KR20170039703A - 다중 중재 절차를 계획하기 위한 시스템과 방법 - Google Patents

다중 중재 절차를 계획하기 위한 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

해부학적 기준 프레임에서 표적 구조를 식별하는 것을 포함하는 중재 기기를 전개하는 방법. 본 방법은 중재 기기의 현재 위치에 관한 해부학적 기준 프레임에서의 표적 영역을 결정하는 것과 표적 영역 내의 중재 기기의 제1 결부 장소를 기록하는 것을 추가로 포함한다.

Description

다중 중재 절차를 계획하기 위한 시스템과 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PLANNING MULTIPLE INTERVENTIONAL PROCEDURES}
관련 출원
본 특허 출원은 2014년 7월 28일에 출원되고 발명의 명칭이 (SYSTEMS AND METHODS FOR PLANNING MULTIPLE INTERVENTIONAL PROCEDURES)인 미국 가특허 출원62/029942의 우선권과 출원일의 이익을 주장하고, 그 전체 내용이 참조로서 본원에 포함된다.
기술 분야
본 개시내용은 최소 침습 절차를 수행하기 위해 환자의 해부 구조를 항행하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이고, 더욱 특히 중재 기기를 다중 전개하기 위해 절차를 계획하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최소 침습 의료 기술은 중재 절차 도중 손상되는 조직의 양을 감소시켜, 환자의 회복 시간, 불편함, 및 해로운 부작용을 감소시키도록 의도된다. 그러한 최소 침습 기술은 환자의 해부 구조에서의 자연적인 구멍을 통해서 또는 하나 이상의 수술 절개부를 통해서 수행될 수 있다. 이들 자연적 구멍이나 절개부를 통해, 임상의는 표적 조직 장소에 도달하도록 중재 기기(수술, 진단, 치료 또는 생검 기기를 포함)를 삽입할 수 있다. 표적 조직 장소에 도달하기 위해, 최소 침습 중재 기기는 폐, 결장, 장, 신장, 심장, 순환계 등 같은 해부학적 시스템에서의 자연적으로 또는 수술적으로 생성된 통로를 항행할 수 있다. 임상의가 통로를 통해 기기를 항행하는 것을 보조하기 위해, 통로의 모델이 수술전 또는 수술중 촬영을 사용하여 준비된다. 중재 기기를 전개하기 위한 현재의 시스템은 기기 전개 장소를 표적 조직 장소에 가장 가까운 모델링된 통로 내의 점으로서 식별한다. 표적 조직 장소는 여러 가지 이유로 부정확할 수 있다. 예를 들어, 해부학적 구조의 장소는 정적인 수술전 영상 기반 모델에서에 비해 움직이는 환자에서 다르다. 위치 센서 오류와 정합 기술의 정확도는 또한 표적 조직 장소를 결정하는 데 있어서의 부정확성에 기여할 수 있다. 표적 조직 장소에 접근의 가능성을 증가하기 위한 최소 침습 절차를 수행하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명의 실시예들이 상세한 설명에 이어지는 청구항에 의해 요약된다.
일 실시예에서, 중재 기기를 전개하는 방법은 해부학적 기준 프레임에서 표적 구조를 식별하는 것을 포함한다. 본 방법은 중재 기기의 현재 위치에 대한 해부학적 기준 프레임에서의 표적 영역을 결정하는 것과 표적 영역 내에서 중재 기기의 제1 결부(engagement) 장소를 기록하는 것을 추가적으로 포함한다.
다른 실시예에서, 중재 절차를 수행하기 위한 방법은 중재 기기를 전개하기 위한 표적 영역의 영상을 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI: graphical user interface)를 생성하는 것을 포함한다. 중재 기기의 제1 결부에 응답하여, GUI는 제1 결부 장소 마커를 포함하도록 갱신된다. 중재 기기의 제1 결부에 응답하여, GUI는 제1 개정 표적 영역의 이미지를 포함하도록 갱신된다.
다른 실시예에서, 다중 중재 절차를 계획하기 위한 방법은 해부학적 프레임에서의 표적 구조를 식별하는 것과 해부학적 프레임에서의 표적 영역을 결정하는 것을 포함한다. 표적 구조는 표적 영역 내에 위치한다. 본 방법은 중재 기기를 전개하기 위한 표적 영역 내 제1 결부 장소를 식별하는 것과 중재 기기를 전개하기 위한 제2 결부 장소를 식별하는 것을 추가적으로 포함한다.
다른 실시예에서, 시스템은 카테터와 카테터로부터 전개가능한 도구를 포함하는 중재 기기를 포함한다. 시스템은 또한 중재 기기의 현재 장소에 대해 해부학적 기준 프레임에서의 표적 영역을 결정하고 해부학적 기준 프레임에서의 표적 구조를 식별하기 위해 구성된 제어 시스템을 포함한다. 표적 구조는 표적 영역 내에 위치한다. 제어 시스템은 또한 표적 영역 내의 중재 기기의 제1 결부 장소를 기록하기 위해 그리고 표적 영역 내의 중재 기기의 제2 결부 장소를 기록하기 위해 구성된다.
본 개시내용의 양태가, 첨부 도면과 함께 판독될 때, 이하의 구체적인 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 다양한 형상들이 본 산업 분야의 표준 실무에 따라서 비율에 맞게 도시된 것은 아님을 강조한다. 사실상, 다양한 형상들의 치수는 설명의 명확성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다. 추가로, 본 개시내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성 및 명료성을 위한 것이고 그 자체가 설명된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하지는 않는다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 원격 작동식 중재 시스템이다.
도 2는 본 개시 내용의 양태를 이용하는 중재 기기 시스템을 도시한다.
도 3은 연장된 중재 도구를 구비한 도 2의 중재 기기 시스템의 원위 단부를 도시한다.
도 4는 중재 기기를 전개하기 위한 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 전개 장소에서 중재 기기의 원위 단부와 표적 장소에 가까운 환자의 해부학적 영역을 도시한다.
도 6은 중재 절차를 수행하기 위한 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 개시 내용의 일 실시예에 따른 환자 해부 구조에서의 표적 영역의 영상이다.
도 8은 표적 영역을 개정하기 위한 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 환자 해부 구조에서의 수정된 표적 영역의 영상이다.
도 10은 코드화된 표적 영역 마커를 구비한 표적 영역의 영상이다.
도 11과 도 12는 개시내용의 다른 실시예에 따른 환자 해부 구조에서의 표적 영역의 영상이다.
본 발명의 양태의 이하의 상세한 설명에서, 개시된 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 수많은 구체적인 상세 내용이 기술된다. 그러나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 이러한 구체적인 상세 내용이 없이도 이 개시내용의 실시예가 실시될 수 있다는 점을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 다른 경우, 본 발명의 실시예의 양태를 불필요하게 불명확하게 하지 않기 위해, 널리 알려진 방법, 절차, 구성요소, 및 회로는 상세히 설명되지 않았다. 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.
이하의 실시예는 다양한 기기 및 기기의 부분을 3차원 공간에서의 이들의 상태와 관련하여 설명할 것이다. 본 개시 내용에 사용되는 바와 같이, "위치"라는 용어는 3차원 공간(예를 들어, 직교 X, Y, Z 좌표를 따르는 3개의 병진 이동 자유도)에서의 대상 또는 대상의 일부분의 장소를 지칭한다. 본 개시 내용에 사용되는 바와 같이, "배향"이라는 용어는 대상 또는 대상의 일부분의 회전 배치(3개의 회전 자유도 - 예를 들어, 롤링, 피치, 및 요잉)를 지칭한다. 본 개시 내용에 사용되는 바와 같이, "자세"라는 용어는 적어도 하나의 병진 이동 자유도에서의 대상 또는 대상의 일부분의 위치 그리고 적어도 하나의 회전 자유도에서의 대상 또는 대상의 일부분의 배향을 지칭한다(6개까지의 총 자유도). 본원에서 설명되는 바와 같이, "형상"이라는 용어는 대상을 따라 측정된 자세, 위치, 또는 배향의 세트를 지칭한다.
도면 중 도 1을 참조하면, 예를 들어, 수술, 진단, 치료, 또는 생검 절차에서 사용하기 위한 원격 작동식 중재 시스템이 도면 부호 100에 의해 전체적으로 표시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원격 작동식 시스템(100)은 환자(P)에 대해 다양한 절차를 수행하는 데 있어서 중재 기기(104)를 작동시키기 위한 중재 조작기 조립체(102)를 일반적으로 포함한다. 조립체(102)는 수술대(O)에 또는 그 부근에 장착된다. 마스터 조립체(106)가 임상의 또는 외과의(S)가 중재 부위를 관찰하고 슬레이브 조작기 조립체(102)를 제어하도록 허용한다.
