KR102578978B1 - 전자파 왜곡 검출 - Google Patents

Abstract

전자기 왜곡 검출을 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 하나의 양태에서, 시스템은 전자기(EM) 필드의 검출에 응답하여 EM 센서 신호를 생성하도록 구성되는 EM 센서를 포함한다. 시스템은 또한, 제1 시간에서의 EM 센서의 위치를 나타내는 메트릭의 베이스라인 값을 계산하도록 그리고 제1 시간 이후의 시간 기간 동안 메트릭의 업데이트된 값을 계산하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수도 있다. 프로세서는 또한, 업데이트된 값과 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정하도록 그리고 그 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하도록 구성될 수도 있다.

Description

전자파 왜곡 검출

관련된 출원에 대한 교차 참조

본 출원은 2017년 6월 28일자로 출원된 미국 가출원 제62/526,346호의 이익을 주장하는데, 그 가출원은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.

기술 분야

본 개시는 일반적으로 로봇 대응 의료 시스템에서 전자기(electromagnetic; EM) 왜곡의 검출을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 환자 내부의 의료 기구(medical instrument)의 내비게이션 및 위치 측정(localization)을 위해 사용되는 EM 기반의 내비게이션 시스템에 영향을 줄 수도 있는 EM 왜곡을 검출하는 것에 관한 것이다.

내시경 검사(endoscopy)(예를 들면, 기관지경 검사(bronchoscopy))와 같은 의학적 프로시져는 진단 및/또는 치료 목적을 위해 환자의 관강 네트워크(luminal network)(예를 들면, 기도(airway)) 내부에 액세스하여 시각화하는 것을 수반할 수도 있다. 수술 로봇 시스템(surgical robotic system)은, 예를 들면, 내시경 프로시져(endoscopic procedure) 동안의 내시경과 같은 수술 도구의 삽입 및/또는 조작을 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 수술 로봇 시스템은 프로시져 동안 수술 도구의 위치 결정을 제어하기 위해 사용되는 조작기 어셈블리(manipulator assembly)를 포함하는 적어도 하나의 로봇 암(robotic arm)을 포함할 수도 있다. 수술 도구는 검출된 전자기(EM) 필드에 기초하여 환자의 관강 네트워크를 통해 내비게이팅될(navigated) 수도 있다.

본 개시의 시스템, 방법 및 디바이스 각각은 여러 가지 혁신적인 양태를 가지는데, 그 중 단일의 어떤 것도 본원에서 개시되는 바람직한 성질(attribute)을 전적으로 담당하지는 않는다.

하나의 양태에서, 시스템은 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성된다. 시스템은, EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트를 생성하도록 구성되는 제1 EM 센서 - 제1 EM 센서는, 사용시, 환자 상에서의 배치를 위해 구성됨 - ; 프로세서; 및 메모리를 포함할 수도 있되, 메모리는 프로세서로 하여금: 제1 시간에서의 제1 EM 센서의 위치를 나타내는 하나 이상의 메트릭(metric)의 하나 이상의 베이스라인 값(baseline value)을, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하는, 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하는, 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값 보다 더 크다는 것을 결정하게 하는, 그리고 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하게 하는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 저장한다.

다른 양태에서, 명령어가 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공되는데, 그 명령어는, 실행시, 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스로 하여금: 제1 시간에서의 제1 EM 센서의 위치를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트 - 제1 EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트를 생성하도록 구성됨 - 로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고; 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고; 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정하게 하고; 그리고 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하게 한다.

여전히 다른 양태에서, EM 왜곡을 검출하는 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 시간에서의 제1 EM 센서의 위치를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트 - 제1 EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트를 생성하도록 구성됨 - 로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하는 것; 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하는 것; 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정하는 것; 및 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것.

여전히 다른 양태에서, EM 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템이 제공되는데, 그 시스템은: 기구(instrument)의 원위 단부(distal end)에 있는 EM 센서 - EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성됨 - ; 프로세서; 및 메모리를 포함하되, 메모리는 프로세서로 하여금: 제1 시간에서의 기구의 원위 단부의 속도를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하는, 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하는, 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값 보다 더 크다는 것을 결정하게 하는, 그리고 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하게 하는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 저장한다.

여전히 다른 양태에서, 명령어가 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공되는데, 그 명령어는, 실행시, 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스로 하여금: 제1 시간에서의 기구의 원위 단부의 속도를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고 - 기구는 기구의 원위 단부에 위치되는 EM 센서를 포함하고, EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성됨 - ; 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고; 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정하게 하고; 그리고 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하게 한다.

여전히 다른 양태에서, EM 왜곡을 검출하는 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 시간에서의 기구의 원위 단부의 속도를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하는 것 - 기구는 기구의 원위 단부에 위치되는 EM 센서를 포함하고, EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성됨 - ; 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하는 것; 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정하는 것; 및 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것.

이하에서, 개시된 양태는, 개시된 양태를 제한하는 것이 아니라 예시하도록 제공되는 첨부의 도면 및 부록과 연계하여 설명될 것인데, 첨부의 도면에서, 같은 명칭은 같은 엘리먼트를 나타낸다.
도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경 검사 프로시져(들)를 위해 배열되는 카트 기반의 로봇 시스템의 한 실시형태를 예시한다.
도 2는 도 1의 로봇 시스템의 또 다른 양태를 묘사한다.
도 3은 요관경 검사(ureteroscopy)를 위해 배열되는 도 1의 로봇 시스템의 한 실시형태를 예시한다.
도 4는 관 프로시져(vascular procedure)를 위해 배열되는 도 1의 로봇 시스템의 한 실시형태를 예시한다.
도 5는 기관지경 검사 프로시져를 위해 배열되는 테이블 기반의 로봇 시스템의 한 실시형태를 예시한다.
도 6은 도 5의 로봇 시스템의 대안적인 뷰를 제공한다.
도 7은 로봇 암(들)을 수용하도록 구성되는 예시적인 시스템을 예시한다.
도 8은 요관경 검사 프로시져를 위해 구성되는 테이블 기반의 로봇 시스템의 한 실시형태를 예시한다.
도 9는 복강경 검사 프로시져를 위해 구성되는 테이블 기반의 로봇 시스템의 한 실시형태를 예시한다.
도 10은 피치 또는 틸트 조정을 갖는 도 5 내지 도 9의 테이블 기반의 로봇 시스템의 한 실시형태를 예시한다.
도 11은 도 5 내지 도 10의 테이블 기반의 로봇 시스템의 테이블과 칼럼(column) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한다.
도 12는 예시적인 기구 드라이버(instrument driver)를 예시한다.
도 13은 페어링된 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다.
도 14는 구동 유닛의 축이 기구의 가늘고 긴 샤프트의 축에 평행한 기구 및 기구 드라이버에 대한 대안적인 설계를 예시한다.
도 15는, 예시적인 실시형태에 따른, 도 13 및 도 14의 기구의 위치와 같은, 도 1 내지 도 10의 로봇 시스템의 하나 이상의 엘리먼트의 위치를 추정하는 위치 측정 시스템(localization system)을 예시하는 블록도를 묘사한다.
도 16은 개시된 내비게이션 시스템 및 기술의 하나 이상의 양태를 구현하는 예시적인 동작 환경을 예시한다.
도 17은 도 16의 동작 환경에서 내비게이팅될 수 있는 예시적인 관강 네트워크(140)를 예시한다.
도 18은 본원에서 설명되는 바와 같은 이미징 및 EM 감지 성능을 갖는 예시적인 내시경의 원위 단부를 예시한다.
도 19a 내지 도 19c는, 국소적 EM 왜곡을 나타낼 수도 있는 메트릭에서의 변화를 예시하는 메트릭의 그래프를 제공한다.
도 20은 국소적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정하는 예시적인 방법론을 예시하는 플로우차트를 제공한다.
도 21은 본 개시의 양태에 따른 전역적 EM 왜곡(global EM distortion)을 검출하기 위해 사용될 수도 있는 시스템의 실시형태를 예시한다.
도 22는 전역적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정하는 예시적인 방법론을 예시하는 플로우차트를 제공한다.
도 23은 환자 및 EM 필드 생성기 중 하나가 움직였다는 것을 결정하는 예시적인 방법론을 예시하는 플로우차트를 제공한다.
도 24는 EM 패치 센서(EM patch sensor)(105)가 EM 필드 생성기의 작업 볼륨(working volume) 내에 배치되는 예를 제공한다.
도 25는 본 개시의 다양한 양태를 수행할 수도 있는 EM 추적 시스템의 예를 예시하는 블록도를 묘사한다.
도 26은, 본 개시의 양태에 따른, EM 왜곡을 검출하기 위한, EM 추적 시스템 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 27은, 본 개시의 양태에 따른, EM 왜곡을 검출하기 위한, EM 추적 시스템, 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 다른 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 28은, 본 개시의 양태에 따른, 필드 생성기에 의해 생성되는 EM 필드 내에서 EM 센서의 위치 결정을 용이하게 하기 위한, EM 추적 시스템, 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 또 다른 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다.
도 29는, 본 개시의 양태에 따른, 환자 또는 EM 필드 생성기 중 적어도 하나의 움직임을 검출하기 위한, EM 추적 시스템, 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 여전히 또 다른 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다.

본 개시의 실시형태는, EM 데이터에 의존하는 위치 측정 및/또는 내비게이션 시스템에서 에러를 야기할 수도 있는 전자기(EM) 왜곡의 검출 및/또는 완화를 위한 시스템 및 기술에 관한 것이다. 왜곡의 극단적인 경우 EM 데이터로 하여금 신뢰 불가능하게 할 수도 있는 EM 왜곡의 다수의 가능한 소스가 존재한다. 본 개시의 추가적인 실시형태는 환자 및/또는 환자 상에 배치되는 하나 이상의 EM 패치 센서에 대한 EM 생성기의 정렬을 위한 기술에 관한 것이다.

본원에서 사용될 때, 용어 "대략(approximately)"은, 길이, 두께, 수량, 시간 기간, 또는 다른 측정 가능한 값의 측정의 범위를 지칭한다. 측정의 그러한 범위는, 명시된 값의 그리고 그 명시된 값으로부터의 +/-10 % 또는 그 미만, 바람직하게는 +/-5 % 또는 그 미만, 더욱 바람직하게는 +/-1 % 또는 그 미만, 여전히 더욱 바람직하게는 +/-0.1 % 또는 그 미만의 변동을, 그러한 변동이 개시된 디바이스, 시스템, 및 기술에서 기능하기 위해 적절한 한에 있어서는, 포괄한다.

다양한 실시형태가 예시의 목적을 위해 도면과 연계하여 하기에서 설명될 것이다. 개시된 개념의 많은 다른 구현예가 가능하고, 개시된 구현예를 통해 다양한 이점이 달성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 참조를 위해 그리고 다양한 섹션을 찾는 것을 돕기 위해 본원에서는 표제(heading)가 포함된다. 이들 표제는, 그와 관련하여 설명되는 개념의 범위를 제한하도록 의도되는 것은 아니다. 그러한 개념은 전체 명세서 전체에 걸쳐 적용 가능할 수도 있다.

1. 개관

본 개시의 양태는, 복강경 검사와 같은 최소 침습적 프로시져, 및 내시경 검사와 같은 비 침습적 프로시져 둘 모두를 비롯한, 다양한 의료 프로시져를 수행할 수도 있는 로봇 대응 의료 시스템(robotically-enabled medical system)에 통합될 수도 있다. 내시경 검사 프로시져 중, 시스템은 기관지경 검사, 요관경 검사, 위경검사법(gastroscopy), 등등을 수행할 수 있을 수도 있다.

광범위한 프로시져를 수행하는 것에 더하여, 시스템은 의사를 돕기 위한 향상된 이미징 및 안내와 같은, 추가적인 이점을 제공할 수도 있다. 추가적으로, 시스템은 어색한 팔 모션 및 위치에 대한 필요 없이 인체 공학적 위치에서 프로시져를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수도 있다. 여전히 또한, 시스템은, 시스템의 기구 중 하나 이상이 단일의 유저에 의해 제어될 수 있도록 향상된 사용 용이성을 가지고 프로시져를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수도 있다.

다양한 실시형태가 예시의 목적을 위해 도면과 연계하여 하기에서 설명될 것이다. 개시된 개념의 많은 다른 구현예가 가능하고, 개시된 구현예를 통해 다양한 이점이 달성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 참조를 위해 그리고 다양한 섹션을 찾는 것을 돕기 위해 본원에서는 표제(heading)가 포함된다. 이들 표제는, 그와 관련하여 설명되는 개념의 범위를 제한하도록 의도되는 것은 아니다. 그러한 개념은 전체 명세서 전체에 걸쳐 적용 가능할 수도 있다.

A. 로봇 시스템-카트.

로봇 대응 의료 시스템은 특정한 프로시져에 따라 다양한 방식으로 구성될 수도 있다. 도 1은, 진단 및/또는 치료 기관지경 검사 프로시져를 위해 배열되는 카트 기반의 로봇 대응 시스템(10)의 한 실시형태를 예시한다. 기관지경 검사 동안, 시스템(10)은, 기관지경 검사를 위한 프로시져 고유의 기관지경일 수도 있는, 조향 가능한 내시경(13)과 같은 의료 기구를, 진단 및/또는 치료 도구를 전달할 천연 구멍 액세스 포인트(natural orifice access point)(즉, 본 예의 테이블 상에 배치되는 환자의 입)로 전달하기 위한 하나 이상의 로봇 암(12)을 갖는 카트(11)를 포함할 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 카트(11)는 액세스 포인트에 대한 액세스를 제공하기 위해 환자의 상반신(upper torso)에 근접하여 배치될 수도 있다. 유사하게, 로봇 암(12)은 액세스 포인트와 관련하여 기관지경을 배치하도록 작동될 수도 있다. 도 1의 배열(arrangement)은 또한, 위장(gastro-intestinal; GI) 프로시져를 위한 특수 내시경인 위내시경(gastroscope)으로 GI 프로시져를 수행할 때 활용될 수도 있다. 도 2는 카트의 예시적인 실시형태를 더욱 상세하게 묘사한다.

도 1을 계속 참조하면, 일단 카트(11)가 적절하게 배치되면, 로봇 암(12)은, 로봇을 이용하여, 수동으로, 또는 이들의 조합으로, 조향 가능한 내시경(13)을 환자에게 삽입할 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 조향 가능한 내시경(13)은, 내부 리더 부분(inner leader portion) 및 외부 시스 부분(outer sheath portion)과 같은 적어도 두 개의 자유 자재로 신축 가능한(telescoping) 부분을 포함할 수도 있는데, 각각의 부분은 기구 드라이버(28)의 세트와는 별개의 기구 드라이버에 커플링되고, 각각의 기구 드라이버는 개개의 로봇 암의 원위 단부에 커플링된다. 시스 부분과의 리더 부분의 동축 정렬을 용이하게 하는 기구 드라이버(28)의 이러한 선형 배열은, 하나 이상의 로봇 암(12)을 상이한 각도 및/또는 위치로 작동시키는 것에 의해 공간적으로 재배치될 수도 있는 "가상 레일"(29)을 생성한다. 본원에서 설명되는 가상 레일은 점선을 사용하여 도면에 묘사되며, 따라서 점선은 시스템의 임의의 물리적 구조체를 묘사하는 것은 아니다. 가상 레일(29)을 따른 기구 드라이버(28)의 병진(translation)은, 외부 시스 부분과 관련하여 내부 리더 부분을 자유 자재로 신축 가능하거나 또는 내시경(13)을 전진시키거나 또는 환자로부터 후퇴시킨다. 가상 레일(29)의 각도는 임상 적용 또는 의사 선호도에 기초하여 조정, 병진, 및 선회될 수도 있다. 예를 들면, 기관지경 검사에서, 도시되는 바와 같은 가상 레일(29)의 각도 및 위치는, 내시경(13)에 대한 의사의 액세스를 제공하는 것과 내시경(13)을 환자의 입 안으로 굴곡시키는 것으로부터 유래하는 마찰을 최소화하는 것 사이의 타협을 나타낸다.

내시경(13)은, 목표 목적지 또는 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템으로부터의 정확한 커맨드를 사용한 삽입 이후 환자의 기관 및 폐 아래로 지향될 수도 있다. 환자의 폐 네트워크를 통한 내비게이션을 향상시키고 및/또는 소망되는 목표에 도달하기 위해, 내시경(13)은, 향상된 관절 운동(articulation) 및 더 큰 굴곡 반경을 획득하도록, 외부 시스 부분으로부터 내부 리더 부분을 자유 자재로 신축 가능한 방식으로(telescopically) 연장하도록 조작될 수도 있다. 별개의 기구 드라이버(28)의 사용은 또한, 리더 부분 및 시스 부분이 서로 독립적으로 구동되는 것을 허용한다.

예를 들면, 내시경(13)은, 예를 들면, 환자의 폐 내의 병변 또는 결절(nodule)과 같은 목표에 생검 바늘을 전달하도록 지향될 수도 있다. 바늘은 병리학자에 의해 분석될 조직 샘플을 획득하기 위해 내시경의 길이를 따라 이어지는 작업 채널 아래로 배치될 수도 있다. 병리학 결과에 따라, 추가적인 생검을 위해 내시경의 작업 채널 아래에 추가적인 도구가 배치될 수도 있다. 결절이 악성인 것을 식별한 이후, 내시경(13)은 잠재적 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경적으로 전달할 수도 있다. 몇몇 경우에, 진단 및 치료 요법은 별개의 프로시져에서 전달되는 것을 필요로 할 수도 있다. 그들 상황에서, 내시경(13)은 또한 목표 결절의 위치를 "마킹"하기 위한 기준을 전달하기 위해 역시 사용될 수도 있다. 다른 경우에, 진단 및 치료 요법은 동일한 프로시져 동안 전달될 수도 있다.

시스템(10)은 또한, 제어, 전자장치, 유체기기(fluidics), 광학기기, 센서, 및/또는 전력에 대한 지원을 카트(11)에 제공하기 위해 지지 케이블을 통해 카트(11)에 연결될 수도 있는 이동 가능한 타워(30)를 포함할 수도 있다. 그러한 기능성(functionality)을 타워(30)에 배치하는 것은, 수술 의사 및/또는 그의/그녀의 직원에 의해 더욱 쉽게 조정 및/또는 재배치될 수도 있는 더 작은 폼팩터 카트(11)를 허용한다. 또한, 카트/테이블과 지지 타워(30) 사이의 기능성의 분할은, 수술실 혼란을 감소시키고 임상 워크플로 향상을 용이하게 한다. 카트(11)가 환자에 근접하게 배치될 수도 있지만, 타워(30)는 프로시져 동안 방해가 되지 않도록 원격 위치에 수납될 수도 있다.

상기에서 설명되는 로봇 시스템의 지원에서, 타워(30)는, 예를 들면, 영구적 자기 저장 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 등등과 같은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장하는 컴퓨터 기반의 제어 시스템의 컴포넌트(들)를 포함할 수도 있다. 그들 명령어의 실행은, 실행이 타워(30)에서 발생하는지 또는 카트(11)에서 발생하는지에 관계 없이, 그 전체 시스템 또는 그 서브시스템(들)을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 로봇 시스템의 컴포넌트로 하여금, 관련 캐리지(carriage) 및 암 마운트를 작동하게 하고, 로봇 암을 작동하게 하고, 의료 기구를 제어하게 할 수도 있다. 예를 들면, 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 로봇 암의 관절(joint)에 있는 모터는 암을 소정의 자세로 배치할 수도 있다.

타워(30)는 또한, 내시경(13)을 통해 배치될 수도 있는 시스템에 제어된 관주(irrigation) 및 흡인(aspiration) 성능을 제공하기 위해, 펌프, 유량계(flow meter), 밸브 제어, 및/또는 유체 액세스를 포함할 수도 있다. 이들 컴포넌트는 또한 타워(30)의 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 관주 및 흡인 성능은 별개의 케이블(들)을 통해 내시경(13)으로 직접적으로 전달될 수도 있다.

타워(30)는 필터링되고 보호된 전력을 카트(11)에 제공하도록 설계되는 전압 및 서지 보호기를 포함할 수도 있고, 그에 의해, 카트(11)에서의 전력 변압기 및 다른 보조 전력 컴포넌트의 배치를 방지할 수도 있고, 그 결과, 더 작고 더욱 가동성의(moveable) 카트(11)로 나타날 수도 있다.

