KR20160042889A - 의료 절차 확인을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

방법은 목표 조직을 향해 수술 기구를 전진시키는 것을 포함한다. 수술 기구는 목표 조직의 또는 목표 조직 부근의 장소에 투입되는 마커를 포함한다. 마커 투입 이후, 수술 기구는 목표 조직으로부터 인출된다. 수술 기구 인출 이후, 투입된 마커의 장소는 목표 조직에서 또는 목표 조직 부근에서 수술 기구의 원위 단부의 궤적을 판정하기 위해 사용된다.

Description

의료 절차 확인을 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR MEDICAL PROCEDURE CONFIRMATION}
본 개시내용은 최소 침습 수술 절차를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특히, 최소 침습 수술 절차의 목표에 도달하였는지를 확인하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최소 침습 의료 기술은 침습 의료 절차 동안 손상되는 조직의 양을 감소시켜 환자 회복 시간, 불편함 및 유해한 부작용을 감소시키는 것을 의도한다. 이런 최소 침습 기술은 환자 해부구조의 자연적 구멍을 통해서 또는 하나 이상의 수술적 절개부를 통해 수행될 수 있다. 이들 자연적 구멍이나 절개부를 통해, 임상의사는 목표 조직 장소에 도달하도록 의료 장치를 삽입한다. 의료 장치는 치료 및 진단 기구 같은 수술 기구와 신체 내에 일시적으로 또는 영구적으로 이식될 수 있는 다른 장치를 포함한다. 일부 절차에 대하여, 최소 침습 의료 장치는 목표 조직 장소에 도달하기 위해 해부학적 시스템 내의 자연적인 또는 수술로 생성된 통로를 항행(navigate)할 수 있다. 예로서, 최소 침습 의료 장치는 폐, 결장, 소장, 신장, 심장, 순환계 등의 자연적 통로를 항행할 수 있다. 일부 최소 침습 의료 장치는 원격작동되거나 다르게는 컴퓨터 보조식으로 작동될 수 있다.
최소 침습 의료 절차는 극도의 정밀도를 요구하는 경우가 많지만, 절차가 성공적으로 완료되었는지 여부를 확인하기 위한 전통적 방법은 부적합할 수 있다. 예로서, cm 규모 미만의 크기의 결절(nodule)에서 생검을 수행할 때, 임상의사는 진단 기구(예를 들어, 생검 기구)가 목표 조직을 성공적으로 생검하였는지 여부를 신속하고 정확하게 판정할 수 없을 수 있다. 생검 같은 최소 침습 의료 절차가 성공적으로 수행되었다는 것을 확인하기 위한 시스템 및 방법이 필요하다.
다양한 실시예가 본 설명에 후속하는 청구범위에 의해 요약되어 있다.
일 실시예에서, 방법은 목표 조직을 향해 수술 기구를 전진시키는 단계를 포함한다. 수술 기구는 목표 조직의 장소 또는 목표 조직 부근의 장소에 투입되는 마커(marker)를 포함한다. 마커를 투입한 이후, 수술 기구가 목표 조직으로부터 인출된다. 수술 기구 인출 이후, 투입된 마커의 장소를 이용하여 목표 조직에서 또는 목표 조직 부근에서 수술 기구의 원위 단부의 궤적을 판정한다.
다른 실시예에서, 시스템은 세장형 기구와 궤적 표시 장치를 포함한다. 궤적 표시 장치는 환자 해부구조 내의 목표 조직에서 또는 목표 조직 부근에서 세장형 기구의 원위 단부의 궤적을 나타내도록 구성된다. 궤적 표시 장치는 목표 조직의 장소 또는 목표 조직 부근의 장소에서의 투입을 위해 세장형 기구로부터 제거될 수 있는 마커를 포함한다.
하기의 상세한 설명으로부터 본 개시내용의 추가적 양태, 특징 및 장점을 명백히 알 수 있을 것이다.
본 개시내용의 양태는 첨부 도면과 함께 읽을 때 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 산업계의 표준 관례에 따라서, 다양한 특징부는 실척대로 그려져 있지 않음을 강조해둔다. 사실 다양한 특징부의 치수는 설명의 명료성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다. 추가적으로, 본 개시내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 참조 문자를 반복 사용할 수 있다. 이러한 반복은 간결성 및 명료성을 위한 것이며, 그 자체가 설명되는 다양한 실시예 및/또는 구성 사이의 관계를 나타내는 것은 아니다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 원격작동 의료 시스템이다.
도 2는 본 개시내용의 양태를 사용하는 의료 기구 시스템을 예시한다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 의료 절차를 확인하기 위한 방법을 예시한다.
도 4 및 도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 생검 절차를 예시한다.
도 6 내지 도 10은 본 개시내용의 다양한 실시예에 따른 궤적 표시 장치의 사용을 예시한다.
도 11은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 궤적 표시 장치를 포함하는 기구 시스템을 예시한다.
본 발명의 양태에 대한 이하의 상세한 설명에서, 개시된 실시예의 전반적 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 기재된다. 그러나, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 개시내용의 실시예가 이들 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것을 명백히 알 것이다. 다른 예에서, 본 발명의 실시예의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해, 잘 알려져 있는 방법, 절차, 구성요소 및 회로는 상세히 설명되어 있지 않다. 그리고, 불필요한 설명 반복을 피하기 위해, 하나의 예시적 실시예에 따라 설명되었던 하나 이상의 구성요소 또는 작용은, 가능하다면, 다른 예시적 실시예에 사용될 수 있거나, 다른 예시적 실시예로부터 생략될 수 있다.
이하의 실시예는 다양한 기구와 기구의 부분들을 3차원 공간에서 그 상태에 관하여 설명한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "위치"는 3차원 공간에서 대상물 또는 대상물의 일부의 장소를 지칭한다(예를 들어, 직교 X, Y, Z 좌표를 따른 3개 병진 자유도(즉, 좌우병진(sway), 상하병진(heave) 및 전후병진(surge))). 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "배향"은 3차원 공간에서 대상물 또는 대상물의 일부의 회전적 배치를 지칭한다(예를 들어, 직교 X, Y, Z 좌표 둘레에서의 3개 회전 자유도(즉, 피치(pitch), 요(yaw), 롤(roll))). 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "자세"는 적어도 하나의 병진 자유도에서 대상물 또는 대상물의 일부의 위치 및 적어도 하나의 회전 자유도에서 대상물 또는 대상물의 일부의 배향을 지칭한다(6개까지의 총 자유도). 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "형상"은 세장형 대상물을 따라 측정된 자세, 위치 또는 배향의 세트를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용될 때, 자유도는 대상물의 위치 및 배향이 변하는 기계적 자유도를 지칭하며-누름 버튼의 동작 또는 지점 주변에서의 파지 작용 같은 다른 기계적 자유도는 필요에 따라 구체적으로 설명될 것이다.
