KR20190067917A - 영상 안내식 수술을 위한 연속 정치 시스템 및 방법 - Google Patents

영상 안내식 수술을 위한 연속 정치 시스템 및 방법 Download PDF

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티모씨 디 소퍼
빈센트 듀인댐
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인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
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Abstract

환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 방법 및 시스템이 본원에서 제공된다. 예시적인 방법은 통로의 모델의 모델 지점의 세트에 접근하는 단계로서, 모델 지점이 모델 공간과 연관되는, 단계, 환자의 통로 내로 삽입된 카테터의 길이를 따라 측정된 지점을 수집하는 단계로서, 측정된 지점이 카테터의 형상에 의해서 결정되는, 단계, 제1 세트 중의 지점을 복수의 하위세트에 할당하는 단계를 포함한다. 예시적인 방법은 하위세트의 각각을 모델 지점과 정치시켜 복수의 정치 후보를 생성하는 단계, 후보들을 비교하여, 모델 지점의 세트 및 측정된 지점의 세트 중의 적어도 하나의 세트를 공통 공간 내로 이동시키는, 복수의 후보 중 최적의 정치와 연관된 최적의 하위세트를 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다.

Description

영상 안내식 수술을 위한 연속 정치 시스템 및 방법
관련 출원
본원은, 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 2016년 11월 2일자로 출원된 "영상 안내식 수술을 위한 연속 정치 시스템 및 방법(Systems and Methods of Continuous Registration For Image-Guided Surgery)"이라는 명칭의 미국 가특허출원 62/416,393에 대한 우선권 및 그 출원일의 이익을 주장한다.
본 개시내용은 영상 안내식 시술을 실시하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 보다 특히 환자의 해부조직의 모델을 의료 시술에서 이용되는 하나 이상의 기구에 정치시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최소 침습 의료 기술은, 의료 시술 중에 손상되는 조직의 양을 줄이고 그에 의해서 환자 회복 시간, 불편함, 및 유해한 부작용을 줄이도록 의도된다. 그러한 최소 침습 기술은 환자의 해부조직 내의 자연적인 구멍을 통해서 또는 하나 이상의 수술 절개부를 통해서 실시될 수 있을 것이다. 이러한 자연적인 구멍 또는 절개부를 통해서, 의료진이 표적 조직 위치에 도달하기 위해서 (수술, 진단, 치료, 또는 생검 기구를 포함하는) 최소 침습적 의료 기구를 삽입할 수 있을 것이다. 목표 조직 위치에 도달하는 것을 돕기 위해서, 의료 기구의 위치 및 운동을 환자의 해부조직에 관한 수술전 또는 수술중 영상과 상호 관련시킬 수 있다. 영상과 상호 관련된 영상 안내식 기구에서, 그러한 기구는, 폐, 결장, 소장, 신장, 심장, 순환계, 또는 기타와 같은 해부조직 시스템 내의 자연적인 또는 수술적으로 생성된 통로를 운행할 수 있다. 임상적 방해가 최소화된, 영상 안내식 수술 중에 이용하기 위한 정치된 모델의 달성을 위한 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 상세한 설명에 이어지는 청구범위에 의해 가장 잘 요약된다.
그러나, 환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 예시적인 방법이, 환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델의 모델 공간 내의 모델 지점의 세트에 접근하는 단계, 환자의 하나 이상의 해부조직 통로 내로 삽입된 카테터의 길이를 따른 측정된 지점의 제1 세트를 수집하는 단계로서, 측정된 지점은 환자 공간 내의 카테터의 형상에 의해서 결정되는, 단계, 및 측정된 지점의 제1 세트 중의 지점을 복수의 측정된 지점의 제1 하위세트에 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 방법은 측정된 지점의 제1 하위세트를 모델 지점의 세트와 정치시켜 제1의 복수의 정치 후보(registration candidate)를 생성하는 단계, 정치 후보들을 비교하여 제1의 복수의 정치 후보 중 최적의 정치와 연관된 최적의 하위세트를 식별하는 단계, 및 디스플레이에 의해서 제공된 사용자 인터페이스에서 최적 정치의 시각적 표상을 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다. 최적 정치는 모델 지점의 세트 및 측정된 지점의 제1 세트 중의 적어도 하나의 하위세트를 공통 공간 내로 이동시킨다.
환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 다른 예시적인 방법이, 환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델의 모델 지점의 세트에 접근하는 단계, 환자의 하나 이상의 해부조직 통로 내로 삽입된 카테터의 길이를 따라 측정된 지점의 세트를 수집하는 단계로서, 측정된 지점은 환자 공간 내의 카테터의 형상에 의해서 결정되는, 단계, 및 측정된 지점의 세트의 하위세트를 모델 지점의 세트와 정치시켜 복수의 정치 후보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 예시적인 방법은 의료 시술의 실시에서 이용하기 위해서 복수의 정치 후보 중에서 정치 후보를 선택하는 단계, 및 선택된 정치 후보를 모델의 모델 지점의 세트에 적용하여 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 의료 촬영 시스템이 운동 검출기, 삽입 스테이지를 따라서 이동 가능한 기구 캐리지에 결합된 근위 단부를 갖는 가요성 카테터, 및 가요성 카테터의 길이를 따라 연장되는 지점 채집 기구를 포함할 수 있다. 예시적인 시스템은, 지점 채집 기구에 의해서 수집된 측정된 지점의 세트를 하나 이상의 해부조직 통로의 모델에 대해서 정치시키도록 구성된 추적 시스템을 더 포함할 수 있다. 추적 시스템은 모델 공간 내의 모델 지점의 세트에 접근할 수 있고 환자의 하나 이상의 해부조직 통로 내로 삽입된 가요성 카테터의 길이를 따라, 측정된 지점의 세트를 수집하고, 측정된 지점은 환자 공간 내의 카테터의 형상에 의해서 결정된다. 추적 시스템은 또한 운동 검출기에 의해서 모니터링되는 주기적인 생리적 기능에 따라 측정된 지점의 세트를 하위세트에 할당할 수 있고, 측정된 지점의 하위세트를 기초로 복수의 정치 후보로부터 제1 정치 후보를 선택할 수 있으며, 선택된 제1 정치 후보를 모델의 모델 지점의 세트에 적용하여 모델을 환자 공간에 대해서 정치시킬 수 있다. 상기 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘다는 본질적으로 예시적이며 설명적이고, 본 개시내용의 범주로부터 벗어남이 없이 본 개시내용의 이해를 제공하도록 의도됨을 이해하여야 한다. 이와 관련하여, 본 개시내용의 부가적인 양태, 특징, 및 장점이 이하의 구체적인 설명으로부터 당업자에게 명확해질 것이다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 원격 작동식 의료 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2a는 본 개시내용의 양태를 이용하는 의료 기구 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2b는 몇몇 실시예에 따른 연장된 의료 도구를 갖는 의료 기구의 단순화된 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른 삽입 조립체 상에 장착된 의료 기구를 포함하는 환자 좌표 공간의 측면도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 인간 폐 내의 삽입 중의 도 2, 도 3a, 도 3b의 의료 기구 시스템의 원위 단부를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 영상 안내식 수술 시술에서 안내를 제공하기 위해서 이용되는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 개시내용의 실시예에 따른 정치를 위한 인간 폐의 모델을 생성하는 세그먼트화 프로세스(segmentation process)에서의 단계를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 영상 안내식 수술 시술의 일부의 흐름도를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시내용의 실시예에 따른 환자 해부조직 내의 측정된 지점의 수집을 위한 위상-기반 비닝 프로세스(phase-based binning process) 및 진폭-기반 비닝 프로세스를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 실시예에 따른 환자 해부조직 내의 측정된 지점의 위상-기반 및 진폭-기반 비닝을 도시한다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d는 본 개시내용의 실시예에 따른 환자 해부조직 내의 측정된 지점의 삽입 깊이-기반 비닝을 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시내용의 실시예에 따른 환자 해부조직의 중심선 모델과 측정된 지점의 세트 사이의 정치를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 환자 해부조직의 중심선 모델과 측정된 지점의 세트 사이의 정치를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시내용의 실시예에 따른 정치 기술의 디스플레이 스테이지를 도시한다.
본 개시내용의 실시예 및 그의 장점은 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해된다. 유사한 도면 부호는 도면들 중 하나 이상에 도시된 유사한 요소를 식별하도록 사용되고, 도면의 도시는 본 개시내용의 실시예를 예시할 목적이며 이를 제한할 목적이 아님을 이해하여야 한다.
다음의 설명에서, 구체적인 세부가 본 개시내용에 일치되는 몇몇 실시예를 설명하면서 설명된다. 많은 구체적인 세부는 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 몇몇 실시예는 이러한 구체적인 세부 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수 있음이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본원에서 설명되는 구체적인 실시예는 예시적이며 제한적이지 않도록 의도된다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 여기서 구체적으로 설명되지는 않지만, 본 개시내용의 범주 및 사상 내에 있는 다른 요소들을 인식할 수 있다. 또한, 불필요한 반복을 피하기 위해, 하나의 실시예와 관련하여 도시되고 설명된 하나 이상의 특징은 달리 구체적으로 설명되지 않으면 또는 하나 이상의 특징이 실시예를 비기능적으로 만들면, 다른 실시예 내로 통합될 수 있다.
몇몇 경우에, 공지된 방법, 절차, 구성요소, 및 회로는 실시예들의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다.
본 개시내용은 다양한 기구 및 기구의 일부를 그들의 3차원 공간 내에서의 상태의 측면에서 설명한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "위치"라는 용어는 3차원 공간(예컨대, 직교 x-, y-, 및 z-좌표를 따른 3개의 병진 이동 자유도) 내에서의 대상 또는 대상의 일 부분의 위치를 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "배향"이라는 용어는 대상 또는 대상의 일 부분의 회전 배치(3개의 회전 자유도 - 예컨대, 롤링, 피칭, 및 요잉)를 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "자세"라는 용어는 적어도 하나의 병진 이동 자유도 내에서의 대상 또는 대상의 일 부분의 위치, 및 적어도 하나의 회전 자유도(6개까지의 총 자유도) 내에서의 그러한 대상 또는 대상의 일부의 배향을 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "형상"이라는 용어는 대상을 따라 측정된 자세, 위치, 또는 배향의 세트를 지칭한다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 원격 작동식 의료 시스템(100)의 단순화된 도면이다. 몇몇 실시예에서, 원격 작동식 의료 시스템(100)은, 예를 들어, 수술, 진단, 치료, 또는 생검 시술 시에 사용하기에 적합할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 의료 시스템(100)은 대체로 환자(P)에 대해 다양한 시술을 수행하는 데 있어서 의료 기구(104)를 작동하기 위한 원격 작동식 조작기 조립체(102)를 포함한다. 원격 작동식 조작기 조립체(102)는 수술 테이블(T)에 또는 그 부근에 장착된다. 마스터 조립체(106)로 지칭되는 작업자 입력 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같은 작업자(O)(예를 들어, 외과의사, 의료진, 또는 의사)가 중재술 부위를 관찰하고 원격 작동식 조작기 조립체(102)를 제어할 수 있게 한다.
마스터 조립체(106)는 환자(P)가 위치되는 외과용 테이블의 측면에서와 같이, 수술 테이블(T)과 동일한 공간 내에 보통 위치되는 의사 콘솔에 위치될 수 있다. 그러나, 작업자(O)가 환자(P)와 다른 방에 있을 수 있거나 완전히 다른 건물에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 마스터 조립체(106)는 대체로 원격 작동식 조작기 조립체(102)를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 조이스틱, 트랙볼, 데이터 글러브, 트리거 건, 수작동 제어기, 음성 인식 장치, 신체 운동 또는 존재 센서 등과 같은, 임의의 개수의 다양한 입력 장치를 포함할 수 있다. 작업자(O)에게 기구(104)를 직접 제어하는 강한 느낌을 제공하기 위해, 제어 장치는 관련된 의료 기구(104)와 동일한 자유도를 구비할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 장치는 제어 장치가 의료 기구(104)와 일체라는 원격 존재감 또는 인지를 작업자(O)에게 제공한다.
몇몇 실시예에서, 제어 장치는 관련 의료 기구(104)보다 더 많거나 더 적은 자유도를 가지며, 여전히 작업자(O)에게 원격 존재감을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 장치(들)가 6개의 자유도로 이동하고, 그리고 또한 기구를 작동시키기 위한(예를 들어, 파지 조오들(grasping jaws)을 폐쇄하기 위한, 전위를 전극으로 인가하기 위한, 의료적 처리를 전달하기 위한, 그리고/또는 기타 등등을 위한) 작동 가능 핸들을 포함할 수 있는 수동 입력 장치이다.