마스터 조립체(106)는 수술대(O)와 동일한 방 안에 일반적으로 위치되는 외과의 콘솔에 위치될 수 있다. 그러나, 외과의(S)는 환자(P)와 다른 방 또는 완전히 다른 건물에 위치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 마스터 조립체(106)는 조작기 조립체(102)를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 디바이스를 일반적으로 포함한다. 제어 디바이스는 조이스틱, 트랙볼, 데이터 글러브, 트리거 건, 수작동 제어기, 음성 인식 장치, 신체 운동 또는 존재 센서 등과 같은, 임의의 개수의 다양한 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 디바이스에는 원격 현장감 또는 외과의가 기기(104)를 직접 제어하는 강한 느낌을 갖도록 제어 디바이스가 기기(104)와 일체라는 지각을 외과의에게 제공하기 위해 관련된 중재 기기(104)와 동일한 자유도가 제공될 것이다. 다른 실시예에서, 제어 디바이스는 관련된 중재 기기(104)보다 더 많거나 더 적은 자유도를 가지며, 여전히 원격 현장감을 외과의에게 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 제어 디바이스는 6 자유도로 이동하고 또한 기기를 작동시키는(예를 들어, 파지 조오를 폐쇄하고, 전기 전위를 전극에 인가하고, 의학적 치료를 전달하는 등등의) 작동가능 핸들을 포함할 수 있는 수동 입력 디바이스이다.
원격작동 조립체(102)는 의료 기기 시스템(104)을 지지하고, 하나 이상의 비-서보 제어식 링크(예를 들어, 일반적으로 셋업 구조로 지칭되는, 제 위치에 수동으로 위치설정 및 로킹될 수 있는 하나 이상의 링크)의 운동학적 구조 및 원격작동 조작기를 포함할 수 있다. 원격작동 조립체(102)는 제어 시스템[예를 들어, 제어 시스템(112)]으로부터의 명령에 응답하여 의료 기기 시스템(104) 상의 입력부를 구동하는 복수의 작동기 또는 모터를 포함한다. 모터는 의료 기기 시스템(104)에 결합될 때 자연적으로 또는 수술적으로 생성된 해부 구멍 내로 의료 기기를 전진시킬 수 있는 구동 시스템을 포함한다. 다른 동력식 구동 시스템이, 3개의 선형 운동도(예를 들어, X, Y, Z 데카르트 축을 따르는 선형 운동)를 포함할 수 있는 복수의 자유도로 그리고 3개의 회전 운동도(예를 들어, X, Y, Z 데카르트 축 주위의 회전)로 의료 기기의 원위 단부를 이동시킬 수 있다. 부가적으로, 생검 디바이스 등의 조오에서 조직을 파지하기 위한 기기의 관절작동 엔드 이펙터(articulable end effector)를 작동시키도록 모터가 사용될 수 있다.
또한, 원격작동 의료 시스템(100)은 원격작동 조립체의 기기에 관한 정보를 수신하기 위해 하나 이상의 하위-시스템을 구비한 센서 시스템(108)을 포함한다. 이러한 하위-시스템은 위치 센서 시스템[예를 들어, 전자기(EM) 센서 시스템], 카테터 선단부 및/또는 기기 시스템(104)의 가요성 본체를 따르는 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 시각화 시스템을 포함할 수 있다.
시각화 시스템[예를 들어, 도 2의 시각화 시스템(231)]은 수술 부위의 동시적 또는 실시간 영상이 임상의 또는 외과의(S)에게 제공되도록 관찰경 조립체(이하에서 더 상세히 설명됨)를 포함할 수 있다. 동시 영상은 예를 들어 수술 부위 내에 위치된 내시경에 의해 포착된 2차원 또는 3차원 영상일 수 있다. 이러한 실시예에서, 시각화 시스템은 의료 기기(104)에 일체로 또는 제거가능하게 결합될 수 있는 내시경 구성요소를 포함한다. 그러나, 대안적 실시예에서, 별도의 조작기 조립체에 부착된 별도의 내시경이 수술 부위를 영상화하기 위해 의료 기기와 함께 사용될 수 있다. 시각화 시스템은 제어 시스템(112)(후술됨)의 프로세서를 포함할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호작용하거나 다른 방식으로 그에의해 실행되는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 그 조합으로서 구현될 수 있다.
또한, 원격작동 의료 시스템(100)은 디스플레이 시스템(110)을 포함하고, 디스플레이 시스템은 센서 시스템(108)의 하위-시스템에 의해 생성된 의료 기기 시스템(들)(104) 및 수술 부위의 영상 또는 표현부를 표시한다. 디스플레이(110) 및 조작자 입력 시스템(106)은 조작자가 원격 현존감을 인지하면서 조작자 입력 시스템(106) 및 의료 기기 시스템(104)을 제어할 수 있도록 배향될 수 있다.
디스플레이 시스템(110)은 또한 시각화 시스템에 의해 포착된 의료 기기 및 수술 부위의 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이(110) 및 제어 디바이스는 의료 기기와 관찰경 조립체의 영상화 디바이스의 상대적 위치가 외과의의 눈과 손의 상대적 위치와 유사하여 조작자가 실질적으로 진정한 현존감을 갖고 작업장소를 관찰하는 것 처럼 손 제어 및 의료 기기(104)를 조작할 수 있도록 배향될 수 있다. 진정한 현존감이라는 것은 영상의 표현이 기기(104)를 물리적으로 조작하는 조작자의 관점을 모사하는 진정한 견지의 영상이라는 것을 의미한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 디스플레이(110)는 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI), 형광투시, 열상법, 초음파, 광학 간섭 단층촬영(OCT), 열 영상화, 임피던스 영상화, 레이저 영상화 또는 나노튜브 X-레이 영상화 같은 영상화 기술로부터의 데이터를 사용하여 수술전 모델링 및/또는 기록된 수술 부위의 영상을 표시할 수 있다. 표시된 수술전 영상은 2차원, 3차원 또는 4차원 영상을 포함할 수 있다. 제시되는 수술전 또는 수술중 영상들은 2차원, 3차원, 또는 4차원(예컨대, 시간 기반 또는 속도 기반 정보를 포함함) 영상 및 영상을 재생하기 위한 연관된 영상 데이터 세트를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 디스플레이(110)는 기기(104)의 선단부의 장소의 관점으로부터 내부 수술 부위의 가상 영상을 임상의 또는 외과의(S)에게 표시하기 위해 수술전 또는 동시적 영상과 의료 기기(104)의 실제 장소가 정합되는(즉, 동적으로 참조되는) 가상 항행 영상을 표시할 수 있다. 기기(104)의 선단부의 영상 또는 다른 그래픽이나 영숫자 표시자가 의료 기기를 제어하는 외과의를 돕기 위해 가상 영상 상에 중첩될 수 있다. 대안적으로, 기기(104)는 가상 영상 내에서 가시적이지 않을 수 있다.
다른 실시예에서, 디스플레이(110)는 수술 기기의 실제 장소가 수술전 또는 동시적 영상과 정합되어 임상의 또는 외과의(S)에게 외부 관점으로부터 수술 부위 내의 의료 기기의 가상 영상을 제시하는 가상 항행 영상을 표시할 수 있다. 의료 기기의 일부의 영상이나 다른 그래픽 또는 영숫자 표시자가 기기(104)를 제어하는 외과의를 돕기 위해 가상 영상 상에 중첩될 수 있다.
또한, 원격작동 의료 시스템(100)은 제어 시스템(112)을 포함한다. 제어 시스템(112)은 의료 기기 시스템(104), 조작자 입력 시스템(106), 센서 시스템(108), 및 디스플레이 시스템(110) 사이의 제어를 실행하기 위해, 적어도 하나의 메모리와 적어도 하나의 프로세서(미도시), 그리고 통상적으로 복수의 프로세서를 포함한다. 또한, 제어 시스템(112)은 여기에 개시된 양태에 따라서 설명되는 방법 중 일부 또는 모두를 구현하도록 프로그래밍된 명령어(예를 들어, 해당 명령어들을 저장한 컴퓨터 판독가능 매체)를 포함한다. 제어 시스템(112)이 도 1의 단순화된 개요에서 단일 블록으로 도시되어 있지만, 시스템은 원격작동 조립체(102) 상에서 또는 그에 인접하여 선택적으로 처리의 일 부분이 수행되고, 조작자 입력 시스템(106)에서 처리의 다른 부분이 수행되는 상태로 둘 이상의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있다. 매우 다양한 중앙집중형 또는 분산형 데이터 처리 아키텍처 중 임의의 것이 채용될 수 있다. 유사하게, 프로그래밍된 명령어가 많은 수의 분리된 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나, 그러한 명령어가 본원에서 설명된 원격작동 시스템의 많은 수의 다른 양태로 통합될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 제어 시스템(112)은 블루투스, IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT 및 와이어리스 텔레메트리(Wireless Telemetry) 등의 무선 통신 프로토콜을 지원한다.
일부 실시예에서, 제어 시스템(112)은 의료 기기 시스템(104)으로부터 힘 및/또는 토크 피드백을 수신하는 하나 이상의 서보 제어기를 포함할 수 있다. 이 피드백에 응답하여, 서보 제어기는 신호를 조작자 입력 시스템(106)으로 전송한다. 서보 제어기(들)는 또한 신체 내의 개구를 통해 환자 신체 내의 내부 수술 부위로 연장되는 의료 기기 시스템(104)을 이동시킬 것을 원격작동 조립체(102)에 지시하는 신호를 전송할 수 있다. 임의의 적절한 통상적인 또는 특별한 서보 제어기가 이용될 수 있을 것이다. 서보 제어기는 원격작동 조립체(102)와 일체화되거나 그와 별개일 수 있다. 일부 실시예에서, 서보 제어기 및 원격작동 조립체가, 환자의 신체에 인접하여 위치설정되는 원격작동 아암 카트의 일부로서 제공된다.
