KR20200032235A

KR20200032235A - 의료 절차 동안 환자의 움직임을 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들

Info

Publication number: KR20200032235A
Application number: KR1020207007140A
Authority: KR
Inventors: 트로이 케이 아데바; 빈센트 듀인댐
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2020-03-25
Also published as: JP2020531070A; CN111032140A; EP3668582B1; EP4245246A2; US20200297442A1; EP4245246A3; EP3668582A2; EP3668582A4; WO2019036456A3; JP7213867B2; CN111032140B; KR102616535B1; WO2019036456A2

Abstract

환자에 관한 길쭉한 기구의 움직임을 수반하는 의료 절차 동안 길쭉한 기구를 제어하는 예시적인 방법이 제공된다. 이 방법은, 제어 시스템에 의해, 길쭉한 기구의 제1 모델을 생성하는 단계, 및 제어 시스템에 의해, 길쭉한 기구의 기준 자세에 기초하여 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 제어 시스템에 의해, 제1 모델을 제2 모델과 비교하는 단계, 및 제어 시스템에 의해, 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계를 더 포함한다.

Description

의료 절차 동안 환자의 움직임을 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들

관련 출원의 상호참조

본 출원은, 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 2017년 8월 16일 제출된 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING PATIENT MOTION DURING A MEDICAL PROCEDURE"인, 미국 가출원 번호 제62/546,366호의 출원일에 대한 우선권으로 주장한다.

본 개시내용은 의료 절차 동안 환자의 또는 환자에 관한 의료 시스템의 움직임을 모니터링하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

최소 침습적 의료 기술은, 의료 절차 동안에 손상되는 조직의 양을 감소시킴으로써, 환자의 회복 시간, 불편함, 및 해로운 부작용을 감소시키기 위한 것이다. 이러한 최소 침습적 기술은, 환자 신체(patient anatomy)에서의 자연적 오리피스(natural orifice) 또는 하나 이상의 외과적 절개를 통해 수행될 수 있다. 이들 자연적 오리피스 또는 절개를 통해 의사는, (수술, 진단, 치료 또는 생체검사 기구를 포함한) 최소 침습적 의료 기구를 삽입하여 표적 조직 위치에 도달할 수 있다. 하나의 이러한 최소 침습적 기술은, 해부학적 통로에 삽입되어 환자의 신체 내의 관심 영역을 향해 탐색될 수 있는, 가요성 카테터 등의, 가요성 및/또는 조향가능한 길쭉한 디바이스(elongate device)를 이용하는 것이다. 다른 최소 침습적 기술은 환자 신체 내에서 조작되는 비교적 강성 디바이스의 사용자를 포함할 수 있다. 의료진에 의한 이러한 길쭉한 디바이스의 제어는, 적어도, 길쭉한 디바이스의 삽입 및 후퇴의 관리뿐만 아니라 디바이스의 조향을 포함한 수개의 자유도의 관리를 포함한다. 또한, 상이한 동작 모드들도 역시 지원될 수 있다.

의료 절차 동안에, 환자가 움직일 수 있다. 일부 경우에는, 이것은 환자가 처한 마취의 유형에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 비자발적인 신체 움직임이 발생할 수 있거나, 환자는, 수술 환경 내에 있는 의사 또는 다른 사람에 의해 부딪히거나 기타의 방식으로 움직일 수 있다. 추가로, 최소 침습적 시스템은 환자에 관해 움직일 수 있다. 이러한 움직임은, 영상-안내형 의료 절차를 포함한, 최소 침습적 절차 동안에 복잡한 상황을 야기할 수 있다.

따라서, 의료 절차 동안 환자의 움직임을 모니터링하기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이 유익할 것이다.

본 발명의 실시예들은 설명에 뒤따르는 청구항들에 의해 최상으로 요약된다.

일부 실시예들에 따르면, 환자에 관한 길쭉한 기구의 움직임을 수반하는 의료 절차 동안 길쭉한 기구를 제어하는 예시적인 방법이 제공된다. 이 방법은, 제어 시스템에 의해, 길쭉한 기구의 제1 모델을 생성하는 단계, 및 제어 시스템에 의해, 길쭉한 기구의 기준 자세에 기초하여 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 제어 시스템에 의해, 제1 모델을 제2 모델과 비교하는 단계, 및 제어 시스템에 의해, 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계를 더 포함한다.

일부 다른 실시예들에 따르면, 예시적인 의료 시스템이 제공된다. 이 의료 시스템은, 센서 시스템을 갖는 길쭉한 기구, 및 길쭉한 기구의 자세를 측정하기 위해 센서 시스템과 통신하는 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 동작들을 수행하도록 적합화되어 있다. 이러한 동작들은, 길쭉한 기구의 제1 모델을 생성하는 것, 및 길쭉한 기구의 기준 자세에 기초하여 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 동작들은, 제1 모델을 제2 모델과 비교하는 것, 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 것을 더 포함할 수 있다.

일부 다른 실시예들에 따르면, 예시적인 방법이 제공된다. 이 방법은, 제어 시스템에 의해, 길쭉한 기구의 측정된 상태에 기초하여 길쭉한 기구의 제1 모델을 생성하는 단계, 및 제어 시스템에 의해, 길쭉한 기구의 기준 상태 및 사용자 명령에 기초하여 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 제어 시스템에 의해, 제1 모델을 제2 모델과 비교하는 단계, 및 제어 시스템에 의해, 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계를 더 포함한다.

전술된 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명 양쪽 모두는 사실상 예시적이고 설명적인 것이며, 본 개시내용의 범위를 제한하지 않으면서 본 개시내용의 이해를 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 본 개시내용의 추가적인 양태, 피쳐 및 이점들은, 이하의 상세한 설명으로부터 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

도 1은 일부 실시예들에 따른 원격작동형 의료 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 의료 기구 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른 확장된 의료 도구를 갖춘 의료 기구 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2c는 일부 실시예들에 따른 운동 체인(kinematic chain)을 갖는 의료 기구 시스템의 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 일부 실시예들에 따른 삽입 어셈블리에 장착된 의료 기구를 포함하는 환자 좌표 공간에서 환자의 측면도의 단순화된 도면이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른 의료 절차 동안 환자의 움직임을 모니터링하기 위한 방법의 플로차트이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는, 일부 실시예들에 따른 인간 폐 내에서의 이용 동안 도 2a 내지 도 2c, 도 3a 및 도 3b의 의료 기구 시스템의 원위 단부를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예들에 따른 환자 움직임 환자를 식별하는데 이용될 수 있는 이미지를 나타낸다.
도 7은 일부 실시예들에 따른 의료 기구 시스템에 이용하기 용이하도록 기관내 튜브(endotracheal tube)가 삽입된 환자의 측면도의 단순화된 도면을 도시한다.
도 8은 일부 실시예들에 따른 사용자 인터페이스를 도시한다.
도 9는 일부 실시예들에 따른 의료 절차 동안 환자 움직임을 모니터링하기 위한 또 다른 방법의 플로차트이다.
도 10a는 일부 실시예들에 따른 측정된 모델과 연관된 의료 기구의 시스템 구성을 도시한다.
도 10b는 일부 실시예들에 따른 기준 모델과 연관된 도 10a의 의료 기구의 또 다른 시스템 구성을 도시한다.
도 10c는 일부 실시예들에 따른 도 10a의 측정된 모델의 일부 및 의료 기구의 예측된 모델의 대응하는 부분을 도시한다.
도 10d는 일부 실시예들에 따른 측정된 모델과 연관된 의료 기구의 또 다른 시스템 구성을 도시한다.
도 10e는 일부 실시예들에 따른 기준 모델과 연관된 도 10a의 의료 기구의 또 다른 시스템 구성을 도시한다.
도 10f는 일부 실시예들에 따른 도 10d의 측정된 모델의 일부 및 의료 기구의 예측된 모델의 대응하는 부분을 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 일부 실시예들에 따른 환자 움직임을 결정하기 위해 비교될 수 있는 측정된 및 예측된 모델들의 표현을 도시한다.

본 개시내용의 실시예들 및 그들의 이점들은, 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 최상으로 이해된다. 유사한 참조 번호는 하나 이상의 도면에 도시된 유사한 요소를 식별하는데 이용되며, 여기서, 도시된 것들은 본 개시내용의 실시예를 예시하기 위한 목적이며, 이를 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.

이하의 설명에서, 본 개시내용과 일치하는 일부 실시예들을 설명하는 특정한 상세사항들이 개시된다. 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위하여 수많은 특정한 상세사항들이 개시된다. 그러나, 일부 실시예들은 이들 특정한 상세사항의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 특정한 실시예들은 예시적인 것을 의미하지만 제한적인 것은 아니다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에서 구체적으로 설명되지 않았지만 본 개시내용의 범위 및 사상 내에 있는 다른 요소들을 실현할 수 있을 것이다. 또한, 불필요한 반복을 피하기 위해, 달리 구체적으로 설명되지 않는 한 또는 하나 이상의 피쳐가 한 실시예를 비기능적으로 만든다면, 하나의 실시예와 연관하여 도시되고 설명된 하나 이상의 피쳐는 다른 실시예들에 통합될 수 있다.

일부 사례에서, 널리 공지된 방법, 절차, 컴포넌트, 및 회로는 실시예들의 양태를 불필요하게 모호하게하지 않도록 상세히 설명되지 않았다.

본 개시내용은 3차원 공간에서의 위치, 배향, 및/또는 자세와 관련하여 다양한 기구들 및 기구들의 일부를 기술한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "위치"란, 3차원 공간에서의 물체 또는 물체의 일부의 위치를 말한다(예를 들어, 카테시안 X, Y 및 Z 좌표를 따른 3개의 병진 자유도). 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "배향"이란, 물체 또는 물체의 일부의 회전 배치를 말한다(3개의 회전 자유도 - 예를 들어, 롤, 피치, 및 요). 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "자세"란, 적어도 하나의 병진 자유도에서의 물체 또는 물체의 일부의 위치, 및 적어도 하나의 회전 자유도에서의 물체 또는 물체의 일부의 배향을 말한다(최대 총 6 자유도). 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "형상"은 물체를 따라 측정된 자세, 위치, 또는 배향 세트를 말한다.

본 개시내용은 일반적으로 의료 절차를 겪고 있는 환자의 움직임을 모니터링하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 일부 접근법에서, 전용 디바이스가 환자(P)를 모니터링하는데 이용될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은 환자 움직임을 모니터링하는 것 이외의 주요 목적을 갖는 어셈블리 및 기구로부터의 정보를 이용한다. 따라서, 본 개시내용의 실시예들은, 다른 시스템들 및 디바이스들이 환자 움직임 모니터링 수단을 부차적으로 제공할 수 있게 함으로써 전용 환자 움직임 모니터링 디바이스의 필요성을 제거할 수 있다. 본 개시내용의 원리는 또한, 환자 움직임을 모니터링하는데 있어서 정확성 및 성능을 향상시키기 위해 전용 디바이스에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 일부 실시예들은, 주로 의료 절차와 관련하여 논의되지만, 의료 또는 수술 기구 및 의료 또는 수술 방법에 대한 임의의 언급은 비제한적이다. 본 명세서에서 설명되는 시스템, 기구, 및 방법은, 동물, 인간 사체, 동물 사체, 인간 또는 동물 신체로부터 제거된 인간 또는 동물 조직에 이용될 수 있고, 이러한 인간 또는 동물 신체, 비외과적 치료, 진단, 또는 미용 개선으로 귀결되는 것은 아니다. 본 명세서에 설명되는 시스템, 기구, 및 방법은 또한, 인간 또는 동물 조직을 포함하지 않는 공작물을 조작하거나 기타의 방식으로 상호작용하기 위한 것들을 포함한, 산업 시스템 및 일반 로봇 또는 원격작동형 시스템에 이용될 수 있다.

도 1은 일부 실시예들에 따른 원격작동형 의료 시스템(100)의 단순화된 도면이다. 일부 실시예들에서, 원격작동형 의료 시스템(100)은, 예를 들어, 수술, 진단, 치료 또는 생체검사 절차에서 이용하기에 적합할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 의료 시스템(100)은 일반적으로 환자(P)에 관한 다양한 절차를 수행함에 있어서 의료 기구(104)를 동작시키기 위한 원격작동형 조작기 어셈블리(102)를 포함한다. 원격작동형 조작기 어셈블리(102)는 수술대(T) 또는 그 근처에 장착된다. 입력 제어 디바이스 또는 마스터 어셈블리(106)는 오퍼레이터(O)(예를 들어, 도 1에 예시된 등의 외과 의사, 임상의, 또는 의사)가 원격작동형 조작기 어셈블리(102)를 제어하고 일부 실시예들에서는 중간 부위(interventional site)를 보는 것을 허용한다.

