KR20210016443A - 다수의 어레이들을 사용하는 의료 이미징 방법 - Google Patents

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KR20210016443A
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매튜 맥그래스
에반 알렉산더 데휠스트
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매트 맥그래스 디자인 앤드 컴퍼니, 엘엘씨
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Abstract

본 명세서에는 하나 이상의 이미저들을 사용하여 환자의 표적 해부학적 부위를 시각화하기 위한 시스템들과 방법들이 개시된다. 이러한 방법은 해부학적 부위의 다수의 위치들 상에 다수의 이미저들을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 다수의 이미지들로부터 별도의 이미지 데이터 세트들을 생성하는 단계 및 해부학적 부위의 용적 이미지 데이터를 생성하기 위해 이미지 데이터 세트들을 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 용적 이미지 데이터는 표적 해부학적 부위 내의 모든 해부학적 피처를 포함할 수 있다. 의료 이미징을 위한 시각화 시스템은 표적 해부학적 부위를 시각화하기 위해 이미저들 상의 트랜스듀서들을 포함할 수 있다. 시스템은 용적 이미지 데이터 세트를 생성하기 위해 이미지 데이터 세트들을 결합하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 시스템은 용적 이미지 데이터 세트를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스를 더 포함할 수 있다.

Description

다수의 어레이들을 사용하는 의료 이미징 방법
본 출원은, 인용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함되는, 2018년 5월 31일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/678,885, 2018년 5월 31일에 출원된 미국 가출원 번호 62/678,868, 및 2018년 5월 31일에 출원된 미국 가출원 번호 62/678,854의 출원일의 이익을 주장한다.
본 발명은 의료 이미징(medical imaging) 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다수의 어레이들을 사용하는 의료 이미징 방법에 관한 것이다.
바늘(needle)들과 캐뉼라(canular)들의 정맥내 삽입은, 혈액 채취, 약물 또는 기타 조성물의 투여 등과 같이 현대 의학에서 가장 널리 수행되는 의료 시술들의 하나이다.
수많은 응용 분야들에 널리 사용 되었음에도 불구하고, 환자의 순환계(예, 혈관, 정맥, 동맥, 미세 혈관 등) 속으로 바늘들과 캐뉼라들의 삽입은, 숨겨져 있고 불안정한 표적을 찾기 위해 종종 사용자 또는 작업자(예, 의사, 간호사, 병리사(phlebotomist), 기술자 등)의 경험에 의존하는 부정확한 과학으로서, 어떤 경우에는, 다수 회의 시도들이 요구될 수도 있다. 이러한 시술의 부정확성은 환자의 불안감, 불편함 및 잠재적으로 정신적 및/또는 신체적 외상으로 이어진다.
최근 몇 년 동안, 자동화의 도입, 이미징 및 컴퓨터화 지원의 도입에 의해 이러한 시술을 현대화시킬 뿐만 아니라, 고통으로부터의 해방시키기 위한 많은 시도들이 있었다. 그러나, 특히 이미징 및 자동화 측면에서 결과적인 개념들과 설계들은 작업자에게 직관적이지 않고, 다소 번거로우며, 많은 경우, 기존 방법들만큼이나 부정확하고 예측할 수 없는 것으로 입증되었다. 따라서, 바늘 배치(placement)의 정확도를 높이는 동시에, 경험이 부족하고 미숙련 작업자들을 포함하는 작업자들이 간편하게 사용할 수 있도록 관리 가능한 디자인과 사이즈를 제공하는 개선된 디바이스가 필요하다.
다양한 의학적 상태들을 성공적으로 진단하고 및/또는 다양한 수술 시술들을 수행하기 위해, 신체 영역의 시각화(visualization)는 중요한 요건들이다. 현재의 초음파 이미징 시스템들과 같은 복잡하고 값비싼 시각화 디바이스들은, 많은 수술 시술에 대한 3차원 시각화 적용을 제한하거나 방지한다. 예를 들어, 수많은 응용 분야들에서 광범위하게 사용됨에도 불구하고, 환자의 순환계(예, 혈관, 정맥, 동맥, 미세 혈관 등) 속으로 바늘들과 캐뉼라들의 삽입은, 숨겨져 있고 불안정한 표적을 찾기 위해 종종 사용자 또는 작업자(예, 의사, 간호사, 병리사(phlebotomist), 기술자 등)의 경험에 의존하는 부정확한 과학으로서, 어떤 경우에는, 다수 회의 시도들이 필요할 수도 있다. 이러한 시술의 부정확성은 환자의 불안감, 불편함 및 잠재적으로 정신적 및/또는 신체적 외상으로 이어진다.
이러한 시술의 부정확성은 환자의 순환계의 특정 성질에 의해 강화될 수 있다. 예를 들어, 혈관들은 종종 피상적이고, 작고, 이동한다. 또한, 혈관들은 컴퓨터 이미징 과정에서 뼈 또는 조직에 의해 막힐 수 있고, 불완전한 용적(voumetric) 심장 이미지들이 생성될 수 있다. 이러한 성질은 이미지 데이터 세트의 견고성과 신뢰성을 저하시켜서, 부정확성의 위험을 증가시킬 수 있다.
최근, 의료 진단 및 치료를 용이하게 지원하는 시각화 디바이스 및 시스템을 개선하기 위한 많은 시도들이 있었다. 그러나, 특히 복잡성과 비용 측면에서, 결과적인 개념들과 디자인들은 다소 번거롭고 많은 경우 기존 방법들만큼이나 부정확하고 예측할 수 없는 것으로 입증되었다. 더욱이, 현재의 시각화 디바이스들은 뼈와 같은 조밀한 구조들에 의해 숨겨질 수 있는 해부학적 이미지를 적절하게 이미지화할 수 없는 문제에 봉착하고 있고, 이로 인해 표적 해부학적 구조의 명확한 이미지를 얻기 위한 작업자의 능력을 방해함으로써, 부적절한 시술로 이어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 의료 진단 및/또는 의료 시술들을 수행하기 위해 신체 영역의 실시간 3차원 시각화를 제공하는 개선된 시각화 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는 일반적으로 의료 시술들에 사용되는 디바이스들과 연관된 시각화 기술들에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 예를 들어, 환자의 잠재적인 정맥내(intravenous) 천자(puncture) 부위들을 위치시키는 기능, 위치된 천자 부위로 바늘 또는 캐뉼라의 내비게이킹(navigatig)하고 조작(또는 표적을 통해 수동 또는 반-수동으로 삽입된 바늘 또는 캐뉼라의 위치 및/또는 궤적의 미세-조정 및/또는 자동-보정 및/또는 바늘 안정화를 포함)하는 기능, 및 천자 부위를 통과하거나 그 속으로 환자의 순환계 내부의 원하는 위치로 바늘 또는 캐뉼라를 이동시키는 기능을 포함하는, 다양한 기능들을 수행할 수 있는 그러한 디바이스들에 관한 것이다. 삼각측량을 사용하여 상이한 위치들로부터 환자의 해부학적 구조를 이미지화하는 능력은 바늘의 내비게이션을 향상시킨다. 특히, 해부학적 피처(feature)들(예, 뼈, 조직)이 하나의 평면 내의 혈관의 시야를 방해하면, 바늘 삽입을 위한 환자의 해부학적 구조의 완전한 용적(volumetric) 이미지를 얻기 위해 다중-패널(multi-panel) 이미징이 사용될 수 있다.
본 개시의 제1 측면에서, 복수의 이미저(imager)들을 사용하는 의료 이미징 방법이 제공된다. 이 방법은, 해부학적 부위에 대한 제1 위치 상에 제1 이미저를 배치하는 단계, 해부학적 부위에 대한 제2 위치 상에 제2 이미저를 배치하는 단계, 제1 이미저를 사용하여 제1 용적 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계, 제2 이미저를 사용하여 제2 용적 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계, 및 해부학적 부위의 제3 용적 이미징 데이터 세트를 생성하기 위해 제1 용적 이미지 데이터 세트와 제2 용적 이미지 데이터 세트를 결합하는 단계를 포함한다. 해부학적 부위의 제3 용적 이미징 데이터 세트는 용적 이미징 데이터에 의해 구획된 용적 내부의 모든 해부학적 피처들을 포함할 수 있다.
제1 측면에 따르면, 해부학적 피처들은 경조직과 연조직을 포함할 수 있다.
제1 측면에 따르면, 방법은 디스플레이 스크린 상에 제3 용적 이미징 데이터 세트를 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 측면에 따르면, 제1 이미저는 제1 위치 내의 제1 평면 상에 있을 수 있다. 제2 이미저는 제2 위치 내의 제2 평면 상에 있을 수 있다. 제1 평면과 제2 평면은 해부학적 부위의 반대되는 사이드(side)들일 수 있다.
제1 측면에 따르면, 해부학적 부위의 제3 용적 이미징 데이터 세트를 생성하기 위해 제1 용적 이미지 데이터 세트와 제2 용적 이미지 데이터를 결합하는 단계는, 제3 이미지 데이터 세트와 제4 이미지 데이터 세트로부터 용적 이미지 데이터를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 제2 측면에서, 의료 이미징 시스템이 제공된다. 의료 이미징 시스템은 제1 이미저, 제2 이미저, 프로세서 및 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 이미저는 제1 위치로부터 해부학적 부위의 제1 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 제2 이미저는 제2 위치로부터 해부학적 부위의 제2 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 용적 이미지 데이터 세트를 생성하기 위해 제1 이미지 데이터 세트와 제2 이미지 데이터 세트를 결합할 수 있다. 디스플레이 디바이스는 용적 이미지 데이터 세트를 디스플레이할 수 있다. 해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트는 용적 이미지 데이터 세트에 의해 정의된 용적 내부의 모든 해부학적 피처들을 포함할 수 있다.
제2 측면에 따르면, 디스플레이 디바이스는 복수의 스크린들을 포함할 수 있다. 각각의 스크린은 적어도 하나의 다른 스크린에 수직일 수 있다.
제2 측면에 따르면, 제1 이미저는 제1 풋 프린트(foot print)를 구획하는 길이와 폭을 가질 수 있다. 제2 이미저는 용적 이미지 데이터 세트의 용적이 길이, 폭 및 깊이에 의해 구획되도록 깊이와 길이에 의해 구획된 제2 풋 프린트를 가질 수 있다.
제2 측면에 따르면, 용적 이미지 데이터는 용적 내부의 모든 해부학적 피처들을 디스플레이할 수 있다.
제2 측면에 따르면, 제1 이미지 데이터 내에서 뼈에 의해 차단되는 해부학적 피처들은 제2 이미지 데이터에 의해 캡처될 수 있다.
본 개시의 제3 측면에서, 의료 이미징 시스템이 제공된다. 의료 이미징 시스템은 이미저 및 트랜스듀서(transducer)들의 어레이를 포함할 수 있다. 이미저는 해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서들의 어레이는 이미저의 원위면(distal face) 상에 위치될 수 있다. 어레이는 제1 풋 프린트를 구획하는 길이와 폭를 가질 수 있다. 어레이는 용적 이미지 데이터 세트를 생성할 수 있다. 용적 이미지 데이터 세트는, 용적 내부의 모든 해부학적 피처들이 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 길이, 폭 및 깊이로 구획된 용적에 의해 구획될 수 있다.