제어 시스템(112)은 의료 기기 시스템(104)에 대한 항행 보조를 제공하도록 가상 시각화 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 가상 시각화 시스템을 사용한 가상 항행은 해부학적 통로의 3차원 구조와 관련하여 취득된 데이터세트에 대한 참조에 기초한다. 더 구체적으로, 가상 시각화 시스템은 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기 공명 영상화(MRI), 형광투시, 서모그래피, 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 단독 또는 수동 입력과 조합된 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 도중 수술전에 또는 수술중에 기록될 수 있다. 대안적 실시예에서, 가상 시각화 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 주기 동안) 변형 가능한 해부 영역의 정적 자세를 나타낼 수 있다.
가상 항행 절차 도중, 센서 시스템(108)은 환자의 해부 구조에 관한 기기의 대략적 장소를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 상기 장소는 환자의 해부 구조부의 거시 수준 추적 영상 및 환자 해부 구조부의 가상 내부 영상 양자 모두를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 수술전에 기록된 수술 영상, 예컨대 가상 시각화 시스템으로부터의 영상과 함께 의료 기기를 정합 및 표시하기 위해 광섬유 센서를 사용하는 다양한 시스템이 알려져 있다. 예로서, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는 미국 특허 출원 US13/107,562호(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 이러한 시스템 한가지를 개시하고 있다.
원격작동 의료 시스템(100)은 조명 시스템, 조향 제어 시스템, 관개(irrigation) 시스템, 및/또는 흡입 시스템 등의 선택적 작동 및 지원 시스템(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 원격작동 시스템은 하나 초과의 원격작동 조립체 및/또는 하나 초과의 조작자 입력 시스템을 포함할 수 있다. 조작기 조립체의 정확한 개수는 다른 인자들 중에서, 수술 절차 및 작동 공간 내의 공간적 제약에 의존할 것이다. 조작자 입력 시스템들이 함께 위치될 수 있거나, 조작자 입력 시스템들이 분리된 장소들에 위치될 수 있을 것이다. 복수의 조작자 입력 시스템은 한 명 초과의 조작자가 하나 이상의 조작기 조립체를 다양한 조합으로 제어할 수 있게 한다.
도 2는 원격작동 의료 시스템(100)의 의료 기기 시스템(104)으로서 사용될 수 있는, 의료 기기 시스템(200)을 도시한다. 대안적으로, 의료 기기 시스템(200)은 비-원격작동 탐색 절차를 위해, 또는 내시경 등의 전통적인 수동 작동 의료 기기를 포함한 절차에서 사용될 수 있다.
기기 시스템(200)은 기기 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 대략 3 mm의 외경을 갖는다. 다른 가요성 본체 외경은 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 결정하기 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. 기기 시스템(200)이 원격작동 의료 시스템(100)의 의료 기기 시스템(104)인 경우, 형상 센서(222)는 센서 시스템(108)의 구성요소일 수 있다. 기기 시스템(200)이 수동적으로 작동되거나 비-원격작동 절차를 위해 다른 방식으로 사용되는 경우, 형상 센서(222)는 추적 시스템(230)에 결합될 수 있으며, 이 추적 시스템은 형상 센서와 정보교류하고 수신된 형상 데이터를 처리한다.
형상 센서(222)는 가요성 카테터 본체(216)와 정렬되는 광섬유[예를 들어, 내부 채널(미도시) 내에 제공되거나 외부에 장착됨]를 포함할 수 있다. 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 결정하기 위한 광섬유 굴곡 센서를 형성한다. 일 대안에서, 섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating)(FBG)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 번호 11/180,389호(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]; 미국 특허 출원 번호 12/047,056(2004년 7월 16일자로 출원됨)["광섬유 형상 및 상대 위치 감지("Fiber-optic shape and relative position sensing" 개시] 및 미국 특허 번호 6,389,187호(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 실시형태에서, 카테터의 형상은 다른 기술을 사용하여 결정될 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 주기에 따라 기기 시스템의 공지된 위치에 대해 저장될 수 있다. 이 저장된 데이터는 카테터에 대한 형상 정보를 발현하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 카테터를 따라 위치결정된 EM 센서들 같은 일련의 위치 센서들이 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 특히 해부학적 통로가 일반적으로 정적인 경우, 절차 동안 기기 시스템 상의 EM 센서 같은 위치 센서로부터의 데이터의 이력이 기기의 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 위치에 대한 이력이 항행된 통로에 대한 형상을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 실시예에서, 광섬유는 단일 클래딩 내에 다중 코어를 포함할 수 있다. 각 코어는 각 코어 내의 광이 다른 코어 내에서 운반되는 광과 크게 상호작용하지 않도록 코어를 분리시키는 충분한 거리 및 클래딩을 갖는 단일 모드식일 수 있다. 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 변조부를 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 굴곡과 함께 변하는 다른 광학 현상이 각 코어 내의 변형을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 변형을 측정하기 위해, 광을 섬유에 보내고, 복귀 광의 특성을 측정한다. 예로서, FBG는 섬유 상의 변형 및 그 온도의 함수인 반사 파장을 생성한다. 이 FBG 기술은 영국 브랙넬 소재의 Smart Fibres Ltd. 같은 다양한 출처로부터 상업적으로 사용가능하다. 원격작동 수술을 위한 위치 센서에서의 FBG 기술의 사용은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 번호 7,930,065호(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 일 부분의 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 기기 시스템의 부분의 속도 및 가속 같은 다른 관련 변수를 결정하기 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, 기기의 이동) 자유도 양자 모두에 적용될 수 있다.
의료 기기 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. 그리고 EM 센서 시스템(220)의 각 코일은 외부적으로 생성된 전자기장에 대한 코일의 위치 및 배향에 의존한 특성을 갖는 유도된 전기 신호를 생성한다. 일 실시형태에서, EM 센서 시스템은 6개 자유도, 예를 들어, 3개의 위치 좌표(X, Y, Z)와 기초 점의 피치, 요 및 롤을 나타내는 3개의 배향 각도를 측정하거나, 5개 자유도, 예를 들어, 3개의 위치 좌표(X, Y, Z)와 기초 점의 피치 및 요를 나타내는 2개 배향 각도를 측정하도록 구성 및 위치결정될 수 있다. EM 센서 시스템의 추가적 설명은 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 번호 6,380,732(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.
추적 시스템(230)은 기기(200)를 따르는 하나 이상의 세그먼트(224)와 원위 단부(218)의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세 및/또는 형상을 결정하기 위한 형상 센서 시스템(222)과 위치 센서 시스템(220)을 포함할 수 있다. 추적 시스템(230)은 제어 시스템(116)의 프로세서를 포함할 수 있는, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호작용하거나 다른 방식으로 그에 의해 실행되는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 그 조합으로서 구현될 수 있다.
가요성 카테터 본체(216)는 중재 기기(226)를 수용하도록 크기설정 및 성형된 채널(221)을 포함한다. 중재 기기는 예를 들어 영상 포착 프로브, 생검 기기, 레이저 절단 섬유 또는 다른 수술, 진단 또는 치료 도구를 포함할 수 있다. 중재 도구는 외과용 메스(scalpel), 칼날, 광섬유 또는 전극 같은 단일 작동 부재를 갖는 단부 이펙터를 포함할 수 있다. 다른 단부 이펙터는 예로서, 겸자, 파지기, 가위 또는 클립 적용기를 포함할 수 있다. 전기적으로 활성화되는 단부 이펙터의 예는 전자수술 전극, 트랜스듀서, 센서 등을 포함한다. 다양한 실시예에서, 중재 도구(226)는 표시를 위해 시각화 시스템(231)에 의해 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 기기는 시각화 시스템에 결합하는 파이버스코프 같은 광섬유 다발일 수 있다. 영상 포착 기기는 단일 또는 다중 스펙트럼적일 수 있고, 예로서 가시, 적외 또는 자외 스펙트럼 중 하나 이상에서 영상 데이터를 포착한다.
중재 기기(226)는 기기의 원위 단부를 제어가능하게 굴곡시키기 위해 기기의 근위 및 원위 단부 사이에서 연장하는 케이블, 연동절 또는 다른 조종 제어부(미도시)를 수납할 수 있다. 조종가능한 기기는 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 번호 7,316,681(2005년 10월 4일자로 출원됨)["개선된 기민성과 감도를 가지는 최소 침습 수술을 수행하기 위한 관절형 수술 기기(Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity)" 개시]와 미국 특허 출원 번호 12/286,644(2008년 9월 30일자로 출원됨)["수술 기기를 위한 수동 예압과 캡스탄 구동 장치(Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments)" 개시]에서 상세하게 설명된다.
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 하우징(204) 사이에서 연장하는 케이블, 연동절 또는 다른 조종 제어부(미도시)를 수납할 수 있다. 조종가능한 카테터는 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 출원 번호 13/274,208(2011년 10월 14일자로 출원됨)["제거가능한 시각 프로브를 구비한 카테터(Catheter with Removable Probe)" 개시]에 상세하게 설명된다. 기기 시스템(200)이 원격작동 조립체에 의해 작동되는 실시예에서, 하우징(204)은 원격작동 조립체의 동력식 구동 요소에 제거가능하게 결합되고 그로부터 동력을 수용하는 구동 입력부를 포함할 수 있다. 기기 시스템(200)이 수동 작동되는 실시예에서, 하우징(204)은 파지 특징부, 수동 작동기 또는 기기 시스템의 운동을 수동 제어하기 위한 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 카테터 시스템은 조종가능하거나, 대안적으로, 시스템은 조종불가할 수 있고, 기기 굴곡의 조작자 제어를 위한 어떠한 통합된 메커니즘도 갖지 않을 수 있다. 또한, 또는, 대안적으로, 의료 기기가 그를 통해 표적 수술 장소에서 전개 및 사용될 수 있는 하나 이상의 루멘이 가요성 본체(216)의 벽 안에 규정된다.
