KR102620057B1 - 순응형 입력 맵핑을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

순응형 입력 맵핑을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

환자 해부구조 내의 의료 기구를 제어하기 위한 제어 시스템을 사용하는 방법은 환자 해부구조에 대해 의료 기구를 국소화시키는 단계 및 국소화된 의료 기구에 대한 환경 인자를 식별하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 환경 인자로부터 결정되는 움직임 축척조정 파라미터를 수신하는 단계 및 조작자 프레임 내의 조작자 입력 장치 이동으로부터 입력 지시를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 해부학적 프레임 내의 의료 기구 이동을 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하는 단계를 포함한다. 맵핑 단계는 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 단계를 포함한다.

Description

순응형 입력 맵핑을 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR ADAPTIVE INPUT MAPPING}
본 출원은 2014년 8월 22일에 출원된 "SYSTEMS AND METHODS FOR ADAPTIVE INPUT MAPPING"이라는 제목의 미국 가특허 출원 62/040,774에 대한 우선권 및 그 출원일의 이점을 청구하며, 이 문헌은 그 전문이 본원에 참조로 통합된다.
본 개시내용은 수술 절차를 실행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 더 구체적으로는 환자의 해부구조 내의 의료 기구의 움직임을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최소 침습 의료 기술은 의료 절차 도중 손상되는 조직의 양을 감소시켜, 환자 회복 시간, 불편함, 및 해로운 부작용을 감소시키도록 의도된다. 이러한 최소 침습 기술은 환자 해부구조의 자연적 구멍을 통해 또는 하나 이상의 수술적 절개부를 통해 행해질 수 있다. 임상의는 목표 조직 위치에 도달하기 위해 이들 자연적 구멍 또는 절개부를 통해 의료 도구를 삽입할 수 있다. 의료 도구는 치료 기구, 진단 기구, 및 수술 기구 같은 기구를 포함한다. 목표 조직 위치에 도달하기 위해, 최소 침습 의료 도구는 폐, 결장, 장, 신장, 심장, 순환 계통 등 같은 해부학적 계통 내의 자연적으로 또는 수술적으로 생성된 통로를 항행할 수 있다.
일부 의료 기구는 사용자 제어 장치의 사용을 통해 조작 제어될 수 있다. 구체적으로, 사용자 제어 장치의 소정 움직임이 의료 기구의 대응하는 이동을 유발한다. 환자 상해의 위험을 감소시키기 위해서, 사용자 제어 장치와 의료 기구 사이의 효과적이고 안전한 움직임 맵핑을 제공하는 시스템 및 방법이 필요하다.
(특허문헌 1) 국제공개공보 WO 2011/150050호 (2011.12.01.)
(특허문헌 2) 국제공개공보 WO 2006/056738호 (2006.06.01.)
본 발명의 실시형태는 이하에 따라오는 청구항에 의해 요약된다.
일 실시형태에서, 환자 해부구조 내의 의료 기구를 제어하는 제어 시스템을 사용하는 방법은 환자 해구구조에 대해 의료 기구를 국소화시키는 단계 및 국소화된 의료 기구에 대한 환경 인자를 식별하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 환경 인자로부터 결정되는 움직임 축척조정 파라미터를 수신하는 단계 및 조작자 프레임 내의 조작자 입력 장치 이동으로부터 입력 지시를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 해부학적 프레임 내의 의료 기구 이동을 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하는 단계를 포함한다. 맵핑 단계는 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 환자 해부구조 내의 의료 기구를 제어하는 제어 시스템을 사용하는 방법은 의료 기구의 원위 팁과 식별된 해부학적 영역 사이의 거리를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 거리에 기초한 움직임 축척조정 파라미터를 수신하는 단계 및 조작자 프레임 내의 조작자 입력 장치 이동으로부터 입력 지시를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 해부학적 프레임 내의 의료 기구 이동을 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하는 단계를 포함한다. 맵핑 단계는 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 환자 해부구조 내의 의료 기구를 제어하는 제어 시스템을 사용하는 방법은 조작자 프레임 내의 조작자 입력 장치 이동으로부터 입력 지시를 수신하는 단계 및 입력 지시에 기초하여 제어 인자를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 제어 인자로부터 결정되는 움직임 축척조정 파라미터를 수신하는 단계 및 해부학적 프레임 내의 의료 기구 이동을 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하는 단계를 포함한다. 맵핑 단계는 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 의료 기구 시스템은 해부학적 프레임 내의 환자 해부구조 내에서 이동가능한 원위 팁 및 조작자 프레임 내에서 이동가능한 조작자 입력 장치를 포함하는 의료 기구를 포함한다. 제어 시스템은, 프로세서, 및 프로세서에 의해 실행될 때 시스템이 의료 기구를 환자 해부구조의 모델에 대해 국소화시키게 하는 기계 판독가능 명령어를 포함하는 메모리를 포함한다. 기계 판독가능 명령어는 또한 프로세서가 모델에 기초하여 국소화된 의료 기구에 대한 환경 인자를 식별하게 하며 환경 인자로부터 결정되는 움직임 축척조정 파라미터를 수신하게 한다. 기계 판독가능 명령어는 또한, 프로세서가 조작자 입력 장치로부터 입력 지시를 수신하게 하며, 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 것을 포함하여 의료 기구를 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하게 한다.
다른 실시형태에서, 의료 기구 시스템은 해부학적 프레임 내의 환자 해부구조 내에서 이동가능한 원위 팁 및 조작자 프레임 내에서 이동가능한 조작자 입력 장치를 포함하는 의료 기구를 포함한다. 제어 시스템은, 프로세서, 및 프로세서에 의해 실행될 때 시스템이 의료 기구의 원위 팁과 식별된 해부학적 영역 사이의 거리를 결정하게 하는 기계 판독가능 명령어를 포함하는 메모리를 포함한다. 기계 판독가능 명령어는 또한 시스템이 거리에 기초한 움직임 축척조정 파라미터를 수신하게 하며 조작자 입력 장치로부터 입력 지시를 수신하게 한다. 기계 판독가능 명령어는 또한, 시스템이 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 것을 포함하여 의료 기구를 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하게 한다.
다른 실시형태에서, 의료 기구 시스템은 해부학적 프레임 내의 환자 해부구조 내에서 이동가능한 원위 팁 및 조작자 프레임 내에서 이동가능한 조작자 입력 장치를 포함하는 의료 기구를 포함한다. 시스템은 또한, 프로세서 및, 프로세서에 의해 실행될 때 시스템이 조작자 입력으로부터 입력 지시를 수신하게 하는 기계 판독가능 명령어를 포함하는 메모리를 포함하는, 제어 시스템을 포함한다. 기계 판독가능 명령어는 또한, 시스템이 입력 지시에 기초하여 제어 인자를 결정하게 하며, 제어 인자로부터 결정되는 움직임 축척조정 파라미터를 수신하게 한다. 기계 판독가능 명령어는 또한, 시스템이 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 것을 포함하여 의료 기구를 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하게 한다.
본 개시내용의 양태는 첨부된 도면과 함께 판독될 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 업계의 표준 관례에 따르면, 다양한 특징부들이 축척에 맞게 도시되지 않았음이 강조된다. 사실, 다양한 특징부들의 치수는 설명을 명확하게 하기 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다. 또한, 본 개시내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간단 및 명료함을 위한 것이며 그 자체가 설명되는 다양한 실시형태들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하는 것은 아니다.
도 1은 본원에 설명된 원리의 일례에 따른 예시적인 원격조작 의료 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시내용의 양태를 이용하는 의료 기구 시스템을 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 본원에 설명된 원리의 일례에 따른 예시적인 축척조정 시나리오를 도시하는 도면이다.
도 4는 본원에 설명된 원리의 일례에 따른 모델 환자 해부구조를 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본원에 설명된 원리의 일례에 따른 통로의 단면 크기에 기초한 예시적인 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본원에 설명된 원리의 일례에 따른 관심 지점까지의 거리에 기초한 예시적인 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본원에 설명된 원리의 일례에 따른 기구의 명령된 위치와 실제 위치 사이의 차이에 기초한 예시적인 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 8은 임피던스 힘에 기초한 예시적인 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다.
도 9는 본원에 설명된 원리의 일례에 따른 순응형 입력 제어 맵핑을 위한 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 개시내용의 원리의 이해를 도모하기 위해, 도면에 예시된 실시형태를 참조하며, 이를 설명하기 위해 구체적인 표현이 사용될 것이다. 그럼에도, 본 개시내용의 범위의 제한이 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 양태의 다음의 상세한 설명에서, 개시되는 실시형태의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 개시내용의 실시형태는 이러한 구체적인 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 공지된 방법, 절차, 구성요소, 및 회로는 본 발명의 실시형태의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다.
