KR102234145B1 - 중재적 기기의 추적을 위한 형상 센서 시스템 및 사용 방법 - Google Patents

중재적 기기의 추적을 위한 형상 센서 시스템 및 사용 방법 Download PDF

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Abstract

의료 추적 장치는 센서 디바이스의 정합 부분과 정합하도록 구성된 센서 도킹 형상부를 포함한 기점 장치를 포함한다. 센서 도킹 형상부는 정합 부분을 공지된 구성으로 유지한다. 기점 장치는 또한 환자의 해부 구조부에 대한 부착을 위해 구성된 적어도 하나의 촬상 가능한 기점 표시부 및 표면을 포함한다.

Description

중재적 기기의 추적을 위한 형상 센서 시스템 및 사용 방법{SHAPE SENSOR SYSTEMS FOR TRACKING INTERVENTIONAL INSTRUMENTS AND METHODS OF USE}
본 개시 내용은 최소 침습적 시술을 수행하기 위해 환자의 해부 구조부를 운행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 특히 중재적 기기를 추적하기 위해 형상 센서 시스템을 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최소 침습적 의료 기술은 중재적 시술 도중 손상되는 조직의 양을 감소시켜, 환자의 회복 시간, 불편함, 및 해로운 부작용을 감소시키도록 의도된다. 이러한 최소 침습적 기술은 환자의 해부 구조부 내의 자연 개구를 통해 또는 하나 이상의 외과적 절개부를 통해 실행될 수 있다. 이러한 자연 개구 또는 절개부를 통해, 의료인은 목표 조직 위치에 도달하기 위해 (수술, 진단, 치료, 또는 생체 검사 기기를 포함한) 중재적 기기를 삽입할 수 있다. 목표 조직 위치에 도달하기 위해, 최소 침습적 중재적 기기는 폐, 대장, 소장, 신장, 심장, 순환계 등과 같은 해부학적 계통 내의 자연 통로 또는 외과적으로 생성된 통로를 운행할 수 있다. 기존 시스템에서, 전자기(EM) 운행은 환자 해부 구조부를 통해 중재적 기기의 움직임을 추적하는데 사용될 수 있다. EM 운행 시스템이 많은 시술에 대해 유용할 수 있더라도, 이들은 수술실 내의 다른 설비로부터 자성 간섭을 받을 수 있다. 예를 들어, 형광투시 촬상 시스템 또는 금속 기기의 C-아암은 EM 운행 시스템과 자성 간섭을 생성하여, 중재적 기기의 추적에 있어 허용 불가능한 오류를 발생시킬 수 있다. EM 운행이 적절하지 않거나 약화될 수 있는 환경을 포함한 수술 환경에서 중재적 기기를 추적하기 위해 개선된 운행 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명의 실시예들이 상세한 설명에 이어지는 청구범위에 의해 요약된다.
일 실시예에서, 의료 추적 시스템은 센서 디바이스의 정합 부분과 정합하도록 구성된 센서 도킹 형상부를 포함한 기점 장치를 포함한다. 센서 도킹 구성은 정합 부분을 공지된 구성(configuration)으로 유지한다. 기점 장치는 또한 환자의 해부 구조부에 대한 부착을 위해 형성된 적어도 하나의 촬상 가능한 기점 표시부 및 표면을 포함한다.
다른 실시예에서, 의료 기기 추적을 위한 방법은 해부학적 구조부의 모델을 수신하는 단계를 포함한다. 모델은 이미지 기준 프레임을 형성하고, 적어도 하나의 기점 표시부의 이미지를 포함한다. 방법은 적어도 하나의 기점 표시부를 포함한 기점 장치가 제1 형상 센서 디바이스에 결합될 때 제1 형상 센서 디바이스의 기준 부분을 복수의 기점 표시부에 등록하는 단계를 더 포함한다. 제1 형상 센서 디바이스의 기준 부분은 적어도 하나 기점 표시부와 관련하여 공지된 구성으로 유지된다. 방법은 제1 형상 센서 디바이스의 제1 형상 센서로부터 제1 센서 기준 프레임의 제1 형상 센서 정보를 수신하는 단계, 및 이미지 기준 프레임과 제1 센서 기준 프레임 사이의 상호 관계에 기초하여 이미지 기준 프레임 내의 제1 형상 센서의 자세를 결정하는 단계를 더 포함한다.
의료 기기 추적을 위한 방법은 해부학적 구조부의 모델을 수신하는 단계를 포함한다. 모델은 이미지 기준 프레임을 형성하고 적어도 하나의 기점 표시부의 모델을 포함한다. 방법은 적어도 하나 기점 표시부에 관하여 공지된 구성으로 보유되는 기준 부분을 포함한 제1 형상 센서로부터 제1 기준 프레임 내의 제1 형상 센서 정보를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 해부학적 구조부 내에 위치된 제2 형상 센서로부터의 제2 기준 프레임의 제2 형상 센서 정보를 더 포함한다. 방법은 제1 기준 프레임, 제2 기준 프레임, 이미지 기준 프레임 사이의 상호 관계를 기초로 이미지 기준 프레임의 제2 형상 센서의 자세를 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 개시 내용의 추가 양태, 특징, 및 장점은 이후 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 개시 내용의 태양들은 첨부 도면과 함께 판독될 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 다양한 형상들이 본 산업 분야의 표준 실무에 따라서 비율에 맞게 도시된 것은 아님을 강조한다. 사실상, 다양한 형상들의 치수들은 설명을 명확하게 하기 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다. 추가적으로, 본 개시 내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간단함과 명료함을 위한 것이고 그 자체는 설명된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하지 않는다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따르는, 로봇 중재적 시스템이다.
도 2는 본 개시 내용의 양태를 이용하는 중재적 기기 시스템을 도시한다.
도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따르는 추적 시스템을 갖는 중재적 기기 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 센서 디바이스를 도시한다.
도 5는 본 개시 내용의 실시예에 따르는 중재적 기기 추적 시스템을 위한 사용 방법을 도시한다.
도 6은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따르는 추적 시스템을 갖는 중재적 기기 시스템을 도시한다.
도 7은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따르는 중재적 기기 추적 시스템에 대한 사용 방법을 도시한다.
도 8은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따르는 추적 시스템을 갖는 중재적 기기 시스템을 도시한다.
도 9는 본 개시 내용의 다른 실시예에 따르는 중재적 기기 추적 시스템에 대한 사용 방법을 도시한다.
도 10은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따르는 추적 시스템을 갖는 중재적 기기 시스템을 도시한다.
본 발명의 양태의 다음의 상세한 설명에서, 개시되는 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 개시 내용의 실시예는 이러한 구체적인 세부 사항 없이 실시될 수 있는 점은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 상황에서, 공지된 방법, 절차, 구성요소, 및 회로는 본 발명의 실시예의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다. 그리고, 필요 없는 설명 반복을 피하기 위해, 하나의 예시적인 실시예에 따라 설명되는 하나 이상의 구성요소 또는 작용은 다른 예시적인 실시예로부터 적용되는 바에 따라 사용되거나 생략될 수 있다.
이하 실시예는 다양한 기기 및 기기의 부분을 3차원 공간에서의 그 상태에 관해 설명할 것이다. 본 개시 내용에 사용되는 바와 같이, "위치"라는 용어는 3차원 공간(예를 들어, 직교 X, Y, Z 좌표를 따르는 3개의 병진 이동 자유도)에서의 대상 또는 대상의 일부분의 위치를 지칭한다. 본 개시 내용에 사용되는 바와 같이, "배향"이라는 용어는 대상 또는 대상의 일부분의 회전 배치(3개의 회전 자유도 - 예를 들어, 롤링, 피치, 및 요잉)를 지칭한다. 본 개시 내용에 사용되는 바와 같이, "자세"라는 용어는 적어도 하나의 병진 이동 자유도에서의 대상 또는 대상의 일부분의 위치 및 적어도 하나의 회전 자유도에서의 대상 또는 대상의 일부분의 배향을 지칭한다(6개까지의 총 자유도). 본 개시 내용에 사용되는 바와 같이, "형상"이라는 용어는 세장형 대상물을 따라 측정된 자세, 위치, 또는 배향의 세트를 지칭한다.
도면 중 도 1을 참조하면, 예를 들어, 외과, 진단, 치료, 또는 생체 검사 시술에서 사용하기 위한 로봇 중재적 시스템이 도면 부호 100에 의해 전체적으로 표시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 중재적 시스템(100)은 환자(P)가 그 위에 위치되는 작동 테이블(O)에 장착되거나 그 근처의 로봇 조립체(102)를 포함한다. 중재적 기기 시스템(104)은 로봇 조립체(102)에 작동식으로 결합된다. 조작자 입력 시스템(106)은 외과 의사 또는 의료인(S)이 수술 부위를 관측하고 중재적 기기 시스템(104)의 작동을 제어하도록 한다.
조작자 입력 시스템(106)은 보통 수술 테이블(O)과 동일한 공간에 위치되는 의료인의 콘솔에 위치될 수 있다. 그러나, 의사(S)는 환자(P)와 다른 공간 또는 완전히 다른 건물 내에 위치될 수 있는 점이 이해되어야 한다. 조작자 입력 시스템(106)은 대체로 중재적 기기 시스템(104)을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 디바이스(들)를 포함한다. 제어 디바이스(들)는 손잡이, 조이스틱, 트랙볼, 데이터 글러브, 트리거-건, 수동 제어기, 음성 인식 디바이스, 터치 스크린, 신체 움직임 또는 존재 센서 등과 같은, 임의의 개수의 다양한 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 디바이스(들)에는 원격 현장감 또는 의료인이 기기를 직접 제어하는 강한 느낌을 갖도록 제어 디바이스(들)가 기기와 일체라는 지각을 의료인에게 제공하기 위해 로봇 조립체의 중재적 기기와 동일한 자유도가 제공될 것이다. 다른 실시예에서, 제어 디바이스(들)는 관련된 중재적 기기보다 더 많거나 더 적은 자유도를 가지며, 여전히 원격 현장감을 의료인에게 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 디바이스(들)는 6개의 자유도에 의해 이동하며, 기기를 작동(예를 들어, 파지 조오를 폐쇄하거나, 전극에 전위를 인가하거나, 약물 치료를 전달하는 등)시키기 위한 작동 가능한 손잡이 또한 포함할 수 있는 수동 입력 디바이스이다.