본 개시의 제4 측면에서, 의료 이미징 시스템이 제공된다. 의료 이미징 시스템은 이미저 및 트랜스듀서들의 어레이를 포함할 수 있다. 이미저는 해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서들의 어레이는 이미저의 원위면 상에 위치될 수 있다. 어레이는 제1 풋 프린트를 구획하는 길이와 폭을 가질 수 있다. 어레이는 용적 이미지 데이터 세트를 생성할 수 있다. 용적 이미지 데이터 세트는, 용적 내부의 모든 해부학적 피처들이 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 길이, 폭 및 깊이에 의해 구획된 용적에 의해 정의될 수 있다.
본 개시의 제5 측면에서, 의료 이미징 시스템이 제공된다. 의료 이미징 시스템은 이미저, 트랜스듀서들의 제1 어레이 및 트랜스듀서들의 제2 어레이를 포함할 수 있다. 이미저는 해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서들의 제1 어레이는 이미저의 제1 편평면(planar surface) 상에 위치될 수 있다. 제1 어레이는 제1 풋 프린트를 구획하는 제1 길이와 제1 폭을 가질 수 있다. 트랜스듀서들의 제2 어레이는 이미저의 제2 편평면 상에 위치될 수 있다. 트랜스듀서들의 제2 어레이는 제2 풋 프린트를 구획하는 제2 길이와 제2 폭을 가질 수 있다. 제1 편평면과 제2 편평면 사이의 틈새(gap)를 구획하기 위해, 제1 편평면은 제2 편평면으로부터 멀어지고 경사질 수 있다. 틈새 아래의 용적이 이미저에 의해 생성된 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 제1 풋 프린트의 투사된(projected) 영역과 제2 풋 프린트의 투사된 영역은 교차(intersect)할 수 있다.
본 개시의 제6 측면에서, 의료 이미징 시스템이 제공된다. 의료 이미징 시스템은 이미저, 트랜스듀서의 제1 어레이 및 트랜스듀서의 제2 어레이를 포함할 수 있다. 이미저는 해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서의 제1 어레이는 이미저의 제1 표면 상에 위치될 수 있다. 제1 어레이는 제1 풋 프린트를 구획할 수 있다. 트랜스듀서의 제2 어레이는 이미저의 제2 표면 상에 위치될 수 있다. 제2 어레이는 제2 풋 프린트를 구획할 수 있다. 제1 표면과 제2 표면 사이의 틈새를 구획하기 위해, 제1 표면은 제2 표면으로부터 분리될 수 있다. 틈새 아래의 용적이 이미저에 의해 생성된 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 제1 풋 프린트의 투사된 영역과 제2 풋 프린트의 투사된 영역은 교차할 수 있다.
본 개시의 제7 측면에서, 이미저를 사용하는 의료 이미징 방법이 제공된다. 이 방법은, 해부학적 부위에 인접하게 이미저를 배치하는 단계로서, 이미저는 복수의 트랜스듀서들을 포함하고, 복수의 트랜스듀서들은 길이와 폭에 의해 경계를 이루는 영역을 구획하고, 해부학적 부위는 경조직과 연조직을 포함하고, 경조직은 이미저와 연조직 사이에 위치되고, 경조직은 하나 이상의 틈새들을 포함하고; 복수의 트랜스듀서들의 각각에 의해 송,수신되는 신호들로부터 이미지 데이터 세트들을 생성하는 단계; 및 이미지 데이터 세트들을 결합하여 용적 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계를 포함하고, 용적 이미지 데이터 세트는 경조직과 연조직이 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록 면적과 깊이에 의해 경계를 이루는 용적에 의해 구획되어 있다. 경조직 바로 위에 위치된 각각의 트랜스듀서에 의해 전송된 신호들은 틈새들을 통해 전파(propagate)되어 연조직과 접촉하도록 발산할 수 있다.
제7 측면에 따르면, 경조직은 뼈(bone)일 수 있고 연조직은 장기(organ)일 수 있다.
제7 측면에 따르면, 전파된 신호들은 연조직의 모든 또는 실질적으로 모든 데이터를 수집할 수 있다.
제7 측면에 따르면, 이미저는 용적 이미지 데이터 세트를 디스플레이하기 위한 디스플레이 스크린을 포함할 수 있다. 디스플레이는 이미저에 커플링될 수 있다. 디스플레이는 작업자의 시선(line of sight)에 대해 용적 이미지 데이터 세트를 이동시키는 시차(parallax) 디스플레이를 포함할 수 있다. 시차는 해부학적 구조의 다른 부분들 아래에 있을 수 있는 표적 해부학적 구조의 부분들을 작업자가 보게 할 수 있다. 시차 디스플레이는 경조직 아래에 위치된 연조직을 작업자가 보게 할 수 있다.
본 개시의 제8 측면에서, 이미저를 사용하는 의료 이미징 방법이 제공된다. 이 측면에 따른 방법은, 해부학적 부위에 인접하게 이미저를 배치하는 단계, 개별 트랜스듀서 어레이들에 의해 송,수신되는 신호들로부터 이미지 데이터 세트들을 생성하는 단계, 및 이미지 데이터 세트들을 결합하여 용적 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이미저는 복수의 트랜스듀서 어레이들을 포함할 수 있다. 복수의 트랜스듀서 어레이들은 길이와 폭에 의해 경계를 이루는 영역을 구획할 수 있다. 해부학적 부위는 경조직과 연조직을 포함할 수 있다. 경조직은 이미저와 연조직 사이에 위치될 수 있다. 경조직은 하나 이상의 틈새들을 포함할 수 있다. 프로세서는 신호를 생성하고 수신하기 위해 개별 트랜스듀서 어레이들을 선택할 수 있다. 용적 이미지 데이터 세트는 경조직과 연조직이 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함될 수 있도록 면적과 깊이에 의해 경계를 이루는 용적에 의해 구획될 수 있다. 프로세서는 용적 이미지 데이터 세트를 생성하기 위해 개별 이미지 데이터 세트들을 대응하는 개별 트랜스듀서 어레이의 위치 정보와 결합할 수 있다. 경조직 바로 위에 위치된 각각의 트랜스듀서에 의해 전송되는 신호들은 틈새를 통해 전파되어 연조직과 접촉하도록 발산할 수 있다.
본 발명의 주제 및 그 다양한 장점들에 대한 보다 완전한 이해는 첨부된 도면들을 참조하는 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 실현될 수 있다.
도 1 내지 도 1i는 본 개시의 디바이스의 일 실시예의 다양한 도면들을 각각 예시한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예의 다양한 도면을 각각 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 디바이스의 또 다른 실시예의 다양한 도면들을 각각 예시한다.
도 4a 내지 도 4g는 본 개시의 디바이스의 다양한 실시예들을 각각 예시한다.
도 4h 내지 도 4i는 환자에 대한 본 개시의 디바이스의 대표적이고 예시적인 배치들을 각각 도시한다.
도 5a 내디 도 5d는 본 개시의 일 실시예의 하우징의 대표적인 움직임을 도시한다.
도 도 6a 및 도 6b는 본 개시의 디바이스의 다양한 실시예들을 각각 예시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 디바이스의 다양한 실시예들을 각각 예시한다.
도 8a 내지 도 8e는 본 개시의 지혈대(tourniquet)의 다양한 실시예들을 각각 도시한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 9e 내지 도 9i는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예에 따른 대표적인 디스플레이 이미지들을 각각 예시한다.
도 10a 내지 도 13b는 본 개시의 디스플레이(GUI)의 다양한 실시예들을 각각 도시한다.
도 14 및 도 15는 본 개시의 디스플레이의 다양한 실시예들을 예시한다.
도 16a 내지 도 17b는 본 개시의 바늘 작동 시스템의 다양한 실시예들을 각각 예시한다.
도 18 및 도 19는 본 개시의 패치(patch)의 다양한 실시예들을 각각 예시한다.
도 20a 및 20b는 본 개시의 스커트(skirt)의 일 실시예를 예시한다.
도 21a 및 도 21b는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예의 사시도와 분해도이다.
도 22는 본 개시의 디바이스에 대한 다른 실시예를 도시한다.
도 23a 내지 도 23c는 본 개시의 스트랩(strap)의 다양한 실시예들을 각각 예시한다.
도 24a 내지 도 24c는 본 개시의 스트랩의 다른 실시예를 각각 예시한다.
도 25a 내지 25i는 본 개시의 스트랩의 다양한 실시예들을 각각 예시한다.
도 26a 및 도 26b는 본 개시의 부착(attachment) 수단의 실시예를 각각 예시한다.
도 27은 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 28 내지 도 31c는 본 개시의 삽입기 조립체(inserter assembly)들의 다양한 실시예들을 각각 도시한다.
도 32는 본 개시의 일 실시예에 따른 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 33은 표적 신체 구역 상에 배치된 도 33의 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 34a는 도 32의 시각화 디바이스의 디스플레이의 평면도이다.
도 34b는 도 32의 시각화 디바이스의 디스플레이의 제1 깊이 뷰(view)이다.
도 34c는 도 32의 시각화 디바이스의 디스플레이의 제2 깊이 뷰이다.
도 35a는 표적 신체 구역들 상에 배치된 도 32의 시각화 디바이스의 측면도이다.
도 35b는 표적 신체 구역들 상에 배치된 도 35a의 시각화 디바이스의 정면도이다.
도 36a는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 36b는 도 36a의 시각화 디바이스의 프레임으로부터 분리된 디스플레이의 개략적인 사시도이다.
도 37은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 38a는 제1 사시로부터 바라 본 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 38b는 제2 사시로부터 바라 본 도 38a의 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 38c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시차 뷰를 표시하는 시각화 디바이스(100)의 개략적인 정면도이다.
도 38d는 도 38c의 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 38e 내지 38g는 도 38c의 시각화 디바이스의 개략적인 평면도들이다.
도 39는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 40은 본 개시의 일 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 41a 내지 41c는 도 40의 트랜스듀서 어레이에 의해 생성된 2차원 이미지들로부터 3차원 시각화를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 42는 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 43은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 44는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 정면도이다.
도 45는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 정면도이다.
도 46은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 47은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 정면도이다.
도 48은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 49는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 50은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 측면도이다.
도 51은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 52는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 53은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각화 디바이스를 사용하여 수술 시술을 수행하는 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 54는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스를 이용하여 수술 시술을 수행하는 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 55는 도 7c의 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 56a 내지 도 56c는 본 개시의 일 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32의 시각화 디바이스의 개략적인 평면도들이다.
도 57a 내지 도 57c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32의 시각화 디바이스의 평면도들이다.
도 58a 내지 58c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 도시하는 도 322의 시각화 디바이스의 개략적인 평면도들이다.
도 59는 본 개시의 다른 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32의 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 60a 내지 도 60c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32a의 시각화 디바이스의 개략적인 평면도들이다.
도 61a 내지 도 61c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32의 시각화 디바이스의 개략적인 평면도들이다.