설명된 장치, 기구, 방법에 대한 임의의 변형 및 추가 수정과, 본 개시내용의 원리의 임의의 추가 적용은 본 개시내용과 관련되는 통상의 기술자에 일반적으로 도출해 낼 수 있는 것으로 충분히 생각된다. 특히, 일 실시형태와 관련하여 설명된 특징, 구성요소, 및/또는 단계는 본 개시내용과 관련하여 설명된 특징, 구성요소, 및/또는 단계와 조합될 수 있다는 것이 충분히 생각된다. 또한, 본원에 제공된 치수는 구체적인 예를 위한 것이며, 본 개시내용의 개념을 실행하기 위해 상이한 크기, 치수, 및/또는 비율이 이용될 수 있다는 것이 생각된다. 필요 없는 설명 반복을 피하기 위해, 하나의 예시적인 실시형태에 따라서 설명되는 하나 이상의 구성요소 또는 작용은 다른 예시적인 실시형태로부터 적용되는 바에 따라 사용되거나 생략될 수 있다. 간결함을 위해, 이러한 조합의 많은 반복을 개별적으로 설명하지 않는다. 간략화를 위해, 일부 경우 동일하거나 유사한 부분을 언급하기 위해 도면 전체에서 동일한 참조 번호가 사용된다.
이하의 실시형태는 3차원 공간에서의 다양한 기구와 그 상태와 관련한 기구의 부분들에 관하여 설명한다. 본원에서 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. 본원에서 사용되는 바와 같이, "배향"이라는 용어는 대상 또는 대상의 일부분의 회전 배치(3개의 회전 자유도 - 예를 들어, 롤링, 피치, 및 요)를 지칭한다. 본원에서 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(6개 까지의 총 자유도). 본원에서 사용되는 바와 같이, "형상"이라는 용어는 대상물을 따라 측정된 일련의 자세, 위치, 또는 배향을 지칭한다.
도면 중 도 1을 참조하면, 예를 들어, 진단, 치료 또는 수술 절차를 포함하는 의료 절차에 사용하기 위한 원격조작 의료 시스템은 전체가 참조 번호 100으로 표시되어 있다. 설명되는 바와 같이, 본 개시내용의 원격조작 의료 시스템은 외과의사의 원격조작 제어하에 있다. 대안적인 실시형태에서, 원격조작 의료 시스템은 절차 또는 하위절차를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터의 부분적 제어하에 있을 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태에서, 절차 또는 하위절차를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터의 전체적 제어 하에서 완전 자동화 의료 시스템이 사용되어 절차 또는 하위절차를 수행할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 원격조작 의료 시스템(100)은 일반적으로 환자(P)에 대해 다양한 절차를 실행함에 있어서 의료 기구 시스템(104)을 조작하기 위한 원격조작 조립체(102)를 포함한다. 의료 기구의 이동은 해부학적 기준 프레임(XA, YA, ZA) 내에서 실행된다. 조립체(102)는 환자(P)가 위치되는 수술대(O)에 또는 그 부근에 장착된다. 의료 기구 시스템(104)은 원격조작 조립체(102)에 조작가능하게 결합된다. 조작자 입력 시스템(106)은 외과의사 또는 다른 유형의 임상의사(S)가 수술 부위의 또는 수술 부위를 나타내는 영상을 관찰하고 의료 기구 시스템(104)의 조작을 제어하는 것을 허용한다.
대안적인 실시형태에서, 원격조작 시스템은 1개 초과의 조종기 조립체를 포함할 수 있다. 조종기 조립체의 정확한 개수는 다른 인자 중에서 수술 절차 및 수술실 내의 공간 제약에 의존할 것이다.
조작자 입력 시스템(106)은, 통상적으로 수술대(O)와 동일한 방 안에 위치되는 외과의사의 콘솔에 위치될 수 있다. 그러나, 외과의사(S)는 환자(P)와 다른 방 또는 완전히 다른 건물에 위치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 조작자 입력 시스템(106)은 일반적으로 의료 기구 시스템(104)을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 장치(들)를 포함할 수 있다. 제어 장치의 이동은 조작자 기준 프레임(XO, YO, ZO) 내에서 추적된다. 제어 장치(들)는 손잡이, 조이스틱, 트랙볼, 데이터 글러브, 트리거 건, 수조작식 제어기, 음성 인식 장치, 터치 스크린, 신체 움직임 또는 존재 센서 등과 같은 임의의 수의 다양한 입력 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 외과의사가 수술 현장에 존재하는 것처럼 직접적으로 기구를 제어하는 강한 느낌이 들도록, 제어 장치(들)가 기구와 일체라는 인식인 원격현존감(telepresence)을 외과의사에게 제공하기 위해 제어 장치(들)에는 원격조작 조립체의 의료 기구와 동일한 자유도가 제공될 것이다. 다른 실시형태에서, 제어 장치(들)는 연계된 의료 기구보다 많거나 적은 자유도를 가질 수 있으며, 여전히 외과의사에게 원격현존감을 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어 장치(들)는 6개 자유도로 이동하며 또한 (예를 들어, 파지 조오(grasping jaw) 폐쇄, 전극에 대한 전위 인가, 의료 처치 전달 등을 위해) 기구를 작동시키기 위해 작동가능 손잡이를 포함할 수 있는 수동 입력 장치이다.
원격조작 조립체(102)는 의료 기구 시스템(104)을 지지하고, 하나 이상의 비-서보 제어 링크의 운동학적 구조(예를 들어, 일반적으로 셋업 구조라 지칭되는 제 위치에 수동 위치설정 및 고정될 수 있는 하나 이상의 링크)와 원격조작 조종기를 포함할 수 있다. 원격조작 조립체(102)는 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(112))으로부터의 명령에 응답하여 의료 기구 시스템(104)에 대한 입력을 구동하는 복수의 액추에이터 또는 모터를 포함한다. 모터는, 의료 기구 시스템(104)에 결합될 때, 의료 기구를 자연적으로 또는 수술적으로 형성된 해부학적 구멍 안으로 전진시킬 수 있는 구동 시스템을 포함한다. 다른 전동 구동 시스템이 의료 기구의 원위 단부를 다중 자유도로 이동시킬 수 있고, 이러한 다중 자유도는 3개 선형 움직임 자유도(예를 들어, X, Y, Z 데카르트 축을 따른 선형 움직임) 및 3개 회전 움직임 자유도(예를 들어, X, Y, Z 데카르트 축 둘레에서의 회전)를 포함할 수 있다. 추가로, 모터는 생검 장치 등의 조오에 조직을 파지하기 위해 기구의 관절식 엔드 이펙터(end effector)를 작동시키도록 사용될 수 있다.
또한, 원격조작 의료 시스템(100)은 원격조작 조립체의 기구에 대한 정보를 수신하기 위해 하나 이상의 하위시스템을 갖는 센서 시스템(108)을 포함한다. 이런 하위시스템은 위치 센서 시스템(예를 들어, 전자기(EM) 센서 시스템)과, 카테터 팁 및/또는 기구 시스템(104)의 가요성 몸체를 따른 하나 이상의 세그먼트의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세 및/또는 형상을 결정하기 위한 형상 센서 시스템, 및/또는 카테터 시스템의 원위 단부로부터 영상을 포착하기 위한 가시화 시스템을 포함할 수 있다.
가시화 시스템(예를 들어, 도 2의 가시화 시스템(231))은, 수술 부위의 동시 또는 실시간 영상이 외과의사 콘솔에 제공되도록 관찰 스코프 조립체(이하에서 더 상세하게 설명됨)를 포함할 수 있다. 동시 영상은 예를 들어 수술 부위 내에 위치되는 내시경에 의해 포착되는 2차원 또는 3차원 영상일 수 있다. 본 실시형태에서, 가시화 시스템은 의료 기구(104)에 일체로 또는 제거가능하게 결합될 수 있는 내시경 구성요소를 포함한다. 그러나, 대안 실시형태에서, 별개의 조종기 조립체에 부착되는 별개의 내시경이 수술 부위를 영상화하기 위해 의료 기구와 함께 사용될 수 있다. 가시화 시스템은 제어 시스템(112)(이하에서 설명됨)의 프로세서를 포함할 수 있는 1개 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호작용하거나 그것에 의해 다른 방식으로 실행되는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다.
또한, 원격조작 의료 시스템(100)은 수술 부위의 영상 또는 표현을 표시하기 위한 표시 시스템(110)과, 센서 시스템(108)의 하위시스템에 의해 생성된 의료 기구 시스템(들)(104)을 포함할 수 있다. 표시장치(110)와 조작자 입력 시스템(106)은 조작자가 원격현존감을 인지하면서 조작자 입력 시스템(106)과 의료 기구 시스템(104)을 제어할 수 있도록 배향될 수 있다.
표시 시스템(110)은 또한 가시화 시스템에 의해 포착된 수술 부위 및 의료 기구의 영상을 표시할 수 있다. 표시장치(110) 및 제어 장치는, 조작자가 마치 실질적으로 실존하는 작업공간을 관찰하는 것처럼 의료 기구(104) 및 손 제어를 조종할 수 있도록, 스코프 조립체 및 의료 기구 내의 영상화 장치의 상대 위치가 외과의사의 눈 및 손의 상대 위치와 유사하도록 배향될 수 있다. 실존은, 영상의 표현이 기구(104)를 물리적으로 조종하고 있는 조작자의 관점을 모사하는 실제적 원근 영상인 것을 의미한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 표시장치(110)는 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기 공명 영상화(MRI), 형광투시, 열조영, 초음파, 광 간섭 단층촬영(OCT), 열 영상화, 임피던스 영상화, 레이저 영상화, 또는 나노튜브 X-선 영상화 같은 영상화 기술을 사용하여 수술전에 기록 및/또는 모델링된 수술 부위의 영상을 제시할 수 있다. 제시된 수술전 영상은 2차원, 3차원, 또는 4차원 영상을 포함할 수 있다. 제시된 수술전 또는 수술중 영상은 2차원, 3차원 또는 4차원(예를 들어, 시간 기반 또는 속도 기반 정보 포함) 영상과 영상을 재현하기 위한 관련 영상 데이터 세트를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 표시장치(110)는, 의료 기구(104)의 팁의 위치에서의 내부 수술 부위의 가상 영상을 외과의사(S)에게 제시하도록 수술전 또는 동시성 영상과 의료 기구(104)의 실제 위치가 정합되는(예를 들어, 동적으로 참조되는) 가상 항행 영상을 표시할 수 있다. 기구(104)의 팁의 영상 또는 다른 그래픽 또는 문자숫자 지시자가 의료 기구를 제어하는 외과의사를 보조하기 위해 가상 영상에 중첩될 수 있다. 대안적으로, 기구(104)는 가상 영상에서 보이지 않을 수 있다.