로봇 조립체(102)는 중재적 기기 시스템(104)을 지지하고, 하나 이상의 비-서보 제어 링크(예를 들어, 일반적으로 설치 구조물로 지칭되는, 제 위치에 수동으로 위치되어 체결될 수 있는 하나 이상의 링크)의 운동학적 구조부 및 로봇 조작기를 포함할 수 있다. 로봇 조립체(102)는 중재적 기기(104) 상의 입력부를 구동하는 복수의 액추에이터(예를 들어, 모터)를 포함한다. 이러한 모터는 제어 시스템(예를 들면, 제어 시스템(112))으로부터의 명령에 응답하여 움직인다. 모터는 중재적 기기(104)에 결합될 때 중재적 기기를 자연적으로 또는 외과적으로 생성된 해부학적 개구 내로 전진시키고 그리고/또는, 3개의 선형 운동도(예를 들어, X, Y, Z 직교 축을 따른 선형 운동) 및 3개의 회전 운동도(예를 들어, X, Y, Z 직교 축에 대한 회전)를 포함할 수 있는 복수의 자유도로 중재적 기기의 원위 단부를 이동시킬 수 있는 구동 시스템을 포함한다. 추가로, 모터는 생체 검사 디바이스 등의 조오에 조직을 파지하기 위해 기기의 관절식 엔드 이펙터를 작동시키도록 사용될 수 있다.
로봇 중재적 시스템(100)은 또한 로봇 조립체의 기기에 관한 정보를 수신하는 하나 이상의 서브 시스템을 갖는 센서 시스템(108)을 포함한다. 이러한 서브-시스템은 위치 센서 시스템(예를 들어, 전자기(EM) 센서 시스템), 카테터 팁의 그리고/또는 기기(104)의 가요성 본체를 따르는 하나 이상의 세그먼트의 위치, 배향 속도, 자세 및/또는 형상을 결정하는 형상 센서, 및/또는 카테터 시스템의 원위 단부로부터 이미지를 캡처하는 시각화 시스템을 포함할 수 있다.
로봇 중재적 시스템(100)은 또한 센서 시스템(108)의 서브시스템에 의해 생성된, 수술 부위 및 중재적 기기(104)의 이미지를 표시하는 디스플레이 시스템(110)을 포함한다. 디스플레이(110)와 조작자 입력 시스템(106)은 조작자가 작업 공간을 사실상 실제 존재하는 것으로 관찰하는 것처럼 중재적 기기(104) 및 조작자 입력 시스템(106)을 제어할 수 있도록 배향될 수 있다. 실제 존재는 표시되는 조직 이미지가 조작자에게, 조작자가 촬영기 위치에 물리적으로 존재하여 촬영기의 시각으로부터 조직을 직접 보는 것처럼 보여지는 것을 의미한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 디스플레이 시스템(110)은 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 촬영 기술을 사용하여 수술 전에 기록 및/또는 모델링된 수술 부위의 이미지를 제시할 수 있다. 제공된 수술 전 이미지는 2차원, 3차원, 또는 4차원(예를 들어, 시간 기반 정보 또는 속도 기반 정보를 포함함) 이미지 및 모델을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 디스플레이 시스템(110)은 수술 기기의 팁의 위치에서의 내부 수술 부위의 가상 이미지를 의료인에게 제공하기 위해, 중재적 기기의 실제 위치가 수술 전 또는 동시 이미지에 등록(예를 들어, 동적 참조)되는 가상 시각화 이미지를 표시할 수 있다.
다른 실시예에서, 디스플레이 시스템(110)은 수술 부위에서의 중재적 기기의 가상 이미지를 의료인에게 제공하기 위해, 중재적 기기의 실제 위치가 (수술 전 기록된 이미지를 포함한) 이전의 이미지 또는 동시 이미지에 등록되는 가상 시각화 이미지를 표시할 수 있다. 중재적 기기(104)의 일부분의 이미지는 의료인이 중재적 기기를 제어하는 것을 보조하기 위해 가상 이미지 상에 중첩될 수 있다.
로봇 중재적 시스템(100)은 또한 제어 시스템(112)을 포함한다. 제어 시스템(112)은 중재적 기기 시스템(104), 조작자 입력 시스템(106), 센서 시스템(108), 디스플레이 시스템(110) 사이의 제어를 달성하기 위해, 적어도 하나 처리기(미도시) 그리고 전형적으로는 복수의 처리기를 포함한다. 제어 시스템(112)은 또한 본 개시 내용에 개시된 방법들 중 일부 또는 전부를 구현하기 위한 프로그래밍된 명령어(예를 들어, 명령어를 저장한 컴퓨터 판독가능 매체)를 포함한다. 제어 시스템(112)은 도 1의 단순화된 개략도에서는 단일 블록으로서 도시되어 있지만, 처리의 적어도 일부가 선택적으로 로봇 조립체(102) 상에서 또는 그 부근에서 실행되고, 일부가 조작자 입력 시스템(106)에서 실행되는 등의 상태로, 시스템은 다수의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있다. 임의의 매우 다양한 집중형 또는 분배형 데이터 처리 아키텍처가 채용될 수 있다. 유사하게, 프로그래밍된 명령어는 다수의 분리된 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나, 본 개시 내용에서 설명되는 로봇 시스템의 다수의 다른 양태로 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 시스템(112)은 블루투스, IrDA, HomeRF, IEEE802.11, DECT, 및 무선 원격 측정 등의 무선 통신 프로토콜을 지원한다.
몇몇 실시예에서, 제어 시스템(112)은 중재적 기기 시스템(104)으로부터의 힘 및 토크 피드백을 조작자 입력 시스템(106)에 대한 하나 이상의 대응 서보 모터로 제공하는 하나 이상의 서보 제어기를 포함할 수 있다. 서보 제어기(들)는 또한 신체 내의 개방부를 거쳐 환자 신체 내에서 내부 수술 부위 내로 연장하는 중재적 기기(104)를 이동시키도록 조작기 조립체(102)에 지시하는 신호를 전송할 수 있다. 임의의 적합한 보편적인 서보 제어기 또는 특수화된 서보 제어기가 사용될 수 있다. 서보 제어기는 조작기 조립체(102)로부터 분리되거나 그와 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 서보 제어기 및 로봇 조립체는 환자의 신체에 인접하여 위치될 수 있는 로봇 아암 카트의 일부로서 제공된다.
제어 시스템(112)은 중재적 기기(104)에 운행 보조를 제공하기 위해 가상 시각화 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 가상 시각화 시스템을 사용한 가상 운행은 해부학적 통로의 3차원 구조와 관련하여 취득된 데이터세트에 대한 참조에 기초한다. 더 구체적으로, 가상 시각화 시스템은 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 촬영 기술을 사용하여 기록 및/또는 모델링된 수술 부위의 이미지를 처리한다. 소프트웨어는 기록된 이미지를 부분적인 또는 전체적인 해부학적 장기 또는 해부학적 영역의 2차원 또는 3차원 모델로 변환하기 위해 사용된다. 모델은 통로들의 다양한 위치 및 형상과, 이들의 연결성을 설명한다. 모델을 생성하는데 사용되는 이미지들은 임상 시술 동안 수술 전에 또는 수술 중에 기록될 수 있다. 대체 실시예에서, 가상 시각화 시스템은 표준 모델(즉, 환자 특이적이지 않음) 또는 표준 모델 및 환자 특이적 데이터의 하이브리드를 사용할 수 있다. 모델 및 모델에 의해 생성되는 임의의 가상 이미지는 하나 이상의 이동 상 도중(예를 들어, 폐의 흡기/호기 사이클 도중) 및/또는 유도된 해부학적 이동(예를 들어, 환자 재위치 설정 또는 기기-유래된 변형) 도중 변형 가능한 해부학적 영역의 정적 자세를 나타낼 수 있다.
가상 운행 절자 중에, 센서 시스템(108)은 환자의 해부 구조부에 대한 기기의 대략적인 위치를 계산하는데 사용될 수 있다. 위치는 환자의 해부 구조부의 거시 수준 추적 이미지 및 환자의 해부 구조부의 가상 내부 이미지를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 가상 시각화 시스템으로부터의 것과 같이 수술 전에 기록된 수술 이미지를 중재적 기기에 등록하여 중재적 기기를 함께 디스플레이하기 위해 광 섬유 센서를 사용하는 다양한 시스템이 공지되어 있다. 예를 들어, 본 개시 내용에 참조로 통합된, "이미지-안내식 수술을 위한 해부학적 구조부의 모델의 동적 정합을 제공하는 의료 시스템"을 개시하는, 2011년 5월 13일 출원된 미국 특허 출원 제13/107, 562호는 하나의 이러한 시스템을 개시한다.
