KR20160013003A - 수술 기구에 일체로 통합된 추적 마커 및 이 기구의 추적 방법 - Google Patents

Abstract

휴대용 수술 장치(handheld surgical apparatus)의 견고한 위치방향부는 그 구조 내에 일체로 통합된 3D 추적 마커를 가지고 있어서, 적절한 추적부를 사용하여 추적할 수 있다. 상기 추적부는 2D 영상 추적부일 수 있으며, 비-스테레오성 광학 추적부일 수 있다. 상기 추적 마커는, 장치를 제조하는 동안에 일체로 통합될 수 있다. 상기 수술 장치를 채택한 수술 모니터링 시스템은 상기 추적부와, 적어도 2개의 비-평행선을 따라 배치된 적어도 3개의 식별 가능한 위치 포인트를 가지는 단일 기준 레퍼런스를 더욱 포함한다. 사전 스캔 과정에서 단지 기준점의 일부만이 스캐너에 의해 관측될 수 있음에도, 상기 기준 레퍼런스의 사전 스캔 데이터에 근거하여, 상기 기준 레퍼런스의 위치 및 방향은 위치 포인트를 사용하여 결정된다. 설정된 위치 포인트와 추적부로부터 얻어지는 영상 정보에 근거하여, 추적 마커의 위치 및 방향을 결정하기 위한 연계된 방법이 제공된다.

Description

기준 레퍼런스의 위치 및 방향을 결정하기 위한 방법{METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION AND ORIENTATION OF A FIDUCIAL REFERENCE}

본 발명은 위치 모니터링 하드웨어 및 소프트웨어에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 의료 시술 과정에서 기준 레퍼런스의 위치 및 방향을 결정하는 것에 관한 것이다.

수술 절차(surgical procedure)를 관찰하고 모니터링하기 위한 시각적 및 다른 감각적 시스템이 공지되어 있다. 이러한 관찰 및 모니터링 시스템을 사용하여, 컴퓨터가 보조하는(computer aided) 수술이 현재 가능하며, 실제로 일상적으로 수행되고 있다. 이러한 절차에서, 컴퓨터 소프트웨어는 환자의 임상적 영상 및 현재의 수술 절차로부터 관찰된 수술 영상과 상호작용하여, 수술을 수행할 때 외과의에게 안내한다. 예를 들면, 하나의 공지된 시스템에서, 캐리어 어셈블리(carrier assembly)는 환자의 턱뼈에 대하여 정확하게 반복될 수 있는 위치로 부착 요소attachment element)의 상부에 적어도 하나의 기준 마커(fiducial marker)를 가지고 있는데, 이 기준 마커와 환자의 턱뼈 사이에 위치등록(registration)을 제공하기 위하여 이 캐리어 어셈블리를 채택하고, 이 위치등록을 사용하여 드릴링 어셈블리(drilling assembly)를 안내하는 추적 시스템(tracking system)을 채택함으로써, 치아 임플란트를 이식한다. 이러한 상대적으로 새로운 컴퓨터 구현 기술을 구비하여, 추가적인 개량은 수술 절차의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.

제 1 측면에서, 견고한 위치방향부(positioning and orientation portion)와, 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합된(monolithically integrated) 3차원 추적 마커(tracking marker)를 포함하는 장치가 제공된다. 본 발명의 상기 장치는 견고한 위치방향부와, 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합되어 있는 3차원 추적 마커를 포함하는 의료 기구(medical instrument)일 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 의료 기구는 수동식 의료 기구(medical hand instrument)일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 수동식 의료 기구는 수동식 수술 기구(surgical hand instrument)일 수 있다. 상기 일체로 통합된 추적 마커는 그 위치 및/또는 그 방향이 결정될 수 있는 형상을 가질 수 있다. 보다 상세하게, 상기 일체로 통합된 추적 마커는, 그 위치 및/또는 그 방향이 2차원 영상 추적부(two-dimensional imaging tracker)에 의하여 결정될 수 있는 형상일 수 있다. 상기 추적 마커는, 그 위치 및/또는 그 방향이 결정될 수 있는 위치방향 표시부(positioning and orienting markings)를 포함할 수 있으며, 상기 위치방향 표시부는 상기 추적 마커에 일체로 통합될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 위치방향 표시부는, 상기 추적 마커 상에 필사(scribed) 또는 음각(engraved)될 수 있다.

다른 측면에서, 시야(field of view)를 가지는 추적부(tracker); 견고한 위치방향부(positioning and orientation portion)를 포함하는 수술기구; 및 상기 수술기구의 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합되어 있으며, 상기 추적부의 시야 내에 있을 경우에 상기 추적부에 의해 추적될 수 있는 3차원 추적 마커(tracking marker)를 포함하는 수술 모니터링 시스템이 제공된다. 상기 추적 마커는, 그 위치 및/또는 방향이, 2차원 영상 추적부일 수 있는 추적부에 의해 결정될 수 있는 형상 및/또는 표시를 가질 수 있다. 위치방향 표시부는 상기 추적 마커에 일체로 통합될 수 있다.

또 다른 측면에서, 장치의 3차원적으로 추적 가능한 견고한 위치방향부(positioning and orientation portion)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합된 3차원 추적 마커를 제조하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 견고한 위치방향부를 제조하는 동안에 위치방향 표시부는 상기 추적 마커에 일체로 통합될 수 있다.

또 다른 측면에서, 시야를 가지는 추적부(tracker); 및 표시부를 가지는 3차원 추적 마커(tracking marker)로서, 상기 표시부는 회전 방향으로 비대칭 패턴으로 배열된 다수의 콘트라스팅부(contrasting portions)를 포함하는 3차원 추적 마커를 포함하는 수술기구를 포함하며, 상기 3차원 추적 마커는, 상기 추적부의 시야 내에서 상기 추적부에 의해 추적 가능하고, 상기 수술 기구의 견고한 위치방향부(positioning and orientation portion)에 일체로 통합되어 있는 수술 모니터링 시스템이 제공된다. 상기 표시부는 상기 추적 마커에 일체로 통합될 수 있으며, 상기 추적 마커 상에 필사(scribed), 음각(engraved), 각인(stamped), 또는 양각(embossed)될 수 있다. 상기 추적부는 비-스테레오(non-stereo) 광학 추적부(optical tracker)일 수 있다. 상기 수술 모니터링 시스템은, 적어도 2개의 비-평행선(non-parallel lines)을 따라 배치된 적어도 3개의 식별 가능한 위치를 가지는 단일 기준 레퍼런스 포인트(single fiducial reference points)를 더욱 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 식별 가능한 위치 포인트일 수 있다. 상기 다수의 위치 포인트는 3차원으로 배열될 수 있다.

또 다른 측면에서, 기준 레퍼런스(fiducial reference)의 위치 및 방향을 3차원으로 결정하기 위한 방법으로서, 상기 기준 레퍼런스의 일부가 스캐너(scanner)에 의해 관측될 수 있도록 상기 기준 레퍼런스를 배치하는 단계; 상기 스캐너로부터, 상기 스캐너에 의해 관측될 수 있는 상기 기준 레퍼런스의 일부의 스캔 데이터(scan data)를 얻는 단계; 데이터베이스로부터, 상기 기준 레퍼런스 상의 위치 포인트에 관하여 설정된 기하학적 정보를 얻는 단계로서, 상기 기하학적 정보는 상기 기준 레퍼런스의 구조에 대한 상기 위치 포인트의 3차원 좌표를 포함하는 단계; 상기 스캔 데이터 내에서, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 적어도 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 적어도 3개의 위치 포인트를 식별하는 단계; 및 상기 스캔 데이터와, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 상기 적어도 3개의 식별된 위치 포인트의 좌표로부터 상기 기준 레퍼런스의 상기 3차원 위치 및 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 위치 포인트를 포함할 수 있으며, 상기 다수의 포인트는 3차원으로 배열될 수 있다. 상기 적어도 3개의 위치 포인트는, 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 4개의 위치 포인트일 수 있다. 상기 방법은, 상기 데이터베이스 내에 상기 설정된 기하학적 정보를 저장하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

상기 기준 레퍼런스가 상기 스캐너에 의해서만 부분적으로 관측되는 경우에 스캐너로부터 스캔 데이터를 사용하여 표시된 기준 레퍼런스의 위치 및 방향을 결정하기 위한, 위에서 적용한 것과 같은 동일한 방법이 상기 추적 마커에 대해서도 또한 적용될 수 있다. 이러한 점에서, 추적 마커(tracking marker)의 위치 및 방향을 3차원으로 결정하기 위한 방법으로서, 상기 추적 마커의 일부가 추적부(tracker)에 의해 관측될 수 있도록 상기 추적 마커를 배치하는 단계; 상기 추적부로부터, 상기 추적부에 의해 관측될 수 있는 상기 추적 마커의 일부의 영상 정보를 얻는 단계; 데이터베이스로부터, 상기 추적 마커 상의 위치 포인트(location points)에 관하여 설정된(predetermined) 기하학적 정보를 얻는 단계로서, 상기 기하학적 정보는 상기 추적 마커의 구조에 대한 상기 위치 포인트의 3차원 좌표를 포함하는 단계; 상기 영상 정보 내에서, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 적어도 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 적어도 3개의 위치 포인트를 식별하는 단계; 및 상기 영상 정보와, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 상기 적어도 3개의 식별 가능한 위치 포인트의 좌표로부터 상기 추적 마커의 상기 3차원 위치 및 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 위치 포인트를 포함할 수 있다. 상기 다수의 포인트는 3차원으로 배열될 수 있다. 상기 적어도 3개의 위치 포인트는, 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 4개의 위치 포인트일 수 있다. 상기 방법은, 상기 데이터베이스 내에 상기 설정된 기하학적 정보를 저장하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

첨부하는 도면과 함께 본 발명의 실시형태의 후술하는 설명을 참조함으로써, 본 발명의 상기에서 언급하였거나 다른 특징 및 목적, 그러한 특징 및 목적을 달성하기 위한 방식은 보다 명백해질 것이며, 본 발명 자체는 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태가 이용될 수 있는 네트워크 시스템의 개략적인 모식도(diagrammatic view)이다.
도 2는 컴퓨팅 시스템(서버 또는 클라이언트, 또는 적절하다면 양자 모두)의 블록도로서, 이 컴퓨팅 시스템은 선택적인 입력 장치(예: 키보드, 마우스, 터치스크린 등) 및 출력 장치, 하드웨어, 네트워크 접속(network connection), 하나 이상의 프로세서 및 데이터 및 모듈을 위한 메모리/저장부(storage)를 구비하고 있으며, 본 발명의 실시형태와 함께 컨트롤러 및 디스플레이로서 이용될 수 있다.
도 3a-j는 본 발명의 실시형태에 따른 수술 모니터링 시스템의 하드웨어 컴포넌트(hardware component)의 도면이다.
도 4a-c는 본 발명의 위치등록 방법의 일 실시형태를 도시하는 플로 차트 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 추적 폴(tracking pole)과 치과용 드릴(dental drill)을 구비한 치과용 기준키(fiducial key)의 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 기준키, 내시경, 생검바늘(biopsy needle)을 보여주고 있는 내시경 수술 부위의 도면이다.
도 7은 일체로 통합된 추적 마커의 실시형태를 보여주는 생검 바늘으 도면이다.
도 8a는 도 3a-e 및 도 3g-j의 기준 레퍼런스의 보다 상세한 도면이다.
도 8b는 도 3a-e 및 도 3g-j의 기준 레퍼런스의 부분 버전을 도시하고 있다.
다수의 도면 전체에서 상응하는 참조 문자는 상응하는 부분을 가리킨다. 비록 도면이 본 발명의 실시형태를 나타내지만, 이들 도면은 반드시 동일한 비율은 아니며, 본 발명을 더욱 잘 예시하고 설명할 수 있도록 어떤 특징들은 과장되어 있을 수 있다. 플로 차트와 스크린 숏은 또한 본질상 대표적이지만, 본 발명의 실제 실시형태는 도면에 도시되지 않은 다른 특징 및 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 개시된 예시는 하나의 형태로 본 발명의 실시형태를 나타내지만, 그와 같은 예시는 결코 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

아래에 개시된 실시형태는 열거적이거나(exhaustive) 후술하는 상세한 설명에 개시되어 있는 정확한 형태로 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 아니다. 오히려, 본 기술분야에서의 통상의 기술자가 개시된 실시형태에서의 교시(敎示)를 활용할 수 있도록 실시형태가 선택되고 설명되어 있다.