생검 같은 최소 침습 의료 절차 동안 생검 기구의 궤적을 평가함으로써 정확도가 검토될 수 있다. 본 개시내용에서 상세히 설명될 바와 같이, 절차 동안 생검된 조직의 영역에 하나의 마커가 투입될 수 있다. 생검 기구가 목표 조직에 성공적으로 접근했는지 여부를 확인하는 기구 궤적 정보를 임상의사에게 전달하기 위해 마커가 영상화 또는 다른 방식으로 감지될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 생검 절차 같은 의료 절차는 기구 전달을 안내하기 위한 원격작동 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 도면의 도 1을 참조하면, 예로서, 진단, 치료 또는 수술 절차를 포함하는 의료 절차에 사용하기 위한 원격작동 의료 시스템은 전체가 참조 번호 100으로 표시되어 있다. 설명될 바와 같이, 본 개시내용의 원격작동 의료 시스템은 외과의사의 원격작동 제어 하에 있다. 대안적 실시예에서, 원격작동 의료 시스템은 절차 또는 하위절차를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터의 부분적 제어 하에 있을 수 있다. 또 다른 대안적 실시예에서, 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, 원격작동 의료 시스템(100)은 일반적으로 환자(P)가 그 위에 위치되는 수술대(O)에 또는 그 부근에 장착된 원격작동 조립체(102)를 포함한다. 의료 기구 시스템(104)은 원격작동 조립체(102)에 작동식으로 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 작동을 제어할 수 있게 한다.
조작자 입력 시스템(106)은, 통상적으로 수술대(O)와 동일한 방 안에 위치되는 외과의사의 콘솔에 위치될 수 있다. 그러나, 외과의사(S)는 환자(P)와는 다른 방에 또는 완전히 다른 건물에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 조작자 입력 시스템(106)은 일반적으로 의료 기구 시스템(104)을 제어하기 위해 하나 이상의 제어 장치(들)를 포함한다. 제어 장치(들)는 손잡이, 조이스틱, 트랙볼, 데이터 글러브, 트리거 건, 수조작식 제어기, 음성 인식 장치, 터치 스크린, 신체 움직임 또는 존재 센서 등 같은 임의의 수의 다양한 입력 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 의사가 수술 현장에 존재하는 것처럼 직접적으로 기구를 제어하는 강한 느낌을 갖도록, 제어 장치(들)가 기구와 일체라는 인식인 원격현존감(telepresence)을 외과의사에게 제공하기 위해 제어 장치(들)는 원격작동 조립체의 의료 기구와 적어도 동일한 자유도를 갖는다. 다른 실시예에서, 제어 장치(들)는 연계된 의료 기구보다 많거나 적은 정도의 자유도를 가질 수 있으며, 여전히 외과의사에게 원격현존감을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 장치(들)는 6개 자유도로 이동하는 수동 입력 장치이고, 이는 또한 (예로서, 파지 조오(grasping jaw) 폐쇄, 전극에 대한 전위 인가, 의료 처치 전달 등을 위해) 기구를 작동시키기 위해 조작가능한 핸들을 포함할 수 있다.
원격작동 조립체(102)는 의료 기구 시스템(104)을 지지하고, 하나 이상의 논-서보 제어 링크의 운동학적 구조(예를 들어, 일반적으로 셋업 구조라 지칭되는 제 위치에 수동 위치설정 및 고정될 수 있는 하나 이상의 링크)와 원격작동 조작기를 포함할 수 있다. 원격작동 조립체(102)는 의료 기구 시스템(104) 상의 입력부들을 구동하는 복수의 모터를 포함한다. 이들 모터는 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(112))으로부터의 명령에 응답하여 움직인다. 모터는 구동 시스템을 포함하고, 이 구동 시스템은 의료 기구 시스템(104)에 결합될 때 의료 기구를 자연적으로 또는 수술적으로 생성된 해부학적 구멍 내로 전진시킬 수 있다. 다른 동력식 구동 시스템이 의료 기구의 원위 단부를 다중적 자유도로 이동시킬 수 있고, 이러한 다중적 자유도는 3개 선형 운동 자유도(예를 들어, X, Y, Z 직교 축을 따른 선형 운동) 및 3개 회전 운동 자유도(예를 들어, X, Y, Z 직교 축 둘레에서의 회전)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 모터는 생검 장치 등의 조오에 조직을 파지하기 위한 기구의 관절작동식 엔드 이펙터(end effector)를 작동시키기 위해 사용될 수 있다.
또한, 원격작동 의료 시스템(100)은 원격작동 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 선단부 및/또는 기구 시스템(104)의 가요성 본체를 따른 하나 이상의 세그먼트의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세 및/또는 형상을 판정하기 위한 형상 센서 시스템, 및/또는 카테터 시스템의 원위 단부로부터 영상을 포착하기 위한 가시화 시스템을 포함할 수 있다.
또한, 원격작동 의료 시스템(100)은 센서 시스템(108)의 하위시스템에 의해 생성되는 의료 기구 시스템(들)(104) 및 수술 부위의 영상 또는 수술 부위의 표현을 표시하기 위한 표시장치 시스템(110)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.
대안적으로 또는 추가적으로, 표시장치 시스템(110)은 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI), 형광투시, 열조영, 초음파, 광 간섭 단층촬영(OCT), 열 영상, 임피던스 영상, 레이저 영상, 나노튜브 X-선 영상 등 같은 영상화 기술을 사용하여 수술전에 또는 수술중에 영상화 및/또는 기록된 수술 부위의 영상을 제시할 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 실시예에서, 표시장치 시스템(110)은 의료 기구의 선단부의 장소에서 내부 수술 부위의 가상 영상을 외과의사에게 제시하도록 수술전 또는 동시성 영상과 의료 기구의 실제 장소가 정합되는(예를 들어, 동적으로 참조되는) 가상 가시화 영상을 표시할 수 있다.
다른 실시예에서, 표시장치 시스템(110)은 수술 부위에서 의료 기구의 가상 영상을 의사에게 제시하도록 이전 영상(수술전 기록된 영상 포함) 또는 동시성 영상과 의료 기구의 실제 장소가 정합되어 있는 가상 가시화 영상을 표시할 수 있다. 의료 기구를 제어하는 외과의사를 돕도록 의료 기구 시스템(104)의 일부의 영상이 가상 영상 상에 중첩될 수 있다.