타워(30)는 또한 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 배치되는 센서에 대한 지지 기기(support equipment)를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 타워(30)는, 로봇 시스템(10) 도처의 광학 센서 또는 카메라로부터 수신되는 데이터를 검출, 수신 및 프로세싱하기 위한 광전자 기기(opto-electronics equipment)를 포함할 수도 있다. 제어 시스템과의 조합에서, 그러한 광전자 기기는, 타워(30)를 비롯한, 시스템 도처에 배치되는 임의의 수의 콘솔에서의 디스플레이를 위한 실시간 이미지를 생성하기 위해 사용될 수도 있다. 유사하게, 타워(30)는 또한 배치된 EM 센서로부터 수신되는 신호를 수신 및 프로세싱하기 위한 전자 서브시스템을 포함할 수도 있다. 타워(30)는 또한, 의료 기구 내의 또는 상의 EM 센서에 의한 검출을 위한 EM 필드 생성기를 수용 및 배치하기 위해 사용될 수도 있다.

타워(30)는 또한, 시스템의 나머지 부분에서 이용 가능한 다른 콘솔, 예를 들면, 카트 상부 상에 장착되는 콘솔 외에, 콘솔(31)을 포함할 수도 있다. 콘솔(31)은 의사 오퍼레이터에 대한 유저 인터페이스 및 디스플레이 스크린, 예컨대 터치스크린을 포함할 수도 있다. 시스템(10) 내의 콘솔은 일반적으로, 로봇 제어뿐만 아니라 내시경(13)의 내비게이션 및 위치 정보와 같은, 프로시져의 수술 전(pre-operative) 및 실시간 정보 둘 모두를 제공하도록 설계된다. 콘솔(31)이 의사가 이용 가능한 유일한 콘솔이 아닌 경우, 그것은, 환자의 건강 또는 바이탈(vital) 및 시스템의 동작을 모니터링하기 위해, 뿐만 아니라, 프로시져 고유의 데이터, 예컨대 내비게이션 및 위치 측정 정보를 제공하기 위해, 간호사와 같은 제2 오퍼레이터에 의해 사용될 수도 있다.

타워(30)는 하나 이상의 케이블 또는 연결부(도시되지 않음)를 통해 카트(11) 및 내시경(13)에 커플링될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 타워(30)로부터의 지지 기능성은 단일의 케이블을 통해 카트(11)에 제공될 수도 있어서, 수술실을 단순화할 수도 있고 혼란을 제거할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 특정한 기능성은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부에 커플링될 수도 있다. 예를 들면, 전력이 단일의 전력 케이블을 통해 카트에 제공될 수도 있지만, 제어, 광학기기, 유체공학, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수도 있다.

도 2는 도 1에서 도시되는 카트 기반의 로봇 대응 시스템으로부터의 카트의 한 실시형태의 상세한 예시를 제공한다. 카트(11)는 일반적으로 가늘고 긴 지지 구조체(14)(종종 "칼럼"으로 지칭됨), 카트 베이스(15), 및 칼럼(14)의 상단에 있는 콘솔(16)을 포함한다. 칼럼(14)은 하나 이상의 로봇 암(12)(도 2에서는 세 개가 도시됨)의 배치를 지원하기 위한 캐리지(17)(또는 대안적으로 "암 지지부")와 같은 하나 이상의 캐리지를 포함할 수도 있다. 캐리지(17)는 환자에 대한 더 나은 위치 결정을 위해 로봇 암(12)의 베이스를 조정하기 위한 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성 가능한 암 마운트를 포함할 수도 있다. 캐리지(17)는 또한, 캐리지(17)가 칼럼(14)을 따라 수직으로 병진하는 것을 허용하는 캐리지 인터페이스(19)를 포함한다.

캐리지 인터페이스(19)는, 캐리지(17)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(14)의 대향하는 면(side)에 배치되는, 슬롯(20)과 같은 슬롯을 통해 칼럼(14)에 연결된다. 슬롯(20)은 카트 베이스(15)와 관련하여 다양한 수직 높이에 캐리지를 배치 및 유지하기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함한다. 캐리지(17)의 수직 병진은, 카트(11)가 다양한 테이블 높이, 환자 사이즈, 및 의사 선호도를 충족하도록 로봇 암(12)의 도달 거리(reach)를 조정하는 것을 허용한다. 유사하게, 캐리지(17) 상에 개별적으로 구성 가능한 암 마운트는, 로봇 암(12)의 로봇 암 베이스(21)가 다양한 구성으로 기울어지는 것을 허용한다.

몇몇 실시형태에서, 슬롯(20)은, 캐리지(17)가 수직으로 병진함에 따라 칼럼(14)의 내부 챔버 및 수직 병진 인터페이스로의 오물 및 유체 유입을 방지하기 위해, 슬롯 표면과 같은 높이이며 평행한 슬롯 커버로 보충될 수도 있다. 슬롯 커버는, 슬롯(20)의 수직 상부 및 하부 근처에 배치되는 스프링 스풀의 쌍을 통해 배치될 수도 있다. 캐리지(17)가 수직 상하로 병진됨에 따라, 커버는, 그들의 감겨진 상태로부터 연장(extend) 및 후퇴되도록 배치될 때까지, 스풀 내에 감겨 있다. 스풀의 스프링 부하는, 캐리지(17)가 스풀을 향해 병진하는 경우 커버를 스풀 안으로 후퇴시키는 힘을 제공하며, 한편 캐리지(17)가 스풀로부터 멀어지게 병진하는 경우 기밀(tight seal)을 또한 유지한다. 캐리지(17)가 병진될 때 커버의 적절한 연신 및 후퇴를 보장하기 위해, 커버는, 예를 들면, 캐리지 인터페이스(19)의 브래킷을 사용하여 캐리지(17)에 연결될 수도 있다.

칼럼(14)은, 유저 입력, 예를 들면, 콘솔(16)로부터의 입력에 응답하여 생성되는 제어 신호에 응답하여 캐리지(17)를 기계화된 방식으로 병진시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류를 사용하도록 설계되는 기어 및 모터와 같은 메커니즘을 내부적으로 포함할 수도 있다.

로봇 암(12)은, 일반적으로, 일련의 관절(24)에 의해 연결되는 일련의 연결부(23)에 의해 분리되는 로봇 암 베이스(21) 및 엔드 이펙터(22)를 포함할 수도 있는데, 각각의 관절은 독립적인 액추에이터를 포함하며, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어 가능한 모터를 포함한다. 각각의 독립적으로 제어 가능한 관절은 로봇 암이 이용 가능한 독립적인 자유도를 나타낸다. 암(12)의 각각은 일곱 개의 관절을 가지며, 따라서, 7 자유도를 제공한다. 다수의 관절은, "중복(redundant)" 자유도를 허용하는 다수의 자유도로 나타난다. 중복 자유도는 로봇 암(12)이 상이한 연결 위치 및 관절 각도를 사용하여 그들 각각의 엔드 이펙터(22)를 공간에서 특정한 위치, 방위 및 궤도에 배치하는 것을 허용한다. 이것은 의사가, 암 충돌을 방지하면서, 더 큰 액세스를 만들도록 의사가 암 관절을 환자로부터 먼 임상적으로 유리한 위치로 이동시키는 것을 허용하면서, 시스템이 의료 기구를 공간 내의 소망되는 포인트로부터 배치 및 지향시키는 것을 허용한다.

카트 베이스(15)는 플로어 위에서 칼럼(14), 캐리지(17), 및 암(12)의 중량의 균형을 맞춘다. 따라서, 카트 베이스(15)는, 전자장치, 모터, 전력 공급부와 같은 더 무거운 컴포넌트뿐만 아니라, 움직임을 가능하게 하는 및/또는 카트를 고정시키는 컴포넌트를 수용한다. 예를 들면, 카트 베이스(15)는, 카트가 프로시져 이전에 방 주위를 쉽게 이동하는 것을 허용하는 구를 수 있는 휠형 캐스터(rollable wheel-shaped caster)(25)를 포함한다. 적절한 위치에 도달한 이후, 캐스터(25)는 휠락(lock lock)을 사용하여 고정되어 카트(11)를 프로시져 동안 제자리에 유지할 수도 있다.

칼럼(14)의 수직 단부에 배치되는 콘솔(16)은 유저 입력을 수신하기 위한 유저 인터페이스 및 의사 유저에게 수술 전 및 수술 중 데이터 둘 모두를 제공하기 위한 디스플레이 스크린(또는, 예를 들면, 터치스크린(26)과 같은 이중 목적 디바이스) 둘 모두를 허용한다. 터치스크린(26) 상의 잠재적인 수술 전 데이터는, 수술 전 계획, 수술 전 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔으로부터 유도되는 내비게이션 및 매핑 데이터, 및/또는 수술 전 환자 인터뷰로부터의 메모(note)를 포함할 수도 있다. 디스플레이 상의 수술 중 데이터는, 도구, 센서 및 센서로부터의 좌표 정보로부터 제공되는 광학적 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 중요한 환자 통계치를 포함할 수도 있다. 콘솔(16)은, 의사가 칼럼(14)의 캐리지(17) 반대 측에서부터 콘솔에 액세스하는 것을 허용하도록 배치되고 기울어질 수도 있다. 이 위치로부터, 의사는 카트(11) 후방에서 콘솔(16)을 동작시키면서 콘솔(16), 로봇 암(12), 및 환자를 볼 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 콘솔(16)은 또한 카트(11)의 방향 조종 및 안정화를 돕는 핸들(27)을 포함한다.

도 3은 요관경 검사를 위해 배열되는 로봇 대응 시스템(10)의 한 실시형태를 예시한다. 요관경 검사 프로시져에서, 카트(11)는 환자의 요도 및 요관을 순회하도록 설계되는 프로시져 고유의 내시경인 요관경(ureteroscope)(32)을 환자의 하부 복부 영역으로 전달하도록 배치될 수도 있다. 요관경 검사에서, 요관경(32)이 환자의 요도와 직접적으로 정렬되어 그 영역에서 민감한 해부학적 구조에 대한 마찰 및 힘을 감소시키는 것이 바람직할 수도 있다. 도시되는 바와 같이, 카트(11)는, 환자의 요도에 대한 직접적인 선형 액세스를 위해 로봇 암(12)이 요관경(32)을 배치하는 것을 허용하도록 테이블의 발에 정렬될 수도 있다. 테이블의 발로부터, 로봇 암(12)은 요관경(32)을 가상 레일(33)을 따라 요도를 통해 환자의 하복부(lower abdomen) 안으로 바로 삽입할 수도 있다.

요도에 삽입한 이후, 기관지경 검사에서와 유사한 제어 기술을 사용하여, 요관경(32)은 진단 및/또는 치료 적용을 위해 방광, 요관, 및/또는 신장 안으로 내비게이팅할 수도 있다. 예를 들면, 요관경(32)은 요관경(32)의 작업 채널 아래에 배치되는 레이저 또는 초음파 쇄석술(lithotripsy) 디바이스를 사용하여 축적된 신장 결석을 파괴하도록 요관 및 신장 안으로 지향될 수도 있다. 쇄석술이 완료된 이후, 결과적으로 나타나는 결석 조각은 요관경(32) 아래에 배치되는 바스켓을 사용하여 제거될 수도 있다.

도 4는 관 프로시져를 위해 유사하게 배열되는 로봇 대응 시스템의 한 실시형태를 예시한다. 관 프로시져에서, 시스템(10)은, 카트(11)가 조향 가능한 카테터와 같은 의료 기구(34)를 환자의 다리의 대퇴 동맥의 액세스 포인트로 전달할 수도 있도록 구성될 수도 있다. 대퇴 동맥은 내비게이션을 위한 더 큰 직경뿐만 아니라 환자의 심장까지 상대적으로 덜 우회하고 덜 구불구불한 경로 둘 모두를 제공하는데, 이것은 내비게이션을 단순화시킨다. 요관경 검사 프로시져에서와 같이, 카트(11)는, 로봇 암(12)이 환자의 허벅지/고관절(hip) 영역에서 대퇴부 동맥 액세스 포인트에 대한 직접적인 선형 액세스를 갖는 가상 레일(35)을 제공하는 것을 허용하도록, 환자의 다리 및 하복부를 향해 배치될 수도 있다. 동맥 안으로의 삽입 이후, 의료 기구(34)는 기구 드라이버(28)를 병진시키는 것에 의해 지향 및 삽입될 수도 있다. 대안적으로, 카트는, 예를 들면, 어깨 및 손목 근처의 경동맥 및 상완 동맥과 같은 대안적인 관 액세스 포인트에 도달하기 위해 환자의 상복부 주위에 배치될 수도 있다.

B. 로봇 시스템 - 테이블.

로봇 대응 의료 시스템의 실시형태는 또한 환자의 테이블을 통합할 수도 있다. 테이블의 통합은, 카트를 제거하는 것에 의해 수술실 내에서의 자본 설비(capital equipment)의 양을 감소시키는데, 이것은 환자에 대한 더 많은 액세스를 허용한다. 도 5는 기관지경 검사 프로시져를 위해 배열되는 그러한 로봇 대응 시스템의 한 실시형태를 예시한다. 시스템(36)은 플로어 위에 플랫폼(38)("테이블" 또는 "베드"로 도시됨)을 지지하기 위한 지지 구조체 또는 칼럼(37)을 포함한다. 카트 기반의 시스템에서와 마찬가지로, 시스템(36)의 로봇 암(39)의 엔드 이펙터는, 기구 드라이버(42)의 선형적인 정렬로부터 형성되는 가상 레일(41)을 통해 또는 가상 레일(41)을 따라, 도 5에서의 기관지경(40)과 같은 가늘고 긴 의료 기구를 조작하도록 설계되는 기구 드라이버(42)를 포함한다. 실제로, 형광 투시 이미징(fluoroscopic imaging)을 제공하기 위한 C 암(C-arm)은 방출기 및 검출기를 테이블(38) 주위에 배치하는 것에 의해 환자의 상복부 영역 위에 배치될 수도 있다.

도 6은 논의 목적을 위해 환자 및 의료 기구가 없는 시스템(36)의 대안적인 뷰를 제공한다. 도시되는 바와 같이, 칼럼(37)은 시스템(36)에서 링 형상으로 도시되는 하나 이상의 캐리지(43)를 포함할 수도 있는데, 그로부터 하나 이상의 로봇 암(39)이 기초할 수도 있다. 캐리지(43)는 로봇 암(39)이 환자에게 도달하도록 배치될 수도 있는 상이한 유리한 포인트를 제공하기 위해 칼럼(37)의 길이를 따라 이어지는 수직 칼럼 인터페이스(44)를 따라 병진될 수도 있다. 캐리지(들)(43)는, 로봇 암(39)이, 예를 들면, 환자의 양측과 같은, 테이블(38)의 다수의 측에 액세스하는 것을 허용하도록 칼럼(37) 내에 배치되는 기계적 모터를 사용하여 칼럼(37) 주위에서 회전할 수도 있다. 다수의 캐리지를 갖는 실시형태에서, 캐리지는 칼럼 상에 개별적으로 배치될 수도 있고 다른 캐리지와는 독립적으로 병진 및/또는 회전할 수도 있다. 캐리지(43)가 칼럼(37)을 둘러쌀 필요가 없거나 또는 심지어 원형일 필요가 없지만, 도시되는 바와 같은 링 형상은 구조적 균형을 유지하면서 칼럼(37) 주위에서의 캐리지(43)의 회전을 용이하게 한다. 캐리지(43)의 회전 및 병진은, 시스템이, 내시경 및 복강경과 같은 의료 기구를 환자의 상이한 액세스 포인트에 정렬하는 것을 허용한다.

암(39)은, 로봇 암(39)에 추가적인 구성 가능성을 제공하기 위해 개별적으로 회전할 수도 있는 및/또는 자유 자재로 신축 가능한 방식으로 연장될 수도 있는 일련의 관절을 포함하는 암 마운트(45)의 세트를 통해 캐리지 상에 장착될 수도 있다. 추가적으로, 암 마운트(45)는, 캐리지(43)가 적절하게 회전될 때, 암 마운트(45)가 (도 6에서 도시되는 바와 같이) 테이블(38)의 동일한 쪽, (도 9에서 도시되는 바와 같이) 테이블(38)의 반대 쪽, 또는 테이블(38)의 인접한 쪽(도시되지 않음) 중 어느 하나 상에 배치될 수도 있도록, 캐리지(43) 상에 배치될 수도 있다.

칼럼(37)은 테이블(38)에 대한 지지, 및 캐리지의 수직 병진을 위한 경로를 구조적으로 제공한다. 내부적으로, 칼럼(37)은 캐리지(43)의 수직 병진을 안내하기 위한 리드 스크류, 및 리드 스크류에 기초하여 상기 캐리지의 병진을 기계화하기 위한 모터를 갖출 수도 있다. 칼럼(37)은 또한, 전력 및 제어 신호를 캐리지(43) 및 그 상에 장착되는 로봇 암(39)에 전달할 수도 있다.

테이블 베이스(46)는, 테이블/베드(38), 칼럼(37), 캐리지(43), 및 로봇 암(39)의 균형을 맞추기 위해 더 무거운 컴포넌트를 수용하면서, 도 2에서 도시되는 카트(11)의 카트 베이스(15)와 유사한 기능에 이바지한다. 테이블 베이스(46)는 또한 프로시져 동안 안정성을 제공하기 위해 강성 캐스터를 통합할 수도 있다. 테이블 베이스(46)의 저부로부터 배치되는 캐스터는 베이스(46)의 양 측에서 반대 방향으로 연장되고 시스템(36)이 이동될 필요가 있는 경우 후퇴될 수도 있다.

도 6을 계속하면, 시스템(36)은 또한, 폼팩터 및 테이블의 벌크를 감소시키기 위해 테이블과 타워 사이에서 시스템(36)의 기능성을 분할하는 타워(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 앞서 개시된 실시형태에서와 같이, 타워는, 프로세싱, 컴퓨팅, 및 제어 성능, 전력, 유체공학, 및/또는 광학 및 센서 프로세싱과 같은 다양한 지원 기능성을 테이블에 제공할 수도 있다. 의사의 액세스를 향상시키고 수술실의 혼란을 제거하기 위해, 타워는 또한 환자로부터 멀어지게 배치되도록 이동 가능할 수도 있다. 추가적으로, 타워에 컴포넌트를 배치하는 것은, 로봇 암의 잠재적인 수용(stowage)을 위한 테이블 베이스에 더 많은 저장 공간을 허용한다. 타워는 또한, 키보드 및/또는 펜던트와 같은 유저 입력을 위한 유저 인터페이스뿐만 아니라, 실시간 이미징, 내비게이션, 및 추적 정보와 같은 수술 전 및 수술 중 정보에 대한 디스플레이 스크린(또는 터치스크린) 둘 모두를 제공하는 콘솔을 포함할 수도 있다.

몇몇 실시형태에서, 테이블 베이스는 미사용시 로봇 암을 수용 및 저장할 수도 있다. 도 7은 테이블 기반의 시스템의 한 실시형태에서 로봇 암을 수용하는 시스템(47)을 예시한다. 시스템(47)에서, 캐리지(48)는 로봇 암(50), 암 마운트(51), 및 캐리지(48)를 베이스(49) 내에 수용하기 위해 베이스(49)로 수직으로 병진될 수도 있다. 베이스 커버(52)는, 칼럼(53) 주위에 캐리지(48), 암 마운트(51), 및 암(50)을 배치하기 위해 병진 및 후퇴 개방될 수도 있고, 미사용시 그들을 수용하여 보호하기 위해 폐쇄될 수도 있다. 베이스 커버(52)는 폐쇄시 오물 및 유체 유입을 방지하기 위해 그 개구의 에지를 따라 멤브레인(54)으로 밀봉될 수도 있다.