다른 실시형태에서, 표시장치(110)는 외부 또는 내부 관점으로부터 수술 부위 내의 의료 기구의 가상 영상을 외과의사(S)에게 제시하기 위해 의료 기구의 실제 위치가 수술전 또는 동시성 영상과 정합되어 있는 가상 항행 영상을 표시할 수 있다. 의료 기구 또는 다른 그래픽 또는 문자숫자 표시자의 일부의 영상이 기구(104)를 제어하는 외과의사를 보조하기 위해 가상 영상에 중첩될 수 있다.
또한, 원격조작 의료 시스템(100)은 제어 시스템(112)을 포함한다. 제어 시스템(112)은 의료 기구 시스템(104), 조작자 입력 시스템(106), 센서 시스템(108), 및 표시 시스템(110) 사이의 제어를 실행하기 위해서 적어도 하나의 메모리 및 적어도 하나의 프로세서(도시되지 않음), 통상적으로는 복수의 프로세서를 포함한다. 또한, 제어 시스템(112)은 본원에 개시된 양태에 따라 설명된 방법 중 일부나 모두를 구현하도록 프로그램된 명령어(예를 들어, 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체)를 포함한다. 제어 시스템(112)이 도 1의 단순화된 개요에 단일 블록으로서 도시되어 있지만, 시스템은 둘 이상의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있고, 이러한 처리의 한 부분은 선택적으로 원격조작 조립체(102) 상에서 또는 그에 인접한 위치에서 수행될 수 있고, 이러한 처리의 다른 부분은 조작자 입력 시스템(106)에서 수행되는 등등일 수 있다. 매우 다양한 집중식 또는 분산식 데이터 처리 아키텍처들 중 임의의 것이 채용될 수 있다. 유사하게, 프로그램된 명령어는 다수의 별개의 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나 이들은 본원에서 설명된 원격조작 시스템의 다수의 다른 양태에 통합될 수 있다. 일 실시형태에서, 제어 시스템(112)은 블루투스(Bluetooth), IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT 및 와이어리스 텔레메트리(Wireless Telemetry) 같은 무선 통신 프로토콜을 지원한다.
일부 실시형태에서, 제어 시스템(112)은 의료 기구 시스템(104)으로부터 힘 및/또는 토크 피드백을 수신하는 하나 이상의 서보 제어기를 포함할 수 있다. 이 피드백에 응답하여, 서보 제어기는 조작자 입력 시스템(106)에 신호를 전송한다. 서보 제어기(들)는 또한 신체 내의 개구를 통해 환자 신체 내의 내부 수술 부위로 연장되는 의료 기구 시스템(들)(104)을 이동시킬 것을 원격조작 조립체(102)에 지시하는 신호를 전송할 수 있다. 임의의 적합한 종래의 또는 특화된 서보 제어기가 사용될 수 있다. 서보 제어기는 원격조작 조립체(102)와 별개이거나 그와 일체화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 서보 제어기 및 원격조작 조립체는 환자의 신체에 인접하게 위치된 원격조작 아암 카트의 일부로서 제공된다.
제어 시스템(112)은 의료 기구 시스템(들)(104)에 대한 항행 보조를 제공하도록 가상 가시화 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 가상 가시화 시스템을 사용한 가상 항행은 해부학적 통로의 3차원 구조와 관련하여 취득된 데이터세트에 대한 참조에 기초한다. 더 구체적으로, 가상 가시화 시스템은 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기 공명 영상화(MRI), 형광투시, 열조영, 초음파, 광 간섭 단층촬영(OCT), 열 영상화, 임피던스 영상화, 레이저 영상화, 나노튜브 X-선 영상화 등과 같은 영상화 기술을 사용하여 영상화된 수술 부위의 영상을 처리한다. 기록된 영상을 부분적 또는 전체적 해부학적 장기 또는 해부학적 영역의 세그먼트화된 2차원 또는 3차원 복합 표현으로 변환하기 위해 소프트웨어가 단독 또는 수동 입력과 조합되어 사용된다. 영상 데이터 세트는 복합 표현과 연관된다. 복합 표현 및 영상 데이터 세트는 통로의 다양한 위치 및 형상과 그 연결성을 설명한다. 복합 표현을 생성하기 위해 사용되는 영상은 임상 절차 동안 수술전에 또는 수술중에 기록될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 가상 가시화 시스템은 표준 표현(즉, 환자에 특정되지 않음) 또는 표준 표현과 환자 특정 데이터의 혼합을 사용할 수 있다. 복합 표현 및 복합 표현에 의해 생성된 임의의 가상 영상은 하나 이상의 움직임 단계 동안(예를 들어, 폐의 흡기/호기 주기 동안)의 변형가능한 해부학적 영역의 정적 자세를 나타낼 수 있다.
가상 항행 절차 동안, 센서 시스템(108)은 환자 해부구조에 관한 기구의 근사 위치를 연산하기 위해 사용될 수 있다. 상기 위치는 환자 해부구조의 거시 수준 추적 영상 및 환자 해부구조의 가상 내부 영상의 양자 모두를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 수술전 기록된 수술 영상, 예컨대 가상 가시화 시스템으로부터의 영상과 함께 의료 기구를 정합 및 표시하기 위해 광섬유 센서를 사용하는 다양한 시스템이 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 출원 제13/107,562호(2011년 5월 13일 출원)("Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomical Structure for Image-Guided Surgery"를 개시)는 한가지 이러한 시스템을 개시하고 있으며, 이 문헌은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합된다.
원격조작 의료 시스템(100)은 조명 시스템, 조향 제어 시스템, 관류 시스템, 및/또는 흡입 시스템과 같은 선택적 조작 및 지원 시스템(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 원격조작 시스템은 하나보다 많은 원격조작 조립체 및/또는 하나보다 많은 조작자 입력 시스템을 포함할 수 있다. 조종기 조립체의 정확한 개수는 다른 인자 중 수술 절차 및 수술실 내의 공간 제약에 의존할 것이다. 조작자 입력 시스템은 함께 위치될 수 있거나 분리된 위치에 위치될 수 있다. 다수의 조작자 입력 시스템은 1명을 초과하는 조작자가 1개보다 많은 조종기 조립체를 다양한 조합으로 제어하는 것을 허용한다.
도 2는 원격조작 의료 시스템(100)의 의료 기구 시스템(104)으로서 사용될 수 있는 의료 기구 시스템(200)을 예시한다. 대안적으로, 의료 기구 시스템(200)은 비-원격조작 탐색 절차를 위해, 또는 내시경검사 같은 전통적인 수조작 의료 기구를 동반하는 절차에 사용될 수 있다.
기구 시스템(200)은 기구 몸체(204)에 결합되는 카테터 시스템(202)을 포함한다. 카테터 시스템(202)은 근위 단부(217) 및 원위 단부 또는 팁 부분(218)을 갖는 세장형 가요성 카테터 몸체(216)를 포함한다. 일 실시형태에서, 가요성 몸체(216)는 대략 3 mm의 외경을 갖는다. 다른 가요성 몸체 외경은 더 크거나 더 작을 수 있다. 카테터 시스템(202)은 몸체(216)를 따른 1개 이상의 세그먼트(224) 및/또는 원위 단부(218)의 카테터 팁의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세 및/또는 형상을 결정하기 위해 형상 센서(222)를 선택적으로 포함할 수 있다. 원위 단부(218)와 근위 단부(217) 사이의 몸체(216)의 전체 길이는 세그먼트(224)로 효과적으로 분할될 수 있다. 기구 시스템(200)이 원격조작 의료 시스템(100)의 의료 기구 시스템(104)인 경우, 형상 센서(222)는 센서 시스템(108)의 구성요소일 수 있다. 기구 시스템(200)이 수동적으로 조작되거나 다른 방식으로 비-원격조작 절차를 위해 사용되는 경우, 형상 센서(222)는 형상 센서에 질의하고 수신된 형상 데이터를 처리하는 추적 시스템(230)에 결합될 수 있다.
형상 센서(222)는 가요성 카테터 몸체(216)와 정렬된 광섬유를 포함할 수 있다(예를 들어, 내부 채널(도시되지 않음) 내에 제공되거나 외부적으로 장착됨). 일 실시형태에서, 광섬유는 대략 200 ㎛의 직경을 갖는다. 다른 실시형태에서, 치수는 더 크거나 더 작을 수 있다.