원격 작동식 조작기 조립체(102)는 의료 기구(104)를 지지하고, 하나 이상의 비서보 제어식 링크(예컨대, 설치 구조물로 일반적으로 지칭되는, 수동으로 제 위치에 위치되어 로킹될 수 있는 하나 이상의 링크)의 동역학적 구조물 및 원격 작동식 조작기를 포함할 수 있다. 원격 작동식 조작기 조립체(102)는 제어 시스템(예컨대, 제어 시스템(112))으로부터의 명령에 응답하여 의료 기구(104)에 대한 입력을 구동하는 복수의 액추에이터 또는 모터를 선택적으로 포함할 수 있다. 액추에이터는 의료 기구(104)에 결합되었을 때, 의료 기구(104)를 자연적으로 또는 외과적으로 생성된 해부학적 구멍 내로 전진시킬 수 있는 구동 시스템을 선택적으로 포함할 수 있다. 다른 구동 시스템이 3개의 선형 운동도(예컨대, X, Y, Z 직교 축을 따른 선형 운동) 및 3개의 회전 운동도(예컨대, X, Y, Z 직교 축 둘레에서의 회전)를 포함할 수 있는, 복수의 자유도로 의료 기구(104)의 원위 단부를 이동시킬 수 있다. 추가로, 액추에이터는 생검 장치의 조오 내에 조직을 파지하는 등을 위해 의료 기구(104)의 굴절식 엔드 이펙터를 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 리졸버, 인코더, 전위차계, 및 다른 메커니즘과 같은 액추에이터 위치 센서가 모터 샤프트의 회전 및 배향을 기술하는 센서 데이터를 의료 시스템(100)에 제공한다. 이러한 위치 센서 데이터는 액추에이터에 의해 조작되는 물체의 운동을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
원격 작동식 의료 시스템(100)은 원격 작동식 조작기 조립체(102)의 기구에 대한 정보를 수신하기 위한 하나 이상의 하위 시스템을 구비한 센서 시스템(108)을 포함할 수 있다. 그러한 하위 시스템은 위치/장소 센서 시스템(예컨대, 전자기(EM) 센서 시스템); 의료 기구(104)를 구성할 수 있는 가요성 본체를 따른 원위 단부 및/또는 하나 이상의 세그먼트의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세, 및/또는 형상을 결정하기 위한 형상 센서 시스템; 및/또는 의료 기구(104)의 원위 단부로부터 영상을 포착하기 위한 시각화 시스템을 포함할 수 있다.
원격 작동식 의료 시스템(100)은 센서 시스템(108)의 하위 시스템에 의해 생성되는 수술 부위 및 의료 기구(104)의 영상 또는 표현을 디스플레이하기 위한 디스플레이 시스템(110)을 또한 포함한다. 디스플레이 시스템(110) 및 마스터 조립체(106)는 작업자(O)가 의료 기구(104) 및 마스터 조립체(106)를 원격 존재감을 인지하여 제어할 수 있도록 배향될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 의료 기구(104)는 수술 부위의 동시 또는 실시간 영상을 기록하고, 디스플레이 시스템(110)의 하나 이상의 디스플레이와 같은, 의료 시스템(100)의 하나 이상의 디스플레이를 통해 작업자 또는 작업자(O)에게 영상을 제공하는 관찰경 조립체를 포함할 수 있는 (아래에서 더 상세하게 설명되는) 시각화 시스템을 가질 수 있다. 동시 영상은, 예를 들어, 수술 부위 내에 위치된 내시경에 의해 포착된 2차원 또는 3차원 영상일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시각화 시스템은 의료 기구(104)에 일체로 또는 제거 가능하게 결합될 수 있는 내시경 구성요소를 포함한다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 별도의 조작기 조립체에 부착된 별도의 내시경이 수술 부위를 촬영하기 위해 의료 기구(104)와 함께 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 내시경은, 하나 이상의 렌즈가, 내시경이 만날 수 있는 유체 및/또는 다른 재료에 의해서 부분적으로 및/또는 전체적으로 가려질 때, 내시경의 하나 이상의 렌즈를 세정하기 위한 하나 이상의 메커니즘을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 세정 메커니즘이 선택적으로, 공기 및/또는 다른 가스의 송풍을 방출하여 하나 이상의 렌즈를 불어서 세정하기 위해서 이용될 수 있는 공기 및/또는 다른 가스 전달 시스템을 포함할 수 있다. 하나 이상의 세정 메커니즘의 예가, 전체가 본원에서 참조로 포함되는, ("내시경 기구를 세정하기 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods for Cleaning an Endoscopic Instrument)"을 개시하는)(2016년 8월 11일에 출원된) 국제공개 제WO/2016/025465호에서 구체적으로 설명된다. 시각화 시스템은 제어 시스템(112)의 프로세서를 포함할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호 작용하거나 그에 의해 실행되는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다. 제어 시스템(112)의 프로세서는 본원에서 설명된 방법 및 조작자에 상응하는 명령어를 실행할 수 있다.
디스플레이 시스템(110)은 또한 시각화 시스템에 의해 포착된 수술 부위 및 의료 기구의 영상을 디스플레이할 수 있다. 몇몇 예에서, 원격 작동식 의료 시스템(100)은 의료 기구들의 상대 위치가 작업자(O)의 눈과 손의 상대 위치와 유사하도록, 의료 기구(104) 및 마스터 조립체(106)의 제어부를 구성할 수 있다. 이러한 방식으로, 작업자(O)는 작업 공간을 실질적인 사실적 존재감으로 관찰하는 것처럼 의료 기구(104) 및 손 제어부를 조작할 수 있다. 사실적 존재감은 영상의 제시가 의료 기구(104)를 물리적으로 조작하고 있는 의사의 시점을 시뮬레이팅하는 실제 투시 영상인 것을 의미한다.
몇몇 예에서, 디스플레이 시스템(110)은 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 촬영(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 촬영 기술로부터의 영상 데이터를 사용하여 수술전 또는 수술중에 기록된 수술 부위의 영상을 제시할 수 있다. 수술전 또는 수술중 영상 데이터는 2차원, 3차원, 또는 (예컨대, 시간 기반 또는 속도 기반 정보를 포함하는) 4차원 영상 및/또는 수술전 또는 수술중 영상 데이터 세트로부터 생성된 모델로부터의 영상으로서 제시될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 흔히 영상 안내식 수술 시술을 목적으로, 디스플레이 시스템(110)은 의료 기구(104)의 실제 위치가 수술전 또는 동시 영상/모델과 정합되는 (즉, 동적으로 참조되는) 가상 운행 영상을 디스플레이할 수 있다. 이는 의료 기구(104)의 시점으로부터의 내부 수술 부위의 가상 영상을 작업자(O)에게 제시하기 위해 행해질 수 있다. 몇몇 예에서, 시점은 의료 기구(104)의 팁으로부터일 수 있다. 의료 기구(104)의 팁의 영상 및/또는 다른 그래픽 또는 영숫자 표식은 의료 기구(104)를 제어하는 작업자(O)를 보조하기 위해 가상 영상 상에 중첩될 수 있다. 몇몇 예에서, 의료 기구(104)는 가상 영상 내에서 보이지 않을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 디스플레이 시스템(110)은 외부 시점으로부터의 수술 부위 내의 의료 기구(104)의 가상 영상을 작업자(O)에게 제시하기 위해 의료 기구(104)의 실제 위치가 수술전 또는 동시 영상과 정합되는 가상 운행 영상을 디스플레이할 수 있다. 의료 기구(104)의 일 부분의 영상, 또는 다른 그래픽 또는 영숫자 표식은 의료 기구(104)의 제어 시에 작업자(O)를 보조하기 위해 가상 영상 상에 중첩될 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 데이터 지점의 시각적 표현이 디스플레이 시스템(110)에 대해 렌더링될 수 있다. 예를 들어, 측정된 데이터 지점, 이동된 데이터 지점, 정합된 데이터 지점, 및 본원에서 설명되는 다른 데이터 지점은 시각적 표현으로 디스플레이 시스템(110) 상에 디스플레이될 수 있다. 데이터 지점은 디스플레이 시스템(110) 상의 복수의 지점 또는 점에 의해 또는 데이터 지점들의 세트에 기초하여 생성된 메시 또는 와이어 모델과 같은 렌더링된 모델로서 사용자 인터페이스 내에서 시각적으로 표현될 수 있다. 몇몇 예에서, 데이터 지점들은 그들이 표현하는 데이터에 따라 컬러 코딩될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시각적 표현은 각각의 처리 작업이 데이터 지점을 변경하기 위해 구현된 후에 디스플레이 시스템(110) 내에서 재생될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가상의 운행 영상이 디스플레이(110)에서 제공될 수 있고, 그러한 디스플레이는 상응하는 실제 해부조직 통로를 따라서 또는 통해서 삽입되는 기구의 관점으로부터 해부조직 통로의 모델을 도시한다.
원격 작동식 의료 시스템(100)은 제어 시스템(112)을 또한 포함할 수 있다. 제어 시스템(112)은 적어도 하나의 메모리, 및 의료 기구(104), 마스터 조립체(106), 센서 시스템(108), 및 디스플레이 시스템(110) 사이에서의 제어를 달성하기 위한 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(도시되지 않음)를 포함한다. 제어 시스템(112)은 디스플레이 시스템(110)에 정보를 제공하기 위한 지시를 포함한, 본원에서 개시되는 양태에 따라 설명되는 방법들 중 일부 또는 전부를 구현하기 위한 프로그램된 지시(예컨대, 지시를 저장하는 비일과성 기계 판독 가능 매체)를 또한 포함한다. 제어 시스템(112)이 도 1의 단순화된 개략도에서 단일 블록으로서 도시되어 있지만, 시스템은 원격 작동식 조작기 조립체(102) 상에서 또는 그에 인접하여 선택적으로 수행되는 처리의 하나의 부분, 마스터 조립체(106)에서 수행되는 처리의 다른 부분 등을 구비한 2개 이상의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있다. 제어 시스템(112)의 프로세서는 본원에서 개시되고 아래에서 더 상세하게 설명되는 처리에 대응하는 지시를 포함하는 지시를 실행할 수 있다. 광범위한 집중식 또는 분배식 데이터 처리 구조들 중 임의의 것이 채용될 수 있다. 유사하게, 프로그램된 지시는 다수의 별도의 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나, 본원에서 설명되는 원격 작동식 시스템의 다수의 다른 양태 내로 통합될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 시스템(112)은 블루투스, IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT, 및 와이어리스 텔레메트리(Wireless Telemetry)와 같은 무선 통신 프로토콜을 지원한다.
몇몇 실시예에서, 제어 시스템(112)은 의료 기구(104)로부터 힘 및/또는 토크 피드백을 수신할 수 있다. 피드백에 응답하여, 제어 시스템(112)은 마스터 조립체(106)로 신호를 송신할 수 있다. 몇몇 예에서, 제어 시스템(112)은 원격 작동식 조작기 조립체(102)의 하나 이상의 액추에이터에 의료 기구(104)를 이동시키도록 지시하는 신호를 송신할 수 있다. 의료 기구(104)는 환자(P)의 신체 내의 개방부를 거쳐 환자(P)의 신체 내의 내부 수술 부위 내로 연장할 수 있다. 임의의 적합한 종래의 액추에이터 및/또는 특수화된 액추에이터가 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 액추에이터는 원격 작동식 조작기 조립체(102)로부터 분리되거나 그와 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 액추에이터 및 원격 작동식 조작기 조립체(102)는 환자(P) 및 수술 테이블(T)에 인접하여 위치된 원격 작동식 카트의 일부로서 제공된다.