후술하는 상세한 설명은, 영숫자(alphanumeric) 문자 또는 다른 정보를 나타내는 컴퓨터 메모리 내에서 데이터 비트 상에서 작동(operation)하는 알고리즘 및 기호적 표현(symbolic representation)으로 부분적으로 제시되어 있다. 상기 하드웨어 컴포넌트(hardware components)는 특정 스캐닝 기법을 이용하여 특별한 형태 및 상대적인 방향 및 크기를 구비하고 있는 것으로 도시되어 있지만, 일반적인 경우에 통상의 기술자라면 본 발명의 교시 안에서 다양한 특별한 형태, 방향 및 스캐닝 방법이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 컴퓨터는, 영상 데이터(imaging data)를 획득하고 처리(process)하는 인터페이스를 포함하여, 일반적으로 명령(instruction)을 실행하기 위한 프로세서(processor)와, 명령 및 데이터를 저장하기 위한 메모리를 포함하고 있다. 범용(general-purpose) 컴퓨터가 그 메모리 내에 저장되어 있는 일련의 머신 인코딩된 명령(machine encoded instructions)을 가지고 있을 때, 그러한 인코딩된 명령에 따라 작동하는 컴퓨터는 특정 형태의 머신, 즉, 그 일련의 명령에 의해 구현되는(embodied) 작동을 수행하도록 특별히 구성되어 있는 컴퓨터일 수 있다. 명령의 일부는 다른 머신의 작동을 제어하는 신호를 생성하기 위하여 적합하게 바뀔 수 있으며(adapted), 따라서 명령의 일부는 이들 제어 신호를 통하여 작동하여, 컴퓨터 자체로부터 멀리 떨어져 있는 소재(materials)를 변형시킬 수 있다. 이들 설명 및 표현(representation)은 데이터 처리 분야의 통상의 기술자에 의하여, 그들의 작업 내용을 그 분야의 다른 통상의 기술자에게 가장 효율적으로 전달하는데 사용되는 수단이다.

본 명세서에서, 그리고 일반적으로, 알고리즘(algorithm)은 원하는 결과를 유도하는, 일관성 있는(self-consistent) 일련의 단계로 인식되고 있다. 이들 단계는 물리량(physical quantities)을 물리적으로 처리하는데 요구되는 단계들로서, 수술 부위 주변의 물질(matter)을 나타내는 스캐닝된 데이터(scanned data)를 관측하고 측정하는 단계들이다. 반드시 필요한 것은 아니지만, 통상적으로 이들 양(quantities)은, 저장(stored), 전송(transferred), 변형(transformed), 조합(combined), 비교(compared) 및 다른 방법으로 처리(otherwise manipulated)될 수 있는 전기적 또는 자기적 펄스 또는 신호의 형태를 갖는다. 흔히, 주로 일반적인 사용이라는 이유에서, 물리적 항목(physical items)이나 현시(manifestation)에 대한 레퍼런스(reference)로서 이들 신호를 비트(bits), 값(values), 기호(symbol), 문자, 디스플레이 데이터, 항(terms), 숫자 등으로 지칭하는 것이 편리하다는 것이 판명되었는데, 물리적 아이템이나 현시에서 이들 신호는 영상의 언더라잉 데이터(underlying data)를 확보(capture)하도록 구현되거나 표현되어 있다. 하지만, 이들 및 유사한 용어들(terms)은 모두 적절한 물리량과 연관되어 있으며, 본 명세서에서 이들 양에 적용되는 편리한 표지(label)로서 단순히 사용되고 있다는 점을 명심하여야 한다.

일부 알고리즘은 정보를 입력하는 동시에 원하는 결과를 생성하기 위하여 데이터 구조(data structure)를 이용할 수 있다. 데이터 구조는 데이터 처리 시스템에 의한 데이터 관리(data management)를 크게 촉진하며, 정교한 소프트웨어(sophisticated software) 시스템을 통하지 않고서는 접근할 수 없다(not accessible). 데이터 구조는 메모리의 정보 콘텐츠(information content)는 아니며, 오히려 데이터 구조는 메모리에 저장된 정보에 대한 물리적 구조(physical organization)를 부여하거나 현시하는(manifest) 특정 전자적 구조 요소(specific electronic structural elements)를 나타낸다. 단순한 추상화를 넘어서서, 데이터 구조는 메모리 내의 특정 전기적 또는 자기적인 구조 요소로서, 흔히 관련된 아이템(item)의 데이터 모델링 물리적 특성(data modeling physical characteristics)인 복잡한 데이터를 정확하게 나타내며, 동시에 컴퓨터 작동에서의 효율성을 증가시킨다.

아울러, 수행되는 처리작업은, 인간 오퍼레이터(human operator)에 의해 수행되는 정신적 동작과 통상적으로 연관되어 있는, 비교(comparing) 또는 추가(adding)와 같은 용어로(in terms) 흔히 언급된다. 본 발명의 일부분을 형성하는, 본 명세서에서 설명된 임의의 작동에서, 인간 오퍼레이터의 그와 같은 능력은 전혀 필요하지 않거나 대부분의 경우에 바람직하지 않으며, 이러한 작동은 기계 작동(machine operation)이다. 본 발명의 작동을 수행하기 위하여 유용한 기계는 범용 디지털 컴퓨터 또는 다른 유사한 기기를 포함한다. 모든 경우에, 컴퓨터를 작동할 때 작동하는 방법과, 컴퓨터조작(computation) 그 자체의 방법 사이에서의 구분은 인식되어야 한다. 본 발명은 전기적 또는 다른(예: 기계적, 화학적) 물리적 신호를 처리할 때 다른 원하는 물리적 현시 또는 신호를 생성할 수 있도록 컴퓨터를 작동시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 컴퓨터는 소프트웨어 모듈에서 작동하는데, 이 소프트웨어 모듈은 일련의 기계 명령(machine instructions)을 나타내는 매체(media)에 저장되어 있는 신호들의 수집소(collection)이며, 일련의 기계 명령을 통하여 컴퓨터 프로세서는 알고리즘 단계를 구현하는 기계 명령을 수행할 수 있다. 이러한 기계 명령은, 프로세서가 그 명령을 구현하도록 해석하는 실제 컴퓨터 코드일 수 있고, 또는 대안적으로는 실제 컴퓨터 코드를 획득할 수 있도록 해석되는, 이러한 명령의 고급 수준의 코딩(higher level coding)일 수 있다. 소프트웨어 모듈은 또한 하드웨어 컴포넌트를 포함할 수 있는데, 알고리즘의 일부 양상(aspect)은 명령의 결과로서가 아니라 회로(circuitry) 그 자체에 의해 수행된다.

본 발명은 또한 이들 작동을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 요구되는 목적을 위하여 특별히 구성될 수 있으며, 또는 컴퓨터 내에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 기동하거나(activated) 또는 재구성되는(reconfigured) 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 특별한 하드웨어가 필요한 것으로 명시적으로 지시하지 않는 한, 본 명세서에서 제시되는 알고리즘은 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치와 고유하게(inherently) 연계되어 있지 않다. 일부의 경우에, 컴퓨터 프로그램은 특정 프로토콜로 구성되어 있는 신호를 통하여 다른 프로그램 또는 기기(equipments)와 통신하거나 연계되어 있는데, 이 프로그램 또는 기기는 상호작용할 수 있는 특정 하드웨어 또는 프로그래밍을 필요로 하거나 필요로 하지 않을 수 있다. 특히, 본 명세서에서의 교시에 따라 기록된 프로그램이 구비되어 있는 다양한 범용 머신(general-purpose machines)이 사용될 수 있으며, 또는 요구되는 방법 단계들을 수행하기 위하여 보다 특화된(more specialized) 장치를 구성하는 것이 더욱 편리하다고 판명될 수 있다. 다양한 이들 머신을 위하여 요구되는 구조는 하기 설명으로부터 드러날 것이다.

본 발명은 "객체-지향(object-oriented)" 소프트웨어, 특히 "객체-지향" 운영 체제(operating system)를 취급할 수 있다. 이 "객체-지향" 소프트웨어는 "객체"로 편성되는데, 각각의 객체는, 그 객체로 전송되는 "메시지(message)" 또는 그 객체와 함께 발생하는 "이벤트(events)"에 응답하여 수행되는 다양한 절차("방법")를 기술하는 컴퓨터 명령의 블록을 포함한다. 예를 들면 이러한 작동은 변수의 처리, 외부 이벤트에 의한 객체의 활성화, 및 다른 객체로의 하나 이상의 메시지의 전달을 포함한다. 반드시 필요하지는 않지만, 흔히 물리적 객체는, 물리적 장치(physical device)로부터 관측된 데이터를 수집하여 소프트웨어 시스템으로 이 관측된 데이터를 전송할 수 있는 상응하는 소프트웨어 객체를 갖는다. 이러한 관측된 데이터는 단순히 편리하다는 점에서 물리적 객체 및/또는 소프트웨어 객체에서 접근할 수 있다. 따라서 후술하는 설명에서 "실제 데이터(actual data)"가 사용되는 경우, 이러한 "실제 데이터"는 기구(instrument) 자체로부터 있을 수 있고, 또는 상응하는 소프트웨어 객체 또는 모듈로부터 있을 수 있다.

메시지는 프로세스를 수행하는 임의의 기능(functions)과 지식(knowledge)을 가지는 객체들 사이에서 전송 및 수신된다. 메시지는 유저(user) 명령에 응답하여 발생하는데, 예를 들면, 이벤트를 생성하는 "마우스" 포인터로 아이콘(icon)을 활성화시키는 유저에 의해 발생된다. 또한, 메시지는 메시지의 수신에 응답하는 객체에 의해 발생될 수 있다. 객체 중 하나의 객체가 메시지를 수신할 때, 그 객체는 수신된 메시지에 상응하는 작동(메시지 절차)을 수행하고, 필요하다면, 그 작동의 결과를 돌려준다(return). 각각의 객체는 그 객체 자체의 내부 상태(인스턴스 변수, instance variables)가 저장되는 영역(region)을 가지는데, 이 영역에서 다른 객체의 접근이 허용되지 않는다. 객체-지향 시스템의 한 가지 특징은 계승(inheritance)이다. 예를 들면, 디스플레이 상에 "원(circle)"을 그리기 위한 객체는 디스플레이 상에 "외형(shape)"을 그리기 위한 다른 객체로부터 기능과 지식을 계승할 수 있다.

프로그래머는 개별적인 코드 블록(individual blocks of code)들을 기록함으로써 객체-지향 프로그래밍 언어로 "프로그램 하는데(program)", 각각의 코드 블록은 그 방법을 정의함으로써 객체를 생성한다. 메시지에 의하여 상호 통신하도록 적합하게 바뀌어 있는 이들 객체의 수집(collection)은 객체-지향 프로그램을 포함한다. 객체 지향 컴퓨터 프로그래밍은 대화형(interactive) 시스템의 모델링(modeling)을 용이하게 하는데, 이 시스템에서 시스템의 각각의 컴포넌트는 객체로 모델링 될 수 있고, 각각의 컴포넌트의 거동(behavior)은 그에 상응하는 객체의 방법에 의해 시뮬레이션 되며(simulated), 컴포넌트들 사이의 상호작용(interaction)은 객체들 사이에서 전송되는 메시지에 의해 시뮬레이션 된다.