또한, 원격작동 의료 시스템(100)은 제어 시스템(112)을 포함한다. 제어 시스템(112)은 의료 기구 시스템(104)과, 조작자 입력 시스템(106)과, 센서 시스템(108)과, 표시장치 시스템(110) 사이의 제어를 실행하기 위해서 적어도 하나의 메모리와 적어도 하나의 프로세서(미도시) 그리고 통상적으로는 복수의 프로세서를 포함한다. 또한, 제어 시스템(112)은 본 명세서에 개시된 양태에 따라 설명된 방법 중 일부나 모두를 이행하도록 프로그램된 명령(예를 들어, 이러한 명령을 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체)을 포함한다. 제어 시스템(112)이 도 1의 단순화된 개요에 단일 블록으로서 도시되어 있지만, 이 시스템은 둘 이상의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있고, 이러한 처리의 한 부분은 선택적으로 원격작동 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 중앙집중식 또는 분산식 데이터 처리 아키텍쳐 중 임의의 것이 사용될 수 있다. 유사하게, 프로그램된 명령은 다수의 별개의 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나 이들은 본 명세서에 설명된 원격작동 시스템의 다수의 다른 양태에 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 시스템(112)은 블루투스(Bluetooth), IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT 및 와이어리스 텔레메트리(Wireless Telemetry) 같은 무선 통신 프로토콜을 지원한다.
일부 실시예에서, 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 연장하는 의료 기구 시스템(들)(104)을 이동시킬 것을 원격작동 조립체(102)에 지시하는 신호를 전송할 수 있다. 임의의 적절한 종래의 또는 특수화된 서보 제어기가 사용될 수 있다. 서보 제어기는 원격작동 조립체(102)와 일체화되거나 그와 별개일 수 있다. 일부 실시예에서, 서보 제어기 및 원격작동 조립체는 환자의 신체에 인접하게 위치된 원격작동 아암 카트의 일부로서 제공된다.
제어 시스템(112)은 또한 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 연계된 취득된 데이터세트에 대한 참조에 기초한다. 더 구체적으로, 가상 가시화 시스템은 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI), 형광투시, 열조영, 초음파, 광 간섭 단층촬영(OCT), 열 영상, 임피던스 영상, 레이저 영상, 나노튜브 X-선 영상 등 같은 영상화 기술을 사용하여 영상화된 수술 부위의 영상을 처리한다. 기록된 영상을 부분적 또는 전체적 해부학적 장기 또는 해부학적 영역의 2차원 또는 3차원 복합 표현으로 변환하기 위해 소프트웨어가 사용된다. 영상 데이터 세트는 복합 표현과 연계된다. 복합 표현 및 영상 데이터 세트는 통로의 다양한 장소 및 형상과 그 연결성을 설명한다. 복합 표현을 생성하기 위해 사용되는 영상은 임상 절차 동안 수술전에 또는 수술중에 기록될 수 있다. 대안적 실시예에서, 가상 가시화 시스템은 표준 표현(즉, 환자에 특정되지 않음) 또는 표준 표현과 환자 특정 데이터의 하이브리드를 사용할 수 있다. 복합 표현 및 복합 표현에 의해 생성된 임의의 가상 영상은 하나 이상의 운동 단계 동안(예를 들어, 폐의 흡기/호기 사이클 동안) 변형가능한 해부학적 영역의 정적 자세를 나타낼 수 있다.
가상 항행 절차 동안, 센서 시스템(108)은 환자 해부구조에 관한 기구의 대략적 장소를 연산하기 위해 사용될 수 있다. 이 장소는 환자 해부구조의 마이크로-레벨 추적 영상 및 환자 해부구조의 가상 내부 영상 둘 모두를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 수술전 기록된 수술 영상, 예컨대 가상 영상화 시스템으로부터의 영상과 함께 의료 기구를 정합 및 표시하기 위해 광섬유 센서를 사용하는 다양한 시스템이 알려져 있다. 예로서, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는 미국 특허 출원 제13/107,562호(2011년 5월 13일자로 출원됨)("영상 안내식 수술을 위한 해부학적 구조의 모델의 동적 정합을 제공하는 의료 시스템(Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomical Structure for Image-Guided Surgery)" 개시)는 한가지 이러한 시스템을 개시하고 있다.
원격작동 의료 시스템(100)은 선택적 작동 및 지원 시스템(미도시), 예컨대 내부 영상화를 위한 조명을 제공하기 위한 조명 시스템, 삽입된 의료 장치의 하나 이상의 부분을 위한 조종 제어 시스템 및 수술 부위에서의 사용을 위한 흡입 및/또는 관주 시스템을 더 포함할 수 있다. 대안적 실시예에서, 원격작동 시스템은 하나보다 많은 원격작동 조립체 및/또는 하나보다 많은 조작자 입력 시스템을 포함할 수 있다. 조작기 조립체의 정확한 수는 다른 요인들 중에서 수술 절차와, 수술실 내의 공간적 제약에 의존한다. 다수의 조작자 입력 시스템이 동일장소에 있을 수 있거나, 이들은 별개의 장소에 위치될 수 있다. 다수의 조작자 입력 시스템은 한명보다 많은 조작자가 다양한 조합으로 하나 이상의 조작기 조립체를 제어할 수 있게 한다.
도 2는 원격작동 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-원격작동 탐색 절차를 위해, 또는 수조작 내시경검사 같은 통상적으로 수조작 작동 의료 기구를 동반하는 절차에 사용될 수 있다.
기구 시스템(200)은 기구 본체(204)에 결합된 카테터 시스템(202)을 포함한다. 카테터 시스템(202)은 근위 단부(217)와 원위 단부 또는 선단부 부분(218)을 갖는 세장형 가요성 카테터 본체(216)를 포함한다. 일 실시예에서, 가요성 본체(216)는 약 3 mm의 외경을 갖는다. 다른 가요성 본체 외경은 다양한 해부학적 통로 내로의 삽입에 적합하게, 더 크거나 더 작을 수 있다. 카테터 시스템(202)은 본체(216)를 따른 하나 이상의 세그먼트(224) 및/또는 원위 단부(218)의 카테터 선단부의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세 및/또는 형상을 판정하기 위해 형상 센서(222)를 포함할 수 있다. 원위 단부(218)와 근위 단부(217) 사이의 본체(216)의 전체 길이는 세그먼트(224)로 효과적으로 분할될 수 있다. 기구 시스템(200)이 원격작동 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 수동 작동되거나 다른 방식으로 비원격작동 절차를 위해 사용되는 경우, 형상 센서(222)는 추적 시스템에 결합될 수 있으며, 이 추적 시스템은 형상 센서와 정보교류하고 수신된 형상 데이터를 처리하여 본체(216)의 일부 또는 모두의 형상의 표시를 생성한다.
형상 센서 시스템(222)은 가요성 카테터 본체(216)와 정렬된 광섬유를 포함할 수 있다(예를 들어, 내부 채널(미도시) 내에 제공되거나 외부적으로 장착됨). 일 실시예에서, 광섬유는 약 200 ㎛의 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 이 치수는 더 크거나 더 작을 수 있다.