원격작동형 조작기 어셈블리(102)는 의료 기구(104)를 지지하고 하나 이상의 비서보 제어된 링크(non-servo controlled link)(예를 들어, 수동으로 배치되고 제자리에 고정될 수 있는 하나 이상의 링크, 일반적으로 셋업 구조라고 함)의 운동 구조 및 원격작동형 조작기를 포함할 수 있다. 원격작동형 조작기 어셈블리(102)는, 선택사항으로서, 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(112))으로부터의 명령(command)에 응답하여 의료 기구(104) 상의 입력을 구동하는 복수의 액츄에이터 또는 모터를 포함할 수 있다. 액츄에이터는, 선택사항으로서, 의료 기구(104)에 결합될 때 의료 기구(104)를 자연적으로 또는 외과적으로 생성된 해부학적 오리피스 내로 전진시키는 구동 시스템을 포함할 수 있다. 다른 구동 시스템은, 의료 기구(104)의 원위 단부를, 3개의 선형 움직임 자유도(예를 들어, X, Y, Z 카테시안 축을 따른 선형 움직임) 및 3개의 회전 움직임 자유도(예를 들어, X, Y, Z 카테시안 축을 중심으로 하는 회전)를 포함할 수 있는, 복수의 자유도로 움직일 수 있다. 또한, 액츄에이터는, 생체검사 디바이스 및/또는 그 유사한 것 등의 턱(jaw)에서 조직을 쥐고 있기 위해 의료 기구(104)의 관절식 말단 작동기(articulable end effector)를 작동하는데 이용될 수 있다. 리졸버, 인코더, 전위차계, 및 기타의 메커니즘 등의 액츄에이터 위치 센서는, 모터 샤프트의 회전 및 배향을 기술하는 센서 데이터를 의료 시스템(100)에 제공할 수 있다. 이 위치 센서 데이터는, 액츄에이터에 의해 조작된 물체의 움직임을 결정하는데 이용될 수 있다.

원격작동형 의료 시스템(100)은, 원격작동형 조작기 어셈블리(102)의 기구에 관한 정보를 수신하기 위한 하나 이상의 서브시스템을 갖는 센서 시스템(108)을 포함할 수 있다. 이러한 서브시스템들은, 위치/장소 센서 시스템(예를 들어, 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 이미지를 캡처하기 위한 시각화 시스템을 포함할 수 있다. 센서 시스템(108)은, 일부 실시예들에서 조작기 어셈블리(102)의 운동 체인을 따라 배치된 복수의 센서를 포함할 수 있다.

원격작동형 의료 시스템(100)은 또한, 제어 시스템(112)을 포함할 수 있다. 제어 시스템(112)은, 의료 기구(104), 마스터 어셈블리(106), 센서 시스템(108), 및 디스플레이 시스템(110), 및/또는 의료 시스템(100)의 기타의 컴포넌트들 사이에서 제어를 수행하기 위한 적어도 하나의 메모리 및 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(미도시)를 포함한다. 제어 시스템(112)은 또한, 디스플레이 시스템(110)에 정보를 제공하기 위한 명령어를 포함한, 본 명세서에 개시된 양태들에 따라 설명된 방법들 중 일부 또는 전부를 구현하는 프로그램된 명령어(예를 들어, 명령어를 저장하는 비일시적인 머신 판독가능한 매체)을 포함한다. 제어 시스템(112)이 도 1의 단순화된 개략도에서 단일 블록으로 도시되어 있지만, 시스템은, 처리의 한 부분이 원격작동형 조작기 어셈블리(102) 상에서 또는 그 근처에서 선택사항으로서 수행되고 처리의 또 다른 부분은 마스터 어셈블리(106) 및/또는 그 유사한 것 등에서 수행되는, 2개 이상의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있다. 제어 시스템(112)의 프로세서는 본 명세서에 개시되고 이하에서 더 상세히 설명되는 프로세스에 대응하는 명령어를 포함한 명령어를 실행할 수 있다. 다양한 중앙집중형 또는 분산형 데이터 처리 아키텍쳐 중 임의의 아키텍처가 채용될 수 있다. 유사하게, 프로그램된 명령어들은, 다수의 별개의 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현되거나, 본 명세서에서 설명된 원격작동형 시스템들의 다수의 다른 양태들 내에 통합될 수 있다. 한 실시예에서, 제어 시스템(112)은, Bluetooth, IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT, 및 Wireless Telemetry 등의, 무선 통신 프로토콜을 지원한다.

일부 예들에서, 제어 시스템(112)은, 의료 기구(104)를 움직이도록 원격작동형 조작기 어셈블리(102)의 하나 이상의 액츄에이터에게 지시하는 신호를 전송할 수 있다. 의료 기구(104)는 환자(P)의 신체의 개구부를 통해 환자(P)의 신체 내의 내부 수술 부위 내로 연장될 수 있다. 임의의 적절한 종래의 및/또는 전문화된 액츄에이터가 이용될 수 있다.

가상 탐색 절차 동안, 센서 시스템(108)은 환자(P)의 신체에 관하여 의료 기구(104)의 대략적인 위치를 계산하는데 이용될 수 있다. 이 위치는 환자(P)의 신체의 매크로-레벨(외부) 추적 이미지와 환자(P)의 신체의 가상 내부 이미지 양쪽 모두를 생성하는데 이용될 수 있다. 시스템은, 하나 이상의 전자기(EM) 센서, 광섬유 센서, 및/또는 기타의 센서를 구현하여 가상 시각화 시스템이라고 알려진 것들 등의 수술전 기록된 수술 이미지와 함께 의료 용구를 정렬 및 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 참조에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함되는, 미국 특허 출원 번호 제13/107,562호(2011년 5월 13일 출원됨)("Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery"을 개시함)은 이러한 한 시스템을 개시하고 있다.

도 2a는 일부 실시예들에 따른 의료 기구 시스템(200)의 단순화된 도면이다. 일부 실시예들에서, 의료 기구 시스템(200)은, 원격작동형 의료 시스템(100)으로 수행되는 영상-안내형 의료 절차에서 의료 기구(104)로서 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 의료 기구 시스템(200)은, 비원격작동형 탐색 절차, 또는 내시경 등의 전통적인 수동 작동형 의료 기구를 수반하는 절차에서 이용될 수 있다. 선택사항으로서, 의료 기구 시스템(200)은, 환자(P) 등의, 환자의 해부학적 통로 내의 위치들에 대응하는 한 세트의 데이터 포인트를 수집(즉, 측정)하는데 이용될 수 있다.

도 2a 및 도 2b의 의료 기구 시스템(200)은, 구동 유닛(204)에 결합된, 가요성 카테터 등의, (길쭉한 기구(202)라고도 하는) 길쭉한 디바이스(202)를 포함한다. 구동 유닛(204)은, 길쭉한 디바이스의 원위 부분을 조향하도록 제어될 수 있는 복수의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 유닛(204)은 길쭉한 디바이스(202)의 적어도 원위 부분을 조향하기 위해 회전될 수 있는 캡스턴(capstan) 또는 회전 요소를 포함할 수 있다. 길쭉한 디바이스(202)는, 근위 단부(217) 및 원위 단부(218)를 갖는 가요성 본체(216)를 포함한다.

의료 기구 시스템(200)은, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 하나 이상의 센서 및/또는 촬영 디바이스를 이용하여 가요성 본체(216)를 따라 원위 단부(218) 및/또는 하나 이상의 세그먼트(224)의 위치, 배향, 속력, 속도, 자세, 및/또는 형상을 결정하기 위한 추적 시스템(230)을 더 포함한다. 원위 단부(218)와 근위 단부(217) 사이의 가요성 본체(216)의 전체 길이는, 사실상, 세그먼트(224)들로 분할될 수 있다. 의료 기구 시스템(200)이 원격작동형 의료 시스템(100)의 의료 기구(104)와 일치한다면, 추적 시스템(230)은 제어 시스템(112)의 서브시스템으로서 포함될 수 있다. 따라서, 추적 시스템(230)은, 선택사항으로서, 도 1의 제어 시스템(112)의 프로세서들을 포함할 수 있는, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호작용하거나 또는 기타의 방식으로 이에 의해 실행되는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다.

추적 시스템(230)은, 선택사항으로서, 형상 센서(222)를 이용하여 원위 단부(218) 및/또는 세그먼트(224)들 중 하나 이상을 추적할 수 있다. 형상 센서(222)는, 선택사항으로서, 가요성 본체(216)와 정렬된(예를 들어, 내부 채널(미도시) 내에 제공되거나 외부에 장착된) 광섬유를 포함할 수 있다. 형상 센서의 광섬유(222)는, 가요성 본체(216)의 형상을 결정하기 위한 광섬유 벤드 센서(bend sensor)를 형성한다. 하나의 대안에서, FBG(Fiber Bragg Grating)를 포함하는 복수의 광섬유 코어가, 하나 이상의 차원에서 구조 내의 변형 측정(strain measurement)을 제공하는데 이용된다. 광섬유의 형상 및 상대적 위치를 3차원으로 모니터링하기 위한 다양한 시스템 및 방법은, 미국 특허 출원 번호 제11/180,389호(2005년 7월 13일 출원됨)("Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto"를 개시함); 미국 특허 출원 번호 제12/047,056호(2004년 7월 16일 출원됨)("Fiber-optic shape and relative position sensing"를 개시함); 및 미국 특허 출원 번호 제6,389,187호(1998년 6월 17일 출원됨)("Optical Fibre Bend Sensor"를 개시함)에 설명되어 있고, 이들 모두는 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 일부 실시예들에서, 센서는, Rayleigh 산란, Raman 산란, Brillouin 산란, 및 Fluorescence 산란 등의, 다른 적절한 변형 감지 기술을 채용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 길쭉한 디바이스의 형상은 다른 기술을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 가요성 본체(216)의 원위 단부 자세의 이력은, 시간 구간에 걸쳐 가요성 본체(216)의 형상을 재구성하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추적 시스템(230)은, 선택사항으로서 및/또는 추가적으로, 위치 센서 시스템(220)을 이용하여 원위 단부(218)를 추적할 수 있다. 위치 센서 시스템(220)은, 외부에서 생성된 전자기장을 겪을 수 있는 하나 이상의 전도성 코일을 포함하는 위치 센서 시스템(220)을 갖춘 EM 센서 시스템의 한 컴포넌트일 수 있다. 그러면, EM 센서 시스템(220)의 각각의 코일은, 외부에서 생성된 전자기장에 관한 코일의 위치 및 배향에 의존하는 특성을 갖는 유도된 전기 신호를 생성한다. 일부 실시예들에서, 위치 센서 시스템(220)은, 6개의 자유도, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 기준점(base point)의 피치, 요 및 롤을 나타내는 3개의 배향 각도, 또는 5개의 자유도, 예를 들어 3개의 위치 좌표 X, Y, Z 및 기준점의 피치 및 요를 나타내는 2개의 배향 각도를 측정하도록 구성되고 위치할 수 있다. 위치 센서 시스템의 추가 설명은, 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 미국 특허 제6,380,732호(1999년 8월 11일 출원됨)("Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked"를 개시함)에서 제공된다.

일부 실시예들에서, 추적 시스템(230)은, 대안으로서 및/또는 추가적으로, 호흡 등의, 교번하는 생리학적 움직임의 사이클을 따라 기구 시스템의 알려진 지점에 대해 저장된 이력 자세, 위치, 또는 배향 데이터에 의존할 수 있다. 이 저장된 데이터는, 가요성 본체(216)에 관한 형상 정보를 개발하는데 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 위치 센서(220) 내의 센서들과 유사한 전자기(EM) 센서 등의, 일련의 위치 센서(미도시)가 가요성 본체(216)를 따라 위치한 다음, 형상 감지에 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 특히 해부학적 통로가 일반적으로 정적이라면, 절차 동안 취해진 이들 센서들 중 하나 이상으로부터의 데이터 이력이, 길쭉한 디바이스(202)의 형상을 나타내는데 이용될 수 있다.

가요성 본체(216)는 또한, 예를 들어 원위 단부(218)의 파선(219)에 의해 도시된 바와 같이, 원위 단부(218)를 제어가능하게 구부리기 위해 구동 유닛(204)과 원위 단부(218) 사이에서 연장되는 케이블, 링크 또는 다른 조향 제어부(미도시)를 수용할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 4개의 케이블이, 원위 단부(218)의 피치를 제어하는 독립적인 "상하" 조향 및 원위 단부(281)의 요를 제어하는 "좌우" 조향을 제공하는데 이용된다. 조향가능한 길쭉한 디바이스는, 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 번호 제13/274,208호(2011년 10월 14일 출원됨)("Catheter with Removable Vision Probe"를 개시함)에 상세히 설명되어 있다. 구동 유닛(204)은, 선형 또는 회전 위치 데이터, 특정한 케이블 상에서 구동 유닛(204)에 의해 가해지는 힘을 특성규정하는 힘 데이터, 및/또는 특정한 케이블 상의 장력을 특성규정하는 장력 데이터를 생성하는 센서 또는 인코더를 포함할 수 있다. 또한, 구동 유닛(204)의 일부 실시예들은, 가요성 본체(216)의 근위 단부(217)를 이동시키고 이로써 원위 단부(218)를 삽입 축을 따라 이동시키도록 제어될 수 있는 슬레드(sled) 또는 캐리지(carriage)를 포함할 수 있다. 삽입 축을 따른 캐리지의 위치는 센서 또는 인코더에 의해 모니터링될 수 있다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 위치 데이터를 제공하는 센서 또는 인코더는 또한, 예를 들어 의료 기구 시스템(200)과 같은 의료 기구 시스템의 움직임을 특성규정하는 속도 데이터 및 가속도 데이터를 제공할 수 있다.

길쭉한 디바이스(202)는 조향가능할 수 있거나, 또는 대안으로서, 원위 단부(218)의 구부림의 오퍼레이터 제어를 위한 통합된 어떠한 메커니즘도 없이 시스템이 조향 불가능할 수도 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 내강(lumen) ―이를 통해, 의료 기구가 표적 수술 위치에 배치되어 이용될 수 있음― 이 가요성 본체(216)의 벽에 정의된다.

일부 실시예들에서, 의료 기구 시스템(200)은, 폐의 검사, 진단, 생체검사, 또는 치료에 이용하기 위한, 기관지경 또는 기관지 카테터 등의, 가요성 기관지 기구를 포함할 수 있다. 의료 기구 시스템(200)은 또한, 결장, 내장, 신장 및 신장 성배, 뇌, 심장, 혈관계를 포함하는 순환계, 및/또는 그 유사한 것들을 포함한 다양한 해부학적 시스템들 중 임의의 것에서 자연적 또는 외과적으로 생성된 연결된 통로를 통해, 다른 조직의 탐색 및 치료에 적합하다.