오퍼레이터는 객체 중 하나의 객체로 메시지를 전송함으로써 객체-지향 프로그램을 포함하는 상호-연계된 객체의 수집을 유인할 수 있다(stimulate). 메시지를 수신하면 설정된(predetermined) 기능을 수행함으로써 객체가 반응하게 할 수 있는데, 설정된 기능은 하나 이상의 다른 객체에 추가적인 메시지를 전송하는 것을 포함할 수 있다. 그 다른 객체들은 수신한 메시지에 응답하여 순차적으로(in turn) 추가적인 기능을 수행할 수 있는데, 추가적인 기능은 보다 많은 메시지를 전송하는 것을 포함한다. 이러한 방식으로, 메시지와 응답의 순서는 무한정 계속될 수 있고, 또는 모든 메시지가 응답되었고 새로운 메시지가 전송되지 않을 때 종료할 수 있다. 객체-지향 언어를 활용하는 시스템을 모델링 할 때, 프로그래머는 모델링 된 시스템의 각각의 컴포넌트가 어떻게 하나의 유인(stimulus)에 반응할 것인지에 대해서만 생각하면 되고, 일부 유인에 응답하여 수행되는 작동 순서에 대해서는 생각할 필요가 없다. 이러한 작동 순서는 본질적으로 그 유인에 응답하는 객체들 사이에서의 상호작용의 결과로부터 나오며, 프로그래머에 의해 예정될 필요는 없다.

비록 객체-지향 프로그래밍이 상호-연계된 컴포넌트 시스템의 시뮬레이션을 보다 직관적(intuitive)이 되도록 할 수는 있지만, 순차적으로 구성된 프로그램(sequentially organized program)의 경우와 같이, 통상적으로 하나의 객체-지향 프로그램에 의해 수행되는 작동 순서는 소프트웨어 목록(software listing)으로부터 즉시 명백하지는 않기 때문에, 객체-지향 프로그램의 작동은 흔히 이해하기 어렵다. 또한 객체 지향 프로그램의 작동이 매우 명백하게 현시되는 것을 관측하여, 객체-지향 프로그램이 어떻게 동작하는지를 결정하는 것 역시 용이하지 않다. 관측할 수 있는 컴퓨터 출력을 생성하는 것은 통상적으로 단지 상대적으로 소수인 단계에 불과하기 때문에, 프로그램에 응답하여 컴퓨터에 의해 수행되는 대부분의 작동은 관측자에게 보이지 않는다.

후술하는 설명에서, 빈번하게 사용되는 몇 개의 용어는 본 명세서의 맥락에서 특별한 의미를 갖는다. 용어 "객체(object)"는 일련의 컴퓨터 명령 및 연계된 데이터에 관한 것으로, 유저에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 활성화 될 수 있다. 용어 "윈도 환경(windowing environment)", "윈도 실행(running in window)", 및 "객체 지향 운영 체제(object-oriented operation system)"는, 래스터 스캐닝된(raster scanned) 동영상 디스플레이(video display) 상의 갇힌 영역(bounded region) 내부와 같이 정보가 동영상 디스플레이에서 처리되고 표시되는(displayed) 컴퓨터 유저 인터페이스(computer user interface)를 나타내기 위하여 사용된다. 용어 "네트워크", "근거리 통신망(local area network)", "LAN", "광역 통신망(wide area network)", 또는 "WAN"은 컴퓨터들 사이에서 메시지가 전송될 수 있는 방식으로 연결되어 있는 2개 이상의 컴퓨터를 의미한다. 이러한 컴퓨터 네트워크에서, 하나 이상의 컴퓨터는, 통상적으로 하드디스크 드라이브와 같은 큰 저장 장치 및 프린터 또는 모뎀과 같은 주변 장치를 작동시키는 통신 하드웨어를 구비한 컴퓨터인 "서버"로서 작동한다. "워크스테이션(workstation)"이라는 용어가 사용되는 다른 컴퓨터들은 유저 인터페이스(user interface)를 제공하여, 컴퓨터 네트워크의 유저들은 공유 데이터 파일, 공통(common) 주변 장치 및 워크스테이션 상호간(inter-workstation) 통신과 같은 네트워크 자원(network resources)에 접근할 수 있다. 유저들은 컴퓨터 프로그램 또는 네트워크 자원을 활성화하여 "프로세스(process)"를 생성하는데, 프로세스는 입력 변수에 의해 결정되는 특정 작동 특성(specific operating characteristics)이 구비된 컴퓨터 프로그램의 일반적인 작동과 그 환경을 모두 포함한다. 프로세스에 유사한 것이 에이전트(agent)인데(간혹 지능형 에이전트(intelligent agent)로 호칭된다), 에이전트는 유저의 간섭 없이 몇몇 주기적인 스케줄에 따라 정보를 수집하거나 또는 몇 개의 다른 서비스를 수행하는 프로세스이다. 일반적으로, 유저에 의해 통상 제공되는 파라미터를 사용하여 에이전트는 호스트 머신(host machine) 상에서 또는 네트워크 상의 다른 몇몇 포인트에서 위치를 탐색하고, 그 에이전트의 목적과 관련된 정보를 수집하여, 그 정보를 주기적으로 유저에게 제공한다.

용어 "데스크톱(desktop)"은 그 데스크톱과 연계된 유저에게 연계된 세팅(setting)이 구비된 객체의 메뉴 또는 표시(display)를 제시하는 특정 유저 인터페이스를 의미한다. 데스크톱이 네트워크 자원에 접근할 때, 통상 원격 서버(remote server)에서 실행되는 응용 프로그램이 필요한데, 데스크톱은 응용프로그램인터페이스(Application Program Interface), 즉 API를 호출하여, 유저가 이 네트워크 자원으로 커맨드(command)를 제공하고 임의의 출력을 관측할 수 있게 한다. 용어 "브라우저(browser)"는 유저에게 반드시 명백하지는 않지만, 데스크톱과 네트워크 서버 사이에 메시지를 전송하고, 네트워크 유저의 표시 및 네트워크 유저와의 상호작용에 관여하는 프로그램을 가리킨다. 브라우저는 컴퓨터의 범-세계적 네트워크, 즉 "월드 와이드 웹(World Wide Web), 또는 간단히 "웹(Web)"에서 텍스트 정보 및 그래픽 정보를 전송하기 위한 통신 프로토콜을 활용하도록 설계되어 있다. 본 발명에 상용될 수 있는 브라우저의 예는 마이크로소프트사(Microsoft Corporation)에서 판매하는 인터넷 익스플로러(인터넷 익스플로러는 마이크로소프트사의 상표이다), 오페라 소프트웨어 ASA(Opera Software ASA)에서 만든 오페라(Opera) 브라우저 프로그램, 또는 모질라 재단(Mozilla Foundation)에서 배포하고 있는 파이어폭스(Firefox) 브라우저 프로그램(파이어폭스는 모질라 재단의 등록 상표이다)을 포함한다. 후술하는 설명은 브라우저의 그래픽 유저 인터페이스라는 면에서 그 작동을 상세히 설명하지만, 본 발명은, 그래픽 기반 브라우저의 많은 기능을 가지고 있는 텍스트 기반 인터페이스, 심지어는 음성 또는 시각적으로 활성화된 인터페이스에서도 실행될 수 있다.

브라우저 디스플레이 정보는 표준 범용 문서 생성 언어(Standard Generalized Markup Language, "SGML") 또는 하이퍼텍스트 문서 생성언어(HyperText Markup Language, "HTML")로 포맷되어 있는데(formatted), 이 2개의 언어는 모두 스크립팅 언어(scripting language)로서, 특정 ASCII 텍스트 코드를 사용하여 텍스트 문서 내에 비-시각적 코드를 내장하고 있다(embed). 이들 포맷에서의 파일들은, 인터넷과 같은 글로벌 정보 네트워크(global information network)를 포함하는 컴퓨터 네트워크를 걸쳐서 쉽게 전송될 수 있으며, 브라우저로 하여금 텍스트, 영상을 표시할 수 있게 하고, 음성 및 영상 녹음물(recordings)을 연주할 수 있게 한다. 웹은 그 통신 프로토콜과 함께 이들 데이터 파일 포맷을 활용하여 서버와 워크스테이션 사이에서 이러한 정보를 전송한다. 브라우저는 또한 확장성 문서생성 언어(eXtensible Markup Language, "XML") 파일 내에 제공되어 있는 정보를 표시할 수 있도록 프로그램 될 수 있는데, XML 파일이 있으면 브라우저는 다양한 문서형 정의(Document Type Definition, "DTD")를 사용할 수 있기 때문에 본질상 SGML 또는 HTML보다 범용적이다. 데이터 포맷팅(formatting)과 스타일시트(stylesheet) 포맷팅이 별개로 포함되어 있기 때문에(포맷팅은 정보를 표시하는 방법으로 생각될 수 있으므로 XML 파일은 데이터 및 연계된 방법을 갖는다), XML 파일은 객체로 유추될 수 있다(analogized).

위에서 정의된 것과 같이, 용어 "개인휴대정보단말기(personal digital assistant)" 또는 "PDA"는 컴퓨팅(computing), 전화, 팩스, e-메일 및 네트워킹 특징이 결합되어 있는 임의의 휴대용 모바일 기기(handheld mobile device)를 의미한다. 용어 "무선 광역 통신망(wireless wide area network)" 또는 "WWAN"은 휴대용 기기와 컴퓨터 사이에서 데이터 전송을 위한 매체(medium)로 기능하는 무선 네트워크를 의미한다. 용어 "동기화(synchronization)"는 유선 또는 무선 중 하나를 경유하여, 예를 들어 휴대용 기기인 제 1 기기와, 예를 들어 데스크톱 컴퓨터인 제 2 기기 사이에서의 정보의 교환을 의미한다. 동기화는 2개의 기기에서의 데이터가 동일(적어도 동기화 시점에서)하다는 것을 보장한다.

무선 광역 통신망에서, 통신은 아날로그, 디지털 셀룰러(digital cellular), 또는 개인휴대통신 서비스(personal communication service, "PCS") 네트워크 상의 무선 신호(radio signal)의 전송을 통하여 주로 일어난다. 신호는 극초단파(microwaves) 및 다른 전자기파를 통하여 또한 전송될 수 있다. 현재, 대부분의 무선 데이터 통신은 코드분할다중접속(code-division multiple access, "CDMA"), 시분할다중접속(time division multiple access, "TDMA"), 전 지구적 이동통신시스템(Global System for Mobile Communication, "GSM")과 같은 2세대 기술, 3세대 기술(와이드밴드(wideband) 또는 "3G"), 4세대(브로드밴드(broadband) 또는 "4G"), 개인디지털셀룰러(personal digital cellular, "PDC")를 사용하는 셀룰러 시스템을 경유하거나, 또는 어드밴스 이동전화 서비스(Advance Mobile Phone Service, "AMPS")에서 사용되고 있는 셀룰러 디지털 패킷 데이터(cellular digital packet data, "CDPD")와 같은 아날로그 시스템에서의 패킷-데이터 기술을 통하여 발생한다.