도 62는 본 개시의 다른 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32의 시각화 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 63a 내지 63d는 본 개시의 일 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32의 시각화 디바이스의 개략적인 평면도이다.
도 64a 및 64b는 본 개시의 일 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스 디스플레이를 보여주는 도 32의 시각화 디바이스의 개략적인 평면도들이다.
도 65a 내지 도 65e는 본 개시의 디바이스의 사용 방법의 실시예를 각각 예시한다.
도 66a 내지 도 66e는 본 개시의 디바이스가 사용될 수 있는 다양한 위치들을 예시한다.
도 67a 내지 도 67c는 본 개시의 디바이스의 실시예를 예시한다.
도 68a 내지 도 68d는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 69a 내지 도 69c는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 70a 내지 도 70c는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 71a 내지 도 71d는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 72a 및 72b는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 73a 및 73b는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 도시한다.
도 74a 내지 도 74c는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 75a 내지 도 75c는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 76a 및 76b는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 도시한다.
도 77a 내지 77c는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 78a 내지 도 78c는 본 개시의 디바이스의 다른 실시예를 예시한다.
도 79a 내지 도 79h는 본 개시의 표적화 특징의 다양한 실시예들을 예시한다.
도 80a 내지 도 80c는 본 개시의 패드(pad)의 실시예를 예시한다.
도 81a 내지 도 81c는 본 개시의 패드의 다른 실시예를 예시한다.
도 82a 내지 82d는 본 개시의 패드의 다른 실시예를 예시한다.
도 83a 내지 도 83i는 도 81a 내지 도 81c에 도시된 패드의 다양한 실시예를 도시한다.
도 84는 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드를 도시한다.
도 85a 내지 도 85c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 바늘 삽입 시술들을 예시한다.
도 86a는 본 개시의 일 실시예에 따른 삽입기 조립체를 가진 디바이스를 도시한다.
도 86b는 도 86a의 디바이스의 삽입기 조립체의 평면도를 예시한다.
도 87은 도 86a의 삽입기 조립체의 단면도를 예시한다.
도 88은 도 86b의 삽입기 조립체의 다른 단면도를 예시한다.
도 89a 내지 도 89c는 도 86b의 삽입기 조립체의 바늘 드라이브를 도시한다.
도 90은 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체의 정면도를 도시한다.
도 91은 도 91의 삽입기 조립체의 평면도를 예시한다.
도 92는 도 92의 삽입기 조립체의 단면도를 예시한다.
도 93a 내지 도 93f는 도 90의 삽입기 조립체의 컴포넌트들의 도면들을 도시한다.
도 94는 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체의 정면도를 도시한다.
도 95는 도 94의 삽입기 조립체의 메커니즘의 평면도를 예시한다.
도 96은 도 94의 삽입기 조립체의 메커니즘의 측면도를 예시한다.
도 97은 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체의 사시도를 예시한다.
도 98은 도 97의 삽입기 조립체의 메커니즘의 개략적 측면도이다.
도 99는 도 97의 삽입기 조립체의 메커니즘의 평면도이다.
도 100은 도 97의 삽입기 조립체의 메커니즘의 사시도이다.
도 101a 내지 도 102b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스를 예시한다.
도 103a는 도 101a의 시각화 디바이스를 사용하는 방법을 예시한다.
도 103b 및 103c는 도 101a의 시각화 디바이스를 위한 보조 액세서리들을 도시한다.
도 104a 내지 도 104d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서와 패드를 도시한다.
도 105는 본 개시의 다른 실시예에 따른 브레이스(brace)를 예시한다.
도 106은 도 105의 브레이스에 결합된 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스를 예시한다.
도 107a 내지 도 107e는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템을 예시한다.
도 108a 내지 도 108c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 키트(kit)를 예시한다.
도 108d 내지 도 108g는 도 108a의 키트의 다양한 응용 분야들을 예시한다.
도 108h는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스 사양들의 테이블을 나타낸다.
도 109는 본 개시의 다른 실시예에 따른 맞춤형 패드를 가진 도 108a의 키트의 다른 응용 분야를 예시한다.
도 110a 내지 도 110d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템을 도시한다.
도 111a 및 111b는 본 발명의 일 실시예에 따른 패드를 도시한다.
도 112a 및 112b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드를 도시한다.
도 113은 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드를 도시한다.
도 114a는 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드를 도시한다.
도 114b 및 114c는 도 114a의 패드가 없는 정맥 삽입을 도시한다.
도 115a 내지 도 115c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드를 도시한다.
도 116은 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템을 도시한다.
도 117은 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템을 도시한다.
도 118a 및 118b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체를 예시한다.
도 119a 및 119b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템을 도시한다.
도 120a 내지 120d는 본 개시의 일 실시예에 따른 정맥 확장기(distender)를 도시한다.
도 121은 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체를 도시한다.
도 122a 내지 122d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스를 도시한다.
도 123은 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스를 도시한다.
도 124는 본 개시의 또 다른 실시 측면에 따른 살균 접착제를 예시한다.
도 125a 및 도 125bB는 본 개시의 일 실시예에 따른 바늘을 예시한다.
도 126은 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체를 예시한다.
도 127a 내지 도 127d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 조립체를 도시한다.
도 128a 및 도 128b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 조립체를 예시한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "바늘"과 "캐뉼라"라는 용어들은 상호교환적으로 사용될 것이며, 달리 언급되지 않는 한, 어느 하나의 용어의 명시적인 사용은 다른 하나의 용어를 포함한다. 일반적으로, 캐뉼라는 바늘을 사용하여 환자에게 위치되므로, 바늘을 먼저 삽입하고 바늘을 통해 캐뉼라를 환자에게 밀어 넣고, 이때 바늘이 제거되어 캐뉼라는 남게 된다. 또한, 교환가능한 용어들인 바늘과 캐뉼러는 마이크로-캐뉼라, 그것의 날카롭고 뭉툭한 변형, 그것의 뻣뻣하거나 유연한 변형 및 기타 관형 구조와 같은 유사한 디바이스들을 포함한다. 유사하게, "순환계"라는 용어는 임의의 혈관, 정맥, 동맥, 미세 혈관 등을 의미한다. "천자 부위(puncture site)"라는 용어는 작업자가 바늘 또는 캐뉼라를 전형적으로 경피적으로 통과하여 바늘 또는 캐뉼라의 적어도 일부를 환자에게 위치시키는 환자 상의 위치를 의미한다. 본 개시의 디바이스들, 기술들, 시스템들, 키트들 및 방법들은 전형적으로 바늘 또는 캐뉼라를 순환계로 삽입하는 것을 언급하거나 그 예를 제공하지만, 본 개시는 또한 바늘의 적어도 일부가 환자의 뼈(예, 골수 관) 내부에 위치되는 "뼈관통(transosseous)" 기술과 같이, 바늘 또는 캐뉼라를 다른 해부학적 위치에 배치하는 것을 상정한다.
본 명세서에서 사용되는 "반-자율(semi-autonomous)"은 디바이스가 어느 정도의 작업자(예, 간호사, 기술자, 의사 등)와의 상호작용으로 기능을 수행할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "반-자율" 특징은 작업자가 사용자-인터페이스를 눈으로 보고 디바이스를 조작하여 의도한 천공 부위의 일반 영역으로 디바이스를 내비게이팅하는데 도움을 줄 필요가 있는 반면, 일반적인 부위에 도달하면 디바이스 자체는 정확한 천공 부위의 위치로 더 이동할 수 있을 필요가 있다. 또한, 반-자율은 예를 들어, 캐뉼라 또는 연결된 구조물을 잡고 있거나 제어하는 작업자를 포함하여, 이미지 안내 하에서 위치결정 동작의 일부 또는 전체를 수행하고 로봇 자동-보정 능력과 같은 부분 로봇 위치결정 지원으로 보완된다. 다른 한편으로, "자율" 또는 "완전 자율" 특징은 작업자와의 상호작용이 필요없이 또는 최소한의 필요로 또는 최소한의 작업자 상호 작용없이 특정 기능을 완전히 수행할 수 있을 것이다. 예를 들어, 천자 부위가 위치결정되면, 작업자는 버튼, 액추에이터, 디스플레이 스크린 제스처 등을 눌러 위치가 올바른지 확인할 수 있고, 그 동작에 의해 작업자의 개입없이 디바이스를 개시하여 천자 부위에서 순환계로 바늘을 조작하여 삽입한다. "반-자율" 및 "자율"이라는 용어들은 디바이스를 일반적으로 설명하거나 특정 기능 또는 기능들의 임의의 그룹을 설명하는데 사용될 수 있다.
위와 같이 정의되고 전반적으로 사용되는 "작업자" 또는 "사용자"는, 경우에 따라 단일의 개인 또는 두명 이상의 개인들일 수 있다. 예를 들어, 단일의 사용자가 본 명세서의 디바이스들의 하나의 특정 사용의 모든 단계들을 수행할 수 있지만, 두명 이상의 사용자들이 관련되어 각각의 사용자가 단계들의 일부를 수행하지만 모든 단계들을 수행하지 않을 수도 있다. 구체적으로, 제1 사용자(예, 비전문가, 보조자, 최초 대응자, 일반인 등)는 디바이스를 환자에게 부착하는 덜 숙련된 단계들을 수행할 수 있는 반면, 숙련된 개인(예, 기술자, 의사, 간호사 등)은 바늘을 위치시키고 삽입하는 후속 단계들을 수행한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "겔 패드(gel pad)", "패치(patch)" 및 "패드"는 상호교환적으로 사용될 것이며, 달리 언급되지 않는 한, 이들 용어들의 임의의 명시적 사용은 다른 용어들을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "바늘 작동(actuation) 시스템", "삽입기 조립체" 및 "캐뉼러 모듈"이라는 용어들은 상호교환적으로 사용될 것이며, 달리 명시되지 않는 한, 이러한 용어들의 명시적인 사용은 다른 용어를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "센서 어레이", "센서(들)" 및 "트랜스듀서"라는 용어들은 상호교환적으로 사용될 것이며, 달리 언급되지 않는 한 이러한 용어들의 명시적인 사용은 다른 용어를 포함한다.
본 발명은 원하는 임의의 해부학적 구조 및/또는 의료 디바이스 또는 기구를 시각화하는데 사용될 수 있고, 또한 시각화 도구(예, 진단을 위해, 외상 또는 수술후 치유를 보기 위해, 또는 기타) 그 자체로서 또는 원하는 임의의 의료 디바이스들 또는 기구와 함께 사용될 수 있다. 유사하게, 본 발명은 원하는 임의의 해부학적 구조에 사용되는 것을 상정한다. 그러나, 검토와 설명을 용이하게 하기 위해, 본 명세서에서 논의된 대부분의 예들은 환자의 피부를 뚫고 및/또는 환자의 혈관계에 접근하는데 사용하도록 되어 있는 바늘과 함께 사용하는데 초점을 맞출 것이다. 그러한 실시예들은 단지 예시적이지만, 본 발명과 관련된 장점들의 예시를 제공한다. 또한, 본 발명은 복부(abdominal), 정맥, 골반(pelvic), 경복부(transabdominal), 경질(transvaginal), 경직장(transrectal), 산부인과(obstetric), 경동맥(carotid) 및 복부 대동맥(aorta) 이미징과 같은 임의의 이미징 시술들을 위한 독립형(stand-alone) 이미징 시스템으로서 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 시각화를 위한 센서는 용량성(capacitive) 미세가공(micromachined) 초음파 트랜스듀서들(CMUT), 압전(piezoelectric) 미세가공 초음파 트랜스듀서들(PMUT) 또는 임의의 다른 적절한 트랜스듀서들을 포함할 수 있다. 그러나, 검토와 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 설명하는 대부분의 예들은 CMUT 센서들의 사용에 중점을 둔다.