시스템(100)은 조명 시스템, 조향 제어 시스템, 관류 시스템, 및/또는 흡입 시스템과 같은 선택적 작동 및 지원 시스템(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 대체 실시예에서, 로봇 시스템은 1개를 초과하는 조작기 조립체 및/또는 1개를 초과하는 조작자 입력 시스템을 포함할 수 있다. 조작기 조립체의 정확한 개수는 다른 인자 중, 외과적 시술 및 수술실 내의 공간 제약에 의존할 것이다. 조작자 입력 시스템은 함께 위치될 수 있거나, 분리된 장소 내에 위치될 수 있다. 다수의 조작자 입력 시스템은 1명을 초과하는 작업자가 하나 이상의 조작기 조립체를 다양한 조합으로 제어하도록 한다.
도 2는 로봇 중재적 시스템(100)의 중재적 기기 시스템(104)으로서 이용될 수 있는 중재적 기기 시스템(200)을 설명한다. 대안적으로, 중재적 기기 시스템(200)은 비-로봇 탐색 시술 또는 위 내시경 등의 전통적인 수동 작동 중재적 기기를 포함한 시술에 사용될 수 있다.
기기 시스템(200)은 기기 본체(204)에 결합된 카테터 시스템(202)을 포함한다. 카테터 시스템(202)은 근위 단부(217) 및 원위 단부(218)를 갖는 세장형 가요성 본체(216)를 포함한다. 일 실시예에서, 가요성 본체(216)는 대략 3mm 외경을 갖는다. 다른 가요성 본체 외경은 더 크거나 더 작을 수 있다. 카테터 시스템(202)은 원위 단부(218)에서의 카테터 팁의 그리고/또는 본체(216)를 따르는 하나 이상의 세그먼트(224)의 위치, 배향, 속도, 자세 및/또는 형성을 결정하는 형상 센서(222)를 포함한다. 원위 단부(218)와 근위 단부(217) 사이에서의 본체(216)의 전체 길이는 세그먼트(224)들로 유효하게 분할될 수 있다. 기기 시스템(200)이 로봇 중재적 시스템(100)의 중재적 기기 시스템(104)인 경우, 형상 센서(222)는 센서 시스템(108)의 구성요소일 수 있다. 기기 시스템(200)이 수동으로 작동되거나 비-로봇 시술에 사용되는 경우, 형상 센서(222)는 수신된 형상 센서를 호출하고 수신된 형상 데이터를 처리하는 추적 시스템에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 3 참조.
형상 센서 시스템(222)은 가요성 카테터 본체(216)와 정렬되는 광 섬유(예를 들어, 내부 채널(미도시) 내에 제공되거나 외부에 장착됨)를 포함한다. 일 실시예에서, 광 섬유는 대략 200㎛의 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 치수는 더 크거나 더 작을 수 있다.
형상 센서 시스템(222)의 광 섬유는 카테터 시스템(202)의 형상을 결정하는 광 섬유 굴곡 센서를 형성한다. 일 대체예에서, 섬유 브래그 격자(FBG)를 포함하는 광 섬유가 하나 이상의 차원에서의 구조부 내의 스트레인 측정을 제공하는데 사용된다. 3차원으로 광 섬유의 형상 및 상대적 위치를 모니터링하기 위한 다양한 시스템 및 방법은 "광 섬유 위치 및 형상 감지 디바이스 및 이에 관한 방법"을 개시하는, 2005년 7월 13일 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/180,389호, "광 섬유 형상 및 상대 위치 감지"를 개시하는, 2004년 7월 16일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제60/588,336호, 및 "광 섬유 굴곡 센서"를 개시하는, 1998년 6월 17일 출원된 미국 특허 번호 제6,389,187호에 개시되며, 이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합된다. 다른 대체예에서, 레일리 산란, 라만 산란, 브릴루앙 산란 및 형광 산란 등의 다른 스트레인 감지 기술을 채용한 센서가 적합할 수 있다. 다른 대체 실시예에서, 카테터의 형상은 다른 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 카테터의 원위 팁 자세의 이력이 운행 디스플레이를 새로 고치기 위한 기간 또는 교호식 움직임(예를 들어, 흡기 및 호기)에 대한 기간보다 더 작은 시간 간격 동안 저장되는 경우, 자세 이력은 시간 간격에 걸친 디바이스의 형상을 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예로서, 과거의 자세, 위치, 또는 배향 데이터는 호흡과 같은, 교호식 움직임의 사이클을 따른 기기의 공지된 지점에 대해 저장될 수 있다. 이 저장된 데이터는 카테터에 대한 형상 정보를 확립하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 카테터를 따라 위치된, EM 센서 등의 일련의 위치 센서들이 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 시술 중의 기기 상의 EM 센서 등의 위치 센서로부터의 데이터의 이력은, 특히 해부학적 통로가 대체로 정적인 경우, 기기의 형상을 나타내는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 위치 또는 배향이 외부 자기장에 의해 제어되는 무선 디바이스가 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 그 위치의 이력은 운행되는 통로에 대한 형상을 결정하는데 사용될 수 있다.
이 실시예에서, 광 섬유는 단일 클래딩 내에 복수의 코어를 포함할 수 있다. 각각의 코어는 각각의 코어 내의 광이 다른 코어 내에서 운반되는 광과 현저하게 상호 작용하지 않도록, 코어들을 분리하는 충분한 거리 및 클래딩을 구비한 단일 모드일 수 있다. 다른 실시예에서, 코어의 개수가 변할 수 있거나, 각각의 코어가 분리된 광 섬유 내에 포함될 수 있다.
몇몇 실시예에서, FBG의 어레이가 각각의 코어 내에 제공된다. 각각의 FBG는 굴절률의 공간적 주기성을 발생시키기 위해 코어의 굴절률의 일련의 변조부를 포함한다. 간격은 각각의 굴절률 변화로부터의 부분 반사가 좁은 대역의 파장에 대해 간섭성으로 추가되어, 훨씬 더 넓은 대역을 통과하면서 이러한 좁은 대역의 파장만을 반사시키도록 선택될 수 있다. FBG의 제조 중에, 변조부들은 공지된 거리만큼 이격되어, 공지된 대역의 파장의 반사를 일으킨다. 그러나, 스트레인이 섬유 코어 상에서 유도될 때, 변조부들의 간격은 코어 내의 스트레인에 의존하여, 변화할 것이다. 대안적으로, 광 섬유의 굴곡에 따라 변하는 후방 산란 또는 다른 광학적 현상이 각각의 코어 내의 스트레인을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 스트레인을 측정하기 위해, 광이 섬유를 따라 발산되고, 복귀 광의 특징이 측정된다. 예를 들어, FBG는 섬유에 대한 스트레인 및 섬유의 온도의 함수인 반사 파장을 생성한다. 이 FBG 기술은 영국 브랙넬 소재의 스마트 파이버스 엘티디.(Smart Fibres Ltd.) 등의 다양한 공급처로부터 상업적으로 입수 가능하다. 로봇 수술을 위한 위치 센서의 FBG 기술의 사용은 "섬유 브래그 격자를 사용한 위치 센서를 포함하는 로봇 수술 시스템"을 개시하는, 2006년 7월 20일 출원된 미국 특허 번호 제7,930,065호에 개시되고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합된다.
다중 코어 섬유에 적용될 때, 광 섬유의 굴곡은 각각의 코어 내의 파장 변이를 모니터링함으로써 측정될 수 있는 코어 상의 스트레인을 유도한다. 섬유 내에 축외(off-axis) 배치된 2개 이상의 코어를 가짐으로써, 섬유의 굴곡은 각각의 코어 상에 상이한 스트레인을 유도한다. 이러한 스트레인은 섬유의 굴곡의 국부적인 정도(local degree)의 함수이다. 예를 들어, FBG를 포함하는 코어의 영역은, 섬유가 구부러지는 지점에 위치되는 경우, 그러한 지점에서의 굴곡량을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 데이터는 FBG 영역들의 공지된 간격과 조합되어, 섬유의 형상을 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 버지니아주 블랙스버그 소재의 루나 이노베이션즈, 인크.(Luna Innovations.Inc.)에 의해 기술되었다.
설명된 바와 같이, 광 섬유는 카테터 시스템(202)의 적어도 일 부분의 형상을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 광 섬유를 통과하는 광이 카테터 시스템(202)의 형상을 검출하고 외과적 시술을 보조하도록 그러한 정보를 이용하기 위해 처리된다. 센서 시스템(예를 들어, 도 3에 설명된 바와 같은 센서 시스템(108) 또는 추적 시스템의 다른 유형)은 중재적 기기 시스템(202)의 형상을 결정하기 위해 사용되는 광을 생성 및 검출하는 호출 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 정보는 결국 중재적 기기의 부품들의 속도 및 가속도와 같은 다른 관련 변수를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 감지는 로봇 시스템에 의해 작동되는 자유도로만 제한될 수 있거나, 수동 자유도(예를 들어, 조인트들 사이에서의 강성 부재들의 비작동식 굴곡) 및 능동 자유도(예를 들어, 기기의 작동식 이동)에 적용될 수 있다.
중재적 기기 시스템은, 예를 들어 수술실 내의 다른 설비로부터 자성 간섭으로 인해 신뢰할 수 없게 되는 경우 또는 다른 운행 추적 시스템이 더 신뢰적인 경우, 조작자 또는 자동 시스템(예를 들어, 제어 시스템(112)의 기능)에 의해 작동 못하게 될 수 있는 위치 센서 시스템(220)(예를 들어, 전자기(EM) 센서 시스템)을 선택적으로 포함할 수 있다.