다양한 실시예에서, 의료 기기 시스템(200)은 폐의 검사, 진단, 생검 또는 처치에 사용하기 위한 기관지경 또는 기관지 카테터 같은 가요성 기관지 기기를 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.
추적 시스템(230)으로부터의 정보는 항행 시스템(232)으로 전송되고, 항행 시스템에서 이는 수술전에 취득된 영상 및/또는 시각화 시스템(231)으로부터의 정보와 조합되어 외과의 또는 다른 조작자에게 기기(200)의 제어에 사용하도록 디스플레이 시스템(110) 상에 실시간 위치 정보를 제공할 수 있다. 제어 시스템(116)은 기기(200)의 위치설정을 위한 피드백으로서 위치 정보를 사용할 수 있다. 수술 영상과 함께 수술 기기를 정합 및 표시하기 위해 광섬유 센서를 사용하는 것에 대한 다양한 시스템은 미국 특허 출원 번호 13/107,562에 제공되어 있으며 이 출원은 2011년 5월 13일자 출원되고, (Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomical Structure for Image-Guided Surgery)을 개시하고 있으며, 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
도 2의 실시예에서, 기기(200)는 원격작동 의료 시스템(100) 내에서 원격작동된다. 대안적인 실시예에서, 원격작동 조립체(102)는 직접 조작자 제어로 대체될 수 있다. 직접 작동에 대한 대안에서, 다양한 손잡이 및 조작자 인터페이스가 기기의 수조작 작동을 위해 포함될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 원격 작동식 시스템은 1개를 초과하는 슬레이브 조작기 조립체 및/또는 1개를 초과하는 마스터 조립체를 포함할 수 있다. 조작기 조립체의 정확한 개수는 다른 인자들 중에서, 중재 절차 및 작동 공간 내의 공간적 제약에 의존할 것이다. 마스터 조립체들은 함께 위치될 수 있거나, 이들은 분리된 장소에 위치될 수 있다. 복수의 마스터 조립체들은 1명을 초과하는 작업자가 하나 이상의 슬레이브 조작기 조립체들을 다양한 조합으로 제어하도록 허용한다.
도 3에 더 상세하게 도시된 바와 같이, 수술, 생검, 절제, 조명, 관류, 또는 흡입과 같은 절차를 위한 중재 도구(228)(들)가 가요성 본체(216)의 채널(221)을 통해 전개될 수 있고 해부 구조 내의 표적 장소에서 사용될 수 있다. 중재 도구(228)는 또한 영상 포착 프로브일 수 있다. 상기 도구(228)는 절차를 수행하기 위해 채널(221)의 개방부로부터 전진되고, 그 다음 절차가 완료되면 채널로 다시 후퇴될 수 있다. 중재 도구(228)는 카테터 가요성 본체의 근위 단부(217)로부터 또는 가요성 본체를 따른 다른 선택적인 기기 포트(도시되지 않음)로부터 제거될 수 있다.
사용에서, 임상의 또는 제어 시스템은 표적 구조에 중재 절차를 수행하기 위해 중재 기기의 원위 단부를 대기하기 위한 해부학적 통로 내에서 계획된 전개 장소를 선택할 수 있다. 중재 절차를 계획하고 계획된 전개 장소를 항행하기 위한 다양한 시스템과 방법은 "Systems and Methods for Interventional Procedure Planning"을 개시하며 2013년 12월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/144,186에서 설명되고, 그 전문이 본 명세서에 참조로 통합되어 있다. 표적 구조의 장소, 환자 모델과 환자 해부 구조의 정합 및 중재 기기의 항행과 연관된 불확정성 또는 오류 값은 계획 전개 장소의 식별과 절차의 유효성에 영향을 미친다. 하기 설명된 바와 같이, 항행 및 표적 장소의 불확정성으로 인해 표적 구조를 분실할 위험성은 표적 점의 클라우드 또는 집단을 포함하는 확률적 표적 영역으로서의 표적 구조의 장소를 나타내는것에 의해 완화될 수 있다. 임상의 또는 제어 시스템은 해부학적 통로 내에서 카테터를 대기하기 위한 하나 이상의 전개 장소를 선택할 수 있고, 이어서 표적 영역으로부터 다중 표적 점과 결부되도록 도구를 전개할 수 있다. 표적 영역에서 다중 표적 점과 결부됨으로써, 표적 구조를 1회 이상 실제로 결부되는 확률은 증가할 수 있다.
도 4는 절차 전개 장소를 식별하고 중재 기기를 전개 장소로 항행하기 위한 방법(250)을 도시한다. 프로세스(252)는 환자 해부 구조의 해부학적 모델을 획득하는 것을 포함한다. 해부학적 모델은 해부학적 통로의 3차원 구조와 관련해 획득된 데이터세트로부터 개발될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 모델은 CT, MRI, 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, OCT, DOT, 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 영상 기술을 사용하여 기록된 중재 부위의 영상 처리에 의해 획득된다. 소프트웨어는 기록된 영상을 부분적인 또는 전체적인 해부학적 장기 또는 해부학적 영역의 2차원 또는 3차원 모델로 변환하기 위해 사용된다. 상기 모델은 통로들의 다양한 장소 및 형상과 이들의 연결성을 설명한다. 모델을 생성하는데 사용되는 영상은 임상 절차 동안 수술 전에 또는 수술 중에 기록될 수 있다. 대안적 실시예에서, 표준 모델(즉, 환자 특이적이지 않음) 또는 표준 모델 및 환자 특이적 데이터의 합성을 사용할 수 있다. 모델 및 모델에 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. 모델은 기준 프레임과 연관 모델 좌표 시스템을 가진다.
프로세스(254)에서, 모델 기준 프레임이 환자 기준 프레임과 정합되고, 그래서 모델에서 식별된 해부학적 구조의 장소가 실제 환자와 중재 기기가 존재하는 환자 기준 프레임으로 전송될 수 있다. 유사하게, 환자 기준 프레임에서 중재 기기의 배향 및 장소는 모델 기준 프레임으로 전송되고, 그래서 모델 해부 구조에 대한 기기의 이동이 추적될 수 있다. 프로세스(256)에서, 표적 구조는 모델 기준 프레임에서 식별되고 환자 기준 프레임에서의 장소로 변환된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 모델으로부터의 가상 영상(300)은 종양과 같은 표적 구조(302)와 근처의 해부학적 통로(304)를 묘사한다. 통로는 통로 벽(306)과 용골(308)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 해부학적 통로는 폐의 기관지 통로이지만, 본 개시내용의 시스템과 방법은 결장, 장, 신장, 심장, 또는 순환계 시스템과 같은 해부학적 시스템에서 다른 자연적 또는 수술적으로 생성된 통로에서 사용하기 위해 적절할 수 있다. 가상 영상(300)은 해부 영상과 함께 정합된 중재 기기(307)의 영상을 추가적으로 묘사한다. 중재 기기(307)는 가요성 본체(309)[실질적으로 가요성 본체(216)와 유사함]와 연장된 중재 도구(310)를 포함한다. 환자 기준 프레임 내의 중재 기기(307)의 영상의 위치 및 배향은 앞서 설명된 센서 시스템을 기초로 하여 결정될 수 있다.
다양한 오류 인자는 기기(307)에 대한 표적 구조(302)의 실제 장소에 대한 불확정성에 기여한다. 예를 들어, 오류 인자는 모델 및 환자 기준 프레임이 정합된 후의 환자의 이동과 연관될 수 있다. 정합 후 이동의 결과로서, 실제 환자 해부 구조는 더 이상 모델에 의해 예측된 동일한 장소 혹은 배향에 존재하지 않을 수 있다. 다른 오류 인자는 예를 들어 환자 호흡 또는 심장 운동에 의해 유발되는 주기적인 환자 이동에 연관될 수 있다. 만약, 예를 들어 모델이 호흡의 호기 주기동안 얻어진 영상으로부터 획득된다면, 기기가 호흡의 흡기 주기동안 전개되는 경우 기기에 관한 표적 구조의 실제 장소는 다른 장소에 있게될 것이다. 또한 오류 인자는 센서 시스템, 영상화 시간과 중재 시간 사이의 해부 구조에서의 변화(예를 들어, 다른 중재 절차 또는 질병 진행으로 인함), 기기를 항행하기 위해 사용된 제어 알고리즘을 위한 가정에서의 오류에 연관될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면 프로세스(258)는 표적 점의 확률 집단 또는 클라우드로서 기기에 관한 표적 구조(302)의 장소를 나타내는 표적 영역을 결정하는 것을 포함한다. 표적 영역은 환자 기준 프레임 내의 3차원 영역일 수 있다. 표적 영역(311)의 영상은 도 5에 도시된다. 표적 영역(311)은 복수의 표적 점(312)으로 구성된다. 표적 점(312)의 분포과 그에 따른 표적 영역의 3차원 형상은 상기 설명된 바와 같이 다양한 인자를 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 환자 기준 프레임에서 표적 구조의 장소의 확률적 분포는 점 분포에 기여할 수 있다. 환자 기준 프레임 내의 표적 구조의 장소는 예를 들어 수술 전 영상의 시간과 중재 절차의 시간 사이의 운동, 심장 운동, 호흡 운동, 호흡 게이팅 또는 감지와 연계된 오류, 그리고 중재 기기에 의해 해부 구조에 적용된 힘으로 인해 변할 수 있다. 또한 환자 기준 프레임에서 중재 기기(카테터 및/또는 연장가능한 도구)의 원위 단부의 자세의 확률적 분포는 표적 점 분포에 기여할 수 있다. 예를 들어, 센서 시스템과 연관된 오류 분포는 기기 자세에서의 오류를 유발할 수 있다. 환자 기준 프레임에서의 표적 구조의 확률적 분포에 대한 다른 기여 요소는 수술 전 영상 시간과 중재 절차 시간 사이의 운동, 항행 알고리즘에서 이루어진 가정과 관련된 편차, 중재 도구의 길이에서의 불확정성과 가변성, 중재 도구의 감지된 배향에 비해 중재 도구의 배향에서의 변화와 연계된 불확정성과 가변성을 포함할 수 있다. 또한 수술 전 모델 및 영상과 비교하여 실제 표적 구조의 체적 형상에서의 변화 또는 변동은 환자 기준 프레임에서의 표적 구조의 확률적 분포에 기여할 수 있다.