형상 센서 시스템(222)의 광섬유는 카테터 시스템(202)의 형상을 결정하기 위한 광섬유 굴곡 센서를 형성한다. 일 대안에서, FBG(Fiber Bragg Grating)를 포함하는 광섬유가 1개 이상의 차원으로 구조의 변형 측정을 제공하기 위해 사용된다. 3차원으로 광섬유의 형상 및 상대 위치를 감시하는 다양한 시스템 및 방법이 미국 특허 출원 제11/180,389호(2005년 7월 13일 출원)("Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto"를 개시), 미국 특허 출원 제12/047,056호(2004년 7월 16일 출원)("Fiber-optic shape and relative position sensing"를 개시), 및 미국 특허 제6,389,187호(1998년 6월 17일 출원)("Optical Fibre Bend Sensor"를 개시)에 설명되어 있으며, 이들은 그 전문이 본원에 참조로 통합된다. 대안적인 실시형태의 센서는 레일리 산란(Rayleigh scattering), 라만 산란(Raman scattering), 브릴루앙 산란(Brillouin scattering), 및 형광 산란(Fluorescence scattering) 같은 다른 적절한 변형 감지 기술을 채용할 수 있다. 광섬유는 카테터 시스템(202)의 적어도 일부의 형상을 감시하기 위해 사용될 수 있다. 더 구체적으로는, 광섬유를 통과하는 광은 카테터 시스템(202)의 형상을 검출하고 그 정보를 이용하여 수술 절차를 보조하기 위해 처리된다. 센서 시스템(예를 들어, 센서 시스템(108))은 카테터 시스템(202)의 형상을 결정하기 위해 사용되는 광을 발생시키고 검출하기 위한 질의 시스템을 포함할 수 있다. 이 정보는 결국 의료 기구 시스템의 부분들의 속도 및 가속도 같은 다른 관련된 변수를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 감지는 원격조작 시스템에 의해 작동되는 자유도로만 한정될 수 있거나, 또는 수동적(예를 들어, 조인트 사이의 강성 부재의 비작동 굴곡) 및 능동적(예를 들어, 기구의 작동 이동)인 것의 양자 모두에 적용될 수 있다.
다른 대안적인 실시형태에서, 카테터의 형상은 다른 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 카테터의 원위 팁 자세의 이력이 시간 간격에 걸친 장치의 형상을 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예로서, 호흡 같은 교번적인 움직임의 주기를 따른 기구 시스템의 알려진 지점에 대한 이력적 자세, 위치, 또는 배향 데이터가 저장될 수 있다. 이 저장된 데이터는 카테터에 대한 형상 정보를 제작하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 카테터를 따라 위치되는 EM 센서 같은 일련의 위치 센서가 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 절차 동안의 기구 시스템 상의 EM 센서 같은 위치 센서로부터의 데이터의 이력이, 특히 해부학적 통로가 일반적으로 정적인 경우에, 기구의 형상을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 외부 자기장에 의해 제어되는 위치 또는 배향을 갖는 무선 장치가 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 무선 장치의 위치의 이력은 항행되는 통로에 대한 형상을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
의료 기구 시스템은 위치 센서 시스템(220)을 선택적으로 포함할 수 있다. 위치 센서 시스템(220)은 외부적으로 발생된 전자기장을 받을 수 있는 1개 이상의 도전성 코일을 포함하는 센서(220)를 갖는 EM 센서 시스템의 구성요소일 수 있다. EM 센서 시스템(220)의 각각의 코일은 외부적으로 발생된 전자기장에 대한 코일의 위치 및 배향에 의존하는 특성을 갖는 유도 전기 신호를 생성한다. 일 실시형태에서, EM 센서 시스템은 6개의 자유도, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 기초 점의 피치, 요, 및 롤을 나타내는 3개의 배향 각도 또는 5개의 자유도, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 기초 점의 피치 및 요를 나타내는 2개의 배향 각도를 측정하도록 구성 및 위치될 수 있다. EM 센서 시스템의 추가적인 설명이 미국 특허 제6,380,732호(1999년 8월 11일 출원)("Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked"를 개시)에 제공되어 있으며, 이 문헌은 그 전문이 본원에 참조로 통합된다.
추적 시스템(230)은 기구(200)를 따른 1개 이상의 세그먼트(224) 및 원위 단부(218)의 위치, 배향, 속력, 자세, 및/또는 형상을 결정하기 위한 위치 센서 시스템(220) 및 형상 센서 시스템(222)을 포함할 수 있다. 추적 시스템(230)은 제어 시스템(116)의 프로세서를 포함할 수 있는 1개 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호작용하거나 또는 그것에 의해 다른 방식으로 실행되는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 그 조합으로서 구현될 수 있다.
가요성 카테터 몸체(216)는 보조 기구(226)를 수용하도록 크기조정 및 형성되는 채널을 포함한다. 보조 기구는 예를 들어 영상 포착 프로브, 생검 기구, 레이저 절제 섬유, 또는 다른 수술, 진단, 또는 치료 도구를 포함할 수 있다. 보조 도구는 스칼펠(scalpel), 무딘 블레이드, 광섬유, 또는 전극 같은 단일 작업 부재를 갖는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 다른 엔드 이펙터는 예를 들어 집게, 파지기, 시저스(scissors), 또는 클립 적용기를 포함할 수 있다. 전기 활성화 엔드 이펙터의 예는 전기수술 전극, 트랜스듀서, 센서 등을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 보조 도구(226)는 표시를 위해 가시화 시스템(231)에 의해 처리되는 영상(비디오 영상을 포함)을 포착하기 위한 가요성 카테터 몸체(216)의 원위 단부(218)의 또는 그 부근의 스테레오스코픽(stereoscopic) 또는 모노스코픽(monoscopic) 카메라를 갖는 원위 부분을 포함하는 영상 포착 프로브일 수 있다. 영상 포착 프로브는 포착된 영상 데이터를 전송하기 위해 카메라에 결합된 케이블을 포함할 수 있다. 대안적으로, 영상 포착 기구는 가시화 시스템에 결합되는 파이버스코프 같은 광섬유 번들일 수 있다. 영상 포착 기구는 예를 들어 1개 이상의 가시광, 적외선 또는 자외선 스펙트럼으로 영상 데이터를 포착하는 단일 또는 다중 스펙트럼형일 수 있다.
보조 기구(226)는 기구의 원위 단부를 제어가능하게 굴곡시키기 위해 기구의 근위 단부와 원위 단부 사이에서 연장되는 케이블, 연동구, 또는 다른 작동 제어부(도시되지 않음)를 수용할 수 있다. 조향가능 기구가 미국 특허 제7,316,681호(2005년 10월 4일 출원)("Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity"를 개시) 및 미국 특허 출원 제12/286,644호(2008년 9월 30일 출원)("Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments"를 개시)에 설명되어 있으며, 이 문헌들은 그 전문이 본원에 참조로 통합된다.
가요성 카테터 몸체(216)는 또한 예를 들어 원위 단부의 파선 표시(219)에 의해 도시된 바와 같이 원위 단부(218)를 제어가능하게 굴곡시키기 위해 하우징(204)과 원위 단부(218) 사이에서 연장되는 케이블, 연동구, 또는 다른 조향 제어부(도시되지 않음)를 수용할 수 있다. 조향가능 카테터가 미국 특허 출원 제13/274,208호(2011년 10월 14일 출원)("Catheter with Removable Vision Probe”를 개시)에 상세하게 설명되어 있으며, 이 문헌은 그 전문이 본원에 참조로 통합된다. 기구 시스템(200)이 원격조작 조립체에 의해 작동되는 실시형태에서, 하우징(204)은 원격조작 조립체의 전동 구동 요소에 제거가능하게 결합되며 그로부터 동력을 수취하는 구동 입력부를 포함할 수 있다. 기구 시스템(200)이 수조작되는 실시형태에서, 하우징(204)은 기구 시스템의 움직임을 수동으로 제어하기 위한 파지 특징, 수동 액추에이터, 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 카테터 시스템은 조향가능할 수 있거나, 또는 대안적으로 시스템은 기구 굴곡의 조작자 제어를 위한 통합형 기구가 없는 상태로 조향불가능할 수 있다. 또한 또는 대안적으로, 의료 기구가 목표 수술 위치에서 통해서 전개될 수 있으며 사용될 수 있는 1개 이상의 내강이 가요성 몸체(216)의 벽에 형성된다.
다양한 실시형태에서, 의료 기구 시스템(200)은 폐의 검사, 진단, 생검, 또는 처치에서 사용하기 위한 기관지경 또는 기관지 카테터 같은 가요성 기관지 기구를 포함할 수 있다. 시스템(200)은 또한, 결장, 장, 신장, 뇌, 심장, 순환 계통 등을 포함하는 임의의 다양한 해부학적 계통의 자연적 또는 수술적으로 형성된 연결 통로를 통한 다른 조직의 항행 및 처치에 적합하다.