제어 시스템(112)은 영상 안내식 수술 시술 중에 의료 기구(104)를 제어할 때 작업자(O)에게 운행 보조를 제공하기 위한 가상 시각화 시스템을 선택적으로 추가로 포함할 수 있다. 가상 시각화 시스템을 사용한 가상 운행은 해부 조직 통로의 획득된 수술전 또는 수술중 데이터 세트에 대한 참조에 기초할 수 있다. 가상 시각화 시스템은 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 촬영(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 촬영 기술을 사용하여 촬영된 수술 부위의 영상을 처리한다. 수동 입력과 조합하여 사용될 수 있는 소프트웨어가 기록된 영상을 부분적인 또는 전체적인 해부학적 장기 또는 해부학적 영역의 세그먼트화된 2차원 또는 3차원 복합 표현으로 변환하기 위해 사용된다. 영상 데이터 세트가 복합 표현과 관련된다. 복합 표현 및 영상 데이터 세트는 통로들 및 이들의 연결부의 다양한 위치 및 형상을 기술한다. 복합 표현을 생성하기 위해 사용되는 영상은 임상적 시술 중에, 수술전 또는 수술중에 기록될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가상 시각화 시스템은 표준 표현(즉, 환자 비특이적), 또는 표준 표현 및 환자 특이적 데이터의 하이브리드를 사용할 수 있다. 복합 표현 및 복합 표현에 의해 생성된 임의의 가상 영상은 운동의 하나 이상의 시기 중의 (예컨대, 폐의 흡기/호기 사이클 중의) 변형 가능한 해부학적 영역의 정적 자세를 표현할 수 있다.
가상 운행 절차 중에, 센서 시스템(108)이 환자(P)의 해부학적 구조물에 대한 의료 기구(104)의 대략적인 위치를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 위치는 환자(P)의 해부학적 구조물의 거시 수준 (외부) 추적 영상 및 환자(P)의 해부학적 구조물의 가상 내부 영상 둘다를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 시스템은 가상 시각화 시스템으로부터의 것과 같은, 수술전에 기록된 수술 영상과 함께 의료 기구를 정합하고 디스플레이하도록 하나 이상의 전자기(EM) 센서, 광섬유 센서, 및/또는 다른 센서를 구현할 수 있다. 예를 들어, 본원에서 전체적으로 참조로 통합된 ("영상 안내식 수술을 위한 해부학적 구조물의 모델의 동적 정합을 제공하는 의료 시스템(Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery)"을 개시하는) (2011년 5월 13일자로 출원된) 미국 특허 출원 제13/107,562호가 하나의 그러한 시스템을 개시한다. 원격 작동식 의료 시스템(100)은 조명 시스템, 조향 제어 시스템, 관류 시스템, 및/또는 흡입 시스템과 같은 선택적인 작업 및 지원 시스템(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 원격 작동식 의료 시스템(100)은 1개를 초과하는 원격 작동식 조작기 조립체 및/또는 1개를 초과하는 마스터 조립체를 포함할 수 있다. 원격 작동식 조작기 조립체의 정확한 개수는, 다른 요인 중에서도, 수적 시술 및 수술실 내의 공간적 제약에 의존할 것이다. 마스터 조립체(106)는 공동 위치될 수 있거나, 분리된 장소들에 위치될 수 있다. 복수의 마스터 조립체들은 1인을 초과하는 작업자가 하나 이상의 원격 작동식 조작기 조립체를 다양한 조합으로 제어하도록 허용한다.
도 2a는 몇몇 실시예에 따른 의료 기구 시스템(200)의 단순화된 도면이다. 몇몇 실시예에서, 의료 기구 시스템(200)은 원격 작동식 의료 시스템(100)에서 수행되는 영상 안내식 의료 시술에서 의료 기구(104)로서 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 의료 기구 시스템(200)은 비원격 작동식 탐색 절차를 위해 또는 내시경과 같은 전통적인 수동 작동식 의료 기구를 포함하는 시술에서 사용될 수 있다. 선택적으로, 의료 기구 시스템(200)은 환자(P)와 같은 환자의 해부 조직 통로 내에서의 위치에 대응하는 데이터 지점들의 세트를 모으기 위해 (즉, 측정하기 위해) 사용될 수 있다.
의료 기구 시스템(200)은 구동 유닛(204)에 결합된, 가요성 카테터와 같은, 신장된 장치(202)를 포함한다. 신장된 장치(202)는 근위 단부(217) 및 원위 단부 또는 팁 부분(218)을 갖는 가요성 본체(216)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 가요성 본체(216)는 대략 3mm 외경을 갖는다. 다른 가요성 본체 외경은 더 크거나 더 작을 수 있다.
의료 기구 시스템(200)은 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 하나 이상의 센서 및/또는 촬영 장치를 사용하여 가요성 본체(216)를 따른 원위 단부(218)의 및/또는 하나 이상의 세그먼트(224)의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세, 및/또는 형상을 결정하기 위한 추적 시스템(230)을 추가로 포함한다. 원위 단부(218)와 근위 단부(217) 사이에서의 가요성 본체(216)의 전체 길이는 세그먼트(224)들로 효과적으로 분할될 수 있다. 의료 기구 시스템(200)이 원격 작동식 의료 시스템(100)의 의료 기구(104)와 일치하면, 추적 시스템(230)은 도 1의 제어 시스템(112)의 프로세서를 포함할 수 있는, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호 작용하거나 그에 의해 실행되는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 선택적으로 구현될 수 있다.
추적 시스템(230)은 형상 센서(222)를 사용하여 원위 단부(218) 및/또는 세그먼트(224)들 중 하나 이상을 선택적으로 추적할 수 있다. 형상 센서(222)는 (예컨대, 내부 채널(도시되지 않음) 내에 제공되거나 외부에 장착된) 가요성 본체(216)와 정렬된 광섬유를 선택적으로 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 광섬유는 대략 200㎛의 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 치수는 더 크거나 더 작을 수 있다. 형상 센서(222)의 광섬유는 가요성 본체(216)의 형상을 결정하기 위한 광섬유 굽힘 센서를 형성한다. 하나의 대안예에서, 광섬유 브래그 격자(FBG)를 포함한 광섬유가 하나 이상의 치수에서의 구조물 내의 변형 측정을 제공하기 위해 사용된다. 형상 센서 시스템(222)의 광섬유는, 적시에(in time) 하나의 지점에서 가요성 카테터 본체(216)의 길이를 따른 형상 센서(222)의 여러 위치 중의 위치를 설명하는 측정된 지점의 세트의 동시적인 수집을 가능하게 할 수 있다. 3차원으로 광섬유의 형상 및 상대 위치를 모니터링하기 위한 다양한 시스템 및 방법이 ("광섬유 위치 및 형상 감지 장치 및 그에 관련된 방법(Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto)"을 개시하는) (2005년 7월 13일자로 출원된) 미국 특허 출원 제11/180,389호; ("광섬유 형상 및 상대 위치 감지(Fiber-optic shape and relative position sensing)"를 개시하는) (2004년 7월 16일자로 출원된) 미국 특허 출원 제12/047,056호; 및 ("광섬유 굽힘 센서(Optical Fibre Bend Sensor)"를 개시하는) (1998년 6월 17일자로 출원된) 미국 특허 제6,389,187호에 설명되어 있고, 이들은 모두 본원에서 전체적으로 참조로 통합되었다.
센서는 몇몇 실시예에서, 레일리(Rayleigh) 산란, 라만(Raman) 산란, 브릴루앙(Brillouin) 산란, 및 형광 산란과 같은 다른 적합한 변형 감지 기술을 채용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 신장된 장치의 형상은 다른 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 가요성 본체(216)의 원위 단부 자세의 이력은 시간의 간격에 걸쳐 가요성 본체(216)의 형상을 재구성하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 추적 시스템(230)은 위치 센서 시스템(220)을 사용하여 원위 단부(218)를 선택적으로 그리고/또는 추가적으로 추적할 수 있다. 위치 센서 시스템(220)은, 외부 발생 전자기장을 받을 수 있는 하나 이상의 전도성 코일을 포함하는 위치 센서 시스템(220)을 갖는 EM 센서 시스템의 구성요소일 수 있다. EM 센서 시스템(220)의 각각의 코일은 그 다음 외부 발생 전자기장에 대한 코일의 위치 및 배향에 의존하는 특징을 갖는 유도 전기 신호를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 위치 센서 시스템(220)은 6개의 자유도, 예컨대, 기본 지점의 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 피칭, 요잉, 롤링을 표시하는 3개의 배향 각도, 또는 5개의 자유도, 예컨대, 기본 지점의 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 피칭 및 요잉을 표시하는 2개의 배향 각도를 측정하도록 구성되고 위치될 수 있다. 위치 센서 시스템의 추가의 설명은 본원에서 전체적으로 참조로 통합된 ("추적되는 대상 상의 수동 트랜스폰더를 갖는 6-자유도 추적 시스템(Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked)"을 개시하는) (1999년 8월 11일자로 출원된) 미국 특허 제6,380,732호에 제공되어 있다. 몇몇 실시예에서, 형상 센서(222)는 또한 위치 센서로서의 기능을 할 수 있는데, 이는 센서(222)의 형상이, ("환자 공간"으로 지칭되는, 환자의 고정된 좌표계 내의) 형상 센서(222)의 기부의 위치에 관한 정보와 함께, 원위 팁을 포함하는, 형상 센서를 따른 다양한 지점의 위치가 계산될 수 있게 하기 때문이다.
몇몇 실시예에서, 추적 시스템(230)은 대안적으로 그리고/또는 추가적으로 호흡과 같은 교대식 운동의 사이클을 따른 기구 시스템의 공지된 지점에 대해 저장된 자세 이력, 위치, 또는 배향 데이터에 의존할 수 있다. 이러한 저장된 데이터는 가요성 본체(216)에 대한 형상 정보를 발현하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 위치 센서(220) 내의 센서와 유사한 전자기(EM) 센서와 같은, 일련의 위치 센서(도시되지 않음)들이 가요성 본체(216)를 따라 위치된 다음 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 몇몇 예에서, 시술 중에 취해진 이러한 센서들 중 하나 이상으로부터의 데이터의 이력이 특히 해부 조직 통로가 대체로 정적이면, 신장된 장치(202)의 형상을 표현하기 위해 사용될 수 있다. 추적 시스템(230)은, 기구(200)를 따른 원위 단부(218)의 그리고 하나 이상의 세그먼트(224)의 위치, 배향, 속력, 자세 및/또는 형상을 결정하기 위해서, 위치 센서 시스템(220) 및 형상 센서 시스템(222)을 포함할 수 있다. 추적 시스템(230)은 제어 시스템(116)의 프로세서를 포함할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호 작용하거나 그에 의해 실행되는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다.
가요성 본체(216)는 의료 기구(226)를 수납하도록 크기 설정되고 형상화된 채널(221)을 포함한다. 도 2b는 몇몇 실시예에 따른 연장된 의료 기구(226)를 구비한 가요성 본체(216)의 단순화된 도면이다. 몇몇 실시예에서, 의료 기구(226)는 수술, 생검, 절제, 조명, 관류, 또는 흡입과 같은 시술을 위해 사용될 수 있다. 의료 기구(226)는 가요성 본체(216)의 채널(221)을 통해 전개되어 해부학적 구조물 내의 목표 위치에서 사용될 수 있다. 의료 기구(226)는, 예를 들어, 영상 포착 프로브, 생검 기구, 레이저 절제 섬유, 및/또는 다른 수술, 진단, 또는 치료 도구를 포함할 수 있다. 의료 도구는 메스, 무딘 블레이드, 광섬유, 전극 등과 같은 단일 작동 부재를 갖는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 다른 엔드 이펙터는, 예를 들어, 겸자, 파지기, 가위, 클립 어플리케이터 등을 포함할 수 있다. 다른 엔드 이펙터는 전기 수술용 전극, 트랜스듀서, 센서 등과 같은 전기 활성화 엔드 이펙터를 추가로 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 의료 기구(226)는 목표 해부학적 위치로부터 샘플 조직 또는 세포의 샘플을 제거하기 위해 사용될 수 있는 생검 기구이다. 의료 기구(226)는 가요성 본체(216) 내의 영상 포착 프로브와 함께 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 의료 기구(226)는 디스플레이를 위해 시각화 시스템(231)에 의해 처리되고 그리고/또는 원위 단부(218) 및 세그먼트(224)들 중 하나 이상의 추적을 지원하기 위해 추적 시스템(230)으로 제공되는 (비디오 영상을 포함한) 영상을 포착하기 위해 가요성 본체(216)의 원위 단부(218)에서의 또는 그 부근의 입체 또는 평면 카메라를 구비한 원위 부분을 포함하는 영상 포착 프로브일 수 있다. 영상 포착 프로브는 포착된 영상 데이터를 송신하기 위해 카메라에 결합된 케이블을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 영상 포착 기구는 시각화 시스템(231)에 결합하는, 섬유경과 같은 광섬유 다발일 수 있다. 영상 포착 기구는, 예를 들어 가시, 적외, 및/또는 자외 스펙트럼 중 하나 이상에서 영상 데이터를 포착하는, 단일 스펙트럼 또는 다중 스펙트럼일 수 있다. 대안적으로, 의료 기구(226) 자체가 영상 포착 프로브일 수 있다. 의료 기구(226)는 시술을 수행하기 위해 채널(221)의 개방부로부터 전진된 다음 시술이 완료되면 채널 내로 다시 후퇴될 수 있다. 의료 기구(226)는 가요성 본체(216)의 근위 단부(217)로부터 또는 가요성 본체(216)를 따른 다른 선택적인 기구 포트(도시되지 않음)로부터 제거될 수 있다.