이러한 각각의 인자가 환자 기준 프레임에서의 표적 구조의 확률적 분포에 기여하는 양은 환자 해부 구조와 기기에 대한 정보를 수신 또는 측정하는 것에 의해 경험적으로 유도될 수 있다. 예를 들어, 수술 전 영상에서 흡기과 호기 사이의 호흡 운동에 대한, 또는 호흡 중지와 호흡 모델링의 정확성에 대한 경험적 데이터가 획득될 수 있다. 또한, 경험적 데이터는 기기가 감지된 장소와 기기가 있다고 추정되는 특정 해부학적 통로 사이의 불일치에 대해서 얻어질 수 있다. 다수의 호흡 또는 심장 주기에 걸쳐서 정적일(예를 들어, 축방향으로 전진하거나 회전하지 않는) 때 기기의 감지된 장소에 대한 통계는 확률적 분포를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또한 상이한 하중 조건(예를 들어, 상이한 양의 인장)에 노출될 때 기기의 감지된 장소에 대한 통계는 확률적 분포를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 중재 도구와 기기의 형상에 대한 경험적 데이터와 기기 및/또는 도구에 의해 경험되는 굴곡의 양은 확률적 분포를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또한 경험적 정보는 표적 구조가 위치되는 해부 구조의 장소(예를 들어, 주변 조직의 견고함 또는 탄력; 뼈, 맥관구조, 결합조직의 상대적 장소)에 대해 측정되거나 다른 방식으로 획득될 수 있다. 또한 경험적 데이터는 주변 조직에 유발된 변형의 양을 결정하기 위한 중재 도구 및 기기의 물리 기반 모델링으로부터 수집될 수 있다. 경험적 데이터는 중재 도구 및 기기의 물리적 속성에 대해 측정되거나 다른 방식으로 획득될 수 있다. 또한 경험적 데이터는 광학 시각화 시스템, 초음파, CT 또는 형광 투시 출처와 같은 수술중의 영상화 출처에 의해 획득되는 해부 구조와 표적 구조의 영상으로부터 유도될 수 있다.
표적 영역을 결정하는 프로세스(258)가 다수의 표적 점을 포함하는 단일 표적 영역을 결정하는 것을 포함할 수 있음에도 불구하고, 다른 실시예에서, 1개 초과의 점 클라우드가 결정될 수 있다. 예를 들어, 뼈 혹은 다른 강성인 조직과 같은 장애물이 표적 구조의 영역에 있는 경우, 두 개의 표적 영역-강성인 조직의 각 측에 하나씩-이 결정될 수 있다. 다수의 표적 영역은 전체적으로 분리되거나 교차할 수 있다.
표적 영역(311)은 표적 구조의 이론적 장소(즉, 표적 점) 주변의 한정된 부피로서 도시될 수 있다. 대안적으로, 표적 영역은 표적 점 주변에 한정된 부피가 없는 표적 점의 집단일 수 있다. 표적 점 클라우드 및/또는 한정된 부피는 표적 구조의 이론적 장소 주변의 확률적 분포와 매칭되는 구면체, 타원체 또는 다른 형상의 2차원 또는 3차원 부피로서 표시될 수 있다. 표적 영역의 크기와 형상은 표적 구조의 해부 구조에서의 특정 장소의 특성에 의존할 수 있다. 해부 구조의 상이한 구조에 상이한 특성이 적용될 수 있다. 예를 들어, 폐의 주변 영역은 주기적인 해부학적 움직임으로 인해 중심 영역보다 더 큰 이동을 경험할 수 있다. 그러므로, 주변 영역에서의 표적 구조와 연관된 오류 분포 및 표적 영역 크기는 주 기관지 부근의 표적 구조와 연관된 분포 및 표적 영역 크기보다 클 수 있다. 또한 표적 영역의 크기와 형상은 중재 절차를 수행할 때 피할 영역을 고려할 수 있다. 피할 영역은 중재 절차를 수행하는 것이 환자에게 위험할 수 있는 영역 또는 접근할 수 없는 영역을 포함할 수 있다. 피할 영역은 혈관, 뼈, 폐의 가장자리(예를 들어 횡격막 또는 흉막 부근) 또는 민감한 조직을 포함하고, 그러므로 이러한 해부학적 특징의 존재는 표적 영역의 크기와 형상에 영향을 미친다. 표적 영역의 크기와 형상은 또한 성공적인 절차의 가능성에도 영향을 받는다. 예를 들어, 성공적인 생검은 접근 기도에 거의 평행하는 궤적을 갖는 표적 점을 피하는 것에 의존하며, 그 이유는 그러한 접근은 생검을 획득하기 위해 벽에 구멍을 내는 것 대신에 중재 도구가 기도로 편향되는 위험을 증가시킬 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 해부학적 영상에서 기도 또는 다른 구조를 식별하기 위한 세그먼트화 프로세스가 표적 구조를 모델링하고 표적 구조의 장소의 확률적 분포를 고려하기 위해 세그먼트화된 표면을 수정(예를 들어, 성장시키는)하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 표적 구조의 크기와 형상은 확장되거나 다른 방식으로 표적 구조의 장소의 확률적 분포를 포함하도록 변경될 수 있다.
일부 실시예에서, 표적 구조 장소는 하위 장소로 나뉠 수 있고, 이 하위장소 각각은 확률적 표적 영역과 관련된다. 일부 실시예에서, 표적 구조 장소 또는 하위 장소는 생검 기기가 전개되는 동안 카테터 운동 혹은 카테터나 생검 기기의 다른 알려진 가요성 특성을 수용하기 위해 생성되는 인공적인 장소일 수 있다. 예를 들어, 실제 표적 장소를 사용할 때 카테터 운동으로 인해 생검 절차가 성공적이지 않은 경우, 하나 이상의 인공적인 표적 장소가 카테터 운동을 보강하기 위해 생성될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 프로세스(260)는 중재 절차가 수행되는 표적 영역 내의 특정 표적 점을 식별하는 것을 포함한다. 예를 들어, 표적 영역 내의 특정 점은 조직을 샘플링하기 위한 생검 장소일 수 있다. 특정 표적 점의 선택은 수행될 절차의 총 회수에 추가적으로 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 표적 영역 내에 단지 두 번의 생검이 계획된 경우, 선택된 표적 점은 여섯 번의 생검이 여섯 개의 다른 표적 점에 계획된 경우보다 더 멀리 이격될 수 있다. 특정 표적 지점은 또한 이전 절차의 결과에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 표적 영역에서의 차후의 생검 세트를 위한 표적 점의 선택은 이전 생검의 결과를 기초로 할 수 있다. 표적 점은 예를 들어 성공적인 생검 결과의 확률, 환자 안전(예를 들어, 근처의 파손되기 쉬운 구조를 고려함), 또는 만족스러운 조직학 샘플의 가능성을 기초로 하여 순서화되거나 순위화될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 프로세스(262)는 그로부터 중재 도구가 전개될 수 있는 계획된 카테터 대기 장소를 식별하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 제어 시스템(112)의 항행 계획 모듈은 표적 영역(들) 내의 특정 표적 점 또는 표적 영역의 근처 또는 이에 가장 가까운 해부학적 통로의 벽을 따르는 장소(314)로서의 계획된 전개 장소를 식별한다. 1개 초과의 표적 영역이 식별되는 경우, 1개 초과의 전개 장소가 결정될 수 있다. 또한 각 표적 점에 대한 상이한 전개 장소가 식별될 수 있다.
표적 영역에 대한 근접성에 전적으로 기초하여 전개 장소를 선택하는 것은 중재 기기가 접근하지 못하거나 쉽게 접근하지 못하는 선택 전개 장소를 초래할 수 있다. 예를 들어, 중재 기기는 근접성 기반 전개 장소에 접근하기에 충분하게 통로 내에서 구부러지는 것이 불가능할 수 있다. 추가로, 선택 전개 장소 또는 전개 장소로의 항행 경로는 회피해야 하는 흉터 또는 병든 조직과 같은 해부학적 제약을 고려하지 않을 수 있다. 다른 예로서, 전개 장소는 조직 변형의 양을 최소화 하고 그러므로 조직 손상의 위험을 최소화하도록 선택될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 전개 장소 또는 표적 점은 생검 샘플의 바람직한 크기에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 생검은 오직 몇 개의 세포를 기초로 하여 양성 세포학 샘플을 반환할 수 있다. 양성 세포학 샘플을 기초로 하여, 새로운 표적 점(들) 또는 전개 장소(들)가 세포학적 샘플을 생검하기 위해 표적 구조의 더 큰 직경에 접근하도록 선택될 수 있다.