추적 시스템(230)으로부터의 정보는 탐색 시스템(232)에 전송될 수 있고, 그 곳에서, 정보는, 시각화 시스템(231) 및/또는 수술전 획득된 모델로부터의 정보와 결합되어, 의사 또는 다른 오퍼레이터에게 실시간 위치 정보를 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 실시간 위치 정보는, 의료 기구 시스템(200)의 제어하에 의사(O)에 의한 이용을 위해 도 1의 디스플레이 시스템(110) 상에 디스플레이될 수 있다. 일부 예들에서, 도 1의 제어 시스템(112)은 의료 기구 시스템(200)을 위치시키기 위한 피드백으로서 위치 정보를 이용할 수 있다. 수술 기구를 수술 이미지와 정렬시키고 디스플레이하기 위해 광섬유 센서를 이용하기 위한 다양한 시스템이, 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 2011년 5월 13일 출원된 "Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery"를 개시하는 미국 특허 출원 번호 제13/107,562에 제공된다.

도 2c는 원격작동형 의료 시스템(100)에서 수행되는 의료 절차에서 의료 기구 시스템(104)으로서 이용될 수 있는 의료 기구 시스템(250)을 나타낸다. 도 2c는 도 1의 조작기 어셈블리(102)에 장착되거나 이에 통합될 수 있는 제어 아암의 조작기(252)의 사시도이다. 의료 기구 시스템(250)은 복수의 관절로 구성된 운동 체인을 포함한다. 운동 체인의 관절들 중 적어도 일부는, 의료 기구 시스템(250)의 모니터링 및 제어를 용이화하는 관절 센서 데이터를 제공하기 위해 도 1의 제어 시스템(112)과 통신할 수 있는 관절 센서 또는 인코더를 포함한다. 관절 센서 데이터는, 조작기(252)의 백엔드 위치 및 배향이 알려질 때, 의료 기구 시스템(250)의 운동 체인을 따라 각각의 컴포넌트의 원위 단부 위치 및 배향이 알려질 수 있게 하도록, 제어 시스템(112)이 의료 기구 시스템(250)의 모델을 생성할 수 있도록 하는 위치 데이터를 포함할 수 있다.

조작기(252)는, 요 서보 관절(yaw servo joint, 254), 피치 서보 관절(pitch servo joint, 256) 및 삽입 및 후퇴("I/O"; insertion and withdrawal) 액츄에이터(258)를 포함한다. 수술 기구(259)는, 장착 캐리지(261)를 포함하는 기구 스파(instrument spar, 260)에 장착된 것으로 도시되어 있다. 요 서보 관절(254)은 요 움직임(270)을 제공하고, 피치 관절(256)은 피치 움직임(272)을 제공하며, I/O 액츄에이터(258)는 원격 중심을 통한 삽입 및 후퇴 움직임(274)을 제공한다. 조작기(252)는, I/O 액츄에이터(258)의 삽입 축을 따라 서보 위치와 연관된 위치, 속도, 및/또는 가속도를 추적하는 인코더, 및 요 서보 관절(254) 및 피치 서보 관절(256)의 위치 및 속도를 추적하는 다른 인코더를 포함할 수 있다.

일부 예들에서, 의료 기구 시스템(200) 또는 의료 기구 시스템(250)은, 조작기 어셈블리(102) 또는 그 컴포넌트로서의 도 1의 의료 시스템(100)의 정황 내에서 원격작동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 1의 원격작동형 조작기 어셈블리(102)는 직접적인 오퍼레이터 제어로 대체될 수 있다. 일부 예들에서, 직접적인 오퍼레이터 제어는, 기구의 핸드-헬드 작동을 위한 다양한 핸들 및 오퍼레이터 인터페이스를 포함할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 일부 실시예들에 따른 삽입 어셈블리에 장착된 의료 기구를 포함하는 환자 좌표 공간의 측면도의 단순화된 도면이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 수술 환경(300)은, 환자(P)가 수술대(T) 상에 위치한 것을 포함한다. 수술 환경(300) 내에서, 의료 기구(304)는 기구 캐리지(306)에 결합된다. 의료 기구(304)는, 도 2a 및 도 2b의 의료 기구 시스템(200)에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 의료 기구(304)는, EM 센서, 형상 센서, 및/또는 기타의 센서 양태를 이용할 수 있다. 기구 캐리지(306)는 수술 환경(300) 내에 고정된 삽입 스테이지(308)에 장착된다. 대안으로서, 삽입 스테이지(308)는 움직일 수 있지만 수술 환경(300) 내에서 (예를 들어, 추적 센서 또는 기타의 추적 디바이스를 통해) 알려진 위치를 가질 수 있다. 기구 캐리지(306)는 의료 기구(304)에 결합되어 삽입 움직임(즉, A 축을 따른 움직임) 및 선택적으로 원위 단부(318)의 움직임을 제어하고, 선택사항으로서, 요, 피치 및 롤을 포함하는 복수의 방향으로의 길쭉한 디바이스(310)의 원위 단부(318)의 움직임을 제어하기 위해 의료 기구(304)에 결합된 원격작동형 조작기 어셈블리(예를 들어, 원격작동형 조작기 어셈블리(102))의 한 컴포넌트일 수 있다. 길쭉한 디바이스(310)는, 유연하고 조향가능한 카테터일 수 있다. 기구 캐리지(306) 또는 삽입 스테이지(308)는, 삽입 스테이지(308)를 따라 기구 캐리지(306)의 움직임을 제어하는 서보 모터(미도시) 등의 액츄에이터를 포함할 수 있다.

길쭉한 디바이스(310)는 기구 본체(312)에 결합된다. 기구 본체(312)는 기구 캐리지(306)에 결합되고 이에 관해 고정된다. 일부 실시예들에서, 광섬유 형상 센서(314)는 기구 본체(312) 상의 근위 지점(316)에 고정된다. 일부 실시예들에서, 광섬유 형상 센서(314)의 근위 지점(316)은 기구 본체(312)와 함께 움직일 수 있지만 근위 지점(316)의 위치는 (예를 들어, 추적 센서 또는 기타의 추적 디바이스를 통해) 알려질 수 있다. 형상 센서(314)는, 근위 지점(316)으로부터 길쭉한 디바이스(310)의 원위 단부(318) 등의 또 다른 지점까지의 형상을 측정한다. 의료 기구(304)는 의료 기구 시스템(200)과 상당히 유사할 수 있다.

위치 측정 디바이스(320)는 삽입 축(A)을 따라 삽입 스테이지(308) 상에서 움직일 때 기구 본체(312)의 위치에 관한 정보를 제공한다. 위치 측정 디바이스(320)는, 리졸버, 인코더, 전위차계, 및/또는 기구 캐리지(306)의 움직임 및 결과적으로 기구 본체(312)의 움직임을 제어하는 액츄에이터의 회전 및/또는 배향을 결정하는 기타의 센서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 삽입 스테이지(308)는 선형이다. 일부 실시예들에서, 삽입 스테이지(308)는 만곡되거나, 만곡형 섹션과 선형 섹션의 조합을 가질 수 있다.

도 3a는 삽입 스테이지(308)를 따라 후퇴된 위치에 있는 기구 본체(312) 및 기구 캐리지(306)를 도시한다. 이 후퇴된 위치에서, 근위 지점(316)은 축 A 상의 위치 L₀에 있다. 도 3b에서, 기구 본체(312) 및 기구 캐리지(306)는 삽입 스테이지(308)의 선형 트랙을 따라 전진되었고 길쭉한 디바이스(310)의 원위 단부(318)는 환자(P) 내로 전진되었다. 이 전진된 위치에서, 근위 지점(316)은 축 A 상의 위치 L₁에 있다. 일부 예들에서, 삽입 스테이지(308)를 따른 기구 캐리지(306)의 움직임을 제어하는 하나 이상의 액츄에이터 및/또는 기구 캐리지(306) 및/또는 삽입 스테이지(308)와 연관된 하나 이상의 위치 센서로부터의 기타의 위치 데이터 및/또는 인코더는 위치 L₀에 관한 근위 지점(316)의 위치 L_x를 결정하는데 이용된다. 일부 예들에서, 위치 L_x는, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 단부(318)가 환자(P)의 신체의 통로 내에 삽입되는 거리 또는 삽입 깊이의 지표로서 추가로 이용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 또한, 삽입 및 후퇴 동안 길쭉한 디바이스(310)의 근위 단부를 지지하는 격자 또는 기타의 배치가능한 구조물 등의, 확장 가능한 메커니즘인 좌굴 방지 가이드(anti-buckling guide, 322)를 도시한다. 예시적인 확장가능한 메커니즘의 추가적인 상세사항은, 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 2017년 7월 7일 출원된 발명의 명칭이 "Guide Apparatus for Delivery of an Elongate Device and Methods of Use"인, PCT/US17/41160호의 개시내용에 포함되어 있다.

도 4는, 절차를 겪고 있는 환자의 움직임을 검출하기 위해 의료 절차 동안 환자의 움직임을 모니터링하는 방법(400)의 플로차트이다. 이 방법(400)은 환자 움직임 모니터링 이외의 주요 목적을 갖는 의료 기구를 이용할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 방법(400)은 예시된 순서로 수행될 수 있는 몇 가지 나열된 단계들 또는 동작들을 포함한다. 방법(400)의 실시예들은, 나열된 동작들 이전에, 이후에, 사이에, 또는 그 일부로서, 추가적인 또는 대안적인 동작들을 포함할 수 있다. 방법(400)의 일부 실시예들은 나열된 동작들 중 하나 이상을 생략할 수 있다. 또한, 방법(400)의 실시예들은, 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되고 방법(400)의 동작을 수행하기 위해 도 1의 제어 시스템(112)의 프로세서 등의 프로세서에 의해 실행되는 실행가능한 명령어들을 포함할 수 있다.

따라서, 방법(400)의 한 실시예는, 의료 기구와 통신하는 제어 시스템으로부터 상태 정보가 수신될 수 있는 동작 402에서 시작할 수 있다. 동작 404에서, 제어 시스템은 의료 기구의 적어도 일부의 움직임을 검출할 수 있다. 제어 시스템은, 의료 기구 또는 환자의 상태를 결정하기 위해, 동작 406에서, 의료 기구의 일부의 움직임을, 제어 시스템으로부터 수신된 상태 정보에 기초한 임계 움직임 값과 비교할 수 있다. 이것은 환자 움직임을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 동작 408에서, 제어 시스템은, 임계 움직임 값과의 움직임의 비교 및 환자 움직임의 결정에 기초하여, 디스플레이 시스템에서 렌더링하기 위한 통신을 생성할 수 있다. 그리고 동작 410에서, 제어 시스템은 비교에 기초하여 의료 기구의 제어를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 의료 기구를 안전 상태 또는 안전 모드에 둠으로써 의료 기구의 제어를 변경할 수 있다. 이 안전 상태는, 도 2a의 구동 유닛(204) 등의 구동 유닛으로부터 전력을 제거하여 의료 기구가 이완되거나 유연하게 되게 하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 안전 상태는, 추가 의료 기구의 제어, 또는 절제 프로브 또는 다른 통전된 기구 등의, 의료 기구를 통한 기구 도입의 제어를 변경할 수 있다. 안전 상태에서, 제어 시스템은, 통전된 기구에 제공되는 에너지 공급을 접속해제하거나 전원을 차단할 수 있다.

방법(400)의 실시예를 더 양호하게 설명하기 위해, 도 1 및 도 3의 환자(P)의 폐(500)의 해부학적 통로(502)를 통한 도 3a 및 도 3b의 길쭉한 디바이스(310)의 위치결정과 관련된, 추가의 도 5a 내지 도 5c와 도 6a 및 도 6b를 여기서 참조한다. 이들 통로(502)는 기관 및 기관지 기도를 포함한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 캐리지(306)가 삽입 스테이지(308)를 따라 이동함에 따라, 길쭉한 디바이스(310)는 폐(500)의 해부학적 통로(502) 내에서 전진된다. 폐(500) 내에서 길쭉한 디바이스(310)를 탐색하기 위해, 의사(O)는 삽입 축(A)을 따라 캐리지(306)의 이동을 지시하면서 길쭉한 디바이스(310)의 원위 단부(318)를 조향할 수 있다. 해부학적 통로(502)를 통한 탐색에서(즉, 구동 상태 또는 구동 모드에서), 길쭉한 디바이스(310)는 길쭉한 디바이스(310) 내에서 연장되는 형상 센서(314)에 의해 측정될 수 있는 형상을 취한다. 제어 시스템(112)은 또한, 길쭉한 디바이스(310)가, 의사(O)로부터 마스터 어셈블리(106)를 통해 어떠한 이동 명령도 수신되지 않는 파킹된 상태 또는 파킹 모드에 있을 때 (전자기 시스템 및/또는 관절 센서 등의) 형상 및/또는 위치 정보를 제공할 수 있는 형상 센서(314) 및/또는 추가 센서에게 질의할 수 있다. 동작 402에서, 수 개의 가능한 상태들 중 어느 것이 현재 구현되어 있는지를 나타내는 상태 정보로부터 제어 시스템(112)에 의해 의료 시스템(100)의 상태가 수신될 수 있다. 파킹된 상태 및 구동 상태에 추가하여, 의료 시스템(100)은, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 단부(318)에 근접한 환자 신체에 의료 치료가 적용되는 치료 상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 의료 치료는, 생체검사 바늘의 삽입, 절제 프로세스, 소작 프로세스, 영상화 프로세스, 주사 또는 약물 전달 프로세스, 또는 기타 임의의 의료 치료일 수 있다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 원하는 위치로 탐색하기 위해, 원격작동형 의료 시스템(100)은 의사(O)에게 실시간 영상화를 제공할 수 있다. 실시간 이미지는 캡처된 이미지일 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 캡처 디바이스는 길쭉한 디바이스(310)의 원위 단부(318)에 위치한다. 실시간 이미지는 시뮬레이션되거나 수술전 이미지 또는 수술중 이미지로부터 도출된 컴퓨터 모델에 기초하여 렌더링된 가상 이미지일 수 있다. 가상 이미지는 환자(P)의 외부 관점을 보여주는 이미지로 길쭉한 디바이스(310)를 도시할 수 있다. 또한, 가상 이미지는, 길쭉한 디바이스(310)의 원위(318)의 위치 및 배향에 의해 결정된 관점으로부터 폐(500)의 통로(502)의 내측 표면의 표현을 도시할 수 있다. 이러한 영상화는 아래에서 더 설명되는 도 6a 및 도 6b와 관련하여 더 상세히 논의된다.