도 8은 요관경 검사 프로시져를 위해 구성되는 로봇 대응 테이블 기반의 시스템의 한 실시형태를 예시한다. 요관경 검사에서, 테이블(38)은 칼럼(37) 및 테이블 베이스(46)로부터 환자를 비스듬히 배치하기 위한 스위블 부분(swivel portion)(55)을 포함할 수도 있다. 스위블 부분(55)은, 스위블 부분(55)의 저부 부분을 칼럼(37)으로부터 멀어지게 배치하기 위해, 선회 포인트(예를 들면, 환자의 머리 아래에 위치됨)를 중심으로 회전 또는 선회될 수도 있다. 예를 들면, 스위블 부분(55)의 선회는, C 암(도시되지 않음)이 테이블(38) 아래의 칼럼(도시되지 않음)과 공간을 경쟁하지 않으면서 환자의 하복부 위에 배치되는 것을 허용한다. 칼럼(37) 주위에서 캐리지(35)(도시되지 않음)를 회전시키는 것에 의해, 로봇 암(39)은 요관경(56)을 가상 레일(57)을 따라 요도에 도달하기 위한 환자의 성기(groin) 영역 안으로 직접적으로 삽입할 수도 있다. 요관경 검사에서, 등자(stirrup)(58)는 또한 프로시져 동안 환자의 다리의 위치를 지지하고 환자의 성기 영역에 대한 명확한 액세스를 허용하기 위해 테이블(38)의 스위블 부분(55)에 고정될 수도 있다.

복강경 검사 프로시져에서, 환자의 복벽의 작은 절개부(들)를 통해, 최소 침습 기구(하나 이상의 절개부의 사이즈를 조절하기 위해 형상이 가늘고 김)가 환자의 해부학적 구조 안으로 삽입될 수도 있다. 환자의 복강(abdominal cavity)의 팽창 이후, 종종 복강경으로 지칭되는 기구는, 파지, 절단, 절제, 봉합, 등등과 같은 수술 작업을 수행하도록 지시받을 수도 있다. 도 9는 복강경 검사 프로시져를 위해 구성되는 로봇 대응 테이블 기반의 시스템의 한 실시형태를 예시한다. 도 9에서 도시되는 바와 같이, 시스템(36)의 캐리지(43)는 로봇 암(39)의 쌍을 테이블(38)의 반대 측에 배치하도록 회전 및 수직으로 조정될 수도 있고, 그 결과, 복강경(59)은 환자의 양 측 상의 최소 절개부를 통해 통과되어 그의/그녀의 복강에 도달하도록 암 마운트(45)를 사용하여 배치될 수도 있다.

복강경 검사 프로시져를 조절하기 위해, 로봇 대응 테이블 시스템은 또한 플랫폼을 소망되는 각도로 기울일 수도 있다. 도 10은 피치 또는 틸트 조정을 갖는 로봇 대응 의료 시스템의 한 실시형태를 예시한다. 도 10에서 도시되는 바와 같이, 시스템(36)은 테이블의 한 부분을 다른 것보다 플로어로부터 더 먼 거리에 배치하기 위해 테이블(38)의 경사를 조절할 수도 있다. 추가적으로, 암 마운트(45)는, 암(39)이 테이블(38)과 동일한 평면 관계를 유지하도록 경사와 매치하도록 회전될 수도 있다. 더 가파른 각도를 수용하기 위해, 칼럼(37)은 또한, 테이블(38)이 플로어에 닿거나 또는 베이스(46)와 충돌하는 것을 방지하도록 칼럼(37)의 수직 연장을 허용하는 자유 자재로 신축 가능한 부분(60)을 포함할 수도 있다.

도 11은 테이블(38)과 칼럼(37) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한다. 피치 회전 메커니즘(61)은 다수의 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 구성될 수도 있다. 피치 회전 메커니즘(61)은 칼럼-테이블 인터페이스에서 직교 축(1, 2)의 위치 결정에 의해 가능하게 될 수도 있는데, 각각의 축은 전기 피치 각도 커맨드에 응답하여 별개의 모터(3, 4)에 의해 작동된다. 하나의 스크류(5)를 따른 회전은 하나의 축(1)에서 기울기 조정을 가능하게 할 것이고, 한편, 다른 스크류(6)를 따른 회전은 다른 축(2)를 따른 기울기 조정을 가능하게 할 것이다.

예를 들면, 피치 조정은, 테이블을 Trendelenburg(트렌델버그) 위치에 배치하려고 하는 경우, 즉, 하복부 수술을 위해, 플로어로부터 환자의 하복부보다 더 높은 위치에 환자의 하복부를 배치하려고 하는 경우 특히 유용하다. 트렌델버그 위치는 환자의 내부 장기로 하여금 중력을 통해 그의/그녀의 상복부를 향해 미끄러지게 하여, 최소 침습적 도구가 진입하여 복강경 전립선 절제술(laparoscopic prostatectomy)과 같은 하복부 수술 프로시져를 수행하도록 복강을 비운다.

C. 기구 드라이버 및 인터페이스.

시스템의 로봇 암의 엔드 이펙터는, (i) 의료 기구를 작동시키기 위한 전기 기계적 수단을 통합하는 기구 드라이버(대안적으로 "기구 구동 메커니즘" 또는 "기구 디바이스 조작기"로 칭해짐) 및 (ii) 모터와 같은 어떠한 전기 기계 컴포넌트도 없을 수도 있는 제거 가능한 또는 탈거 가능한 의료 기구를 포함한다. 이 이분법은 의료 프로시져에서 사용되는 의료 기구를 멸균할 필요성, 및 고가의 자본 설비를 그들의 복잡한 기계 어셈블리 및 민감한 전자장치에 기인하여 적절히 멸균할 수 없음에 의해 주도될 수도 있다. 따라서, 의료 기구는, 의사 또는 의사의 직원에 의한 개개의 멸균 또는 폐기를 위해 기구 드라이버(따라서 시스템)로부터 분리, 제거 및 교환되도록 설계될 수도 있다. 대조적으로, 기구 드라이버는 변경 또는 멸균될 필요가 없으며, 보호를 위해 드레이프로 덮일(draped) 수도 있다.

도 12는 예시적인 기구 드라이버를 예시한다. 로봇 암의 원위 단부에 배치되는 기구 드라이버(62)는, 구동 샤프트(64)를 통해 의료 기구에 제어된 토크를 제공하기 위해 평행 축과 배열되는 하나 이상의 구동 유닛(63)을 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)은, 기구와 상호 작용하기 위한 개개의 구동 샤프트(64), 모터 샤프트 회전을 소망되는 토크로 변환하기 위한 기어 헤드(65), 구동 토크를 생성하기 위한 모터(66), 모터 샤프트의 속도를 측정하고 피드백을 제어 회로부(control circuity)에 제공하기 위한 인코더(67), 및 제어 신호를 수신하고 구동 유닛을 작동시키기 위한 제어 회로부(68)를 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)이 독립적으로 제어되고 동력화되면, 기구 드라이버(62)는 다수의(도 12에서 도시되는 바와 같이 네 개의) 독립적인 구동 출력부(drive output를 의료 기구에 제공할 수도 있다. 동작에서, 제어 회로부(68)는 제어 신호를 수신하고, 모터 신호를 모터(66)에 송신하고, 인코더(67)에 의해 측정되는 결과적으로 나타나는 모터 속도를 소망되는 속도와 비교하고, 소망되는 토크를 생성하도록 모터 신호를 변조한다.

멸균 환경을 필요로 하는 프로시져를 위해, 로봇 시스템은, 기구 드라이버와 의료 기구 사이에 위치되는 구동 인터페이스, 예컨대 멸균 드레이프(sterile drape)에 연결되는 멸균 어댑터를 통합할 수도 있다. 멸균 어댑터의 주요 목적은, 구동 샤프트와 구동 입력부(drive input) 사이에서 물리적 분리, 따라서 멸균성을 유지하면서, 기구 드라이버의 구동 샤프트로부터 기구의 구동 입력부로 각운동(angular motion)을 전달하는 것이다. 따라서, 예시적인 멸균 어댑터는, 기구 드라이버의 구동 샤프트 및 기구의 구동 입력부와 결합되도록 의도되는 일련의 회전 입력 및 출력을 포함할 수도 있다. 멸균 어댑터에 연결되며 투명 또는 반투명 플라스틱과 같이 얇은 가요성 재료로 구성되는 멸균 드레이프는, 기구 드라이버, 로봇 암, 및 (카트 기반의 시스템에서의) 카트 또는 (테이블 기반의 시스템에서의) 테이블과 같은 자본 설비를 커버하도록 설계된다. 드레이프의 사용은, 멸균을 필요로 하지 않는 영역(즉, 비멸균 현장)에 여전히 위치되는 동안 자본 설비가 환자에게 인접하게 배치되는 것을 허용할 것이다. 멸균 드레이프의 다른 면 상에서, 의료 기구는 멸균을 필요로 하는 영역(즉, 멸균 현장)에서 환자와 인터페이싱할 수도 있다.

D. 의료 기구.

도 13은 페어링된 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다. 로봇 시스템과 함께 사용하도록 설계되는 다른 기구와 마찬가지로, 의료 기구(70)는 연장 샤프트(71)(또는 가늘고 긴 본체) 및 기구 베이스(72)를 포함한다. 의사에 의한 수동의 상호 작용을 위한 그것의 의도된 설계에 기인하여 "기구 핸들"로 또한 지칭되는 기구 베이스(72)는, 로봇 암(76)의 원위 단부에서 기구 드라이버(75) 상의 구동 인터페이스를 통해 연장되는 구동 출력부(74)와 결합되도록 설계되는 회전 가능한 구동 입력부(73), 예를 들면, 리셉터클, 풀리 또는 스풀을 일반적으로 포함할 수도 있다. 물리적으로 연결되고, 래치되고, 및/또는 커플링되는 경우, 기구 베이스(72)의 결합된 구동 입력부(73)는 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)와 회전 축을 공유하여 구동 출력부(74)로부터 구동 입력부(73)로 토크의 전달을 허용할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 구동 출력부(74)는 구동 입력부(73) 상의 리셉터클과 결합하도록 설계되는 스플라인(spline)을 포함할 수도 있다.

가늘고 긴 샤프트(71)는, 예를 들면, 내시경 검사에서와 같이, 해부학적 개구 또는 관강 중 어느 하나, 또는, 예를 들면, 복강경 검사에서와 같이 최소 침습 절개부를 통해 전달되도록 설계된다. 가늘고 긴 샤프트(66)는 가요성(예를 들면, 내시경과 유사한 속성(property)을 가짐) 또는 강성(예를 들면, 복강경과 유사한 속성을 가짐) 중 어느 하나일 수도 있거나 또는 가요성 부분과 강성 부분 둘 모두의 커스터마이징된 조합을 포함할 수도 있다. 복강경 검사를 위해 설계되는 경우, 강성의 가늘고 긴 샤프트의 원위 단부는, 회전 축을 갖는 클레비스로부터 형성되는 관절식 손목(jointed wrist) 및 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신되는 토크에 응답하여 구동 입력부가 회전함에 따라 힘줄로부터의 힘에 기초하여 작동될 수도 있는, 예를 들면, 그라스퍼(grasper) 또는 가위와 같은 수술 도구를 포함하는 엔드 이펙터에 연결될 수도 있다. 내시경 검사를 위해 설계되는 경우, 가요성의 가늘고 긴 샤프트의 원위 단부는, 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신되는 토크에 기초하여 굴곡될 수도 있고 관절 운동할(articulated) 수도 있는 조향 가능한 또는 제어 가능한 굴곡 섹션(bending section)을 포함할 수도 있다.

기구 드라이버(75)로부터의 토크는 샤프트(71) 내의 힘줄을 사용하여 가늘고 긴 샤프트(71) 아래로 전달된다. 견인 와이어(pull wire)와 같은 이들 개개의 힘줄은, 기구 핸들(72) 내의 개개의 구동 입력부(73)에 개별적으로 고정될 수도 있다. 핸들(72)로부터, 힘줄은 가늘고 긴 샤프트(71) 내의 하나 이상의 견인 관강(pull lumen) 아래로 향하고 가늘고 긴 샤프트(71)의 원위 부분에 고정된다. 복강경 검사에서, 이들 힘줄은 손목, 그라스퍼 또는 가위와 같은 원위에 장착되는 엔드 이펙터에 커플링될 수도 있다. 그러한 배열 하에서, 구동 입력부(73)에 가해지는 토크는 힘줄에 장력을 전달할 것이고, 그에 의해, 엔드 이펙터로 하여금 어떤 방식으로 작동하게 할 것이다. 복강경 검사에서, 힘줄은 관절로 하여금 축 주위로 회전하게 할 수도 있고, 그에 의해, 엔드 이펙터로 하여금 하나의 방향 또는 다른 방향으로 움직이게 할 수도 있다. 대안적으로, 힘줄은 가늘고 긴 샤프트(71)의 원위 단부에 그라스퍼의 하나 이상의 조(jaw)에 연결될 수도 있는데, 여기서 힘줄로부터의 장력은 그라스퍼를 닫히게 한다.

내시경 검사에서, 힘줄은, 접착제, 제어 링, 또는 다른 기계적 고정부를 통해 (예를 들면, 원위 단부에서) 연장 샤프트(71)를 따라 배치되는 굴곡 또는 관절 운동 섹션에 커플링될 수도 있다. 굴곡 섹션의 원위 단부에 고정되어 부착되는 경우, 구동 입력부(73)에 가해지는 토크는 힘줄 아래로 전달되어, 더 부드러운 굴곡 섹션(때때로 관절 섹션 또는 영역으로 지칭됨)으로 하여금 굴곡되거나 또는 관절 운동하게 한다. 비 굴곡 섹션을 따라서는, 견인 와이어에서의 장력으로부터 유래하는 방사상 힘의 균형을 맞추기 위해, 개개의 힘줄을 내시경 샤프트의 벽을 따라(또는 내부에서) 안내하여 개개의 견인 관강을 나선형으로 나아가게 하는 또는 나선 모양으로 나아가게 하는 것이 유리할 수도 있다. 그들 사이의 간격 및/또는 나선형 형상(spiraling)의 각도는 특정한 목적을 위해 수정 또는 설계될 수도 있는데, 더 조밀한 나선형 형상은 부하 힘(load force) 하에서 더 적은 샤프트 압축을 나타내고, 한편 더 적은 양의 나선형 형상은 부하 힘 하에서 더 큰 샤프트 압축을 나타내지만, 제한된 굴곡을 또한 나타낸다. 스펙트럼의 다른 단부에서, 소망되는 굴곡 또는 관절 운동 가능한(articulable) 섹션에서 제어된 관절 운동을 허용하기 위해, 견인 관강은 가늘고 긴 샤프트(71)의 길이 방향 축에 평행하게 지향될 수도 있다.

내시경 검사에서, 가늘고 긴 샤프트(71)는 로봇 프로시져를 지원하기 위한 다수의 컴포넌트를 수용한다. 샤프트는 샤프트(71)의 원위 단부에서 수술 영역에 수술 도구, 관주, 및/또는 흡인을 배치하기 위한 작업 채널을 포함할 수도 있다. 샤프트(71)는 또한, 원위 팁에서 광학 어셈블리로/로부터의 신호를 전달하기 위해 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수도 있는데, 원위 팁은 광학 카메라를 포함할 수도 있다. 샤프트(71)는 또한, 발광 다이오드와 같은 근접하게 위치된 광원으로부터 샤프트의 원위 단부로 광을 전달하기 위해 광섬유를 수용할 수도 있다.

기구(70)의 원위 단부에서, 원위 팁은 또한 진단 및/또는 치료, 관주 및 흡인을 위한 도구를 수술 부위로 전달하기 위한 작업 채널의 개구를 포함할 수도 있다. 원위 팁은 또한 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡쳐하기 위해, 파이버 스코프 또는 디지털 카메라와 같은 카메라용 포트를 포함할 수도 있다. 관련하여, 원위 팁은 또한 카메라를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위한 광원용 포트를 포함할 수도 있다.

도 13의 예에서, 구동 샤프트 축, 따라서, 구동 입력부 축은 가늘고 긴 샤프트의 축에 직교한다. 그러나, 이 배열은, 가늘고 긴 샤프트(71)에 대한 롤 성능을 복잡하게 한다. 구동 입력부(73)를 정적으로 유지하면서 가늘고 긴 샤프트(71)를 그 축을 따라 롤링하는 것은, 힘줄이 구동 입력부(73)로부터 연장되어 연장 샤프트(71) 내에서 견인 관강에 진입함에 따라 힘줄의 바람직하지 않은 엉킴으로 나타난다. 그러한 힘줄의 결과적으로 나타나는 엉킴은 내시경 검사 프로시져 동안 가요성의 가늘고 긴 샤프트의 움직임을 예측하도록 의도되는 임의의 제어 알고리즘을 방해할 수도 있다.

도 14는 구동 유닛의 축이 기구의 가늘고 긴 샤프트의 축에 평행한 기구 및 기구 드라이버에 대한 대안적인 설계를 예시한다. 도시되는 바와 같이, 원형의 기구 드라이버(80)는 로봇 암(82)의 단부에서 평행하게 정렬되는 그들의 구동 출력부(81)를 갖는 네 개의 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛 및 그들의 각각의 구동 출력부(81)는, 어셈블리(83) 내의 구동 유닛 중 하나에 의해 구동되는 기구 드라이버(80)의 회전 어셈블리(83)에 수용된다. 회전 구동 유닛에 의해 제공되는 토크에 응답하여, 회전 어셈블리(83)는, 회전 어셈블리(83)를 기구 드라이버의 비 회전 부분(84)에 연결하는 원형 베어링을 따라 회전한다. 전력 및 제어 신호는, 브러시형 슬립 링 연결(brushed slip ring connection)(도시되지 않음)에 의한 회전을 통해 유지될 수도 있는 전기 접촉을 통해 기구 드라이버(80)의 비 회전 부분(84)으로부터 회전 어셈블리(83)로 전달될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 회전 어셈블리(83)는, 회전 불가능 부분(84)에 통합되는, 따라서 다른 구동 유닛에 평행하지 않은 별개의 구동 유닛에 응답할 수도 있다. 회전 메커니즘(83)은, 기구 드라이버(80)가, 기구 드라이버 축(85) 주위의 단일의 유닛으로서, 구동 유닛 및 그들 각각의 구동 출력부(81)를 회전시키는 것을 허용한다.

앞서 개시된 실시형태와 같이, 기구(86)는 가늘고 긴 샤프트 부분(88) 및 기구 드라이버(80)에서 구동 출력부(81)를 수용하도록 구성되는 복수의 구동 입력부(89)(예컨대, 리셉터클, 풀리, 및 스풀)를 포함하는 (논의 목적을 위해 투명한 외부 스킨을 가지고 도시되는) 기구 베이스(87)를 포함할 수도 있다. 앞서 개시된 실시형태와는 달리, 기구 샤프트(88)는, 도 13의 설계에서와 같이 직교하는 대신, 구동 입력부(89)의 축에 실질적으로 평행한 축을 갖는 기구 베이스(87)의 중심으로부터 연장된다.

기구 드라이버(80)의 회전 어셈블리(83)에 커플링될 때, 기구 베이스(87) 및 기구 샤프트(88)를 포함하는 의료 기구(86)는 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전 어셈블리(83)와 결합되어 회전한다. 기구 샤프트(88)가 기구 베이스(87)의 중심에 배치되기 때문에, 기구 샤프트(88)는 부착시 기구 드라이버 축(85)과 동축이다. 따라서, 회전 어셈블리(83)의 회전은 기구 샤프트(88)로 하여금 그 자신의 길이 방향 축을 중심으로 회전하게 한다. 또한, 기구 베이스(87)가 기구 샤프트(88)와 함께 회전함에 따라, 기구 베이스(87) 내의 구동 입력부(89)에 연결되는 어떠한 힘줄도 회전 동안 엉키지 않는다. 따라서, 구동 출력부(81), 구동 입력부(89), 및 기구 샤프트(88)의 축의 평행성은, 어떠한 제어 힘줄도 엉키게 하지 않으면서 샤프트 회전을 허용한다.

E. 내비게이션 및 제어.

전통적인 내시경 검사는, 관내 안내(endoluminal guidance)를 오퍼레이터 의사에게 제공하기 위해, (예를 들면, C 암을 통해 전달될 수도 있는 바와 같은) 형광 투시법(fluoroscopy) 및 다른 형태의 방사선 기반의 이미징 모달리티의 사용을 수반할 수도 있다. 대조적으로, 본 개시에 의해 고려되는 로봇 시스템은, 방사선에 대한 의사의 노출을 감소시키고 수술실 내의 기기의 양을 감소시키기 위해 비 방사선 기반의 내비게이션 및 위치 측정 수단을 제공할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "위치 측정(localization)"은 기준 좌표 시스템에서 오브젝트의 위치를 결정 및/또는 모니터링하는 것을 지칭할 수도 있다. 방사선이 없는 수술 환경을 달성하기 위해, 수술 전 매핑, 컴퓨터 비전, 실시간 EM 추적, 및 로봇 커맨드 데이터와 같은 기술이 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수도 있다. 방사선 기반의 이미징 모달리티가 여전히 사용되는 다른 경우에서, 전적으로 방사선 기반의 이미징 모달리티를 통해 획득되는 정보를 향상시키기 위해, 수술 전 매핑, 컴퓨터 비전, 실시간 EM 추적, 및 로봇 커맨드 데이터는 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수도 있다.