디바이스, 일반적으로
본 개시의 디바이스들은 일반적으로 환자에 대한 바늘 또는 캐뉼라의 반-자율 또는 완전 자율 위치결정(positioning)에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스들은 전체 및/또는 미세 위치결정, 맵핑(mapping) 및 추적 요소들, 바늘 제어 및 위치결정 요소들, 위생 처리 및 천자 부위 준비 요소들, 통증 관리 요소들, 환자 기분전환(distraction) 요소들 등과 같은 반-자율 또는 완전 자율 기능들을 제공하는 다양한 특징들을 포함할 수 있다.
본 개시의 디바이스는 환자의 피부 상에 놓여서 피부와 접촉하는 사이드로부터 다른 사이드 상에 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 특정 실시예들에서, 이러한 디바이스들은 가볍고, 얇고, 및/또는 충분한 해상도로 이미지들을 생성할 능력을 가지고 및/또는 다양한 시술들에 대한 실-시간 스캔(scan) 제어를 유지하도록 구성된다. CMUT, PMUT 또는 기타 적합한 트랜스듀서들은 이미지들을 실-시간으로 캡처하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 응용 분야들을 위해 디바이스를 최적화하기 위해 CMUT와 PMUT의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 상세한 이미징 데이터를 얻기 위해 일부 구역들 내의 CMUT 트랜스듀서들을 포함할 수 있고, PMUT 트랜스듀서들은 디바이스의 전력 소비를 줄이기 위해 다른 구역들 내에서 이용될 수 있다. 트랜스듀서들 이 외에도, 이러한 디바이스들은 트랜스듀서들에 결합될 수 있는 집적회로 상의 혼합된 신호 전자장치들을 포함할 수 있다. 이러한 디바이스는 감지(sensing) 집적회로로부터 데이터를 수신하고 디스플레이 서브시스템과 인터페이스할 수 있다. 스캔 내의 각각의 빔(beam)의 경우, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, "FPGA")와 같은 디지털 컴포넌트는 빔 각도, 주파수 및 기타 다수의 파라미터들을 결정하기 위해 집적회로에 필요한 파라미터들을 전송할 수 있다.
도 1a 내지 도 1i에 도시된 바와 같이, 이러한 디바이스의 일 실시예에서, 본 개시의 디바이스(10)는 일반적으로 3개의 컴포넌트들 즉, 하우징(100), 베이스(200) 및 삽입기 조립체(300)를 포함한다. 하우징(100)은 위치결정 요소, 맵핑 요소 및 추적 요소, 바늘 제어 요소 및 위치결정 요소, 통증 관리 능력, 환자 기분 전환 등과 같은 디바이스의 기능을 제공하는 다양한 요소들를 포함한다. 따라서, 하우징(100)은 이러한 모든 요소들을 수용하기에 충분한 사이즈를 가진다. 예를 들어, 병원 내에서 매일 다수 회의 바늘 삽입들을 수행하고 다수의 바늘들 및 기타 액세서리들과 결합할 수 있는 능력이 필요한 디바이스는 상대적으로 큰 하우징이 필요할 수도 있는 반면, 휴대용으로 구성되고 다양한 바늘들 및 기타 액세서리들과 결합할 필요가 없이 특정 용용 분야들에 맞게 설계된 디바이스는 컴팩트한 하우징을 가질 수 있다.
베이스(200)는 환자의 피부 표면에 인접하게 디바이스를 위치결정하여 고정하기 위해 제공된다. 예시된 바와 같이, 베이스는 내부 용적을 구획하고 프레임(202)의 적어도 하나의 표면 상에 관통되는 개구(204)를 가진 외부 프레임(202)을 포함할 수 있다. 베이스(200)는 환자의 피부 표면 상에 장착되고 베이스에 부착된 적어도 하나의 스트랩(strap)에 의해 피부 표면에 고정될 수 있다. 개구(204)는 바늘 및/또는 캐뉼라를 포함하는 삽입기 조립체(300)가 위치될 수 있는 윈도우(206)를 제공한다. 또한, 개구(204)는 내비게이션 보조기(후술함) 및/또는 하우징(100)의 다른 요소들이 환자와 상호작용할 수 있게 한다.
또한, 하우징(100)은 하우징이 베이스(200)에 쉽게 부착되고 그것으로부터 분리될 수 있도록 하는 부착 피쳐(feature)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징(100)의 적어도 일부는 베이스(200)의 내부 용적 내부에 위치될 수 있고, 마찰 결합(fit), 자기 인력(magnetic attraction), 스냅 결합 등에 의해 제자리에 유지될 수 있다. 이러한 위치결정은, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 하우징(100) 내의 다양한 요소들의 개선된 기능을 위해 제공될 수 있는 윈도우(206)에 하우징이 매우 근접하게 할 수 있다. 대안적인 배열에서, 하우징(100)과 베이스(200)는, 분리되어 있고 연결가능한 구조 대신에, 통합된 구조일 수 있거나, 부가적으로 단일(monolithic) 구조일 수 있다.
삽입기 조립체(300)는 하우징(100)과의 간단한 결합을 허용하는 방식으로 팩킹되거나 수용될 수 있다. 예시된 바와 같이, 하우징(100)은 디바이스(10)가 조립된 후 삽입기 조립체(300)를 위한 유격(clearance)를 제공하는 리세스(101)(도 1c 및 1h 내지 도 1i)를 포함할 수 있지만, 다양한 요소들이 서로 결합되게 구성되는 다른 방법들도 생각해 볼 수 있다. 삽입기 조립체(300)는, 사용 전에, 베이스(200), 조립체(300) 및 선택적인 보호 바이저(visor)(700)의 상대적 위치결정을 유지하고, 사용 중에, 조립체(300)를 환자의 피부에 안정적으로 접촉시킬 수 있는 베이스를 제공하기 위해, 베이스(200)에 대해 개구(204)의 양쪽 사이드 상에 편평하게 놓일 수 있는 핀들(301)(도 1e)과 같이, 디바이스(10) 내부에서 끼워 맞춤, 안정성, 및 기능의 개선에 기여하는 피쳐들을 포함할 수 있다.
바늘 및/또는 캐뉼라에 부가하여, 삽입기 조립체(300)는 클램프들과 밸브들, 튜브의 길이, 필터들, 루어 락(luer lock)으로의 카테터 본체, 이들의 임의의 조합 등을 포함할 수도 있다. 이와 같이, 삽입기 조립체(300)는 전체 정맥내(intravenous) 시스템(당업계에 일반적으로 공지된 바와 같이) 또는 정맥내 시스템의 임의의 부분을 포함할 수 있지만, 삽입기 조립체는 일반적으로 정맥내 설치 프로세스를 시작하기 위해 적어도 바늘 및/또는 캐뉼라를 포함할 것이다. 대안적으로, 삽입기 조립체(300)는, 환자로부터 혈액 샘플을 채취하는 것과 같이 덜 복잡한 시술들을 위해 단지 바늘 또는 바늘과 바이알(bial) 만을 포함할 수 있다. 삽입기 조립체의 부가적인 예들은 아래에서 설명된다. 통합되거나 단일 구조의 상기 대안적인 배열에서, 삽입기 조립체(300)는 유사하게 통합되거나 단일 구조의 일부일 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 베이스(200)와 환자의 피부 표면 사이에 위치되도록 베이스(200)의 하부 사이드 상에 위치될 수 있는 보호 바이저(700)를 더 포함할 수 있다. 사용 전에, 및/또는 하우징(100)을 베이스(200)에 연결하기 전에, 바이저(700)는 개구(204) 내부에 삽입기 조립체(300)를 유지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 바이저(700)는 다른 기능들을 수행할 수 있는 다른 피쳐들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 천자 부위가 결정되면, 바이저(700)는 천자 부위에 위치결정하기 위한 살균 베이스(200) 표면을 노출시키기 위해 제거될 수 있도록, 천자 부위를 위치결정하는 동안 사용하기 위한 비살균(nonsterile) 표면을 제공할 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 바이저(700)는 천자 부위를 위치결정하는 동안 피부 표면을 살균하기 위해 그 위의 살균 조성물을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 바이저는 천자 부위의 스캐닝과 시각화를 도울 수 있는 광학적 특성을 포함할 수 있고, 및/또는 디바이스 상에 포함되는 경우, 초음파와 함께 사용하기 위한 식염수 하이드로겔 층을 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(20)를 도시한다. 디바이스(20)는 일부 측면들에서 전술한 디바이스(10)와 유사하고, 베이스(500) 상에 도킹(dock)될 수 있는 하우징(400)을 포함한다. 베이스(500)는 환자의 피부 표면 상에 디바이스를 장착하고 고정하기 위해, 적어도 하나의 스트랩(508)과 같은 환자 결합 피쳐를 포함할 수 있다. 또한, 베이스(500)는 도 1의 베이스(200)보다 더 얇게 구성됨으로써, 하우징(400)은, 자기 상호작용, 스냅 핏, 프레스 핏 등과 같이 원하는 방식으로 베이스(500)와 결합할 수 있다. 또한, 베이스(500)는 더 얇은 구조이므로, 개구(504)와 삽입기 조립체(600)는 베이스(500)의 상부 에지에 가깝기 때문에, 하우징(400)은 베이스의 체적 내부에 위치될 필요가 없다. 디바이스(20)는 하우징(400) 내부에 배치되거나 하우징에 부착된 요소들에 따라 다양한 범위의 기능들을 수행할 수 있고, 전술한 바와 같이, 패치 등과 같은 다른 피쳐들을 포함할 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 디바이스(20)는 개구(504) 및 사용 전에 그 안에 위치되는 플레이트(550)를 포함한다. 플레이트(550)는 하우징(400)이 베이스에 결합될 때까지 베이스(500)에 대하여 삽입기 조립체(600)의 위치를 고정할 수 있는 홀더(552)를 포함한다. 하우징(400)이 베이스에 결합되면, 하우징(400)은 삽입기 조립체(600)와 결합되어 플레이트(550)를 불필요하게 만든다. 이와 같이, 플레이트(550)는 팩키징 내부에 그리고 사용 전에 베이스(500)에 대한 삽입기 조립체(600)의 상대적 위치를 유지하는데 특히 유용하다. 예를 들어, 플레이트(500)는 베이스가 패키지로부터 제거되고 베이스가 환자의 천자 부위 또는 그 근처에 위치되면 제자리에 남아 있을 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 베이스가 패키지로부터 제거되면, 피부 표면 상에 위치되기 전에 플레이트(550)가 제거되도록, 베이스는 하우징(400)에 결합될 수 있다. 개구(504)는 원하는 임의의 사이즈일 수 있고, 예시된 바와 같이, 베이스 및 그 안의 다양한 요소들이 피부 표면에 자유롭게 접근할 수 있도록 상당히 크다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 다른 실시예를 예시한다. 예시된 바와 같이, 디바이스(30)는 하우징(700)과 베이스(800)를 포함하고, 본 실시예에서, 베이스는 랩-어라운드 브레이스(wrap-around brace) 형태이다. 이러한 베이스(800)는 천자 부위를 위치시키고, 손 또는 발 위에 삽입기 조립체(미도시)를 위치결정하는데 특히 유용할 수 있다. 본 실시예에 더하여, 하우징(700)은 베이스(800)에 대해 고정되지 않을 수 있지만, 대신에 적어도 1 자유도 운동으로 이동가능하다. 위에서 논의된 바와 같이, 하우징은 디바이스에 기능을 부여하기 위해 다양한 전자장치를 포함할 수 있다. 반면에 도 1a 내지 도 2e는 팔의 길이를 따라 움직일 수 있고, 베이스(800)는 손 또는 발의 특정 해부학적 구조의 주위에 묶인다. 따라서, 베이스는 이용가능한 제한된 움직임을 가질 수 있기 때문에, 하우징(700)은, 아래에서 논의되는 바와 같이, 천자 부위를 위치시키고 삽입기 조립체를 통과시키기 위해 베이스에 대해 이동할 수 있다. 또한, 베이스(800)는, 도시된 바와 같이, 베이스와 물리적으로 및/또는 전자적으로 통합되거나, 베이스로부터 독립되고 분리되어((예, 도 4a의 지혈대(1801)) 천자 부위에 근접하게 위치되는(즉, 천자 부위와 심장 사이) 지혈대(tourniquet)(801)을 포함할 수 있다. 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 물리적으로, 전기적으로 및/또는 소프트웨어를 통해, 통합된 지혈대는 하우징에 부가적인 기능을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 도 4a 내지 도 4i는 베이스, 하우징을 포함하는 디바이스의 다양한 실시예들을 도시하고, 각각은 선택적으로 통합된 지혈대(도 4a, 도 4b, 도 4h 및 4i만 지혈대를 도시함)를 포함할 수 있다. 이들 실시예들의 각각은, 하우징으로부터 분리되고 사용 중에 서로 연결될 수 있는 베이스를 포함하는 별도의 또는 모듈식 설정을 포함할 수 있고, 또는 대안적으로, 베이스와 하우징은 통합된 구조일 수 있고, 또는 부가적으로 단일 구조일 수 있다.