동작 404에서, 제어 시스템(112)은 길쭉한 디바이스(310)의 적어도 일부의 움직임을 검출할 수 있다. 시간에 따른 길쭉한 디바이스(310)의 위치 변화를 모니터링함으로써 움직임이 검출될 수 있다. 예를 들어, 길쭉한 디바이스(310)의 위치는, 초당 10 회, 초당 100 회, 또는 다른 적절한 빈도로 샘플링될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 첨두(318)는 제1 위치(504A)로부터 제2 위치(504B)로 움직였다. 이러한 움직임은, 광섬유 형상 센서(314), 전자기 위치 센서로부터의 정보를 이용하거나, 해부학적 통로(502) 내에서 획득된 광학 이미지와의 비교에 의해 정량화될 수 있다. 제어 시스템(112)은, 제1 위치와 제2 위치(504) 사이의 움직임을 임계 움직임 값과 비교할 수 있다. 임계 움직임 값은, 환자 움직임으로서의 원위 단부(318)의 움직임의 잘못된 식별을 방지하기 위해 제어 시스템(112)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 온도 변동 또는 다른 사소한 변화로 인해, 원위 첨두(318) 또는 길쭉한 디바이스(310)의 또 다른 부분의 표시된 위치에서의 변화는, 임의의 상당한 위치 변화 또는 움직임의 발생없이 없이 정렬될 수 있다.

도 5b에 나타낸 바와 같이, 임계 움직임 값이 움직임의 방향에 관해 결정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 원위 첨두(318)의 측방향 움직임은 임계 움직임 값 506A를 가질 수 있는 반면, 삽입/후퇴(I/O) 움직임은 임계 움직임 값 506B를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 측방향 임계 움직임 값 506A는, I/O 임계 움직임 값(506B)보다 작을 수 있다. 또한, 임계 움직임 값들(506)의 크기는 의료 시스템(100)의 상태에 의존할 수 있다. 예를 들어, 동작 402에서 수신된 상태 정보가, 의료 시스템(100)(또는 그 조작기 어셈블리(102))이 파킹된 상태에 있다고 표시할 때, 임계 움직임 값들(506)의 크기는 상태 정보가 구동 상태를 나타낼 때보다 작을 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 임계 움직임 값은, 원위 첨두(318) 주위의 3차원 형상으로 실현될 수 있다. 따라서, 3차원 임계값을 넘어 움직이는 카테시안 X, Y 및 Z 좌표에서의 원위 첨두(318)의 주어진 움직임은, 제어 시스템(112)에 의해 환자 움직임을 나타내는 것으로 간주될 수 있다. 형상은, 원형, 타원형, 직사각형, 대칭, 비대칭, 또는 다른 형상일 수 있다. 3차원 임계 형상은, 부분적으로 임계 움직임 값(506)에 의해 정의될 수 있고 그 함수일 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출된 움직임 및 임계 움직임의 빈도는 정량화되고, 대안으로서 또는 추가로, 검출된 움직임 및 임계 움직임의 크기와 비교되어 환자 움직임을 결정할 수 있다.

일반적으로, 길쭉한 디바이스(310)의 실제 움직임은, 폐(500)에서의 호흡 움직임 등의, 순환적인 생리학적 움직임으로 인해 의료 시스템(100)이 파킹된 상태에 있을 때 발생할 수 있다. 다른 실시예들에서, 심장 움직임은 길쭉한 디바이스(310)로부터 획득된 형상/위치 정보로부터 검출될 수 있다. 이러한 예상되는 자연스러운 움직임은, 환자 움직임을 식별할 때 제어 시스템(112)에 의해 고려될 수 있다. 예상되는 생리학적 움직임으로 인해 환자(P)의 움직임을 식별하도록 제어 시스템(112)을 잘못 트리거하는 것을 피하기 위해, 파킹된 상태와 연관된 임계 움직임 값(506)은 이러한 생리학적 움직임을 감안하도록 충분할 수 있다. 파킹된 상태 동안 길쭉한 디바이스(310)로부터 획득된 형상/위치 정보는, 심박동 또는 호흡 등의 생리학적 움직임을 식별하고 정량화하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 형상/위치 정보는 소정 기간에 걸쳐 수집될 수 있고 순환적 또는 주기적인 것으로서 식별될 때 생리학적 움직임으로 간주될 수 있다. 주기적 움직임의 크기는, 환자 움직임을 확립하는데 이용되는 임계 움직임 값들에 대한 값을 결정하는 것을 돕는데 이용될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 생리학적 움직임의 효과는 길쭉한 디바이스(310)의 위치에 의존할 수 있기 때문에, 임계 움직임 값(506)의 크기는 원위 첨두(318)의 삽입 깊이 또는 3차원 위치에 기초할 수 있다. 예를 들어, 폐(500)의 주 기관지가 정상적인 호흡 동안 폐(500)의 하부 로브(bottom lobe)보다 적게 움직일 수 있기 때문에, 임계 움직임 값은, 모니터링중인 길쭉한 디바이스(310)의 일부가 폐(500)에 더 깊게 위치할 때보다 주 기관지 내에 위치할 때 더 낮을 수 있다. 대안적인 실시예에서, 호흡 모니터, 인공 호흡기 모니터링, 환자의 심전도 모니터링, 움직임 패드를 이용한 환자의 흉부 움직임 모니터링, 및/또는 그 유사한 것들 등의, 별개의 센서 또는 장비를 이용하여 생리학적 움직임이 검출될 수 있다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 원위 첨두(318)는 측방향 임계 움직임 값(506A)보다 큰 거리만큼 이동했다. 결과적으로, 제어 시스템(112)이, 동작 406에서 원위 첨두(318)의 움직임을 측방향 임계 움직임 값(506A)과 비교할 때, 제어 시스템(112)은 그 움직임을 환자(P)의 상당한 움직임을 나타내는 것으로서 검출할 수 있다.

이제 도 5c를 참조하면, 환자 움직임은 구동 상태 동안에도 검출될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 임계 움직임 값(506)은, 의료 시스템(100)이 파킹된 상태에 있을 때와 의료 시스템(100)이 구동 상태에 있을 때가 상이할 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)이 동작 402에서 수신된 상태 정보에 의해 표시된 바와 같이 파킹된 상태에 있을 때, 제어 시스템(112)은 마스터 어셈블리(106)를 통해 제공되는 의사(O)로부터 이동 명령을 수신하고 분석할 수 있다. 예를 들어, 이동 명령을 수신하기 전에, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 첨두(318)는 제1 위치(508A)에 있을 수 있다. 수신된 이동 명령은 명령된 움직임 벡터(510)에 의해 표현될 수 있다. 다시 말해서, 의사(O)로부터 수신된 이동 명령은, 원위 첨두(318)(및 길쭉한 디바이스(310)의 후미 부분)로 의도된 것이고, 원위 첨두(318)(및 길쭉한 디바이스(310)의 후미 부분)가, 벡터(510)에 의해 표시된 대로, 예를 들어, 기관지의 제1 분기점에서 벽쪽으로 움직이도록 지시해야 한다.

대신에, 원위 첨두(318)는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제2 위치(508B)로 움직인다. 이 움직임은, 제어 시스템(112)에 의해, 명령된 움직임 벡터(510)와는 상이한 실제 움직임 벡터(512)로서 계산될 수 있다. 상태 정보가 의료 시스템(100)이 구동 상태에 있다는 것을 나타내기 때문에, 제어 시스템(112)은 명령된 움직임 벡터(510)를 실제 움직임 벡터(512)와 비교하고 그들 사이의 차이를 결정할 수 있다. 명령된 움직임 벡터(510)와 실제 움직임 벡터(512) 사이의 차이가 임계 움직임 값을 초과할 때, 제어 시스템(112)은 환자(P)의 어떤 움직임이 발생했다고 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 액츄에이터 전류 또는 토크가 측정되고 실제 움직임 벡터(512)와 비교될 수 있다. 임계 액츄에이터 값과 대조하여 비교가 평가되어 환자 움직임을 결정할 수 있다. 예를 들어, 액츄에이터는, 길쭉한 디바이스(310)를 또는 원하는 위치에 유지하거나 원하는 위치로 움직이기 위해 소정량의 토크를 인가할 수 있다. 길쭉한 디바이스(310)가 환자 움직임 동안 조직과 접촉하게 된다면, 원하는 움직임에 대해 요구되는 토크의 양은 환자 움직임을 나타내는 임계 액츄에이터 값보다 크게 증가될 것이다.

이제 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 첨두(318)의 움직임을 결정하기 위해 제어 시스템(112)에 의해 이용될 수 있는 이미지들이 도시되어 있다. 도 6a는 원위 첨두(318)로부터의 가상 뷰를 나타내는 이미지(600A)를 포함한다. 이 가상 뷰는, CT 스캔 등의, 수술전 또는 수술중 의료 이미지로부터 도출된 표면 모델 등의, 폐(500) 모델의 내부 뷰이다. 도 6b는 폐(500) 내에 위치한 길쭉한 디바이스(310)의 원위 첨두(318)에 위치한 이미지 캡처 디바이스에 의해 획득된 실제 뷰를 나타내는 이미지(600B)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어 시스템(112)은 수신된 상태 정보에 의해 표시된 상태에 기초하여 이미지(600A)의 가상 뷰를 선택할 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템(100)이 파킹된 상태에 있을 때, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 첨두(318)의 위치 및 배향은, 그 위치와 배향에 의해 표시된 관점으로부터 폐의 3차원 표면 모델의 가상 뷰를 생성하는데 이용될 수 있다. 의료 시스템(100)이 구동 상태에 있을 때, 제어 시스템(112)은, 실제 이미지(600B)가 원위 첨두(318)의 명령된 움직임에 기초하여 주어진 시간에 관찰되어야 하는 표면 모델의 부분과 비교될 수 있도록, 원위 첨두(318)의 예측된 관점을 생성하여 이용할 수 있다. 제어 시스템(112)은 이미지(600A)의 가상 뷰를 이미지(600B)의 실제 뷰와 비교하기 위해 이미지 처리 기술을 이용할 수 있다. 이미지들(600) 사이의 관계에 따라, 제어 시스템(112)은 그들 사이의 관점에서의 차이를 추정할 수 있다.

일부 실시예들에서, 제어 시스템(112)은 모델을 검색하여 실제 이미지(600B)에 최상으로 대응하는 이미지를 찾은 다음 그들 사이의 위치 및 배향에서의 차이를 계산할 수 있다. 실제 이미지(600B)에 최상으로 대응하는 모델에서 식별된 예측된 이미지(600A)의 위치 및 검색된 이미지의 위치가 제어 시스템(112)에 의해 계산될 수 있다. 또한, 제어 시스템(112)은 실제 이미지(600B)와 가상 이미지(600A)를 비교하여 그들 사이의 위치 및/또는 배향에서의 차이를 결정할 수 있다. 위치에서 차이는 원위 첨두(318)의 움직임을 결정하기 위해 제어 시스템(112)에 의해 이용될 수 있다. 이 움직임은 그 다음, 환자(P)가 상당히 움직였는지를 결정하기 위해 임계 움직임 값과 비교될 수 있다.

일부 실시예들에서, 이미지들 600A 및 600B 양쪽 모두는 실제 이미지일 수 있다. 예를 들어, 이미지(600A)는 움직임의 정도가 검출되기 전에 획득된 이미지일 수 있는 반면, 이미지(600B)는 그 움직임의 정도가 검출된 후에 획득된 이미지일 수 있다. 제어 시스템(112)은 이미지(600)를 폐(500)의 모델로부터 획득된 가상 뷰와 비교할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(112)은, 원위 첨두(318)에 가까운 영역에서 가상 뷰에 의해 제공되는 정합하는 이미지를 검색하기 위해 이미지(600)를 이용할 수 있다. 양쪽 이미지(600)의 정합이 식별될 때, 폐(500)의 모델에서 정합된 이미지들과 연관된 위치들 사이의 벡터가 원위 첨두(318)의 움직임을 식별하는데 이용될 수 있다. 이 식별된 움직임 벡터는, 방법(400)의 동작 406의 한 실시예에서의 임계 움직임 값과 비교될 수 있다.