도 15는, 예시적인 실시형태에 따른, 기구의 위치와 같은, 로봇 시스템의 하나 이상의 엘리먼트의 위치를 추정하는 위치 측정 시스템(90)을 예시하는 블록도이다. 위치 측정 시스템(90)은 하나 이상의 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 컴퓨터 디바이스의 세트일 수도 있다. 컴퓨터 디바이스는, 상기에서 논의되는 하나 이상의 컴포넌트에서 프로세서(또는 프로세서들) 및 컴퓨터 판독 가능 메모리에 의해 구현될 수도 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 디바이스는 도 1에서 도시되는 타워(30), 도 1 내지 도 4에서 도시되는 카트, 도 5 내지 도 10에서 도시되는 베드, 등등에 있을 수도 있다.

도 15에서 도시되는 바와 같이, 위치 측정 시스템(90)은, 의료 기구의 원위 팁에 대한 위치 데이터(96)를 생성하기 위해 입력 데이터(91-94)를 프로세싱하는 위치 측정 모듈(95)을 포함할 수도 있다. 위치 데이터(96)는 기준의 프레임에 대한 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방위를 나타내는 데이터 또는 로직일 수도 있다. 기준의 프레임은 환자의 해부학적 구조에 대한 또는 EM 필드 생성기와 같은 공지된 오브젝트에 대한 기준의 프레임일 수 있다(EM 필드 생성기에 대해서는 하기의 논의 참조).

이제, 다양한 입력 데이터(91-94)가 더욱 상세하게 설명된다. 저선량(low dose) CT 스캔의 집합(collection)의 사용을 통해 수술 전 매핑이 달성될 수도 있다. 수술 전 CT 스캔은 이차원 이미지를 생성하는데, 각각은 환자의 내부 해부학적 구조의 파단도(cutaway view)의 "슬라이스"를 나타낸다. 집합적으로 분석될 때, 환자 폐 네트워크와 같은 환자의 해부학적 구조의, 해부학적 강(cavity), 공간 및 구조에 대한 이미지 기반의 모델이 생성될 수도 있다. 중심 라인 지오메트리와 같은 기술은 CT 이미지로부터 결정 및 근사화되어, 수술 전 모델 데이터(91)로 지칭되는 환자의 해부학적 구조의 삼차원 볼륨을 발생시킬 수도 있다. 중심 라인 지오메트리의 사용은 미국 특허 출원 제14/523,760호에서 논의되는데, 이 특허 출원의 내용은 그 전체가 본원에 통합된다. 네트워크 토폴로지 모델은 또한 CT 이미지로부터 유도될 수도 있으며, 특히 기관지경 검사에 적합하다.

몇몇 실시형태에서, 기구는 비전 데이터(92)를 제공하기 위한 카메라를 갖출 수도 있다. 위치 측정 모듈(95)은 하나 이상의 비전 기반의 위치 추적을 가능하게 하기 위해 비전 데이터를 프로세싱할 수도 있다. 예를 들면, 수술 전 모델 데이터는 의료 기구(예를 들면, 내시경 또는 내시경의 작업 채널을 통한 기구 전진)의 컴퓨터 비전 기반의 추적을 가능하게 하기 위해 비전 데이터(92)와 연계하여 사용될 수도 있다. 예를 들면, 수술 전 모델 데이터(91)를 사용하여, 로봇 시스템은 내시경의 이동의 예상 경로에 기초하여 모델로부터 예상된 내시경 검사 이미지의 라이브러리를 생성할 수도 있는데, 각각의 이미지는 모델 내의 위치에 링크된다. 수술 중에, 카메라(예를 들면, 내시경의 원위 단부에 있는 카메라)에서 캡쳐되는 실시간 이미지를 이미지 라이브러리에 있는 것들에 비교하여 위치 측정을 지원하기 위해, 이 라이브러리는 로봇 시스템에 의해 참조될 수도 있다.

다른 컴퓨터 비전 기반의 추적 기술은 피쳐 추적을 사용하여 카메라의, 따라서 내시경의 모션을 결정한다. 위치 측정 모듈(95)의 몇몇 피쳐는, 수술 전 모델 데이터(91)에서 해부학적 관강에 대응하는 원형의 기하학적 형상을 식별할 수도 있고 그들 기하학적 형상의 변화를 추적하여 어떤 해부학적 관강이 선택되었는지 뿐만 아니라, 카메라의 상대적 회전 및/또는 병진 모션을 결정할 수도 있다. 토폴로지 맵의 사용은, 비전 기반의 알고리즘 또는 기술을 더욱 향상시킬 수도 있다.

다른 컴퓨터 비전 기반의 기술인 광학적 흐름(optical flow)은, 카메라 움직임을 유추하기 위해 비전 데이터(92)의 비디오 시퀀스에서 이미지 픽셀의 변위 및 병진을 분석할 수도 있다. 광학적 흐름 기술의 예는 모션 검출, 객체 분할 계산, 휘도, 모션 보상 인코딩, 스테레오 디스패리티 측정, 등등을 포함할 수도 있다. 다수의 반복에 걸친 다수의 프레임의 비교를 통해, 카메라의(따라서 내시경의) 움직임 및 위치가 결정될 수도 있다.

위치 측정 모듈(95)은, 수술 전 모델에 의해 표현되는 환자의 해부학적 구조에 위치 맞춤될 수도 있는 글로벌 좌표 시스템에서 내시경의 실시간 위치를 생성하기 위해 실시간 EM 추적을 사용할 수도 있다. EM 추적에서, 의료 기구(예를 들면, 내시경 검사 도구)에서 하나 이상의 위치 및 방위에 매립되는 하나 이상의 센서 코일을 포함하는 EM 센서(또는 추적기)는, 공지된 위치에 배치되는 하나 이상의 정적 EM 필드 생성기에 의해 생성되는 EM 필드에서의 변동을 측정한다. EM 센서에 의해 검출되는 위치 정보는 EM 데이터(93)로서 저장된다. EM 필드 생성기(또는 송신기)는, 매립된 센서가 검출할 수도 있는 저 강도 자기장을 생성하기 위해 환자 가까이에 배치될 수도 있다. 자기장은 EM 센서의 센서 코일에서 작은 전류를 유도하는데, 이것은 분석되어 EM 센서와 EM 필드 생성기 사이의 거리 및 각도를 결정할 수도 있다. 이들 거리 및 방위는, 좌표 시스템에서의 단일의 위치를 환자의 해부학적 구조의 수술전 모델에서의 위치에 정렬하는 기학학적 변환을 결정하기 위해 환자 해부학적 구조(예를 들면, 수술전 모델)에 수술 중에 "위치 맞춤될" 수도 있다. 일단 위치 맞춤되면, 의료 기구의 하나 이상의 위치(예를 들면, 내시경의 원위 팁)에 있는 매립된 EM 추적기는 환자의 해부학적 구조를 통한 의료 기구의 진행의 실시간 표시를 제공할 수도 있다.

로봇 커맨드 및 운동학 데이터(94)는 로봇 시스템에 대한 위치 측정 데이터(96)를 제공하기 위해 위치 측정 모듈(95)에 의해 또한 사용될 수도 있다. 관절 운동 커맨드로부터 유래하는 디바이스 피치(pitch) 및 요(yaw)는 수술 전 캘리브레이션 동안 결정될 수도 있다. 수술 중에, 이들 캘리브레이션 측정은 기구의 위치를 추정하기 위해 공지된 삽입 깊이 정보와 조합하여 사용될 수도 있다. 대안적으로, 이들 계산은 네트워크 내에서의 의료 기구의 위치를 추정하기 위해 EM, 비전, 및/또는 토폴로지 모델링과 조합하여 분석될 수도 있다.

도 15가 도시하는 바와 같이, 다수의 다른 입력 데이터가 위치 측정 모듈(95)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들면, 비록 도 15에서 도시되지는 않지만, 형상 감지 파이버(shape-sensing fiber)를 활용하는 기구는, 위치 결정 모듈(95)이 기구의 위치 및 형상을 결정하기 위해 사용할 수 있는 형상 데이터를 제공할 수 있다.

위치 측정 모듈(95)은 입력 데이터(91-94)를 조합하여 사용할 수도 있다. 몇몇 경우에, 그러한 조합은, 위치 측정 모듈(95)이 입력 데이터(91-94)의 각각으로부터 결정되는 위치에 신뢰도 가중치를 할당하는 확률론적 접근법을 사용할 수도 있다. 따라서, (EM 간섭이 존재하는 경우에 그럴 수도 있는 바와 같이) EM 데이터가 신뢰 가능하지 않을 수도 있는 경우, EM 데이터(93)에 의해 결정되는 위치의 신뢰도는 감소될 수 있고, 위치 측정 모듈(95)은 비전 데이터(92) 및/또는 로봇 커맨드 및 운동학 데이터(94)에 더 크게 의존할 수도 있다.

상기에서 논의되는 바와 같이, 본원에서 논의되는 로봇 시스템은, 상기 기술 중 하나 이상의 조합을 통합하도록 설계될 수도 있다. 타워, 베드, 및/또는 카트에 기반을 둔 로봇 시스템의 컴퓨터 기반의 제어 시스템은, 예를 들면, 영구 자기 스토리지 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 또는 등등과 같은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내에, 실행시, 시스템으로 하여금, 센서 데이터 및 유저 커맨드를 수신 및 분석하게 하고, 시스템 전체에 걸쳐 제어 신호를 생성하게 하고, 글로벌 좌표 시스템, 해부학적 구조 맵, 등등 내에서의 기구의 위치와 같은 내비게이션 및 위치 측정 데이터를 디스플레이하게 하는 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장할 수도 있다.

2. 전자기(EM) 왜곡 - 내비게이션 및 위치 측정

상기에서 논의되는 바와 같이, EM 데이터는 수술 기구(예를 들면, 조향 가능한 기구)의 내비게이션 및 위치 측정을 위해 본원에서 논의되는 실시형태에 의해 사용될 수도 있다. EM 데이터는 의료 기구 내에 위치되는 하나 이상의 EM 센서 및/또는 환자 상에 배치되는 하나 이상의 EM 패치 센서에 의해 생성될 수도 있다. 도 16은 개시된 내비게이션 시스템 및 기술의 하나 이상의 양태를 구현하는 예시적인 동작 환경(100)을 예시한다. 동작 환경(100)은 환자를 지지하는 테이블(38), EM 센서(105)(하기에서 논의되는 바와 같은 의료 기구 상에 위치되는 EM 기구 센서와 구별되도록, "EM 패치 센서"로도 또한 지칭됨) 및 EM 필드 생성기(110)를 포함한다. 소정의 추가 디바이스/엘리먼트도 또한 포함될 수도 있지만, 그러나 도 16에서 예시되지는 않는다. 예를 들면, 환경(100)은 또한 다음의 것을 포함할 수도 있다: 의료 기구의 움직임을 안내하도록 구성되는 로봇 시스템, 수술 로봇 시스템의 동작을 제어하기 위한 커맨드 센터, 및 EM 컨트롤러. EM 컨트롤러는 EM 패치 센서(105)에 전기적으로 연결되어 그로부터 EM 센서 신호를 수신할 수도 있다. EM 컨트롤러는 또한, EM 필드 생성기(110)에 연결되어 EM 필드를 생성하기 위한 제어 신호를 EM 필드 생성기(110)에 제공할 수도 있다. 그러나, 소정의 실시형태에서, EM 컨트롤러는, EM 필드 생성기(110), 카트(11)(도 1 참조), 및/또는 타워(30)(도 1 참조)를 비롯한, 시스템의 다른 프로세싱 디바이스 중 하나 이상으로, 부분적으로 또는 완전히, 통합될 수도 있다.

포함되는 경우, EM 컨트롤러는 변동하는 EM 필드를 생성하도록 EM 필드 생성기(110)를 제어할 수도 있다. EM 필드는, 실시형태에 따라, 시변할 수도 있고 및/또는 공간적으로 변할 수도 있다. EM 필드 생성기(110)는, 도 2에서 예시되는 카트(11)와 유사하게, 카트 상에 위치될 수도 있거나, 또는 하나 이상의 지지 칼럼을 통해 테이블(38)의 레일에 부착될 수도 있다. 다른 실시형태에서, EM 필드 생성기(110)는, 예를 들면, 도 1의 수술용 로봇 시스템(10)에서 도시되는 것과 유사한 로봇 암 상에 장착될 수도 있는데, 이것은 환자 주위에서 유연한 셋업 옵션을 제공할 수 있다.

EM 필드 생성기(110)는, 사용시 EM 패치 센서(105)가 내부에 배치될 수도 있는 관련된 작업 볼륨을 구비할 수도 있다. 예를 들면, EM 패치 센서(105)에 의해 생성되는 EM 센서 신호는, 그들이 작업 볼륨 내에 배치될 때, EM 필드 검출(예를 들면, EM 왜곡 검출)에서 사용하기에 충분히 신뢰 가능할 수도 있다.

EM 공간 측정 시스템은, EM 센서 코일, 예를 들면, EM 패치 센서(105) 또는 (도 18에 도시되고 하기에서 논의되는 바와 같은) EM 기구 센서(305)와 함께 임베딩되는 또는 그것을 구비하는 EM 필드 내의 오브젝트의 위치를 결정할 수도 있다. EM 센서가 본원에서 설명되는 바와 같이 제어된 가변 EM 필드 내에 배치되는 경우, EM 센서에 포함되는 센서 코일(들)에서 전압이 유도된다. 이들 유도된 전압은, EM 센서 및 따라서 EM 센서를 갖는 오브젝트의 위치 및 방위를 계산하기 위해 EM 공간 측정 시스템에 의해 사용될 수 있다. EM 필드가 낮은 필드 강도를 가지며 인간 조직을 안전하게 통과할 수 있기 때문에, 광학적 공간 측정 시스템의 시선 제약 없이 오브젝트의 위치 측정이 가능하다.

EM 필드는 EM 필드 생성기(110)의 좌표 프레임에 대해 정의될 수도 있고, 내강 네트워크의 3D 모델의 좌표 프레임은 EM 필드의 좌표 프레임에 매핑될 수 있다. 그러나, EM 필드는 환경(100)에서 EM 왜곡의 하나 이상의 소스에 의해 영향을 받을 수도 있다. 예를 들면, EM 필드 생성기(110)의 작업 볼륨 내에서의 또는 환경(100) 내에서의 강자성 재료(ferromagnetic material)의 존재는 EM 필드를 왜곡시킬 수도 있다. 이 효과는, 강자성 재료와 EM 필드의 작업 볼륨 사이의 거리에 뿐만 아니라 강자성 재료의 속성에 의존할 수도 있다. 그러나, 상자성 재료(paramagnetic material), 등등과 같은 다른 재료도 또한 EM 필드에 영향을 줄 수도 있다. 환경(100)에 존재할 수도 있는 EM 왜곡의 일반적인 소스의 예는 다음의 것을 포함한다: 형광 투시기(fluoroscope), 도구, 기구, 베드, 및 테이블.

EM 필드 왜곡 소스의 효과는, EM 필드 왜곡 소스가 정지 상태인 경우, 소정의 애플리케이션에 대해 용인 가능할 수도 있다. 즉, EM 필드는, 고정식 EM 왜곡 소스가 존재하는 경우, 실질적으로 정적일 수도 있다. 그러나, EM 왜곡 소스의 움직임은, 다르게는 EM 센서의 움직임으로 해석될 EM 센서 신호에서의 변화를 야기할 수도 있다. 따라서, 그러한 왜곡이 EM 공간 측정 시스템에 의해 EM 센서의 움직임으로서 부정확하게 해석되는 것을 방지하기 위해, EM 필드 왜곡을 검출하는 것이 바람직하다.

도 16에서 도시되는 바와 같이, 다수의 EM 패치 센서(105)가 환자의 신체 상에(예를 들면, 내강 네트워크(140)의 영역 내에)에 배치될 수도 있다. 이들 EM 패치 센서(105)는, 호흡에 의해 야기되는 환자의 신체의 변위를 추적하기 위해 뿐만 아니라 EM 필드 왜곡을 추적하기 위해 사용될 수도 있다. 이들 위치에서의 상이한 변위를 추적하기 위해, 다수의 상이한 EM 패치 센서(105)가 신체 표면 상에서 이격될 수도 있다. 예를 들면, 폐의 주변부는 중앙 기도보다 호흡에 기인하여 더 큰 모션을 보일 수도 있으며, 도시되는 바와 같이 다수의 EM 패치 센서(105)를 제공하는 것은 이들 모션 효과의 더욱 정확한 분석을 가능하게 할 수 있다. 예시하기 위해, 내시경의 원위 단부는 관강 네트워크(140)의 상이한 영역을 통해 이동할 수도 있고, 따라서 그것이 이들 상이한 영역을 통해 이동함에 따라 환자 호흡에 기인하는 다양한 레벨의 변위를 험할 수도 있다.

추가적으로, EM 패치 센서(105)의 수가 증가함에 따라, 생성되는 추가 EM 센서 신호를 사용하여 EM 패치 센서(105)의 움직임의 더욱 복잡한 분석이 수행될 수도 있기 때문에, EM 필드 왜곡 검출의 강건성이 증가될 수도 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, EM 패치 센서(105)로부터 수신되는 EM 센서 신호는, EM 필드 생성기(110)에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치 및 방위를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 소정의 실시형태에서, EM 패치 센서(105)는 5 자유도(degrees-of-freedom; DoF)의 움직임 데이터(예를 들면, 3 위치 DoF 및 2 각도 DoF) 또는 6 DoF 데이터(예를 들면, 3 위치 DoF 및 3 각도 DoF)를 제공할 수도 있다. 단일의 EM 패치 센서(105)만이 존재하는 경우, EM 왜곡을 EM 패치 센서(105)의 움직임과 구별하는 것이 어려울 수도 있다. 그러나, 추가적인 EM 패치 센서(105)를 통해, EM 패치 센서(105) 사이의 상대적 거리와 같은 추가적 메트릭이 계산될 수도 있다. EM 패치 센서(105) 사이의 상대적 거리가 실질적으로 고정되기 때문에(예를 들면, EM 패치 센서(105)는 환자의 신체 상의 위치에 고정되고 상대적 거리는 환자로부터의 제거 또는 호흡에만 기인하여 변할 것이다), 환자의 호흡과 일치하지 않는 상대적 거리에서의 변화는 EM 왜곡에 기인하는 것으로 식별될 수도 있다.

도 17은 도 16의 동작 환경(100)에서 내비게이팅될 수 있는 예시적인 관강 네트워크(140)를 예시한다. 관강 네트워크(140)는 환자의 기도(150)의 분기된 구조체 및 진단 및/또는 치료를 위해 본원에 설명되는 바와 같이 액세스될 수 있는 결절(155)을 포함한다. 예시되는 바와 같이, 결절(155)은 기도(150)의 주변에 위치된다. 내시경(115)은 제1 직경을 가지며, 따라서, 그 원위 단부는 더 작은 직경의 기도를 통해 결절(155) 주위에 배치될 수 없다. 따라서, 조향 가능한 카테터(145)가 내시경(115)의 작업 채널로부터 결절(155)까지의 잔여 거리를 연장한다. 조향 가능한 카테터(145)는 기구, 예를 들면, 생검 바늘, 세포 브러시(cytology brush), 및/또는 조직 샘플링 포셉(tissue sampling forcep)이 결절(155)의 목표 조직 부위로 전달될 수 있는 관강을 구비할 수도 있다. 그러한 구현예에서, 내시경(115)의 원위 단부 및 조향 가능 카테터(145)의 원위 단부 둘 모두는, 기도(150) 내에서 그들의 위치를 추적하기 위한 EM 기구 센서를 구비할 수 있다. 다른 실시형태에서, 내시경(115)의 전체 직경은 조향 가능한 카테터(145) 없이 주변부에 도달하기에 충분히 작을 수도 있거나, 또는 (예를 들면, 2.5-3 cm 이내의) 주변부에 가까이 가서 조향 불가능한 카테터를 통해 의료 기구를 배치하기에 충분히 작을 수도 있다. 내시경(115)을 통해 배치되는 의료 기구는 EM 기구 센서를 갖출 수도 있고, 하기에 설명되는 위치 필터링 및 안전 모드 내비게이션 기술이 그러한 의료 기구에 적용될 수 있다.