다른 실시예에서, 항행 계획 모듈은, 일부 예에서 표적 영역까지의 거리, 및/또는 다른 해부학적 특징부에 대한 표적 영역의 위치와 같은 절차 특징일 수 있는 복수의 인자에 기초하여 전개 장소를 선택한다. 다른 실시예에서, 항행 계획 모듈은 추가적으로 또는 대안적으로 전개 장소를 결정하기 위해 중재 기기의 작동 능력에 대한 정보를 수신하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 카테터 재료의 가요성 및 탄성, 카테터의 채널을 통해 통과되는 카테터 또는 도구의 임의의 미리 성형된 형상 특징 또는 강성도, 카테터 또는 도구의 원위 단부의 조향성(예컨대, 카테터의 원위 선단부가 카테터의 주축에 대해 만곡될 수 있는 정도), 및 카테터의 길이를 따른 곡률과 같은, 기기의 굽힘 능력에 관해 알려진 특성을 포함하는 정보가 고려될 수 있다. 또한 카테터의 직경, 도구의 직경, 카테터로부터 연장될 때의 도구의 궤적(예컨대, 곡선, 직선), 도구의 이동(예컨대, 완만한 곡선, 회전, 선형), 도구의 축 대 카테터의 축의 최대 각형성, 도구가 카테터로부터 연장될 수 있는 최대 길이, 및 통로 벽과의 마찰 접촉을 제공하는 카테터의 원위 선단부에서의 임의의 고정 구조물을 포함한 중재 기기의 다른 알려진 특성이 전개 장소를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 굽힘 능력에 관련된 정보 및/또는 중재 기기의 특징에 관련된 정보는 해부학적 통로 내에서의 중재 기기의 작동 능력을 결정하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 인자이다.
항행 계획 모듈은 추가적으로 또는 대안적으로 전개 장소를 결정하기 위해 환자의 해부학적 구조에 대한 정보를 수신하여 사용할 수 있다. 그러한 정보는, 예를 들어, 표적 영역에 가장 근접한 해부학적 통로의 용골의 장소 및 표적 영역에 가장 근접한 통로의 크기를 포함할 수 있다. 다른 해부학적 정보는 임의의 질병 진행이 통로의 탄성에 대해 가졌을 수 있는 영향을 포함한 해부학적 통로의 탄성을 포함할 수 있다. 항행 계획 모듈은 또한, 예를 들어, 주변 조직에 대한 위험을 감소시키는 전개 장소를 선택하기 위해 주변 해부학적 조직을 고려할 수 있다. 한 예로서, 전개 장소는 전개된 도구가 일반적으로 폐 벽에 (이를 향하는 대신)평행하게 연장하도록 유발한다. 이는 전개된 도구로 폐에 구멍을 내는 위험을 최소화 할 수 있다. 항행 계획 모델은 또한 표적 영역의 바람직한 장소에 접근하기 위해 표적 구조의 해부 구조를 고려할 수 있다. 예를 들어, 전개 장소는 생검 도구가 종양의 석회화된 부분을 피하도록 선택될 수 있다. 또한 표적 영역의 형상은 표적 구조의 해부 구조에 기초하여 결정될 수 있고 그래서 종양의 석회화된 부분의 영역이 낮은 확률적 영역으로서 식별되고 확률적 영역에 포함되지 않는다.
항행 계획 모듈은 또한 카테터의 단부로부터 표적 영역의 특정 표적 점 또는 표적 영역의 거리와 같은, 중재 기기와 환자의 해부학적 구조물 사이의 관계에 대한 정보를 고려할 수 있다. 항행 계획 모듈은 또한 중재 도구와 통로 벽 사이의 접근 각도를 고려할 수 있다. 예를 들어, 90°의 접근 각도는 통로의 작은 크기 및 카테터의 원위 선단부의 굽힘성으로 인해 실현 불가능할 수 있다. 1°의 접근 각도 또한 중재 도구가 관통이 없이 통로 벽의 표면을 스쳐갈 수 있는 위험 때문에 적절하지 않을 수 있다. 이러한 이유로, 항행 계획 모듈은 접근 각도가 대략 30°와 90° 사이가 되도록 전개 장소를 선택할 수 있다. 항행 계획 모듈이 중재 기기 및 환자의 해부 구조에 관련된 인자를 평가한 후에, 해부학적 통로의 벽 상의 전개 장소(314)가 식별된다.
프로세스(264)에서, 항행 계획 모듈은 계획 전개 장소에 대한 제안된 항행 경로에 대해 명령을 제공할 수 있다. 임상의는 그 다음 중재 기기의 원위 단부를 전개 장소로 유도할 수 있다. 임상의는 가상 또는 실제 영상 안내에 기초하여 중재 기기의 항행을 수동으로 제어할 수 있다. 대안적으로, 임상의 중재 기기의 항행을 원격 작동식으로 제어하거나, 제안된 항행 경로를 따른 중재 기기의 컴퓨터 제어식 항행을 허용할 수 있다.
도 6은 전개 장소에 대기된 카테터로부터 중재 도구를 전개하는 방법(400)을 도시한다. 프로세스(402)에서, 중재 도구[예를 들어, 도구(310)]는 전개 장소에 대기된 카테터로부터 표적 영역의 표적 점을 향해 연장된다. 어떤 상황에서는, 예를 들어 표적 구조가 해부학적 통로 내에 위치될 때 전개 장소가 통로 벽이 아닌 통로의 루멘 내에 위치된다. 표적 점은 임상의 또는 제어 시스템에 의해 미리선택될 수 있다. 대안적으로, 표적 점은 중재 절차가 행해질 때 도구에 의해 결부된 표적 영역 내의 임의의 결부 점일 수 있다. 프로세스(404)에서, 표적 영역 내의 제1 결부 점이 기록될 수 있다. 예를 들어, 제1 결부 점은 제1 생검 장소일 수 있다. 제1 결부 점은 사전선택된 표적 점과 일치할 수 있다. 대안적으로, 기록된 제1 결부 점은 사전선택된 표적 점과 다른 장소일 수 있다. 프로세스(406)에서, 중재 도구는 제2 결부 점으로 재전개되고, 그리고 표적 영역 내의 제2 결부 점이 기록될 수 있다. 기기의 재전개는 최초 전개 장소로부터 발생할 수 있다. 선택적으로, 카테터를 대기하기 위한 전개 장소는 기기를 제2 결부 점으로 재전개하기 전에 변경된다. 선택적으로, 중재 도구의 연속하는 재전개 프로세스는 필요한 결부 절차의 계획된 횟수 또는 임상의 결정 횟수가 완료될 때까지 반복될 수 있다. 선택적 프로세스(408)에서, 표적 영역과 결부 장소는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)상에 표시될 수 있다.
도 7은 디스플레이[예를 들어, 디스플레이(110)]에 표적 구조[예를 들어, 표적 구조(302)]의 확률적 분포를 나타내는 표적 영역(452)을 묘사하는 표현에 대한 GUI(450)를 도시한다. 표적 구조는 복수의 표적 점(454)을 포함한다. 제1 결부 점(P1)은 제1 절차의 장소(예를 들어, 제1 생검 장소)이고, 제2 결부 점(P2)은 제2 절차의 장소(예를 들어, 제2 생검 장소)이다. 결부 점(P1, P2)은 표적 점(454)의 사전선택된 점들과 일치할 수 있다. 대안적으로, 결부 점(P1, P2)은 표적 영역 한정 부피와 함께 있을 수 있지만 사전선택된 표적 점과 대응하지 않을 수 있다. 결부 점은 동일한 기호로 모두 마킹될 수 있고 또는 각 결부 점은 상이한 기호로 마킹될 수 있다. 만약 상이한 기호가 사용된다면, 각 기호는 생검 절차가 발생된 순서 또는 각 특정 결부 점에 대한 생검의 결과와 같은 정보를 나타낼 수도 있다.