의료 기구(226)는 의료 기구(226)의 원위 단부를 제어 가능하게 구부리기 위해 그의 근위 단부와 원위 단부 사이에서 연장되는 케이블, 링키지, 또는 다른 작동 제어부(도시되지 않음)를 추가로 수용할 수 있다. 조향 가능한 기구가 ("향상된 교치성 및 민감성을 구비한 최소 침습적 수술을 수행하기 위한 굴절식 외과용 기구(Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity)"를 개시하는) (2005년 10월 4일자로 출원된) 미국 특허 제7,316,681호 및 ("외과용 기구를 위한 수동 예비 부하 및 캡스턴 구동부(Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments)"를 개시하는) (2008년 9월 30일자로 출원된) 미국 특허 출원 제12/286,644호에 설명되어 있고, 이들은 본원에서 전체적으로 참조로 통합되었다.
가요성 본체(216)는, 예를 들어, 원위 단부(218)의 파선 도시(219)에 의해 도시된 바와 같이 원위 단부(218)를 제어 가능하게 구부리기 위해 구동 유닛(204)과 원위 단부(218) 사이에서 연장하는 케이블, 링키지, 또는 다른 조향 제어부(도시되지 않음)를 또한 수용할 수 있다. 몇몇 예에서, 적어도 4개의 케이블이 원위 단부(218)의 피칭을 제어하기 위한 독립적인 "상하" 조향 및 원위 단부(281)의 요잉을 제어하기 위한 "좌우" 조향을 제공하기 위해 사용된다. 조향 가능한 신장된 장치는 본원에서 전체적으로 참조로 통합된 ("제거 가능한 관측 프로브를 구비한 카테터(Catheter with Removable Vision Probe)"를 개시하는) (2011년 10월 14일자로 출원된) 미국 특허 출원 제13/274,208호에 상세하게 설명되어 있다. 의료 기구 시스템(200)이 원격 작동식 조립체에 의해 작동되는 실시예에서, 구동 유닛(204)은 원격 작동식 조립체의 액추에이터와 같은 구동 요소에 제거 가능하게 결합하여 그로부터 동력을 수신하는 구동 입력부를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 의료 기구 시스템(200)은 파지 특징부, 수동 액추에이터, 또는 의료 기구 시스템(200)의 이동을 수동으로 제어하기 위한 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 신장된 장치(202)는 조향 가능할 수 있거나, 대안적으로, 시스템은 원위 단부(218)의 굽힘의 작업자 제어를 위한 통합형 메커니즘이 없이 조향 불가능할 수 있다. 몇몇 예에서, 의료 기구가 그를 통해 전개되어 목표 수술 위치에서 사용될 수 있는 하나 이상의 내강이 가요성 본체(216)의 벽 내에 형성된다.
몇몇 실시예에서, 의료 기구 시스템(200)은 폐의 검사, 진단, 생검, 또는 처치 시에 사용하기 위한, 기관지경 또는 기관지 카테터와 같은 가요성 기관지 기구를 포함할 수 있다. 의료 기구 시스템(200)은 또한 대장, 소장, 신장 및 신배, 뇌, 심장, 혈관을 포함한 순환계, 및/또는 기타를 포함한, 다양한 해부학적 계통 중 임의의 것 내에서, 자연적으로 또는 외과적으로 생성되어 연결된 통로를 거쳐, 운행 및 다른 조직의 처치에 대해 적합하다.
추적 시스템(230)으로부터의 정보는 운행 시스템(232)으로 보내질 수 있고, 여기서 이는 시각화 시스템(231)으로부터의 정보 및/또는 수술전에 획득된 모델과 조합되어, 실시간 위치 정보를 의사 또는 다른 작업자에게 제공한다. 몇몇 예에서, 실시간 위치 정보는 의료 기구 시스템(200)의 제어 시에 사용하기 위해 도 1의 디스플레이 시스템(110) 상에 디스플레이될 수 있다. 몇몇 예에서, 도 1의 제어 시스템(116)은 의료 기구 시스템(200)을 위치 설정하기 위한 피드백으로서 위치 정보를 이용할 수 있다. 수술 기구를 수술 영상과 정합시켜서 디스플레이하기 위해 광섬유 센서를 사용하기 위한 다양한 시스템이 본원에서 전체적으로 참조로 통합된, "영상 안내식 수술을 위한 해부학적 구조물의 모델의 동적 정합을 제공하는 의료 시스템(Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery)"을 개시하는, 2011년 5월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/107,562호에 제공되어 있다.
몇몇 예에서, 의료 기구 시스템(200)은 도 1의 의료 시스템(100) 내에서 원격 작동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 1의 원격 작동식 조작기 조립체(102)는 직접 작업자 제어에 의해 대체될 수 있다. 몇몇 예에서, 직접 작업자 제어는 기구의 휴대 작동을 위한 다양한 손잡이 및 작업자 인터페이스를 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 몇몇 실시예에 따른 삽입 조립체 상에 장착된 의료 기구를 포함하는 환자 좌표 공간의 측면도의 단순화된 도면이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 수술 환경(300)은 도 1의 테이블(T) 상에 위치된 환자(P)를 포함한다. 환자(P)는 전체적 환자 운동이 진정, 구속, 및/또는 다른 수단에 의해 제한되는 의미에서 수술 환경 내에서 고정적일 수 있다. 환자(P)의 호흡 및 심장 운동을 포함한 주기적인 해부학적 운동은 환자가 호흡 운동을 일시적으로 중지하기 위해 그 또는 그녀의 호흡을 참도록 요구받지 않으면, 계속될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 데이터가 호흡 내의 특정 시기에 모아지고, 그러한 시기로 태깅되고 식별될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 데이터가 수집되는 시기는 환자(P)로부터 수집된 생리학적 정보로부터 추정될 수 있다. 수술 환경(300) 내에서, 지점 채집 기구(304)가 기구 캐리지(306)에 결합된다. 몇몇 실시예에서, 지점 채집 기구(304)는 EM 센서, 형상 센서, 및/또는 다른 센서 양식을 사용할 수 있다. 기구 캐리지(306)는 수술 환경(300) 내에 고정된 삽입 스테이지(308)에 장착된다. 대안적으로, 삽입 스테이지(308)는 이동 가능할 수 있지만, 수술 환경(300) 내에서 (예컨대, 추적 센서 또는 다른 추적 장치에 의해) 공지된 위치를 가질 수 있다. 기구 캐리지(306)는 삽입 이동 (즉, A 축을 따른 이동) 및 선택적으로 요잉, 피칭, 및 롤링을 포함한 복수의 방향으로의 신장된 장치(310)의 원위 단부(318)의 이동을 제어하기 위해 지점 채집 기구(304)에 결합하는 원격 작동식 조작기 조립체(예컨대, 원격 작동식 조작기 조립체(102))의 구성요소일 수 있다. 기구 캐리지(306) 또는 삽입 스테이지(308)는 삽입 스테이지(308)를 따른 기구 캐리지(306)의 이동을 제어하는 서보 모터(도시되지 않음)와 같은 액추에이터를 포함할 수 있다.
신장된 장치(310)가 기구 본체(312)에 결합된다. 기구 본체(312)는 기구 캐리지(306)에 대해 결합되어 고정된다. 몇몇 실시예에서, 광섬유 형상 센서(314)가 기구 본체(312) 상의 근위 지점(316)에 고정된다. 몇몇 실시예에서, 광섬유 형상 센서(314)의 근위 지점(316)은 기구 본체(312)와 함께 이동 가능할 수 있지만, 근위 지점(316)의 위치는 (예컨대, 추적 센서 또는 다른 추적 장치에 의해) 공지될 수 있다. 형상 센서(314)는 근위 지점(316)으로부터 신장된 장치(310)의 원위 단부(318)와 같은 다른 지점까지의 형상을 측정한다. 지점 채집 기구(304)는 의료 기구 시스템(200)과 실질적으로 유사할 수 있다.
위치 측정 장치(320)가 기구 본체가 삽입 축(A)을 따라 삽입 스테이지(308) 상에서 이동할 때, 기구 본체(312)의 위치에 대한 정보를 제공한다. 위치 측정 장치(320)는 기구 캐리지(306)의 이동 및 결과적으로 기구 본체(312)의 이동을 제어하는 액추에이터의 회전 및/또는 배향을 결정하는 리졸버, 인코더, 전위차계, 및/또는 다른 센서를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 삽입 스테이지(308)는 선형이다. 몇몇 실시예에서, 삽입 스테이지(308)는 만곡될 수 있거나, 곡선 및 선형 섹션들의 조합을 가질 수 있다.
도 3a는 삽입 스테이지(308)를 따른 후퇴 위치의 기구 본체(312) 및 기구 캐리지(306)를 도시한다. 이러한 후퇴 위치에서, 근위 지점(316)은 축(A) 상의 위치(L0)에 있다. 삽입 스테이지(308)를 따른 이러한 위치에서, 근위 지점(316)의 위치의 A 성분이 삽입 스테이지(308) 상에서의 기구 캐리지(306) 및 근위 지점(316)의 위치를 기술하기 위한 기본 기준을 제공하기 위해 0 및/또는 다른 기준 값으로 설정될 수 있다. 기구 본체(312) 및 기구 캐리지(306)의 이러한 후퇴 위치에서, 신장된 장치(310)의 원위 단부(318)는 환자(P)의 진입 구멍 바로 내부에 위치될 수 있다. 또한, 이러한 위치에서, 위치 측정 장치(320)가 0 및/또는 다른 기준 값(예컨대, I=0)으로 설정될 수 있다. 도 3b에서, 삽입 스테이지(308)의 기구 본체(312) 및 기구 캐리지(306)는, 직선형 또는 곡선형일 수 있는, 트랙을 따라 전진하였고, 신장된 장치(310)의 원위 단부(318)는 환자(P) 내로 전진하였다. 이러한 전진 위치에서, 근위 지점(316)은 축(A) 상의 위치(L1)에 있다. 몇몇 예에서, 삽입 스테이지(308)를 따른 기구 캐리지(306)의 이동을 제어하는 하나 이상의 액추에이터 및/또는 기구 캐리지(306) 및/또는 삽입 스테이지(308)와 관련된 하나 이상의 위치 센서로부터의 인코더 및/또는 다른 위치 데이터가 위치(L0)에 대한 근위 지점(316)의 위치(LX)를 결정하기 위해 사용된다. 몇몇 예에서, 위치(LX)는 아울러 신장된 장치(310)의 원위 단부(318)가 환자(P)의 해부학적 구조물의 통로 내로 삽입되는 거리 또는 삽입 깊이의 표식으로서 사용될 수 있다. 환자(P)의 해부조직 내로의 삽입 중에 그리고 삽입되어 있는 동안, 형상 센서(314)를 이용하여 환자(P)의 해부조직 내에서 측정된 데이터 지점을 수집할 수 있다.