형상 센서 시스템(222)의 광섬유는 카테터 시스템(202)의 형상을 판정하기 위한 광섬유 굴곡 센서를 형성한다. 일 대안예에서, 파이버 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg Grating)를 포함하는 광섬유가 하나 이상의 차원에서 구조의 변형 측정치를 제공하기 위해 사용된다. 3차원에서 광섬유의 형상 및 상대적 위치를 감시하기 위한 다양한 시스템 및 방법이 미국 특허 출원 제11/180,389호(2005년 7월 13일자로 출원됨)("광섬유 위치 및 형상 감지 장치 및 그 관련 방법(Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto)" 개시)와, 미국 특허 출원 제12/047,056호(2004년 7월 16일자로 출원됨)("광섬유 형상 및 상대 위치 감지(Fiber-optic shape and relative position sensing)" 개시) 및 미국 특허 제6,389,187호(1998년 6월 17일자로 출원됨)("광섬유 굴곡 센서(Optical Fiber Bend Sensor)" 개시)에 개시되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있다. 대안적 실시예의 센서는 라일리(Rayleigh) 산란, 라만(Raman) 산란, 브릴로인(Brillouin) 산란 및 형광(Fluorescence) 산란 같은 다른 적절한 변형 감지 기술을 사용할 수 있다. 다른 대안적 실시예에서, 카테터의 형상은 다른 기술을 사용하여 판정될 수 있다. 예로서, 카테터의 원위 선단부 자세의 이력이 시간 간격에 걸쳐 장치의 형상을 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예로서, 이력 자세, 위치 또는 배향 데이터가 호흡 같은 교번적 운동의 사이클에 따라 기구 시스템의 공지된 위치에 대해 저장될 수 있다. 이 저장된 데이터는 카테터에 대한 형상 정보를 발현하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 카테터를 따라 위치된 EM 센서들 같은 일련의 위치 센서들이 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 특히 해부학적 통로가 일반적으로 정적인 경우, 절차 동안 기구 시스템 상의 EM 센서 같은 위치 센서로부터의 데이터 이력이 기구의 형상을 표현하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 외부적 자기장에 의해 위치 또는 배향이 제어되는 무선 장치가 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 무선 장치의 위치에 대한 이력이 항행된 통로에 대한 형상을 판정하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 실시예에서, 광섬유는 단일 피복 내에 다중 코어를 포함할 수 있다. 각 코어는 단일 모드로 존재할 수 있으며, 각 코어 내의 광이 다른 코어 내에서 전달되는 광과 유의미하게(significantly) 상호작용하지 않도록 코어들을 분리시키는 충분한 거리 및 피복을 갖는다. 다른 실시예에서, 코어의 수가 변할 수 있거나, 각 코어가 별개의 광섬유 내에 수납될 수 있다.
일부 실시예에서, FBG의 어레이가 각 코어 내에 제공된다. 각 FBG는 굴절 지수에 공간적 주기성을 생성하도록 코어의 굴절 지수의 일련의 변조를 포함한다. 각 지수 변화로부터의 부분적 반사들이 파장의 좁은 대역에 대해 간섭적으로 가산되고, 따라서, 매우 넓은 대역을 통해 통과시키면서 이 파장의 좁은 대역만을 반사하도록 간격이 선택될 수 있다. FBG의 제조 동안, 변조는 알려진 거리만큼 이격되어 알려진 파장 대역의 반사를 유발한다. 그러나, 섬유 코어 상에 변형이 유도되면, 코어의 변형의 양에 따라 변조의 간격이 변한다. 대안적으로, 후방산란이나, 광섬유의 굴곡에 따라 변하는 다른 광학 현상이 각 코어 내의 변형을 판정하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 변형을 측정하기 위해, 섬유로 광이 전송되고, 복귀 광의 특성이 측정된다. 예로서, FBG는 섬유 상의 변형 및 그 온도의 함수인 반사 파장을 생성한다. FBG 기술은 영국의 브랙넬(Bracknell) 소재의 스마트 파이버스 엘티디(Smart Fibres Ltd.) 같은 다양한 출처로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 원격작동 수술을 위한 위치 센서에 FBG 기술을 사용하는 것은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 제7,930,065호(2006년 7월 20일자로 출원됨)("파이버 브래그 격자를 사용한 위치 센서를 포함하는 로봇 수술 시스템(Robotic Surgery System Including Position Sensors Using Fiber Bragg Gratings)" 개시)에 설명되어 있다. 광섬유는 카테터 시스템(202)의 적어도 일부의 형상을 감시하기 위해 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 광섬유를 통과하는 광은 카테터 시스템(202)의 형상을 검출하고 이 형상 정보를 사용하여 수술 절차를 보조하도록 처리된다. 센서 시스템(예를 들어, 센서 시스템(108))은 카테터 시스템(202)의 형상을 결정하기 위해 사용되는 광을 생성 및 검출하기 위한 정보교류 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 정보는 그후 의료 기구 시스템의 부분의 속도 및 가속 같은 다른 관련 변수를 판정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 감지는 원격작동 시스템에 의해 작용되는 자유도에만 한정될 수 있거나, 비능동적(예를 들어, 작용이 주어지지 않은, 관절부 사이의 강성 부재의 굴곡) 및 능동적(예를 들어, 작용이 주어진, 기구의 이동) 자유도 양자 모두에 적용될 수 있다.
의료 기구 시스템은 선택적으로 위치 센서 시스템(220)을 포함할 수 있다. 위치 센서 시스템(220)은 외부적으로 생성된 전자기장에 노출될 수 있는 하나 이상의 전도성 코일을 포함하는 센서(220)를 구비한 EM 센서 시스템의 구성요소일 수 있다. 이때, EM 센서 시스템(220)의 각 코일은 외부적으로 생성된 전자기장에 대한 코일의 위치 및 배향에 의존한 특성을 갖는 유도된 전기 신호를 생성한다. 한 가지 실시예에서, EM 센서 시스템은 6개 자유도, 예를 들어, 3개의 위치 좌표(X, Y, Z)와 기초 지점의 피치, 요 및 롤을 나타내는 3개의 배향 각도를 측정하거나, 5개 자유도, 예를 들어, 3개의 위치 좌표(X, Y, Z)와 기초 지점의 피치 및 요를 나타내는 2개 배향 각도를 측정하도록 구성 및 위치될 수 있다. 또한, EM 센서 시스템의 추가적 설명은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 제6,380,732호(1999년 8월 11일자로 출원됨)("추적되는 대상물 상에 수동 트랜스폰더를 갖는 6 자유도 추적 시스템(Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked)" 개시)에 제공되어 있다.