도 4a는 디바이스(130)가 베이스(1800) 및 하우징(1700)을 포함하는 하나의 그러한 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 베이스(1800)는 일반적으로 직사각형인 하우징(1700)을 수용하는 일반적으로 직사각형인 개구(1804)를 가진 가늘고 긴 형상이다. 베이스(1800)는 2개의 스트랩들(1808a,1808b)로 도시되어 있지만, 임의의 갯수의 스트랩 또는 실제로 환자에 대해 베이스를 고정하기 위한 임의의 다른 고정 피쳐를 포함할 수 있다. 또한, 하우징(1700)은 그 위에 삽입기 조립체(1900)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 디바이스(130)는 커넥터(1802)를 통해 베이스(1800) 및/또는 하우징(1700)에 연결될 수 있는 지혈대(1801)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 커넥터(1802)는 단단하기 때문에 지혈대와 베이스 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있고, 결과적으로 환자에 대해 배치된 후에 보다 안정된 구조가 될 수 있다. 대안적으로, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 커넥터(1802)는 유연할 수 있고, 또는 지혈대와 하우징 사이의 와이어 연결(예, 통신, 전력 등을 위한)일 수도 있다.
디바이스(130)는 하우징(1700)과 개구(1804)가 베이스(1800)와 하우징(1700) 사이의 상대적인 이동을 가능하게 하는 단순화된 설정을 제공할 수 있기 때문에, 개구(1804)가 의도된 천자 부위의 일반적인 위치(예, 환자의 상부 팔뚝(upper forearm) 위)에 맞도록 베이스(1804)(및 선택적으로 지혈대(1801))는 환자에 대해 고정될 수 있다. 베이스(1800)가 고정된 상태에서, 원하는 천자 부위가 위치되고 삽입기 조립체(1900)가 그와 정렬될 때까지 사용자는 구멍(1804) 내부에서 및/또는 환자의 피부를 따라 및/또는 그 위에서 하우징(1700)을 내비게이트(navigate)할 수 있다. 도시된 바와 같이, 하우징(1700)은 개구(1804) 내부의 임의의 방향으로, 즉 x-방향(즉, 사이드에서 사이드로), y-방향(즉, 길이를 따라, 또는 지혈대쪽을 향해/지혈대로부터 멀어지게), 및/또는 z-방향(즉, 환자의 피부쪽을 향해/피부로부터 멀어지게) 이동할 수 있다.
도 4b 내지 도 4e는 디바이스(130)에 대한 다양한 대안적인 실시예들을 도시한다. 구체적으로, 도 4b 내지 도 4d의 각각은 전술한 디바이스(130)와 유사한 하우징과 본체를 포함하지만, 본체와 연관된 스트랩은 상이하다. 예를 들어, 도 4b의 디바이스는 환자의 손이나 발에 부착하기에 적합할 수 있는 단일의 옵셋(offset) 스트랩을 포함한다. 즉, 스트랩은 하우징(및 삽입기 조립체)에 대해 근위에 위치됨으로써 스트랩이 손이나 발의 보다 안정적이고 넓은 부분 상에 위치될 수 있는 반면, 삽입기 조립체는 원하는 천자 부위와 정렬하기 위해 더 잘 위치될 수 있다. 한편, 도 4c는 일반적으로 중앙에 있고 본체와 하우징과 정렬되는 스트랩을 포함한다. 이러한 변형은 여전히 손이나 발에 위치결정하는데 적합할 수 있지만, 또한 이러한 변형은 팔뚝 위와 같은 다른 위치에 위치결정하는데 더 적합할 수 있다. 유사하게, 도 4d의 디바이스는 훨씬 더 넓은 스트랩을 포함할 수 있으므로, 팔뚝 또는 위쪽 팔 또는 다리와 같이, 더 큰 해부학적 구조에 더 적합할 수 있다. 더 넓은 스트랩은, 도 4a의 2-스트랩 변형과 유사하게, 디바이스에 부가된 고정과 안정화를 제공할 수 있다. 스트랩들은 환자의 피부와 접촉하는 의료 디바이스와 함께 사용하기에 적합하고 원하는 임의의 재료로 형성될 수 있고, 원하는 경우 코팅을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 스트랩은 하우징(1700)과 연관된 내비게이션 및 기타 기능을 도울 수 있는 하이드로겔 등과 같은 전도성 재료로 형성되거나 이것을 포함할 수 있다.
도 4e는 베이스가 하우징을 완전히 둘러싸지 않을 수 있는 베이스(1800)의 변형을 도시한다. 대신에, 베이스 내부의 개구(1809)가 개방-끝단(open-end)이 되도록 베이스는 불완전하다. 베이스가 완전하거나 불완전한 정도는 원하는 모양을 만들 수 있게 한다.
도 4f는 디바이스(130')의 또 다른 실시예를 제공하지만, 베이스(1800')는 일반적으로 직사각형 모양 대신에, 굴곡 끝단들을 포함하기 때문에, 반대쪽 끝단에서 굴곡을 가진 직사각형이다. 하우징(1700')은 개구(1804')와 유사한 모양이다. 또한, 스트랩(1808')이 포함될 수 있고, 원하는 임의의 모양일 수 있다. 본 실시예에서, 개구(1804')의 폭과 하우징(1700')의 폭은 유사하거나 유사에 가까울 수 있으므로, 하우징(1700')은 y-방향(예, 개구(1804')의 길이를 따라, 그리고 굴곡 끝단들의 어느 하나를 향해) 이동할 수 있지만, x-방향(예, 사이드로)으로 제한된 움짐임을 갖거나 절대로 움직이지 않는다. 이러한 실시예는, 예를 들어, 하우징(1700')의 모든 사이드-대-사이드 이동은 아니더라도, 대부분을 제한하는 것과 함께, 하우징(1700')의 이미징 또는 내비게이션 피쳐의 길이방향 패닝(panning)이 요구되는 경우에, 유용할 수 있다. 대안적으로, 스트랩은 또한 사이드-대-사이드 방향(X-방향)(도 6a과 관련하여 아래에서 논의되는 바와 같이)으로 하우징이 슬라이딩되게 하는 스트랩 개구를 포함할 수 있다.
도 4g 내지 도 4i는, 베이스(2800)와 하우징(2700)을 포함하기 때문에 전술한 디바이스(130)와 특정 방식으로 유사한 디바이스(230)의 또 다른 대안적인 실시예를 도시하지만, 본 실시예에서, 베이스와 하우징은 모두 일반적으로 원형이고, 베이스(2800)는 일반적으로 원형인 개구(2804) 및 단일 스트랩(2808)을 포함한다. 위에서 논의된 다른 실시예들에서와 같이, 디바이스(230)는 또한 디바이스(230)의 통합된 측면일 수 있는 지혈대(2801)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 4g 내지 도 4i는 본 명세서에 개시된 임의의 실시예와 함께 사용될 수 있는 지혈대의 다른 변형을 도시하고, 이러한 변형에서, 지혈대(2801)는 유선 연결(2802)을 통해 하우징(2700)에 전기적으로 연결될 수 있지만, 이러한 연결은 블루투스 또는 다른 무선 능력(예, 도 8d 내지 도 8e에 예시됨) 또는 다른 연결을 통해 이루어질 수 있다. 대안적으로, 지혈대는 물리적으로 및 통신적으로 디바이스(230)와 완전히 독립적 일 수 있다. 또한, 도 4h 내지 4i는 본 명세서에 개시된 디바이스들의 다양한 잠재적인 해부학적 위치들을 도시하고, 따라서, 디바이스(230)는 손, 팔뚝, 상완(upper arm) 또는 목 상에 위치되는 것으로 도시되어 있다. 또한, 지혈대가 사용되는 경우, 예를 들어, 손 위에 디바이스(230)가 위치되는 경우, 지혈대(2801)는 천자 부위로의 혈류를 관리하기 위해, 하우징(2700)과 삽입기 조립체(2900)에 근접하게 위치된다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4g의 디바이스(230)의 하우징(2700)의 대표적인 방향 이동들을 도시한다. 도 5a는 유선 연결(2802)을 통해 통신하는 통합 지혈대(2801)를 가진 디바이스(230)를 도시한다. 예를 들어, 도 5b는 삽입기 조립체가 아크(R)를 따라 회전하도록 하우징(2700)과 삽입기 조립체(2900)가 본체(2800)에 대해 회전할 수 있는 방법을 예시한다. 이러한 회전 능력은, x-방향, y-방향 및 z-방향으로 개구(2804) 내에서 하우징(2700)을 이동시키는 능력과 함께, 위에서 논의된 바와 같이, 개구(2804) 내부에서 삽입기 조립체(2900)의 무한한 수의 위치들이 가능하게 함으로써, 2개의 그러한 위치들은 도 5c 및 도 5d에 도시되어 있다.
