법이다.
본 발명의 하나 이상의 양태들 중 다른 목적은, 연결된 신체 통로를 통하여 안전하고 효율적인 방식으로 의료 기구를 표적 영역 쪽으로 및/또는 표적 영역으로부터 조향하는 조작자에게 유용할 때 진행 보조를 제공하기 위한 의료 시스템 및 이 시스템에서 실시되는 방법이다.
본 발명의 하나 이상의 양태들 중 추가적인 다른 목적은, 연결된 신체 통로들을 통하여 표적 영역 쪽으로의 수동 오버라이드(override) 상태에서 자동 항진 보조를 제공하기 위한 의료 시스템 및 이 시스템에서 실시되는 방법이다.
이들 목적들과 추가 목적들은 본 발명의 여러 가지 양태에 의해 달성되는데, 간략히 언급하자면, 일 양태는 일정한 의료 시스템으로서, 이 시스템은: 조향가능한 의료 기구; 적어도 하나의 액추에이터; 및 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 의료 기구의 이동이 삽입 방향에서 감지된 후에 의료 기구가 삽입 제어 모드에 따라서 조향되게 하고, 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 의료 기구의 이동이 후퇴 방향에서 감지된 후에 의료 기구가 의료 기구에 대항하여 가해지는 힘에 따라 이동하는 것을 허용하는 제어 수단;을 구비한다.
다른 양태는 의료 기구의 조향을 제어하기 위한 방법으로서, 이 방법은: 의료 기구의 이동을 감지하는 단계; 및 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 의료 기구의 이동이 삽입 방향에서 감지된 후에 의료 기구가 삽입 제어 모드에 따라서 조향되게 하고, 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 의료 기구의 이동이 후퇴 방향에서 감지된 후에 의료 기구가 의료 기구에 대항하여 가해지는 힘에 따라 이동하는 것을 허용하는, 단계;를 구비한다.
다른 양태는 일정한 의료 시스템으로서, 이 시스템은: 입력 장치; 의료 기구; 적어도 하나의 액추에이터; 및 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 정상 제어 모드에서 프로그램된 진행 경로를 따라서 의료 기구가 조향되게 하고, 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 정상 제어 모드가 입력 장치의 조작자에 의해 수동으로 오버라이드될 때 이러한 조향을 명령하는 입력 장치의 움직임에 따라서 의료 기구가 조향되게 하는, 제어 수단;을 구비한다.
또한 다른 양태는 의료 기구의 조향을 제어하기 위한 방법으로서, 이 방법은: 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 삽입 방향으로 이동되는 동안 프로그램된 진행 경로에 따라서 의료 기구를 조향하는 단계; 수동 오버라이드 지시를 수신하는 단계; 및, 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여 입력 장치의 움직임에 따라서 의료 기구를 조향하는 단계;를 구비한다.
본 발명의 여러 가지 양태들의 추가 목적들, 특징들 및 이점들은 그 실시예에 관한 다음의 설명으로부터 자명하게 될 것이고, 이는 다음의 도면들과 결합하여 설명될 것이다.
본 발명은 의료 기구를 조향하기 위한 다수의 작동 모드들을 가진 의료 시스템 및, 의료 기구의 조향을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 의료 기구와의 과도한 물리적 접촉에 의한 신체 통로 벽들의 손상을 어느 정도 피할 수 있다.
도 1에는 의료 기구의 도표가 도시되어 있는데, 이 의료 기구는, 연결된 신체 통로들 내부에 배치되고, 본 발명의 양태들을 이용하는 의료 시스템의 제어장치에 의해 제어된다.
도 2에는 본 발명의 양태들을 이용하는 의료 시스템에서 사용되는 의료 기구의 원위 단부의 도표가 도시되어 있다.
도 3에는 의료 기구가 통과할 수 있는 연결된 신체 통로들의 도표가 도시되어 있다.
도 4에는 본 발명의 양태들을 이용하는 의료 시스템의 블록 도표가 도시되어 있다.
도 5에는 환자 내부의 표적 영역을 향한 그 삽입 동안 의료 기구를 제어하기 위한 방법의 흐름도가 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 양태들을 이용한다.
도 6에는 환자 내부의 표적 영역으로부터의 그 후퇴 동안 의료 기구를 제어하기 위한 방법의 흐름도가 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 양태들을 이용한다.