지점 채집 기구(304)의 실시예는, EM 감지 및 형상-감지를 포함한, 임의의 수의 양식을 이용하여, 측정된 지점을 수집할 수 있다. 측정된 지점이 환자의 해부조직 통로 내로부터 수집될 때, 그러한 지점은 메모리와 같은 데이터 저장 장치에 저장된다. 측정된 지점의 세트가, 시술 중에 또는 시술 직전에 얻어진 측정된 지점의 적어도 일부를 포함하거나, 그 전부를 포함할 수 있는, 데이터베이스에 저장될 수 있다. 측정된 지점의 세트를 비닝, 분류, 또는 필터링하여, 호흡과 같은 주기적인 생리적 운동의 공통 위상 또는 위상의 일부 중에 얻어지는 것과 같이, 몇몇 방식으로 관련되는 측정된 지점의 하위세트를 생성할 수 있다. 메모리 내에 저장될 때, 각각의 지점은 지점의 좌표, 타임 스탬프(timestamp), 및 (지점 채집 기구(304)의 길이를 따라 분배된 다수의 센서를 이용하여 몇 개의 지점의 위치를 동시에 결정할 때) 상대적인 센서 위치 또는 개별적인 센서 ID를 포함하는 데이터에 의해서 표현될 수 있다. 비닝된 측정된 지점의 하위세트가 분리된 데이터 구조로 및/또는 메모리의 분리된 부분에 저장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 지점을 나타내는 데이터가 또한, 지점이 수집되었던 환자의 호흡 위상을 나타내는 호흡 위상 마커를 포함할 수 있다. 환자 운동 추적기(322)를 이용하여 환자(P)의 운동을 모니터링하고 검출할 수 있다. 이러한 운동은, 호흡과 같은, 주기적인 생리적 운동뿐만 아니라 전체적 운동을 포함할 수 있다. 따라서, 운동 추적기(322)가 생리적 위상 검출기로서의 역할을 할 수 있다. 운동 추적기(322)는 광학적 추적 시스템 또는 임의의 다른 적합한 시스템일 수 있다. 다른 실시예에서, 호흡이 인공호흡기에 의해서 또는 임의의 다른 기술에 의해서 모니터링될 수 있다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 도 1 내지 도 3의 환자(P)의 폐(400)의 해부조직 통로(402)를 통한 도 3a 및 도 3b의 카테터(310)의 전진을 도시한다. 이러한 통로(402)는 기관 및 기관지를 포함한다. 캐리지(306)가 삽입 스테이지(308)를 따라서 이동될 때 카테터(310)가 전진됨에 따라, 외과의사(S)는 해부조직 통로(402)를 통해서 운행되도록 카테터(310)의 원위 단부(318)를 조향할 수 있다. 해부조직 통로(402)를 통한 운행에서, 카테터(310)는, 카테터(310) 내에서 연장되는 형상 센서(314)에 의해서 "판독"될 수 있는 형상일 것이다. 본원에서 설명된 바와 같이, 가요성 카테터(310)를 이용하여 얻어진 측정된 지점은 다양한 인자를 기초로 하나 이상의 빈(bin)에 할당될 수 있다. 예를 들어, 측정된 지점은, 호흡과 같은 주기적인 생리적 운동의 일부에 상응하는 빈에 할당될 수 있다. 측정된 지점은 또한, 카테터(310)의 삽입 깊이에 상응하는 빈에 할당될 수 있고, 그에 따라, 카테터(310)의 원위 단부(318)가 해부조직 통로(402)를 통해서 전진할 때에도, 기관 내에서 측정된 지점, 또는 기관지 통로의 특별한 생성부(generation)가 단일 빈 내에 모아지거나 그에 포함될 수 있다.
도 5는 영상 안내식 수술 시술에서 이용하기 위한 일반적인 방법(500)을 도시하는 흐름도이다. 프로세스(502)에서, 수술전 또는 수술중의 영상 데이터가, 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 촬영(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 레이저 촬영, 또는 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 촬영 기술로부터 얻어진다. 수술전 또는 수술중 영상 데이터는 2차원, 3차원, 또는 (예컨대, 시간 기반 또는 속도 기반 정보를 포함하는) 4차원 영상에 상응할 수 있다. 예를 들어, 영상 데이터는 도 4a 내지 도 4d의 인간 폐(400)를 나타낼 수 있다. 프로세스(504)에서, 단독적으로 동작하거나 수작업 입력과 조합되어 동작하는 컴퓨터 시스템을 이용하여, 기록된 영상을 부분적인 또는 전체적인 해부조직 기관 또는 해부조직 영역의 세그먼트화된 2차원적 또는 3차원적 복합 표상 또는 모델로 변환한다. 예를 들어, 도 6a는 도 4a 내지 도 4d의 폐(400)의 세그먼트화된 모델(600)을 도시한다. 자연적으로 발생되는 제한 또는 작업자에 의해서 설정된 제한으로 인해서, 세그먼트화된 모델(600)은 인간 폐 내에 존재하는 모든 통로를 포함하지는 않을 것이고, 몇몇 통로(601)를 포함한다. 예를 들어, 폐의 비교적 좁은 및/또는 원위의 통로 전부가, 세그먼트화된 모델(600) 내에 포함되지 않을 수 있다. 세그먼트화된 모델(600)은, 폐의 내부 내강(lumen) 또는 통로를 형성하는 벽을 포함하는, 메시 모델 또는 다른 적합한 모델과 같은, 3차원적인 모델일 수 있다. 일반적으로, 그러한 모델은 해부조직 영역 내의 지점과 해부조직 영역 외측의 지점을 구별하기 위한 메커니즘 또는 수단을 제공한다. 복합 표상 및 영상 데이터 세트는 통로의 다양한 위치 및 형상 그리고 그 연결을 설명하고, 수술전 또는 수술중 영상 데이터에 포함된 해부조직의 원치 않는 부분을 생략할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 모델(600)은, 의심되는 종양 또는 다른 관심 대상이 조직 부분과 같은, 구체적으로 요구되는 특징부를 포함할 수 있다.
세그먼트화 프로세스 중에, 영상은, 컬러, 밀도, 세기, 및 질감과 같은 특정 특성 또는 컴퓨터화된 특성을 공유하는 세그먼트들 또는 요소들(예를 들어, 화소 또는 3D 화소(voxel))로 구획된다. 이러한 세그먼트화 프로세스는, 모델(600)과 같은, 획득된 영상을 기초로 목표 해부조직의 모델을 형성하는 2차원적인 또는 3차원적인 재구성을 초래한다. 모델을 나타내기 위해서, 세그먼트화 프로세스는 목표 해부조직을 나타내는 3D 화소의 세트를 묘사할 수 있고 이어서 마칭 큐브 함수(marching cube function)와 같은 함수를 적용하여 3D 화소를 둘러싸는 3D 표면을 생성할 수 있다. 모델은 메시, 부피, 또는 3D 화소 맵을 생성함으로써 만들어질 수 있다. 이러한 모델은, 폐의 내부 통로와 같은, 해부조직의 시각화에서 외과의사(S)를 돕기 위해서 디스플레이(110) 내에서 보여질 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 모델은, 모델링된 통로의 중심을 통해서 연장되는 상호 연결된 선 세그먼트 또는 지점의 세트를 포함하는 중심선 모델을 포함할 수 있다. 도 6b는 모델(600)로부터 또는 직접적으로 촬영 데이터로부터 유도된 예시적인 중심선 모델(602)을 도시한다. 중심선 세그먼트화된 모델(602)은, 세그먼트화된 모델(602) 내에 포함된 통로의 대략적인 중심에 상응하는 3차원적인 직선의 세트 또는 곡선의 세트를 포함할 수 있다. 모델의 해상도가 높을수록, 직선 또는 곡선의 세트가 통로의 중심에 보다 정확하게 상응할 것이다. 중심선 세그먼트화된 모델(602)로 폐를 나타내는 것은, 모델(600)의 통로의 벽을 나타내는 세그먼트화된 모델(602)의 데이터 세트보다, 더 효율적으로 하나 이상의 프로세서 또는 프로세싱 코어에 의해서 프로세스되는 더 작은 데이터의 세트를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 시스템(112)의 기능이 개선될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 중심선 세그먼트화된 모델(602)은 몇 개의 분지 지점(branch point)을 포함하고, 그 중 일부는 도 6b에서 가시성을 위해서 강조되었다. 분지 지점(A, B, C, D, 및 E)이 몇 개의 분지 지점의 각각에서 도시되어 있다. 분지 지점(A)은, 기관이 좌측 및 우측 주 기관지로 분할되는 모델 내의 지점을 나타낼 수 있다. 우측 주 기관지는 중심선 세그먼트화된 모델(602) 내에서 분지 지점(A)과 분지 지점(B) 사이에 위치되는 것으로서 식별될 수 있다. 유사하게, 제2 기관지는 분지 지점(B) 및 분지 지점(C)에 의해서 그리고 분지 지점(B)과 분지 지점(E) 사이에서 식별된다. 다른 생성부가 분지 지점(C)과 분지 지점(D) 사이에서 규정될 수 있다. 이러한 생성부의 각각이 상응하는 통로의 내강의 직경의 표상과 연관될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 모델(602)은 각각의 세그먼트화된 생성부의 평균 직경 값을 포함할 수 있다. 평균 직경 값은 환자-특이적 값 또는 다수의 환자로부터 유도된 더 일반적인 값일 수 있다.
모델이, 상호 연결된 선 세그먼트의 세트를 포함하는 중심선 모델인 경우, 그러한 선 세그먼트는, 도 6c의 쇄선에 의해서 표시된, 모델 지점으로 지칭되는, 지점의 클라우드(cloud) 또는 세트(604)로 변환될 수 있다. 선 세그먼트를 지점으로 변환하는 것에 의해서, 상호 연결된 선 세그먼트에 상응하는 희망하는 모델 지점의 품질이 수작업으로 또는 자동적으로 선택되어, 정치 프로세스 중의 중심선 모델(602)(그리고 그에 의해서 모델(600))을 나타낼 수 있다. 데이터에서, 모델 지점(604)의 세트의 지점의 각각은 XM, YM, 및 ZM 좌표의 세트와 같은 좌표, 또는 3차원적 모델 공간 내의 각각의 지점의 위치를 식별하는 다른 좌표를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 지점은, 지점이 연관된 통로 생성부 및/또는 중심선 세그먼트화된 모델(602)의 해당 부분과 연관된 직경 또는 반경 값을 식별하는 생성부 식별기를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 주어진 지점과 연관된 반경 또는 직경을 설명하는 정보가 별개의 데이터 세트의 일부로서 제공될 수 있다.
중심선 세그먼트화된 모델(602)이 생성되고 도 6c에 도시된 지점의 세트(604)로서 데이터 내에 저장된 후에, 모델 지점(604)은 영상 안내식 수술 시술에서의 이용을 위해서 데이터 저장부로부터 검색된다. 영상 안내식 수술 시술에서 중심선 세그먼트화된 모델(602) 및 모델(600)을 이용하기 위해서, 모델 지점(604)은, 모델(600) 내의 모델링된 통로를 수술 환경에서 존재하는 바와 같은 환자의 실제 해부조직과 연관시키도록 정치된다.
도 5를 다시 참조하면, 프로세스(506)에서, 도 3a 및 도 3b 그리고 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 측정된 지점은, 해부조직 모델에 상응하는 환자 해부조직으로부터 얻어질 수 있다. 프로세스(508)에서, 해부조직 모델 데이터는, 환자에서의 영상 안내식 수술 시술의 과정에 앞서서 및/또는 그 도중에 환자 해부조직에 대해서 정치된다. 일반적으로, 정치는, 강성 및/또는 비-강성 변환(non-rigid transform)의 이용을 통해서 측정된 지점을 모델의 지점에 매칭시키는 것(matching)을 포함한다. 측정된 지점은 해부조직 내의 이정표, 시술 중에 스캐닝되고 추적된 전자기 코일, 또는 형상 센서 시스템을 이용하여 생성될 수 있다. 측정된 지점은 ICP(iterative closest point) 기술에서의 이용을 위해서 생성될 수 있거나, 본 개시내용의 범위 내에서 다른 지점 세트 정치 방법이 또한 정치 프로세스에서 이용될 수 있다.
환자 해부조직에 대해서 배치된 의료 기구가 해부조직 모델에 대해서 표시될 수 있도록 해부조직 모델이 환자 해부조직에 대해서 정치되는 프로세스(508) 후에, 측정된 지점을 환자 해부조직으로부터 수집하는 것이 계속될 수 있다. 새로운 측정된 지점이 부가됨에 따라, 정치가 프로세스(510)에서 업데이트될 수 있다. 정치의 업데이트는 수술 시술 전체를 통해서 계속적으로 실시될 수 있다. 이러한 방식으로, 환자 운동(전체적 운동 및 주기적인 생리적 운동 모두)으로 인한 변화가 보상될 수 있다. 부가적으로, 측정된 지점이 하나 이상의 기준에 의해서 다양한 지점의 하위세트에 할당될 수 있고, 그에 의해서, 환자 해부조직을 해부조직 모델에 대해서 정치하는데 있어서, 몇몇 하위세트 또는 특정 하위세트가 다른 것보다 더 양호한 것으로 결정될 수 있다. 지점이 지점의 임의의 하위세트에 정확하게 할당될 수 있는 부분적인 가능성을 반영하는 수치적 가중치가 또한 지점에 할당될 수 있다. 그러나, 제1 시간의 주기 동안 최적의 정치를 제공하였을 수 있는 하위세트가 그 후의 시간 주기에서 차선이 될 수 있다. 해당 시간에 최적의 정치를 제공하는 측정된 지점의 하위세트를 이용하기 위해서 정치를 업데이트하는 것은, 모델과 해부조직 사이의 최적의 그리고 가장 유용한 관계가 유지되도록 보장할 수 있다. 정치의 품질에서 통계적으로 상당한 변화가 발생될 때(예를 들어, 정치와 연관된 오류 값의 상당한 변화가 있을 때), 해당 정치와 연관된 측정된 지점의 하위세트가 모든 지점의 삭제에 의해서 비워질 수 있거나 그에 적용된 측정된 지점의 가중치를 가질 수 있다.