다른 실시예에서, 도 6a 및 도 6b는 도 4f 디바이스(130')의 형상과 유사한 디바이스(130')의 다른 실시예를 도시하지만, 하우징(1700")이 개구(1804") 내부에서 y-방향으로만 이동(pan)할 수 있도록 전술한 x-방향 이동(예, 사이드-대-사이드)이 실질적으로 제거된다. 또한, 디바이스(130")는 스트랩(1808") 내부에서 베이스(1800")(또는 하우징(1700") 또는 다른 구조)의 일부가 주행할 수 있는 스트랩 개구(1809")을 포함함으로써, 하우징(1700")에 부가적인 이동 방향을 제공한다. 따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 하우징(1700")은 x-방향(즉, X-pan), y-방향(즉, Y-pan), 및 아크를 따라 회전되게(즉, Rotate) 이동할 수 있다. 하우징(1700")이 이러한 각각의 방향으로 이동할 수 있는 능력은 도 5a 내지 도 5d의 하우징(2700)과 매우 유사하고, 환자에 대한 하우징(1700")(및 존재하는 경우, 삽입기 조립체)의 무한한 갯수의 가능한 위치들을 제공한다.
도 7a 및 도 7b는 단일의 본체와 하우징(3800,3800') 및 본체/하우징(3800,3800')에 대해 이동할 수 있는 삽입기 조립체(3900,3900')를 포함하는 디바이스(330,330')의 또 다른 실시예들을 도시한다. 예를 들어, 도 7a에서, 조립체(3900)는 환자의 해부학적 구조에 대한 조립체(3900)의 미묘한 움직임을 허용하기 위해 하나 이상의 마이크로모션 메커니즘(3950)을 통해 본체/하우징(3800)에 대해 이동가능할 수 있다. 유사하게, 조립체(3900')는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 조립체(3900)의 이동을 유사하게 제공할 수 있는 볼 조인트 메커니즘(3950')을 통해 본체/하우징(3800')에 연결될 수 있다. 메커니즘(3950,3950')은 임의의 "XYZRTD”방향들(아래에 정의됨)로 조립체(3900')의 이동을 가능하게 하고, 약간의 증분으로 그러한 이동을 제공할 수 있다.
도 1a 내지 도 6b의 다양한 디바이스들은 비교적 많은 양의 움직임을 제공하지만, 도 7a 및 도 7b의 디바이스(330,330')는 상대적으로 적은 양의 움직임에 관한 것이다. 따라서, 이러한 디바이스들은 다른 방식들로 사용될 수 있다. 예를 들어, 천자 부위가 이미 결정되면(본체/하우징(3800,3800')의 사용에 의해 또는 다른 디바이스에 의해), 디바이스(330,330')는 위치가 결정될 것이므로, 천자 부위가 정확하게 결정될 때까지 디바이스(330)는 환자에게 고정되지 않을 것이다. 대안적으로, 위에서 논의된 다른 디바이스들은 천자 부위가 요구되는 일반적인 영역에 위치될 수 있고, 그러면 이러한 디바이스는 환자에게 고정되고, 이어서 하우징 및/또는 삽입기 조립체는 원하는 천공 부위를 찾기 위해 이동될 수 있다. 물론, 본 명세서에서 설명된 임의의 디바이스들은 이러한 동작 특징들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 비교적 큰 움직임과 비교적 작은 움직임 모두를 수행할 수 있다(즉, 비교적 큰 움직임들은 천자 부위를 찾는데 사용될 수 있고, 상대적으로 작은 움직임들은 천자 부위를 관통하여 바늘 팁을 조작하는데 사용할 수 있다).
선택적인 지혈대로 돌아가서, 도 8a 내지 도 8c는 디바이스(즉, 하우징/본체)에 대한 선택적 지혈대(2801)의 다양한 위치들을 도시한다. 예시된 변형들은 가능한 위치들이지만, 디바이스의 하우징/본체에 대한 지혈대의 임의의 다른 위치들이 상정된다. 마찬가지로, 무선(2801')(또는 물리적으로 연결되지 않은) 지혈대(2801)는, 도 8d 및 도 8e에 도시된 바와 같이, 원하는 대로 하우징/본체(230)에 대해 임의의 거리에 위치될 수도 있다.
도 105를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 브레이스(24000)가 도시되어 있다. 브레이스(24000)는 지혈대의 장력을 조정하기 위한 통합 스트랩을 가진 지혈대(24004)를 포함한다. 패드(24002)를 수용하는 윈도우(24006)가 제공된다. 시각화 디바이스들과 삽입기 조립체들을 포함하는 다양한 디바이스들은 윈도우(24006)에 독킹될 수 있다.
또한, 다양한 다른 유형의 스트랩들은 위에서 논의된 임의의 디바이스들과 함께 사용될 수 있고, 이들 중 일부는 아래에 더 완전하게 개시 및 예시된다. 또한, 단일의 베이스와 단일의 하우징 대신에, 본 개시의 디바이스는, 각각 별도의 기능 또는 원하는 기능들의 일부를 수행할 수 있는 다수의 하우징들을 포함할 수 있다.
도 21a 및 21b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(40)를 도시한다. 디바이스(40)는 일반적으로 전술한 실시예의 디바이스(20)와 유사하지만, 도 21a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 외부 프레임(502')을 통과하여 연장되는 스트랩(508')을 포함한다. 이러한 배열은 사전(pre)-주입 패치(700')가 스트랩(508')(도 21b) 위에 배치되거나 스트랩(508') 아래(미도시)에 배치될 수 있게 한다. 스트랩(508')은 스트랩(508')이 사전-주입 패치 위에 배치될 때 사전-주입 패치(700')를 고정하는데 사용될 수 있다.
도 22를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(50)가 도시되어 있다. 디바이스(50)는 일반적으로 전술한 디바이스(40)와 유사하지만, 외부 프레임(502')과 인터페이스하는 다수의 모듈들을 포함한다. 정맥 준비(preparation) 모듈(500A)은 스트랩(508')에 의해 환자에게 부착되는 외부 프레임(502')에 부착된다. 정맥 준비 모듈(500A)은 동맥(전형적으로 압축가능성이 낮은)에 비해, 정맥을 결정하는데 도움을 준다. 또한, 정맥 준비 모듈(500A)은, 더 많은 캐뉼러 조건들을 위해, 즉 루멘의 사이즈를 증가시키고 더 용이한 표적이 되기 위해, 더 최적화되고, 더 넓어지고(dilated), 및/또는 피부(dermal) 표면에 더 가깝게 상승하도록, 혈관들을 자극하기 위해 진동하거나 가볍게 두드리는(tapping) 모션을 구현할 수 있다. 그러면, 정맥 준비 모듈(500A)은 혈관구조(vasculature)를 조사하고 이상적인 삽입 부위들을 식별하기 위해 이미저 모듈(500B)로 대체될 수 있다. 마지막으로, 캐뉼러 모듈(500C)은 외부 프레임(502')에 결합되어 준비되고 미리결정된 정맥 위치에 바늘을 배치할 수 있다. 본 실시예에서, 바늘 삽입 시술을 위한 3개의 모듈들을 가진 디바이스가 설명되어 있지만, 다른 실시예들은 다른 시술들을 위해 특별히 구성된 2개, 4개 또는 그 이상의 모듈들을 구비할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 다양한 스트래핑(strapping) 구성은 도 23a 내지 도 23c에 도시되어 있다. 도 23a는 베이스(100) 아래에 적용될 수 있는 스트랩(608)을 도시한다. 도 23b에 도시된 바와 같이, 스트랩(708)은 베이스(100)를 통과하여 연장된다. 도 23c에 도시된 바와 같이, 스트랩(808)은 베이스(100)의 상부에 배치될 수 있다. 요구되는 스트래핑 구성은 환자에게 디바이스를 부착하는데 필요한 고정 방식에 따라 선택할 수 있다.
다른 실시예에서, 도 24a 내지 도 24c에 도시된 자동-조임(tightening) 스트랩(1008)이 제공된다. 자동-조임 스트랩(1008)은 디바이스를 고정하기 위해 화살표 방향(1009)으로 표시된 바와 같이 부속기관(appendage) 주위를 자동으로 조이도록 구성된다. 자동-조임 스트랩(1008)은 시술 동안 정확한 장력을 제공하는 원하는 장력으로 조이도록 눈금을 맞출 수 있다. 자동-조임 스트랩은 자가(self)-조임 스트랩이기 때문에, 디바이스를 부속기관에 고정하기 위해 작업자의 조작이 필요없다. 도 24c에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 자동-조임 스트랩(1008)은 디바이스에 대한 이상적인 위치를 찾기 위해 고정 축(1110)을 따라 디바이스가 자동적으로 조정되게 한다.
도 25a 내지 도 25i를 참조하면, 본 개시의 스트랩의 다양한 실시예들이 도시되어 있다. 도 25a에 도시된 스트랩(508A)은 환자에 의해 착용되어, 작업자는 바늘 삽입 전에 하우징(100)을 부착할 수 있다. 바늘 삽입 또는 다른 시술이 완료되면, 하우징(100)은 스트랩(508A)으로부터 쉽게 분리되어 스트랩(508A)을 수술 부위에 남길 수 있다. 부착된 스트랩(508A)은 필요한 경우 동일한 수술 부위에 접근하기 위해 재사용될 수 있다.
도 25b에 도시된 스트랩(508B)은 하나 이상의 자가-조임 지혈대들(509B)을 포함한다. 자가-조임 지혈대(509B)는 바늘 삽입 중에 정맥 혈류를 차단하기 위해 정맥 주위를 자동적으로 조일 수 있다.
도 25c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 스트랩(508C)을 도시한다. 스트랩(508C)은 팔이나 다리와 같은 환자의 부속기관에 부착될 수 있는 슬리브로 구성된다. 하우징(100)은 슬리브 상의 개구(509C) 또는 사이드 슬롯(510C)을 통해 스트랩(508C)에 부착될 수 있다. 스트랩(508C)은 폴리에스테르, 스판덱스 등으로 만들어져서, 환자의 신체와 통합될 수 있는 로우(low) 프로파일 슬리브를 형성할 수 있다.
도 25d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 스트랩(508D)을 도시한다. 스트랩(508D)은 스트랩을 수용하기 위한 슬롯(509D)을 가진 하우징(100D)을 고정하도록 구성된다. 도 25d에 도시된 바와 같이, 스트랩(508D)은 하우징(100D)을 스트랩에 고정하기 위해 하우징(100D) 위로 슬라이딩되어 슬롯(509D)에 끼일 수 있다.
도 25e는 본 개시의 다른 실시예에 따른 스트랩(508E)을 도시한다. 스트랩(508E)은 표적 수술 부위에 하우징(100)을 고정하는 웨이트들(509E)을 포함한다. 작업자는 수술 부위에 하우징(100)을 배치하고 부속기관의 양쪽 사이드 상에 웨이트들(509E)이 자유롭게 매달리게 할 수 있다. 따라서, 하우징(100)은 웨이트들(509E)의 무게 작용만을 이용함으로써 수술 부위에 안전하게 부착될 수 있다.