일부 추가 실시예들에서, 정확도를 향상시키기 위해 하나보다 많은 움직임 감지 양태가 환자 움직임을 검출하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 형상 센서(314)(제1 움직임 검출 양태)와 이미지 처리(제2 움직임 검출 양태) 양쪽 모두로부터의 정보가, 환자 움직임이 발생했다는 것을 결정하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개의 감지 양태들 중 어느 하나가 움직임을 나타낸다면, 제어 시스템(112)은 움직임을 완화시키기 위한 단계를 취하도록, 임계값이 설정될 수 있다. 추가로, 다른 실시예들은, 제어 시스템(112)이 환자 움직임을 식별하기 전에 복수의 양태에 대해 초과될 것이 요구되는 더 낮은 임계값을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 설명된 바와 같이, 환자(P)의 움직임에 대한 참조가 종종 이루어진다. 본 개시내용의 일부 실시예들은, 환자 좌표 프레임에 관한 환자(P)의 움직임의 검출, 또 다른 부분에 관한 환자(P)의 일부의 움직임(예를 들어, 기관에 대한 폐의 움직임)의 검출, 및/또는 의료 시스템(100) 자체에 관한 환자(P)의 움직임의 검출을 제공한다. 본 개시내용의 일부 다른 실시예들은, 환자(P)에 관한 의료 시스템(100)의 움직임을 검출함으로써 환자(P)의 움직임의 검출을 제공한다. 따라서, 본 명세서에서 이용되는 환자(P)의 움직임이란, 움직이는 것이 환자(P)의 신체이든, 움직이는 것이 의료 기구(104) 또는 조작기(102)이든지에 관계없이, 환자(P)의 신체와 의료 기구(104) 및/또는 조작기 어셈블리(102) 사이의 상대적인 움직임을 말할 수 있다.

일부 사례들에서, 의료 기구(104) 및/또는 조작기 어셈블리(102)의 부근에 존재하는 의사(O) 또는 다른 사람은, 의료 기구(104) 및/또는 조작기 어셈블리(102)의 움직임을 야기할 수 있다. 예를 들어, 의사(O)는 우연히 기구(104)에 부딪쳐서, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 첨두의 움직임을 야기할 수 있다. 따라서, 기구(104)의 이러한 우연한 부딪힘은, 제어 시스템(112)에 의해 환자의 움직임으로서 해석될 수 있다. 제어 시스템(112)은 이 환자의 움직임으로부터 발생되는 피해를 방지하기 위해 하나 이상의 동작을 자동으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 의사(O)는 도 2c의 의료 기구 시스템(250)과 부딪힐 수 있다. 서보 관절들(254 및 256)에서의 인코더들은, 움직임 또는 위치 변화를 제어 시스템(112)에 보고할 수 있다. 그 움직임은, 환자가 움직였는지의 여부를 결정하기 위해, 파킹된 상태에 있든 또는 주행 상태에 있든, 예상된 움직임과 비교될 것이다. 따라서, 환자(P)에 관한 의료 시스템(100)의 컴포넌트들의 움직임은, 환자(P)의 움직임으로서 제어 시스템(112)에 의해 검출되고 응답될 수 있다.

이제 도 7을 참조하면, 환자(P)의 폐(500) 내로 길쭉한 디바이스(310)의 삽입을 용이화하기 위해 예시적인 기관내(ET) 튜브(700)가 환자(P) 내에 위치한 것으로 도시되어 있다. 단면 부분(702)은 ET 튜브(700) 내에서 연장되는 길쭉한 디바이스(310)의 일부를 도시한다. ET 튜브(700)의 만곡부(704)가 제어 시스템(112)에 알려질 수 있도록, ET 튜브(700)의 지오메트리가 제어 시스템(112)에 제공될 수 있다. 튜브 내의 만곡부(704)가 정확하게 알려지지 않더라도, ET 튜브(700)의 근위 단부에서의 길쭉한 디바이스(310)의 부분은 ET 튜브(700)의 원위 단부에서의 길쭉한 디바이스(310)의 부분에 대해 알려진 각도(거의 90°)를 형성하기 때문에, 곡률은 상위 호흡기계 및 기관에 대응하는 형상 데이터에서 식별되기에 충분히 구별될 수 있다. 길쭉한 디바이스(310)의 근위 단부의 자세(pose)는, 예시된 실시예의 광섬유 형상 센서(314)와 같이, 센서가 그 내부에서 연장되어 있기 때문에 알려질 수 있다. 이러한 형상 정보 및 ET 튜브(700)의 알려진 곡률에 기초하여, 환자(P)의 기관이 식별될 수 있다. 폐 내에서의 의료 절차 동안, 환자(P)의 기관은 길쭉한 디바이스(310)의 존재로 인해 움직일 가능성이 거의 없다. 따라서, 임의의 주어진 시간에 ET 튜브(700) 내에 위치한 길쭉한 디바이스(310)의 부분은, 환자(P)의 임의의 움직임을 식별하기 위해 모니터링될 수 있다. 길쭉한 디바이스(310)의 이 부분의 움직임이 제어 시스템(112)에 의해 검출될 때, 움직임은 제어 시스템(112)에 의해 환자 움직임을 나타내는 것으로 해석될 가능성이 높다. 다시 말해, 기관내 튜브(700)와 연관된 임계 움직임 값은, 길쭉한 디바이스(310)의 원위 첨두(318)에서 환자 움직임을 검출하는데 이용되는 임계 움직임 값보다 작을 수 있다.

ET 튜브(700)의 일부 실시예들은, ET 튜브(700)의 원위 단부 근처에 도시된 섭동(perturbation, 706) 등의 알려진 형상 피쳐를 포함할 수 있다. 섭동(706)은, 길쭉한 디바이스(310)로부터 수신된 형상 정보로부터 제어 시스템(112)에 의해 용이하게 검출될 수 있는 작은 기복 또는 기타의 피쳐일 수 있다. 이러한 실시예에서, 섭동(706) 내에 배치된 길쭉한 디바이스(310)의 부분은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 환자 움직임을 검출하기 위해 모니터링될 수 있다. 도 4의 방법(400)의 다른 실시예들은 환자 움직임을 나타내는 의료 기구의 적어도 일부의 움직임을 검출하는데 있어서 다른 구조에 의존할 수 있다.

다시 도 4로 돌아가면, 임계 움직임 값 또는 수개의 임계 움직임 값들과 비교되는 의료 기구의 일부의 움직임 후에, 제어 시스템(112)은, 동작 406에서 수행된 비교에 기초하여, 디스플레이 시스템(110)에서의 렌더링 또는 프리젠테이션을 위한 통신 또는 메시지를 생성할 수 있다. 동작 408에서, 메시지는 도 8에 도시된 바와 같이 디스플레이에서 생성 및 렌더링될 수 있다. 도 8은 그래픽 사용자 인터페이스(800)의 렌더링을 포함하는 디스플레이 시스템(110)의 한 실시예를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스(800)는, 수술전 또는 수술중 이미지 데이터로부터 도출된 표면 모델이거나 이미지 데이터 그 자체의 렌더링일 수 있는, 폐(500)의 렌더링을 포함한다. 길쭉한 디바이스(310)의 모델은 또한, 사용자 인터페이스(800)의 예시된 실시예에서 렌더링된다. 예시적인 통신, 환자 움직임 메시지(802)는, 환자(P)가 이동했거나 이동했을 가능성이 높다고 제어 시스템(112)에 의해 결정되었다는 것을 의사(O)에게 전달하기 위해 사용자 인터페이스(800) 상에 오버레이될 수 있다. 예를 들어, 환자 움직임 메시지(802)는 의사(O)에게 전달할 텍스트(예를 들어, "경고 : 환자 움직임이 검출됨!") 및/또는 그래픽 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메시지(802)는, 디스플레이의 하단, 중간 또는 상단에, 움직이는 메시지 또는 그래픽으로서 디스플레이될 수 있다. 환자 움직임 메시지(802)는 의사(O)에게 제시될 옵션과 연관된 하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 환자 움직임 메시지(802)는 옵션(804A)과 연관된 인터페이스 요소(예를 들어, 선택가능한 버튼)를 포함할 수 있고, 이로써, 의사(O)는, 제어 시스템(112)이 기존의 정렬을 폐기하고 폐(500)와 폐(500)의 모델 사이에 새로운 정렬을 수행할 것을 요청할 수 있다. 옵션(804A)을 선택하는 것은 또한, 기존의 정렬을 업데이트하라는 요청을 포함할 수 있다. 메시지(802)는, 센서 측정치 및/또는 순차적 이미지들에서의 차이에 기초하여, 환자 움직임의 검출된 크기를 나타내는 수치(또는 수치의 그래픽 표현)를 디스플레이하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 환자 움직임 메시지(802)는 옵션(804B)과 연관된 인터페이스 요소를 포함할 수 있고, 그 선택은 제어 시스템(112)이 정렬을 업데이트하거나 새로운 정렬을 수행하지 않고 동작을 재개하게 할 수 있다.

다른 통신 또는 메시지는, 제어 시스템(112)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(112)은 스크린 또는 스크린 상의 요소가 번쩍이거나 또는 맥동하게 할 수 있다. 메시지는, 알람 사운드 또는 구두 메시지 등의, 제어 시스템(112)에 결합된 스피커로부터 방출된 사운드를 포함할 수 있다. 메시지는 대화식일 수 있고, 어떤 행동을 취하거나(예를 들어, 정렬에 대한 업데이트를 요청하거나 또는 새로운 정렬을 요청) 검출된 움직임을 무시하는 옵션을 의사(O)에게 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(112)은, 의사(O)가, 물리적 버튼, 가상 버튼을 누름으로써 경고 메시지에 확인응답하거나 구두 명령을 말할 때까지, 임의의 이동 명령 또는 말단 작동기 명령을 무시하거나 필터링할 수 있다.

방법(400)의 일부 구현은, 의료 기구의 일부의 움직임과 임계 움직임 값 또는 값들 사이의 차이의 크기를 식별하는 동작을 포함할 수 있다. 차이가 임계 제어 값 미만일 때에만 옵션(804B)을 선택함으로써 환자 움직임 메시지(802)를 무시하는 것이 제어 시스템(112)에 의해 허용되도록, 임계 제어 값이 적용될 수 있다. 차이가 임계 제어 값보다 클 때, 옵션(804B)은 의사(O)에게 제시되지 않을 수 있다. 또한, 차이가 임계 제어 값을 초과할 때, 제어 시스템(112)은 동작 410에서 의료 기구의 제어를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(112)은 새로운 정렬이 수행되거나 기존 정렬이 업데이트될 때까지 마스터 어셈블리(106)로부터 수신된 후속 이동 명령들을 무시할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 시스템(112)은, 의사(O)가, 환자(P) 또는 의료 시스템(100)의 비교적 큰 움직임으로 인해 신뢰할 수 없는 정렬에 의존하는 것을 방지할 수 있다.

유사하게, 원위 첨두(318)로부터 돌출된 생체검사 바늘에 의한 생체검사 수행 등의, 치료의 수행과 연관된 임의의 명령은 환자(P)의 움직임을 보상하기 위해 신뢰할 수 있는 정렬이 제공될 때까지 무시될 수 있다.

도 9는 일부 실시예들에 따른 의료 절차 동안 환자 움직임을 모니터링하기 위한 방법(900)의 플로차트이다. 도 9는 방법(900)을 동작들의 시리즈 또는 시퀀스로서 도시한다. 방법의 실시예들은, 나열된 동작들 이전에, 이후에, 사이에, 또는 그 일부로서, 추가적인 또는 대안적인 동작들을 포함할 수 있다. 방법(900)의 일부 실시예들은, 제어 시스템(112)의 프로세서에 의해 실행될 때 프로세서로 하여금 의료 절차 동안 환자 움직임의 모니터링을 개선하기 위해 동작들이 수행되거나 구현되게 하는 컴퓨터 판독가능한 명령어 또는 프로그래밍을 포함할 수 있다.