영상 안내식 수술과 함께 이용하기 위한 다른 정치 방법이 종종 전자기 또는 임피던스 감지를 기초로 하는 기술의 이용을 포함한다. 수술 환경에서 이용되는 금속 물체 또는 특정 전자 장치가, 감지 데이터의 품질을 손상시키는 방해를 생성할 수 있다. 다른 정치 방법이 임상적 작업흐름을 방해할 수 있다. 본원에서 설명된 시스템 및 방법의 몇몇 실시예는 ICP, 또는 다른 지점 세트 정치 알고리즘, 및 광섬유 형상 센서를 갖는 지점 채집 기구의 교정된 운동을 기초로 정치를 실시하며, 그에 따라 수술 환경에서 방해를 제거하거나 최소화한다. 다른 정치 기술은 측정된 지점의 세트를 수술전 모델 또는 다른 양상을 이용하여 얻어진 모델에 대해서 정치시키기 위해서 이용될 수 있다. 이하에서 설명된 실시예에서, 환자 및 기구 상의 EM 센서 그리고 기구에 대한 광학적 추적 시스템이 제거될 수 있다.
도 7은, 본 개시내용의 몇몇 실시예에 따른, 수술 환경(300)에서의 환자(P)에 대한 영상 안내식 수술 시술에서 안내를 의료진에게 제공하기 위해서 이용되는 방법(700)을 도시한 흐름도이다. 방법(700)은 블록, 단계, 동작, 또는 프로세스의 세트로서 도 7에 도시되어 있다. 도시되고 열거된 동작의 전부가 방법(700)의 모든 실시예에서 실시되는 것이 아닐 수 있다. 부가적으로, 도 7에 명시적으로 도시되지 않은 몇몇 부가적인 동작이 열거된 동작의 이전에, 이후에, 그 사이에, 또는 그 일부로서 포함될 수 있다. 방법(700)의 몇몇 실시예가 방법(700)의 동작에 상응하고 메모리 내에 저장된 기계-판독 가능 명령어를 포함할 수 있다. 이러한 명령어는 제어 시스템(112)의 프로세서와 같은 프로세서에 의해서 실행될 수 있다.
따라서, 방법(700)의 몇몇 실시예가 동작(702)에서 시작될 수 있고, 그러한 동작에서 측정된 지점의 세트가 카테터 또는 다른 의료 기구의 길이를 따라서 수집된다. 예를 들어, 카테터는 도 3a 및 도 3b의 지점 채집 기구(304) 또는 도 2의 의료 기구 시스템(200)일 수 있다. 카테터는, 카테터의 형상을 나타내는 복수의 3차원적 지점을 생성하기 위해서 이용될 수 있는 광섬유 형상 센서를 포함할 수 있다. 3차원적 지점은, 광섬유 형상 센서의 근위 단부 및 기지의(known) 위치 또는 검출된 위치를 가지는 것에 의해서, 환자 공간과 관련될 수 있다.
실제로, 카테터(310)의 원위 단부(318)가 환자(P)의 해부조직 통로(예를 들어, 환자의 폐의 기도)를 횡단하여, 형상 센서(314)로부터의 데이터를 통해서, 형상 센서의 형상을 따라 카테터의 원위 단부 및 다른 지점에 대한 위치 데이터를 기록할 수 있다. 이러한 위치 데이터는 본원에서 설명된 바와 같은 측정된 지점의 세트를 포함할 수 있거나, 이를 획득하기 위해서 프로세스될 수 있다. 더 구체적으로, 해부조직 통로의 일부를 조사하도록, 카테터(610)의 원위 팁의 운동이 원격 작동식으로, 수작업으로, 또는 (예를 들어, 마스터 조립체(106)를 통한) 자동화된 제어를 통해서 제어될 수 있다.
예를 들어, 원격 작동식 제어 신호가 캐리지(306)를 축(A)을 따라 이동시켜, 카테터의 원위 단부(318)가 해부조직 통로 내에서 전진 또는 후퇴되게 할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 원격 작동식 제어 신호가 수술 기구 내에서 연장되는 제어 부재의 작동을 유발하여, 요(yaw), 피치, 및 롤을 포함하는 운동 범위 내에서 원위 단부(318)를 이동시킬 수 있다. 카테터가 복수의 통로 내에서 이동될 때, 형상 센서 데이터(및/또는 형상 센서를 포함하지 않는 다른 실시예에서 다른 위치 데이터)가 원위 팁의 다수의 위치에 대해서 채집된다. 몇몇 실시예에서, 카테터는 다양한 통로 내로 약 3개의 분지 깊이까지 연장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 카테터는 폐의 각각의 측부에서 약 3개 이상의 분지화된 생성부를 통해서 또는 그 내로 연장될 수 있다. 카테터(310)로 접근 가능한 생성부의 수는, 가요성 카테터(310)의 직경이 감소됨에 따라 및/또는 가요성 카테터(310)의 가요성이 증가됨에 따라, 증가될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 지점 채집 기구(304)와 같은 위치 측정 장치 또는 다른 적합한 장치를 이용한 측정된 지점, 삽입 경로를 따른 센서 기준 지점의 상대적인 위치 및/또는 배향의 수집에 앞서서, 교정 절차가 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b의 지점 채집 기구(304)를 이용하여, 캐리지(306)가 위치(L0)에서의 지점(316)을 갖는 후퇴 위치로부터 위치(L1)에서의 지점(316)을 갖는 전진 위치까지 이동될 때, 지점(316)의 위치 및 배향을 결정할 수 있다. 교정 절차는 위치 측정 장치(320) 내의 각각의 변화에 대해서 지점(316)의 운동 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 기구 본체가 삽입 스테이지(308)를 따라 이동되는 동안, 카테터(310)의 원위 단부(318)가 고정 위치에서 유지될 수 있다. 기구 본체가 삽입 스테이지를 따라서 이동될 때, 고정된 지점(316)으로부터 형상 센서에 의해서 수집된 위치 및 배향 데이터가 위치 측정 장치 데이터와 상호 관련되고, 그에 따라 삽입 스테이지(308)의 축(A)을 따른 지점(316)의 운동을 교정한다.
선택적으로, 동작(703)에서, 상태 입력이 제어 시스템(112)에 의해서 수신될 수 있다. 예를 들어, 상태 입력은, 환자(P)의 호흡 또는 환자(P)의 심박수를 설명하는 주기적인 생리적 운동 신호일 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 주기적인 생리적 운동 신호가 수신될 수 있고 이용될 수 있다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 도 8a 및 도 8b는 예시적인 주기적인 생리적 운동 신호(800)의 단일 주기를 도시한다. 주기적인 생리적 운동 신호는 x-축을 따라 도시된 주기(T) 및 y-축을 따라 도시된 진폭을 포함한다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 신호는 본 개시내용의 특정 양태를 보다 명확하게 전달하기 위해서 단순화되었다. 다른 상태 입력은, 기구 속도, 힘, 인가된 변형, 또는 배향과 같은, 비-생리적 입력을 포함할 수 있다. 다른 상태 입력은 카메라의 (예를 들어, 안개 또는 파편으로 인한) 검출된 장애물을 포함할 수 있다. 다른 상태 입력이, 특정 해부조직 위치에 또는 특정 해부조직 통로 내에 속하는 것으로 지정된, 태그화된(tagged) 측정된 지점을 포함할 수 있다. 그러한 태그화된 지점은 정치 중에 "지상 검증(ground truth)" 지점으로서의 역할을 할 수 있다.
동작(704)에서, 측정된 지점이 복수의 측정된 지점의 하위세트에 할당될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 동작(702 및 704)이 실질적으로 동시에 실시될 수 있다. 다른 실시예에서, 동작(702)이 지점의 풀(pool) 내의 측정된 지점의 세트를 메모리 내에 저장하는 것을 포함할 수 있고, 동작(704)이 측정된 지점의 세트를 메모리로부터 검색하는 것 그리고 이어서 검색된 지점을 복수의 하위세트에 할당하는 것을 포함할 수 있다. 측정된 지점을 하위세트에 할당하는 것이 본원에서 "비닝"으로 지칭될 수 있다. 측정된 지점은 몇 개의 빈 중 하나에 각각 할당될 수 있다. 그러한 빈은 데이터 구조 및/또는 메모리의 특정 부분일 수 있다. 도 8a 및 도 8b는, 측정된 지점을 특정 빈에 할당할 수 있는 몇몇 예시적 방식을 도시한다. 임의의 빈에 대한 각각의 지점의 할당이 2원적(binary)(명시적으로, 주어진 빈의 외측 또는 내측)일 수 있거나, 몇몇 분수 가중치에 의해서 표현된 임의의 빈에 대한 소프트 할당(soft assignment)을 포함할 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 주기적인 생리적 운동 신호(800)가, 수집된, 측정된 지점을 비닝하기 위해서 이용될 수 있다. 도 8a는 시간-기반 또는 주기-기반 비닝을 도시하고, 여기에서 특정의 측정된 지점이 얻어지는 시간은 그러한 지점이 할당되어야 하는 빈을 나타낸다. 측정된 지점을 수집하기 위해서 광섬유 형상 센서가 이용될 때, 복수의 지점이 단일 시간에 수집된다는 것을 주목하여야 한다. 해당 시간에 광섬유 형상 센서로부터 수집된 모든 지점이 동일한 빈 또는 지점의 하위세트에 할당될 수 있다. 예를 들어, 지점이 T의 영과 1/8 사이의 시간에서 광섬유 센서(314)로부터 수집된다면, 그러한 지점들은 빈 A에 할당될 수 있다. 지점이 T의 1/8과 T의 3/8 사이의 시간에 수집된다면, 그러한 지점들은 빈 B에 할당될 수 있다. 지점이 T의 3/8과 T의 5/8 사이의 시간에 수집된다면, 그러한 지점들은 빈 C에 할당될 수 있다. 지점이 T의 5/8와 T의 7/8 사이의 시간에 수집된다면, 그러한 지점들은 빈 D에 할당될 수 있다. 지점이 T의 7/8과 T 사이의 시간에 수집된다면, 그러한 지점들은 빈 A에 할당될 수 있다. 동작(704)의 다른 실시예는 수집된 지점들을 빈에 상이하게 할당할 수 있다. 예를 들어, 측정된 지점이 4개 초과의 빈 중 하나에 할당될 수 있다. 그러한 빈들은 주기(T) 중의 비동일 부분들과 연관될 수 있다. 빈에 대한 컷오프(cutoff)가 신호(800)의 피크 및 바닥(trough)에서 이루어질 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 주기적인 생리적 운동 신호(800)를 이용하여, 신호(800)의 진폭에 따라 측정된 지점을 비닝할 수 있다. 도 8b는, 측정된 지점을 3개의 빈: 빈 E, 빈 F, 및 빈 G으로 분류하는 진폭 컷오프를 도시한다. 예를 들어, 주기적인 생리적 운동 신호(800)의 진폭이 피크 값의 절반보다 클 때 수집된 지점이 빈 E에 할당될 수 있다. 주기적인 생리적 운동 신호(800)의 진폭이 최소 값의 절반 미만일 때, 수집된 지점이 빈 G에 할당될 수 있다. 이러한 진폭 값들 사이에서 수집된 지점이 빈 F에 할당될 수 있다. 다른 실시예가 더 많은 빈 또는 더 적은 빈을 포함할 수 있다.