용어 "무선응용통신프로토콜(wireless application protocol)" 즉, "WAP"은 소형 유저 인터페이스가 구비된 휴대용 기기 및 모바일 기기에서 웹-기반 데이터의 전달(delivery) 및 제시(presentation)를 용이하게 하는 범용 사양(universal specification)을 의미한다. "모바일 소프트웨어(mobile software)"는 응용프로그램이 이동전화 또는 PDA와 같은 모바일 기기에서 구현될 수 있게 하는 소프트웨어 운영 체제를 가리킨다. 모바일 소프트웨어의 예는 Java 및 Java ME(Java와 Java ME는 캘리포니아 주, 산타클라라(Santa Clara) 소재의 선 마이크로시스템즈사(Sun MicroSystems, Inc.)의 상표이다), BREW(BREW는 캘리포니아 주, 샌디에고(San Diego) 소재의 퀄컴사(Qualcomm Incorporated)의 등록 상표이다), Windows Mobile(Windows는 워싱턴 주, 레드몬드(Redmond) 소재의 마이크로소프트사의 등록 상표이다), Palm OS(Palm은 캘리포니아 주, 서니베일(Sunnyvale) 소재의 팜사(Palm, Inc.)의 등록 상표이다), Symbian OS(Symbian은 영국, 런던 소재의 심비안 소프트웨어 주식회사(Symbian software Limited Corporation)의 등록 상표이다), ANDROID OS(ANDROID는 캘리포니아 주, 마운틴 뷰(Mountain View) 소재의 구글사(Google, Inc.)의 등록 상표이다), 및 iPhone OS(iPhone은 캘리포니아 주, 큐퍼티노(Cupertino) 소재의 애플사(Apple, Inc.)의 등록 상표이다), 및 Windows Phone 7이다. "모바일 앱(Mobile Apps)"은 모바일 소프트웨어를 사용하여 실행시키도록 기록된 소프트웨어 프로그램을 가리킨다.

용어 "스캔(scan)", "기준 레퍼런스(fiducial reference)", "기준 위치(fiducial location)", "마커(marker)", "추적부(tracker)", 및 "영상 정보(image information)"는 본 개시에서 특별한 의미를 갖는다. 본 개시의 목적과 관련하여, "스캔" 또는 그 파생어(derivatives)는 x-레이, 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI), 컴퓨터단층촬영(computerized tomography, CT), 초음파검사(sonography), 콘빔 컴퓨터단층촬영(cone beam computerized tomography, CBCT), 또는 환자의 정량적 공간 재현(quantitative spatial representation)을 생성하는 임의의 시스템을 가리킨다. 용어 "기준 레퍼런스" 또는 단순히 "기점(fiducial)"은 인식 가능한 고정 포인트(fixed recognizable point)로서 고유하게 식별할 수 있는(uniquely identifiable), 스캔 영상에서의 객체 또는 레퍼런스(reference)를 가리킨다. 본 명세서에서, 용어 "기준 위치"는 기준 레퍼런스가 부착(attach)되는 유용한 위치를 가리킨다. "기준 위치"는 보통 수술 부위(surgical site)에 인접할 것이다. 용어 "마커" 또는 "추적 마커(tracking marker)"는 외과 또는 치과 시술(surgical or dental procedure)의 위치에 인접한 센서에 의해 인식될 수 있는 객체 또는 레퍼런스를 가리키는데, 여기서 센서는 광센서(optical sensor), 무선식별기(radio frequency identifier, RFID), 음성 감지 센서(sonic motion detector), 자외선 또는 적외선 센서일 수 있다. 용어 "추적부"는 마커의 위치, 및 시술 중에 '실시간'으로 마커의 방향 및 움직임을 연속적으로 결정할 수 있는 기기 또는 기기들의 시스템을 가리킨다. 구현 가능한 예로서, 만약 마커가 인쇄된 표적(printed targets)으로 구성되어 있다면, 추적부는 입체카메라 쌍(stereo camera pair)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 "영상 정보(image information)"는 광학 또는 다른 방법으로 추적부에 의해서 취득되는 정보를 설명하기 위하여 사용되며, 마커의 위치 및 시술 과정에서 '실시간'으로 마커의 방향 및 이동을 연속적으로 결정하기 위하여 사용될 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 따른 컴퓨팅 환경(computing environment, 100)의 고-수준 블록도이다. 도 1은 네트워크(114)에 의해 연결되어 있는 서버(110)와 3개의 클라이언트(112)를 예시하고 있다. 설명을 간략하게 하고 명확하게 할 수 있도록 도 1에 단지 3개의 클라이언트(112)만 도시되어 있다. 컴퓨팅 환경(100)의 실시형태는 예를 들어 인터넷인 네트워크(114)에 연결되어 있는 수천 또는 수만의 클라이언트(112)를 가질 수 있다. 유저(미도시)는 클라이언트(112) 중 하나에서 소프트웨어(116)를 작동시켜, 서버(110) 및 연계된 통신 장비 및 소프트웨어(미도시)를 경유하여 네트워크(114)로 메시지를 송신 및 수신할 수 있다.

도 2는 서버(110) 또는 클라이언트(112)를 구현하기에 적절한 컴퓨터 시스템(210)의 블록도를 보여준다. 컴퓨터 시스템(210)은 버스(212)를 포함하는데, 버스(212)는, 중앙 프로세서(214), 시스템 메모리(217, 보통 RAM이지만, ROM, 플래시 RAM 또는 기타의 메모리를 또한 포함할 수 있다), 입력/출력 컨트롤러(218), 오디오 출력 인터페이스(222)를 경유하는 스피커 시스템(224)과 같은 외부 오디오 장치, 디스플레이 어댑터(226)를 경유하는 디스플레이 스크린(224), 시리얼 포트(228, 230), (키보드 컨트롤러(233)로 접속되는(interfaced)) 키보드(232), 스토리지 인터페이스(storage interface, 234), 플로피 디스크(238)를 수용하여 작동하는 디스크 드라이브(237), 파이버 채널 네트워크(Fibre channel network, 290)로 연결되어 작동하는 호스트 버스 어댑터(host bus adapter, HBA) 인터페이스 카드(235A), SCSI 버스(239)로 연결되어 작동하는 호스트 버스 어댑터(HBA) 인터페이스 카드(235B), 및 광디스크(242)를 수용하여 작동하는 광디스크 드라이브(240)와 같은 외부 장치의 컴퓨팅 시스템(210)의 주요 서브시스템을 서로 연결한다. 또한 마우스(246, 또는 다른 포인트-클릭 기기(point-and-click device), 시리얼 포트(228)를 경유하여 버스(212)에 연결됨), 모뎀(247, 시리얼 포트(230)를 경유하여 버스(212)에 연결됨), 및 네트워크 인터페이스(248, 버스(212)에 직접 연결됨)가 포함되어 있다.

버스(212)는 중앙 프로세서(214)와 시스템 메모리(217) 사이에서의 데이터 통신을 가능하게 하는데, 전술한 것과 같이, 시스템 메모리는 읽기전용메모리(ROM) 또는 플래시메모리(모두 미도시), 및 임의접근메모리(RAM, 미도시)를 포함할 수 있다. 일반적으로 RAM은 주 메모리(main memory)로서, 운영 체제 및 응용 프로그램이 그 안에 로딩되어 있다. ROM 또는 플래시 메모리는 다른 소프트웨어 코드 중에서도 기본입출력시스템(Basic input output system, BIOS)을 포함할 수 있는데, BIOS는 주변 컴포넌트와의 상호작용과 같은 기본적인 하드웨어 작동을 제어한다. 컴퓨터 시스템(210)에 상주하는 응용프로그램들은 일반적으로 하드디스크 드라이브(예컨대 고정 디스크(244)), 광디스크(예컨대, 광 드라이브(240)), 플로피 디스크 유닛(237), 또는 다른 저장 매체(storage medium)와 같은 컴퓨터 판독 매체(computer readable media)에 저장되며 이 매체를 경유하여 접근된다. 추가적으로, 네트워크 모뎀(247) 또는 네트워크 인터페이스(248) 또는 다른 통신 장비(telecommunication equipment, 미도시)를 경유하여 응용프로그램에 접근할 때, 응용프로그램들은 응용 및 데이터 통신 기술에 따라 변조된(modulated) 전자 신호의 형태일 수 있다.

컴퓨터 시스템(210)의 다른 스토리지 인터페이스와 마찬가지로, 스토리지 인터페이스(234)는 정보의 저장 및/또는 검색(retrieval)을 위하여, 고정 디스크 드라이브(244)와 같은 표준 컴퓨터 판독 매체에 연결될 수 있다. 고정 디스크 드라이브(244)는 컴퓨터 시스템(210)의 일부일 수 있고 또는 별개로 분리되어 다른 인터페이스 시스템을 통하여 접근될 수 있다. 모뎀(247)은 전화 연결 또는 인터넷서비스제공자(internet service provider, ISP, 미도시)를 경유하는 인터넷을 경유하여 원격 서버로의 직접 연결을 제공할 수 있다. 네트워크 인터페이스(248)는 POP(상호접속위치, point of presence)를 경유하는 인터넷으로의 직접 네트워크 링크를 경유하여 원격 서버로의 직접 연결을 제공할 수 있다. 네트워크 인터페이스(248)는 무선 기술을 사용하여 이러한 연결을 제공할 수 있는데, 무선 기술은 디지털 셀룰러 전화 연결, 셀룰러 디지털 패킷 데이터(CDPD) 연결, 디지털 위성 데이터 연결(digital satellite data connection) 또는 다른 연결을 포함한다.

도 3a-i의 하드웨어 컴포넌트들을 포함하고 있는, 다른 많은 장치들 또는 서브시스템(미도시)이 유사한 방식으로 연결될 수 있는데(예컨대 문서 스캐너, 디지털 카메라 등), 이들은 대안적으로 근거리 통신망, 광역 통신망, 무선 통신망 또는 통신 시스템을 통하여 연계된 컴퓨터 자원(computational resources)과 통신할 수 있다. 따라서 일반적으로 본 개시에서는 하드웨어 컴포넌트들이 컴퓨팅 자원(computing resources)에 직접 연결되어 있는 실시형태를 논의할 수 있지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 하드웨어는 컴퓨팅 자원과 원격으로 연결될 수 있다는 것을 인식한다. 반대로, 본 개시를 실행하기 위하여 도 2에 도시되어 있는 모든 장치들이 존재할 필요가 없다. 장치들 및 서브시스템들은 도 2에 도시된 것과 다른 방법으로 상호 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같은 컴퓨터 시스템의 작동은 해당 분야에서 잘 알려져 있으며, 이 출원에서 상세하게 논의되지 않는다. 본 개시를 구현할 수 있는 소프트웨어 소스 코드 및/또는 오브젝트 코드는 하나 이상의 시스템 메모리(217), 고정 디스크(244), 광디스크(242), 또는 플로피 디스크(238)와 같은 컴퓨터-판독 저장 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 시스템(210)에 제공되는 운영 체제는 다양하거나 다른 버전의 MS-DOS® (MS-DOS는 워싱턴 주, 레드몬드 소재의 마이크로소프트사의 등록 상표이다), WINDOWS® (WINDOWS는 워싱턴 주, 레드몬드 소재의 마이크로소프트사의 등록 상표이다), OS/2® (OS/2는 뉴욕 주, 아르몽크(Armonk) 소재의 IBM사(International Business Machines Corporation)의 등록 상표이다), UNIX® (UNIX는 영국, 리딩 소재의 엑스오픈사(X/Open Company Limited)의 등록 상표이다), Linux® (Linux는 오리건 주, 포틀랜드 소재의 리누스 토발즈(Linus Torvalds)의 등록 상표이다), 또는 다른 공지되거나 개발된 운영 체제 중 하나일 수 있다.