도 25f를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 스트랩(508F)이 도시되어 있다. 스트랩(508F)은 디바이스가 사용되지 않을 때 하우징(100) 주위를 감싸는 날개들을 가진 접을 수 있는 본체로서 구성된다. 따라서, 도 25f에 도시된 바와 같이, 스트랩(508F)은 편리하게 개방되어 하우징(100)으로부터 측방향으로 연장되어디바이스를 환자에게 부착할 수 있다. 스트랩(508F)에 접착제 또는 기타 고정 수단을 부가하여 환자에 대한 스트랩의 부착을 향상시킬 수 있다.
도 25g 내지 도 25i는 본 개시의 다른 실시예에 따른 스트랩(508G)을 도시한다. 스트랩(508G)은 클램프(510G)에 의해 개방(도 25h) 및 폐쇄(도 25i)될 수 있는 하나 이상의 지혈대들(509G)을 포함한다. 하우징(100)에 의해 이상적인 수술 위치가 식별되면, 도 25i에 도시된 바와 같이, 클램프(510G)는 표적 위치에 디바이스를고정하기 위해 록킹될 수 있다. 본 실시예에서 클램프가 도시되어 있지만, 걸쇠(clasp), 브래킷(bracket), 그립(grip) 등과 같은 다른 고정 수단이 사용될 수 있다.
도 26a 및 26b는 본 개시의 부착 수단의 실시예를 도시한다. 도 26a는 원위 끝단에 부착된 접착층(702)을 가진 하우징(100)을 도시한다. 도 26a에 도시된 바와 같이, 작업자는 접착층(702)을 벗겨 내고 원하는 수술 부위에 하우징(100)을 단단히 부착할 수 있다. 도 26b는 다수의 구멍들(705)을 가진 원위 표면에서 흡입 층(704)을 가진 하우징(100)을 도시한다. 흡입 생성 수단(미도시)은 하우징(100)이 부속기관에 단단히 부착되도록 진공을 생성한다. 하우징(100)은 흡입을 차단함으로써 수술 부위로부터 쉽게 탈착 및 제거될 수 있다. 부착 수단들(702,704)은 스트래핑 없이 디바이스를 부속기관에 안전하게 배치할 수 있도록 함으로써, 디바이스를 이용하여 어린이에게 시술들을 수행할 때 이러한 부착 수단은 특히 유용할 수 있다.
도 27은 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(60)를 도시한다. 디바이스(60)는 작업자가 표적 수술 부위에 디바이스를 단단히 고정하기 위해 자신의 손가락을 넣을 수 있는 슬롯(61)을 포함한다. 따라서, 디바이스(60)는 시술 중에 작업자가 디바이스(60)를 잡고 고정하기 위해 단순히 자신의 손가락을 사용할 수 있기 때문에 부착 수단 또는 고정 수단이 불필요하다.
본 개시의 부가적이고 대안적인 실시예들이 도 28 내지 도 33에 예시되어 있다.
디바이스의 구성들
도 1a 내지 도 2e에 도시된 바와 같이, 특정 실시예들에서, 본 개시의 디바이스는 대부분 단일-피스 유닛으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 디바이스는 본 명세서에서 논의된 다양한 기능 요소들을 포함하는 단일의 하우징으로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징은 베이스로부터 분리될 수 있기 때문에, 베이스가 먼저 환자에게 위치된 후, 하우징이 베이스로부터 분리될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 하우징과 베이스는 또한 전체 디바이스가 환자에게 한 번에 위치되도록 단일의 일체형 유닛일 수 있다.
부가적으로, 디바이스의 하우징과 베이스의 구성에 관계없이, 삽입기 조립체는 하우징과 베이스로부터 분리될 수 있으므로, 예를 들어, 베이스와 하우징이 배치되면(단일 유닛으로서 또는 개별적으로 결합가능한 유닛들로서), 삽입기 조립체는 환자 상에서 이어지는 활용을 위해 디바이스에 삽입될 수 있다. 또한, 디바이스가 이미 제자리에 위치된 후에 디바이스에 의해 결합될 수 있는 바늘을 제공하면, 작업자가 선택된 혈관에 대해 적절한 사이즈와 모양의 바늘을 선택할 수 있으므로 기능의 유연성이 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 하우징은 재사용가능한 요소이다. 이것은 하우징에 다양한 전자 디바이스와 기타 고비용 컴포넌트들이 포함되므로 유용하다. 또한, 베이스는 재사용가능할 수 있거나, 대안적으로, 베이스는 일회용이 될 수 있도록 저비용 폴리머, 직물, 종이-기반 재료들 등으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 하나의 예에서, 재사용가능한 하우징이 각각의 새로운 베이스에 연결된 상태에서, 새로운 베이스는 각각의 환자와 함께 사용될 것이다. 또한, 재사용가능한 하우징은 직렬화(serialize)될 수 있고, 및/또는 과산화수소(hydrogen peroxide) 챔버, 진공 세정 시스템과 같은 알려진 고수준 소독 방법을 견딜 수 있고, 및/또는 스테리스(Steris) 등과 같은 다른 세척 시스템을 통한 담금(immersion) 또는 처리를 위해 침수(예, IP67 이상)될 수 있다. 하우징은 내부 공기 공극(void)이 없거나 거의 제로(0)에 가까운 고체 상태일 수 있고, 유체 및/또는 기체의 침입을 방지하기 위해 밀폐적 씰(seal)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 베이스 (200)는 일회용일 수 있는 반면, 하우징(100)은 재사용가능하고 모든 삽입 시술에 대해 하우징(100)이 새로운 베이스(200)에 도킹되게 할 수 있다. 대안적으로, 베이스(200)는 살균되어 미리정해진 만큼 사용될 수 있고 그 후에 교체될 수 있다. 또한, 재사용가능한 베이스는 매번 사용할 때마다 새로울 수도 있는 바이저(700) 상에 장착될 수 있으므로, 베이스는 특히, 원하는 천차 부위의 초기 위치결정 동안 오염으로부터 보호될 수 있다. 바이저 이외의 또는 그것을 대신하는 살균 장벽은 베이스 주위에 부가되어 최종적인 위치결정 직전에 제거될 수도 있다. 이러한 제거가능한 살균 장벽은, 천자 부위의 선택 전에 피부의 상대적으로 넓은 영역을 디바이스가 내비게이트할 경우 특히 유용할 수 있으므로, 넓은 피부 영역의 살균이 불필요하다. 예를 들어, 살균 장벽은 천자 부위를 선택한 후 베이스로부터 미끄러지거나 벗겨질 수 있는 유연한 플라스틱 필름일 수 있다.
다른 실시예에서, 바늘과 베이스는 키트로서 함께 팩킹될 수 있다. 선택적으로, 바이저(700)는 베이스와 함께 바늘을 유지하기 위해 베이스 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 바이저는 개구(204)의 적어도 일부를 덮을 수 있고, 하우징에 의한 바늘의 단순화된 수집을 위해, 바늘 또는 삽입기 조립체(300)를 개구에 대한 위치에 유지하는 리세스 또는 다른 결합 피쳐를 포함할 수 있다. 하우징이 베이스에 부착되면, 바늘은 하우징에 부착되거나 그렇지 않으면 베이스와 하우징에 대해 제자리에 고정될 수 있다. 선택적으로, 하우징에 대해 베이스가 맞물리면, 바이저는 자동적으로 떨어질 수 있다. 예를 들어, 하우징이 베이스와 삽입기 조립체와 맞물리면, 삽입기 조립체는 개구를 아래로 눌러 바이저를 베이스로부터 멀어지게 밀어낼 수 있다.
하우징은 전술한 바와 같이 원하는 임의의 요소들을 포함할 수 있고, 하우징은 재사용가능할 수 있으므로, 다양한 전기적 컴포넌트들과 기계적 컴포넌트들을 수용할 수 있다. 예를 들어, 하우징은 천자 부위 정맥 삽입 지점들의 3D 스캔된 동적 및 정적 이미지들을 디스플레이하기 위한 그래픽 사용자 인터페이스("GUI"), 바늘의 삽입 및 후퇴를 위한 서보-모터들 등을 포함할 수 있다. GUI는 반-자율 디바이스들 내에 포함되는 반면, 자율 디바이스는 GUI를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 대안적으로, 자율 또는 반-자율 디바이스들은 하우징의 일부로서 GUI가 아닌 외부 GUI를 포함할 수 있다. 전체적으로 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 상정되는 다양한 디바이스의 실시예들은 작업자들이 휴대할 수 있을 만큼 충분히 작다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 것들과 같은 특정 디바이스들은 일반적으로 직사각형이지만, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 것들과 같이, 디바이스는 본 명세서에서 논의된 바와 같은 다른 모양들로도 제조될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 다양한 디바이스들은 상이한 사이즈들로 제조될 수 있고, 특정 응용 분야들을 위한 윤곽 형상들을 가질 수 있고, 그러한 예들은 본 명세서에서 논의된다.
디바이스의 베이스 부분은 강성 또는 유연성 재료로 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 다양한 해부학적 위치들에서 베이스를 사용하기를 원하는 경우, 베이스는 특정 구조를 구성하는 해부학적 구조와 결합할 수 있는 유연한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 또한, 환자에 대해 디바이스를 유연하게 부착하기 위해, 스냅-피팅 피쳐들, 스트랩들, 접착제들 또는 기타 유사한 부착 수단과 같은 대안적인 결합 피쳐들은 베이스를 포함하는 키트 내에 포함될 수 있다.
또한, 디바이스는 키트로서 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 키트는 적어도 하나의 베이스, 적어도 하나의 스트랩, 다양한 응용 분야들을 위한 다양한 바늘과 컴포넌트 조합들을 가진 적어도 하나의 삽입기 조립체, 적어도 하나의 보호 바이저, 및 적어도 하나 또는 다수의 커플링 겔 패드 등을 포함한다. 예를 들어, 정맥 및 천자 부위의 위치 식별을 용이하게 하고 삽입 중에 피부 표면을 안정화시키기 위해, 이러한 키트 내에 지혈대는 포함되어 키트와 함께 사용될 수 있다. 이러한 키트는 재사용가능한 하우징과 결합될 수 있고, 키트는 일회 또는 다수회 사용을 위한 적어도 하나의 새로운 하우징을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 키트는 적어도 하나의 베이스와 적어도 하나의 삽입기 조립체를 포함한다. 또한, 키트는 하우징을 포함할 수 있고, 또는 재사용가능한 하우징은 키트와 함께 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 키트는 적어도 하나의 하우징과 적어도 하나의 베이스를 포함한다. 또한, 적어도 하나의 삽입기 조립체가 포함될 수 있고, 또는 적어도 하나 또는 다수의 커플링 겔 패드들과 함께 별도로 공급될 수 있다.