위치 센서 시스템(220)은 외부에서 발생되는 전자기장을 받을 수 있는 하나 이상의 전도성 코일을 포함하는 EM 센서 시스템일 수 있다. EM 센서 시스템(220)의 각각의 코일은 그 다음 외부에서 발생되는 전자기장에 대한 코일의 위치 및 배향에 의존하는 특징을 갖는 유도 전기 신호를 생성한다. 일 실시예에서, EM 센서 시스템은 기점의 6개의 자유도, 예를 들어, 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 피치, 요잉, 및 롤링을 표시하는 3개의 배향 각도, 또는 기점의 5개의 자유로, 예를 들어, 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 피치 및 요잉을 표시하는 2개의 배향 각도를 측정하도록 구성 및 위치될 수 있다. EM 센서 시스템의 추가 설명은 본 명세서에 전체 내용이 참조로 통합된, "추적되는 대상에 대한 수동 트랜스폰더를 갖는 6-자유도 추적 시스템"을 개시하는 1999년 8월 11일 출원된 미국 특허 제6,380,732호에 개시된다.
가요성 카테터 본체(216)는 보조 공구(226)를 수용하는 크기 및 형상의 채널을 포함한다. 보조 공구는 예를 들어, 이미지 캡처 프로브, 생체 검사 디바이스, 레이저 절제 섬유, 또는 다른 수술, 진단, 또는 생체 검사 공구를 포함할 수 있다. 보조 공구는 외과용 메스, 블레이드, 광 섬유, 또는 전극 등의 단일 작업 부재를 갖는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 다른 엔드 이펙터는, 예를 들어, 겸자, 파지기, 가위, 또는 클립 어플라이어 등의 쌍 또는 복수의 작업 부재를 포함할 수 있다. 전기적으로 활성화되는 엔드 이펙터의 예는 전기수술 전극, 트랜스듀서, 센서 등을 포함한다. 다양한 실시예에서, 보조 공구(226)는 디스플레이를 위해 처리되는 (비디오 이미지를 포함한) 이미지를 캡처하기 위해 가요성 카테터 본체(216)의 원위 단부(218) 근처에 배치되는 입체 또는 단안 카메라를 구비한 팁 부분을 포함하는 이미지 캡처 프로브일 수 있다. 이미지 캡처 프로브는 캡처된 이미지 데이터를 전송하기 위해 카메라에 결합된 케이블을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이미지 캡처 기기는 촬영 시스템에 결합되는 섬유경 등의 광-섬유 다발일 수 있다. 이미지 캡처 기기는 예를 들어, 가시 스펙트럼 내의 이미지 데이터를 캡처하거나 가시 및 적외 또는 자외 스펙트럼의 이미지 데이터를 캡처하기 위한, 단일 또는 다중 스펙트럼일 수 있다.
가요성 카테터 본체(216)는 또한 원위 단부의 점선 버전에 의해 도시된 바와 같이, 원위 단부(218)를 제어 가능하게 구부리거나 회전시키기 위해 기기 본체(204)와 원위 단부(218) 사이에서 연장하는 케이블, 연동 기구, 또는 다른 조향 제어부(미도시)를 수용할 수 있다. 기기 시스템(200)이 로봇 조립체에 의해서 작동되는 실시예에서, 기기 본체(204)는 로봇 조립체의 동력화된 구동 요소에 결합되는 구동 입력부를 포함할 수 있다. 기기 시스템(200)이 수동으로 작동되는 실시예에서, 기기 본체(204)는 파지 형상부, 수동 액추에이터, 및 기기 시스템의 움직임을 수동으로 제어하는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 카테터 시스템은 조향 가능형일 수 있거나, 대안적으로 기기 굴곡의 조작자 제어를 위한 일체형 메커니즘이 없는 조향 불가능형일 수 있다. 또한 또는 대안적으로, 가요성 본체(216)는 이를 통해 중재적 기기가 목표 수술 위치에서 전개되어 사용될 수 있는 하나 이상 루멘을 형성할 수 있다.
다양한 실시예에서, 중재적 기기 시스템(202)은 시험, 진단, 생체 검사 또는 폐의 치료시 사용을 위한 기관지경 또는 가요성 기관지 기기일 수 있다. 시스템은 또한 대장, 소장, 신장, 뇌, 심장, 순환계 등을 포함한 다양한 해부학적 계통들 중 하나 내에서, 자연 또는 외과적으로 생성된 연결된 통로를 거쳐, 운행 및 다른 조직들의 치료에 대해 적합하다.
도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따르는 중재적 기기 추적 시스템(250)을 설명한다. 추적 시스템(250)은 가요성 카테터 본체(254) 및 기기 본체(256)를 갖는 중재적 기기(252)를 포함한다. 중재적 기기(252)는 기기(200)와 유사할 수 있으나, 이 실시예에서, 환자 해부 구조부를 통과하는 중재적 기기의 경로를 결정하기 위해 형상 감지 시스템이 의료인에 의해 사용되는 추적 정보를 제공할 때, EM 위치 센서는 작동하지 못하게 되거나 생략될 수 있다. 광 섬유 형상 센서(253)가 중재적 기기(252) 내에 연장한다. 추적 시스템(250)은 또한 센서 디바이스(258)를 포함한다. 센서 디바이스(258)는 기점 장치(260) 및 기준 본체(262)를 포함한다. 기점 장치(260)는 접착제 또는 다른 화학적 또는 기계적 고정 기구를 사용하여 환자(P)에 제거 가능하게 부착되는 표면(264)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 기점 장치(260)는 환자 해부 구조부의 외부 표면에 부착되지만, 대체 실시예에서, 기점 장치는 환자의 내부 해부 구조부, 예를 들어, 트랜스(trans)-비강, 트랜스-직장, 트랜스-질(vaginal), 트랜스-식도에 부착될 수 있다. 또 다른 대체예에서, 기점 장치(260)는 스텐트 등의 일시적 임플란트에 부착될 수 있다.
기점 장치(260)는 형광 투시법 또는 CT 등의 촬상 기술에 의해 관측되는 적어도 하나의 기점 표시부(266)를 포함할 수 있다. 기점 표시부 설계의 예는 본 명세서에 그 전체 내용이 참조로 통합되고 "이미지에 수술 기기를 위치시키기 위한 기점 표시부 설계 및 검출"을 개시하는, 2009년 4월 23일 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/428,657호에 제공된다. 기점 표시부는 완전 3차원 자세 등록을 제공할 정도로 충분한 세부 사항을 가질 수 있다. 예를 들어, 기점 표시부는 3-차원 자세 등록을 허용하는 비균일 링크 길이를 갖는 "L"-형상을 가질 수 있다. 다양한 다른 실시예에서, 기점 장치(260)는 촬상 기술하에서 관측되는 구성(예를 들면, 홈, 돌출부, 또는 다른 형상)을 포함할 수 있고, 기점으로서 작용할 수 있다. 다양한 다른 실시예에서, 기점 장치(260) 그 자체가 기점으로서 작용할 수 있고, 몇몇 실시예에서 3-차원 자세 결정을 용이하게 하는 형상을 가질 수 있다.
기점 장치(260)는 기준 본체(262)의 정합 부분(270)과 정합하도록 구성된 센서 도킹 형상부(268)를 더 포함한다. 센서 도킹 형상부(268)는 기점 장치(260)를 기준 본체(262)에 제거 가능하게 연결하기 위해 하나 이상의 리세스, 돌출부, 기계적 패스너, 접착 패스너, 자성 패스너 또는 다른 구성 요소를 포함할 수 있다. 연결될 때, 센서 도킹 형상부(268) 및 정합 부분(270)은 기점 장치(260) 및 기준 본체(262)를 공지되고 미리 규정되며 고정된 공간 관계로 유지한다.
도 4는 기점 장치(302) 및 기준 본체(304)를 포함하는 센서 디바이스(300)의 대체 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 기점 장치(302)의 복수의 센서 도킹 형상부(306)는 기준 본체(304)의 정합 부분(308)과 정렬되거나 정합 부분에 부착된다.
다시 도 3을 참조하면, 기준 본체(262)는 기준 부분(251)을 미리 규정된 기준 형상의 형상 센서 섬유(253)에 보유하도록 구성된 센서 홀더(272)를 포함한다. 이 실시예에서, 센서 홀더(272)는 형상 센서 섬유(253)를 수용하고, 기준 본체(262)에 대해 미리 규정된 형상 구성으로 섬유를 유지하는 연속 와인딩 채널이다. 대체 실시예에서, 센서 홀더는 기준 본체에 대해 미리 규정된 형상에 유지되도록 센서 섬유가 부착되는 일련의 개별 부착 지점일 수 있다. 기준 본체(262)는 센서 섬유(253)가 추적 시스템(250)의 다른 구성요소에의 연결을 위해 종결되는 센서 연결 구성요소(274)를 더 포함한다.
추적 시스템(250)은 형상 센서 섬유(253)의 현재 형상을 결정하기 위해 사용되는 광을 생성하고 검출하는 호출 시스템(276)을 더 포함한다. 호출 시스템(276)은 또한 표시를 위해 의료인에게 반송되는 데이터를 처리할 수 있다. 호출 시스템(276)은 커넥터(278)를 포함한다. 섬유 링크(280)가 커넥터(282, 284) 사이에서 연장한다. 이 실시예에서, 섬유 링크(280)의 광 섬유는 감지되지 않고(즉, 섬유 링크의 형상이 호출되지 않음), 광학 정보를 감지된 형상 센서(253)로부터 호출 시스템(276)으로 이송하도록 기능한다. 사용 시, 섬유 링크(280)의 커넥터(282)는 커넥터(274)에 연결되고 커넥터(284)는 커넥터(278)에 연결된다.