아울러, 본 명세서에서 설명되는 신호와 관련해서, 통상의 기술자라면 신호가 제 1 블록에서 제 2 블록으로 직접 전송되거나, 또는 신호가 이들 블록 사이에서 변경(modified, 예: 증폭(amplified), 감쇠(attenuated), 지연(delayed), 잠금(latched), 버퍼링(buffered), 반전(inverted), 필터링(filtered), 또는 다른 변경)될 수 있다는 것을 인식한다. 전술한 실시형태의 신호들은 한 블록에서 다음 블록으로 전송되는 것으로 특징지어지나, 신호의 정보적 및/또는 기능적인 측면이 블록들 사이에서 전송되는 한, 본 개시의 다른 실시형태는 그와 같은 직접 전송되는 신호를 대신하여 변경된 신호를 포함할 수 있다. 어느 정도, 관련된 회로(circuitry)의 물리적 한계(예컨대 어느 정도의 감쇠 및 지연이 불가피하게 있을 것이다)로 인하여, 제 2 블록에서의 신호 입력은 제 1 블록으로부터의 제 1 신호 출력에서 유래되는 제 2 신호로서 개념화될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 제 1 신호에서 유래되는 제 2 신호는 제 1 신호 또는, 회로 제한으로 인하여 또는 제 1 신호의 정보적 및/또는 최종 기능적 측면을 바꾸지 않는 다른 회로 소자(circuit element)의 통과로 인한, 제 1 신호에 대한 임의의 변경을 포함한다.

본 발명은 수술 하드웨어 및 소프트웨어 모니터링 시스템 및 방법의 실시형태에 관한 것으로, 환자가 수술에 여유가 있는 동안, 예를 들어 환자가 수술을 준비하는 동안에 이 시스템이 수술 부위를 모델화 할 수 있도록 수술 계획을 가능하게 한다. 상기 시스템은 도 3a에서 단일 기준키(single fiducial key, 10)로 표시되어 있는 특별하게 구성되는 하드웨어 피스(piece of hardware)를 사용하여, 수술의 임계 영역(critical area)에 대하여 모니터링 시스템의 추적 마커(tracking marker, 12)를 일정 방향으로 향하게 한다(orient). 단일 기준키(10)는 의도된 수술 영역에 인접한 위치로 부착되는데, 도 3a의 치과 수술 영역의 예시적인 실시형태에서, 기준키(10)는 치과 부목(dental splint, 14)에 부착되어 있다. 추적 마커(12)는 추적 폴(tracking pole, 11)에 의하여 기준키(10)에 연결될 수 있다. 수술 부위에 관한 영상 정보를 획득하는(acquire) 적절한 추적부에 기준 레퍼런스(fiducial reference)가 직접 보이는 실시형태에서(예를 들어 도 5 및 도 6 참조), 추적 마커는 기준 레퍼런스에 직접 부착될 수 있다. 상기 추적부는 비-스테레오 광학 추적부(non-stereo optical tracker)일 수 있다. 예를 들어 치과 수술에서, 수술 영역 인근에 기준키(10)를 단단하게 위치시킬 수 있도록 치아 추적 마커(dental tracking marker, 12)가 사용될 수 있다. 추적부에 의하여 추적 마커(12)로부터 획득된 데이터의 지속적인(further) 영상 처리를 위하여, 상기 단일 기준키(10)는 레퍼런스 포인트(point of reference), 즉, 기점(fiducial)으로 사용될 수 있다.

다른 실시형태에서, 추가적인 추적 마커(12)가 기준키(10) 및 이 기준키와 연계된 임의의 추적 폴(11) 또는 추적 마커(12)에 독립적인(independent) 아이템(items)에 부착될 수 있다. 이러한 추가적인 추적 마커에 대한 다른 실시형태는 도 6 및 도 7에 의해 하기에서 상세하게 논의된다.

또 다른 실시형태에서, 수술 부위에 인접한 아이템 또는 기구(instrument) 중 적어도 하나는, 본 발명의 모니터링 시스템(700)을 위한 추적부로서 기능하여, 상기 추적 마커(12) 및 상기 수술 영역의 스캔 데이터에 대한 임의의 다른 추가적인 추적 마커의 위치 및 방향을 감지할 수 있도록 부착되는 추적부를 선택적으로 가질 수 있다. 일예로서, 기구에 부착되어 있는 상기 추적부는 소형(miniature) 디지털 카메라일 수 있으며, 예를 들어, 치과의사용 드릴(dentist's drill)에 부착될 수도 있다. 상기 아이템 또는 기구에 부착된 추적부에 의하여 추적되는 임의의 다른 마커들은 그 추적부의 시야(field of view) 안에 있어야 한다.

치과 수술 실시예를 사용하면, 수술 부위의 초기 스캔을 획득하기 위하여 환자는 스캐닝된다. 단일 기준키(10)의 특별한 구성(configuration)으로 인하여, 메모리에 저장되어 있으며, 예를 들어 도 2의 컴퓨터(210)의 프로세서(214) 및 메모리(217)인 적절한 컨트롤러에서 실행되는 컴퓨터 소프트웨어는 상기 스캔 데이터로부터 수술 부위 내에서 기준키의 상대적인 위치를 인식할 수 있으므로, 기준키(10)의 위치 및 방향을 모두 참조하여 추가적인 관측이 이루어질 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 기준 레퍼런스는 스캐닝되었을 때 인식 가능한 식별 상징(identifying symbol)으로서 명확한 표시(marking)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 상기 기준 레퍼런스는, 스캔 상에서 나타나는 신체(body)는 스캔 분석으로부터 명확하게 결정될 수 있는 전면, 후면, 상면, 하면, 및 좌/우가 정의되어 있는 표면을 보여주며, 이에 따라 기준 레퍼런스의 위치는 물론이고 그 방향까지도 결정할 수 있게 하는 비대칭적인 형태를 가지고 있다는 점에서 구별되는 형상(shape)을 포함하고 있다.

아울러, 상기 컴퓨터 소프트웨어는 치아, 턱뼈, 피부 및 잇몸 조직(gum tissue), 다른 수술 기구 등과 같이 스캔 내의 객체를 구성하기 위한 좌표계를 생성할 수 있다. 상기 좌표계는 스캔 상의 영상을 기점 주변의 공간으로 연관시키고, 방향 및 위치 모두에 의하여 마커를 가지는(bearing) 상기 기구를 위치시킨다. 이어서 모니터링 시스템에 의해 생성된 상기 모델은 경계 조건(boundary condition)을 점검하기 위하여 사용될 수 있고, 추적부와 공조하여 실시간으로 그 배치를 적절한 디스플레이, 예를 들어 도 2의 디스플레이(224) 상으로 표시한다.

하나의 실시형태에서, 상기 컴퓨터 시스템은 기준키(10)의 물리적 구성(physical configuration)에 대하여 설정된 지식을 가지고 있어서, 기준키(10)를 위치시키기 위하여 스캔의 슬라이스/섹션(slices/sections)을 점검한다. 기준키(10)를 위치시키는 작업은 그 독특한 형상에 근거하거나, 또는 기준키 상부 또는 추적 마커(12)와 같은 상기 기준키(10)로의 부착물 상부의 뚜렷하게 식별되고 방향성을 가지는 표시(marking)에 근거할 수 있다. 기준키(10)를 구성할 때, 방사선-비투과성(radio-opaque) 소재 또는 고밀도 소재를 채택한 높은 영상처리 콘트라스트(higher imaging contrast)를 통하여, 기준키(10)가 스캔에서 뚜렷하게 보이도록 할 수 있다. 다른 실시형태에서, 적절한 고밀도 또는 방사성-비투과성 잉크 또는 소재를 사용하여, 뚜렷하게 식별되고 방향성을 갖는 표시(marking) 소재가 생성될 수 있다.

일단 기준키(10)가 식별되면, 스캔 분할(scan segments)로부터 상기 기준키(10)의 위치 및 방향이 결정되고, 기준키(10) 내의 한 포인트(지점, point)가 좌표계의 중앙으로 할당된다. 이렇게 선택된 포인트는 임의로 선택될 수 있거나, 또는 그 선택은 몇몇 유용한 기준(criterion)에 근거할 수 있다. 모델은 이어서 변형 매트릭스의 형태로 유도되어(derived) 기준 시스템(fiducial system)과 연계되는데, 하나의 특정 실시형태에서 기준키(10)가 수술 부위의 좌표계로 연계된다. 그 결과로 생성되는 가상 구축(virtual construct)은 고려되는(contemplated) 절차의 가상 모델링을 위한 수술 절차 계획 소프트웨어(surgical procedure planning software)에 의해 사용될 수 있으며, 대안적으로 수술 소프트웨어를 위한 영상 보조(imaging assistance)를 제공하고/제공하거나, 수술 절차를 수행하기 위한 경로(trajectories)를 그래프로 나타내기 위한(plotting) 목적으로, 기구를 구성하기 위한 계측 소프트웨어(instrumentation software)에 의해 사용될 수 있다.

몇몇 실시형태에서, 상기 모니터링 하드웨어는 상기 기준 레퍼런스로의 추적 부착물(tracking attachment)을 포함한다. 치과 시술과 관련된 실시형태에서, 상기 기준키(10)로의 상기 추적 부착물은 추적 마커(12)인데, 상기 추적 마커(12)는 추적 폴(11)을 경유하여 기준키(10)에 부착되어 있다. 추적 마커(12)는 특별한 식별 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어 추적 마커(12)인 추적 가능한 부착물과, 아울러 연계되어 있는 추적 폴(11)은 알려진 구성을 가지고 있어서, 추적 폴(11) 및/또는 추적 마커(12)로부터의 관측 데이터가 좌표계로 정확히 도해될 수 있고(mapped), 이에 따라 시술 절차의 진행이 모니터링 되고 기록될 수 있다. 예를 들어, 특히 도 3j에 도시된 것과 같이, 단일 기준키(10)는 추적 폴(11)의 인서트(17)와 체결되도록 특별히 조정되어 있는 소정의 위치에 홀(15)을 가질 수 있다. 예를 들면, 이러한 배치에서, 작은 힘을 사용하여 추적 폴(11)은 기준키(10)의 홀(15) 내부로 부착될 수 있으며, 이에 따라 이러한 부착이 성공적으로 완료되면 청각적 알림(audible haptic notification)이 부여될 수 있다.

시술 절차 동안에 추적 폴의 방향을 전환하는(reorient) 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 치과 시술이 구강 반대쪽의 치아를 다루는 경우, 외과의가 손을 바꾸는 경우, 및/또는 2번째 외과의가 시술의 일부분을 수행하는 경우, 시술 위치를 변경하기 위하여 이러한 방향전환이 있을 수 있다. 예를 들어, 추적 폴의 이동으로 인하여 좌표계에 대한 상기 추적 폴의 재-등록(re-registration)이 유발될 수 있어서, 이에 따라 그 위치가 조절될 수 있다. 예를 들어 치과 시술 실시형태의 경우에, 부착된 추적 마커(12)를 구비한 추적 폴(11)이 기준키(10)의 홀(15)에서 분리되고, 연계된 추적 폴을 구비한 다른 추적 마커가 기준키(10)의 대안적인 홀에 연결될 때, 이러한 재-등록이 자동적으로 개시될 수 있다. 아울러, 소프트웨어에서 경계 조건이 구현되어, 관측 데이터가 그 경계 영역에 접근하고/접근하거나 들어설 때 유저에게 통지될 수 있다.

본 발명을 활용하는 시스템의 또 다른 실시형태에서, 본 명세서에서 "핸드피스(hand piece)"(도 5 및 6 참조)로 명명되는 수술 기구 또는 수술 도구(surgical instrument or implement)는 좌표계 내에 위치하여 추적될 수 있는 독특한 구성을 가질 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 것과 같은 적절한 추적 마커를 가질 수 있다. 가상 소재(virtual material)와의 잠재적인 충돌(potential collision)을 나타내기 위한 경계 조건이 설정될 수 있어서, 핸드피스가 경계 조건에 접근하는 것으로 감지될 때, 스크린 상에 표시(indication)가 나타날 수 있으며, 또는 알람 사운드가 있을 수 있다. 뿐만 아니라, 원하는 수술 영역을 나타낼 수 있도록 표적 경계 조건(target boundary condition)이 설정될 수 있어서, 핸드피스의 경로(trajectory)가 표적 영역을 벗어나는 추세일 때, 그 핸드피스가 원하는 경로를 벗어나고 있다는 것을 나타내는 표시가 스크린 상에 보이거나 또는 알람 사운드가 있을 수 있다.