몇몇 실시형태에서, 본원에서 설명되는 바와 같은 3D 관강 네트워크 모델의 2D 디스플레이, 또는 3D 모델의 단면은 도 17과 유사할 수 있다. 내비게이션 안전 구역 및/또는 내비게이션 경로 정보가 그러한 표현 위에 중첩될 수 있다.

도 18은, 본원에서 설명되는 바와 같은 이미징 및 EM 감지 성능을 갖는 예시적인 내시경, 예를 들면, 도 1의 내시경(13)의 원위 단부(300)를 예시한다. 그러나, 본 개시의 양태는, 도 3의 요관경(32), 도 9의 복강경(59), 등등과 같은 다른 조향 가능한 기구의 사용에 관한 것일 수도 있다. 도 18에서, 내시경의 원위 단부(300)는 이미징 디바이스(315), 조명 소스(310), 및 EM 센서 코일(305)의 단부를 포함하는데, 이들은 EM 기구 센서를 형성한다. 원위 단부(300)는 내시경의 작업 채널(320)로의 개구를 더 포함하는데, 그 개구를 통해, 생검 바늘, 세포 브러시, 및 포셉과 같은 수술용 기구가 내시경 샤프트를 따라 삽입되어, 내시경 팁 근처의 영역에 액세스하는 것을 허용할 수도 있다.

원위 단부(300) 상에 위치되는 EM 코일(305)은, 원위 단부가 해부학적 시스템 내에 배치되는 동안, 내시경의 원위 단부(300)의 위치 및 방위를 검출하기 위해 EM 추적 시스템과 함께 사용될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 코일(305)은 상이한 축을 따라 EM 필드에 대한 감도를 제공하기 위해 기울어져, 개시된 내비게이션 시스템에게 완전한 6 DoF: 3 위치 DoF 및 3 각도 DoF를 측정하는 능력을 제공할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 자신의 축이 내시경의 내시경 샤프트를 따라 배향된 단일의 코일만이 원위 단부(300) 상에 또는 그 내에 배치될 수도 있다. 그러한 시스템의 회전 대칭성에 기인하여, 그것의 축을 중심으로 롤링하는 것은 감지되지 않고, 따라서, 그러한 구현예에서는 5 자유도만이 검출될 수도 있다.

A. 국소적 왜곡.

내시경의 내비게이션 및 위치 측정을 포함하는 본 개시의 실시형태를 참조하여, 국소적 EM 왜곡의 검출의 예가 설명될 것이다. 그러나, 본 개시의 양태는 또한, 임의의 타입의 수술 기구, 예를 들면, 위내시경, 복강경, 등등의 내비게이션 및 위치 측정과 관련한 EM 왜곡의 검출에 관련된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 국소적 EM 왜곡은, 기구에 인접하게 또는 그 내에 위치되는 왜곡 소스에 기인하여 야기되는 EM 왜곡을 일반적으로 지칭한다.

국소적 EM 왜곡 소스의 하나의 예는, 방사형 기관지내시경 초음파(radial endobronchial ultrasound; REBUS) 프로브이다. 기관지 주위 구조체(parabronchial structure)의 360° 이미지를 제공하고 프로브로부터 구조체의 시각화를 가능하게 하기 위해 REBUS 프로브가 사용될 수도 있다. REBUS 프로브는, 기구 상에 제공되는 EM 센서에 영향을 줄 수도 있는 국소적 EM 왜곡을 야기할 수 있는 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 예를 들면, REBUS 프로브는 전도성 헤드에 트랜스듀서를 포함할 수도 있는데, 트랜스듀서는 토크 코일에 결합된다. REBUS 프로브는 유체로 채워진 닫힌 카테터를 또한 포함할 수도 있다. 이들 컴포넌트의 각각은 REBUS 프로브 근처의 EM 필드에 왜곡을 야기할 수도 있는데, 이것은, REBUS 프로브가 기구의 작업 채널을 통해 이동될 때, 기구 상의 EM 센서와의 국소적 EM 왜곡을 야기할 수도 있다.

상기에서 논의되는 바와 같이, 생검 바늘, 세포 검사 브러시 및 포셉과 같은 수술 기구는 내시경의 작업 채널(320)을 통해 삽입되고 통과되어 수술 기구가 내시경의 팁 근처의 영역에 액세스하는 것을 허용할 수도 있다. 이들 수술 기구는, 수술 기구가 움직일 때 EM 필드를 왜곡시키는 컴포넌트를 포함할 수도 있거나 또는 재료(들)로 형성될 수도 있다. 통상적으로, 수술 기구가 작업 채널을 통과하거나 또는 내시경 팁에 인접한 영역 내에서 내비게이팅되는 동안, 내시경은 실질적으로 정지되어 있다(예를 들면, 의사 유저는, 수술 기구를 동시에 이동시키면서, 내시경을 내비게이팅하지는 않는다).

EM 기구 센서는, EM 필드 생성기(110)에 의해 생성되는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. EM 필드에서의 왜곡은, EM 센서 신호에 기초하여 내시경의 원위 단부(300)에 위치되는 EM 기구 센서(예를 들면, EM 센서 코일(305)에 의해)에 의해 검출 가능할 수도 있다. EM 기구 센서가 내시경 팁의 내비게이션 및 위치 측정을 위해 사용되기 때문에, EM 기구 센서에 의해 검출되는 EM 필드에서의 변화는 EM 공간 측정 시스템에 의해 내시경 팁의 움직임으로 해석된다. 그러나, 내시경이 수술 기구의 움직임 동안 통상적으로 정지하기 때문에, EM 기구 센서에 의해 검출되는 바와 같은 EM 필드에서의 변화는, 내시경이 고정되어 있는 것으로 알려져 있는 경우, 내시경의 움직임이라기 보다는, EM 필드에서의 왜곡을 나타내는 것으로 결정될 수도 있다.

내시경이 정지되어 있다는 것을 수술 로봇 시스템이 결정할 수 있을 수도 있게 되는 다수의 방법이 존재한다. 예를 들면, 내시경 위치 및 움직임은 유저에 의해 제어될 수도 있고, 따라서, 시스템이 내시경을 위치 측정하기 위한, 제어하기 위한, 또는 다르게는 내비게이팅시키기 위한 커맨드 데이터를 능동적으로 수신하고 있지 않을 때, 시스템은 내시경이 정지되어 있다는 것을 결정할 수 있다. 시스템은, 내시경이 고정되어 있는지의 여부를 확인하기 위해, 추가적인 내비게이션 및 제어 데이터를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 비전 데이터(92) 및 로봇 커맨드 및 운동학 데이터(94)는 분석되어 내시경이 정지되어 있다는 것을 결정할 수도 있다.

시스템은 EM 기구 센서에 의해 생성되는 EM 센서 신호에 기초하여 국소적 EM 왜곡을 검출할 수 있을 수도 있다. 예를 들면, 시스템은 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 움직임과 관련되는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을 계산할 수도 있다. 베이스라인 값은, 제1 시간에, EM 기구 센서에 의해 생성되는 제1 시간에 대응하는 EM 센서 신호에 기초하여 계산될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제1 시간은, 환자에 대한 내시경의 삽입 이전일 수도 있다(예를 들면, 베이스라인 메트릭은 수술 전 측정일 수도 있다). 하나의 예에서, 베이스라인 측정치가 계산되는 제1 시간은, 환경(100)이 수술 프로시져를 위해 셋업된 이후이다. 예를 들면, 카트(11), 타워(30), 로봇 암(12), EM 필드 생성기(110), 및 C 암 중 하나 이상은, 수술을 위한 준비에서 초기에 배치될 수도 있다. 카트(11), 타워(30), 로봇 암(12), EM 필드 생성기(110), 및 C 암 중 하나 이상의 움직임이 EM 필드 생성기(110)에 의해 생성되는 EM 필드에 영향을 줄 수도 있기 때문에, 베이스라인 메트릭(들)은, 디바이스의 추가적인 움직임이 최소화되고, 그에 의해, 이들 디바이스의 움직임에 기인하여 도입될 EM 필드에 대한 왜곡을 최소화할 수도 있도록, 환경(100) 내의 다양한 디바이스의 배치 이후에 측정될 수도 있다.

그러나, 베이스라인 메트릭은 다른 실시형태에서 수술 이전 이외의 다양한 시간에 계산 및/또는 업데이트될 수도 있다. 예를 들면, 측정된 EM 필드에 대한 C 암의 움직임 및/또는 재배치의 영향을 감소시키기 위해 C 암의 이동 이후 베이스라인 측정치를 계산 및/또는 업데이트하는 것이 바람직할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 베이스라인 메트릭(들)은 수술 프로시져의 시작에 응답하여 자동적으로 계산될 수도 있다. 베이스라인 측정치가 상대적으로 짧은 시간 기간 내에(예를 들면, 수 초 내에) 계산될 수도 있기 때문에, 내시경이 환자 삽입기(patient introducer)를 통해 환자에게 삽입될 때 계산되는 경우 베이스라인 메트릭(들)은 충분히 정확할 수도 있다.

EM 센서 신호에 기초하여 시스템에 의해 계산될 수도 있는 다수의 상이한 메트릭이 존재하는데, 그 각각은 국소적 EM 왜곡을 검출하기 위해 사용될 수도 있다. 계산될 수도 있는 예시적인 메트릭은 다음의 것을 포함한다: 기구의 원위 단부(300)의 선형 속도, 기구의 원위 단부(300)의 각속도, 및 인디케이터 값에서의 변화. 도 19a 내지 도 19c는, 국소적 EM 왜곡을 나타낼 수도 있는 메트릭에서의 변화를 예시하는 이들 메트릭의 그래프를 제공한다. 특히, 도 19a는 인디케이터 값 메트릭에서의 변화를 예시하고, 도 19b는 선형 속도 메트릭을 예시하며, 도 19c는 각속도 메트릭을 예시한다.

소정의 구현예에서, 시스템은 다음 중 하나 이상을 계산할 수도 있다: 인디케이터 값(Ind), 기구의 원위 단부(300)의 위치(

), 및 기구의 원위 단부(300)의 각도 방위(

). 이들 값은 기구의 내비게이션 및 위치 측정에서 시스템에 의해 사용될 수도 있다. 소정의 구현예에서, 인디케이터 값(Ind), 위치(

) 및 각위치(

) 값은, 코일(들)(305)로부터 수신되는 EM 센서 신호에 기초하여 생성되는 5 DoF 측정치(예를 들면, 3 위치 DoF 및 2 각도 DoF)에 기초하여 계산될 수도 있다. 인디케이터 값(Ind)은 위치(

) 및 각도 방위(

) 측정치의 품질을 나타내는 값일 수도 있다. 따라서, 인디케이터 값(Ind)은 시스템에 의해 임계 값과 비교되어, 위치(

) 및 각도 방위(

) 측정치가 내비게이션 및 위치 측정에서 사용되기에 충분히 정확한지의 여부를 결정할 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 인디케이터 값(Ind)은, 코일(들)(305)로부터 수신되는 5DoF 측정치와 강체(rigid body)로서의 내시경 팁의 모델 사이의 적합도(Goodness of Fit; GOF) 알고리즘을 사용하여 계산될 수도 있다.

도 19a 내지 도 19c에서 예시되는 그래프의 각각은, 수술 기구(예를 들면, 포셉)가 내시경을 통과할 때 결정될 수도 있는 소정의 메트릭을 예시한다. 이들 그래프는, 내시경이 고정된 상태로 유지된 동안 포셉이 내시경을 5 회 통과한 동일한 이벤트에 기초하여 생성되었다.

구체적으로, 도 19a는 Hz(예를 들면, 1/s) 단위로 측정되는 인디케이터 값 메트릭에서의 변화(ΔInd)를 예시한다. 포셉이 내시경을 통과한 다섯 번의 이벤트는, 인디케이터 값 메트릭에서의 변화(ΔInd)가 인디케이터 값 메트릭에서의 변화(ΔInd)에서의 노이즈보다 상당히 더 높은 레벨로 증가된 곳에서 보일 수 있다. 인디케이터 값 메트릭에서의 변화는 다음의 수학식을 사용하여 인디케이터 값에서의 시간적 변화로서 계산될 수도 있다:

여기서 ΔInd는 인디케이터 값 메트릭에서의 변화이고, Ind는 인디케이터 값이고, t_i는 현재의 시간(예를 들면, 인디케이터 값이 샘플링 및/또는 결정되는 시간)이며, t_i-1은 이전의 시간이다.

유사하게, 도 19b는 선형 속도 메트릭(v)을 예시하는데, 이것은 mm/s 단위로 측정된다. 여기서, 포셉 움직임 이벤트의 각각은, 베이스라인 선형 속도 값에서의 노이즈보다 더 큰 선형 속도 값으로 보일 수 있다. 선형 속도 메트릭은 다음의 수학식을 사용하여 내시경의 위치에서의 시간적 변화로서 계산될 수도 있다:

여기서 v는 선형 속도 메트릭이고,

는 기구의 원위 단부(300)의 위치이다.

마지막으로, 도 19c는 rad/s 단위로 측정되는 각속도 메트릭(ω)을 예시한다. 각속도 메트릭은 다음의 수학식을 사용하여 내시경의 방위에서의 시간적 변화로서 계산될 수도 있다:

여기서 ω는 각속도 메트릭이고

는 기구의 원위 단부(300)의 각도 방위이다.

도 19a 내지 도 19c에서 도시되는 바와 같이, 계산된 메트릭의 각각은, 다섯 개의 개개의 내시경 움직임 이벤트의 각각에 대한 베이스라인 값(예를 들면, 여기서 베이스라인 값은 0으로 설정됨)으로부터의 편차를 예시한다. 적절한 임계 값을 선택하는 것에 의해, 베이스라인으로부터의 이들 편차는 검출될 수 있다.

메트릭(들)의 베이스라인 값(들)이 계산된 이후, 시스템은, 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 주기적으로 계산할 수도 있다. 예를 들면, 시스템은, 국소적 EM 왜곡이 발생하고 있는지의 여부를 결정하기 위해 메트릭(들)의 업데이트된 값을 주기적으로 계산할 수도 있다. 기구가 정지되어 있다는 것을 시스템이 결정하는 경우, 메트릭(들) 중 하나 이상에서의 변화는 국소적 EM 왜곡을 나타낼 수도 있다.

따라서, 시스템은, 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 큰지의 여부를 결정할 수도 있다. 계산되고 있는 메트릭(들)의 각각에 대해, 상이한 임계 값이 설정될 수도 있다. 차이가 임계 값보다 더 큰 경우, 시스템은 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정할 수도 있다.

도 20은, 국소적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정하는 예시적인 방법론을 예시하는 플로우차트를 제공한다. 방법(2000)은 블록(2001)에서 시작한다. 블록(2005)에서, 시스템은 디바운스(debounce) 기간이 활성인지의 여부를 결정한다. 본원에서 사용될 때, 디바운스 기간은, EM 왜곡이 발생한 것으로 결정될 수 있는 주파수를 제한하는 시간의 미리 결정된 기간을 일반적으로 지칭할 수도 있다. 예를 들면, 소정의 구현예에서, 디바운스 기간이 활성인 동안, 시스템은 EM 왜곡이 발생하였는지의 여부를 결정하기 위해 새로운 메트릭을 계산하고 및/또는 메트릭을 평가하지 않을 것이다. 시스템은 전체 디바운스 기간 동안 EM 왜곡이 유효하게 발생하였다는 것을 결정할 수도 있고 일단 디바운스 기간이 만료되면 EM 왜곡이 발생하였는지의 여부의 결정을 재개할 수도 있다. 시스템에서 데이터로서 저장되는 디바운스 플래그는, 디바운스 기간이 활성이다는 것을 나타내기 위해 사용될 수도 있다. 디바운스 기간은 EM 왜곡이 얼마나 자주 플래깅될(flagged) 수도 있는지를 정의하는 간격으로서 설정될 수도 있다. 예를 들면, 디바운스 기간이 활성인 동안 EM 왜곡의 새로운 발생이 설정되지 않을 수도 있다.

디바운스 기간이 활성이면, 방법(2000)은 블록(2030)에서 계속되는데, 여기서 국소적 EM 왜곡은 발생한 것으로 결정된다. 디바운스 기간이 활성이 아닌 경우, 방법(2000)은 블록(2010)에서 계속되는데, 여기서 시스템은 다수의 메트릭을 계산한다. 하나의 예에서, 시스템은 선형 속도 메트릭, 각속도 메트릭, 및 인디케이터 값 메트릭에서의 변화를 계산한다. 블록(2015)에서, 시스템은, 메트릭의 각각의 표준 편차를 결정하는 것을 비롯하여, 시간의 윈도우에 걸쳐 저장된 계산된 메트릭을 분석한다. 블록(2020)에서, 시스템은 분석된 메트릭이 국소적 EM 왜곡을 나타내는지의 여부를 결정한다. 이것은, 메트릭의 각각을 대응하는 임계 값에 대해 비교하는 것 및 표준 편차를 대응하는 임계 값에 대해 비교하는 것을 포함할 수도 있다. 몇몇 경우에, 시스템은, 시간 경과에 따라 국소적 왜곡 이벤트의 발생을 몇몇 기준에 비교하는 것에 의해 위양성(false positive)의 발생을 제한하려고 시도할 수도 있다. 예를 들면, 하나의 실시형태에서, 주어진 시간 윈도우에서 정족수(quorum) 또는 어떤 수의 비교가 국소적 EM 왜곡을 나타내는 경우, 시스템은, 메트릭이 국소적 EM 왜곡을 나타낸다는 것을 결정할 수도 있다. 그러한 접근법은 단지 하나의 접근법에 불과하며, 다른 실시형태는, 메트릭이 어떤 수에 대해 연속적인 비교를 나타낼 때 국소적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정하는 것과 같은, 임의의 적절한 접근법을 활용할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.

블록(2025)에서, 메트릭이 국소적 EM 왜곡을 나타낸다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 디바운스 기간을 활성화하는데, 이것은 디바운스 플래그를 활성화하는 것을 포함할 수도 있다. 블록(2030)에서, 시스템은 국소적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정하는데, 이것은 EM 왜곡 플래그 및/또는 국소적 EM 왜곡 플래그를 설정하는 것을 포함할 수도 있다. 방법은 블록(2035)에서 종료된다. 시스템은 국소적 EM 왜곡을 검출하는 것에 응답하여 다수의 액션을 수행할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 몇몇 예시적인 응답이 하기에서 설명된다.

B. 전역적 왜곡.

EM 왜곡의 다른 가능한 소스는 전역적 EM 왜곡이다. 본원에서 사용될 때, 전역적 EM 왜곡은, 일반적으로, 환경(100) 내에 위치되지만 그러나 기구의 원위 단부에 직접적으로 인접하지 않는 소스에 의해 야기되는 EM 왜곡을 지칭한다. 예를 들면, 소정의 수술 프로시져는 형광 투시 이미징을 사용하여 수행될 수도 있는데, 이것은 환자 옆의 C 암의 배치를 포함할 수도 있다. 형광 투시 프로시져를 위한 예시적인 셋업이 도 5에서 도시되어 있으며, 여기서는, 이미터 및 검출기가 환자의 대향하는 측에 배치되도록 C 암이 배치된다. C 암은 수술 프로시져를 위한 초기 위치로서 전후 방향(anteroposterior; AP) 위치에 배치될 수도 있다.