도 1에는 의료 시스템의 사용법이 나타나 있는데, 의료 시스템 내의 제어장치(102)는 액추에이터(103)들에 명령하여, 입력 장치(101)와 조작자의 상호작용에 응답하여 의료 기구(104)를 환자(150)의 연결된 신체 통로를 통하여 그 속으로 및 그 밖으로 이동시킨다. 의료 기구(104)는 이 경우에 내시경, 카테터 또는, 도 2에 나타나 있는 바와 같은 조향가능한 팁(142)을 가지는 다른 의료 장치일 수 있다. 액추에이터(103)들은 전체 의료 기구(104)를 입력 방향(즉, 환자(150) 속으로 삽입하여) 및 출력 방향(즉, 환자(150) 밖으로 후퇴하여)으로 레일(124)을 따라 이동시키기 위한 액추에이터(121)를 포함하고, 여기서 입력 방향과 출력 방향은 양쪽 머리 부분이 화살표로 표시된 "I/O"로 설명된 바와 같다. 이와 다르게, 액추에이터(121)는 생략될 수 있는데, 이 경우에 조작자는 의료 기구(104)를 연결된 신체 통로 속으로 수동으로 삽입할 수 있고 연결된 신체 밖으로 수동으로 후퇴할 수 있다. 액추에이터(103)들은 또한 조향가능한 팁(142)을 조향하기 위한 액추에이터(122, 123)들을 포함한다.
도 2에는 의료 기구(104)의 원위 단부의 상세도가 도시되어 있는데, 의료 기구의 내부에는 조향가능한 팁(142)의 비회전 상태가 실선의 형태로 나타나 있고 조향가능한 팁(142)의 여러 가지 회전 상태가 점선의 형태로 나타나 있다. 의료 기구(104)는 조향가능한 팁(142)이 회전가능하게 연결되는 가요성 바디부(141)를 포함한다. 예를 들어, 조향가능한 팁(142)이 상하(pitch) 방향으로 회전될 때, 조향가능한 팁은 도시된 점선 형태로 나타나 있는 바와 같이 이동한다. 조향가능한 팁(142)이 좌우(yaw) 방향으로 회전될 때, 조향가능한 팁은 도시된 점선의 형태에 대해 직각 방향으로 이동한다. 조향가능한 팁(142)을 상하 및 좌우의 조합으로 회전시킴으로써, 상하와 좌우 사이의 중간 각도들이 달성될 수 있다. 이 경우, 액추에이터(122)는 조향가능한 팁(142)을 상하로 조향할 수 있고, 액추에이터(123)는 회전가능한 팁(142)을 좌우로 조향할 수 있다. 이와 다르게, 조향가능한 팁(142)은 바디부(141)의 중심 축 둘레에서 롤 형태로 회전될 수 있고, 상하 및 좌우 모두 또는 이들 중 하나는 대응하는 액추에이터들을 사용한다. 가요성 바디부(141)는 수동적으로 구부려지거나 능동적으로 구부려질 수 있고, 또는 수동적으로 구부려지는 것과 능동적으로 구부려지는 것이 조합하여 행하여질 수 있다. 가요성 바디부(141)를 능동적으로 구부리기 위하여, 추가적인 액추에이터들과 제어 요소들은 의료 기구(104)를 조향하기 위하여 이미 언급된 것에 추가하여 제공될 수 있다.
의료 기구(104)가 조향가능한 내시경일 때, 의료 기구는 하나 이상의 내강(145)들을 가질 수 있고, 그 내강을 통하여 복수 개의 광 섬유 케이블(144)과 이미지 촬영 장치(143)가 뻗어있다. 이미지 촬영 장치(143)는 이미지를 촬영하기 위한 입체 카메라 또는 단안 카메라일 수 있는데, 이 이미지는 이미지 처리장치(108)로 보내지고 이미지 처리장치(108)에 의해 처리되어서 표시 화면(109)(도 4에 나타나 있음) 상에 표시된다. 이와 다르게, 이미지 촬영 장치(143)는 섬유경과 같은 의료 기구(104)의 원위 단부 상의 이미지 처리 시스템에 연결되는 간섭성 광 섬유 다발일 수 있다. 광 섬유 케이블(144)들 중 하나는 의료 기구(104)의 원위 단부에서의 조명을 위하여 그 근위 단부에서 광원(미도시)에 연결될 수 있다. 광 섬유 케이블(144)들 중 다른 것들은 광섬유 브래그 격자배열형 센서(Fiber Bragg Gratings)(또는 레일리 산란을 이용하는 것과 같은 다른 변형 센서들)와 같은 굽힘 센서 또는 형상 센서로 구성될 수 있어서, 광 섬유 케이블을 통과하는 광은 제어장치(102)에 의해 처리되어, 조향가능한 팁(142)의 배향을 포함하는 의료 기구(104)의 현재의 위치와 형상을 판정한다.