몇몇 하드웨어 컴포넌트의 대안적인 실시형태가 도 3g-i에 도시되어 있다. 단일 기준키(10')는 적절한 연결부를 구비한 연결 요소(connecting element)를 가지고 있어서, 추적 폴(11')이 수술 부위에 대하여 추적 마커(12')를 위치시키도록 한다. 독특한 형상을 가지고 있지만, 개념적으로 기준키(10')는, 전술한 실시형태와 매우 동일한 방식으로, 폴(11') 및 추적 마커(12')에 대한 앵커(anchor)로서 기능한다. 상기 모니터링 시스템의 상기 소프트웨어는 각각 특별하게 식별되는 기준키, 추적 폴 및 추적 마커의 구성에 대하여 사전-프로그램 되어 있어서, 그 위치 계산은 변화된 구성 파라미터에 따라 변경될 뿐이다.

규제 요건 및 실질적 고려사항에 따라 하드웨어 컴포넌트의 소재는 다를 수 있다. 일반적으로, 키 또는 기준 컴포넌트(fiducial component)는 통상적으로 방사선-비투과성 소재로 제조되어 스캔에 대한 노이즈를 발생하지는 않지만, 스캐닝된 영상 위에 인식할 수 있는 콘트라스트를 생성하므로 이와 연계된 임의의 식별 패턴이 인식될 수 있다. 아울러, 일반적으로 환자에 위치하고 있기 때문에, 상기 소재는 경량이어야 하며, 환자에게 놓인 장치로의 연결에 적합해야 한다. 예를 들어, 치과 시술의 경우에, 상기 기준키의 소재는 플라스틱 부목으로의 연결에 적합해야 하며, 추적 폴의 연결에 적합해야 한다. 외과 수술의 경우에, 상기 기준키의 소재는 환자의 피부 또는 다른 특정 조직으로의 부착에 적합해야 한다.

이에 한정되지는 않지만, 예를 들어 높은 콘트라스트 패턴 조판(pattern engraving)을 채택함으로써, 상기 추적 마커는 선명히 식별된다. 상기 추적 마커의 소재로서는 오토클레이브(autoclave) 공정에서의 손상에 내성이 있고, 커넥터 구조로의 견고하고, 반복 가능하며, 신속한 연결에 어울리는(compatible) 소재가 선택된다. 상기 추적 마커 및 추적 마커에 연결된 추적 폴은 다른 수술 위치에 대하여 다른 위치에서 수용될 수 있는 성능을 가지고 있으며, 상기 기준키와 마찬가지로, 추적 마커와 추적 폴은 환자 상부에 또는 환자에 대하여 안착될 것이므로 상대적으로 경량이어야 한다. 상기 추적 폴은 마찬가지로 오토클레이브 공정에 어울려야 하며 추적 폴 중에서 공유된 형태의 커넥터를 가져야 한다.

상기 기준키, 추적 폴 및 추적 마커를 추적할 때 채택되는 상기 추적부(tracker)는 1.5 제곱센티미터 크기의 객체를 매우 정확하게 추적할 수 있어야 한다. 한정되지 않는 하나의 실시예로서, 상기 추적부는 스테레오 카메라 또는 스테레오 카메라 쌍이다. 감각적 입력(sensory input)을 판독할 수 있도록 일반적으로 추적부는 유선으로 컴퓨팅 장치에 연결되지만, 상기 감각적 데이터를 컴퓨팅 장치로 전송할 수 있도록 상기 추적부는 선택적으로 무선 연결을 가질 수 있다.

핸드피스와 같이 추적 가능한 계기 피스(piece of instrumentation)를 추가적으로 채택하는 실시형태에서, 이러한 추적 가능한 계기 피스에 부착되는 추적 마커는 또한 경량이어야 하며, 90° 간격을 갖는 3개의 객체 어레이(object array) 에서 작동할 수 있어야 하며, 선택적으로 높은 콘트라스트 패턴 조판과, 표준 핸드피스에 대하여 견고하고 신속한 장착 메커니즘을 가지고 있어야 한다. 도 6 및 도 7에서 보다 상세하게 기술되는 것과 같이, 다른 실시형태에서, 상기 추적 마커는 핸드피스의 견고한 위치방향부(positioning and orienting portion)에 일체로 통합되어 있다(monolithically integrated).

도 4a-c에 예시된 것과 같이, 본 발명의 다른 측면에서, 수술 활동(surgical activity)을 추적하기 위한 자동 등록 방법(automatic registration method)이 제시된다. 한정되는 것은 아니지만, 도 4a 및 도 4b는 함께 스캔 데이터로부터 상기 기준 레퍼런스의 3차원 위치 및 방향을 결정하기 위한 하나의 방법의 플로 차트를 제시한다. 도 4c는 상기 추적부에 의해 획득된 영상 정보에서 적절한 추적 마커의 존재를 확인하고, 상기 영상 정보에 근거하여 상기 기준 레퍼런스의 3차원 위치 및 방향을 결정하기 위한 방법의 플로 차트를 제시한다.

도 4a 및 도 4b에 기술된 것과 같이, 일단 프로세스가 시작되면[단계 402], 상기 시스템은 예를 들어 CT 스캐너로부터 스캔 데이터 세트를 획득하고[단계 404], 상기 기점 및 상기 특별한 스캐너 모델의 지식에 근거하여 스캔과 함께 제공되거나 제공되지 않을 수도 있는, 상기 기점에 대한 디폴트(default) CT 스캔 하운스필드 유닛(Hounsfield unit, HU) 값을 체크하고[단계 406], 만약 이러한 문턱값(threshold value)이 존재하지 않는다면 일반화된 설정 디폴트값이 채택된다[단계 408]. 계속해서, 상기 기준키 값과 연계되어 있는 예측값 밖의 하운스필드 데이터 값으로 스캔 분할(scan segment)을 제거하여 상기 데이터가 처리되고[단계 410], 잔여 포인트(remaining point)의 수집이 뒤따른다[단계 412]. 만약 상기 데이터가 공백이라면(empty) [단계 414], CT 문턱값(value threshold)이 조정되고[단계 416], 원래의 값(original value)이 복원되며[단계 418], 스캔 분할의 분할 처리(segmenting processing)가 계속된다[단계 410]. 상기 데이터가 공백이 아니라면, 기존(existing) 데이터를 사용하여 매스(mass)의 중앙이 계산되고[단계 420], X, Y, Z 축의 계산이 이루어진다[단계 422]. 만약 매스의 중앙이 XYZ 축의 교차점에 있지 않으면[단계 424], 유저에게 통지되고[단계 426], 프로세스가 종료된다[단계 428]. 만약 매스의 중앙이 XYZ 교차점에 있으면[단계 424], 그 데이터 포인트(data points)는 설계된(designed) 기준 데이터와 비교된다[단계 430]. 만약 누적오차(cumulative error)가 허용되는 최대오차보다 크다면[단계 432], 유저에게 통지되고[단계 434], 이 프로세스는 종료된다[단계 436]. 그렇지 않으면, XYZ 교차점에서 좌표계가 정의되고[단계 438], 스캔 프로파일(scan profile)은 HU 유닛에 대하여 업데이트된다[단계 440].

이제 도 4c를 참조하면, 적절한 카메라 또는 다른 센서인 추적부로부터 영상 정보가 획득된다[단계 442]. 추적 마커가 영상 정보 내에 존재하는지를 결정하기 위하여 상기 영상 정보가 분석된다[단계 444]. 만약 존재하지 않으면, 이 절차를 계속하여야 하는지의 여부가 유저에게 질의된다(queried)[단계 446]. 그렇지 않으면, 이 프로세스는 종료된다[단계 448]. 만약 이 프로세스가 계속되려면, 유저는 상기 영상 정보 내에 추적 마커가 발견되지 않았다는 것을 통지받을 수 있고[단계 450], 이 프로세스는 영상 정보를 획득하는 단계로 돌아간다[단계 442]. 만약 상기 영상 정보에 근거하여 추적 마커가 발견되었거나 또는 전술한 통지에 따라 유저에 의해 추적 마커가 부착되었다면[단계 450], 적절한 데이터베이스로부터 상기 기준 레퍼런스에 대한 상기 추적 마커의 오프셋(offset) 및 상대적 방향이 획득된다[단계 452]. 용어 "데이터베이스"는 본 명세서에서 형식적인 다중-요소(formal multi-element) 또는 다차원 데이터베이스로 구성되었든지 또는 그렇지 않든지 간에, 이러한 정보의 임의의 소스, 양(amount) 및 배치를 설명하기 위하여 사용된다. 본 발명의 이 실시형태의 단순한 구현(simple implementation)에서 오프셋 값과 상대적 방향을 포함하는 단일 데이터 세트가 충분할 수 있으며, 이 단일 데이터 세트는 예를 들어 유저에 의해 제공되거나, 컨트롤러의 메모리 유닛 내에 있거나, 또는 분리된 데이터베이스 또는 메모리 내에 있을 수 있다.

좌표계의 원점(origin)을 상기 기준 레퍼런스에 정의하고, 상기 영상 정보에 근거하여 상기 기준 레퍼런스의 3차원 방향을 결정할 수 있도록 상기 추적 마커의 오프셋 및 상대적 방향이 사용되고[단계 454], 등록 프로세스가 종료된다[단계 456]. 실시간으로 상기 기준 레퍼런스의 위치와 방향을 모니터링 할 수 있도록, 이 프로세스는 단계 454로부터 반복되어(loop back), 카메라로부터 새로운 영상 정보를 획득할 수 있다[단계 442]. 유저가 이 프로세스를 종료할 수 있도록 적절한 질의 포인트(query point)가 포함될 수 있다. 영상 데이터로부터 설정된 형상을 가지거나 표시된(marked) 추적 마커의 방향 및 위치를 결정하기 위한 상세한 방법은 본 기술분야의 기술자에게 알려져 있으며 여기서는 반복하지 않을 것이다. 상기 수술 부위에 인접한 추적 마커를 가지는(bearing) 임의 아이템의 움직임을 추적할 수 있도록 이렇게 유도된(derived) 좌표계가 사용된다. 다른 등록 시스템이 또한 생각될 수 있는데, 예를 들어 설정된 오프셋이 아니라 기존의(current) 다른 감각적 데이터를 사용하거나 또는 기점이 전송 용량(transmission capacity)을 가지도록 하는 것이다.

본 발명의 실시형태의 한 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 소정의 치아에 장착되며, 견고하게 장착된 추적 마커(504)를 가지는 기준키(502) 이외에도, 예를 들어 치과용 드릴(dental drill)일 수 있는 핸드피스인 추가적인 기구 또는 도구(506)가 상기 모니터링 시스템의 추적부로서 기능하는 카메라(508)에 의해 관측될 수 있다.

본 발명의 실시형태의 다른 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 예를 들어 인간의 배(stomach) 또는 가슴일 수 있는 수술 부위(600)는, 추적 마커(604)를 지지할 수 있도록 소정 위치에 고정되어 있는 기준키(602)를 가질 수 있다. 적절한 추적 마커를 가지는 다른 장치가 수술 부위(600)에서 수술 과정에서 사용될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 내시경(606)은 다른 추적 마커를 가질 수 있으며, 추적 마커를 가지는 생검 니들(biopsy needle, 608)은 또한 수술 부위에서 제시될 수 있다. 상기 시스템에 대한 추적부로서 기능한 센서(610)는 예를 들어 카메라, 적외선 감지기 또는 레이더(RADAR)일 수 있다. 특히, 상기 추적부는, 본 발명의 실시형태의 목적과 관련된 영상 정보로서 사용하기 위한 수술 부위(600)의 2차원 영상을 생성하는, 2차원 영상 추적부일 수 있는데, 상기 영상 정보는 상기 추적부의 시야 내에 있는 임의의 추적 마커의 2차원 영상 정보를 포함한다. 보다 구체적으로, 추적부(610)는 비-스테레오 광학 추적부일 수 있다. 수술 부위(600), 내시경(606), 생검 니들(608), 기준키(602) 및 추적 마커(604)는 모두 추적부(610)의 시야 내에 있을 수 있다.