추적 시스템(230)으로부터의 정보는, 그것이 기구(200)의 제어에서의 사용을 위해 표시 시스템(110) 상에서 외과의사 또는 다른 조작자에게 실시간 위치 정보를 제공하기 위해 가시화 시스템(231)으로부터의 정보 및/또는 수술전 획득 모델과 조합되는, 항행 시스템(232)에 송신될 수 있다. 제어 시스템(116)은 기구(200)를 위치시키기 위한 피드백으로서의 위치 정보를 이용할 수 있다. 수술 기구를 수술 영상과 정합시키고 표시하기 위해 광섬유 센서를 사용하는 다양한 시스템이 "Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomical Structure for Image-Guided Surgery"를 개시하고 있는 2011년 5월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제13/107,562호에 제공되어 있으며, 이 문헌은 그 전문이 본원에 참조로 통합된다.
도 2의 실시형태에서, 기구(200)는 원격조작 의료 시스템(100) 내에서 원격조작된다. 대안적인 실시형태에서, 원격조작 조립체(102)는 직접적인 조작자 제어에 의해 교체될 수 있다. 직접적인 조작 대안에서, 다양한 손잡이 및 조작자 인터페이스가 기구의 헨드 헬드 조작을 위해 포함될 수 있다.
원격조작 의료 시스템에서, 조작자 입력 시스템(예를 들어, 입력 시스템(106))에서의 제어 장치는 환자 내의 의료 기구(예를 들어, 기구(104))의 원위 팁의 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 더 구체적으로는, 조작자 프레임 내의 제어 장치의 이동은 일련의 입력 지시로서 기록된다. 입력 지시는 환자 해부학적 기준 프레임 내의 의료 기구의 이동을 제어하는 일련의 출력 지시를 생성하기 위해 맵핑된다. 제어 이동은, 3차원 변위(X, Y, 및 Z 방향 측방 이동), 3차원 회전(피치, 요, 및 롤), 속도 및 가속도를 포함하는 다양한 차원의 이동이 조작자 프레임 및 해부학적 프레임 내에서 직접적으로 대응할 수 있도록 맵핑될 수 있다. 이러한 유형의 동일성 맵핑은 1:1 맵핑 비 또는 축척을 갖는다. 대안적으로, 제어 이동은, 다양한 차원의 이동이 미리결정된 비(예를 들어, 1:1.5, 1:5)를 사용하여 제어 프레임으로부터 해부학적 프레임까지 더 높게 축척조정되도록 맵핑될 수 있다. 더 높은 축척조정은 제어 프레임 내에서보다 해부학적 프레임 내에서 더 큰 이동(예를 들어, 더 긴 거리, 더 빠른 속도)을 생성할 것이다. 대안적으로, 제어 이동은, 다양한 차원의 이동이 미리결정된 비(예를 들어, 1:0.8, 1:0.2)를 사용하여 제어 프레임으로부터 해부학적 프레임까지의 더 낮게 축척조정되도록 맵핑될 수 있다. 더 낮은 축척조정은 제어 프레임 내에서보다 해부학적 프레임 내에서 더 작은 이동(예를 들어, 더 작은 거리, 더 느린 속도)을 생성할 것이다.
도 3a 및 도 3b는 상이한 축척조정 시나리오를 예시하는 도면이다. 조작자 기준 프레임(XO, YO, ZO) 내의 조작자 제어 또는 입력 장치(400)는 해부학적 기준 프레임(XA, YA, ZA) 내의 의료 기구(410)의 움직임을 제어하기 위해 사용된다. 더 구체적으로는, 입력 지시는 제어 프레임 내의 조작자 입력 장치(400)의 이동에 기초하여 생성되며 해부학적 프레임 내의 의료 기구(410)의 이동을 위한 출력 지시에 대해 맵핑된다. 제어 장치(400) 및 의료 기구(410)는 다중 자유도 내에서 이동가능할 수 있다. 도 3a는 피치 또는 요 이동을 예시한다. 그러나, 다른 자유도가 본원에 설명된 원리에 따라 사용될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제어 장치(400)는 원래의 위치(402)로부터 2차 위치(404)까지 거리(406)로 이동될 수 있다. 위치(402)로부터 위치(404)까지의 제어 장치(400)의 이동은 거리(416)를 가로지르는 원래의 위치(412)로부터 2차 위치(414)까지의 의료 기구(410)의 대응하는 이동을 유발한다. 본 실시형태에서, 의료 기구(410)에 대한 제어 장치(400)의 이동의 축척조정된 맵핑은 제1 움직임 축척조정 파라미터에 의해 조절된다. 움직임 축척조정 파라미터는 입력 이동을 출력 이동으로 축척조정하기 위한 비이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제어 장치(400)는 원래의 위치(402)로부터 2차 위치(404)까지 거리(406)로 다시 이동될 수 있다. 본 실시형태에서, 위치(402)로부터 위치(404)까지의 제어 장치(400)의 이동은 거리(420)를 가로지르는 원래의 위치(412)로부터 2차 위치(418)까지의 의료 기구(410)의 대응하는 이동을 유발한다. 본 실시형태에서, 의료 기구(410)에 대한 제어 장치(400)의 이동의 축척조정된 맵핑은 제2 움직임 축척조정 파라미터에 의해 조절된다. 따라서, 제2 움직임 축척조정 파라미터에 비해, 제1 움직임 축척조정 파라미터는 제어 장치(400)의 동일한 움직임이 의료 기구(411) 내에서 더 낮게 축척조정되게 한다. 즉, 제어 장치(400)의 동일한 움직임에 의해, 제1 움직임 축척조정 파라미터가 맵핑에 사용되는 경우에는 의료 기구 내에서 더 작은 움직임이 발생되며, 제2 축척조정 파라미터가 맵핑에 사용되는 경우에는 의료 기구 내의 더 큰 움직임이 발생된다. 도 3a 및 도 3b는 제어 기구의 단일 이동 거리(406)에 응답하는 상이한 변위 거리(416, 420)를 예시하지만, 이동의 비를 축척조정하는 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구의 속도 또는 가속도가 또한 또는 대안적으로 축척조정될 수 있다.
고정된 미리결정된 움직임 축척조정 파라미터에 의존하지 않고, 제어 이동은 환자 해부구조 내의 측정된 인자에 기초하여 해부학적 프레임 또는 조작자 프레임 내에서 다양한 차원의 이동이 순응적으로 축척조정되도록 맵핑될 수 있다. 따라서, 제어 입력과 의료 기구 출력 사이의 맵핑의 축척은 측정된 인자가 변화함에 따라 해부학적 절차 동안 변할 수 있다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 측정된 인자는 의료 기구의 이동이 환자에게 가하게 되는 관련된 상해 위험의 지표를 제공할 수 있다. 예를 들어, 폐의 더 큰 중앙 통로에서의 의료 기구의 이동은 폐의 더 주변 영역에서의 의료 기구의 이동보다 더 낮은 환자 상해를 동반할 수 있다. 공기 통로가 더 작고, 더 부드러우며, 더 짧은 폐의 주변 영역에서의 부정확한 이동은 의료 기구가 통로 벽을 천공하게 할 수 있다. 기흉 또는 다른 유해한 상황이 초래될 수 있다. 상해 위험을 감소시키기 위해서, 주변 영역에서의 의료 기구의 움직임은, 의료 기구의 이동이 제어 장치의 이동보다 비례하여 작아지도록(예를 들어, 더 짧은 측방 거리, 더 느린 속도) 낮게 축척조정될 수 있다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 다양한 측정된 인자가 사용자 입력과 의료 기구 출력 사이에서 축척조정을 순응시키기 위해 사용될 수 있다. 이들 측정된 인자는 변할 수 있으므로, 의료 절차 전체를 통해 맵핑을 변화시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 의료 기구의 원위 팁과 주변 해부학적 영역에 대한 지식에 기초하여 움직임 축척조정 파라미터(예를 들어, 출력 이동에 대해 입력 이동을 축척조정하기 위한 비)가 결정될 수 있다. 도 4는 폐 외부 관점으로부터의 인간 폐(152)의 해부학적 모델(151)을 포함하는 복합 영상(150)을 나타낸다. 폐(152)의 모델(151)은 분절화 처리 같은 모델링 기능을 사용하여 일련의 스캐닝된 영상(예를 들어, 수술전 또는 수술중 CT 또는 MRI 영상)으로부터 발생될 수 있다. 모델(151)은 폐의 기도를 나타내는 2차원 또는 3차원 도해 영상으로서의 표시를 위해 제시될 수 있다.
폐(152)에서의 사용을 위한 의료 기구(예를 들어, 기구(104, 200))가 해부학적 기준 프레임 내에 위치된다. 의료 기구 및 원위 팁을 포함하는 의료 기구를 따른 다양한 지점의 위치, 배향, 자세 및 형상은 해부학적 기준 프레임 내에 국소화될 수 있다. 앞에서 설명된 바와 같이, 해부학적 프레임 내의 원위 팁 같은 지점의 위치는 EM 센서, 광섬유 형상 센서, 또는 형광투시 센서를 사용하여 결정될 수 있다. 의료 기구의 원위 팁을 국소화시키기 위한 다른 센서는 초음파 기반 센서, 광학 국소화 센서, 임피던스 기반 국소화 센서, 운동학적 센서, 또는 이들 센서 중 임의의 것의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 움직임 축척조정 파라미터는 국소화 센서 데이터에 직접적으로 기초하여 - 예를 들어 위치 또는 운동학적 센서에 의해 표시되는 폐 안으로의 의료 기구의 삽입 깊이, 초음파 센서에 의해 표시되는 조직의 밀도, 및/또는 형상 센서에 의해 표시되는 기구 구성에 기초하여 적용될 수 있다.