사용 시, 기점 장치(260)는 환자(P)에 부착된다. 환자(P)의 수술 이전 또는 수술 중 촬상은 부탁된 기점 장치(260)에 의해 수행된다. 기점 표시부(266)는 이미지에서 관측되며 따라서 환자(P)의 해부 구조부에 대해 그리고 이미지에 의해 생성된 2-차원, 3-차원, 또는 4-차원(즉, 시간에 따른 이동) 모델에 대해 고정된 기준 프레임을 제공한다(즉, 기점 표시부(266)는 환자 해부 구조부에 대한 모델 데이터의 적어도 일부분에 대한 공지된 관계를 갖는 기준 지점의 세트를 형성함). 다양한 다른 실시예에서, 기준 본체(260)는 형상 센서 섬유(253)가 기점으로서 사용될 수 있는 경우, 환자(P)의 수술 전 촬상 도중 선택적인 기점 표시부, 요소 또는 기준 지점(251) 등의 기점 장치에 결합될 수 있다.
어느 경우든, 중재적 시술을 개시하기 전에, 기준 본체(262)는 기점 장치(260)에 결합되고, 도킹 형상부(268) 및 정합 부분(270)에 의해 기점 장치에 대해 미리 규정된 구성으로 보유된다. 따라서 연결되고, 형상 센서 섬유(253)의 기준 부분(251)은 기점 장치(260)에 대해 형상 센서 섬유의 근위 단부의 공지된 자세를 제공한다. 호출 시스템(276)은 원위 팁의 자세 및 가요성 카테터 본체(254)의 형상을 결정하기 위해 형상 센서 섬유(253)를 호출한다. 카테터 본체(254)에 대한 감지된 상대적인 자세 및 형상 데이터는 형상 센서 섬유의 기준 부분(251)에 대해 공지되고, 기점 장치(260)에 등록된다. 따라서, 형상 센서 섬유의 기준 부분(251)에 대한 등록 정보를 갖는 카테터 본체(254)에 대한 상대적인 자세 및 형상 정보를 처리하는 것은 환자(P)에 대한 카테터 본체(254)의 자세 및 형상을 제공한다.
기준 본체 및 기점 장치의 상술한 고정되고 미리 규정된 구성에 대한 다양한 대체 실시예에서, 기준 본체 및 기점 장치의 구성은 가변적이지만, 약간의 변화일 수 있다. 이 구성은 또한 공지되지만, 미리 규정되기보다는 약간이다. 예를 들어, 기점 장치 및 기준 본체는 가변적인 작은 거리만큼 이격될 수 있으나, 작은 거리는 용량형 센서, 압전 센서, 또는 광 센서를 포함하는 센서-기반 변화 추적 시스템에 의해 연속적으로 모니터링되고 기록될 수 있다. 다른 예로서, 측정 가능한 가변성은 예를 들어 모터 인코더를 사용하여 측정될 수 있는 삽입 방향 거리일 수 있다.
도 5는 중재적 기기 추적 시스템(250)을 사용하는 방법(320)을 도시한다. 단계(322)에서, 처리 시스템은 환자(P)의 해부학적 구조부의 모델을 수신한다. 모델은 부착된 기점 장치(260)에 의해 취해진 환자(P)의 이미지로부터 생성된다. 모델은 이미지 기준 프레임을 형성한다. 기점 표시부(266)는 모델에서 관측된다. 단계(324)에서, 기점 장치(260)가 기준 본체(262)에 결합된다. 형상 센서 섬유(253)의 기준 부분(251)은 따라서 기점 장치(260)에 대해 미리 규정된 구성으로 유지된다. 이러한 방식으로, 기준 부분(251)이 기점 장치(260)에 등록된다. 단계(326)에서, 형상 센서 정보는 처리를 위해 (형상 센서 섬유(253)의 기준 프레임에) 수신된다. 단계(328)에서, 형상 센서 섬유(253)의 원위 단부(또는 임의의 다른 부분)의 자세는 형상 센서(253)의 이미지 기준 프레임과 기준 프레임 사이의 등록에 기초하여 이미지 기준 프레임에서 결정된다. 선택적으로, 가요성 본체(254)의 원위 단부의 자세에 대응하는 이미지 기준 프레임으로부터의 이미지가 표시된다. 이미지는 환자 모델로부터의 이미지에 중첩된 가요성 본체(254)의 원위 단부일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 환자 모델은 형상 센서 정보를 기초로 (예를 들어, 환자 모델을 가요성 본체(254)의 자세에 맞추는 것에 의해) 갱신될 수 있다. 대안적으로, 이미지는 가요성 본체의 원위 단부로부터의 시점에 대응하는 환자 모델 내측으로부터의 시점일 수 있다.
도 6은 본 개시 내용의 실시예에 따르는 중재적 기기 추적 장치(350)를 도시한다. 추적 시스템(350)은 가요성 카테터 본체(354) 및 기기 본체(356)를 갖는 중재적 기기(352)를 포함한다. 광 섬유 형상 센서(353)는 중재적 기기(352) 내에 연장한다. 추적 시스템(350)은 또한 센서 디바이스(358)를 포함한다. 센서 디바이스(358)는 접착제 또는 다른 화학적 또는 기계적 고정 기구를 사용하여 환자(P)에 제거 가능하게 부착되는 표면(364)을 갖는 기점 장치(360)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 기점 장치(360)는 형광 투시법 또는 CT 등의 촬상 기술에 의해 관측되는 적어도 하나의 기점 표시부(366)를 포함한다. 다양한 다른 실시예에서, 기점 장치(360)는 기점으로서 이용될 수 있는 물리적 형상부일 수 있거나 심지어 그 자체로 기점일 수 있는 형상부를 포함할 수 있다. 기점 장치(360)는 또한 형상 센서(353)의 커넥터(374)와의 정합을 위한 도킹 형상부(373)를 포함한다.
기점 장치(360)는 형상 센서 섬유(353)의 기준 부분(351)을 도킹하여 부분(351)을 미리 규정된 기준 형상에 보유하도록 구성된 센서 홀더(372)를 포함한다. 이 실시예에서, 센서 홀더(372)는 형상 센서 섬유(253)의 기준 부분(351)을 수용하고 기점 장치(360)에 대해 공지되고 미리 규정된 형상 구성으로 섬유를 유지하는 연속적인 와인딩 채널이다. 센서 연결 구성요소(274)는 센서 섬유(353)를 종결시키고, 정합 도킹 형상부(373)에 제거 가능하게 연결 가능하다. 다양한 대안적 실시예에서, 공지된 구성은 상술된 바와 같이 약간 가변적일 수 있다.
추적 시스템(350)은 형상 센서 섬유(353)의 현재 형상을 결정하기 위해 사용되는 광을 생성하고 검출하는 호출 시스템(376)을 더 포함한다. 호출 시스템(376)은 또한 표시를 위해 의료인에게 반송되는 데이터를 처리할 수 있다. 호출 시스템(376)은 커넥터(378)를 포함한다. 섬유 링크(380)는 커넥터(382, 384) 사이에서 연장한다. 이 실시예에서, 섬유 링크(380)의 광 섬유는 감지되지 않고(즉, 섬유 링크의 형상이 호출되지 않음), 감지된 형상 센서(353)로부터 호출 시스템(376)으로 광 정보를 이송하는 기능을 한다. 사용 시, 섬유 링크(380)의 커넥터(382)는 커넥터(374)에 연결되고 커넥터(384)는 커넥터(378)에 연결된다. 이러한 실시예에서 커넥터(374, 382)는 기점 장치(360)의 부분 내에 연결된다.
사용 시, 기점 장치(360)는 환자(P)에 부착된다. 환자(P)의 수술 이전 또는 수술중 촬상은 부착된 기점 장치(360)에 의해 수행된다. 존재하는 경우, 기점 표시부(366)는 이미지에서 관측되고, 따라서 환자(P)의 해부 구조부에 대해 그리고 이미지에 의해 생성된 환자 해부 구조부의 임의의 2차원 또는 3차원 모델에 대해 고정된 기준을 제공한다. 다른 실시예에서, 센서 홀더(372), 센서 홀더(372)에 위치된 형상 센서 섬유(353)의 기준 부분(351), 또는 심지어 기점 장치(360) 자체와 같은 형상부 등의 기점 장치(360) 상의 대체 기점 요소는 고정된 환자 기준을 형성하기 위해 촬상될 수 있다.
중재적 시술을 개시하기 전에, 형상 센서 섬유(353)의 기준 부분(351)은 커넥터(382)에 연결된 커넥터(374)를 갖는 센서 홀더(372)에 배치된다. 기준 부분(351)은 따라서 기점 장치(360)에 대해 센서 홀더(372)의 미리 규정된 구성으로 고정된 상태로 보유된다. 따라서 연결되고, 형상 센서 섬유(353)의 기준 부분(351)은 기점 장치(360)에 대해 형상 센서 섬유의 근위 단부의 공지된 배향을 제공한다. 호출 시스템(376)은 원위 팁의 자세 및 가요성 카테터 본체(354)의 형상을 결정하기 위해 형상 센서 섬유(353)를 호출한다. 카테터 본체(354)에 대해 이 감지된 상대적 자세 형상 데이터는 섬유 기준 부분(351)에 대해 공지되고, 기점 장치(360)에 등록된다. 따라서, 형상 센서 섬유의 기준 부분(351)에 대한 등록 정보를 갖는 카테터 본체(354)에 대한 상대적인 자세 및 형상 정보를 처리하는 것은 환자(P)에 대한 카테터 본체(354)의 자세 및 형상을 제공한다.