도 6은 생검 니들(608)을 추적하기 위하여 사용되는 추적 마커의 일 실시형태를 도시하고 있다. 도 7은 예를 들어 생검 니들(608)의 추적 마커의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 추적 마커(618)는 생검 니들(608)의 견고한 위치방향부에 일체로 통합되어 있다. 본 명세서에서, 소재의 한 피스로부터 함께 만들어지는(fashioned together) 아이템을 기술하기 위하여 구문 "일체로 통합된(monolithically integrated)"이 사용되는데, 이는 탈착 가능하거나 또는 비-통합적인(non-integral) 결합(coupling)을 통하여 해당 아이템들이 제조 후에 함께 연결(joined together)되어 있는 상황과 대조된다. 이 특정 실시예에서, 생검 니들(608)의 적절한 견고한 위치방향부는 그 핸들(612)이다. 핸들(612)은 예를 들어 소재의 단일체 피스(one monolithic piece of material)로부터 몰딩(molded), 캐스팅(cast), 절삭(machined) 또는 다른 방식으로 제조될 수 있으며, 추적 마커(618)는 동일한 소재의 일체 피스로부터 만들어지거나, 형성되거나, 제조될 수 있다. 추적 마커(618)는, 상기 생검 니들(608)의 견고한 핸들부(612)가 제조되는 공정과 동일한 공정 과정에서 형성될 수 있다.

몇몇 실시형태에서, 핸들(612) 그 자체는 2개 이상의 섹션(sections)을 포함할 수 있지만, 조립되었을 경우, 상기 2개 이상의 섹션은 견고한 전체(rigid whole)를 생성하는데, 이 경우에는 생검 니들(608)의 포인트인 장치의 작업 단부(working end)가 핸들(612)에 대하여 어느 곳에서, 어떻게 3차원적으로 방향 및 위치를 가지게 되는지에 대해서는 이 견고한 전체가 좌우한다. 추적 마커(618)가 생검 니들(608)의 핸들(612)의 견고한 부분에 일체로 통합되어 있으며, 생검 니들(608)의 포인트에 대하여 일체로 통합된 추적 마커(618)의 방향 빛 위치가 고정되어 알려져 있는 범위에서, 추적부(610)의 시야 내에 있는 추적 마커(618)의 3차원 방향 및 위치를 알고 있으면, 생검 니들(608)의 포인트의 위치 및 방향을 유저에게 제공하게 된다. 이러한 실시형태에서, 예를 들어 생검 니들(608)의 핸들(612)의 2개의 절반(two halves)에 근거하여, 생검 니들(608)의 적절한 견고한 위치방향부는, 트래킹 마커(618)가 일체로 통합되어 있는, 핸들(612)의 그 절반이다.

장치의 견고한 위치방향부에 대한 3차원 추적 마커의 일체 통합(monolithic integration)은 수술 기구로 제한되지 않는다. 적절한 견고한 위치방향부를 가지고 있는 임의의 의료 기기에 적용될 수 있으며, 실제로 적절한 견고한 위치방향부를 가지는 임의의 장치에 적용될 수 있다.

다른 실시형태에서 기술된 추적 마커와 마찬가지로, 추적 마커의 방향이 추적부(610)의 시야 내에 있는 생검 니들(608)의 2차원 영상으로부터 결정될 수 있도록, 추적 마커(618)는 3차원적인 형상을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 일체로 통합된 추적 마커(618)는 일체로 통합된 표시부(monolithically integrated markings)를 가지고 있어서, 그 방향이 추적부(610)의 시야 내에 있는 생검 니들(608)의 2차원 영상으로부터 결정될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 추적 마커는 그 위치, 그 방향, 또는 이 양자가 모두 결정될 수 있도록 형상 및 표시를 모두 가질 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 위치방향 표시부(positioning and orienting markings)는 추적 마커(618) 상에 필사(scribed), 음각(engraved), 각인(stamped), 양각(embossed) 또는 다르게 형성될 수 있다. 추적 마커(618)의 위치 및 방향을 결정하기 위한 유용한 표시는, 회전 방향으로 비대칭 패턴(rotationally asymmetric pattern)으로 배열되어 있는 다수의 콘트라스팅부(contrasting portions)를 포함할 수 있으며, 콘트라스팅부 중 적어도 하나의 콘트라스팅부는 수학적으로 기술될 수 있는 곡선부(mathematically describable curved section)을 가지는 외주부(perimeter)를 갖는다. 콘트라스팅부의 외주부는, 예를 들어 타원(ellipse) 또는 원(circle)을 포함하는 원뿔 곡선(conic section)을 포함할 수 있다. 상기 표시부는 상기 추적 마커에 일체로 통합될 수 있다. 다른 실시형태에서, 상기 표시부는 추적 마커(618) 상에 필사(scribed), 음각(engraved), 각인(stamped), 양각(embossed) 또는 다르게 형성될 수 있다. 상기 비대칭 패턴에 대한 기하학적 정보는 데이터베이스에 저장될 수 있다. 추적부(610)로부터 획득된 영상 정보를 추적 마커(618)에 관한 기하학적 정보와 비교하기 위하여 예를 들어 도 2의 컴퓨터(210)의 프로세서(214) 및 메모리(217)인 적절한 컨트롤러가 사용되어, 추적 마커(618) 및 이에 연계된 생검 니들(608)의 3차원 위치 및 방향을 결정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 장치의 3차원적으로 추적 가능한 견고한 위치방향부를 제조하기 위한 방법은 장치의 견고한 위치방향부에 통합된(integral) 3차원 추적 마커를 일체로 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 추적 마커에 통합된 위치방향 표시부를 일체로 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 3차원 추적 마커 상에 위치방향 표시부를 필사(scribing), 음각(engraving), 각인(stamping), 양각(embossing) 또는 다르게 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

도 8a는 기준키(13)를 도시하고 있다. 비제한적인 예로서, 우리는 도 3a-e 및 도 3g-j와 관련하여 이미 논의된 기준키(10)를 선택한다. 일반적으로, 상기 기준키는, 그 위치와 방향이 3차원으로 결정될 수 있도록 표시되거나 형상을 가질 수 있다. 여기에 기술되어 있는 실시형태에서, 기준키(10)는 그 위치와 방향이 3차원으로 결정될 수 있도록 표시되어 있다. 도 8a에 도시한 것과 같이, 기준키(10) 상에 5개의 식별 가능한 위치 포인트가 도시되어 있는데, "A", "B", "C", "D", "E"로 표시되어 있다. 이들 상당히 식별 가능한 포인트 사이에 적어도 5개의 다른 비-평행선(non-parallel lines)이 그어질 수 있다. 5개의 포인트를 연결하는 선으로부터 적어도 4개의 다른 독특한 삼각형이 형성될 수 있다. 예를 들어, "A", "B", "C"인 최소한 3개의 식별 가능한 포인트를 사용하여, 기준키(10)의 위치 및 방향이 신속하게 결정될 수 있다는 점은 분명하다. 도 8a의 경우에, 유사한 방식으로 사용될 수 있는 다른 삼각형을 형성할 수 있도록 유사하게 적용될 수 있는 여러 개의 다른 포인트가 존재한다.

이제, 적절한 스캐너에 의한 관측에 의하여 일부(10')만을 제시할 수 있도록 깨져 있거나 부분적으로만 관측 가능한 동일한 태그(10)를 도시하고 있는 도 8b를 감안한다. 적용하고자 설계하였던 임의의 특정 투과성 방사선(penetrating radiation)을 적용한 스캐너를 사용하여, 스캐너에 의한 기준 레퍼런스의 영상적 검출 가능성(image-wise detectability)을 기술하기 위하여, 용어 "관측 가능한(observable)"이 사용된다. 깨져 있거나 부분적으로 관측 가능한 모든 경우 상황 하에서, 단지 포인트 "A", "B", "C" 및 "E"만이 스캐너(도 8a에 미도시)에 보인다. 3차원 공간에서 태그(10')의 위치 및 방향을 완전히 결정할 수 있도록, 예를 들어 포인트 "C" 또는 "E" 중 어느 하나와 함께, 포인트 "A" 와 "B"만 있으면 충분하다. 사용 가능한 포인트가 많으면 많을수록, 그 위치와 방향을 3차원으로 결정하는 것이 보다 정확해진다.

도 8a 및 도 8b로부터, 기준 레퍼런스(10), 또는 기준 레퍼런스(10)의 일부(10') 상에 2개의 상호 평행하지 않은 방향을 따라 놓여 있는 2 세트의 포인트를 식별하면, 3차원으로 기준 레퍼런스(10)의 위치와 방향을 결정할 수 있다는 점이 분명하다.

일부 실시형태에서, 기준 레퍼런스(10), 또는 기준 레퍼런스(10)의 일부(10')의 3차원 위치 및 방향을 완전히 결정하기 위하여, 2개의 평행하지 않은 직선을 따라 각각 형성되는 2개 포인트의 2개 세트로서 분포되는 4개의 식별 가능한 포인트가 적용될 수 있다. 도 8a와 도 8b를 참조하면, 이 실시형태에서, 한편에서는 포인트 "A"와 "B" 사이의 선과, 다른 한편에서는 포인트 "C"와 "E" 사이의 선이 적용될 수 있다.

따라서 3개의 식별된 위치 포인트가 적용되는 실시형태는 단지 특별한 경우로서, 4개 포인트 중 2개는 동일한 포인트이고, 요구되는 2개의 비-평행선은 공통 포인트를 공유하는 경우이다.

보다 일반적인 경우에, 기준 레퍼런스(10), 또는 기준 레퍼런스(10')의 일부의 위치 및 방향을 완전히 결정하는데 요구되는, 기준 레퍼런스(10) 또는 기준 레퍼런스(10)의 일부(10') 상의 식별 가능한 포인트는, 2개의 직선을 따라 위치할 필요는 없으나, 이들 포인트 사이의 3차원 공간 관계(spatial relationship)가 알려져 있어야 한다.

기준 레퍼런스(10), 또는 기준 레퍼런스(10)의 일부(10')의 위치 및 방향을 완전히 결정하기 위한 기본 요건(underlying requirement)은, 예를 들어 "A", "B", "C"인 적어도 3개의 식별 가능한 위치 포인트가 있어야 한다는 것으로, 이들 위치 포인트는 2개의 비-평행선을 정의하고, 스캐너에 의해 관측될 수 있으며, 기준 레퍼런스(10)의 구조에 대하여 이들의 3차원 위치가 알려져 있는 기존 데이터베이스(preexisting database)로부터 식별될 수 있다.

일반적으로, 기준 레퍼런스(10), 또는 기준 레퍼런스(10)의 일부(10') 상에 일반 분포(general distribution)로 배치된 다수의 식별 가능한 포인트가 적용될 수 있는데, 적용되는 식별 가능한 포인트의 수가 증가하면 이 방법의 정확성이 향상된다.

이 명세서에 기술된 다른 시술의 예에서, 적어도 3개의 사전-식별된 포인트가 스캐너에 의해 관측될 수 있으며, 적절한 데이터베이스로부터 기준 레퍼런스의 구조에 대한 이들 3개의 사전-식별된 포인트의 3차원 위치가 알려져 있기만 하다면, 적용되는 전체 기준 레퍼런스는 스캐너에 관측되지 않아도 된다.