다양한 다른 실시형태에서, 모델 폐(151)는 국소화된 의료 기구(또는 적어도 기구의 일부)의 영상(154)이 복합 영상(150)과 정합되고 함께 표시될 수 있도록 해부학적 기준 프레임에 정합될 수도 있다. 복합 영상(150)은 따라서 폐(152) 내의 의료 기구의 원위 팁의 위치를 나타낸다. 의료 기구의 원위 팁은 따라서 모델에 대해 국소화되며, 의료 기구의 국소화된 원위 팁에 대한 환경 정보가 모델 및 그로부터 유도된 영상으로부터 결정될 수 있다. 복합 영상(150)은 표시 시스템(110)을 통해 표시될 수 있다. 폐(152)의 모델(151) 및 기구의 모습은 예를 들어 흡기 또는 호기 상태의 폐를 나타내도록 변할 수 있다. 기구 영상(154)은 기관지 통로(156)를 통한 기구의 전진 또는 퇴피를 나타내도록 변할 수 있다. 일부 예에서, 모델(151)은 목표 영역(160)을 포함할 수도 있다. 목표 영역(160)은 수술 기구를 위한 목적지를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 생검을 실행하는 경우, 추출될 조직은 목표 영역(160) 내에 있다.
폐(152) 내의 의료 기구의 원위 팁의 위치에 대한 지식은 그 위치에 대한 환경 정보가 수술전 또는 수술중 영상 데이터로부터 측정되는 것을 허용한다. 이러한 측정은, 예를 들어 원위 팁의 위치에서의 기도의 단면 크기, 원위 팁의 위치에서의 기도의 강성, 원위 팁과 폐의 흉막 같은 관심 해부학적 구조 사이의 거리, 또는 원위 팁과 좌측 기관지와 우측 기관지 사이의 분기점 같은 중앙 폐 영역 사이의 거리를 포함한다.
도 5a 및 도 5b는 통로(예를 들어, 통로(156))의 단면 크기(504, 506)인 측정된 인자에 기초한 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다. 도 5a는 비교적 넓은 단면 크기(504)를 갖는 통로(500) 내의 의료 기구(502)를 예시한다. 도 5b는 비교적 작은 단면 크기(506)를 갖는 통로(510) 내의 의료 기구(502)를 예시한다. 상이한 움직임 축척조정 파라미터(예를 들어, 출력 이동에 대해 입력 이동을 축척조정하기 위한 비)가 측정된 단면 크기(504, 506)로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 기구(502)의 팁(501)이 더 작은 단면 크기(506) 내에 있는 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 기구(502)의 팁(501)이 더 큰 단면 크기(504) 내에 있을 때보다 낮을 수 있다. 도 5b에 예시된 바와 같이, 더 낮은 움직임 축척조정 파라미터는 기구가 더 작은 통로 내에 있을 때 의료 기구(502)의 원위 팁(501)이 거리(D2)를 이동하게 하도록 조작자 입력 장치의 삽입 움직임을 맵핑한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 더 큰 단면 크기(504)와 연관된 더 높은 움직임 축척조정 파라미터가 의료 기구(502)의 원위 팁(501)이 거리(D1)를 이동하게 하도록 조작자 입력 장치의 동일한 삽입 움직임을 맵핑한다. 따라서, 기구의 팁(501)은 더 큰 통로에서보다 더 작은 통로에서 더 작은 이동을 위해 축척조정된다. 낮은 움직임 축척조정 파라미터가 작은 변위 출력과 연관되도록 도시되어 있지만, 그것은 또한 또는 대안적으로 작은 회전 움직임, 작은 속도 또는 작은 가속도 출력과 연관될 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 도 4를 다시 참고하면, 순응형 입력 제어 맵핑은 의료 기구의 원위 팁을 수용하는 통로(예를 들어, 통로(156))가 위치되는 해부구조의 영역의 일반적인 강성인 측정된 인자에 기초할 수 있다. 예를 들어, 원위 팁이 중앙 영역(162)에 위치되는 경우, 기도는 더 강성적인 구조 및 더 큰 강성 측도를 갖는 것으로 인식된다. 원위 팁이 주변 영역(164)에 위치되는 경우, 기도는 더 부드럽고, 더 가요성인 구성 및 더 낮은 강성 측도를 갖는 것으로 인식된다. 더 높은 움직임 축척조정 파라미터가 보다 중앙 영역 및 더 큰 강성 측도와 연관될 수 있으며, 더 낮은 움직임 축적조정 파라미터가 보다 주변 영역 및 더 낮은 강성 척도와 연관될 수 있다. 따라서, 조작자 입력 이동은 더 섬세한 기도가 더 큰 기도 천공 위험을 발생시키는 주변 영역에서 더 신중히 맵핑될 것이다(더 작은 변위, 더 느린 속도 및 가속도). 통로가 더 크고 더 강건한 보다 중앙 영역에서, 더 높은 움직임 축척조정 파라미터로 입력 제어 움직임을 맵핑하면, 환자 상해 위험이 감소되는 더 큰 해부학적 통로에서 기구가 더 큰 거리로 그리고 더 큰 속도로 더 효율적으로 이동하게 된다.
도 6a 및 도 6b는 관심 영역 또는 지점(608)까지의 거리인 측정된 인자에 기초한 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다. 도 6a는 의료 기구의 팁(604)으로부터 관심 지점(608)까지의 측정된 거리(606)가 비교적 크도록 위치되는 의료 기구(602)를 예시한다. 도 6b는 의료 기구의 팁(604)으로부터 관심 지점(608)까지의 측정된 거리(612)가 비교적 작도록 위치되는 의료 기구(602)를 예시한다.
관심 지점(608)은 해부구조 내의 다양한 위치일 수 있다. 일례에서, 관심 지점(608)은 생검 샘플을 획득하기 위한 목표 지점일 수 있다. 이러한 경우에, 의료 기구(410)의 팁(604)은 생검 바늘일 수 있다. 관심 지점(608)은 또한 폐를 둘러싸는 흉막 같은 해부구조의 고위험 부분일 수 있다. 의료 기구에 의한 흉막에의 의도하지 않은 접근은 환자에게 기흉 또는 다른 심각한 상해를 유발할 수 있다.
상이한 움직임 축척조정 파라미터(예를 들어, 출력 이동에 대해 입력 이동을 축척조정하기 위한 비)가 측정된 거리(606, 612)로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 기구(602)의 팁(604)이 관심 지점(608)에 가깝고 측정된 거리(612)가 작은 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 기구(602)의 팁(604)이 관심 지점(608)으로부터 더 먼 경우보다 작을 수 있다. 도 6b에 예시된 바와 같이, 더 낮은 움직임 축척조정 파라미터는 기구가 관심 지점(608)에 더 가까울 때 의료 기구(602)의 원위 팁(604)이 거리(D3)를 이동하게 하도록 조작자 입력 장치의 삽입 움직임을 맵핑한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 더 큰 측정된 거리(606)와 연관된 더 높은 움직임 축척조정 파라미터가 의료 기구(602)의 원위 팁(604)이 거리(D4)를 이동하게 하도록 조작자 입력 장치의 동일한 삽입 움직임을 맵핑한다. 따라서, 기구의 팁(604)은 팁이 관심 지점에 더 가까운 경우에 더 작은 이동(D3)을 위해 축척조정된다. 낮은 움직임 축척조정 파라미터가 작은 변위 출력과 연관되도록 도시되어 있지만, 그것은 또한 또는 대안적으로 작은 회전 움직임, 작은 속도 또는 작은 가속도 출력과 연관될 수 있다. 따라서, 조작자 입력 이동은, 원위 팁이 관심 지점에 더 가깝고, 목표 조직에 접근하거나 기도 천공 위험을 감소시키기 위해서 더 신중할 필요가 있을 때, 더 신중히(더 작은 변위, 더 느린 속도 및 가속도) 맵핑될 것이다. 입력 제어와 의료 기구(602)의 이동 사이의 비를 축척조정함으로써, 기구가 과도한 힘으로 관심 지점(608)에 접촉할 가능성이 줄어든다. 입력 제어 기구로부터 일정한 입력이 있더라도, 의료 기구(602)는 기구의 원위 팁과 관심 지점(608) 사이의 변화하는 측정된 거리에 기초하여 느려지고 결국 정지될 수 있다.
1개 이상의 측정 시스템이 움직임 축척조정 파라미터를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 해부구조 내의 기구 원위 팁의 위치에 대한 지식은 환자 해부구조의 수술전 또는 수술중 모델로부터 결정될 수 있다. 수술전 또는 수술중 영상 또는 모델은 또한 영상 또는 모델에서 보이는 기구의 원위 팁과 해부학적 구조 사이의 거리를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 해부구조 내의 원위 팁의 일반적인 위치, 및 따라서 특정 해부학적 구조(예를 들어, 흉막)에 관한 원위 팁의 위치는, 원위 팁의 이동에 대한 주기적인 해부학적 움직임 주기(예를 들어, 호흡)의 영향을 측정함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 폐는 더 고정된 중앙 영역에서보다 주기적인 해부학적 움직임에 응답하는 주변 영역에서 더 많이 이동할 수 있다.