도 7은 중재적 기기 추적 시스템(350)을 사용하기 위한 방법(400)을 도시한다. 단계(402)에서, 처리 시스템은 환자(P)의 해부학적 구조부의 모델을 수신한다. 모델은 부착된 기점 장치(360)에 의해 취해진 환자(P)의 이미지로부터 생성된다. 모델은 이미지 기준 프레임을 형성한다. 기점 표시부(366)는 모델에서 관측된다. 단계(404)에서, 기준 부분(351)이 기점 장치(360)에 결합된다. 형상 센서 섬유(353)의 기준 부분(351)은 따라서 기점 장치(360)에 대해 미리 규정된 구성으로 유지된다. 이러한 방식으로, 기준 부분(351)이 기점 장치(360)에 등록된다. 단계(406)에서, 형상 센서 정보는 처리를 위해 (형상 센서 섬유(353)의 기준 프레임에서) 수신된다. 단계(408)에서, 형상 센서 섬유(353)의 원위 단부(또는 임의의 다른 부분)의 자세는 형상 센서(353)의 이미지 기준 프레임과 기준 프레임 사이의 상호 관계에 기초하여 이미지 기준 프레임에서 결정된다. 선택적으로, 가요성 본체(354)의 원위 단부의 자세에 대응하는 이미지 기준 프레임으로부터의 이미지가 표시된다. 이미지는 환자 모델로부터의 이미지에 중첩되는 가요성 본체(354)의 원위 단부일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 환자 모델은 형상 센서 정보를 기초로 (예를 들어, 환자 모델을 가요성 본체(254)의 자세에 맞추는 것에 의해) 갱신될 수 있다. 대안적으로, 이미지는 가요성 본체의 원위 단부로부터의 시점에 대응하는 환자 모델 내측로부터의 시점일 수 있다.
도 8은 본 개시 내용의 실시예에 따르는 중재적 기기 추적 장치(450)를 도시한다. 추적 시스템(450)은 가요성 카테터 본체(454) 및 기기 본체(456)를 갖는 중재적 기기(452)를 포함한다. 광 섬유 형상 센서(453)은 중재적 기기(452) 내에 연장한다. 형상 센서(453)의 근위 단부는 센서 연결 구성요소(451)에 의해 종결된다. 추적 시스템(450)은 또한 센서 디바이스(458)를 포함한다. 센서 디바이스(458)는 기점 장치(460) 및 기준 고정구(462)를 포함한다. 기점 장치(460)는 접착제 또는 다른 화학적 또는 기계적 고정 기구를 사용하여 환자(P)에 제거 가능하게 부착되는 표면(464)을 포함한다. 일부 실시예에서, 기점 장치(460)는 형광 투시법 또는 CT 등의 촬상 기술에 의해 관측되는 적어도 하나의 기점 표시부(466)를 포함할 수 있다. 다양한 다른 실시예에서, 기점 장치(360)는 기점으로서 이용될 수 있는 물리적 형상부를 포함할 수 있거나, 심지어 그 자체로 기점일 수 있다.
광 섬유 형상 센서(470)는 기점 장치(460)로부터 연장한다. 기점 장치(460)는 형상 센서 섬유(470)의 기준 부분(471)과 정합하고 기준 부분을 미리 규정된 기준 형상으로 보유하도록 구성된 도킹 형상부로서 기능하는 센서 홀더(472)를 포함한다. 이 실시예에서, 센서 홀더(472)는 형상 센서 섬유(470)를 수용하고 기점 장치(460)에 대해 미리 규정된 형상 구성으로 섬유의 기준 부분(471)을 유지하는 연속적인 와인딩 채널이다. 센서 섬유(470)의 근위 단부는 센서 연결 구성요소(474)에 의해 종결된다. 이 실시예에서, 섬유(470)의 기준 부분(471)은 기점 장치에 관해 고정될 때 기점 표시부로서 기능할 수 있고 촬상 기술에 의해 관측될 수 있다.
다양한 대체 실시예에서, 형상 센서(470)는 기점 장치(460)와 기준 고정구(462) 사이에서 상대적인 자세를 측정하기 위해 다른 구성요소에 의해 생략되거나 보완될 수 있다. 임의의 다양한 센서-기반 추적 시스템이 기준 고정구(462)의 상대적인 자세를 기점 장치(460)에 대해 추적하도록 사용될 수 있다. 이러한 추적 시스템은 용량형 센서, 압전 센서, 또는 광센서를 포함할 수 있다.
추적 시스템(450)은 형상 센서 섬유(453) 및 형상 센서 섬유(470)의 현재 형상을 결정하는데 사용되는 광을 생성 및 검출하기 위한 호출 시스템(476)을 더 포함한다. 호출 시스템(476)은 또한 표시를 위해 의료인에게 반송되는 데이터를 처리할 수 있다. 호출 시스템(476)은 커넥터(478, 479)를 포함한다. 섬유 링크(480)는 커넥터(482, 484) 사이에서 연장한다. 섬유 링크(486)은 커넥터(488, 490)) 사이에서 연장한다. 이 실시예에서, 섬유 링크(480, 486)의 광 섬유는 감지되지 않고(즉, 섬유 링크의 형상은 호출되지 않고), 감지된 형상 센서(453, 470) 및 호출 시스템(476) 사이에 광학 정보를 이송하는 기능을 한다.
사용 시, 기점 장치(460)가 환자(P)에 부착된다. 환자(P)의 수술 이전 또는 수술 중의 촬상은 환자의 해부 구조부에 부착된 기점 장치(460)에 의해 수행된다. 이 실시예에서, 형상 센서 섬유(470)는 촬상 동안 기점 장치(460)에 부착될 수 있다. 존재하는 경우, 기점 표시부(466)가 이미지에서 관측되고 따라서 환자(P)의 해부 구조부에 대해 그리고 이미지에 의해 생성된 환자의 해부 구조부의 임의의 2차원 또는 3차원 모델에 대해 고정된 기준을 제공한다. 다른 실시예에서, 센서 홀더(472), 센서 홀더(472)에 위치된 형상 센서 섬유(470)의 기준 부분(471), 또는 심지어 기점 장치(460) 자체와 같은 형상 등의 기점 장치(460) 상의 대체 기점 요소가 고정된 환자 기준을 형성하기 위해 촬상될 수 있다.
중재적 시술을 개시하기 전에, 형상 센서 섬유(470)의 근위 단부 및 부착된 커넥터(474)가 기준 고정구(462)에 결합된다. 센서 섬유(453) 및 부착된 커넥터(451)의 근위 단부는 또한 기준 고정구(462)에 결합된다. 기준 고정구는 서로에 대해 그리고 기준 고정구에 대해 고정된 위치 및 배향으로 센서 섬유(470, 451)의 근위 단부를 보유한다. 섬유 링크(480)의 커넥터(482)는 커넥터(451)에 연결되고 커넥터(484)는 호출 시스템(476)의 커넥터(478)에 연결된다. 섬유 링크(486)의 커넥터(488)는 커넥터(474)에 연결되고 커넥터(490)는 호출 시스템(476)의 커넥터(479)에 연결된다. 호출 시스템(476)은 원위 팁의 자세와 가요성 카테터 본체(454)의 형상을 결정하기 위해 형상 센서 섬유(453)를 호출한다. 호출 시스템(476)은 또한 형상 센서 섬유(470)의 기준 부분(471)의 자세를 결정하기 위해 형상 센서 섬유(470)를 호출한다. 카테터 본체(454)에 대해 감지된 상대적 자세 및 형상 데이터는 기준 고정구(451)에 대해 공지되고, 기준 부분(471)에 대한 상대적인 자세 및 형상 데이터는 기준 고정구(462)에 대해 공지된다. 커넥터(451, 474)가 서로에 대해 그리고 기준 고정구(462)에 관해 고정되기 때문에, 기준 고정구는 형상 센서 섬유(453, 470)들 사이에 고정된 등록을 제공한다. 따라서, 형상 센서 섬유(470)의 기준 부분(471)에 대한 등록 정보를 갖는 카테터 본체(454)에 대한 상대적인 자세 및 형상 정보를 처리하는 것은 환자(P)에 대한 카테터 본체(454)의 자세 및 형상을 제공한다.
도 9는 중재적 기기 추적 장치(450)를 사용하기 위한 방법(500)을 설명한다. 단계(502)에서, 처리 시스템은 환자(P)의 해부학적 구조부의 모델을 수신한다. 모델은 부착된 기점 장치(460)에 의해 취해진 환자(P)의 이미지로부터 생성된다. 모델은 이미지 기준 프레임을 형성한다. 기점 표시부(466)는 모델에서 관측된다. 형상 센서 섬유(453)는 기준 고정구(462)에 결합되고, 형상 센서 섬유(470)는 기준 고정구(462)에 결합된다. 단계(504)에서, 형상 센서 정보는 처리를 위해 (형상 센서 섬유(470)의 기준 프레임의) 형상 센서 섬유(470)로부터 수신된다. 단계(506)에서, 형상 센서 정보는 처리를 위해 (형상 센서(453) 섬유의 기준 프레임의) 형상 센서 섬유(453)로부터 수신된다. 단계(508)에서, 형상 센서 섬유(353)의 원위 단부의 자세는 이미지 기준 프레임, 형상 센서(353)의 기준 프레임, 형상 센서(470)의 기준 프레임 사이의 상호 관계에 기초하여 한 이미지 기준 프레임에서 결정된다. 선택적으로, 가요성 본체(454)의 원위 단부의 자세에 대응하는 이미지 기준 프레임으로부터의 이미지가 표시된다. 이미지는 환자 모델로부터의 이미지에 중첩된 가요성 본체(454)의 원위 단부일 수 있다. 대안적으로, 이미지는 가요성 본체의 원위 단부로부터의 시점에 대응하는 환자 모델 내측으로부터의 시점일 수 있다.