가요성 카테터 본체(216)는 보조 기구(226)를 수용하도록 크기설정 및 성형된 채널을 포함한다. 보조 기구는 예로서, 영상 포착 프로브, 생검 기구, 레이저 에블레이션 섬유 또는 다른 수술, 진단 또는 치료 도구를 포함할 수 있다. 보조 기구는 외과용 메스(scalpel), 뭉툭한 칼날, 광섬유 또는 전극 같은 단일 작동 부재를 갖는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 다른 엔드 이펙터는 예로서, 겸자, 파지기, 가위 또는 클립 적용기를 포함할 수 있다. 전기적으로 작동되는 엔드 이펙터의 예는 전자수술 전극, 트랜스듀서, 센서 등을 포함한다. 다양한 실시예에서, 보조 기구(226)는 표시를 위해 처리되는 영상(비디오 영상 포함)을 포착하기 위해, 가요성 카테터 본체(216)의 원위 단부(218)에 또는 그 부근에 스테레오스코픽 또는 모노스코픽 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 영상화 시스템에 결합된 파이버스코프 같은 광섬유 다발일 수 있다. 영상 포착 기구는 단일 또는 다중 스펙트럼적일 수 있고, 예로서 가시, 적외 또는 자외 스펙트럼 중 하나 이상에서 영상 데이터를 포착한다.
또한, 가요성 카테터 본체(216)는 예로서, 원위 단부의 파단 점선 표시(219)에 의해 도시된 바와 같이 원위 단부(218)를 제어가능하게 굴곡시키도록 원위 단부(218)와 기구 본체(204) 사이에서 연장하는 케이블, 연동절 또는 다른 조종 제어부(미도시)를 수납할 수 있다. 기구 시스템(200)이 원격작동 조립체에 의해 작동되는 실시예에서, 기구 본체(204)는 원격작동 조립체의 동력식 구동 요소에 제거가능하게 결합되어 그로부터 동력을 받아들이는 구동 입력부를 포함할 수 있다. 기구 시스템(200)이 수동 작동되는 실시예에서, 기구 본체(204)는 파지 특징부, 수동 작동기 또는 기구 시스템의 운동을 수동 제어하기 위한 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 카테터 시스템은 조종가능하거나, 대안적으로, 시스템은 조종불가할 수 있고, 기구 굴곡의 조작자 제어를 위한 어떠한 통합된 메커니즘도 갖지 않을 수 있다. 또한, 또는, 대안적으로, 의료 기구가 그를 통해 목표 수술 장소에서 전개 및 사용되는 하나 이상의 루멘이 가요성 본체(216) 내에 형성된다.
다양한 실시예에서, 의료 기구 시스템(200)은 폐의 검사, 진단, 생검 또는 처치에 사용하기 위한 기관지경 또는 기관지 카테터 같은 가요성 기관지 기구를 포함할 수 있다. 시스템(200)은 또한 결장, 소장, 신장, 뇌, 심장, 순환계 등을 포함하는 임의의 다양한 해부학적 시스템에서 자연적 또는 수술적으로 생성된 연결된 통로를 통한 다른 조직의 처치 및 항행을 위해 적합하다.
다른 생검 시스템, 처치 전달 시스템 및 이식 시스템을 포함하는 다른 공지된 의료 시스템 또는 카테터 시스템(202)은 작은(예를 들어, 센티미터 미만) 목표 조직에 대한 접근에 극도의 정확성을 필요로 하는 절차에 사용될 수 있다. 도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 의료 절차를 확인하기 위한 방법(300)을 예시한다. 이 방법(300)은 일반적으로 생검 절차에 사용되는 확인 기술을 설명하지만, 본 명세서에 설명된 이 확인 기술은 처치 전달 및 이식 절차를 포함하는 임의의 다양한 절차에 사용될 수 있다. 또한, 도 4 내지 도 6은 예시적 생검 절차의 양태를 예시한다.
302에서, 이 방법(300)은 목표 조직을 향해 카테터를 전진시키는 것을 포함한다. 도 4는 해부학적 통로(404) 내에서 연장하면서 목표 조직(406)을 향해 전진되는 카테터(402)를 예시한다. 세장형 생검 기구(408)는 카테터(402)로부터 목표 조직(406)을 향해 연장할 수 있다. 마커(410)는 기구(408)에 제거가능하게 결합된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기구(408)는 카테터(402)로부터 전진되고, 목표 조직(406)에 접근한다. 기구(408)는 조직의 샘플을 구하기 위해 목표 조직(406) 내로 또는 목표 조직을 통해 연장할 수 있다. 기구(408)는 원위 단부 수집 포트, 측부 개구 수집 포트, 조직 절단 메커니즘 또는 다른 공지된 생검 도구 특징을 포함하는 본 기술에 공지된 임의의 생검 수집 구성을 가질 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 303에서, 기구(408)는 목표 조직(406)내에 있는 것으로 추산되거나, 목표 조직의 적절한 샘플을 획득하기 위해 충분하게 목표 조직 내에 있는 것으로 추산되는 장소로 전진된다.
304에서, 마커는 기구로부터 목표 조직 내에 또는 목표 조직 부근에 투입된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 마커(410)는 기구(408)로부터 목표 조직(406) 내로 투입된다. 본 실시예에서, 마커(410)는 단일 시드(seed) 또는 다른 지점형 기점 마커일 수 있다. 마커는 생검 기구의 가장 먼 침투 깊이를 나타내는 기점 특징부로서 기능할 수 있다. 영상화 또는 다른 방식으로 감지될 때, 마커의 장소는 생검 기구가 목표 조직을 유효하게 샘플링한 경우, 목표 조직에 도달하는 데 실패한 경우 또는 샘플을 얻기 위해 목표 조직을 초과하여 연장된 경우를 나타낼 수 있다.
308에서, 투입된 마커는 또한 목표 조직에서 또는 목표 조직 부근에서 생검 기구의 원위 단부의 궤적을 판정하기 위해 사용된다. 궤적을 결정하고 생검 절차의 성공을 확인하기 위해 궤적을 사용하기 위한 다양한 기술이 후술된다. 310에서, 선택적으로, 궤적은 다른 생검 시도가 요구되는 지를 판정하기 위해 사용될 수 있다. 추가적 생검이 필요한 경우, 성공적 생검이 확인될 때까지 단계 302 내지 310이 반복된다. 312에서, 절차가 그후 완료된다.