도 8은 전개 장소에 대기된 카테터로부터 중재 도구를 전개하는 방법(500)을 도시한다. 프로세스(502)에서, 중재 도구[예를 들어, 도구(310)]는 전개 장소에 대기된 카테터로부터 표적 영역의 표적 점을 향해 연장된다. 표적 점은 임상의 또는 제어 시스템에 의해 사전선택된다. 대안적으로, 표적 점은 중재 절차를 수행할 때 도구에 의해 결부되는 표적 영역 내의 임의의 결부 점일 수 있다. 프로세스(504)에서, 표적 영역 내의 제1 결부 점은 기록될 수 있다. 예를 들어, 제1 결부 점은 제1 생검 장소일 수 있다. 제1 결부 점은 사전선택된 표적 점과 일치할 수 있다. 대안적으로, 기록된 제1 결부 점은 사전 선택된 표적 점과 다른 장소에 있을 수 있다. 프로세스(506)에서, 개정 표적 영역은 제1 결부 점을 기초로 하여 개발된다. 예를 들어, 제1 결부 점이 특정 표적 점과 일치하도록 의도되었으나 실종된 경우, 표적 영역은 동적으로 개정될 수 있다. 그러므로 기록된 제1 결부 점으로부터의 정보는 표적 영역을 실제 해부학적 구성에 더 잘 조정하도록 이용될 수 있다. 또한 개정 표적 영역은 샘플링된 조직의 유형을 기초로 하여 개발될 수 있다. 예를 들어, 제1 결부 점으로부터의 조직 샘플이 표적 구조로부터의 조직을 포함하지 않는 경우, 이러한 정보는 개정 표적 영역을 생성하기 위해 확률적 분포를 조정하기 위한 피드백으로서 제공될 수 있다. 생검 절차에서 오류로 인해 조직이 획득되지 않는 경우, 동일한 장소가 다시 샘플링될 수 있다. 개정 표적 영역은 제1 결부 점에서의 생검 절차 도중 수행되는 추가적인 수술 중의 영상화(예를 들어, 광학 영상화, 형광투시 영상화)를 기초로 하여 또한 개발될 수 있다. 프로세스(508)에서, 중재 도구는 개정 표적 영역 내의 제2 결부 점으로 재전개되며, 개정된 표적 영역 내의 제2 결부 점은 기록될 수 있다. 기기의 재전개는 최초 전개 장소로부터 발생할 수 있다. 선택적으로, 프로세스(506 및 508)들은 필요한 결부 절차의 계획된 횟수 또는 임상의가 결정한 횟수가 완료될 때까지 반복될 수 있다. 선택적으로, 카테터를 대기하기 위한 전개 장소는 기기를 제2 결부 점에 대해 재전개 하기 전에 변경될 수 있다. 선택적 프로세스(510)에서, 동적으로 조정한 표적 영역 및 결부 장소는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 상에 표시될 수 있다.
도 9는 도 8의 방법을 일반적으로 도시한다. 도 9는 디스플레이[예를 들어, 디스플레이(110)]에 표적 구조[예를 들어, 표적 구조(302)]의 최초 확률적 분포를 나타내는 최초 표적 영역(552)을 묘사하는 표현에 대한 GUI(550)를 도시한다. 제1 결부 점(P1)은 제1 절차의 장소(예를 들어, 제1 생검 장소)이다. 절차(예를 들어, 생검) 도중 결부 점(P1)에서 수집된 정보를 기초로, 개정 표적 영역(554)과 개정 표적 점(556)이 결정된다. 제2 결부 점(P2)은 개정 표적 영역에서 취해진 제2 절차의 장소(예를 들어, 제2 생검 장소)이다. 결부 점들(P1, P2)은 최초의 또는 임의의 개정 표적 영역에서 사전선택된 표적 점과 일치한다. 대안적으로, 결부 점들(P1, P2)은 표적 영역 한정 부피와 함께 있을 수 있지만, 사전선택된 표적 점과 대응하지 않을 수 있다. 결부 점은 모두 동일한 기호로 마킹되거나 또는 각각의 결부 점이 상이한 기호로 마킹될 수 있다. 상이한 기호가 사용되는 경우, 각각의 기호는 절차를 수행하기 위해 어떤 표적 영역이 사용되었는지, 생검 절차가 발생한 순서 또는 각각의 특정 결부 점에 대한 생검의 결과와 같은 정보를 나타낼 수 있다.
중재 도구를 전개하는 방법의 결과는 여러 방식으로 표현되거나 시각화될 수 있다. 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이, GUI(600)는 표적 구조 확률을 나타내는 코드화된 표적 점을 제공하는 것으로 표현될 수 있다. 표적 점은 색깔, 기호 또는 다른 구별 마커로 코드화될 수 있다. 이러한 예에서, 표적 영역(602)은 제1 기호 코딩을 가지는 표적 점(604) 및 제2 기호 코딩을 가지는 표적 점(606)을 포함한다. 코드화된 표적 점(604)은 코드화된 표적 점(606)보다도 성공적인 생검의 다른 확률(예를 들어, 더 높거나 더 낮음)을 나타낼 수 있다. 코드화된 표적 점은 또한 중재 도구가 이전에 어디에서 샘플링을 했는지와 성공적으로 표적 구조 조직을 수집했는지를 나타낼 수 있다. 코딩은 각 결부로부터의 결과를 기초로 하여 동적으로 변경할 수 있다. 표적 점 코딩은 또한 게이팅된 생검을 위한 기준 위상에 대한 호흡 위상의 측정을 표시하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 표적 점의 색깔은 호흡의 상태가 게이팅된 생검 위상과 다를 때 변경할 수 있다.
도 11은 영역 표시자(624, 626)와 함께 표적 영역(622)을 도시한 GUI(620)를 도시한다. 영역(624)은 성공적인 생검이 수행된 곳을 나타낼 수 있다. 영역(626)은 성공적이지 못한 생검이 수행된 곳을 나타낼 수 있다. 영역 마킹은 각 결부로부터의 결과를 기초로 동적으로 변경할 수 있다.
도 12는 복수의 복셀을 포함하는 표적 영역(642)을 도시하는 GUI(640)를 도시한다. 복셀에 대응하는 결부 점이 결부(예를 들어, 생검)되기 때문에, 획득된 정보는 표적 영역이 실제 표적 구조에 근사하는 형상으로 조각되는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 복셀(646)은 이 장소가 방문되었으며 결과가 성공적이지 못하다(즉, 표적 구조가 결부되지 않음)는 것을 나타내기 위해 표적 영역(642)으로부터 소거된다. 복셀(644)은 이 장소가 방문되었으며 결과가 성공적(즉, 표적 구조가 결부됨)이라는 것을 나타내기 위해 표적 영역(642)에 마킹된다. 대안적인 실시예에서, 생검된 조직의 실제 크기와 형상은 임상의의 입력, 수술전 세그먼트화, 또는 수술 중의 세그먼트화를 기초로 하여 표시될 수 있다.
일련의 다중 결부의 결과는 동일한 표적 구조 또는 해부 구조의 영역에 대한 후속하는 중재 절차를 위해 저장되거나 표시될 수 있다.
본 개시 내용의 시스템 및 방법이 폐의 연결된 기관지 통로들 내에서의 사용에 대해 설명되었지만, 이는 또한 대장, 소장, 신장, 뇌, 심장, 순환계 등을 포함한 다양한 해부학적 계통들 중 하나 내에서, 자연 또는 외과적으로 생성된 연결된 통로들을 거쳐, 항행 및 다른 조직들의 치료에 대해 적합하다. 본 개시 내용의 방법 및 실시예는 또한 비중재 용도에 대해 적합하다.
본 발명의 실시예의 하나 이상의 요소는 제어 시스템(112) 등의 컴퓨터 시스템의 프로세서에서 실행되도록 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 소프트웨어에서 구현될 때, 본 발명의 실시예의 요소들은 필요한 업무를 수행하기 위해 필수적인 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트는, 전송 매체 또는 통신 링크에 걸쳐 판송파로 구체화되는 컴퓨터 데이터 신호에 의해 다운로드될 수 있는 프로세서 판독 가능 저장 매체 또는 장치 내에 저장될 수 있다. 프로세서 판독 가능 저장 디바이스는 광학 매체, 반도체 매체, 및 자기 매체를 포함한, 정보를 저장할 수 있는 임의 매체를 포함할 수 있다. 프로세서 판독가능 저장 디바이스의 예는 전자 회로; 반도체 디바이스, 반도체 메모리 디바이스, 리드 온리 메모리(ROM), 플래시 메모리, 소거할 수 있는 프로그램 가능 리드 온리 메모리(EPROM); 플로피 디스켓, CD-ROM, 광학 디스크, 하드 디스크 또는 다른 저장 디바이스를 포함하고, 코드 세그먼트는 인터넷, 인트라넷, 등의 컴퓨터 네트워크를 통해 다운로드될 수 있다.