보다 상세하게, 상기 실시형태 중 임의의 실시형태의 일반적인 기준 레퍼런스의 위치 및 방향을 3차원으로 결정하기 위한 전술한 방법은, 기준 레퍼런스의 일부가 스캐너에 의해 관측될 수 있도록 상기 기준 레퍼런스를 배치하는 단계; 상기 스캐너로부터, 상기 스캐너에 의해 관측될 수 있는 상기 기준 레퍼런스의 일부의 스캔 데이터(scan data)를 얻는 단계; 데이터베이스로부터, 상기 기준 레퍼런스 상의 위치 포인트에 관하여 설정된 기하학적 정보를 얻는 단계로서, 상기 기하학적 정보는 상기 기준 레퍼런스의 구조에 대한 상기 위치 포인트의 3차원 좌표를 포함하는 단계; 상기 스캔 데이터 내에서, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 적어도 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 적어도 3개의 위치 포인트를 식별하는 단계; 및 상기 스캔 데이터와, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 상기 적어도 3개의 식별된 위치 포인트의 좌표로부터 상기 기준 레퍼런스의 상기 3차원 위치 및 방향을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 위치 포인트를 포함할 수 있으며, 상기 다수의 포인트는 3차원으로 분포될 수 있다.

상기에서 적용된 것과 같이, 기준 레퍼런스가 스캐너에 의하여 단지 부분적으로만 관측되는 경우에 스캐너로부터 얻어진 스캔 데이터를 사용하여 표시된 기준 레퍼런스의 위치 및 방향을 결정하기 위한 동일한 방법은 또한 추적 마커에게 적용될 수 있다. 이와 관련해서, 추적 마커의 위치 및 방향을 3차원으로 결정하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 추적 마커의 일부가 추적부(tracker)에 의해 관측될 수 있도록 상기 추적 마커를 배치하는 단계; 추적부로부터, 상기 추적부에 의해 관측될 수 있는 상기 추적 마커의 일부의 영상 정보를 얻는 단계; 데이터베이스로부터, 상기 추적 마커 상의 위치 포인트(location points)에 관하여 설정된(predetermined) 기하학적 정보를 얻는 단계로서, 상기 기하학적 정보는 상기 추적 마커의 구조에 대한 상기 위치 포인트의 3차원 좌표를 포함하는 단계; 상기 영상 정보 내에서, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 적어도 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 적어도 3개의 위치 포인트를 식별하는 단계; 및 상기 영상 정보와, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 상기 적어도 3개의 식별 가능한 위치 포인트의 좌표로부터 상기 추적 마커의 상기 3차원 위치 및 방향을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 위치 포인트를 포함할 수 있다. 상기 다수의 포인트는 3차원으로 분포될 수 있다. 상기 적어도 3개의 위치 포인트는, 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 4개의 위치 포인트일 수 있다. 이 방법은 상기 데이터베이스 내에 상기 설정된 기하학적 정보를 저장하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

Claims (42)

1. 견고한(rigid) 위치방향부(positioning and orientation portion)와, 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합된(monolithically integrated) 3차원 추적 마커(tracking marker)를 포함하는 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 일체로 통합된 추적 마커는 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 결정될 수 있는 형상인 장치.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 일체로 통합된 추적 마커는, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 2차원 영상 추적부(two-dimensional imaging tracker)에 의하여 결정될 수 있는 형상인 장치.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 일체로 통합된 추적 마커는, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 결정될 수 있는 위치방향 표시부(positioning and orienting markings)를 포함하는 장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 위치방향 표시부는, 상기 추적 마커에 일체로 통합되어 있는 장치.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 위치방향 표시부는, 상기 추적 마커 상에 필사(scribed), 음각(engraved), 각인(stamped), 및 양각(embossed) 된 것 중 어느 하나인 장치.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 일체로 통합된 추적 마커는, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 결정될 수 있는 형상 및 표시 중 어느 하나인 장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 일체로 통합된 추적 마커는, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 결정될 수 있는 위치방향 표시부를 포함하는 장치.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 위치방향 표시부는, 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합되어 있는 장치.
   
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 일체로 통합된 추적 마커는, 상기 추적 마커가 추적부의 시야 내에 있을 경우, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 상기 추적부에 의해 결정될 수 있는 형상 및 표시 중 적어도 하나인 장치.
    
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 일체로 통합된 추적 마커는, 상기 추적 마커가 추적부의 시야 내에 있을 경우, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 2차원 영상 추적부에 의해 결정될 수 있는 형상 및 표시 중 적어도 하나인 장치.
    
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 견고한 위치방향부는 의료 기구(medical instrument)를 포함하는 장치.
    
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 견고한 위치방향부는 수동식 의료 기구(medical hand instrument)를 포함하는 장치.
    
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 견고한 위치방향부는 수동식 수술기구(surgical hand instrument)를 포함하는 장치.
    
15. a. 시야를 가지는 추적부(tracker);
    b. 견고한 위치방향부(positioning and orientation portion)를 포함하는 수술기구; 및
    c. 상기 수술기구의 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합되어 있으며, 상기 추적부의 시야 내에 있을 경우에 상기 추적부에 의해 추적될 수 있는 3차원 추적 마커(tracking marker)를 포함하는 수술 모니터링 시스템.
    
16. 제 15항에 있어서, 상기 일체로 통합된 추적 마커는, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 상기 추적부에 의해 결정될 수 있는 형상 및 표시 중 적어도 하나인 수술 모니터링 시스템.
    
17. 제 15항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 추적부는 2차원 영상 추적부인 수술 모니터링 시스템.
    
18. 제 15항 내지 제 17항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 일체로 통합된 추적 마커는, 그 위치 및 그 방향 중 적어도 하나가 결정될 수 있는 위치방향 표시부(positioning and orienting markings)를 포함하는 수술 모니터링 시스템.
    
19. 제 18항에 있어서,
    상기 위치방향 표시부는 상기 추적 마커에 일체로 통합되어 있는 수술 모니터링 시스템.
    
20. 장치의 3차원적으로 추적 가능한 견고한 위치방향부(positioning and orientation portion)를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 장치를 제작하는(creating) 단계; 및
    상기 장치의 상기 견고한 위치방향부에 일체로 통합된 3차원 추적 마커(tracking marker)를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
    
21. 제 20항에 있어서,
    상기 추적 마커에 일체로 통합되는 위치방향 표시부를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
    
22. 제 21항에 있어서,
    상기 위치방향 표시부를 형성하는 단계는, 필사(scribed), 음각(engraved), 각인(stamped), 및 양각(embossed) 된 것 중 어느 하나인 방법.
    
23. a. 시야를 가지는 추적부(tracker); 및
    b. 표시부를 가지는 3차원 추적 마커(tracking marker)로서, 상기 표시부는 회전 방향으로 비대칭 패턴으로 배열된 다수의 콘트라스팅부(contrasting portions)를 포함하는 3차원 추적 마커를 포함하는 수술기구를 포함하며,
    상기 3차원 추적 마커는, 상기 추적부의 시야 내에서 상기 추적부에 의해 추적 가능하고, 상기 수술 기구의 견고한 위치방향부(positioning and orientation portion)에 일체로 통합되어 있는 수술 모니터링 시스템.
    
24. 제 23항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 추적 마커에 일체로 통합되어 있는 수술 모니터링 시스템.
    
25. 제 24항에 있어서,
    상기 표시부는 회전 방향으로 비대칭 패턴으로 배열되어 있는 다수의 콘트라스팅부를 포함하는 수술 모니터링 시스템.
    
26. 제 25항에 있어서,
    상기 콘트라스팅부의 적어도 하나는 수학적 곡선부(mathematically curved portion)에 의해 기술될 수 있는 외주부(perimeter)를 포함하는 수술 모니터링 시스템.
    
27. 제 25항에 있어서,
    상기 콘트라스팅부의 적어도 하나는 원뿔 곡선(conic section)에 의해 기술될 수 있는 외주부를 포함하는 수술 모니터링 시스템.
    
28. 제 23항에 있어서,
    상기 표시부는, 필사(scribed), 음각(engraved), 각인(stamped), 및 양각(embossed) 된 것 중 어느 하나인 수술 모니터링 시스템.
    
29. 제 23항 내지 제 28항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 추적부는 비-스테레오(non-stereo) 광학 추적부(optical tracker)인 수술 모니터링 시스템.
    
30. 제 23항 내지 제 29항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    적어도 2개의 비-평행선(non-parallel lines)을 따라 배치된 적어도 3개의 식별 가능한 위치를 가지는 단일 기준 레퍼런스 포인트(single fiducial reference points)를 더욱 포함하는 수술 모니터링 시스템.
    
31. 제 30항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 위치 포인트를 포함하는 수술 모니터링 시스템.
    
32. 제 31항에 있어서, 상기 다수의 위치 포인트는 3차원으로 배열될 수 있는 수술 모니터링 시스템.
    
33. 일체로 통합된 추적 마커(tracking marker)의 위치 및 방향을 3차원으로 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 추적 마커의 일부가 추적부(tracker)에 의해 관측될 수 있도록 상기 추적 마커를 배치하는 단계;
    상기 추적부로부터, 상기 추적부에 의해 관측될 수 있는 상기 추적 마커의 일부의 영상 정보를 얻는 단계;
    데이터베이스로부터, 상기 추적 마커 상의 위치 포인트(location points)에 관하여 설정된(predetermined) 기하학적 정보를 얻는 단계로서, 상기 기하학적 정보는 상기 추적 마커의 구조에 대한 상기 위치 포인트의 3차원 좌표를 포함하는 단계;
    상기 영상 정보 내에서, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 적어도 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 적어도 3개의 위치 포인트를 식별하는 단계; 및
    상기 영상 정보와, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 상기 적어도 3개의 식별 가능한 위치 포인트의 좌표로부터 상기 추적 마커의 상기 3차원 위치 및 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
    
34. 제 33항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 위치 포인트를 포함하는 방법.
    
35. 제 34항에 있어서,
    상기 다수의 포인트는 3차원으로 배열되어 있는 방법.
    
36. 제 33항 내지 제35항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 위치 포인트는, 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 4개의 위치 포인트인 방법.
    
37. 제 33항 내지 제36항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 데이터베이스 내에 상기 설정된 기하학적 정보를 저장하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
    
38. 기준 레퍼런스(fiducial reference)의 위치 및 방향을 3차원으로 결정하기 위한 방법으로서,
    a. 상기 기준 레퍼런스의 일부가 스캐너(scanner)에 의해 관측될 수 있도록 상기 기준 레퍼런스를 배치하는 단계;
    b. 상기 스캐너로부터, 상기 스캐너에 의해 관측될 수 있는 상기 기준 레퍼런스의 일부의 스캔 데이터(scan data)를 얻는 단계;
    c. 데이터베이스로부터, 상기 기준 레퍼런스 상의 위치 포인트에 관하여 설정된 기하학적 정보를 얻는 단계로서, 상기 기하학적 정보는 상기 기준 레퍼런스의 구조에 대한 상기 위치 포인트의 3차원 좌표를 포함하는 단계;
    d. 상기 스캔 데이터 내에서, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 적어도 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 적어도 3개의 위치 포인트를 식별하는 단계; 및
    e. 상기 스캔 데이터와, 상기 설정된 기하학적 정보 내의 상기 적어도 3개의 식별된 위치 포인트의 좌표로부터 상기 기준 레퍼런스의 상기 3차원 위치 및 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
    
39. 제 38항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 위치 포인트는 다수의 위치 포인트를 포함하는 방법.
    
40. 제 39항에 있어서,
    상기 다수의 포인트는 3차원으로 배열되어 있는 방법.
    
41. 제 38항 내지 제 40항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 위치 포인트는, 2개의 비-평행선을 따라 배열된 좌표를 가지는 4개의 위치 포인트인 방법.
    
42. 제 38항 내지 제41항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 데이터베이스 내에 상기 설정된 기하학적 정보를 저장하는 단계를 더욱 포함하는 방법.

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