도 10은 본 개시 내용의 실시예에 따르는 중재적 기기 추적 시스템(550)을 설명한다. 추적 시스템(550)은 가요성 카테터 본체(554) 및 기기 본체(556)를 갖는 중재적 기기(552)를 포함한다. 광 섬유 형상 센서(553)는 중재적 기기(552)로부터 분리되고 중재적 기기로의 삽입에 맞는 크기를 갖는다. 추적 시스템(550)은 또한 센서 디바이스(558)를 포함한다. 센서 디바이스(558)는 기점 장치(560) 및 기준 본체(562)를 포함한다. 기점 장치(560)는 접착제 또는 다른 화학적 또는 기계적 고정 기구를 사용하여 환자(P)에 제거 가능하게 부착되는 표면(564)을 포함한다. 기점 장치(560)는 형광 투시법 또는 CT 등의 촬상 기술에 의해 관측되는 적어도 하나의 기점 표시부(566)를 포함한다. 기점 장치(560)는 기준 본체(562)의 정합 부분(570)과 결합하도록 구성된 센서 도킹 형상부(568)를 더 포함한다. 센서 도킹 형상부(568)는 기점 장치(560)를 기준 본체(562)에 제거 가능하게 연결하기 위해 하나 이상 리세스, 돌출부, 기계적 패스너, 접착 패스너, 자성 패스너 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 연결될 때, 센서 도킹 형상부(568) 및 정합 부분(570)은 기점 장치(560) 및 기준 본체(562)를 고정된, 미리 규정된 공간 관계에 유지한다.
기준 본체(562)는 형상 센서 섬유(553)의 기준 부분(551)을 미리 규정된 기준 형상에 유지하도록 구성된 센서 홀더(572)를 포함한다. 이 실시예에서, 센서 홀더(572)는 형상 센서 섬유(553)를 수용하고 섬유를 기준 본체(562)에 대해 미리 규정된 형상 구성으로 유지하는 연속적인 와인딩 채널이다. 대체 실시예에서, 센서 홀더는 센서 섬유가 기준 본체에 대해 공지된, 미리 규정된 형상을 유지하도록 부착될 수 있는 일련의 개별 부착 지점일 수 있다. 기준 본체(562)는 센서 섬유(553)가 추적 시스템(550)의 다른 구성요소에 대한 연결을 종결하는 센서 연결 구성 요소(574)를 더 포함한다. 다양한 대체 실시예, 공지된 구성이 상술한 바와 같이 약간 가변적일 수 있다.
추적 시스템(550)은 형상 센서 섬유(553)의 현재 형상을 결정하는데 사용되는 광을 생성 및 검출하는 호출 시스템(576)을 더 포함한다. 호출 시스템(576)은 또한 표시를 위해 의료인에게 반송되는 데이터를 처리할 수 있다. 호출 시스템(576)은 커넥터(578)를 포함한다. 섬유 링크(580)는 커넥터(582, 584) 사이에서 연장한다. 이 실시예에서, 섬유 링크(580)의 광 섬유는 감지되지 않고(즉, 섬유 링크의 형상이 호출되지 않음), 감지된 형상 센서(553)로부터 호출 시스템(576)으로 광학 정보를 이송하는 기능을 한다. 사용 시, 섬유 링크(580)의 커넥터(582)는 커넥터(574)에 연결되고 커넥터(584)는 커넥터(578)에 연결된다.
사용 시, 기점 장치(560)는 환자(P)에 부착된다. 환자(P)의 수술 이전 또는 수술 중 촬상은 부착된 기점 장치(560)에 의해 수행된다. 기점 표시부(566)는 이미지에서 관측되고, 따라서 환자(P)의 해부 구조부에 대해 그리고 이미지에 의해 생성된 환자 해부 구조부의 임의의 2차원 또는 3차원 모델에 대해 고정된 기준을 제공한다. 중재적 시술을 개시하기 전에, 센서 섬유(553)는 가요성 카테터 본체(554)에 삽입된다. 기준 본체(562)는 기점 장치(560)에 결합되고, 도킹 형상부(568) 및 정합 부분(570)에 의해 기점 장치에 대해 미리 규정된 구성으로 보유된다. 따라서 연결되고, 형상 센서 섬유(553)의 기준 부분(551)은 기점 장치(560)에 대해 형상 센서 섬유의 근위 단부의 공지된 배향을 제공한다. 호출 시스템(576)은 원위 팁의 자세 및 가요성 카테터 본체(554)의 형상을 결정하기 위해 형상 센서 섬유(553)를 호출한다. 카테터 본체(554)에 대해 감지된 상대적 자세 및 형상 데이터는 형상 센서 섬유의 기준 부분(551)에 대해 공지되고, 기점 장치(560)에 등록된다. 따라서, 형상 센서 섬유의 기준 부분(551)에 대한 등록 정보를 갖는 카테터 본체(554)에 대한 상대적인 자세 및 형상 정보를 처리하는 것은 환자(P)에 대한 카테터 본체(554)의 자세 및 형상을 제공한다. 센서 섬유(553)로부터 정보를 처리하는 방법의 추가 세부 사항은 도 5에 대해 설명된 바와 유사하다.
이 실시예에서, 센서 섬유(553)는 가요성 카테터 본체로부터 분리될 수 있고, 따라서 센서 섬유(553)는 섬유(553)를 수용하는 크기의 루멘을 포함하는 기관지경 또는 다른 디바이스를 포함한 다른 유형의 기기와 함께 사용될 수 있다.
본 개시 내용의 시스템 및 방법이 폐의 연결된 기관지 통로들 내에서의 사용에 대해 설명되었지만, 이는 또한 대장, 소장, 신장, 뇌, 심장, 순환계 등을 포함한 다양한 해부학적 계통들 중 하나 내에서, 자연 또는 외과적으로 생성된 연결된 통로들을 거쳐, 운행 및 다른 조직들의 치료에 대해 적합하다. 본 개시 내용의 방법 및 실시예는 또한 비중재적 용도에 대해 적합하다.
본 발명의 실시예들 내의 하나 이상의 요소들은 제어 시스템(112)과 같은 컴퓨터 시스템의 처리기 상에서 실행하기 위해 소프트웨어 내에서 구현될 수 있다. 소프트웨어 내에서 구현될 때, 본 발명의 실시예들의 요소들은 본질적으로 필수적인 작업을 수행하기 위한 코드 세그먼트이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트는 송신 매체 또는 통신 링크를 거쳐 반송파 내에서 실시되는 컴퓨터 데이터 신호에 의해 다운로드 되었을 수 있는 처리기 판독 가능 저장 매체 또는 디바이스 내에 저장될 수 있다. 처리기 판독 가능 저장 디바이스는 광학 매체, 반도체 매체, 및 자기 매체를 포함한 정보를 저장할 수 있는 임의의 매체를 포함할 수 있다. 처리기 판독 가능 저장 디바이스 예는 전자 회로; 반도체 디바이스, 반도체 메모리 디바이스, 리드 온리 메모리(ROM), 플래시 메모리, 소거할 수 있는 프로그램 가능한 리드 온리 메모리(EPROM); 플로피 디스켓, CD- ROM, 광학 디스크, 하드 디스크 또는 다른 저장 디바이스를 포함하고, 코드 세그먼트는 인터넷, 인트라넷, 등의 컴퓨터 네트워크를 통해 다운로드 될 수 있다.
제시되는 처리 및 디스플레이는 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에 고유하게 관련되지 않을 수 있음을 알아야 한다. 다양한 이러한 시스템에 대해 요구되는 구조는 청구범위에서 요소로서 출현할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예는 임의의 특정 프로그래밍 언어를 참조하여 설명되지 않는다. 본 명세서에 기술된 본 발명의 교시를 구현하기 위해 각종 프로그래밍 언어가 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 소정의 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되어 있지만, 다양한 다른 변형이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 수 있으므로, 그러한 실시예는 단지 예시적이며 광범위한 발명에 대해 제한적이지 않고, 본 발명의 실시예는 도시되고 설명된 특정 구성 및 배열로 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims (40)

  1. 기점 장치를 포함하는 의료 추적 시스템이며,
    상기 기점 장치는:
    상기 기점 장치 내에 형성되고 센서 디바이스의 기준 부분을 공지된 형상 구성으로 유지하는 기준 본체의 정합 부분과 정합하도록 구성된 센서 도킹 형상부,
    적어도 하나의 촬상 가능한 기점 표시부; 및
    환자의 해부 구조부에 대해 부착하도록 구성된 표면을 포함하고,
    상기 정합 부분을 포함하는 상기 기준 본체는 센서 디바이스를 센서 호출 시스템과 인터페이싱하는 센서 연결 구성요소를 포함하고, 상기 센서 디바이스는 제1 형상 센서를 포함하고, 상기 센서 디바이스의 기준 부분은 상기 기준 본체를 통과하는 상기 제1 형상 센서의 부분인 것을 특징으로 하는, 의료 추적 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 형상 센서의 원위 부분이 내부에서 연장하는 세장형 가요성 기기를 더 포함하는, 의료 추적 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 형상 센서는 세장형 가요성 기기에 고정되게 결합되는, 의료 추적 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 호출 시스템은 제1 형상 센서로부터 정보를 수신하도록 구성된 처리기를 더 포함하는, 의료 추적 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센서 호출 시스템 및 제1 형상 센서를 연결하여 상기 제1 형상 센서로부터 센서 호출 시스템까지 정보를 이송하도록 구성된 광 섬유 링크를 더 포함하고, 상기 기준 본체의 센서 연결 구성요소는 광 섬유 링크의 원위 단부와 정합하도록 구성되는, 의료 추적 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 형상 센서는 광 섬유 형상 센서를 포함하는, 의료 추적 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 형상 센서의 근위 단부를 고정된 자세로 보유하도록 구성된 제1 연결 구성요소를 포함하는 기준 고정구를 더 포함하는, 의료 추적 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 고정구는 제2 형상 센서의 근위 단부를 고정된 자세로 보유하도록 구성된 제2 연결 구성요소를 더 포함하고, 상기 기준 고정구는 제1 및 제2 형상 센서를 서로에 대해 고정된 관계로 유지하는, 의료 추적 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 형상 센서의 원위 단부가 연장하는 세장형 가요성 기기를 더 포함하는, 의료 추적 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기준 부분이 유지되는 상기 공지된 형상 구성은 고정된, 미리 규정된 구성인, 의료 추적 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서 도킹 형상부는 상기 기준 부분을 미리 규정된 구성으로 수용 및 유지하도록 구성된 와인딩 채널을 포함하는, 의료 추적 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 센서 도킹 형상부는 상기 기점 장치 및 상기 기준 본체를 미리 규정된 공간 관계로 유지하기 위해 정합 부분의 복수의 돌출부를 수용하도록 구성된 복수의 오목 형상부를 포함하는, 의료 추적 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 센서 도킹 형상부는 상기 기점 장치 및 상기 기준 본체를 미리 규정된 공간 관계로 유지하기 위해 정합 부분의 복수의 리세스를 수용하도록 구성된 복수의 돌출부를 포함하는, 의료 추적 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 공지된 형상 구성은 측정 가능한 가변적인 구성인, 의료 추적 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    측정 가능한 가변적인 구성은 삽입 거리인, 의료 추적 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 기준 본체와 기점 장치 사이의 자세 변화를 측정하는 변화 추적 시스템을 더 포함하는, 의료 추적 시스템.