형광 투시법의 기술적 요건에 기인하여, C 암은, 통상적으로, EM 필드 생성기(110)에 의해 생성되는 EM 필드에서 왜곡을 야기할 수도 있는 다수의 컴포넌트를 포함한다. 예를 들면, 이미터에 의한 X 선의 생성은, X 선을 생성하는 것의 부산물로서 EM 필드를 생성하는 및/또는 영향을 끼치는 컴포넌트를 필요로 할 수도 있다. 그러나, C 암이 동일한 위치에서 유지되는 동안, C 암에 의해 야기되는 EM 필드 왜곡은 상대적으로 정적일 수도 있다. 즉, C 암에 의해 야기되는 EM 필드 왜곡이 EM 센서(예를 들면, EM 패치 센서(105) 및 EM 기구 센서(305))에 의해 측정되는 EM 필드를 왜곡할 수도 있지만, EM 공간 측정 시스템은, EM 필드가 안정적인 경우, 기구를 여전히 효과적으로 내비게이팅할 수도 있고 그 위치를 측정할 수도 있다. 그러나, C 암의 위치가 내비게이션 및/또는 위치 측정 동안 이동되면, EM 필드는 동적으로 왜곡되어, EM 공간 측정 시스템에 의해 계산되는 바와 같은 기구의 위치 및/또는 방위로 하여금, 기구의 실제 위치 및 방위로부터 시프트하게 할 수도 있다. 따라서, EM 공간 측정 시스템이 전역적 EM 왜곡 이벤트에 대해 작용하는 것을 가능하게 하기 위해서는, 그러한 전역적 EM 왜곡 이벤트의 검출이 바람직하다. 전역적 EM 왜곡 소스의 예로서 C 암이 제공되었지만, 다른 전역적 EM 왜곡 소스도 또한 검출될 수도 있다. 전역적 EM 왜곡의 소스일 수도 있는 다른 재료는, 전기 전도성 재료와 자성 재료뿐만 아니라 임의의 EM 필드 소스를 포함한다.

도 21은 본 개시의 양태에 따른 전역적 EM 왜곡을 검출하기 위해 사용될 수도 있는 시스템의 실시형태를 예시한다. 도 21의 실시형태는 EM 필드 생성기(110) 및 EM 필드 생성기(110)의 작업 볼륨 내에 배치되는 세 개의 EM 패치 센서(105)를 포함한다. 상기에서 논의되는 바와 같이, EM 패치 센서(110)는 환자의 호흡을 검출하기 위해 사용될 수도 있는데, 이것은 그 상에 위치되는 EM 기구 센서를 통한 기구의 내비게이션 및 위치 측정을 보정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 패치 센서(105)는 전역적 EM 왜곡을 검출하기 위해 사용될 수도 있는데, 이것은 하기에서 더 상세하게 설명될 것이다.

도 21의 실시형태에서, 패치 센서(105)는 세 개의 패치 센서(P0, P1 및 P2)를 포함한다. 그러나, 다른 구현예는 더 많은 또는 더 적은 패치 센서(105)를 포함할 수도 있다. EM 공간 측정 시스템이 더 많은 수의 패치 센서(105)를 포함하는 경우, 시스템은, 전역적 EM 왜곡을 추적하기 위해 사용될 수도 있는 더 많은 수의 메트릭을 계산할 수 있을 수도 있어서, 왜곡 추적의 강건성을 향상시킬 수도 있다.

환자 상에 배치될 때, EM 패치 센서(105)의 각각은, EM 필드의 검출에 응답하여, 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 코일(들)(305)과 유사하게, EM 공간 측정 시스템은, EM 패치 센서(105)로부터 수신되는 EM 센서 신호에 기초하여, 5DoF 측정치를 생성할 수 있을 수도 있다. 적어도 두 개의 EM 패치 센서(105)가 이용 가능한 경우, 시스템은 상대적 위치 메트릭 및 상대적 각도 메트릭을 계산할 수 있을 수도 있다. 게다가, 적어도 세 개의 EM 패치 센서(105)가 이용 가능한 경우, 시스템은 패치 영역 메트릭(patch area metric) 및 패치 공간 6DoF 메트릭을 계산할 수 있을 수도 있다.

EM 패치 센서는 환자의 신체 상의 다양한 위치에 부착된다. 그와 같이, 상대적 거리, 상대적 각도, 패치 공간, 및 패치 영역 메트릭은 상대적으로 안정적이며 유저의 호흡에만 기초하여 변할 수도 있다. 유저의 호흡을 추적하는 것에 의해, 시스템은 호흡으로 인한 계산된 메트릭에서의 변화를 필터링할 수 있다. 일단 호흡 변동이 메트릭으로부터 필터링되면, 임의의 나머지 변화는, 따라서, 전역적 EM 왜곡에 귀속될 수도 있다.

상대적 위치 메트릭은, EM 패치 센서 중 두 개(예를 들면, P1 및 P2) 사이의 상대적 위치를 나타낼 수도 있다. EM 패치 센서(P1 및 P2)의 상대적 위치 메트릭은 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수도 있다:

dP1P2_rel이 상대적 위치 메트릭인 경우, P1_x 및 P2_x는 EM 패치 센서(P1 및 P2)의 각각의 X 좌표이고, P1_y 및 P2_y는 EM 패치 센서(P1 및 P2)의 각각의 Y 좌표이며, P1_z 및 P2_z는 EM 패치 센서(P1 및 P2)의 각각의 Z 좌표이다.

상대적 각도 메트릭은 EM 패치 센서 중 두 개(예를 들면, P1 및 P2) 사이의 Z 축 사이의 상대적 각도일 수도 있다. 상대적 각도 메트릭은 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수도 있다:

θ_rel이 상대적 각도 메트릭인 경우, P1_Rz는 EM 패치 센서(P1)의 Z 축이고, P2_Rz는 EM 패치 센서(P2)의 Z 축이다.

패치 영역 메트릭은 EM 패치 센서에 의해 생성되는 면적일 수도 있고 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수도 있다:

면적이 패치 영역 메트릭인 경우, 상대적 위치는 수학식 (4)에 따라 계산되고, s는 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수도 있다:

패치 공간 6DoF 메트릭은, EM 패치 센서에 의해 생성되는 공간의 6DoF 위치 및 방위일 수도 있으며, 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수도 있다:

여기서 P0은 EM 필드 생성기(110) 공간에서의 EM 패치 센서(P0)의 위치이고 원점으로서 사용되며, P1은 EM 필드 생성기(110) 공간에서의 EM 패치 센서(P1)의 위치이고, P2는 EM 필드 생성기(110) 공간에서의 EM 패치 센서(P2)의 위치이다. 수학식 (8) 내지 (10)에 의해 계산되는 패치 공간 메트릭의 X_axis, Y_axis 및 Z_axis의 예가 도 21에서 예시되어 있다.

메트릭(들)의 베이스라인 값(들)이 계산된 이후, 시스템은, 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 주기적으로 계산할 수도 있다. 예를 들면, 시스템은, 전역적 EM 왜곡이 발생하고 있는지의 여부를 결정하기 위해 메트릭(들)의 업데이트된 값을 주기적으로 계산할 수도 있다. 메트릭 값에서의 변화가 환자의 호흡에 의해서만 영향을 받기 때문에, 업데이트된 메트릭 중 하나 이상과 하나 이상의 메트릭의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 큰 경우, 시스템은, 전역적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정할 수도 있다. 게다가, 소정의 실시형태에서, 호흡은 계산된 메트릭에서 필터링될 수도 있고, 따라서, 메트릭(들)에서의 임의의 나머지 변화는 EM 필드에서의 왜곡에 의해 야기되는 것으로 결정될 수 있다.

따라서, 시스템은, 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 큰지의 여부를 결정할 수도 있다. 계산되고 있는 메트릭(들)의 각각에 대해, 상이한 임계 값이 설정될 수도 있다. 차이가 임계 값보다 더 큰 경우, 시스템은 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정할 수도 있다.

도 22는 전역적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정하는 예시적인 방법론을 예시하는 플로우차트를 제공한다. 방법(2200)은 블록(2201)에서 시작한다. 블록(2205)에서, 시스템은 계산된 메트릭의 각각에 대한 베이스라인 메트릭을 결정한다. 이것은, 메모리로부터 메트릭에 대한 베이스라인 값을 검색하는(retrieving) 것 또는 EM 패치 센서(105)로부터 수신되는 EM 센서 신호에 기초하여 베이스라인 메트릭을 계산하는 것을 포함할 수도 있다. 블록(2210)에서, 시스템은 베이스라인 메트릭 품질이 임계 품질보다 더 큰지의 여부를 결정한다. 베이스라인 메트릭 품질이 임계 품질보다 더 크지 않은 경우, 방법(2200)은 종료되고 방법(2200)은 더 나은 품질의 베이스라인 메트릭을 수집하려고 시도하는 것에 의해 반복될 수도 있다.

베이스라인 메트릭 품질이 임계 품질보다 더 큰 경우, 방법(2200)은 블록(2215)에서 계속되는데, 여기서 시스템은 다수의 메트릭을 계산한다. 하나의 예에서, 시스템은 상대적 거리 메트릭, 상대적 각도, 메트릭, 6DoF 패치 공간 메트릭, 및 패치 영역 메트릭을 계산한다. 블록(2220)에서, 시스템은, 메트릭의 각각의 표준 편차를 결정하는 것을 비롯하여, 시간의 윈도우에 걸쳐 저장된 계산된 메트릭을 분석한다. 블록(2225)에서, 시스템은 분석된 메트릭이 전역적 EM 왜곡을 나타내는지의 여부를 결정한다. 이것은, 메트릭의 각각을 대응하는 임계 값에 대해 비교하는 것 및 표준 편차를 대응하는 임계 값에 대해 비교하는 것을 포함할 수도 있다. 정족수의 비교가 전역적 EM 왜곡을 나타내는 경우, 시스템은, 메트릭이 전역적 EM 왜곡을 나타낸다는 것을 결정할 수도 있다.

블록(2230)에서, 메트릭이 전역적 EM 왜곡을 나타낸다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 시스템은, 전역적 EM 왜곡이 발생하였다는 것을 결정하는데, 이것은, EM 왜곡 플래그 및/또는 전역적 EM 왜곡 플래그를 설정하는 것을 포함할 수도 있다. 방법은 블록(2235)에서 종료된다. 시스템은 전역적 EM 왜곡을 검출하는 것에 응답하여 다수의 액션을 수행할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 몇몇 예시적인 응답이 하기에서 설명된다.

C. 모션 검출.

EM 데이터에 기초한 기구의 내비게이션 및 위치는, 환자 및 EM 필드 생성기(110) 중 하나 이상이 이동되는 경우 부정적인 영향을 또한 받을 수도 있다. 일반적으로, EM 필드 생성기(110) 또는 환자의 움직임에 대한 두 가지 시나리오가 존재한다. 먼저, EM 필드 생성기(110) 또는 환자는 이동되어 새로운 위치에서 안정될 수도 있다. 둘째, EM 필드 생성기(110) 또는 환자는 충격력(impulse force)을 받을 수도 있고(예를 들면, 충돌될 수도 있고) 충격력을 받기 이전과 대략 동일한 위치로 복귀하기 이전에 제자리에서 일시적인 진동을 경험할 수도 있다. 환자 또는 EM 필드 검출기(110)의 움직임이 기구의 움직임, 국소적 EM 왜곡, 및/또는 전역적 EM 왜곡으로 부정확하게 해석될 수도 있기 때문에, EM 필드 생성기(110) 또는 환자의 움직임을 검출하는 것이 바람직할 수도 있다.

환자상의 EM 패치 센서(105) 사이의 상대적 거리가 상대적으로 안정적이기 때문에, EM 필드 생성기(110) 또는 환자의 움직임은, EM 패치 센서(105)의 각각과 EM 필드 생성기(110) 사이의 계산된 절대적 거리에서의 변화로 나타날 것이다. 그러한 움직임은 또한, EM 패치 센서(105)와 EM 필드 생성기(110) 사이에서 계산된 절대적 각도에서의 변화로 나타날 수도 있다.

적어도 하나의 EM 패치 센서(105)가 이용 가능한 경우, 시스템은 절대적 위치 메트릭 및 절대적 각도 메트릭을 계산할 수 있을 수도 있다. 게다가, 적어도 세 개의 EM 패치 센서(105)가 이용 가능한 경우, 시스템은 수학식 (8) 내지 (10)과 관련하여 설명되는 바와 같이 패치 공간 6DoF 메트릭을 사용할 수도 있다. 적어도 하나의 메트릭의 추가적인 예는 다음의 것을 포함한다: 필드 생성기에 대한 EM 센서의 각각의 절대적 위치, 필드 생성기에 대한 EM 센서 절대적 위치의 제곱의 합의 근(root), 필드 생성기에 대한 EM 센서의 각각의 절대적 각도, 필드 생성기에 대한 EM 센서의 절대적 각도의 제곱의 합의 근, 및 EM 센서에 의해 생성되는 공간의 위치 및 방위.

절대적 위치 메트릭은 EM 패치 센서(105) 중 주어진 하나와 EM 필드 생성기(110) 사이의 절대적 거리를 나타낼 수도 있다. 절대적 위치 메트릭은 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수도 있다:

여기서 D_abs는 절대적 위치 메트릭이고, P_x는 X 축에서 EM 필드 생성기(110)에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치이고, P_y는 Y 축에서 EM 필드 생성기(110)에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치이고, P_z는 Z 축에서 EM 필드 생성기(110)에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치이다.

절대적 각도 메트릭은, EM 패치 센서(105) 중 주어진 하나와 EM 필드 생성기(110) 사이의 절대적 각도를 나타낼 수도 있다. 절대적 각도 메트릭은 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수도 있다:

여기서 θ_abs는 절대적 각도 메트릭이고, P_Rz는 EM 패치 센서(P1)의 Z 축이고, FG_Rz는 EM 필드 생성기(110)의 Z 축이다.

EM 필드 생성기(110) 및/또는 환자의 움직임은 일시적이기 때문에, EM 공간 측정 시스템은, 환자 및/또는 EM 필드 생성기(110)가 움직이고 있는 시간의 기간을 결정하도록 구성될 수도 있다.

따라서, EM 추적 시스템은, EM 패치 센서(들)에 의해 생성되는 EM 센서 신호에 기초하여 환자 및/또는 EM 필드 생성기(110)의 움직임을 검출할 수 있을 수도 있다. 예를 들면, 시스템은 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 적어도 하나의 메트릭의 베이스라인 값을 계산할 수도 있다. 적어도 하나의 메트릭의 베이스라인 값은 제1 시간에 대응할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제1 시간은, 환자에 대한 내시경의 삽입 이전일 수도 있다(예를 들면, 베이스라인 메트릭은 수술 전 측정일 수도 있다). 그러나, 움직임 검출을 위해, 베이스라인 값은 메트릭에 대한 가장 최근의 안정적인 값일 수도 있다(예를 들면, 메트릭에 대한 변경이 시간의 한 기간 동안 임계 값보다 더 작다).

EM 추적 시스템은 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 적어도 하나의 메트릭의 업데이트된 값을 계산할 수도 있다. 적어도 하나의 메트릭의 업데이트된 값은 제1 시간 이후의 제2 시간에 대응할 수도 있다. 그 다음, 시스템은 메트릭의 업데이트된 값을 메트릭의 베이스라인 값에 비교할 수도 있다. 메트릭의 업데이트된 값과 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 큰 경우, 시스템은, 환자 및 필드 생성기 중 적어도 하나가 제1 시간 및 제2 시간을 포함하는 시간 기간 동안 움직였다는 것을 결정할 수도 있다.

일단 시스템이 환자 및 EM 필드 생성기(110) 중 하나가 움직였다는 것을 결정하면, 시스템은 환자 또는 EM 필드 생성기(110) 중 하나가 그 자세를 변경하였는지(예를 들면, 새로운 위치로 이동하였는지)의 여부를 결정할 수도 있다. 예를 들면, 환자 및 필드 생성기 중 적어도 하나가 이동하였다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 시스템은, 제2 시간에 후속하여, 제3 시간에 EM 센서의 위치 결정에서의 변화의 주파수에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 적어도 하나의 메트릭의 주파수 값을 계산할 수도 있다. 그 다음, 시스템은 주파수 값을 임계 주파수 값에 비교할 수도 있다. 주파수 값이 임계 주파수 값보다 더 큰 경우, 시스템은 환자 및 필드 생성기 중 적어도 하나가 그 자세를 변경하였다는 것을 결정할 수도 있다.

EM 추적 시스템은 또한, 환자 및 EM 필드 생성기(110) 중 하나가 충격력을 받고 초기 상태로 복귀하는지의 여부를 결정할 수도 있다. 예를 들면, 시스템은, 환자 및 필드 생성기 중 적어도 하나가 이동하였다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 적어도 하나의 메트릭의 후속 값을 계산할 수도 있다. 적어도 하나의 메트릭의 후속 값은, 제2 시간에 후속하는 제3 시간에 EM 센서의 위치 결정에 대응할 수도 있다. 그 다음, 시스템은, 후속 값이 베이스라인 값의 에러 임계 값 내에 있는 것에 응답하여, 필드 생성기가 충격력을 받았고 충격력을 받은 이후 초기 상태로 복귀하였다는 것을 결정할 수도 있다.

후속 값을 계산하기 위한 제3 시간을 선택하기 이전에, 시스템은 적어도 하나의 메트릭의 간격 값이 제3 시간 이전에 시간의 한 간격 동안 안정화되었다는 것을 결정하고, 적어도 하나의 메트릭의 간격 값이 안정화되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 제3 시간을 선택할 수도 있다. 따라서, 환자 또는 EM 필드 생성기(110)가 새로운 자세로 움직였는지 또는 그의 초기 자세로 안정되었는지의 여부를 결정하기 이전에, 시스템은 환자 또는 EM 필드 생성기(110)가 그 최종 자세로 안정되었다는 것을 결정할 수도 있다.

하나의 구현예에서, 시스템은 시간의 간격 동안의 적어도 하나의 메트릭의 최대 값 및 최소 값에 기초하여 환자 또는 EM 필드 생성기(110)의 자세가 안정화되었다는 것을 결정할 수도 있다. 예를 들면, 시스템은 시간의 간격 동안의 적어도 하나의 메트릭의 최대 값 및 최소 값을 계산할 수도 있고, 적어도 하나의 메트릭의 최대 값과 최소 값 사이의 차이를 계산할 수도 있고, 적어도 하나의 메트릭의 최대 값과 최소 값 사이의 차이가 임계 차이 값보다 더 작은 것에 응답하여, 적어도 하나의 메트릭의 간격 값이 시간의 간격 동안 안정화되었다는 것을 결정할 수도 있다. 적어도 하나의 메트릭에 대한 변경이 임계 차이 값보다 더 작은 것으로 결정되는 경우, 시스템은, 메트릭에서의 변경이, 환자 또는 EM 필드 생성기(110)의 진동이 아니라 노이즈에 기인한다는 것을 결정할 수도 있다.

다른 예에서, 시스템은, 환자 및 필드 생성기 중 적어도 하나가 이동하였다는 것을 결정하는 것에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 적어도 하나의 메트릭의 후속 값을 계산할 수도 있다. 적어도 하나의 메트릭의 후속 값은, 제2 시간에 후속하는 제3 시간에 EM 센서의 위치 결정에 대응할 수도 있다. 그 다음, 시스템은, 후속 값이 베이스라인 값의 에러 임계치 밖에 있는 것에 응답하여, 환자 및 필드 생성기 중 적어도 하나가 그 자세를 변경하였다는 것을 결정할 수도 있다. 예를 들면, 상기에서 논의되는 바와 같이, 메트릭은 EM 패치 센서(105) 중 하나 이상의 절대적 위치 또는 절대적 각도일 수도 있다. 절대적 차이 또는 절대적 각도에 대한 베이스라인 값이 변하고 새로운 값에서 안정한 경우, 이것은 환자 및 EM 필드 생성기(110) 중 적어도 하나가 이동되어 새로운 위치에서 안정된다는 것을 나타낸다.

도 23은 환자 및 EM 필드 생성기 중 하나가 움직였다는 것을 결정하는 예시적인 방법론을 예시하는 플로우차트를 제공한다. 방법(2300)은 블록(2301)에서 시작한다. 블록(2305)에서, 시스템은 계산된 메트릭의 각각에 대한 베이스라인 메트릭을 결정한다. 이것은, 메모리로부터 메트릭에 대한 베이스라인 값을 검색하는(retrieving) 것 또는 EM 패치 센서(105)로부터 수신되는 EM 센서 신호에 기초하여 베이스라인 메트릭을 계산하는 것을 포함할 수도 있다. 블록(2310)에서, 시스템은 베이스라인 메트릭 품질이 임계 품질보다 더 큰지의 여부를 결정한다. 베이스라인 메트릭 품질이 임계 품질보다 더 크지 않은 경우, 방법(2300)은 종료되고 방법(2300)은 더 나은 품질의 베이스라인 메트릭을 수집하려고 시도하는 것에 의해 반복될 수도 있다.