이러한 조향가능한 내시경의 일 예시는 "내시경을 자동적으로 제어하기 위한 방법들 및 장치들"이라는 제목의 WO2009/097461 A1에 설명되고, 이는 본 명세서에 참조사항으로 통합된다. 광섬유 브래그 격자배열형 센서를 사용하여 구부리는 것 및, 내시경의 위치의 판정에 관한 세부사항들은, 예컨대 "광섬유 브래그 격자배열형 센서를 사용하는 위치 센서들을 포함하는 로봇 수술 시스템"이라는 제목의 U.S. 2007/0156019 A1, "레일리 분산을 기초로 한 광 섬유 위치 및/또는 형상 감지"라는 제목의 U.S. 2008/0212082 A1, "브래그 광섬유 센서들을 사용하는 로봇 수술 기구 및 방법들"이라는 제목의 U.S. 2008/0218770 A1 및 "광 섬유 형상 센서"라는 제목의 U.S. 2009/0324161 A1에서 발견할 수 있는데, 이들 각각의 세부사항들은 본 명세서에 참조사항으로 통합된다.
도 3에는 환자(150) 내부의 연결된 신체 통로(152)의 도표가 도시되어 있는데, 이 연결된 신체 통로를 통하여 의료 기구(104)는 입력 장치(101)와 조작자의 상호작용에 응답하여 제어장치(102)의 제어 하에 이동한다. 연결된 신체 통로(152)는 진입 지점(151)을 가지는데, 이 진입 지점을 통하여 의료 기구(104)는 분지 통로들(154, 155, 156, 157) 및 조직의 벽(153)으로 진입하고, 여기서 분지 통로들은 의료 기구(104)가 환자 내부의 다른 표적 영역들에 도달하는 경로들을 제공한다. 연결된 신체 통로(152)는, 다수의 분지 통로들을 가진 나무 구조와 같이 도 3에 나타나 있지만, 그 대신 단일의 내강 또는 통로를 구비할 수 있다. 자연 신체 통로들에 추가하여, 인공적인 신체 통로 또는 외과의사가 만들어낸 신체 통로 역시 연결된 신체 통로(152) 중에 포함될 수 있다.
도 4에는 의료 시스템(100)의 블록 도표가 예로서 도시되어 있다. 제어장치(102)는 제어장치(102)의 현재의 작동 모드에 따라서 액추에이터(103)에 명령함으로써 의료 기구(104)의 이동을 제어한다. 제어장치(102)는 하나 이상의 기억장치에 저장된 프로그램 코드를 실행하는 하나 이상의 집중되거나 분산된 처리장치로서 실시될 수 있고, 각각의 처리장치들은 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어의 조합이나 이들 중 하나에 의해 차례로 실시된다. 현재의 작동 모드는 조작자가 삽입 방향(즉, 환자 속으로) 또는 후퇴 방향(즉, 환자 밖으로)으로의 의료 기구(104)의 이동을 명령하고 있는지 여부를 좌우하는 것이 보통이다. 작동 정지 모드들이 제공되고, 그 결과, 삽입 방향으로의 의료 기구(104)의 이동이 감지될 때는 현재의 작동 모드가 자동 진행 모드로 되고, 후퇴 방향으로의 의료 기구(104)의 이동이 감지될 때는 현재의 작동 모드가 제로-포스 모드로 된다. 그러나 프로그램된 정지 모드들은 안전, 코스 변경 또는 다른 목적을 위하여 수동으로 오버라이드될 수 있다. 자동 진행 모드가 오버라이드될 때는 의료 기구(104)를 수동으로 조향하기 위하여, 입력 장치(101)는 의료 시스템(100) 내부에 제공된다. 입력 장치(101)는 또한 의료 기구(104)의 삽입과 후퇴을 명령하기 위하여 사용될 수 있다. 이와 다르게, 이러한 삽입과 후퇴는 조작자가 삽입 방향과 후퇴 방향으로 의료 기구(104)를 수동으로 이동시킴으로써 실행될 수 있다. 또한 의료 시스템(100) 내부에는 액추에이터(103), 의료 기구(104), 기억장치(107), 표시 화면(109) 및 이미지 처리장치(108)가 포함된다.