방법(900)의 예시된 실시예는, 제어 시스템의 처리 디바이스가, 현재 측정된 모델이라고도 지칭되는 의료 기구의 제1 모델을 생성하는 동작 902에서 시작한다. 제1 모델은 신체의 제1 삽입 위치에서의 의료 기구에 대응할 수 있다. 한 실시예에서, 제1 모델은 의료 기구의 현재 측정된 상태를 특성규정하는 것으로서 이해될 수 있다. 일부 사례에서, 의료 기구의 제1 모델은, 도 2a 및 도 2b의 길쭉한 디바이스(202)뿐만 아니라, 도 2c의 조작기(252), 및/또는 도 3a 및 도 3b의 캐리지(306) 및 삽입 스테이지(308)를 포함할 수 있는, 의료 기구의 상태(예를 들어, 자세, 형상, 또는 움직임)를 나타내는 데이터 세트로 이해될 수 있다. 데이터 세트는 카테터의 길이를 따른 지점들과 연관된 측정된 데이터를 포함할 수 있다. 한 예로서, 의료 기구의 제1 모델은, 구동 유닛(204) 또는 도 2의 조작기 어셈블리(102) 내의 캡스턴, 회전 구동 요소, 또는 선형 구동 요소의 회전 또는 병진 위치, 속도, 또는 가속도를 나타내는 회전 또는 병진 센서로부터의 데이터를 이용하여 제어 시스템(112)에 의해 생성될 수 있다. 또 다른 예로서, 제어 시스템(112)은 의료 기구를 통해 연장되는 케이블 상의 장력을 모니터링하여 그 원위 단부를 제어하는 장력 센서를 이용할 수 있다. 또 다른 예로서, 제어 시스템(112)은 도 2c의 의료 기구 시스템(250)에 관하여 설명된 관절 센서들로부터의 데이터를 이용할 수 있다. 관절 센서들로부터의 데이터는, 조작기(252)의 제어 아암 내의 알려진 컴포넌트 길이들 및/또는 가요성 본체(216)의 길이와 결합되어 의료 기구의 모델을 생성할 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 제어 시스템은, 도 3a 및 도 3b의 형상 센서(314) 등의 광섬유 형상 센서, 또는 의료 기구의 길이를 따른 위치들에 배치된 전자기 코일 세트를 이용하여 제1 모델을 생성하는데 이용되는 데이터의 적어도 일부를 생성할 수 있다. 일부 사례에서, 의료 기구의 제1 모델은, 의료 기구가 알려진 기준 프레임에서 완전히 모델링될 수 있도록, 의료 기구 시스템의 모든 움직이는 컴포넌트를 모델링할 수 있다. 일부 사례에서, 제1 모델은 의료 기구의 일부만을 기술할 수 있다. 예를 들어, 길쭉한 디바이스(202)의 가요성 본체(216)의 원위 단부(218)(도 2a 및 도 2b)만이 일부 실시예들에서 제1 모델에 포함된다. 일부 실시예들에서, 데이터는, 신체 내의 위치들에 의해 확립된 측정 구역 내에 있는 의료 디바이스의 일부에 대해 캡처될 수 있다. 그 측정 구역은, 랜드마크 및 그 랜드마크로부터의 설정된 후퇴 또는 삽입 거리 등의 신체 내의 삽입 깊이에 기초할 수 있다. 한 특정한 예에서, 측정 구역은, 주 카리나(main carina) 및/또는 기관 내의 카리나에 근접한 특정한 거리 내의 영역을 포함할 수 있다. 측정 구역은 정렬 동안 결정될 수 있다. 한 예에서, 카리나로부터 근위적인 기관 내의 후퇴 거리가 정의될 수 있다. 카리나가 결정되면, 삽입 깊이가 기록된 다음, 측정 구역이, 삽입 축 인코더에 의해 식별되는 후퇴 방향의 고정된 거리로서 확립된다. 데이터는, 그 측정 구역 내에 있는 카테터 섹션에 대해 측정된다. 일부 실시예들에서, 측정 구역은 길쭉한 기구의 좌굴 방지 가이드의 길쭉한 기구의 기관내 튜브에 기초하여 결정된다. 동작 904에서, 처리 디바이스는 의료 기구의 제2 모델을 생성한다. 제2 모델은 제어 시스템(112)에 의해 생성될 수 있고, 제1 모델과는 상이한 데이터 소스, 제1 모델에 포함된 소스의 서브세트, 또는 상이한 데이터 소스와 제1 모델에 포함된 소스의 서브세트의 조합에 기초할 수 있다. 이 예에서, 제2 모델은, 의료 기구의 예측된 상태(예를 들어, 자세, 형상 또는 움직임)를 특성규정하는 것으로서 이해될 수 있으며, 예측된 모델이라고도 지칭된다.

방법(900)과 관련하여 설명된 바와 같이, 제2 모델은, 소정의 가정이 주어질 때 제1 모델의 예상된 상태(예를 들어, 자세, 형상, 또는 움직임)를 나타내는 예측된 모델이다. 이 가정은, 하나 이상의 이전 시간들에서의 의료 기구의 측정된 상태 등의 많은 요인들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 이전 시간에서의 의료 기구의 측정된 상태는, 하나 이상의 이전 시간에서 측정되어 처리 디바이스에 의해 기록될 수 있다. 기저 가정은, 현재 시간에서의 도 2의 구동 유닛(204) 내의 하나 이상의 회전 또는 병진 센서로부터의 데이터를 더 포함할 수 있다. 기저 가정은 가정들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 모델은, 의료 기구의 측정된 상태(들)(예를 들어, 하나 이상의 대응하는 기준 모델을 이용)를 현재 시간에서의 도 2의 구동 유닛(204) 내의 (삽입 등의) 하나 이상의 회전 또는 병진 센서로부터의 데이터와 결합할 수 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 일부 실시예들에서, 동작 904는, 처리 디바이스는 제1 기준 삽입 위치에서의 의료 기구의 측정된 상태에 기초하여 의료 기구의 제1 기준 모델을 생성하는 동작 905A-1을 포함한다. 동작 905A-1의 제1 기준 삽입 위치는, 동작 902의 제1 삽입 위치와 동일하거나 상이할 수 있다. 동작 904는, 처리 디바이스는, 제2 기준 삽입 위치에서의 의료 기구의 측정된 상태에 기초하여 의료 기구의 제2 기준 모델을 생성하는 동작 905A-2를 더 포함한다. 동작 905A-2의 제2 기준 삽입 위치는, 동작 905A-1의 제1 기준 삽입 위치 및/또는 동작 902의 제1 삽입 위치와 동일하거나 상이할 수 있다. 동작들(905A-1 및 905A-2)의 의료 기구의 측정된 상태들은, 동작 902의 시간(현재 시간이라고도 함) 이전의 시간(이전 시간이라고도 함)에서 측정될 수 있다. 동작들(905A-1 및 905A-2)로부터의 2개의 기준 모델이 설명되고 있지만, 동작 904는, 동일하거나 서로 상이할 수 있는 기준 삽입 위치들과 연관된 임의의 수(예를 들어, 1, 2, . . . , N)의 기준 모델을 생성하는 동작들을 포함할 수 있다는 점에 유의한다.

일부 실시예들에서, 동작 904는, 처리 디바이스가 동작들(905A-1 및 905A-2)의 하나 이상의 기준 모델들에 기초하여 (예를 들어, 동작 902의 제1 삽입 위치에서) 의료 기구의 예측된 모델을 생성하는, 동작 905B를 포함한다. 예를 들어, 예측된 모델은, 동작(902)의 제1 모델의 제1 삽입 위치 및/또는 동작들(905A-1 및 905A-2)의 기준 모델들의 기준 삽입 위치들을 이용하여 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예측된 모델은, 예를 들어 평균 및 표준 편차를 포함한, 의료 기구의 가능한 예상된 상태의 확률 분포를 포함할 수 있다.

"현재 시간"과 "이전 시간"사이의 시간 분리는, 예를 들어, 수 밀리초 또는 수 초로 짧을 수 있지만, 더 길 수도 있다. 예를 들어, 이전 시간은, 정렬 알고리즘이 수행된 마지막 시간일 수 있고, 이것은 분 단위로 측정될 수 있다. 가정(assumption)은, 의료 기구의 기계적 거동, 예를 들어 근위 단부의 측정된 움직임에 기초한 길쭉한 디바이스(202)의 가요성 본체(216)의 원위 단부의 예상된 움직임에 대한 지식을 더 포함할 수 있다. 이러한 예상된 움직임은, 근위 단부의 측정된 움직임에 추가하여, 길쭉한 디바이스(218)를 구성하는 컴포넌트들의 물리적 치수 및 속성에 기초할 수 있다. 기저 가정은, 이용시 의료 기구를 둘러싸는 환경을 제공하는 환자(P)의 조직에 대한 지식을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, CT 스캔이 세그먼트화되고 처리되어 작업 위치 주변의 조직 유형(tissue type)들을 분류하고 그들의 치수를 정의할 수 있다. 제어 시스템(112)은, 조직 유형들 각각과 연관된 물리적 속성들의 테이블을 포함할 수 있고, 조직이 의료 기구에 어떻게 영향을 미치는지를 예측하기 위해 환자 신체의 3차원 모델 및 조직 유형들의 물리적 속성들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 환자 신체는 한 방향으로 또는 다른 방향으로 의료 기구를 밀어내되, 제어 시스템(112)이, 신체 및 그 속성들, 의료 기구를 특정한 힘으로 특정한 방향으로 밀어내는 경향에 기초하여, 의료 기구의 밀어내진 부분의 위치를 예측할 수 있게 한다.

동작 906에서, 제어 시스템(112)은, (예를 들어, 동작 902에서 생성된) 제1 모델의 상태(예를 들어, 자세, 형상, 또는 움직임)와 (예를 들어, 동작 904에서 생성된) 예측된 모델의 상태(예를 들어, 자세, 형상 또는 움직임)를 비교한다. 일부 실시예들에서, 동작 906은, 기관내 튜브(ET 튜브) 또는 후두 마스크 기도(LMA; laryngeal mask airway)를 통해 연장되는 세그먼트 또는 환자(P)의 기관 내에서 연장되는 의료 기구의 세그먼트 등의, 의료 기구의 한 세그먼트(예를 들어, 측정 구역)만의 비교를 포함할 수 있다. 도 10a 내지 도 10f의 예들을 참조하면, 제1 모델, 기준 모델, 및 예측된 모델의 그래픽 표현이 도시되어 있다. 도 10a, 도 10b 및 도 10c의 예는, 제1 모델과 예측된 모델 사이의 차이가 (예를 들어, 환자 움직임을 결정하기 위한) 특정한 임계 미만인 것을 예시한다. 도 10d, 10e 및 10f의 예에서, 제1 모델과 예측된 모델 사이의 차이가 (예를 들어, 환자 움직임을 결정하기 위한) 특정한 임계 초과인 것을 예시한다.

이제 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 환자 신체 내에 배치된 의료 기구를 갖는 시스템 구성의 그래픽 표현이 도시되어 있다. 각각의 모델(1000)은 본 명세서에서 제공되는 다양한 실시예에서 존재하거나 부재할 수 있는 수개의 컴포넌트를 포함한다. 도 10c는 (측정된 모델(1010)이라고도 하는) 제1 모델(1010) 및 예시적인 예측된 모델(1012)의 그래픽 표현을 도시한다.

도 10a의 예에서, 제1 구성(1000A)은, 제1 컴포넌트(1002), 제2 컴포넌트(1004), 및 제3 컴포넌트(1006)를 포함한다. 제1 컴포넌트(1002)는, 관절에 의해 접속된 강성 세그먼트를 갖는 조작기(252) 등의 조작기를 나타낸다. 제2 컴포넌트(1004)는, 도 3a 및 도 3b의 삽입 스테이지(308) 등의 삽입 스테이지를 나타낸다. 제2 컴포넌트(1004)는, 고정된 방식으로, 또는 컴포넌트 1002 및 1004 사이의 관계가 제어 시스템(112)에게 알려지도록 하는 센서를 갖는 힌지에 의해, 제1 컴포넌트(1002)에 결합될 수 있다. 제3 컴포넌트(1006)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 길쭉한 디바이스(202)의 가요성 본체(216) 등의 가요성 본체를 갖는 의료 기구를 나타낸다. 제3 컴포넌트(1006)의 가요성 본체는 백엔드 메커니즘에 의해 제2 컴포넌트(1004)에 결합될 수 있고 백엔드 메커니즘에 관해 고정되거나 측정된 배향을 가질 수 있다. 제3 컴포넌트(1006)는, 광섬유 형상 센서 또는 일련의 전자기 센서 등의, 형상 감지 시스템을 더 포함할 수 있다. 의료 기구의 근위 단부로부터 그 원위 단부까지 분포된 센서들을 질의함으로써, 의료 기구의 길이를 따른 한 세트의 데이터 포인트가 수집되고, 포함된 컴포넌트들과 연관된 길이 및 기타의 기하학적 정보를 결정하고 저장하는데 이용될 수 있으며, 의료 기구의 상태(예를 들어, 자세, 형상, 또는 움직임)는 제어 시스템(112)에 의해 측정되고 및 모델링될 수 있다. 또한, 제어 시스템(112)은 의료 기구의 움직임을 측정할 수 있도록 초당 수십, 수백 또는 수천 번 질의할 수 있다.

유사하게, 기준 구성(1000B)은, 제1 컴포넌트(1002), 제2 컴포넌트(1004), 및 제3 컴포넌트(1006)를 포함한다. 기준 구성(1000B)은, 제1 구성(1000A)과 연관된 기준 구성(1000B)이 시간(예를 들어, 현재 시간)과 상이한 시간(예를 들어, 이전 시간)에서의 의료 기구의 측정된 상태에 기초하여 생성된다는 점을 제외하고, 제1 구성(1000A)과 상당히 유사할 수 있다. 도 10a 및 도 10b의 예에서, 제1 구성(1000A)은 제1 삽입 위치와 연관되고, 기준 구성(1000B)은 기준 삽입 위치와 연관되며, 제1 삽입 위치와 기준 삽입 위치 사이에 거리(D1)가 존재한다. 도 10a 및 도 10b의 예에서, 컴포넌트들(1002 및 1002B) 및 컴포넌트들(1004A 및 1004B)은 상당히 유사한 자세를 갖는다. 도 10a 및 도 10b는 일부 실시예들에 따른 모델들(1000A 및 1000B)을 도시한다. 이들 2개의 도면들 사이에서, 컴포넌트(1004A 및 1004B) 상의 백엔드 메커니즘의 위치가 변경되었다. 백엔드 메커니즘의 움직임 D1은 1006A 및 1006B로서 모델링된 가요성 컴포넌트의 후퇴를 야기한다.

도 10c에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(112)은 예를 들어 예측된 모델(1012) 및 제1 모델(1010)을 포함하는 복수의 모델의 비교를 수행할 수 있다. 제1 모델(1010) 및 예측된 모델(1012) 각각은, 상이한 시간들 및/또는 상이한 삽입 거리들에서 각각 취해진, 측정 구역(1008) 등의, 명시된 구역 내의 의료 기구(1006)의 형상을 나타내는 데이터에 기초하여 생성될 수 있다.

제1 모델 제1 모델(1010은, 예를 들어, 시스템 구성(1000A) 동안 취해진 하나 이상의 현재 상태 또는 하나 이상의 현재 측정된 모델로부터 생성될 수 있다.