  19. 제어 시스템에 의한 의료 기기 추적 방법이며.
    해부학적 구조부의 모델을 수신하는 단계로서, 상기 모델은 이미지 기준 프레임을 형성하고 적어도 하나의 기점 표시부를 포함하는 기점 장치의 이미지를 포함하는, 해부학적 구조부 모델 수신 단계,
    적어도 하나의 기점 표시부를 포함하는 기점 장치가 정합 부분 및 도킹 형상부에 의해 제1 형상 센서 디바이스에 결합되어, 제1 형상 센서 디바이스의 기준 부분이 기준 본체를 통과하여 상기 기준 부분이 상기 기준 본체에 의해 적어도 하나의 기점 표시부에 대해 공지된 형상 구성으로 유지될 때, 제1 형상 센서 디바이스의 기준 부분을 적어도 하나의 기점 표시부에 등록하는 단계,
    제1 센서 기준 프레임 내의 제1 형상 센서 정보를 제1 형상 센서 디바이스의 제1 형상 센서로부터 수신하는 단계, 및
    상기 제1 형상 센서 디바이스를 상기 모델에 등록하기 위해 상기 이미지 기준 프레임과 제1 센서 기준 프레임 사이의 상호 관계에 기초하여 이미지 기준 프레임 내의 제1 형상 센서의 자세를 결정하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    제1 형상 센서의 자세에 대응하는 이미지 기준 프레임으로부터의 이미지를 표시하는 단계를 더 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    해부학적 구조부 모델을 수신하는 단계는 3차원 체적 이미지의 세트로부터 도출된 모델을 수신하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    제1 형상 센서 정보를 수신하는 단계는 광 섬유 형상 센서로부터 생성된 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    제1 형상 센서 정보를 수신하는 단계는 해부학적 구조부와 함께 연장하는 세장형 가요성 기기에 결합된 제1 형상 센서로부터 제1 형상 센서 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  24. 제어 시스템에 의한 의료 기기 추적 방법이며,
    해부학적 구조부의 모델을 수신하는 단계로서, 상기 모델은 이미지 기준 프레임을 형성하고 적어도 하나의 기점 표시부의 모델을 포함하는, 해부학적 구조부 모델 수신 단계,
    제1 기준 프레임 내의 제1 형상 센서 정보를 기준 부분을 포함하는 제1 형상 센서로부터 수신하는 단계로, 상기 기준 부분은 기준 본체를 통과하여 상기 기준 부분이 상기 기준 본체에 의해 적어도 하나의 기점 표시부에 대해 공지된 형상 구성으로 유지되고, 상기 기준 부분은 상기 제1 형상 센서에 포함되며,
    제2 기준 프레임 내의 제2 형상 센서 정보를 해부학적 구조부 내에 위치된 제2 형상 센서로부터 수신하는 단계, 및
    제1 기준 프레임, 제2 기준 프레임, 이미지 기준 프레임 사이의 상호 관계에 기초하여 이미지 기준 프레임 내의 제2 형상 센서의 자세를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 형상 센서는 상기 제1 형상 센서를 센서 호출 시스템과 인터페이싱하는 센서 연결 구성요소를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    제2 형상 센서의 자세에 대응하는 이미지 기준 프레임으로부터의 이미지를 표시하는 단계를 더 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    해부학적 구조부의 모델을 수신하는 단계는 3차원 체적 이미지의 세트로부터 도출된 모델을 수신하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    제1 형상 센서 정보를 수신하는 단계는 광 섬유 형상 센서로부터 생성된 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  28. 제24항에 있어서,
    제2 형상 센서 정보를 수신하는 단계는 광 섬유 형상 센서로부터 생성된 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  29. 제24항에 있어서,
    제2 형상 센서 정보를 수신하는 단계는 해부학적 구조부와 함께 연장하는 세장형 가요성 기기에 결합된 제2 형상 센서로부터 제2 형상 센서 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 의료 기기 추적 방법.
  30. 시스템이며,
    해부학적 구조부를 나타내는 모델 데이터 세트를 저장하는 메모리이며, 상기 모델 데이터 세트는 하나 이상의 기점 표시부에 대해 공지된 관계로 해부학적 구조부에 대한 복수의 모델 데이터 지점을 갖고, 해부학적 구조부와 상호 작용하는 기기 내의 광 섬유 센서로부터 수신된 형상 데이터를 저장하는 메모리, 및
    처리기를 포함하고,
    상기 처리기는:
    상기 해부학적 구조부를 나타내는 모델 데이터 세트를 수신하고, 상기 모델은 이미지 기준 프레임을 형성하고 적어도 하나의 기점 표시부의 이미지를 포함하며,
    적어도 하나의 기점 표시부를 포함하는 기점 장치가 제1 형상 센서 디바이스에 결합되어, 제1 형상 센서 디바이스의 기준 부분이 기준 본체를 통과하여 상기 기준 부분이 상기 기준 본체에 의해 적어도 하나의 기점 표시부에 대해 공지된 형상 구성으로 유지될 때, 제1 형상 센서 디바이스의 기준 부분을 적어도 하나의 기점 표시부에 등록하고,
    제1 센서 기준 프레임 내의 제1 형상 센서 데이터를 제1 형상 센서 디바이스의 제1 형상 센서로부터 수신하고, 상기 제1 형상 센서 데이터는 상기 제1 형상 센서 디바이스의 기준 부분으로부터의 형상 센서 데이터를 포함하고,
    이미지 기준 프레임 및 제1 센서 기준 프레임 사이의 상호 관계에 기초하여 이미지 기준 프레임 내의 제1 형상 센서의 자세를 결정하도록 구성된,
    시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 처리기는 추가로 형상 데이터에 기초하여 모델 데이터 세트를 갱신하도록 구성되는, 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 처리기는 형상 데이터를 사용하여 상기 제1 형상 센서의 자세를 생성하고 모델 데이터 세트를 자세에 맞추는 것에 의해 모델 데이터 세트를 갱신하도록 구성되는, 시스템.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 처리기는 추가로 모델 데이터 세트로부터 생성된 모델 이미지 데이터 및 형상 데이터로부터 생성된 기기 이미지 데이터를 포함하는 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성되고, 기기 이미지 데이터는 모델 이미지 데이터에 등록되는, 시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 이미지 데이터 세트를 수신하고 모델 이미지 데이터에 중첩된 기기 이미지 데이터를 표시하는 디스플레이를 더 포함하는, 시스템.
  35. 의료 시스템이며,
    환자에의 부착을 위한 기점 장치, 및
    광 섬유 형상 센서의 제1 부분을 기점 장치에 대해 미리 정해진 형상 구성으로 유지하는 커플링을 포함하며, 상기 커플링은 상기 광 섬유 형상 센서의 제1 부분을 미리 정해진 형상 구성으로 수용하고 유지하도록 구성된 와인딩 채널을 포함하는 기준 본체를 포함하고, 상기 커플링은 상기 광 섬유 형상 센서를 센서 호출 시스템과 인터페이싱하는 센서 연결 구성요소를 포함하고,
    상기 광 섬유 형상 센서의 제1 부분은 상기 와인딩 채널을 포함하는 상기 기준 본체를 통과하는, 의료 시스템.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 기점 장치는 기점 표시부, 및 의료 촬상 시스템에 의해 관측되는 기점 형상부 중 적어도 하나를 포함하는, 의료 시스템.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 기준 본체는 상기 기점 장치와 제거 가능하게 정합하도록 구성된, 의료 시스템.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 커플링은 광 섬유 형상 센서를 미리 정해진 구성으로 유지하기 위해 기점 장치의 하나 이상의 형상부를 포함하는, 의료 시스템.
  39. 제35항에 있어서,
    환자의 해부학적 구조부와 상호 작용하는 기기를 더 포함하고, 광 섬유 형상 센서의 제2 부분이 기기에 결합되는, 의료 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 기점 장치에 등록된 해부학적 구조부의 모델을 수신하고, 기점 장치에 등록된 광 섬유 형상 센서의 제2 부분으로부터 형상 센서 데이터를 수신하고, 모델 및 형상 센서 데이터에 기초하여 해부학적 구조부에 대해 기기를 등록하도록 구성된 처리기를 더 포함하는, 의료 시스템.
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