도 5에는 환자 내부의 표적 영역을 향한 의료 기구(104)의 삽입 동안 의료 기구(104)의 조향을 제어하기 위한 제어장치(102)에 의해 실행되는 방법의 흐름도가 일 예로서 도시되어 있다. 블록(501)에서, 이 방법은, 적합한 센서를 사용하여, 입력 장치(101)의 움직임 또는 의료 기구(104)의 이동 중 하나를 감지함으로써 삽입 방향으로의 의료 기구(104)의 이동을 감지한다. 블록(502)에서, 이 방법은, 조작자가 의도한 삽입 이동을 부정확하게 지시하는 것을 피하기 위해서 그 이동이 임계값(threshold value)을 초과하는지 여부를 판정한다. 이러한 부정확한 지시들의 예시들은, 조작자가 수동으로 입력 장치(101)와 상호작용하거나 수동으로 의료 기구(104)와 상호작용할 때의 손 떨림 또는 시스템 내의 잡음을 포함한다. 임계값은, 시간과 무관한 위치에서의 변화 또는, 특정 기간의 시간에 걸친 위치(즉, 속도)에서의 변화 중 어느 하나에 기초를 둘 수 있다.
블록(502)에서의 판정이 '아니오'이면, 이 방법은 블록(501) 쪽으로 다시 선회한다. 이에 반하여, 블록(502)에서의 판정이 '예'이면, 이 방법은 블록(503) 쪽으로 전진하는데, 이 블록(503)은 의료 기구(104)의 원위 팁(142)의 현재의 자세(즉, 위치 및 배향)를 판정하는 곳이다. 블록(504)에서, 이 방법은 이어서 의료 기구(104)의 현재의 자세를 사용하여 프로그램된 진행 경로를 따르는 조향 방향을 판정한다. 진행 경로는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography; CT) 장치, 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging; MRI) 장치 등을 사용하여 발생되는 것과 같이 환자를 분석하는 영상을 사용하여, 사전 작동되게 판정되거나 중간 작동되게 판정될 수 있다.
정상적인 작동에서, 이 방법은 블록(506) 쪽으로 전진하는데, 이 블록(506)은 제어장치가 자동 진행 모드로 작동해서 액추에이터들(122, 123)에 명령하여 판정된 조향 방향에 따르는 프로그램된 진행 경로를 따라 의료 기구(104)를 조향하는 곳이다. 블록(506)을 실행한 다음, 이 방법은 블록(501) 쪽으로 다시 점프함으로써 전진하여 다른 처리 사이클을 실행한다.
이 방법은 또한 수동 오버라이드 특징부가 제공되는데, 이 수동 조작 특징부는 조작자가 수동 오버라이드를 작동개시하였는지 여부가 판정되는 블록(505)(블록들(504, 506) 사이에 개입되어 있음)으로서 논리적으로 나타나 있다. 조작자는, 예컨대 입력 장치(101) 상에 위치된 수동 오버라이드 스위치를 작동개시함으로써 또는, 진행 모드를 "압도(overpower)"하기 위하여 그리고 조향 액추에이터들(122, 123)에 명령하여 조향가능한 팁(142)을 목표로 하는 바와 같이 조향하기 위하여 입력 장치(101)를 간단히 이동시킴으로써 이를 행할 수 있다. 이 의미에서의 "압도"는, 조작자가 입력 장치(101)를 통하여 조향 방향으로의 조향가능한 팁(142)의 충분한 이동(예컨대, 임계량을 초과함)을 명령하는 것을 의미하는데, 이는 조작자의 진행 모드 명령과 반대된다. 수동 오버라이드는 블록(505)에서의 판정으로서 나타나 있지만 전형적인 "시스템 차단"으로서 실시될 수 있는데, 이는 수동 모드 작동을 허용하기 위하여 이 방법을 실시하는 제어장치(102)가 블록(507)으로 점프하게 하고, 이 수동 모드 작동에서 조작자는 의료 기구(104)를 조향하는 것의 제어를 떠맡을 수 있다. 특히, 수동 모드 작동에서, 제어장치(102)는 조작자가 의료 기구(104)의 조향가능한 팁(142)의 조향을 완전히 제어하는 것을 허용하는데, 이는 팁 조향 액추에이터들(122, 123)에 명령하여 이러한 조향 동작을 명령하는 입력 장치(101)와의 조작자 상호작용에 응답하여 조향가능한 팁(142)을 조향시킴으로써 가능하다.