또 다른 대안에서, 움직임 축척조정 파라미터를 결정하기 위해 사용되는 측정 시스템은 1개 이상의 센서에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구(예를 들어, 기구(104, 200))에 장착된 센서는, 기구가 위치되는 통로의 단면 크기를 평가하거나 기구의 원위 팁과 원위 팁 부근의 다른 해부학적 구조 사이의 거리를 평가하기 위해 사용될 수 있다. 적합한 센서는 광학 센서, 초음파 센서, 2차원 카메라, 3차원 카메라, 또는 레이저 스캐너를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카테터로부터 연장되는 섬유의 팁으로부터 진폭 변조 스캔(A-스캔)이 취해질 수 있다. A-스캔으로부터의 정보는 기구의 팁으로부터의 위치 및 배향 데이터를 사용하여 일시적으로 통합될 수 있다. 다른 예에서, 센서는 스테레오스코픽 영상화 시스템일 수 있다. 스테레오 내시경이 공간적으로 변위된 렌즈로부터 2개의 별개의 영상을 생성한다. 양 영상으로부터의 데이터를 상관시킴으로써, 3차원 데이터가 구성될 수 있다. 따라서, 스테레오스코픽 영상화 시스템은 의료 기구의 원위 팁 부근의 3차원 표면을 결정할 수 있다. 다른 예에서, 센서는 구조형 광 영상화 시스템일 수 있다. 예를 들어, 위치에 있어서 오프셋을 갖는 프로젝터가 카메라가 보는 광 패턴을 투영한다. 이 정보는 3D 표면을 재구성하기 위해 사용된다. 다른 예에서, 센서는 혈관내 초음파(IVUS) 시스템일 수 있다. IVUS 시스템은 초음파 트랜스듀서와 주변 조직 사이의 거리를 측정하기 위해 초음파 신호를 사용할 수 있다. 기구의 팁에 장착된 IVUS 프로브는 축 방향으로 초음파 신호를 출사함으로써 통로를 형성하는 3차원 표면 구조를 결정하기 위해 통로 내의 환경을 스캔하기 위해 사용될 수 있다. 일 대안적인 예에서, IVUS 프로브는 전방 대면 프로브일 수 있다. 다른 예에서, 간섭계 센서를 사용하여 조직 구조를 측정하기 위해 OCT(Optical Coherence Tomography)가 사용된다. 그것은 또한 해부학적 통로의 3차원 표면을 측정하기 위해 거리 측정기로서 사용될 수 있다. 다른 예에서, 센서는 도구-기반 측정 장치일 수 있다. 예를 들어, 생검 바늘이 프로브와 다양한 표면 사이의 거리를 측정하기 위해 연장될 수 있다. 다중 측정으로부터의 데이터가 기구가 통해서 항행하는 통로의 3차원 표면을 구성하기 위해 사용될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 측정된 거리는 제어 장치의 이동을 의료 기구에 맵핑하기 위한 움직임 축척조정 파라미터를 순응적으로 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 기구(702)의 명령된 위치와 실제 위치 사이의 거리인 측정된 인자에 기초한 예시적인 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다. 도 7a는 기구(702)의 명령된 위치(706)와 실제 위치(704) 사이의 비교적 큰 측정된 차이 또는 에러(705)를 예시한다. 도 7b는 기구(702)의 명령된 위치(708)와 실제 위치(704) 사이의 비교적 작은 측정된 차이 또는 에러(707)를 예시한다.
상이한 움직임 축척조정 파라미터(예를 들어, 출력 이동에 대해 입력 이동을 축척조정하기 위한 비)가 측정된 에러(704, 707)로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 측정된 에러가 큰 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 낮을 수 있다. 명령된 위치와 실제 위치 사이의 더 큰 측정된 에러는 기구의 원위 팁에 대한 더 큰 반작용 하중에 의해 유발될 수 있다. 따라서, 더 큰 측정된 에러는 더 작은 더 섬세한 해부학적 통로와 연관된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 입력 제어 움직임을 더 낮은 움직임 축척조정 파라미터로 맵핑하는 것은, 의료 기구의 원위 팁이 원위 팁 주위를 밀접하게 둘러싸거나 그 주위에 신장되어 있는 더 작고 더 섬세한 해부학적 통로 내에 위치하는 경우, 환자 상해의 위험을 감소시킬 수 있다. 명령된 위치(706)와 실제 위치(704) 사이의 더 큰 에러는 또한 기구가 일부 유형의 제약에 접근한 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기구는 인접하는 조직의 표면에 접촉했을 수 있고 진행할 수 없다. 이러한 경우에, 기구에 과도한 힘을 가하면 조직을 천공할 수 있으므로 그렇게 하지 않는 것이 바람직하다. 일부 경우에, 측정된 에러가 임계치를 초과하는 경우, 입력 제어 기구의 이동은 각각의 자유도에서 어떠한 이동도 유발하지 않을 것이다.
측정된 에러가 더 작은 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 더 높을 수 있다. 명령된 위치와 실제 위치 사이의 더 작은 측정된 에러는 기구의 원위 팁에 대한 반작용 하중이 거의 없는 것으로부터 유발될 수 있다. 따라서, 더 작은 측정된 에러는 더 크고 더 강한 중앙 해부학적 통로와 연관된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 입력 제어 움직임을 더 높은 움직임 축척조정 파라미터로 맵핑하는 것은, 환자 상해 위험이 감소되는 더 큰 해부학적 통로에서 기구가 더 큰 거리로 그리고 더 큰 속력으로 더 효율적으로 이동하는 것을 허용할 수 있다.
위치 센서에 있어서의 미소한 변동으로 인해, 명령된 위치와 실제 위치 사이에 작은 정도의 에러가 있는 것이 받아들여 진다. 따라서, 차이(707)가 임계 수준 아래인 경우, 명령된 위치(708)와 실제 위치(704) 사이의 차이를 위해 축척조정에 대한 조정은 행해지지 않을 수 있다. 그러나, 차이가 커짐에 따라, 입력 제어와 기구(702)의 이동 사이의 비는 기구(702)가 해부구조에 대한 손상을 유발할 가능성이 낮아지도록 증가할 것이다. 일부 경우에, 의료 기구에 대한 중력 하중이 감지될 수 있고 명령된 위치와 실제 위치 사이의 차이로부터 삭감될 수 있다. 명령된 위치와 실제 위치 사이의 차이는 모터 액추에이터의 명령된 위치와 실제 위치로부터 결정될 수 있다. 대안적으로, 에러는 광섬유 형상 센서 또는 힘 센서 같은 센서로부터 결정될 수 있다.
도 8은 기구(702)의 감지된 임피던스인 측정된 인자에 기초한 예시적인 순응형 입력 제어 맵핑을 도시하는 도면이다. 감지된 임피던스는 힘(F)을 받을 때의 기구의 움직임에 대한 반대의 측도이다. 상이한 움직임 축척조정 파라미터(예를 들어, 출력 이동에 대해 입력 이동을 축척조정하기 위한 비)가 감지된 임피던스로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 측정된 임피던스가 큰 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 낮을 수 있다. 더 큰 측정된 임피던스(및 따라서 힘(F))는 기구의 원위 팁에 대한 더 큰 반작용 하중에 의해 유발될 수 있다. 따라서, 더 큰 측정된 에러는 더 작은 더 섬세한 해부학적 통로와 연관된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 입력 제어 움직임을 더 낮은 움직임 축척조정 파라미터로 맵핑하는 것은, 의료 기구의 원위 팁이 원위 팁 주위를 밀접하게 둘러싸거나 그 주위에 신장되어 있는 더 작고 더 섬세한 해부학적 통로 내에 위치하는 경우, 환자 상해의 위험을 감소시킬 수 있다. 큰 감지된 임피던스는 또한 기구가 일부 유형의 제약에 접근한 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기구는 인접하는 조직의 표면에 접촉했을 수 있고 진행할 수 없다. 이러한 경우에, 기구에 과도한 힘을 가하면 조직을 천공할 수 있으므로 그렇게 하지 않는 것이 바람직하다. 일부 경우에, 측정된 에러가 임계치를 초과하는 경우, 입력 제어 기구의 이동은 각각의 자유도에서 어떠한 이동도 유발하지 않을 것이다.
측정된 임피던스가 더 작은 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 더 높을 수 있다. 더 작은 측정된 임피던스는 기구의 원위 팁에 대해 반작용 하중이 거의 없는 것으로부터 유발될 수 있다. 따라서, 더 작은 측정된 임피던스 또는 힘(F)은 더 크고 더 강한 해부학적 통로와 연관된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 입력 제어 움직임을 더 높은 움직임 축척조정 파라미터로 맵핑하는 것은, 환자 상해 위험이 감소되는 더 큰 해부학적 통로에서 기구가 더 큰 거리로 그리고 더 큰 속력으로 더 효율적으로 이동하는 것을 허용할 수 있다.