이제, 방법(700)의 동작(704)이 예시적으로 도시된 도 9를 참조한다. 도 9는 도 3a 및 도 3b 그리고 도 4a 내지 도 4d의 카테터(310)를 도시한다. 카테터(310) 내에 배치된 형상 센서(즉, 형상 센서(314))는 주기(T) 내의 4개의 구분된 시간 부분 동안 (시간(t1, t2, t3, 및 t4)에서) 지점을 측정한다. 시간(t1, t2, t3, 및 t4)은, 도 9에 도시된 빈 A, 빈 B, 빈 C, 및 빈 D와 같은, 상이한 빈들에 상응한다. 도 9에 도시된 바와 같이, t4 에서의 카테터(310)의 형상 및 위치는 시간(t1, t2, 및 t3)에서의 카테터(310)의 형상 및 위치와 상이하다. 이러한 차이는 해부조직 통로(402) 내로 더 깊게 카테터(310)를 삽입하는 것에 기인하지 않고, 그 대신 환자(P)의 호흡 중의 폐(400)의 주기적인 생리적 운동에 기인할 수 있다.
이제 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d를 참조하면, 동작(704)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 각각의 측정된 지점을 복수의 빈 중 하나에 할당하는데 있어서, 그러한 할당은 지점을 측정하기 위해서 이용되는 카테터의 삽입 깊이를 기초로 이루어질 수 있다. 따라서, 깊이 값은, 스테이지(308)에 대한 캐리지(306)의 이동을 기초로, 인코더 또는 다른 센서로부터 수신될 수 있다. 깊이들 사이의 컷오프는 도 6b의 세그먼트화된 중심선 모델(602)을 기초로 동작 전에 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 깊이가 이용될 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 카테터(310)에 의해서 특정 시간에 수집된 지점들이 깊이 빈 A 및 깊이 빈 B로 분류되거나 그에 할당될 수 있다. 도 10b에서, 카테터(310)는 측정된 지점이 수집될 때 더 삽입되었고, 그에 따라 3개의 깊이의 빈: 깊이 빈 A, 깊이 빈 B, 및 깊이 빈 C에 할당되었다. 도 10c 및 도 10d에 도시된 바와 같이, 카테터(310)가 폐(400)의 해부조직 통로 내로 더 깊게 삽입됨에 따라, 측정된 지점은 깊이 빈 A, 깊이 빈B, 깊이 빈C, 및 깊이 빈 D에 할당된다. 도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이, 더 근위적인 깊이의 빈이 더 많은 측정된 지점을 포함할 수 있는데, 이는, 카테터(310)의 부분이, 지점들이 규칙적으로 수집될 수 있는 더 긴 시간 주기 동안 근위 깊이에 있었기 때문이다. 몇몇 실시예에서, 빈 내의 지점의 수의 상한선이 있을 수 있고, 그에 따라 새로운 지점이 측정될 때, 가장 오래된 지점은 해당 빈과 연관된 지점의 하위세트 또는 풀로부터 제거된다.
도 7 및 방법(700)을 다시 참조하면, 동작(705)에서, 모델로부터의 모델 지점의 세트가 제어 시스템(112)에 의해서 수신될 수 있다. 예를 들어, 모델 지점의 세트가 폐(400)의 모델을 나타내는 지점의 세트일 수 있다. 동작(705)에서 수신된 모델 지점의 세트는, 모델(600)을 기초로 하였던, 중심선 모델(602)로부터 유래된 지점의 세트인, 도 6c의 모델 지점(604)과 유사할 수 있다. 모델 지점(604)의 세트를 이용하여, 모델(600)을, 카테터(310)로 수집된 측정된 지점의 세트에 대해서 정치시킬 수 있다.
동작(704) 후에, 후속되는 반복적인 정치 동작이 실시될 수 있도록, 초기 시드 변환(initial seed transformation)이 동작(706)에서 실시되어, 측정된 지점을 모델 지점과 관련하여 대략적으로 배치할 수 있다. 환자 수술 환경과 해부조직 모델 사이의 배치 및 배향 관계에 관한 알고 있는 정보로, 정치 프로세스가 시드 작업될(seeded) 수 있다. 예를 들어, 폐(400) 내의 주 분기부(carina)와 연관된 이정표가 해부조직 모델 정보에서 식별될 수 있다. 상응 위치가 작업 흐름의 일부로서 측정된 지점 내에 포함될 수 있다. 동작(707)에서, 제어 시스템(112)은 측정된 지점의 각각의 하위세트를 모델 지점의 세트에 정치시킬 수 있다. 정치는, 동작(708 내지 714)에서 설명된 바와 같은 ICP(iterative closest point) 기술과 같은 지점 세트 정치 알고리즘을 이용하여, 또는 다른 정치 알고리즘의 실시에 의해서 달성될 수 있다.
동작(708)에서, 정치 프로세스의 개시를 위해서 초기의 대략적인 시드 변환이 실시된 후에, 환자(P) 내로부터 채집된 측정된 데이터 지점(D)의 세트가 해부조직 모델 지점(604)에 대해서 매칭된다. 예를 들어, 측정된 데이터 지점(D)의 각각이 해부조직 모델 지점(604)의 세트 내의 가장 가까운 지점과 매칭될 수 있다. 이러한 실시예에서, 해부조직 모델 지점(604)은, 세그먼트화된 중심선 모델(602)이 도 6a 및 도 6b의 세그먼트화된 모델(600)로부터 생성되는 것과 마찬가지로, 3차원적인 해부조직 모델로부터 생성된 중심선을 따른 지점의 세트이다. 정치 알고리즘은 측정된 데이터 지점 내의 그리고 해부조직 모델 지점(604)의 세트 내의 가장 가까운 지점들 사이의 매칭을 식별한다. 결과는, 초기 시딩 또는 정치 프로세스가 시작된 후의 측정된 지점(1100)의 세트와 함께 모델 지점(604)을 도시하는, 도 11a에서 확인될 수 있다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 측정된 지점(1100)의 세트는 (중실형 원으로 표시된) 하위세트(1102A), (더하기 기호로 표시된) 하위세트(1102B), (속이 빈 원으로 표시된) 하위세트(1102C), 및 (x로 표시된) 하위세트(1102D)를 포함하는 4개의 측정된 지점의 하위세트를 포함한다. 하위세트(1102A, 1102B, 1102C, 및 1102D)는 하위세트(1102)로 통칭될 수 있다.
여러 대안예에서, 브루트 포스(brute force) 기술, KD 트리 기술 등을 이용함으로써, 모델 지점(604)과 각각의 하위세트(1102) 사이의 매칭이 달성될 수 있다. 몇몇 매칭은, 최대 거리 문턱값 계산, 최대 각도 문턱값 계산, 또는 모델에 포함될 수 있을 정도로 충분히 신뢰 가능한 것으로 간주되지 않는 매칭을 필터링하기 위해서 이용되는 다른 매트릭(metric)을 기초로, 폐기될 수 있다. 해부조직 모델 지점(604)은, 중심선 지점, 메시 지점, 및/또는 부피 지점을 포함하는, 몇 가지 상이한 종류의 지점 중 임의의 지점에 의해서 표시될 수 있다.
도 7의 방법(700)을 다시 참조하면, 동작(710)에서, 하위세트(1102) 중의 각각의 하위세트를 매칭된 해부조직 모델 지점(604)의 위치 및 배향에 대해서 맵핑하는데 필요한 변환이 결정된다. 더 구체적으로, 위치 및 배향에서의 전체적인 컴퓨팅된 오프셋이 하위세트(1102)의 각각에 대해서 결정된다. 몇몇 실시예에서, 특정 수의 회전 정도 또는 특정 수의 밀리미터의 변위만이 프로세스의 한번의 반복에서 적용될 수 있도록, 컴퓨팅된 보정 변환이 제한될 수 있다. 예를 들어, 20°의 해부조직 모델 지점(604)의 회전 또는 재배향이 컴퓨팅된 경우에도, 의료 시스템은 배향의 변화를 10°, 5°, 또는 그 미만으로 제한할 수 있다. 유사하게, 몇몇 실시예에서 40 mm의 변위가 컴퓨팅되는 경우에도, 제어 시스템(112)은 단일 반복에서 이용 가능한 변위를 20 mm, 10 mm, 5 mm, 또는 그 미만으로 제한할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이전의 반복에서보다 추후의 반복에서 더 작은 운동이 허용되도록, 그러한 제한은 실시된 반복의 수에 따라 변경될 수 있다.
동작(712)에서, 각각의 하위세트(1102)는, 구체적으로 특정 하위세트(1102) 내에서 각각의 지점을 이동시키기 위해서 변위 및 배향의 컴퓨팅된 오프셋을 적용하는 강성 또는 비-강성 변환을 이용하여 변환될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 모델링된 데이터 지점은, 모델 지점(604)의 세트 내의 각각의 지점을 하위세트(1102)를 향해서 이동시키기 위해서 변위 및 배향의 컴퓨팅된 오프셋을 적용하는 강성 또는 비-강성 변환을 이용하여 변환될 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 몇몇 실시예는, 측정된 지점을 모델 지점에 정치시키는 것 그리고 측정된 지점을 모델 지점과의 보다 양호한 정렬로 이동시키는 것(병진운동 및/또는 배향의 변화를 포함), 이들을 공통 공간 또는 공통 기준 프레임으로 가져가는 것을 나타낼 수 있다. 이러한 정치는 정치 후보로서 이해될 수 있다. 모델(600)을 측정된 지점(1100)과 정치시켜, 모델(600)을 환자 공간 내로 가져가기 위해서, 최적의 정치 후보가 식별되고 선택될 수 있다.
동작(714)에서, 각각의 하위세트(1102)와 매칭된 해부조직 모델 지점(604) 사이의 정치 오류가 평가된다. 몇몇 실시예에서, 오류가, 누적 오류로서 또는 변환 후에 그 가장 가까운 모델 지점에 대한 각각의 측정된 지점 사이의 거리로서 컴퓨팅될 수 있다. 대안적으로, 이들은 이전에 컴퓨팅된 정치로부터의 배향 및 변위의 변화로서 표현될 수 있다. 이는, 하위세트(1102)의 각각에 대한 배향 및 변위의 오류 값을 포함하는, 오류 값의 계산을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 배향 및 변위의 오류 인자가 각각의 매칭된 하위세트(1102)에 대해서 개별적으로 결정될 수 있다. 전체적인 오류 인자가 문턱값보다 큰 경우에, 전체적인 위치 및 배향 오류 인자가 문턱값 미만으로 떨어질 때까지, 동작(708 내지 714)의 부가적인 반복이 되풀이될 수 있다.
동작(716)에서, 각각의 하위세트(1102)의 수렴을 비교하여, 어떠한 정치 후보가 도 6a의 모델(600)에 의존하는 시술에서 최적으로 이용될 수 있는 지를 결정할 수 있다. 다시 말해서, 모델 지점(604)에 대한 각각의 하위세트(1102A, 1102B, 1102C, 및 1102D)의 정치 후보와 연관된 전체적인 오류 값들이 비교될 수 있다. 가장 작은 전체 오류 값을 갖는 정치 후보를 이용하여, 모델 지점(604)을, 지점(1100)이 수집되는 환자 공간 내로 가져올 수 있다. 모델 지점들(604) 사이의 연관은 모델(600)이 환자 공간 내에서 표현되게 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 하위세트의 수렴을 결정한 후에, 수렴 값이 문턱값과 비교될 수 있고, 수렴이 문턱값 미만으로 떨어진 경우 또는 연관된 오류가 문턱값을 초과한 경우, 떨어진 하위세트 또는 하위세트들 내의 해당 지점을 폐기할 수 있을 때까지, 지점이 수집된다. 예를 들어, 환자(P)가 전체적 운동을 할 때, 하위세트 중 하나 이상과 연관된 정치에 대한 오류가 상당한 오류를 포함할 수 있고, 그에 따라 그러한 정치를 영상 안내식 수술에서 이용할 수 없게 한다. 하위세트가 환자(P)의 운동과 연관된 나쁜 데이터로 "오염"되었기 때문에, 하위세트가 비워질 수 있고 지점 수집이 새롭게 시작된다.