수동 모드로 작동하는 동안, 블록(508)은 선택적으로 실행될 수 있는데, 블록(508)에서의 이 방법은 블록(504)에서 판정된 조향 방향의 그래픽 지시가 표시 화면(109)에 나타나 있게 한다. 이와 다르게, 또는 추가적으로, 이 방법은 조작자가 의료 기구(104)를 블록(504)에서 판정된 조향 방향으로 조향하는 것을 촉진하기 위하여 미는 힘(nudging force)이 입력 장치(101) 상에 제공되게 할 수 있다. 조작자가 제어부를 자동 진행 모드로 다시 바꾸는 것을 바랄 때, 오버라이드는 해제될 수 있고 이 방법은 블록(501) 쪽으로 다시 점프한다. 이어서, 수동 오버라이드를 실행한 후에, 업데이트된 진행 경로는, 블록(503)에서 판정되는 바와 같은 의료 기구의 현재의 자세 및 새로운 조향 방향을 이용하여 판정될 수 있고, 블록(504) 내의 업데이트된 진행 경로를 이용하여 판정될 수 있는데, 이는 의료 기구(104)가 수동 오버라이드를 따르는 최초 진행 경로 상에 더 이상 있을 수 없기 때문이다. 이 방식으로, 조작자가 수동 모드에서 진행 모드로 전환할 때마다, 현재의 기구 위치에서 표적 영역으로의 새로운 진행 경로는 자동차 항법장치와 유사한 방식으로 판정될 수 있는데, 이 자동차 항법장치는 운전자가 진행 경로를 이탈하여 주행할 때 목적지로의 경로를 자동적으로 다시 계산한다. 진행 경로(최초 및 업데이트된 것)는 기억장치(107) 내에 저장될 수 있어서, 제어장치(102)에 접근가능할 수 있다.
도 6에는 제어장치(102)에 의해 실행되는 방법의 흐름도가 예로서 도시되어 있는데, 이 제어장치는 환자 내부의 표적 영역으로부터 멀어지는 그 후퇴 동안 의료 기구(104)를 제어하기 위한 것이다. 블록(601)에서, 이 방법은 후퇴 방향으로의 의료 기구(104)의 이동을 감지하는데, 이는 의료 기구(104)의 이동 또는 입력 장치(101)의 움직임을 감지하거나 적합한 센서들을 사용함으로써 가능하다. 블록(602)에서, 이 방법은, 이 이동이 임계값을 초과하여 의도된 후퇴 이동의 부정확한 지시들(도 5에서의 블록(502)을 참조하여 전에 설명된 바와 같이)을 회피하는지 여부를 판정한다. 블록(602) 내의 판정이 "아니오"이면, 이 방법은 블록(601) 쪽으로 다시 선회한다.
정상 작동에서, 이 방법은 블록(604) 쪽으로 전진하는데, 이 블록은 제어장치가 제로-포스 모드로 작동해서 액추에이터들(122, 123)에 명령하여 의료 기구(104)가 의료 기구(104)에 대항하여 가해지는(의료 기구가 통로를 통하여 이동함에 따라 통로 벽들에 의해 가해지는 것과 같은) 힘에 따라 이동하는 것을 허용한다. 예를 들어, 제어장치(102)는 감지된 상호작용력에 기초를 두는 연결된 신체 통로(152)들의 벽(153)들과의 접촉력을 최소화하기 위하여 조향가능한 팁(142)을 능동적으로 제어할 수 있다. 다른 예로서, 제어장치(102)는 조향 액추에이터들(122, 123)을 작동개시 못하게 할 수 있어서, 조향가능한 팁(142)은 연결된 신체 통로(152)들의 벽(153)들에 따라 자유롭게 이동한다. 따라서, 민감한 조직을 가질 수 있는 통로 벽들은 의료 기구(104)의 후퇴 동안 최소한의 손상만을 받는다. 이 방법은 다른 처리 사이클을 실행하는 블록(601) 쪽으로 다시 점프함으로써 전진한다.
이 방법은 또한 수동 오버라이드 특징부가 선택적으로 제공되는데, 이 특징부는 블록들(603, 605)로서 논리적으로 나타나 있다. 이 경우의 수동 오버라이드는 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이 블록들(505, 507)의 수동 오버라이드와 유사하게 작동할 것이다. 수동 오버라이드를 완료한 후에, 이 방법은 블록(601) 쪽으로 다시 점프하여 정상 모드 후퇴 작동으로 재진입한다.