제공되는 프로세스 및 디스플레이는 본질적으로 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치와 관련되지 않을 수 있는 점에 유의한다. 다양한 이러한 시스템을 위해 요구되는 구조가 청구항 내의 요소로서 나타날 것이다. 또한, 본 발명의 실시예는 임의의 특별한 프로그래밍 언어를 참조하여 설명되지 않는다. 여기에 설명된 본 발명의 교시를 구현하기 위해 각종 프로그래밍 언어가 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 특정의 예시적 실시예가 설명되고 첨부 도면에 도시되었으나, 다양한 다른 변형예가 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 발생될 수 있기 때문에, 이러한 실시예는 단지 예시적인 것이고 넓은 본 발명을 제한하지 않는다는 것, 그리고 본 발명의 실시예가 도시되고 설명된 구체적인 구성 및 배열로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (58)

  1. 중재 기기를 전개하는 방법이며,
    해부학적 기준 프레임에서 표적 구조를 식별하는 단계;
    중재 기기의 현재 위치에 관해 해부학적 기준 프레임에서 표적 영역을 결정하는 단계; 및
    표적 영역 내에서 중재 기기의 제1 결부 장소를 기록하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    표적 구조의 적어도 일 부분이 표적 영역 내에 위치하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    해부학적 기준 프레임이 3차원 해부학적 기준 프레임이며 여기서 표적 구조를 식별하는 단계는 3차원 모델 기준 프레임에서의 모델 표적 구조를 식별하는 단계와 3차원 해부학적 기준 프레임에 대해 3차원 모델 기준 프레임을 정합하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    3차원 모델 기준 프레임이 환자 해부 구조의 수술전 영상으로부터 생성되는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 단계가 중재 기기의 현재 장소에 관한 표적 구조의 장소의 확률적 분포를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 단계가 수술전 영상 시간과 중재 절차 시간 사이의 환자 해부학적 자세에서의 변화를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 단계가 해부학적 운동 주기에 대한 오류 분포를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 것이 중재 기기에서의 센서에 대한 오류 분포를 결정하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    중재 기기가 카테터 및 도구를 포함하고, 표적 영역을 결정하는 단계가 카테터로부터 연장되는 도구의 알려진 특성에 대한 불확정성 값 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 단계가 표적 해부학적 구조의 형상과 관련된 오류 값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 단계가 표적 구조를 둘러싼 조직의 속성과 관련된 오류 값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 단계가 영상 디바이스로 표적 해부학적 구조를 시각화 하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    주기적인 해부학적 운동 상태를 기초로 하여 제1 결부 장소에서 제1 결부 절차를 수행할 시기에 대한 명령을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    표적 영역 내에서 중재 기기의 제2 결부 장소를 기록하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 결부 장소로부터 획득된 정보를 기초로 하여 제2 결부 장소에서 제2 결부 절차를 수행하는 것에 대한 명령을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    표적 구조를 나타내는 표적 마커와 표적 영역을 나타내는 마커 세트를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 생성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    GUI 상에 제1 결부 장소를 나타내는 제1 결부 마커를 표시하는 단계 그리고
    기록된 제1 결부 장소를 기초로 표적 영역을 나타내는 마커 세트를 개정하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    제1 결부 마커를 표시하는 단계는 제1 결부 장소로부터의 조직 샘플에 대한 정보를 표시하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    제1 결부 장소로부터 획득된 조직 샘플을 기초로 표적 영역을 나타내는 마커 세트를 개정하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    영상화 기기로부터 수신된 데이터를 기초로 표적 영역을 나타내는 마커 세트를 개정하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    표적 영역을 나타내는 마커 세트가 마커 세트의 각 마커와 관련된 확률에 대응하는 색깔 코딩을 포함하는 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    GUI가 표적 조직 구조의 영상을 추가로 포함하고, 상기 방법이
    제1 결부 장소로부터의 제1 조직 샘플로부터의 정보를 기초로 하여 표적 조직 구조의 영상을 개정하는 단계, 그리고
    제2 결부 장소로부터의 제2 조직 샘플로부터의 정보를 기초로 하여 표적 조직 구조의 영상을 개정하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    GUI가 주기적인 해부학적 운동 상태와 대응하는 해부학적 상태 표시자를 추가로 포함하는 방법.
  24. 제14항에 있어서,
    제1 결부 장소를 기록하기에 앞서 중재 기기에 대한 제1 전개 장소를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    제2 결부 장소를 기록하기에 앞서 중재 기기에 대한 제2 전개 장소를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 제1 전개 장소는 제2 전개 장소와 다른 방법.
  26. 중재 절차를 수행하기 위한 방법이며,
    중재 기기를 전개하기 위한 표적 영역의 영상을 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 생성하는 단계;
    중재 기기의 제1 결부에 응답하여, 제1 결부 장소 마커를 포함하도록 GUI를 갱신하는 단계; 그리고
    중재 기기의 제1 결부에 응답하여, 제1 개정 표적 영역의 영상을 포함하도록 GUI를 갱신하는 단계
    를 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    표적 영역의 영상이 중재 절차를 수행하기 위한 표적 구조의 확률적 분포를 나타내는 점 세트를 포함하는 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    표적 구조의 확률적 분포가 주기적인 해부학적 운동 데이터로부터 유도되는 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    표적 구조의 확률적 분포가 중재 기기의 현재 장소에 대한 오류 분포로부터 유도되는 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    표적 구조의 확률적 분포가 표적 해부학적 구조의 장소에 대한 오류 분포로부터 유도되는 방법.
  31. 제26항에 있어서,
    표적 구조의 확률적 분포가 표적 해부학적 구조의 형상에 대한 오류 분포로부터 유도되는 방법.
  32. 제26항에 있어서,
    표적 구조의 확률적 분포가 표적 장소 근처의 해부학적 구조에 대한 정보로부터 유도되는 방법.
  33. 제26항에 있어서,
    표적 구조의 확률적 분포가 중재 기기의 결부 특성 세트에 대한 정보로부터 유도되는 방법.
  34. 제26항에 있어서,
    제1 결부 장소 마커가 중재 기기의 제1 결부로부터의 조직 샘플에 대한 정보를 포함하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    조직 샘플에 대한 정보가 제1 결부 장소 마커의 색깔인 방법.
  36. 제26항에 있어서,
    영상화 기기로부터의 영상 데이터를 수신하는 단계; 그리고
    수신된 영상 데이터에 응답하여, 제2 개정 표적 영역의 영상을 포함하도록 GUI를 갱신하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  37. 다중 중재 절차를 계획하기 위한 방법이며,
    해부학적 프레임에서 표적 구조를 식별하는 단계;
    해부학적 프레임에서 표적 영역을 결정하는 단계로서, 표적 구조는 표적 영역 내에 위치하는, 결정 단계;
    중재 기기를 전개하기 위한 표적 영역 내의 제1 결부 장소를 식별하는 단계; 그리고
    중재 기기를 전개하기 위한 제2 결부 장소를 식별하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    제1 결부 장소로부터 수집된 정보를 기초로 해부학적 프레임에서 개정 표적 영역을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    제2 결부 장소가 개정 표적 영역 내에 위치하는 방법.
  40. 제37항에 있어서,
    표적 영역이 주기적인 해부학적 운동 데이터로부터 유도되는 방법.
  41. 제37항에 있어서,
    표적 영역이 중재 기기의 현재 장소에 대한 오류 분포로부터 유도되는 방법.
  42. 제37항에 있어서,
    표적 영역이 표적 해부학적 구조의 장소에 대한 오류 분포로부터 유도되는 방법.
  43. 제37항에 있어서,
    표적 영역이 표적 해부학적 구조의 형상에 대한 오류 분포로부터 유도되는 방법.
  44. 제37항에 있어서,
    표적 영역이 표적 구조 근처의 해부학적 구조에 대한 정보로부터 유도되는 방법.
  45. 제37항에 있어서,
    표적 영역이 중재 기기의 결부 특성 세트에 대한 정보로부터 유도되는 방법.
  46. 시스템이며,
    카테터 및 카테터로부터 전개가능한 도구를 포함하는 중재 기기; 그리고
    제어 시스템을 포함하고, 제어 시스템은
    해부학적 기준 프레임에서의 표적 구조를 식별하고;
    중재 기기의 현재 장소에 관하여 해부학적 기준 프레임에서 표적 영역- 표적 구조는 표적 영역 내에 위치함 -을 결정하고;
    표적 영역 내에서 중재 기기의 제1 결부 장소를 기록하고; 그리고
    표적 영역 내에서 중재 기기의 제2 결부 장소를 기록하도록 구성되는 시스템.
  47. 제46항에 있어서,
    해부학적 기준 프레임이 3차원 해부학적 기준 프레임이며, 표적 구조를 식별하는 것이 3차원 모델 기준 프레임에서의 모델 표적 구조를 식별하는 것과 3차원 모델 기준 프레임을 3차원 해부학적 기준 프레임에 정합하는 것을 포함하는 시스템.
  48. 제47항에 있어서,
    3차원 모델 기준 프레임이 환자 해부 구조의 수술전 영상으로부터 생성되는 시스템.
  49. 제46항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 것이 수술전 영상화 시간과 중재 절차 시간 사이의 환자 해부학적 자세에서의 변화를 결정하는 것을 포함하는 시스템.
  50. 제46항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 것이 해부학적 운동 주기를 결정하는 것을 포함하는 시스템.
  51. 제50항에 있어서,
    해부학적 운동 주기가 호흡주기이며, 표적 영역을 결정하는 것이 수술전 영상화 시간에서의 호흡 상태와 중재 절차 시간에서의 호흡 상태의 비교를 기초로 오류 값을 결정하는 것을 추가로 포함하는 시스템.
  52. 제46항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 것이 중재 기기의 센서에 대한 오류 분포를 결정하는 것을 포함하는 시스템.
  53. 제46항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 것이 카테터로부터 연장되는 도구의 특성에 대한 불확정성 값을 결정하는 것을 포함하는
    시스템.
  54. 제46항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 것이 표적 해부학적 구조의 형상과 연관된 오류 값을 결정하는 것을 포함하는 시스템.
  55. 제46항에 있어서,
    표적 영역을 결정하는 것이 영상화 디바이스로 표적 해부학적 구조를 시각화하는 것을 포함하는 시스템.
  56. 제46항에 있어서,
    제어 시스템이 주기적인 해부학적 운동 상태를 기초로 제1 결부 장소에서의 제1 결부 절차를 수행하는 시기에 대한 명령을 제공하도록 추가로 구성되는 시스템.
  57. 제46항에 있어서,
    제어 시스템이 제1 결부 장소로부터 획득된 정보를 기초로 제2 결부 장소에서의 제2 결부 절차를 수행하는 시기에 대한 명령을 제공하도록 추가로 구성되는 시스템.
  58. 제46항에 있어서,
    제어 시스템이 표적 영역을 나타내는 마커 세트와 표적 구조를 나타내는 표적 마커를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 생성하도록 추가로 구성되는 시스템.
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