예측된 모델(1012)은, 예를 들어 시스템 구성(1000B)(예를 들어, 동작 905A-1 및 905A-2의 기준 모델과 연관된 기준 구성) 동안 취해진, 하나 이상의 이전 상태 또는 하나 이상의 이전에 측정된 모델, 및 삽입 거리에 대한 삽입 명령 등의, 의료 기구가 이전 상태에 있는 동안 오퍼레이터로부터 수신된 하나 이상의 명령으로부터 생성될 수 있다. 예를 들어, 예측된 모델(1012)은, 기준 구성(1000B)의 백엔드 메커니즘의 이전 위치, 및 움직임(D1)과 관련하여 수신되고, 발부되고, 구현되는 입력 명령 및 액츄에이터 명령에 대한 지식을 이용하여 생성될 수 있다. 예측된 모델(1012)은, 액츄에이터에 의해 구현될 원하는 움직임을 기술한 사용자로부터의 수신된 입력 등의, 상태 정보를 더 포함할 수 있다. 입력은, 마스터 어셈블리(106) 등의 입력 디바이스의 조작, 및/또는 의료 기구를 움직이거나 기타의 방식으로 작동시키기 위해 케이블에 장력을 가하는 캡스턴 등의 액츄에이터를 위한 제어 신호로의 변환으로서 정의될 수 있다. 도 10c는, 측정 구역(1008)에서, 제3 컴포넌트(1006)와 연관된 예측된 모델(1012)을 나타내지만, 다양한 실시예에서, 예측된 모델(1012)은 또한, 예를 들어 카테터의 전체 길이에 대한 데이터를 이용하여, 제3 컴포넌트(1006)의 전체 길이와 연관될 수 있다.

추가적으로, 여기서 언급된 바와 같이, 예측된 모델(1012)은 또한, 해부학적 정보 또는 의료 기구의 일부에 맞대고 밀어내는 조직 등의 의료 기구의 주변 환경을 특성규정하는 기타의 정보에 기초할 수 있다.

또한, 예측된 모델은 사용자 입력 디바이스로부터의 데이터를 이용할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 입력 디바이스를 통해 시스템에게 좌측으로 구부리도록 명령한다면, 예측된 모델은 그 예측에서 카테터의 좌측 구부림을 보여줄 것이다. 일부 사례들에서, 예측된 모델은, 동작 905A-1 및 905A-2의 기준 모델을 특성규정하는 상태 정보에 포함된 이동 명령의 예측된 결과를 포함할 것이다. 예를 들어, 동작 905A-1 및 905A-2의 기준 모델들은 이동 명령 및/또는 이동 명령 그 자체로부터 발생하는 의료 기구의 실제 구성을 포함할 수 있는 반면, 예측된 모델(1012)은 이동 명령에 기초하여 의료 기구의 예측된 구성을 포함한다. 제어 시스템(112)은 실제 구성과 예측된 구성의 차이를 검출할 수 있다.

일부 실시예들에서, 제1 구성(1000A)으로부터 생성된 측정된 모델(1010) 및 기준 구성(1000B)(및 그 대응하는 기준 모델)으로부터 적어도 부분적으로 생성된 예측된 모델(1012)은, 측정 구역(1008) 내에서 실질적으로 중첩하는 형상을 갖지만, 근위 단부 및 원위 단부에서 그 형상이 다르다. 비교는, 측정된 모델(1010) 및 예측된 모델(1012)의 모든 컴포넌트들 또는 그 서브세트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 비교는, 측정된 영역(1008)에서 측정된 모델(1010) 및 예측된 모델(1012)에 기초할 수 있고, 측정 구역(1008)에서, 컴포넌트(1002 및 1004)를 무시할 수 있다. 도 10c의 예에서, 측정된 모델(1010)과 예측된 모델(1012)은 실질적으로 서로 중첩된다. 따라서, 도 10c의 예에서, 측정된 모델(1010)과 예측된 모델(1012) 사이의 차이가 특정한 임계값보다 작기 때문에 어떠한 환자 움직임도 없다고 결정된다.

도 10d, 도 10e 및 도 10f의 예를 참조하면, 환자 신체에서의 위치 차이, 결국 (예를 들어, 환자 움직임을 결정하기 위한) 특정한 임계값을 초과하는 제1 모델과 예측된 모델 사이의 차이가 도시되어 있다. 도 10d 및 도 10e는 제1 시스템 구성(1000D) 및 기준 시스템 구성(1000E)의 그래픽 표현을 나타낸다. 도 10f는 (예를 들어, 제1 시스템 구성(1000D)으로부터 생성된) 제1 모델(1010)과 (예를 들어, 기준 구성(1000E)으로부터 생성된 기준 모델로부터 생성된) 예측된 모델(1012)의 예시적인 비교를 나타낸다. 시스템 구성(1000D 및 1000E)은 시스템 구성(1000A 및 1000B)과 상당히 유사하지만, 도 10f의 비교는, 후술되는 차이점을 제외하고는 도 10c의 비교와 상당히 유사하다. 도 10d는 환자 신체(502)에서의 이동을 나타낸다. 도 10f는 제1 모델(1010)과 예측된 모델(1012)이 서로 격차를 보이는 것을 나타낸다. 동작 906에서 수행된 비교는, 제1 모델(1010)과 예측된 모델(1012) 사이의, (예를 들어, 그 크기 및 자세와 관련한) 이러한 격차를 식별할 수 있다. 이에 기초하여, 제어 시스템(112)은, 동작 908에서, 비교에 기초하여, 시스템 구성(1000A 또는 1000D)에 의해 표현된 기구의 현재 상태 또는 환자의 현재 상태를 결정할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 제어 시스템(112)은 또한, 동작 910에서, 비교 및 식별에 기초하여 환자가 움직였는지를 결정할 수 있다. 도 10f의 예에서, 제어 시스템(112)은 측정된 제1 모델(1010)과 예측된 모델(1012) 사이의 차이가 특정한 임계값을 초과하는 것으로 결정함으로써, 환자가 움직였다고 결정할 수 있다.

동작 906에서 수행되는 비교는, 예를 들어 측정 구역(1008)을 이동시킴으로써, 컴포넌트들(1002, 1004 및 1006) 중 임의의 것 또는 전부 또는 그 특정한 부분들의 비교일 수 있다. 예를 들어, 일부 비교는, 도 3a 및 도 3b의 좌굴 방지 가이드(322) 내부의 컴포넌트(1006)의 일부의 비교만을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 가중치들이 의료 기구의 상이한 컴포넌트들 또는 상이한 컴포넌트들의 상이한 부분들에 할당될 수 있다. 예를 들어, 동작 906의 일부 실시예들은, 기관내 튜브(ET 튜브) 또는 후두 마스크 기도(LMA)를 통해 연장되는 세그먼트 또는 환자(P)의 기관 내에서 연장되는 의료 기구의 세그먼트 등의, 측정된 컴포넌트(1006A)와 예측된 컴포넌트(1006C)의 세그먼트(예를 들어, 측정 구역(1008))만의 비교를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 모델들을 비교하는 것은, 특정한 방향으로의 또는 특정한 장소를 따른 또는 특정한 장소로부터 멀어지는 측정된 움직임 및 형상과 예측된 움직임 및 형상의 비교를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모델들은, 테이블(T)에 대해 법선 방향, 테이블(T)에 대해 평행한 방향, 또는 어떤 다른 관심있는 방향으로의 움직임에 기초하여 비교될 수 있다. 환자의 상태를 결정하는 것은 환자가 움직였다고 결정하는 것을 포함할 수 있고, 기침의 식별 또는 호흡 움직임 등의 통상적인 주기 움직임의 식별 등의, 환자의 움직임의 유형을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 환자 또는 기구의 상태를 결정하는 것은 의료 절차에서 이용되는 추가 컴포넌트를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상태는 의료 기구가, 특정한 트로카 캐뉼라(trocar cannula)를 통해, 특정한 ET 튜브를 통해, 또는 특정한 LMA 등을 통해, 환자에게 도입된다는 것을 나타낼 수 있다. 상태에 포함된 형상 정보는 복수의 이러한 출입 디바이스(entry device)의 알려진 지오메트리와 정합될 수 있다. 환자의 상태를 결정하는 것은 또한, 좌굴 방지 가이드(322)에 배치된 의료 기구의 일부의 좌굴을 검출하는 것을 포함할 수 있다.

도 11a는 환자(P)의 폐(L)에 관해 측정된 모델(1010) 및 예측된 모델(1012)의 표현을 도시한다. 일부 경우에, 이러한 그래픽 표현은, 도 1의 디스플레이 시스템(110) 등의 디스플레이에서 의료 기구의 오퍼레이터에게 제공될 수 있다. 도 11a는 모델들의 길이를 따른 복수의 격차를 도시한다. 일부 경우에, 비교는 모델들의 길이를 따라 규칙적인 간격으로 수행될 수 있다. 일부 경우에, 특정한 방향으로의 격차만이 주목된다. 예를 들어, 도 11b는 모델들 1000A 및 1000C의 측면도를 나타내며, 격차 또는 차이 D4, D5, D6 및 D7이 라벨링되어 있다. 이들 격차들은, 테이블 T에 법선인 축을 따라 수치적으로 표현될 수 있다.

동작 910으로 돌아가서, 제어 시스템(112)은, 측정된 모델(1010)과 예측된 모델(1012)의 비교에 기초하여, 환자(P)가 움직였는지를 결정할 수 있다. 언급한 바와 같이, 일부 사례에서는 모델의 특정한 세그먼트들만이 비교될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서는 도 11b에서의 격차(D4) 주변 영역만이 비교될 수 있고 환자(P)가 움직였는지를 결정하는데 이용될 수 있다. 환자(P)가 움직였는지를 결정하기 위해, 제어 시스템(112)은 임의의 식별된 격차 또는 차이를 임계값과 비교할 수 있다. 이 임계값은 비교중인 모델들의 컴포넌트 또는 비교중인 모델들의 특정한 부분들에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 격차 D4가 10mm, 5mm 또는 1mm보다 클 때, 제어 시스템(112)은, 격차 D4가 환자(P)가 이동했음을 나타낸다는 것을 식별할 수 있다. 일반적으로, 격차는, 절대 크기 등의 많은 방식으로 결정될 수 있지만, 또한 특정한 방향에서의 크기, 또는 움직임의 빈도 관점에서 결정될 수 있다. 환자에 관한 의료 기구의 움직임(예를 들어, 의료 기구를 지지하는 카트가 우발적으로 밀릴 수 있음)이 환자 움직임으로서 해석되도록, 환자(P)가 의료 기구에 관해 움직였다는 표시가 결정된다. 환자(P)의 움직였는지를 결정하는데 있어서 적용되는 임계값은, 작업 위치 또는 의료 기구를 둘러싼 환경에 관한 의료 기구의 대략적인 위치에 의존할 수 있다. 예를 들어, 기관 영역에서의 격차에 대한 임계값은, 폐 내부 또는 폐 내부일 가능성이 높은 영역에서의 격차에 대한 임계값과는 상이할 수 있다. 임계값은 또한, 수행중인 작업 또는 요구되는 정확도에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 특정한 소구역에 액세스하는데 이용되거나, 표적 영역이 혈관 또는 흉막 등의 민감한 신체 구조에 가깝거나, 또는 작업(예를 들어, 절제)의 성격이 더 높은 정확성을 요구한다면, 임계값이 더 엄격하게 설정될 수 있다. 제어 시스템(112)은 이러한 정보를 포함하고 비교 및 결정 동작 동안 이것을 이용할 수 있다.

일부 실시예들에서, 측정된 모델과 예측된 모델 사이의 차이는, 측정된 모델의 지점들을 예측된 모델의 지점들과 비교함으로써 (예를 들어, 하나 이상의 비교 기준에 기초하여) 결정된다. 차이가 비교 기준의 대응하는 임계값보다 작다면 어떠한 환자 움직임도 없다고 결정될 수 있고, 차이가 대응하는 임계값보다 크거나 같다면 환자 움직임 있다고 결정될 수 있다. 대응하는 임계값을 갖는 다양한 비교 기준이 이용될 수 있다. 한 예에서, 차이는 측정된 모델(1010)의 측정된 지점들과 예측된 모델(1012)의 대응하는 예측된 지점들 사이의 진폭 차이들의 합에 기초하고, 대응하는 임계값은 총 임계 거리(예를 들어, 15mm)이다. 또 다른 예에서, 차이는 진폭 차이(예를 들어, 반경 방향) 및/또는 길이 차이(예를 들어, 삽입 축을 따른 선형 방향)를 이용하여 결정된다. 역시 또 다른 예에서, 차이는, 측정 구역(1008)의 전체 길이에 걸친 평균 진폭 차이 또는 최대 진폭 차이를 이용하여 결정된다. 일부 예들에서, 진폭은 측정 구역(1008)의 전체 길이를 따른 최대값에 기초한다. 역시 또 다른 예에서, 비교 기준은, 움직임 속성(예를 들어, 빈도, 속도, 가속도 등) 및 형상 속성(예를 들어, 진폭, 피크 수, 딥 수, 곡률 등)을 대응하는 임계값과 비교하는 것을 제공한다. 일부 실시예들에서, 비교 기준은, 임계값이 예측된 모델(1012)의 분포에 기초한다는 것을 제공할 수 있다. 예를 들어, 측정 구역(1008)의 측정된 모델(1010)이 예측된 모델(1012)의 분포의 표준 편차를 벗어난다면, 환자 움직임이 있다고 결정될 수 있다.