어떤 작동 모드로 제어장치(102)가 작동하는지와 관계없이, 조작작가 항상 의료 기구(104)의 이동에 대한 속도와 방향에 대해 제어하고 있다는 것은 주목할 만하다. 특히, 제어장치(102)가 조향가능한 팁(142)을 자동적으로 조향하고 있을 때라도, 조작자는 의료 기구(104)의 삽입을 명령하는 것을 중단함으로써 모든 동작을 멈출 것이다. 조작자는 또한 이 삽입의 명령된 속도를 늦춤으로써 이러한 동작을 늦출 것이다.
본 발명의 여러 가지 양태들이 하나 이상의 실시예들에 대하여 설명되어 있더라도, 본 발명이 첨부된 특허청구범위의 전체 범위 내에서 완전히 보호되어 있고 상술된 실시예들로 제한되지 않는다는 것은 이해될 것이다.

Claims (24)

  1. 조향가능한 의료 기구;
    적어도 하나의 액추에이터; 및
    상기 의료 기구가 삽입 방향으로 움직일 때 삽입 제어 모드에 의하여 프로그램된 진행 경로를 따라 상기 의료 기구를 능동적으로 조향하도록 상기 적어도 하나의 액추에이터에 명령하고, 상기 프로그램된 진행 경로와 상반되는 조작자 입력 장치의 움직임에 응하여 상기 삽입 제어 모드에서 수동 오버라이드 제어 모드로 전환하는 제어 수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 삽입 제어 모드는 상기 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여, 상기 프로그램된 진행 경로를 따라서 상기 의료 기구를 조향하고, 상기 프로그램된 진행 경로는 사전 작동되게 판정되는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로그램된 진행 경로는 상기 의료 기구의 현재의 삽입 위치로부터 판정된 조향 방향을 지시하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 삽입 제어 모드는 상기 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여, 조작자가 상기 프로그램된 진행 경로를 오버라이드한다면 제어 장치와 조작자의 상호작용에 따라서 상기 의료 기구를 조향하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 프로그램된 진행 경로와 일치하는 조향 방향을 지시하기 위하여 미는 힘이 상기 제어 장치 상에 가해지게 하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    표시 화면을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 프로그램된 진행 경로와 일치하는 조향 방향의 지시가 상기 표시 화면 상에 표시되게 하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 수동 오버라이드 제어 모드에서 상기 삽입 제어 모드로 다시 전환하도록 상기 적어도 하나의 액추에이터에 명령하고, 상기 삽입 제어 모드로 다시 전환한 후에 상기 의료 기구의 현재의 자세에 따라서 상기 프로그램된 진행 경로를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 삽입 방향에서의 임계량을 초과하는 변경에 의해 상기 삽입 방향에서의 상기 의료 기구의 이동을 감지하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 후퇴 방향에서의 임계량을 초과하는 변경에 의해 상기 후퇴 방향에서의 상기 의료 기구의 이동을 감지하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 삽입 제어 모드는 상기 적어도 하나의 액추에이터에 명령하여, 제어 장치와 조작자의 상호작용에 따라서 상기 의료 기구를 조향하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 프로그램된 진행 경로와 일치하는 조향 방향을 지시하기 위하여 미는 힘이 상기 제어 장치 상에 가해지게 하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    표시 화면을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은 프로그램된 진행 경로와 일치하는 조향 방향의 지시가 상기 표시 화면 상에 표시되게 하는 것을 특징으로 하는 의료 시스템.
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  14. 의료 기구의 조향을 제어하기 위하여 제어장치에 의해 수행되는 방법으로서,
    상기 방법은:
    상기 의료 기구에 의하여 정의되는 중심 축 둘레에서 상기 의료 기구의 움직임의 지시를 수신하는 단계;
    상기 의료 기구가 상기 중심 축 둘레에서 삽입 방향으로 움직일 때 삽입 제어 모드에 의하여 프로그램된 진행 경로를 따라 상기 의료 기구를 능동적으로 조향하도록 적어도 하나의 액추에이터에 명령하는 단계; 및
    상기 프로그램된 진행 경로와 상반되는 조작자 입력장치의 움직임에 응하여 상기 삽입 제어 모드에서 수동 오버라이드 제어 모드로 전환하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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