목표 조직(406)에서, 그리고, 그 부근에서 기구(408)의 궤적을 판정하기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있다. 도 6을 다시 참조하면, 마커(410)는 기구(408)의 원위 단부의 최원위 연장부에서 또는 그 부근에서 투입될 수 있다. 근위 마커(412)는 카테터(402)의 원위 선단부에 배치될 수 있다. 카테터(402)의 원위 선단부에서 근위 마커(412)는 기구가 목표 조직 내로 전진될 때 기구(408)의 궤적(414) 상의 다른 지점의 근사값으로서 기능한다. 두 개의 마커(410, 412)는 영상화되거나 다른 방식으로 감지될 수 있다. 두 개의 마커(410, 412)는 두 개의 마커 사이의 선형 경로가 전진된 생검 기구의 궤적(414)을 추산할 수 있다는 점에서 궤적 표시 장치로서 기능한다. 마커 및 마커를 감지하기 위한 기술의 다른 설명은 이하에서 상세히 제공된다. 생검 조직이 궤적을 따른 또는 궤적에 바로 인접한 해부구조로부터 제거되기 때문에, 기구 궤적에 대한 지식은 생검이 성공적인지 여부를 임상의사에게 나타낸다. 궤적이 목표 조직 내로 연장하는 경우, 임상의사는 목표 조직이 성공적으로 생검되었다는 고도의 확신을 갖는다. 궤적이 목표 조직을 우회하거나, 목표 조직에 도달하지 않거나, 실질적으로 목표 조직을 지나치는 경우, 이때, 임상의사는 추가적 생검이 필요할 수 있다는 것을 신속히 판정할 수 있다.
도 7은 생검 기구(408)의 궤적을 판정하기 위한 대안적 기술을 예시한다. 본 실시예에서, 원위 마커(416)는 기구 궤적(418)을 따른 원위 장소에서 생검 기구(408)로부터 투입된다. 근위 마커(420)는 기구 궤적(418)을 따른 다른 장소에서 생검 기구(408)로부터 투입된다. 두 개의 마커(416, 420)는 전진된 기구의 궤적(418)을 추산하기 위해 영상화될 수 있거나 다른 방식으로 감지될 수 있다. 따라서, 마커(416, 420)는 생검이 성공적인지(즉, 궤적이 생검을 위한 목표 조직 내로 또는 그를 통해 지나갔는지 또는 생검을 위한 목표 조직의 중심에 궤적이 얼마나 근접하게 도달하였는지) 또는 반복되어야 하는지를 판정하기 위해 궤적 표시 장치로서 기능한다. 또한, 추가적 마커가 궤적을 따라 투입될 수 있다. 이런 추가적 마커는 예로서, 굴곡된 생검 기구 또는 그 기구가 비선형, 3차원 경로를 따르는 임의의 다른 생검 절차의 궤적을 추산하기 위해 사용될 수 있다.
도 8은 기구(408)의 궤적을 판정하기 위한 대안적 기술을 예시한다. 본 실시예에서, 마커는 기구 궤적(424)을 따라 기구(408)로부터 투입된 세장형 마커(422)이다. 마커(410)에 비해, 마커(422)는 더 길고 영상화 또는 다른 방식으로 감지될 때 2차원으로 가시적이다. 마커(422)는 근위 부분(428)과 선형적으로 정렬된 원위 부분(426)을 갖는다. 따라서, 단일 세장형 마커(422)가 자체적으로 전진된 기구의 궤적(414)을 추산하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 마커(422)는 생검이 성공적인지 또는 반복되어야하는지를 판정하기 위해 궤적 표시 장치로서 기능한다.
도 9는 기구(408)의 궤적을 판정하기 위한 대안적 기술을 예시한다. 본 실시예에서, 마커는 채널(431)을 포함하는 외피 마커(430)이며, 기구가 목표 조직(406)을 향해 전진될 때 이 채널을 통해 기구(408)의 적어도 일부가 연장한다. 생검 절차 동안 또는 그 이후에 카테터(402) 내로 기구(408)가 다시 후퇴될 때, 외피 마커(430)는 기구로부터 이격 방향으로 활주되고, 기구의 궤적(432)을 따라 투입된다. 외피 마커(430)는 영상화되거나 다른 방식으로 감지될 때 2차원으로 가시적이다. 따라서, 외피 마커(430)의 배향은 기구의 궤적을 추산하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 마커(430)는 생검이 성공적인지 또는 반복되어야하는지를 판정하기 위해 궤적 표시 장치로서 기능한다.
도 10은 기구(408)의 궤적을 판정하기 위한 대안적 기술을 예시한다. 본 실시예에서, 마커는 궤적(442)을 따라 기구(408)로부터 투입된 자취 물질(440)이다. 자취 물질(440)은 영상화 또는 다른 방식으로 감지될 때 2차원으로 가시적이다. 따라서, 자취 물질(440)의 배향은 기구의 궤적 및 절차의 성공도를 추산하기 위해 사용될 수 있다. 자취 물질은 예로서 궤적을 따라 기구로부터 풀려지는 가요성 필라멘트 또는 실일 수 있다. 다른 대안예에서, 자취 물질은 궤적을 따라 기구로부터 투입되는 염료 같은 액체 마킹 작용제일 수 있다.
도 11은 마킹 작용제를 수동적으로 전달하기 위한 구성을 예시한다. 본 실시예에서, 기구(450)는 마킹 작용제(454)를 보유하기 위한 하나 이상의 물질 보유장치(452)를 포함한다. 마킹 작용제는 예로서, 액체(예를 들어, 형광 염료), 고체(예를 들어, 백악형(chalk-like) 물질) 또는 겔일 수 있다. 물질 보유장치(452)는 홈, 일련의 만입부, 흡수성 스트립 또는 마킹 작용제를 수납하거나 마킹 작용제를 기구(450)에 부착하기 위한 임의의 다른 장치일 수 있다. 기구(450) 및 마킹 작용제(454)가 조직을 통해 이동할 때, 마킹 작용제는 물질 보유장치(452)로부터 마찰에 의해 분리되고, 기구의 궤적을 따라 조직 상에 투입된다. 대안적 실시예에서, 마킹 작용제는 펌프 같은 능동적 전달 시스템에 의해 분배될 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 마커는 다양한 형태로 또는 형태의 조합으로 존재한다. 마킹 작용제를 포함하는 임의의 마커는 능동형일 수 있으며-이는 이들이 영상화 시스템에 의해 검출될 수 있는 에너지를 방출한다는 것을 의미한다. 능동형 마커의 예는 방사성 또는 초음파 마커를 포함한다. 유사하게, 단일 마커의 하나 이상의 부분이 능동형일 수 있으며, 그래서, 둘 이상의 능동형 특징을 갖는 단일 마커가 기구의 궤적을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 마킹 작용제를 포함하는 임의의 마커는 수동형일 수 있으며-이는 이들이 영상화 또는 감지를 위해 외부적 에너지를 필요로 한다는 것을 의미한다. 예로서, 방사선불투과성 마커는 수동형 마커이며, 이는 CT 영상화 같이 X-선 기술로 영상화될 때 검출될 수 있다. 다른 유형의 수동형 마커는 EM 센서를 포함할 수 있다. 수동형 마커의 또 다른 예는 하나 이상의 방사선투과성 특징부 또는 상징을 갖는 마커이며, 그래서, 어느 한 단부에 방사선투과성 특징부를 갖는 단일 방사선불투과성 세장형 마커가 예로서 기구의 궤적을 나타내기 위해 기능한다. 마커는 고체, 액체, 겔 또는 다른 검출가능한 물질을 생성하기 위한 폴리머 재료, 금속, 세라믹 재료 또는 다른 적절한 생체친화성 물질을 포함할 수 있다. 마커는 도 9에 도시된 바와 같이 능동형 또는 수동형 표식(433) 또는 다른 상징적 패턴을 포함할 수 있으며, 이는 외부적 영상화 또는 감지 시스템에 의해 검출될 수 있고, 마커를 식별하고 그리고/또는 그 배향을 나타내도록 기능한다. 각각 고유한 표식을 갖는 둘 이상의 마커가 서로 구별될 수 있다.