동작 910의 결과로서, 제어 시스템(112)은, 디스플레이 시스템(110)을 통해 오퍼레이터에게 경고를 발부하는 것 및/또는 도 9의 동작 912에 도시된 바와 같이 비교 및 결정에 기초하여 의료 기구의 제어를 변경함으로써 조치를 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 시스템(112)은 도 8에 도시된 바와 같이 환자 움직임 메시지(802)를 디스플레이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자는 경고 또는 메시지를 무시 또는 일축할 수도 있고, 또는 조치가 취해질 때까지 메시지를 일축하지 못할 수도 있다. 제어 시스템(112)은, 메시지(802)가 확인응답되거나 인터페이스 요소 옵션(804A 및/또는 804B)이 선택될 때까지 오퍼레이터로부터 수신된 임의의 이동 명령 또는 말단 작동기 작동 명령을 무시하거나, 경시하거나, 또는 구현하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 시스템(112)은 의료 기구의 실제 위치를 능동적으로 유지하려고 시도하거나 의료 기구가 조직 및 주변 환경에 의해 가해지는 압력 및 힘에 순응하도록 허용할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어 시스템은 방법(900)에서 환자를 치료하기 위해 이용되는 절제 프로브 등의 통전된 기구로의 에너지 공급을 디스에이블할 수 있다. 또한, 제어 시스템(112)은, 제어 시스템이 환자(P)가 움직였다고 결정하면, 의료 기구, 환자 신체의 모델, 및 실제 환자 신체 사이에 정렬 프로세스를 수행하거나 기존의 정렬을 업데이트할 것을 사용자에게 지시할 수 있다. 이것은, 환자(P)의 움직임 때문에 이들 피쳐들의 기존 정렬이 신뢰성이 없고 오퍼레이터에 의한 이용에 적합하지 않기 때문이다.

본 개시내용의 실시예들은, 수행되는 의료 절차에 요구되는 구조물 상에 배치된 센서들을 이용하고 이용된 의료 기구의 자세 및/또는 움직임의 측정된 모델 및 예측된 모델을 이용하여 환자 움직임의 검출을 제공할 수 있다. 예를 들어, (광학적, EM 또는 광섬유 센서 등의) 환자의 움직임을 모니터링하기 위한 전용 시스템을 이용하는 것이 아니라, 위치, 배향 및/또는 형상 정보를 획득하기 위해 길쭉한 디바이스(310)의 광섬유 형상 센서(314) 등의 기존의 센서 및 시스템에 의존할 수 있다. 이 정보는, 영상-안내형 의료 절차에서의 정렬 및 이용을 목적으로 카테터를 특성규정하는데 있어서 주로 제어 시스템(112)에 의해 이용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 이러한 정보는, 신뢰할 수 없는 정렬의 이용을 방지하기 위해 환자 움직임을 모니터링하는데 부차적으로 이용될 수 있다. 많은 실시예들에서, 본 명세서에서 설명된 시스템들은 이러한 전용 시스템들이 교체되는 것을 허용하므로, 더 적은 수의 장비로부터 더 많은 정보가 획득될 수 있게 한다. 이것은 절차를 더욱 저렴하게 만들 수 있고 작업 위치로부터 어수선함을 제거할 수 있다.

본 기술분야의 통상의 기술자라면, 개시된 실시예들의 조합 및 본 개시내용의 범위 내에 있는 추가적인 피쳐들을 식별할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 사상 및 범위는 이하의 청구항들에 대한 참조에 의해 최상으로 이해될 수 있다.

Claims

환자에 관한 길쭉한 기구의 움직임을 수반하는 의료 절차 동안에 길쭉한 기구를 제어하는 방법으로서,
제어 시스템에 의해, 상기 길쭉한 기구의 제1 모델을 생성하는 단계;
상기 제어 시스템에 의해, 상기 길쭉한 기구의 기준 자세에 기초하여 상기 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 단계;
상기 제어 시스템에 의해, 상기 제1 모델을 상기 제2 모델과 비교하는 단계; 및
상기 제어 시스템에 의해, 상기 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 모델은 상기 길쭉한 기구의 측정된 자세에 기초하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 측정된 자세 및 상기 기준 자세 각각은, 상기 길쭉한 기구의 길이를 따라 연장되는 형상 센서로 구성된 제1 센서 시스템에 의해 제공되는 데이터에 기초하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 형상 센서에 의해 제공되는 상기 데이터는 측정 구역에 위치한 상기 길쭉한 기구의 한 세그먼트로부터 수신되는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 측정 구역은, 기관내 튜브의 한 세그먼트 또는 상기 환자의 기관의 한 세그먼트에 대응하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 모델은 또한, 사용자 명령에 기초하는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 사용자 명령은 삽입 거리에 대한 명령인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 모델은 또한, 제2 센서 시스템에 의해 측정된 삽입 거리에 기초하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 시스템 구성의 상태는 상기 환자의 상태를 포함하는, 방법.
제9항에 있어서, 환자의 상태를 결정하는 단계는, 상기 제어 시스템에 의해, 상기 제1 모델과 상기 제2 모델의 상기 비교에 기초하여, 상기 환자가 움직였는지를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계는 :
상기 제어 시스템에 의해, 상기 비교 및 상기 비교와 연관된 임계값에 기초하여 상기 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 기구의 기준 자세는 제1 기준 자세이고,
상기 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 단계는 :
상기 길쭉한 기구의 상기 제1 기준 자세에 기초하여 제1 기준 모델을 생성하는 단계;
상기 길쭉한 기구의 제2 기준 자세에 기초하여 제2 기준 모델을 생성하는 단계; 및
상기 제1 기준 모델 및 상기 제2 기준 모델에 기초하여 상기 길쭉한 기구의 상기 제2 모델을 생성하는 단계
를 더 포함하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 모델은 상기 길쭉한 기구의 예상된 상태와 연관된 확률 분포를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 구성의 상태는 상기 길쭉한 기구의 상태를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 길쭉한 기구의 상태를 결정하는 단계는 상기 길쭉한 기구의 좌굴(buckling)을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계에 기초하여 디스플레이 시스템에서의 프리젠테이션을 위한 메시지를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 메시지에 응답하여 사용자에 의해 선택된 대화형 인터페이스 요소들을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 구성의 결정된 상태에 기초하여 상기 제어 시스템에 의해 상기 길쭉한 기구의 제어를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 제어 시스템에 의해 상기 길쭉한 기구의 제어를 변경하는 단계는,
마스터 어셈블리를 통해 검토된 입력 명령들을 무시하는 단계;
상기 길쭉한 기구를 환자와 재정렬하는 단계;
상기 길쭉한 기구를 수술전 이미지 데이터와 재정렬하는 단계;
상기 길쭉한 기구의 현재 자세를 유지하는 단계; 및
상기 길쭉한 기구가, 상기 길쭉한 기구의 작업 위치에서 조직(tissue)에 의해 가해지는 힘에 순응하는 것을 허용하는 단계
중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정된 시스템 구성의 상태에 응답하여 상기 시스템을 안전 상태로 천이시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 안전 상태는 상기 길쭉한 기구의 구동 유닛으로부터 전력을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
의료 시스템으로서,
센서 시스템을 갖는 길쭉한 기구; 및
상기 길쭉한 기구의 자세를 측정하기 위해 상기 센서 시스템과 통신하는 제어 시스템
을 포함하고, 상기 제어 시스템은 동작들을 수행하도록 적합화되고, 상기 동작들은,
상기 길쭉한 기구의 제1 모델을 생성하는 단계;
상기 길쭉한 기구의 기준 자세에 기초하여 상기 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 단계;
상기 제1 모델을 상기 제2 모델과 비교하는 단계; 및
상기 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계
를 포함하는, 의료 시스템.
제22항에 있어서, 상기 길쭉한 기구는, 그 내부에서 연장되는 제1 센서 시스템을 갖는 가요성 컴포넌트를 포함하는, 의료 시스템.
제23항에 있어서, 상기 제1 센서 시스템은, 광섬유 형상 센서 또는 복수의 전자기(EM) 센서를 포함하는 형상 센서를 포함하는, 의료 시스템.
제23항에 있어서, 상기 제1 모델은 상기 길쭉한 기구의 측정된 자세에 기초하는, 의료 시스템.
제25항에 있어서, 상기 측정된 자세 및 상기 기준 자세 각각은, 상기 길쭉한 기구의 상기 가요성 컴포넌트의 상기 형상 센서로부터의 형상 데이터에 기초하는, 의료 시스템.
제26항에 있어서, 상기 형상 센서에 의해 제공되는 형상 데이터는 측정 구역에 위치한 상기 길쭉한 기구의 한 세그먼트로부터 수신되는, 의료 시스템.
제27항에 있어서, 상기 측정 구역은, 기관내 튜브의 한 세그먼트 또는 환자의 기관의 한 세그먼트에 대응하고, 상기 길쭉한 기구는 상기 환자에 관해 위치하는, 의료 시스템.
제22항에 있어서, 상기 제2 모델은 또한 상기 길쭉한 기구의 삽입 거리에 기초하는, 의료 시스템.
제29항에 있어서, 상기 로봇 어셈블리를 따라 배치된 제2 센서 시스템을 포함하는 로봇 어셈블리를 더 포함하고, 상기 길쭉한 기구는 상기 로봇 어셈블리에 결합되며 상기 제어 시스템은 상기 제2 센서 시스템과 통신하는, 의료 시스템.
제30항에 있어서, 상기 로봇 어셈블리는, 삽입 스테이지, 조작기, 또는 로봇 아암 중 적어도 하나를 포함하는, 의료 시스템.
제30항에 있어서, 상기 삽입 거리는 상기 제2 센서 시스템에 의해 측정되는, 의료 시스템.
제30항에 있어서, 상기 제2 센서 시스템은 회전 인코더 또는 선형 인코더를 포함하는, 의료 시스템.
제30항에 있어서, 입력 제어 디바이스를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 입력 제어 디바이스 및 상기 로봇 어셈블리와 통신하여 상기 길쭉한 기구의 삽입 거리를 제어하고, 상기 삽입 거리는 상기 입력 제어 디바이스로부터 수신된 하나 이상의 명령에 기초하는, 의료 시스템.
제22항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 구성의 상태는 상기 길쭉한 기구가 환자에 관해 위치할 때의 상기 환자의 상태를 포함하고,
상기 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계는 상기 환자가 움직였는지를 결정하는 단계를 포함하는, 의료 시스템.
제22항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 구성의 상태는 상기 길쭉한 기구의 상태를 포함하고,
상기 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계는, 상기 길쭉한 기구의 좌굴을 검출하는 단계를 포함하는, 의료 시스템.
제22항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교에 기초하여 상기 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계는 :
상기 제어 시스템에 의해, 상기 비교 및 상기 비교와 연관된 임계값에 기초하여 상기 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계를 더 포함하는, 의료 시스템.
제22항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 모델은 상기 길쭉한 기구의 예상된 상태와 연관된 확률 분포를 포함하는, 의료 시스템.
제22항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 구성의 상태의 결정에 기초하여 메시지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 시스템을 더 포함하는 의료 시스템.
방법으로서,
제어 시스템에 의해, 길쭉한 기구의 측정된 상태에 기초하여 상기 길쭉한 기구의 제1 모델을 생성하는 단계;
상기 제어 시스템에 의해, 상기 길쭉한 기구의 기준 상태 및 사용자 명령에 기초하여 상기 길쭉한 기구의 제2 모델을 생성하는 단계;
상기 제어 시스템에 의해, 상기 제1 모델을 상기 제2 모델과 비교하는 단계; 및
상기 제어 시스템에 의해, 상기 비교에 기초하여 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제40항에 있어서, 상기 시스템 구성은 상기 환자에 관한 상기 길쭉한 기구의 움직임을 수반하는 의료 절차 동안 환자의 상태를 포함하는, 방법.
제40항에 있어서, 상기 시스템 구성은 상기 길쭉한 기구의 상태를 포함하는, 방법.
제42항에 있어서, 상기 길쭉한 기구의 상태를 결정하는 단계는 상기 길쭉한 기구의 좌굴(buckling)을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
제40항에 있어서,
측정 구역을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 측정된 상태 및 상기 기준 상태 각각은, 측정 구역에 위치한 상기 길쭉한 기구의 한 세그먼트로부터 수신된 데이터에 기초하는, 방법.
제44항에 있어서, 상기 측정 구역을 결정하는 단계는 : 정렬 프로세스 동안 결정된 위치 및 상기 위치로부터의 거리에 기초하여 상기 측정 구역을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제45항에 있어서, 상기 위치는 카리나 위치(carina location)를 포함하는, 방법.
제44항에 있어서, 상기 측정 구역을 결정하는 단계는 : 상기 길쭉한 기구의 좌굴 방지 가이드의 상기 길쭉한 기구의 기관내 튜브에 기초하여 상기 측정 구역을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제40항에 있어서,
상기 시스템 구성의 상태의 결정에 기초하여 상기 길쭉한 기구의 제어를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
제48항에 있어서, 상기 길쭉한 기구의 제어를 변경하는 단계는 입력 제어 디바이스로부터 수신된 오퍼레이터 입력을 무시하는 단계를 포함하는, 방법.
제49항에 있어서, 정렬 프로세스의 수행 후에 상기 입력 제어 디바이스에 의해 상기 길쭉한 기구의 제어를 복원하는 단계를 더 포함하는 방법.
제40항에 있어서, 상기 시스템 구성의 상태를 결정하는 단계에 기초하여 디스플레이 시스템에서의 프리젠테이션을 위한 메시지를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제51항에 있어서, 상기 메시지에 응답하여 사용자에 의해 선택된 대화형 인터페이스 요소들을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
유형의 비일시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체(tangible, non-transitory computer-readable storage medium)로서,
제어 시스템의 처리 디바이스에 의해 실행될 때, 상기 처리 디바이스로 하여금 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 프로그램된 명령어를 저장한, 유형의 비일시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
유형의 비일시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체로서,
제어 시스템의 처리 디바이스에 의해 실행될 때, 상기 처리 디바이스로 하여금 제40항 내지 제52항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 프로그램된 명령어를 저장한, 유형의 비일시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.