일부 실시형태에서, 임피던스 또는 힘(F)은 의료 기구의 움직임을 동작시키는 모터를 위한 모터 전류의 측정으로부터 결정될 수 있다. 대안적으로, 임피던스 또는 힘(F)은 측정된 기구 형상(예를 들어, 광섬유 형상 센서) 및 기구의 강성 특징으로부터 결정될 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 순응형 입력 제어 맵핑은 조작자 입력 장치의 측정된 역학에 기초할 수 있다. 상이한 움직임 축척조정 파라미터(예를 들어, 출력 이동에 대한 입력 이동을 축척조정하기 위한 비)가 조작자 입력 장치의 측정된 역학으로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 조작자 입력 장치가 높은 측정된 속도 또는 가속도 같은 높은 측정된 역학을 갖는 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 더 높을 수 있다. 따라서, 조작자 입력 장치가 빠르게 이동하는 경우, 의료 기구 이동은 제어 장치만큼 빠르게 또는 그보다 더 빠르게 이동하도록 축척조정될 수 있다. 조작자 입력 장치가 더 느린 측정된 속도 또는 가속도 같은 더 낮은 측정된 역학을 갖는 경우, 움직임 축척조정 파라미터는 더 낮을 수 있다. 따라서, 조작자 입력 장치가 느리게 이동하는 경우, 의료 기구 이동은 조작자 입력 장치보다 더 느리게 이동하도록 축척조정될 수 있다.
도 9는 순응형 입력 제어 맵핑을 위한 예시적인 방법(900)을 도시하는 흐름도이다. 본 예에 따르면, 방법(900)은 움직임 축척조정 파라미터를 수신하기 위한 프로세스(902)를 포함한다. 움직임 축척조정 파라미터는 의료 기구의 원위 팁의 출력 이동에 대해 조작자 입력 장치에서의 입력 이동을 축척조정하기 위한 비이다. 움직임 축척조정 파라미터는 의료 기구가 의료 절차 동안 해부구조를 통해 이동함에 따라 환자 해부구조 내의 환경 조건에 순응하여 변할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 움직임 축척조정 파라미터는, 해부학적 통로의 단면 거리, 해부학적 통로의 강성, 및 기구와 고위험 영역 사이의 거리 같은 기구 환경 인자를 포함하는 1개 이상의 측정된 인자로부터 결정된다. 측정된 인자는 또한 또는 대안적으로 제어 장치 이동의 속도 또는 가속도 성분 같은 조작자 입력 장치 이동에 대한 동적 파라미터를 포함할 수 있다. 측정된 인자는 또한 의료 기구의 명령된 움직임과 실제 출력 움직임 사이의 에러 값을 포함할 수 있다. 측정된 인자는 또한 의료 기구의 명령된 움직임을 위한 힘 또는 임피던스 값을 포함할 수 있다.
방법(900)은 조작자 입력 장치 이동으로부터의 입력 지시를 수신하기 위한 프로세스(904)를 더 포함한다. 조작자가 조작자 기준 프레임 내에서 조작자 입력 장치를 이동시킴에 따라, 제어 시스템은 의료 기구에 대해 이동을 맵핑하기 위해 사용되는 이동에 대한 입력 지시를 수신한다.
방법(900)은 입력 지시를 의료 기구를 이동시키기 위한 출력 지시에 대해 맵핑하기 위한 프로세스(906)를 더 포함한다. 맵핑 프로세스(906)는 출력 지시를 발생시키기 위해서 입력 지시에 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 단계를 포함한다. 의료 기구가 해부학적 통로 내에서 이동하고 움직임 축척조정 파라미터가 변화하는 해부학적 환경 또는 다른 측정된 인자에 응답하여 변화함에 따라, 출력 이동에 대한 입력 이동의 맵핑은 실시간으로 조정된다.
본 개시내용의 시스템 및 방법은 폐의 연결된 기관지 통로를 위해 사용될 수 있다. 시스템 및 방법은, 결장, 장, 신장, 뇌, 심장, 순환 계통 등을 포함하는 임의의 다양한 해부학적 계통의 자연적 또는 수술적으로 형성된 연결 통로를 통한 다른 조직의 항행 및 처치에 적합할 수도 있다. 본 개시내용의 방법 및 실시형태는 비수술적 용례에도 적합하다.
본 발명의 실시형태의 1개 이상의 요소는 제어 처리 시스템(112) 같은 컴퓨터 시스템의 프로세서에서 실행하기 위해 소프트웨어로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현될 때, 본 발명의 실시형태의 요소는 본질적으로 필요한 임무를 실행하기 위한 코드 세그먼트이다. 전송 매체 또는 통신 링크에 의해 반송파로 구현되는 컴퓨터 데이터 신호의 방식으로 다운로드될 수 있었던 프로그램 또는 코드 세그먼트는 프로세서 판독가능 저장 매체 또는 장치에 저장될 수 있다. 프로세서 판독가능 저장 장치는 광학 매체, 반도체 매체, 및 자기 매체를 포함하는, 정보를 저장할 수 있는 임의의 매체를 포함할 수 있다. 프로세서 판독가능 저장 장치 예는 전자 회로; 반도체 장치, 반도체 메모리 장치, ROM(read only memory), 플래시 메모리, (EPROM)(erasable programmable read only memory); 플로피 디스켓, CD-ROM, 광학 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 저장 장치를 포함한다. 코드 세그먼트는 인터넷, 인트라넷 등과 같은 컴퓨터 네트워크를 통해 다운로드될 수 있다.
제시된 프로세스 및 표시는 본질적으로 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에 관련되지 않을 수 있다는 것을 유의하라. 다양한 범용 시스템이 본원의 교시에 따라 프로그램과 함께 사용될 수 있거나, 또는 설명된 동작을 실행하기 위해 더 특화된 장치를 구성하는 것이 편리한 것으로 드러날 수 있다. 다양한 이러한 시스템을 위해 필요한 구성은 청구항의 요소들로서 나타날 것이다. 또한, 본 발명의 실시형태는 임의의 특정 프로그래밍 언어를 참조하여 설명되지 않는다. 본원에 설명된 바와 같이 본 발명의 교시를 구현하기 위해 다양한 프로그램밍 언어가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 소정 예시적인 실시형태를 첨부의 도면에서 설명하고 도시하였지만, 이러한 실시형태는 단지 넓은 발명의 예시이고 그에 대한 제한이 아니며, 다양한 다른 변형이 통상의 기술자에게 발견될 수 있기 때문에 본 발명의 실시형태는 도시되고 설명된 특정 구성 및 배치로 한정되지 않음을 이해할 것이다.

Claims (51)

  1. 의료 기구 시스템이며,
    제어 시스템을 통해 이동가능한 의료 기구에 결합된 조작자 입력 장치를 포함하고,
    상기 제어 시스템은,
    프로세서와,
    기계 판독가능 명령어를 포함하는 메모리를 포함하고,
    기계 판독가능 명령어는, 프로세서에 의해 실행될 때 제어 시스템이,
    조작자 입력 장치로부터 입력 지시를 수신하는 단계와,
    측정된 인자를 결정하는 단계와,
    측정된 인자에 기초하여 제1 움직임 축척조정 파라미터를 결정하는 단계로서, 제1 움직임 축척조정 파라미터의 값은 측정된 인자의 값에 기초하는, 제1 움직임 축척조정 파라미터를 결정하는 단계와
    의료 기구를 위한 출력 지시에 대해 입력 지시를 맵핑하는 단계로서, 맵핑 단계는 출력 지시를 생성하기 위해 입력 지시에 제1 움직임 축척조정 파라미터를 적용하는 단계를 포함하는, 맵핑 단계와,
    출력 지시에 따라 의료 기구를 이동시키는 단계와,
    측정된 인자의 값의 변화에 기초하여 제2 움직임 축척조정 파라미터를 결정하는 단계를 수행하게 하고,
    제2 움직임 축척조정 파라미터는 제1 움직임 축척조정 파라미터와 다른,
    의료 기구 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 측정된 인자는 조작자 입력 장치의 이동에 대한 동적 파라미터를 포함하는, 의료 기구 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 동적 파라미터는 조작자 입력 장치 이동의 속도 성분인, 의료 기구 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 속도 성분이 속도 임계치를 초과하는 경우, 제1 움직임 축척조정 파라미터는 1:1보다 높은, 의료 기구 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 속도 성분이 속도 임계치 미만인 경우, 제1 움직임 축척조정 파라미터는 1:1보다 낮은, 의료 기구 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 동적 파라미터는 조작자 입력 장치 이동의 가속도 성분인, 의료 기구 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 측정된 인자는 의료 기구의 명령된 움직임과 의료 기구의 출력 움직임 사이의 에러 값을 포함하는, 의료 기구 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 에러 값이 에러 임계치를 초과하는 경우, 제1 움직임 축척조정 파라미터는 1:1보다 낮은, 의료 기구 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 에러 값이 에러 임계치 미만인 경우, 제1 움직임 축척조정 파라미터는 1:1보다 높은, 의료 기구 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 의료 기구에 대한 중력 하중이 에러 값으로부터 제거되는, 의료 기구 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 에러 값은 의료 기구 상의 형상 센서로부터 결정되는, 의료 기구 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 측정된 인자는 관심 해부학적 구조에 대한 의료 기구의 적어도 일부의 위치에 기초하는, 의료 기구 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 측정된 인자는 해부학적 구조 내부로 의료 기구의 적어도 일부의 삽입 깊이에 기초하는, 의료 기구 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 측정된 인자는 의료 기구의 원위 팁이 위치하는 기도의 단면 크기에 기초하는, 의료 기구 시스템.
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