베이스라인 메트릭 품질이 임계 품질보다 더 큰 경우, 방법(2300)은 블록(2315)에서 계속되는데, 여기서 시스템은 다수의 메트릭을 계산한다. 하나의 예에서, 시스템은 절대적 차이 메트릭, 절대적 각도 메트릭, 및 6DoF 패치 공간 메트릭을 계산한다. 블록(2320)에서, 시스템은, 메트릭의 각각의 표준 편차를 결정하는 것을 비롯하여, 시간의 윈도우에 걸쳐 저장된 계산된 메트릭을 분석한다. 블록(2325)에서, 시스템은, 분석된 메트릭이 환자 및 EM 필드 생성기 중 적어도 하나가 이동되고 있는 것을 나타내는지 또는 환자 및 EM 필드 생성기 중 적어도 하나가 충격력을 받고 있는 것을 나타내는지의 여부를 결정한다. 이것은, 메트릭의 각각을 대응하는 임계 값에 대해 비교하는 것 및 표준 편차를 대응하는 임계 값에 대해 비교하는 것을 포함할 수도 있다. 환자 및 EM 필드 생성기 중 적어도 하나가 이동되고 있는 것을 정족수 또는 어떤 임계 수의 비교가 나타내는 경우, 방법은 블록(2330)에서 계속된다. 환자 및 EM 필드 생성기 중 적어도 하나가 충격력을 받고 있는 것을 정족수 또는 어떤 임계 수의 비교가 나타내는 경우, 방법(2300)은 블록(2335)에서 계속된다.

블록(2330)에서, 환자 및 EM 필드 생성기 중 적어도 하나가 이동되고 있는 것을 메트릭이 나타낸다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 EM 왜곡 플래그 및/또는 움직임 플래그를 설정할 수도 있다. 블록(2330)에서, 환자 및 EM 필드 생성기 중 적어도 하나가 충격력을 받는 것을 메트릭이 나타낸다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 EM 왜곡 플래그 및/또는 충격력 플래그를 설정할 수도 있다. 방법은 블록(2235)에서 종료된다. 시스템은, EM 필드 생성기의 움직임을 검출하는 것에 응답하여, 다수의 액션을 수행할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 몇몇 예시적인 응답이 하기에서 설명된다.

D. EM 왜곡의 검출에 대한 응답

EM 추적 시스템은, EM 왜곡의 검출에 응답하여 다수의 기술 중 하나 이상을 수행할 수도 있다. 수행되는 특정한 기술은 다음 중 하나 이상에 의존할 수도 있다: 검출되는 EM 왜곡의 타입(예를 들면, 국소적인 또는 전역적인 EM 왜곡, 움직임에 기인하는 왜곡, 등등), EM 왜곡의 크기, EM 왜곡의 위치, 등등.

하나의 구현예에서, 시스템은 기구의 내비게이션 및/또는 위치 측정에서 EM 데이터에 주어지는 가중치를 사용하는 것을 자제할 수도 있거나 또는 다르게는 그 가중치를 제한할 수도 있다. EM 데이터의 사용을 자제하는 경우, 시스템에 의해 수행되는 내비게이션 및/또는 위치 측정은 EM 왜곡 동안 다른 타입의 데이터에 의존할 수도 있다. 구체적으로, 하나의 실시형태에서, 시스템은, EM 왜곡 플래그가 설정되었다는 것을 검출할 수도 있고, 그 다음 EM 왜곡 플래그가 설정되는 것의 결과로서, EM 위치 기반의 알고리즘에 대응하는 신뢰도 값(또는 임의의 다른 적절한 가중치)을 낮추는 것에 의해 EM 센서 신호에 기초한 기구의 원위 단부의 위치를 결정하는 것에 주어지는 가중치를 자제하거나 또는 다르게는 제한할 수도 있다. 상이한 위치 알고리즘에 대한 신뢰도 값 및 가중치의 사용은, 2016년 9월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/268,238호에서 논의되는데, 이 특허 출원의 내용은 그 전체가 본원에 통합된다.

몇몇 구현예에서, EM 필드가 왜곡된다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 왜곡의 양을 계산할 수도 있다. EM 필드 왜곡의 양은 계산된 메트릭 중 하나 이상에서의 변화에 비례할 수도 있다. 이 구현예에서, 시스템은, 제2 시간에 계산되는 하나 이상의 업데이트된 값 및 제2 시간 이전의 제1 시간에 계산되는 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 EM 필드에서의 왜곡의 양을 계산할 수도 있다. 시스템은 왜곡의 양의 표시를 인코딩하고, 왜곡의 양의 인코딩된 표시를, 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이에 제공할 수도 있다. 따라서, 유저는 EM 필드 왜곡의 양을 통지받을 수도 있다. 그 다음, 유저는 수술 프로시져 동안의 EM 데이터에 기초하여 내비게이션을 사용할지의 여부를 결정할 수 있을 수도 있다.

소정의 실시형태에서, 시스템은 내비게이션 및/또는 위치 측정 기술에서 사용되는 EM 데이터의 가중치를 변경하기 위해 왜곡의 양을 사용할 수도 있다. EM 왜곡이 증가함에 따라, 시스템은 의료 기구의 원위 팁에 대한 위치 데이터(96)를 생성할 때 EM 데이터에 더 낮은 가중치를 할당할 수도 있다.

시스템은 또한, EM 필드에서의 왜곡이 임계 왜곡 값보다 더 큰 영역을 결정할 수 있을 수도 있다. 예를 들면, 상대적 거리 메트릭은, EM 패치 센서 중 하나를 둘러싸는 영역이 EM 왜곡을 경험하고 있다는 것을 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 즉, EM 패치 센서(P1)와 EM 패치 센서(P0 및 P2)의 각각 사이의 상대적 거리가 임계 값보다 더 많이 변경되었지만, 그러나, EM 패치 센서(P0 및 P2) 사이의 상대적 거리가 실질적으로 변경되지 않으면, 시스템은, EM 패치 센서(P1) 근처 영역 내의 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정할 수도 있다.

EM 패치 센서(105) 중 하나 근처의 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 식별된 EM 패치 센서(105)로부터 수신된 EM 데이터에 적용되는 가중치를 조정(예를 들면, 감소)할 수도 있다. 시스템은 또한, EM 필드 왜곡이 발생하고 있는 영역을 유저에게 나타낼 수도 있다. 그 다음, 유저는 목표 부위가 왜곡된 영역 내에 있는지의 여부에 기초하여 EM 데이터를 사용하여 내비게이션을 계속할지의 여부를 결정할 수 있을 수도 있다. 대안적으로, 시스템은, EM 왜곡된 영역에 대한 기구의 현재의 위치에 기초하여 내비게이션을 위해 EM 데이터를 계속 사용할지의 여부를 자동적으로 결정할 수도 있다.

소정의 실시형태에서, 시스템은 또한 환자의 내강 네트워크를 나타내는 모델에 액세스하고, EM 필드의 좌표 프레임과 모델의 좌표 프레임 사이의 매핑을 다음 중 적어도 하나에 기초하여 계산할 수도 있다: (i) 하나 이상의 베이스라인 값 및 (ii) 하나 이상의 업데이트된 값. 시스템은 또한, EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 매핑을 계산함에 있어서 하나 이상의 업데이트된 값을 사용하는 것을 자제할 수도 있다.

E. 정렬.

내비게이션 및/또는 위치 측정을 위해 EM 데이터를 사용하는 수술 프로시져를 수행하기 이전에, 환자를 EM 필드 생성기(110)와 정렬시키는 것이 바람직하다. 더욱 정확하게는, EM 필드 생성기(110)를 수술 프로시져가 수행될 환자의 해부학적 피쳐와 정렬시키는 것이 바람직하다. 그러한 정렬 프로시져를 수행하는 것에 대한 하나의 이점은, EM 센서가 EM 필드를 더욱 정확하게 측정할 수 있는 작업 볼륨을 EM 필드 생성기(110)가 가질 수도 있다는 것이다. 즉, EM 센서 중 하나 이상이 작업 볼륨 밖에 있는 경우, EM 센서에 의해 생성되는 EM 센서 신호는 내비게이션 및/또는 위치 측정, 호흡 추적, 및/또는 EM 왜곡 검출에 충분히 신뢰 가능하지 않을 수도 있다.

상기에서 논의되는 바와 같이, 다수의 EM 패치 센서(105)는, 주목하는 영역(area of interest)을 둘러싸는, 또는 적어도 부분적으로 중첩하는 규정된 위치에서 환자 상에 배치될 수도 있다. 주목하는 영역은 수술 프로시져가 수행될 환자의 해부학적 피쳐일 수도 있다. 해부학적 피쳐의 하나의 예는 관강 네트워크(140)와 같은 관강 네트워크이다. EM 추적 시스템은, EM 패치 센서(105)를 환자 상에 배치할 곳 및 EM 패치 센서(105)가 EM 필드 생성기(110)의 작업 볼륨 내에 있도록 EM 필드 생성기(110)를 배치할 곳에 대한 안내를 유저에게 제공할 수도 있다. EM 패치 센서(105)가 적절하게 배치되는 경우, 작업 볼륨 내에서의 EM 패치 센서의 위치 결정은, 환자의 주목하는 영역이 EM 필드 생성기(110)와 정렬되는 것을 보장할 수도 있다.

EM 필드 생성기(110)를 환자와 정렬시키기 위한 예시적인 프로시져가 기관지경 검사 프로시져와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 이 프로시져는, EM 데이터가 내비게이션 및/또는 위치 측정을 위해 사용되는 임의의 타입의 로봇 지원 수술 프로시져에 대해 수정될 수도 있다.

초기에, 유저는 환자 상에 하나 이상의 EM 패치 센서(105)를 배치할 수도 있다. 기관지경 검사의 경우, 유저는 주목하는 영역(예를 들면, 환자의 폐)을 둘러싸도록, 또는 적어도 부분적으로 중첩하도록 EM 패치 센서(105)를 배치한다. 시스템이 세 개의 EM 패치 센서(105)를 포함하는 경우, 유저는 제1 EM 패치 센서를 환자의 중흉골(mid sternum) 상에, 제2 EM 패치 센서를 환자의 좌측 측면 8 번 늑골(rib) 상에, 그리고 제3 EM 패치 센서를 환자의 우측 측면 8 번 늑골 상에 배치할 수도 있다. EM 패치 센서(105)의 상기에서 설명된 배치는 예시에 불과하며, EM 패치 센서(105)는 주목하는 영역과 중첩되는 다른 위치에 배치될 수도 있다.

도 24는 EM 패치 센서(105)가 EM 필드 생성기의 작업 볼륨 내에 배치되는 예를 제공한다. EM 패치 센서(105)가 배치된 이후, 유저는, EM 패치 센서(105)가 EM 필드 생성기(110)의 작업 볼륨(400) 내에 위치되도록, EM 필드 생성기(110)를 배치할 수도 있다. 비록 도 24가 위에서 봤을 때의 작업 볼륨(400)을 예시하지만, 작업 볼륨(400)은, 정렬 동안 EM 패치 센서(105)가 배치될 삼차원 볼륨을 정의할 수도 있다.

유저는 EM 필드 생성기(110)를, 베드 레일에 부착될 수도 있는 홀더에 부착할 수도 있다. EM 추적 시스템에 의해 제공되는 안내를 사용하여, 유저는, 모든 EM 패치 센서(105)가 작업 볼륨(400) 내에 위치되도록, EM 필드 생성기(110)를 회전시킬 수도 있다. 디스플레이를 통해(예를 들면, 터치스크린(26)을 통해) 피드백을 제공하기 위해, EM 추적 시스템은, EM 필드 생성기(110)에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치를, EM 패치 센서(105)에 의해 생성되는 하나 이상의 EM 패치 센서 신호에 기초하여 결정할 수도 있다. 시스템은 EM 필드의 작업 볼륨에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치의 표현을 인코딩할 수도 있다. EM 패치 센서(105)의 위치의 표현의 인코딩은, 작업 볼륨의 표현과 관련하여 EM 패치 센서(105)의 상대적 위치가 디스플레이되는 이미지(또는 비디오를 형성하기 위한 일련의 이미지)를 생성하는 것을 포함할 수도 있다. 인코딩은, 이미지가 디스플레이에 의해 디코딩 및 렌더링될 수 있도록, 이미지 또는 비디오 코덱을 사용하여 이미지(또는 비디오)를 인코딩하는 것을 더 포함할 수도 있다. 그 다음, 시스템은 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이에 위치의 인코딩된 표현을 제공할 수도 있다.

유저는, EM 패치 센서(105)가 작업 볼륨 내에 배치되도록, EM 필드 생성기(110)를 회전시킴에 있어서 디스플레이에 의해 제공되는 시각적 피드백을 사용할 수도 있다. 일단 EM 패치 센서(105)가 EM 필드 생성기(110)와 회전하여 정렬되면, 유저는, EM 패치 센서(105)가 시각적으로 디스플레이되는 작업 볼륨에 의해 정의되는 바와 같은 EM 필드 생성기(110)로부터의 미리 정의된 거리 내에 있도록, 필드 생성기를 EM 패치 센서(105)에 더 가깝게 배치할 수도 있다. 도 24를 참조하면, 작업 볼륨은 복수의 서브 볼륨을 포함할 수도 있는데, 이들은 바람직한 서브 볼륨(405), 허용 가능한 서브 볼륨(410), 및 위험한 서브 볼륨(415)을 정의할 수도 있다. EM 필드의 세기가 EM 필드 생성기(110)로부터 더 먼 거리에서 감쇠될 수도 있기 때문에, EM 패치 센서(105)를 위험한 서브 볼륨(415)보다는 바람직한 서브 볼륨(405) 또는 허용 가능한 서브 볼륨(410) 내에 배치하는 것이 바람직할 수도 있다.

적어도 하나의 구현예에서, 시스템은 필드 생성기의 제1 및 제2 서브 볼륨의 각각에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치의 표현을 인코딩할 수도 있다. 제2 서브 볼륨은 제1 서브 볼륨보다 더 크고 제1 서브 볼륨을 둘러싸며, 따라서 적어도 하나의 구현예에서, 제2 서브 볼륨은 위험한 서브 볼륨(415)일 수도 있다. 시스템은, 유저가 EM 필드 생성기(110)를 이동시키는 것에 의해 제1 서브 볼륨 내에 EM 패치 센서(105)를 재배치할 수 있도록, 제1 및 제2 서브 볼륨의 각각에 대한 EM 패치 센서(105)의 위치의 인코딩된 표현을 디스플레이로 제공할 수도 있다.

다른 구현예에서, 제1 및 제2 서브 볼륨은 바람직한 서브 볼륨(405) 및 허용 가능한 서브 볼륨(410)에 대응할 수도 있다. 이들 구현예에서, 시스템은, EM 패치 센서(105)가 제1 및 제2 서브 볼륨 중 적어도 하나 내에 배치되고 인코딩된 유저 명령어를 디스플레이로 제공하도록, EM 필드 생성기(110)를 배치하기 위한 유저에 대한 유저 명령어를 인코딩할 수도 있다.

유저는, 모든 EM 패치 센서(105)가 작업 볼륨 내에 있을 때까지, EM 필드 생성기(110)의 회전을 반복할 수도 있고 EM 필드 생성기(110)의 거리를 조정할 수도 있다. 그 후, 유저는 수술 프로시져에 대한 준비에서 EM 필드 생성기(110)의 위치를 고정시킬 수도 있다.

소정의 구현예에서, 모든 EM 패치 센서(105)를 작업 볼륨 내에 배치하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 예를 들면, EM 필드 생성기(110)는, 주목하는 큰 영역을 갖는 환자에 대한 모든 EM 패치 센서(105)를 포괄하기에 충분히 큰 작업 볼륨을 생성할 수 없을 수도 있다. 이들 구현예에서, 시스템은, 정의된 수의 EM 센서가 제1 작업 볼륨 내에 배치되고 인코딩된 유저 명령어를 디스플레이에 제공하도록, 필드 생성기를 배치하기 위한 유저 명령어를 인코딩할 수도 있다. 예를 들면, 세 개의 EM 패치 센서(105)가 사용되는 경우, 시스템은 EM 패치 센서(105) 중 적어도 두 개가 작업 볼륨 내에 배치되도록, 유저에 대한 명령어를 인코딩할 수도 있다.

하나의 구현예에서, 시스템은, (i) EM 센서 중 제1 EM 센서를 환자의 중흉골 상에, (ii) EM 센서 중 제2 EM 센서를 환자의 좌측 측면 8 번 늑골 상에, 그리고 (iii) EM 센서 중 제3 EM 센서를 환자의 좌측 측면 8 번 늑골 상에: 배치하기 위한 유저 명령어를 인코딩할 수도 있다. 따라서, EM 필드 생성(110)의 위치 결정 이전에, 시스템은 유저에게 EM 패치 센서(105)의 배치를 위한 명령어를 제공할 수도 있다. 시스템은 제1 내지 제3 EM 센서를 환자 상에 배치하기 위한 인코딩된 유저 명령어를 디스플레이로 제공할 수도 있다.

다른 구현예에서, 시스템은, 제2 및 제3 EM 센서 중 하나가 작업 볼륨 내에 배치될 수 없다는 입력을, 예를 들면, 터치스크린(26)을 통해. 유저로부터 수신하도록 구성될 수도 있다. 응답에서, 시스템은, 제2 및 제3 EM 센서 중 하나를, 제2 및 제3 EM 센서 중 하나의 현재의 위치보다 필드 생성기에 더 가깝게 재배치하기 위한 유저 명령어를 인코딩할 수도 있다. 예를 들면, 명령어는 제2 EM 패치 센서를 환자의 6 번 좌측 측면 늑골 상에 재배치하기 위한 명령어를 인코딩할 수도 있다. 시스템은 제2 및 제3 EM 센서 중 하나를 재배치하기 위한 인코딩된 유저 명령어를 디스플레이로 제공할 수도 있다.

필드 생성기를 환자의 해부학적 구조와 정렬하기 위한 기술적 피쳐와 관련하여 상기에서 설명되는 시스템의 몇몇 실시형태는 다수의 이점을 가질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들면, 필드 생성기의 배치 및 정렬에 대한 피드백을 유저에게 제공하는 것은 시스템의 셋업을 단순화할 수 있다. 그러한 단순화된 셋업은, 시스템이 올바르게 정렬되는지의 여부에서 유저 불만을 방지할 수 있다. 여전히 또한, 정렬의 피드백은 보다 정확한 판독치를 생성할 수도 있고, 결과적으로, 내비게이션 및/또는 위치 측정 시스템에 더 나은 입력을 제공할 수도 있다.

E. EM 추적 시스템 및 예시적인 플로우차트.

도 25는 본 개시의 다양한 양태를 수행할 수도 있는 EM 추적 시스템의 예를 예시하는 블록도를 묘사한다. EM 추적 시스템(500)은 하나 이상의 EM 센서(들)(503), 프로세서(510), 및 메모리(515)를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 EM 센서(들)(503)는 EM 패치 센서(105) 및/또는 EM 기구 센서(들)(305)로서 구현될 수도 있다. EM 추적 시스템(500)은, 타워(30), 콘솔(16), EM 필드 생성기(110), 및/또는 환경(100) 내의 임의의 다른 컴포넌트 중 하나 이상에 통합될 수도 있다. 추가적으로, EM 추적 시스템(500)은 도 20 내지 도 24와 관련하여 상기에서 설명되는 또는 도 26 및 도 27과 관련하여 하기에 설명되는 방법 및/또는 기술 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수도 있다.

도 26은, 본 개시의 양태에 따른, EM 왜곡을 검출하기 위한, EM 추적 시스템(500), 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다. 예를 들면, 도 26에서 예시되는 방법(2600)의 단계는, EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행될 수도 있다. 편의상, 방법(2600)은 EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행되는 것으로 설명된다.

방법(2600)은 블록(2601)에서 시작한다. 블록(2605)에서, 프로세서(510)는 제1 시간에 제1 EM 센서의 위치를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을 계산한다. 하나 이상의 베이스라인 값의 계산은, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트로부터 수신되는 EM 센서 신호에 기초할 수도 있다. 추가적으로, 제1 EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트를 생성하도록 구성될 수도 있다. 블록(2610)에서, 프로세서(510)는 제1 시간 이후의 시간 기간 동안 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을 계산한다. 하나 이상의 업데이트된 값의 계산은 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초할 수도 있다.

블록(2615)에서, 프로세서(510)는 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정한다. 블록(2620)에서, 프로세서(510)는 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정한다. 방법(2600)은 블록(2625)에서 종료된다.