다양한 실시예에서, 마커는 영구적일 수 있으며-이는 해부구조 내에서 시간에 걸쳐(예를 들어, 1년 또는 그 이상) 실질적으로 불변으로 남아있는다는 것을 의미한다. 다른 실시예에서, 마커는 일시적일 수 있으며-이는 환자의 신체 내에서 분해, 축출될 수 있거나 다른 방식으로 잠시 존재한다는 것을 의미한다. 예로서, 마커는 수용하는 방사선의 양에 기초하여 분해가능할 수 있다. 따라서, 마커의 존재 또는 크기는 마커 및 주변 조직에 의해 수용되는 방사선의 선량을 나타낼 수 있다. 본 실시예에서, 완전히 분해된 마커는 충분한 총 방사선 선량이 다수의 처치 세션 동안 수용되었다는 것을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 마커는 영구적일 수 있지만 수용된 방사선의 양을 나타내기 위해 외부적으로 검출가능한 방식으로 변경될 수 있다.
다양한 실시예에서, 마커는 인접한 조직의 화학성질에 응답하여 변하거나 방사선 같은 수용된 에너지에 응답하여 변하는 바이오마커일 수 있다. 예로서, 마커는 암성 조직에 검출가능한 방식으로 반응할 수 있다. 바이오마커에서, 변화 지시자는 가시적(예를 들어, 형광), 방사선성(예를 들어, 방사선불투과성) 또는 생리학적(예를 들어, 온도 또는 밀도)일 수 있다. 대안적으로, 바이오마커는 주변 조직의 사전결정된 특성이 검출되면, 바이오마커가 물리적 또는 화학적 변화를 받아 주변 조직을 처치하거나 또는 주변 조직을 영상화 시스템을 비롯한 센서에 의해 검출될 수 있게 하도록 하는 주변 조직 응답성일 수 있다.
다양한 실시예에서, 마커는 이식과 생검 확인 사이에 마커가 이동하지 않도록 주변 조직에 고정가능할 수 있다. 마커의 고정은 방사선 요법 같은 후속 처치 계획 동안 마커의 위치를 유지하기에 충분하게 강인할 수 있다. 따라서, 고정된 마커는 방사선 요법의 장소를 안내하기 위한 안내부로서 기능할 수 있다.
다양한 실시예에서, 마커는 센서로서 기능할 수 있다. 예로서, 작은 센티미터규모 미만의 병변이 영상화 시스템에 의해 명확히 가시적이지 않은 경우, 이식된 마커는 주변 조직에 대한 정보를 감지하고, 처리 및 진단을 위해 감지된 데이터를 무선으로 외부적 수신기로 전송할 수 있다. 예로서, 마커는 가시광 영상화 또는 OCT형 영상화를 사용함으로써 미시적 감시를 제공할 수 있다. 이들 기술에서, 광학적 생검이 수행될 수 있다.
다양한 실시예에서, 마커는 조직의 영역을 횡단하여 목표 장소에 도달하도록 외부적으로(예를 들어, 자기 또는 무선 원격 제어에 의해) 조작될 수 있다. 마커가 목표 장소로 이동된 이후, 검출된 마커는 목표 조직 장소의 표시로서 기능할 수 있고, 그래서, 방사선이나 수술 같은 처치가 마커를 향해 안내될 수 있다.
다양한 실시예에서, 마커는 정위(localization) 신호를 제공할 수 있는 x-선의 소형 소스(예를 들어, 탄소 나노튜브 기반 필드 방출 x-선 소스)를 포함할 수 있다. 이런 마커의 어레이가 내부적으로 또는 외부적으로 위치된 x-선 검출기 상으로 해당 부위를 방사선 영상화하기 위해 사용될 수 있다.
예시적 실시예에서, 수 센티미터규모 미만 직경의 관심 조직이 예로서, CT 영상화를 사용하여 폐 조직에서 식별될 수 있다. 능동적으로 안내되는 생검 프로브(예를 들어, 카테터 시스템(202))가 조직 샘플이 취해질 수 있는 각각의 관심 조직의 장소로 안내될 수 있다. 프로브는 전술한 바와 같이 마커를 투입한다. 각 관심 조직에 대한 생검 절차가 완료되었을 때, 모든 생검 장소가 영상화된다. 마커 및/또는 마킹된 궤적이 식별된다. 생검후 영상이 임의의 장소에서 생검이 적절한 샘플을 수집하지 못했다는 것을 나타내면, 해당 장소에서 제2 생검이 시도될 수 있다. 제2 생검 장소 및 궤적을 나타내기 위해 제2 마커가 사용될 수 있다. 초기 시도 직후 생검 실패가 판정되는 경우, 임상 자원이 최대화되고 환자 불편이 최소화될 수 있도록 단일 환자 생검 수술 절차의 상황 안에서 제2 시도가 이루어질 수 있다.
다른 예시적 실시예에서, 마킹된 궤적은 목표 조직에 처치를 전달하기 위해 원래 궤적을 재항행하도록 사용될 수 있다. 예로서, 확인 절차에서 목표 조직에 접근된 것이 확인되고, 생검 분석이 처치가 표시됨을 나타내는 경우, 투입된 마커(들)는 임상의사에게 안내를 제공하여 처치 지시된 목표 조직의 장소로 처치 기구와 함께 복귀할 수 있게 한다. 일 예로서, 처치 기구는 목표 조직의 처치를 위한 방사성 시드를 전달하기 위해 원래 마커의 장소로 안내될 수 있다.
다른 예시적 실시예에서, 마커는 초기 정찰 기구를 사용하여 목표 조직으로 전달될 수 있다. 초기 정찰 기구는 마커를 투입하고, 정찰 기구가 제거된다. 정찰 기구의 궤적 및/또는 마커가 목표 조직이 마킹되었는지를 판정하기 위해 평가된 후에, 별개의 생검 기구가 생검 절차를 수행하기 위해 마커의 장소로 전진될 수 있다. 본 실시예에서, 정찰 기구 및 생검 기구는 카테터를 통해 전진될 수 있고, 카테터는 정찰 기구가 제거된 이후 해부구조 내에 잔류되어 후속하여 생검 기구를 수용할 수 있다.