예를 들어, 동작(718)에서, 모델 지점(604)(및 그에 의해서 모델(600))의 최적의 정치의 시각적 표상이 도 1의 디스플레이(110)에 의해서 제공되는 그래픽 사용자 인터페이스 내에서 디스플레이될 수 있다. 시각적 표상은 모델(600)과 관련하여 의료 기구 시스템(200)을 묘사할 수 있다. 예시적인 시각적 표상이 도 13a에 도시되어 있다. 도 13a는, 사용자 인터페이스에서, 도 6a의 해부조직 모델(600)을 기초로 인간 폐의 해부조직 통로의 렌더링(rendering)을 디스플레이하는 디스플레이(1300)를 도시한다. 도 7에서 전술한 바와 같이 환자에 대해 정치된 모델 공간에서, 카테터(310)의 현재 형상 및 원위 단부(318)의 위치가, 통로(601A 및 601B)를 포함하는 통로(601)의 렌더링과 동시에, 위치결정되고 디스플레이될 수 있다. 데이터 지점은 디스플레이 상의 복수의 지점 또는 도트(dot)에 의해서 또는, 데이터 지점의 세트를 기초로 생성된 메시 또는 와이어 모델과 같은, 렌더링된 모델로서, 사용자 인터페이스 내에서 시각적으로 표시될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 시각적 표상은, 데이터 지점을 변경하기 위한 각각의 프로세싱 동작이 실시된 후에, 디스플레이(110) 내에서 갱신될 수 있다. 도 13b는, 수술 안내에서의 보조를 위해서 외과의사(S)에게 제공될 수 있는 시각적 표상의 다른 예시적인 디스플레이(1350)를 도시한다. 도 13b는 의료 기구(200)의 관점으로부터의 모델(600)의 일부의 내부 도면을 도시하고, 통로(601A 및 601B)의 렌더링된 모델을 묘사한다. 모델(600)은, 수술의 안내를 돕기 위해서, 2차원적으로 또는 3차원적으로 렌더링될 수 있다.
본 개시내용의 원리 및 실시예는, 환자 해부조직의 모델과 수술 시술 중에 환자 해부조직 내에서 조작되는 의료 기구 사이의 정치를 개선함으로써, 영상 안내식 수술을 개선할 수 있다. 다수의 후보 정치가 측정된 데이터 지점의 하위세트를 기초로 생성될 수 있고, 다수의 정치를 비교하여, 모델을 환자 공간 내로 가져오기 위해서 모델에 적용되는 최적의 정치를 결정할 수 있다. 이러한 다수의 후보 정치는 연속적으로 업데이트될 수 있고 서로 그리고 문턱값에 비교될 수 있으며, 그에 따라 영상 안내식 수술에서의 이용을 위해서 제공된 임의의 주어진 시간에서의 가장 충실한 정치를 보장할 수 있다.
일부 실시예에서, 추후의 정치가 이전의 정치를 대체할 때 또는 이전의 정치가 제어 시스템(112)에 의해서 추후의 정치로 대체될 수 있는 것으로 간주될 때, 사용자 인터페이스를 통해서, (예를 들어, 측정된 지점의 하나의 하위세트로부터 다른 하위세트로의) 정치의 변화가 있다는 것 또는 더 우수한 정치가 이용 가능하다는 것을, 의료진에게 경고할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(112)은, 더 우수한 정치가 실시되기 전에, 사용자 인터페이스를 통한 의료진의 승인을 요구할 수 있다. 예를 들어, 우수한 정치가 식별될 때, 경고가 버튼 또는 다른 사용자 인터페이스 요소와 함께 디스플레이(110)에 렌더링될 수 있고, 그에 의해서 의료진은 새로운 정치를 승인하거나 반대할 수 있다. 이어서, 새로운 정치는 의료진의 결정에 따라 실시되거나 실시되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예의 하나 이상의 요소가 제어 시스템(112)과 같은 컴퓨터 시스템의 프로세서를 실행하기 위한 소프트웨어로 구현될 수 있을 것이다. 소프트웨어로 구현될 때, 본 발명의 실시예의 요소가 본질적으로 필요 과제를 실시하기 위한 코드 단편(code segment)이다. 프로그램 또는 코드 단편은, 광학적 매체, 반도체 매체, 및 자기적 매체를 포함하는, 정보를 저장할 수 있는 임의 매체를 포함하는, 비-일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체 또는 장치 내에 저장될 수 있다. 프로세서 판독 가능 저장 장치 예는 전자 회로; 반도체 소자, 반도체 메모리 소자, 리드 온리 메모리(ROM), 플래시 메모리, 소거 가능한 프로그래머블 리드 온리 메모리(EPROM); 플로피 디스켓, CD-ROM, 광학적 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 저장 장치를 포함한다. 코드 단편이 인터넷, 인트라넷 등과 같은 컴퓨터 네트워크를 통해서 다운로드될 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이, 접근, 수집, 할당, 검출, 개시, 정치, 디스플레이, 수신, 생성, 결정, 데이터 지점의 이동, 단편화, 매칭 등의 동작이 적어도 부분적으로 제어 시스템(112) 또는 그 프로세서에 의해서 실시될 수 있다.
제시되는 프로세스 및 디스플레이가 본질적으로 임의의 특별한 컴퓨터 또는 다른 장치와 관련되지 않을 수 있을 것이다. 다양한 이러한 시스템을 위해서 요구되는 구조가 청구항 내의 요소로서 나타날 것이다. 또한, 임의의 특별한 프로그래밍 언어를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하지 않았다. 본원에서 설명된 바와 같은 본 발명의 교시 내용을 구현하기 위해서, 다양한 프로그래밍 언어가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 특정의 예시적 실시예를 설명하고 첨부 도면에서 도시하였지만, 여러 가지 다른 수정이 당업자에 의해서 이루어질 수 있기 때문에, 그러한 실시예가 단지 예시적인 것이고 넓은 본 발명을 제한하지 않는다는 것, 그리고 본 발명의 실시예가 도시되고 설명된 구체적인 구성 및 배열으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 방법이며:
    환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델의 모델 지점의 세트에 접근하는 단계로서, 모델 지점이 모델 공간과 연관되는, 단계;
    환자의 하나 이상의 해부조직 통로 내로 삽입된 카테터의 길이를 따른 측정된 지점의 제1 세트를 수집하는 단계로서, 측정된 지점은 환자 공간 내의 카테터의 형상에 의해서 결정되는, 단계;
    측정된 지점의 제1 세트 중의 지점을 복수의 측정된 지점의 제1 하위세트에 할당하는 단계;
    측정된 지점의 제1 하위세트를 모델 지점의 세트와 정치시켜 제1의 복수의 정치 후보를 생성하는 단계;
    정치 후보들을 비교하여 제1의 복수의 정치 후보 중 최적의 정치와 연관된 최적의 하위세트를 식별하는 단계; 및
    디스플레이에 의해서 제공된 사용자 인터페이스에서 최적 정치의 시각적 표상을 디스플레이하는 단계로서, 최적 정치는 모델 지점의 세트 및 측정된 지점의 제1 세트 중의 적어도 하나의 하위세트를 공통 공간 내로 이동시키는, 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    측정된 지점의 제1 세트를 수집하는 단계가 카테터의 형상 센서에 문의하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    지점을 복수의 하위세트에 할당하는 단계가:
    주기적인 생리적 운동을 결정하는 단계; 및
    수집된 측정된 지점을 제1 하위세트에 할당하는 단계로서, 각각의 제1 하위세트가 주기 생리적 운동의 정의된 부분과 연관되는, 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    정의된 부분이 주기적인 생리적 운동의 주기와 연관되는, 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 단편이 주기적인 생리적 운동의 진폭과 연관되는, 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    측정된 지점의 제1 하위세트가 주기적인 생리적 운동의 부분과 각각 연관되는, 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    지점을 복수의 측정된 지점의 제1 하위세트에 할당하는 단계가:
    카테터의 삽입 깊이를 결정하는 단계; 및
    각각의 지점을, 지점과 연관된 카테터의 부분의 삽입 깊이를 기초로 제1 하위세트 중 하나에 할당하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항, 또는 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    카테터의 길이를 따라 부가적인 측정된 지점을 수집하는 단계;
    부가적인 측정된 지점을 복수의 측정된 지점의 제1 하위세트에 할당하여, 복수의 측정된 지점의 제2 하위세트를 생성하는 단계;
    측정된 지점의 제2 하위세트를 모델 지점과 정치시켜 제2의 복수의 정치 후보를 생성하는 단계; 및
    제2 정치 후보의 각각을 비교하여, 제2의 복수의 정치 후보로부터 제2의 최적 정치와 연관된 최적의 제2 하위세트를 식별하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제1항, 또는 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    카테터의 길이를 따라 부가적인 측정된 지점을 수집하는 단계;
    부가적인 측정된 지점을 복수의 측정된 지점의 제2 하위세트에 할당하는 단계;
    측정된 지점의 제2 하위세트를 모델 지점과 정치시켜 제2의 복수의 정치 후보를 생성하는 단계; 및
    제2의 복수의 정치 후보의 각각을 비교하여, 제2의 복수의 정치 후보로부터 제2의 최적 정치와 연관된 최적의 제2 하위세트를 식별하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 방법이며:
    환자의 하나 이상의 해부조직 통로의 모델의 모델 지점의 세트에 접근하는 단계로서, 모델 지점이 모델 공간과 연관되는, 단계;
    환자의 하나 이상의 해부조직 통로 내로 삽입된 카테터의 길이를 따른 측정된 지점의 세트를 수집하는 단계로서, 측정된 지점은 환자 공간 내의 카테터의 형상에 의해서 결정되는, 단계;
    측정된 지점의 세트의 하위세트를 모델 지점의 세트와 정치시켜 복수의 정치 후보를 생성하는 단계;
    의료 시술의 실시에서 이용하기 위해서 복수의 정치 후보 중에서 정치 후보를 선택하는 단계; 및
    선택된 정치 후보를 모델의 모델 지점의 세트에 적용하여 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    정치된 모델의 시각적 표상을 디스플레이에 의해서 제공되는 사용자 인터페이스에서 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    정치된 모델의 시각적 표상 및 사용자 인터페이스가 카테터의 시각적 표상을 더 포함하는, 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    카테터의 길이를 따라 측정된 지점의 세트를 수집하는 단계가 주기적인 생리적 기능에 따라 측정된 지점을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    정치 후보를 선택하는 단계가:
    하나 이상의 필터를 측정된 지점의 하위세트에 적용하는 단계;
    각각의 하위세트 내에서 측정된 지점에 상이한 가중치를 할당하는 단계; 및
    복수의 정치 후보의 각각과 연관된 오류 값을 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    의료 시술의 실시에서 이용하기 위한 다른 정치 후보를 선택하는 단계; 및
    다른 선택된 정치 후보를 모델의 모델 지점의 세트에 적용하여 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    다른 정치 후보를 선택하는 단계가, 복수의 정치 후보의 각각과 연관된 메트릭의 변화를 검출할 때 실시되고, 그 후에 적어도 측정된 지점의 세트의 하위세트를 폐기하는, 방법.
  17. 의료 촬영 시스템이며:
    운동 검출기;
    삽입 스테이지를 따라서 이동 가능한 기구 캐리지에 결합된 근위 단부를 갖는 가요성 카테터;
    가요성 카테터의 길이를 따라 연장되는 지점 채집 기구; 및
    지점 채집 기구에 의해서 수집된 측정된 지점의 세트를 하나 이상의 해부조직 통로의 모델에 대해서 정치시키도록 구성된 추적 시스템을 포함하고, 추적 시스템은:
    모델의 모델 지점의 세트에 접근하는 동작으로서, 모델 지점이 모델 공간과 연관되는, 동작;
    환자의 하나 이상의 해부조직 통로 내로 삽입된 가요성 카테터의 길이를 따라, 측정된 지점의 세트를 수집하는 동작으로서, 측정되는 지점이 환자 공간 내의 카테터의 형상에 의해서 결정되는, 동작;
    운동 검출기에 의해서 모니터링되는 주기적인 생리적 기능에 따라 측정된 지점의 세트를 하위세트에 할당하는 동작;
    측정된 지점의 하위세트를 기초로 복수의 정치 후보로부터 제1 정치 후보를 선택하는 동작; 그리고
    선택된 제1 정치 후보를 모델의 모델 지점의 세트에 적용하여 모델을 환자 공간에 대해서 정치시키는 동작을 포함하는, 동작을 실시하는, 의료 촬영 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    운동 검출기가 의료 시술 중에 사용되는 인공호흡기에 결합되고, 주기적인 생리적 기능이 호흡인, 의료 촬영 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    지점 채집 기구가 가요성 카테터 내에서 그 원위 단부까지 연장되는 광섬유 형상 센서인, 의료 촬영 시스템.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동작이:
    복수의 정치 후보를 비교하기 위해서 이용되는 비교 메트릭의 변화를 검출하는 동작;
    비교 메트릭의 변화를 기초로 복수의 정치 후보 중 제2 정치 후보를 선택하는 동작;
    모델을 환자 공간에 대해서 정치시키기 위해서, 선택된 제2 정치 후보를 적용하는 동작; 및
    제1 정치 후보와 연관된 측정된 지점의 하위세트를 변경하는 동작을 더 포함하는, 의료 촬영 시스템.
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