도 27은, 본 개시의 양태에 따른, EM 왜곡을 검출하기 위한, EM 추적 시스템(500), 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 다른 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다. 예를 들면, 도 27에서 예시되는 방법(2700)의 단계는, EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행될 수도 있다. 편의상, 방법(2700)은 EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행되는 것으로 설명된다.

방법(2700)은 블록(2701)에서 시작한다. 블록(2705)에서, 프로세서(510)는, 제1 시간에 기구의 원위 단부의 속도를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을 계산한다. 하나 이상의 베이스라인 값의 계산은, 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터 수신되는 EM 센서 신호에 기초할 수도 있다. 기구는 기구의 원위 단부에 위치되는 EM 센서를 포함할 수도 있다. EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다.

블록(2710)에서, 프로세서(510)는 제1 시간 이후의 시간 기간 동안 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을 계산한다. 하나 이상의 업데이트된 값의 계산은 제1 시간 이후의 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초할 수도 있다. 블록(2715)에서, 프로세서(510)는, 하나 이상의 업데이트된 값과 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정한다. 블록(2720)에서, 프로세서(510)는 차이가 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정한다. 방법(2700)은 블록(2725)에서 종료된다.

도 28은, 본 개시의 양태에 따른, 필드 생성기에 의해 생성되는 EM 필드 내에서의 EM 센서의 위치 결정을 용이하게 하기 위한, EM 추적 시스템(500), 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 또 다른 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다. 예를 들면, 도 28에서 예시되는 방법(2800)의 단계는 EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행될 수도 있다. 편의상, 방법(2800)은 EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행되는 것으로 설명된다.

방법(2800)은 블록(2801)에서 시작한다. 블록(2805)에서, 프로세서(510)는 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 필드 생성기에 대한 EM 센서의 위치를 결정한다. EM 센서는, EM 필드의 작업 볼륨 내에 배치될 때, EM 필드의 검출에 기초하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 추가적으로, EM 센서는, 사용시, 환자 상에서의 배치를 위해 구성될 수도 있다. 블록(2810)에서, 프로세서(510)는 EM 필드의 작업 볼륨에 대한 EM 센서의 위치의 표현을 인코딩한다. 블록(2815)에서, 프로세서(510)는 위치의 인코딩된 표현을, 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이에 제공한다. 방법(2800)은 블록(2820)에서 종료된다.

도 29는, 본 개시의 양태에 따른, 환자 또는 EM 필드 생성기 중 적어도 하나의 움직임을 검출하기 위한, EM 추적 시스템(500), 또는 그 컴포넌트(들)에 의해 동작 가능한 여전히 또 다른 예시적인 방법을 예시하는 플로우차트이다. 예를 들면, 도 29에서 예시되는 방법(2900)의 단계는, EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행될 수도 있다. 편의상, 방법(2900)은 EM 추적 시스템(500)의 프로세서(510)에 의해 수행되는 것으로 설명된다.

방법(2900)은 블록(2901)에서 시작한다. 블록(2905)에서, 프로세서(510)는 EM 센서에 의해 생성되는 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 적어도 하나의 메트릭의 베이스라인 값을 계산한다. 적어도 하나의 메트릭의 베이스라인 값은 제1 시간에서의 EM 센서의 위치 결정에 대응할 수도 있다. EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. EM 센서는, 사용시, 환자 상에서의 배치를 위해 구성될 수도 있다. 블록(2910)에서, 프로세서(510)는 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 적어도 하나의 메트릭의 업데이트된 값을 계산한다. 적어도 하나의 메트릭의 업데이트된 값은 제2 시간에서의 EM 센서의 위치 결정에 대응할 수도 있다. 블록(2915)에서, 프로세서(510)는 베이스라인 값 및 업데이트된 값에 기초하여, 환자 및 필드 생성기 중 적어도 하나가, 제1 시간 및 제2 시간을 포함하는 시간 기간 동안 움직였는다는 것을 결정한다. 방법(2900)은 블록(2920)에서 종료된다.

구현 시스템 및 전문 용어

본원에서 개시되는 구현예는 EM 왜곡을 검출하기 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공한다.

본원에서 사용될 때 용어 "커플링한다(couple)", "커플링하는(coupling)", "커플링되는(coupled)" 또는 그 단어의 다른 변형어는, 간접적인 연결 또는 직접적인 연결 중 어느 하나를 나타낼 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 예를 들면, 제1 컴포넌트가 제2 컴포넌트에 "커플링되는" 경우, 제1 컴포넌트는 다른 컴포넌트를 통해 제2 컴포넌트에 간접적으로 연결될 수도 있거나 또는 제2 컴포넌트에 직접적으로 연결될 수도 있다.

본원에서 설명되는 로봇 모션 작동 기능은, 프로세서 판독 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 이상의 명령어로서 저장될 수도 있다. 용어 "컴퓨터 판독 가능 매체"는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체를 지칭한다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 매체는 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 리드 온리 메모리(read-only memory; ROM), 전기적으로 소거가능한 프로그래머블 리드 온리 메모리(electrically erasable programmable read-only memory; EEPROM), 플래시 메모리, 콤팩트 디스크 리드 온리 메모리(compact disc read-only memory; CD-ROM) 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 디바이스, 또는 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 소망되는 프로그램 코드를 저장하기 위해 사용될 수 있으며 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 유형이고(tangible) 비일시적일 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "코드"는 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수도 있다.

본원에서 개시되는 방법은, 설명된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 액션을 포함한다. 방법 단계 및/또는 액션은, 청구범위의 범위를 벗어나지 않으면서 서로 상호 교환될 수도 있다. 다시 말하면, 설명되고 있는 방법의 적절한 동작을 위해 특정한 순서의 단계 또는 액션이 요구되지 않는 한, 특정한 단계 및/또는 액션의 순서 및/또는 사용은 청구범위의 범위를 벗어나지 않으면서 수정될 수도 있다.

본원에 사용될 때, 용어 "복수"는 두 개 이상을 나타낸다. 예를 들면, 복수의 컴포넌트는 두 개 이상의 컴포넌트를 나타낸다. 용어 "결정(determining)"은 광범위한 액션을 포괄하며, 따라서, "결정(determining)"은 계산(calculating), 컴퓨팅(computing), 프로세싱(processing), 유도(deriving), 조사(investigating), 조회(looking up)(예를 들면, 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조에서의 조회), 확인(ascertaining) 및 등등을 포함할 수 있다. 또한, "결정"은 수신(예를 들면, 정보 수신), 액세스(예를 들면, 메모리의 데이터에 대한 액세스) 및 등등을 포함할 수도 있다. 또한, "결정"은 해결(resolving), 선택(selecting), 선정(choosing), 확립(establishing) 및 등등을 포함할 수 있다.

어구 "~에 기초하여(based on)"는, 달리 명시되지 않는 한, "~에만 기초하여(based only on)"를 의미하지는 않는다. 다시 말하면, 어구 "~에 기초하여"는 "~에만 기초하여" 및 "적어도 ~에 기초하여(based only on)" 둘 모두를 설명한다.

개시된 구현예의 앞선 설명은, 기술 분야의 임의의 숙련된 자가 본 발명을 제조 또는 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 이들 구현예에 대한 다양한 수정은 기술 분야의 숙련된 자에게 명백할 것이며, 본원에서 정의되는 일반적인 원리는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 구현예에 적용될 수도 있다. 예를 들면, 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 도구 컴포넌트를 고정, 장착, 커플링, 또는 체결하는 등가의 방식, 특정한 작동 모션을 생성하기 위한 등가의 메커니즘, 및 전기적 에너지를 전달하기 위한 등가의 메커니즘과 같은, 다수의 대응하는 대안예 및 등가의 구조적 세부 사항을 활용할 수 있을 것이다는 것이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 본원에서 도시되는 구현예로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본원에서 개시되는 원리 및 신규의 피쳐와 부합하는 가장 넓은 범위를 부여받아야 한다.

Claims (30)

1. 전자기(electromagnetic; EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템으로서,
   EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트를 생성하도록 구성되는 제1 EM 센서로서, 상기 제1 EM 센서는, 사용시, 환자 상에서의 배치를 위해 구성되는, 상기 제1 EM 센서;
   제2 EM 센서 및 이미지 센서를 포함하는 기구(instrument)로서, 상기 제2 EM 센서 및 상기 이미지 센서는 상기 기구의 원위 단부(distal end)에 위치되고, 상기 제2 EM 센서는, 상기 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 제2 세트를 생성하도록 구성되고, 상기 이미지 센서는 이미지 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 기구;
   프로세서; 및
   메모리;를 포함하되, 상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
   제1 시간에서, 상기 제1 시간에서의 상기 제1 EM 센서의 위치를 나타내는 하나 이상의 메트릭(metric)의 하나 이상의 베이스라인 값(baseline value)을, 상기 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 상기 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고,
   상기 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 상기 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 상기 제1 시간 이후의 상기 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 상기 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하며,
   상기 하나 이상의 업데이트된 값과 상기 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값 보다 더 크다는 것을 결정하게 하며,
   상기 차이가 상기 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하게 하며,
   상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 제2 EM 센서와 관련된 가중치를 감소시키게 하며, 및
   (i) 상기 이미지 센서에 의해 생성되되 상기 이미지 센서와 관련된 가중치에 의해 가중되는 제1 이미지 신호에 기초하고, 또한 (ii) 상기 제2 EM 센서에 의해 생성되되 상기 제2 EM 센서와 관련된 감소된 가중치에 의해 가중되는 EM 센서 신호에 기초하여 상기 기구의 상기 원위 단부의 위치를 결정하게 하는,
   컴퓨터 실행 가능 명령어들을 저장하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
   상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 양을 계산하게 하고,
   상기 왜곡의 양의 표시를 인코딩하게 하며, 및
   상기 왜곡의 양의 상기 인코딩된 표시를, 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이로 제공하게 하는,
   컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
   상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 양을 계산하게 하고, 및
   상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 상기 계산된 양에 기초하여 상기 가중치를 변경하게 하는,
   컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   적어도 두 개의 추가 EM 센서를 더 포함하되, 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서는, 사용시, 주목하는 영역을 둘러싸게끔 상기 환자 상에 배치되도록 구성되는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
   상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여, 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡이 임계 왜곡 값보다 더 큰 영역을 결정하게 하는,
   컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가중치는, 상기 제1, 제2, 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서에 각각 적용되는 복수의 가중치를 포함하고, 상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
   상기 제1, 제2, 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서 중 하나를 상기 주목하는 영역 내에 위치되는 것으로 식별하게 하고, 및
   상기 제1, 제2, 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서 중 상기 식별된 하나에 적용되는 가중치를 조정하게 하는,
   컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
8. 제4항에 있어서,
   상기 가중치는, 상기 제1, 제2, 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서에 각각 적용되는 복수의 가중치를 포함하고, 상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
   상기 환자의 관강 네트워크(luminal network)를 나타내는 모델에 액세스하게 하고,
   상기 EM 필드의 좌표 프레임과 상기 모델의 좌표 프레임 사이의 매핑을, (i) 상기 하나 이상의 베이스라인 값 및 (ii) 상기 하나 이상의 업데이트된 값: 중 적어도 하나에 기초하여 계산하게 하며, 및
   상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 상기 매핑을 계산함에 있어서 상기 하나 이상의 업데이트된 값을 사용하는 것을 자제하게 하는,
   컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 메트릭은 또한, 상기 제1 EM 센서의 적어도 하나의 방위를 나타내는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    적어도 두 개의 추가 EM 센서를 더 포함하되, 상기 하나 이상의 메트릭은, 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서의 서로에 대한 상대적 위치, 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서의 서로에 대한 적어도 하나의 방위의 상대적 각도, 및 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서에 의해 생성되는 공간의 영역: 중 적어도 하나를 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
    상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 상기 EM 필드가 왜곡되었다는 표시를 인코딩하게 하고, 및
    상기 인코딩된 표시를, 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이로 제공하게 하는,
    컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
12. 명령어들이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서,
    상기 명령어들은, 실행시, 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스로 하여금:
    제1 시간에서, 상기 제1 시간에서의 제1 전자기(EM) 센서의 위치를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 상기 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 전자기(EM) 센서 신호의 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고, 상기 제1 EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트를 생성하도록 구성되고;
    상기 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 상기 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 상기 제1 시간 이후의 상기 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 상기 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고;
    상기 하나 이상의 업데이트된 값과 상기 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정하게 하고;
    상기 차이가 상기 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하게 하고,
    상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 기구의 원위 단부에 위치한 제2 EM 센서와 관련된 가중치를 감소시키게 하고, 및
    (i) 상기 기구의 상기 원위 단부에 위치한 이미지 센서에 의해 생성되되 상기 이미지 센서와 관련된 가중치에 의해 가중되는 이미지 신호에 기초하고 또한 (ii) 상기 제2 EM 센서에 의해 생성되되 상기 제2 EM 센서와 관련된 감소된 가중치에 의해 가중되는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제2 세트로부터 EM 센서 신호에 기초하여 상기 기구의 상기 원위 단부의 위치를 결정하게 하는, 명령어들을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
13. 삭제
14. 제12항에 있어서,
    실행시, 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스로 하여금:
    상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 양을 계산하게 하고,
    상기 왜곡의 양의 표시를 인코딩하게 하며, 및
    상기 왜곡의 양의 상기 인코딩된 표시를, 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이로 제공하게 하는,
    명령어들이 또한 저장되는, 명령어들을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
15. 제12항에 있어서,
    실행시, 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스로 하여금:
    상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 양을 계산하게 하고; 및
    상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 상기 계산된 양에 기초하여 상기 가중치를 변경하게 하는,
    명령어들이 또한 저장되는, 명령어들을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
16. 제15항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 제1 EM 센서 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서에 각각 적용되는 복수의 가중치를 포함하되, 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 실행시, 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스로 하여금:
    환자의 관강 네트워크를 나타내는 모델에 액세스하게 하고,
    상기 EM 필드의 좌표 프레임과 상기 모델의 좌표 프레임 사이의 매핑을, (i) 상기 하나 이상의 베이스라인 값 및 (ii) 상기 하나 이상의 업데이트된 값: 중 적어도 하나에 기초하여 계산하게 하며, 및
    상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 상기 매핑을 계산함에 있어서 상기 하나 이상의 업데이트된 값을 사용하는 것을 자제하게 하는,
    명령어들이 또한 저장되는, 명령어들을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
17. 제12항에 있어서,
    실행시, 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스로 하여금:
    상기 제1 EM 센서 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서의 서로에 대한 상대적 위치, 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서의 서로에 대한 적어도 하나의 방위의 상대적 각도, 및 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서에 의해 생성되는 공간의 영역: 중 적어도 하나를 계산하게 하는,
    명령어들이 또한 저장되는, 명령어들을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
18. 전자기(EM) 왜곡을 검출하는 방법으로서,
    적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 제1 시간에서, 상기 제1 시간에서의 제1 EM 센서의 위치를 나타내는 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 상기 제1 시간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하는 단계로서, 상기 제1 EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호의 상기 제1 세트를 생성하도록 구성되는, 상기 계산하는 단계;
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 제1 시간 이후의 시간 기간 동안의 상기 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 상기 제1 시간 이후의 상기 시간 기간에 대응하는 하나 이상의 EM 센서 신호의 상기 제1 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하는 단계;
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 하나 이상의 업데이트된 값과 상기 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값보다 더 크다는 것을 결정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 차이가 상기 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 단계;
    상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여, 상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 기구의 원위 단부에 위치한 제2 EM 센서와 관련된 가중 값을 감소시키는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, (i) 상기 기구의 상기 원위 단부에 위치한 이미지 센서에 의해 생성되되 상기 이미지 센서와 관련된 가중치에 의해 가중되는 이미지 신호에 기초하고 또한 (ii) 상기 제2 EM 센서에 의해 생성되되 상기 제2 EM 센서와 관련된 감소된 가중치에 의해 가중되는 하나 이상의 EM 센서 신호의 제2 세트로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 상기 기구의 상기 원위 단부의 위치를 결정하는 단계,
    를 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하는 방법.
19. 삭제
20. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 양을 계산하는 단계;
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 왜곡의 양의 표시를 인코딩하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 왜곡의 양의 상기 인코딩된 표시를 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성된 디스플레이로 제공하는 단계를 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하는 방법.
21. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 양을 계산하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 상기 계산된 양에 기초하여 상기 가중치를 변경하는 단계를 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하는 방법.
22. 제21항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 제1 EM 센서 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서에 각각 적용되는 복수의 가중치를 포함하되, 상기 방법은:
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 환자의 관강 네트워크를 나타내는 모델에 액세스하는 단계,
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 EM 필드의 좌표 프레임과 상기 모델의 좌표 프레임 사이의 매핑을, (i) 상기 하나 이상의 베이스라인 값 및 (ii) 상기 하나 이상의 업데이트된 값: 중 적어도 하나에 기초하여 계산하는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 상기 매핑을 계산함에 있어서 상기 하나 이상의 업데이트된 값을 사용하는 것을 자제하는 단계를 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하는 방법.
23. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 컴퓨팅 디바이스에 의해, 상기 제1 EM 센서 및 적어도 두 개의 추가 EM 센서의 서로에 대한 상대적 위치, 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서의 서로에 대한 적어도 하나의 방위의 상대적 각도, 및 상기 제1 EM 센서 및 상기 적어도 두 개의 추가 EM 센서에 의해 생성되는 공간의 영역: 중 적어도 하나를 계산하는 단계를 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하는 방법.
24. 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템으로서,
    기구의 원위 단부에 있는 EM 센서로서, 상기 EM 센서는 EM 필드의 검출에 응답하여 하나 이상의 EM 센서 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 EM 센서;
    프로세서; 및
    메모리를 포함하되, 상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
    제1 시간에서 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 베이스라인 값을, 상기 제1 시간에 대응하는 상기 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하고,
    상기 제1 시간 이후의 시간 기간 동안 상기 제1 시간에서의 상기 기구의 원위 단부의 속도를 나타내는 상기 하나 이상의 메트릭의 하나 이상의 업데이트된 값을, 상기 제1 시간 이후의 상기 시간 기간에 대응하는 상기 하나 이상의 EM 센서 신호로부터의 EM 센서 신호에 기초하여 계산하게 하며,
    상기 하나 이상의 업데이트된 값과 상기 하나 이상의 베이스라인 값 사이의 차이가 임계 값 보다 더 크다는 것을 결정하게 하며,
    상기 차이가 상기 임계 값보다 더 큰 것에 응답하여 상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하게 하며,
    상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 상기 EM 센서와 관련된 가중치를 감소하게 하며, 및
    상기 EM 센서와 관련된 상기 감소된 가중치에 의해 가중된 상기 하나 이상의 EM 센서 신호에 기초하여 상기 기구의 원위 단부의 위치를 결정하게 하는, 컴퓨터 실행 가능 명령어들을 저장하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
25. 삭제
26. 제24항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
    상기 기구의 움직임에 영향을 주도록 구성되는 하나 이상의 기구 드라이버를 갖는 로봇 시스템과 통신하게 하는,
    컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
27. 제26항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
    상기 제1 시간 이후의 상기 시간 기간 동안 상기 기구의 현재의 위치 및 방위를 유지하기 위한 명령어들을 상기 로봇 시스템으로 제공하게 하는
    컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하되,
    상기 하나 이상의 업데이트된 값을 계산하는 것은, 상기 기구의 상기 현재의 위치 및 방위를 유지하기 위한 상기 명령어들을 상기 로봇 시스템으로 제공하는 것에 응답하여 수행되는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
28. 제24항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
    상기 하나 이상의 업데이트된 값 및 상기 하나 이상의 베이스라인 값에 기초하여 상기 EM 필드에서의 상기 왜곡의 양을 계산하게 하고,
    상기 왜곡의 상기 양의 표시를 인코딩하게 하며, 및
    상기 인코딩된 표시를, 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이로 제공하게 하는,
    컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
29. 제24항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금:
    상기 EM 필드가 왜곡되었다는 것을 결정하는 것에 응답하여 상기 EM 필드가 왜곡되었다는 표시를 인코딩하게 하고, 및
    상기 인코딩된 표시를, 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이로 제공하게 하는,
    컴퓨터 실행 가능 명령어들을 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.
30. 제24항에 있어서,
    상기 하나 이상의 메트릭은, 상기 기구의 상기 원위 단부의 선형 속도, 상기 기구의 상기 원위 단부의 각속도, 및 인디케이터 값에서의 변화: 중 적어도 하나를 더 포함하는, 전자기(EM) 왜곡을 검출하도록 구성되는 시스템.