다른 예시적 실시예에서, 카테터 안내부는 생략될 수 있다. 카테터 안내부를 사용하지 않고 생검 바늘 또는 다른 유형의 처치 도구가 마커를 목표 장소로 전달하여 생검 또는 다른 유형의 처치를 수행할 수 있다. 예로서, 환자의 자연적 해부학적 통로는 해부학적 통로 내에 또는 그 부근에 배치된 목표 조직으로의 필요한 안내를 제공할 수 있다.
설명된 실시예의 하나 이상의 요소는 제어 시스템(112) 같은 컴퓨터 시스템의 프로세서 상에서 실행되도록 소프트웨어로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현될 때, 본 발명의 실시예의 요소는 본질적으로 필요한 임무를 수행하기 위한 코드 세그먼트이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트는 프로세서 판독가능 저장 매체 또는 장치 내에 저장될 수 있으며, 이는 전송 매체 또는 통신 링크를 거쳐 반송파로 구현된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 다운로드된 것일 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 장치의 예는 전자 회로; 반도체 장치, 반도체 메모리 장치, 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 삭제 및 프로그램가능 판독 전용 메모리(EPROM); 플로피 디스켓, CD-ROM, 광학 디스크, 하드 디스크 또는 다른 저장 장치를 포함한다. 코드 세그먼트는 인터넷, 인트라넷 등 같은 컴퓨터 네트워크를 거쳐 다운로드될 수 있다.
본 명세서에 설명된 처리 및 표시는 본질적으로 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에 관련되지 않을 수 있다. 다양한 이들 시스템을 위한 필요한 구조는 청구범위의 요소로서 나타날 것이다. 추가적으로, 본 발명의 실시예는 임의의 특정 프로그래밍 언어를 기준으로 설명되지 않는다. 본 명세서에 설명된 본 발명의 양태의 교지를 이행하기 위해 다양한 프로그래밍 언어가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 특정 예시적 실시예가 설명되고 첨부 도면에 도시되었지만, 이런 실시예는 단지 광범위한 본 발명의 양태의 예시일 뿐이며, 광범위한 본 발명의 양태를 제한하지 않으며, 본 발명의 실시예는 도시 및 설명된 특정 구성 및 배열에 한정되지 않으며, 그 이유는 본 기술 분야의 통상의 기술자가 다양한 다른 변형을 안출할 수 있기 때문이다.

Claims (30)

  1. 마커를 포함하는 수술 기구를 목표 조직을 향해 전진시키는 단계와,
    목표 조직의 장소 또는 목표 조직 부근의 장소에 마커를 투입하는 단계와,
    마커의 투입 이후, 목표 조직으로부터 수술 기구를 인출하는 단계와,
    수술 기구의 인출 이후, 투입된 마커의 장소를 사용하여 목표 조직에서의 또는 목표 조직 부근에서의 수술 기구의 원위 단부의 궤적을 판정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 수술 기구를 전진시키는 단계는 해부학적 통로를 통해 목표 조직을 향해 수술 기구를 전진시키는 것을 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 목표 조직으로부터 생검 샘플을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 마커는 에너지 방출 구성요소를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 마커는 방사선불투과성 구성요소를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 마커는 상기 장소의 조직이 질병에 걸린 경우 물리적 변경을 받게 되는 구성요소를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 마커는 고정기 구성요소를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 마커는 센서와 무선 송신기를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 마커는 분해가능한, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 수술 기구는, 마커를 포함하는 제거가능한 외피를 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 마커는 원위 마커이고, 투입된 마커의 장소를 사용하여 수술 기구의 원위 단부의 궤적을 판정하는 단계는 원위 마커와 환자 해부구조의 근위 마커 사이에서 수술 기구의 원위 단부의 궤적을 판정하는 것을 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 수술 기구를 목표 조직을 향해 전진시키는 단계는 카테터를 통해 수술 기구를 전진시키는 것을 포함하고, 근위 마커는 카테터의 원위 단부에 위치된 센서를 포함하는, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 마커를 투입하는 단계는 필라멘트를 투입하는 것을 포함하고, 필라멘트는 근위 마커와 원위 마커를 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서, 마커를 투입하는 단계는 액체 마킹 작용제를 분배하는 것을 포함하고, 분배된 액체 마킹 작용제는 근위 마커와 원위 마커를 포함하는 자취를 형성하도록 분배될 수 있는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 수술 기구는 액체 마킹 작용제를 보유하기 위한 적어도 하나의 물질 보유장치를 포함하는, 방법.
  16. 세장형 기구와,
    환자 해부구조의 목표 조직에 또는 목표 조직 부근에 세장형 기구의 원위 단부의 궤적을 나타내도록 구성된 궤적 표시 장치를 포함하고,
    상기 궤적 표시 장치는 목표 조직의 장소 또는 목표 조직 부근의 장소에 투입을 위해 세장형 기구로부터 제거될 수 있는 마커를 포함하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 마커는 환자 해부구조 내의 세장형 기구의 가장 먼 전진 지점을 나타내는 원위 마커이고, 궤적 표시 장치는 근위 마커를 더 포함하는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 세장형 기구를 활주가능하게 수용하도록 크기설정된 카테터를 더 포함하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 근위 마커는 카테터의 원위 단부 상에 위치되는 센서를 포함하는, 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 근위 마커는 환자 해부구조 내의 제2 장소로의 투입을 위해 세장형 기구로부터 제거될 수 있는, 시스템.
  21. 제17항에 있어서, 궤적 표시 장치는 근위 마커와 원위 마커를 포함하는 필라멘트를 포함하는, 시스템.
  22. 제17항에 있어서, 궤적 표시 장치는 근위 마커와 원위 마커를 포함하는 자취를 형성하도록 분배될 수 있는 액체 마킹 작용제를 포함하는, 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 수술 기구는 액체 마킹 작용제를 보유하기 위한 적어도 하나의 물질 보유장치를 포함하는, 시스템.
  24. 제16항에 있어서, 원위 마커는 에너지 방출 구성요소를 포함하는, 시스템.
  25. 제16항에 있어서, 원위 마커는 방사선불투과성 구성요소를 포함하는, 시스템.
  26. 제16항에 있어서, 원위 마커는 환자 해부구조의 목표 조직이 질병에 걸린 경우 물리적 변경을 받게 되는 구성요소를 포함하는, 시스템.
  27. 제16항에 있어서, 원위 마커는 고정기 구성요소를 포함하는, 시스템.
  28. 제16항에 있어서, 원위 마커는 센서 및 무선 송신기를 포함하는, 시스템.
  29. 제16항에 있어서, 원위 마커는 분해가능한, 시스템.
  30. 제16항에 있어서, 세장형 기구는 궤적 표시 장치를 포함하는 제거가능한 외피를 포함하는, 시스템.
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