키트에 대한 전술한 임의의 예시적 실시예에서, 각각의 컴포넌트는 개별적으로 팩키지되거나 단일 팩키지 내에 함께 제공될 수 있다. 예를 들어, 단일 패키지는 하나의 하우징, 및 개별적으로 팩키징되고/살균된 다수의 베이스들 및/또는 바늘들을 포함할 수 있다. 또한, 키트 내에 하나 이상의 베이스들 및/또는 삽입기 조립체들이 있는 경우, 단일의 베이스는, 살균 조합으로서, 개별적인 삽입기 조립체와 함께 팩킹될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같은 임의의 키트는 적어도 하나의 보호 바이저, 적어도 하나의 지혈대 등을 포함할 수 있다.
디바이스는 특정 응용 분야들에 따라 완전히 또는 부분적으로 조립될 수 있다. 예를 들어, 완전히 조립된 디바이스는 응급 의료 기술자에 의해 응급 상황에서 용이하게 사용되어 환자의 정맥 내 접근을 가능하게 한다. 완전히 조립된 디바이스는 응급 상황에서 바늘 삽입 시술을 수행하는데 필요한 단계들의 수를 줄일 것이다. 이러한 완전히 조립되어 즉시 사용 가능한 디바이스는 응급실, 전장(battlefield) 및 야전 병원, 구급차 등에 유용할 수 있다. 대안적으로, 디바이스가 부분적으로 조립되면 더 많은 유연성을 제공할 수 있고, 특정 응용을 위해 작업자는 디바이스를 커스터마이즈하여 보다 광범위한 응용들에 디바이스를 사용할 수 있다. 이렇게 부분적으로 조립된 디바이스는 수술실, 혈액 은행, 실험실, 병원 등에 유용할 수 있다.
일 실시예에서, 디바이스는, 인체공학적 보조기(들) 및 수동 제어, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI, 본 명세서에서 디스플레이라고 함) 등과 같은 작동 제어들을 포함할 수 있는 보호 하우징과 통합되고, 웨이퍼 모양을 가진 센서 구조를 포함한다. 부가적으로, 예를 들어, 서브-표면 이미징 능력, 바늘 또는 캐뉼라 추적 등을 제공함으로써 캐뉼라 공정 내에서 사용자를 도울 수 있는 다른 외부 피쳐들을 포함할 수 있다.
도 65a 및 도 65b에 예시된 바와 같이, 사용 방법의 하나의 예시적인 실시예에서, 사용자는 디바이스(4000)를 잡고 그것을 환자의 피부(4002) 상에 또는 그 위에 위치시킨다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 디바이스(4000)는 도 65a에 도시된 바와 같은 적절한 혈관을 찾기 위해 환자의 피하(subdermal) 해부학적 구조를 연구하기 위한 센서 또는 센서 어레이(4004)를 포함한다. 또한, 적절한 혈관을 찾는 것은 피부 표면 상의 원하는 천자 부위(4008)를 결정하는 것이므로, 천자 부위에서 피부를 뚫고 들어가면 궁극적으로 원하는 혈관 내에 바늘(4006)을 위치시키게 될 것이다. 그러면, 디바이스(4000)는 도 65b에 도시된 바와 같이 그것이 천자 부위(4008)에 접근함에 따라 바늘(4006)을 추적할 수 있다. 이어서, 도 65c 및 도 65d에 도시된 바와 같이, 사용자는 바늘(4006)을 천자 부위로 조작하고 천자 부위에서 피부를 통해 조작한다. 환자 내부로 들어가면, 디바이스의 센서/센서 어레이(4004)를 사용하여 바늘의 팁(4010)이 추적되어 혈관에 접근하는 바늘 팁을 관찰하고, 도 65e에 도시된 바와 같이, 바늘 팁이 혈관 속으로 향하도록 사용자를 안내한다. 바늘 팁(4010)이 혈관 내에 위치되면, 혈관에 캐뉼러가 꽂히고 사용자는 원하는 시술을 수행할 수 있다.
도 66a 내지 도 66e는 본 명세서에 개시된 디바이스(4000)가 손(도 66a 및 도 66e)으로부터, 팔(도 66a), 목(도 66b), 발(도 66d)에 이르기까지 환자에게 사용될 수 있는 다양한 예시적인 위치들을 도시한다. 이러한 예시된 위치들은 일반적으로 순환계의 관삽입(cannulation)을 위한 주요한 위치들인 것으로 알려져 있지만, 신체 상의 다른 위치들 역시 이러한 디바이스들을 사용하기 위한 바람직한 위치들일 수 있고, 또한 그렇게 구상된다.
이러한 디바이스들에 대하여 다음과 같은 대표적인 물리적인 실시예들 및 하위-변형예들이 제시된다. 특정 실시예들은 특정 특징들, 컴포넌트들 및/또는 기능들을 예시할 수 있지만, 이러한 특징들, 컴포넌트들 또는 기능들의 임의의 하나는, 바람직하거나 유용한 임의의 조합들 또는 구성들로 임의의 다른 대표적인 실시예 내에 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 67a 내지 도 67c를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 실질적으로 편평한 직사각형 디바이스(5000)가 도시되어 있다. 바닥 표면(5014)은 이미징 센서(5004)에 의해 적어도 부분적으로 또는 완전히 덮여 있다. 도 67b에 도시된 바와 같이, 디바이스(5000)는 사용자의 손에 의해 조작될 수 있는 사이즈를 가진다. 반대 사이드는 적어도 부분적으로 또는 완전히 뷰잉(viewing) 스크린(5012)으로 형성된다. 또한, 뷰잉 스크린은, 사용자가 디바이스와 인터페이스할 수 있도록, GUI를 포함하거나, 다른 제어 능력을 가질 수 있다.
도 67c는 본 발명의 디바이스(5000)의 컴포넌트들을 노출시되는 절단 사시도이다. 예시된 바와 같이, 디바이스는 상부 표면 상의 디스플레이(5012), CMUT(5004) 또는 CMUT와 함께 사용되거나 결합될 수 있는 기타 센서와 같은 이미징 센서, 배터리(5016), 메인 PCB(인쇄 회로 기판)(5007) 및 카메라 PCB(5005)를 포함한다. 위에서 설명한 바와 같이, CMUT 어레이 대신 PMUT 센서 어레이가 사용될 수 있다.
하우징(5009)은 사용자의 손에 의한 위치결정을 수용하도록 형성되고, 또한 바늘 또는 캐뉼라(5006)를 위치결정하기 위한 개선된 형태를 제공하기 위한 절개 부(cut out)(5011)를 포함할 수 있다. 특히, 절개부(5011)는 디스플레이 상에 보여지는 해부학적 구조에 바늘 또는 캐뉼라가 더 잘 접근하게 하는 역할을 할 수 있다. 즉, 바늘은 디스플레이 상에 보여지는 혈관 부분에 더 가깝게 도달할 수 있다.
또한, 도 67b에 도시된 바와 같이, 디바이스(5000)는 피부에 대한 바늘 또는 캐뉼라의 초기 삽입을 위해 제안된 천자 부위(5008)를 마킹(5013)하는 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저, 카메라, 집중 조명(예, LED), 또는 기계식 조준 디바이스가 포함되어 사용자가 환자의 피부 상의 최상의 천자 부위를 찾는데 도움을 줄 수 있다.
선택적으로, 디바이스는 디바이스의 바닥 표면과 피부 사이에 위치될 수 있는 패드 또는 다른 중간층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패드는 시각화를 강조하기 위해 전도성 겔로 형성될 수 있다. 또한, 패드는 살균, 마킹/조준, 또는 기타 피쳐들을 디바이스에 부여할 수 있다. 또한, 디바이스는 재사용가능하지만, 겔 패드는 일회용일 수 있다.
도 68a 내지 도 68d를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(6000)가 도시되어 있다. 디바이스(6000)는 일반적으로 전술한 디바이스(5000)와 유사하므로, 동일한 요소들은 6000-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 언급된다. 본 실시예의 디바이스(6000)는 일단에서 로우-프로파일의 고정된 인체공학적 보조기를 가진 확장된 브릭(brick)을 포함한다. 인체공학적 보조기는 클립(6014)일 수 있고, 사용자가 편리하게 휴대할 수 있도록 포켓(pocket) 클립으로서 접힐 수 있다. 도시된 바와 같이, 디바이스는 포켓 내에 휴대하기에 적합한 사이즈이다. 선택적으로, 디바이스(6000)는 무선 충전을 위한 충전 코일(6017)을 포함할 수 있고, 또는 유선 충전을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.
도 68c는 센서로서 CMUT(6004), 디스플레이(6012) 및 PCB(6007)를 포함하는 디바이스(600)의 단면도를 도시한다. 선택적으로, 이러한 디바이스는 무선 충전을위한 충전 코일을 포함하거나, 유선 충전을 위한 어댑터를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이러한 디바이스는 환자의 피부 표면 상에 천자 부위(6008)를 위치시키는 것을 돕기 위한 레이저, 카메라 등을 포함할 수도 있다.
도 69a 내지 도 69c를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(7000)가 도시되어 있다. 디바이스(7000)는 일반적으로 전술한 디바이스(5000)와 유사하므로, 유사한 요소들은 7000-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들을 부여하였다. 디바이스(7000)는 사용자가 디바이스를 조작하는 것을 돕기 위해 회전가능하게 배치되는 인체공학적 핸들(7026)을 구비한다. 핸들(7026)은 보관을 위해 편평하게 접히거나, 도 69b에 도시된 바와 같이, 비-전개(undeployed)될 때 편리한 휴대를 위한 포켓 클립으로서 접기 위해 약간 들어 올려질 수 있다.
도 70a 내지 도 70c를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(8000)가 도시되어 있다. 디바이스(8000)는 일반적으로 전술한 디바이스(5000)와 유사하므로 동일한 요소들은 8000-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들이 부여되었다. 디바이스(8000)는 사용자가 디바이스를 조작하는데 도움을 주기 위해 뺐다 넣었다 할 수 있게 배치되는 인체공학적 노브(knob)(8026)를 포함한다. 노브(8026)는 2개의 손가락으로 디바이스(8000)의 압력/각도/견인을 제어할 수 있다. 선택적으로, 노브(8026)는 사용 중 안정성을 높이기 위해 사용자의 손가락에 그것이 "클램프"되도록 비-전개된 위치에서 바이어스될 수 있다.
도 71a 내지 도 71d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(9000)를 도시한다. 디바이스(9000)는 일반적으로 전술한 디바이스(5000)와 유사하므로, 유사한 요소들은 9000-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들을 부여하였다. 디바이스(9000)는 사용자가 디바이스를 피부 상에 눌러서 미끄러질 때 사용자를 도울 수 있도록 상승되어 "경사진(ramped)" 영역을 가진 끝단(9028)을 포함한다. 경사진 끝단(9028)은 예를 들어, 열가소성 엘라스토머(TPE)와 같은 공동-성형된 폴리머와 같은 마찰-유도 재료의 부가층을 포함할 수 있다.
도 72a 및 72b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(10000)를 도시한다. 디바이스(10000)는 일반적으로 전술한 디바이스(5000)와 유사하므로, 동일한 요소들은 10000-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들을 사용한다. 디바이스(10000)는 강성(스프링, 도어 힌지 등) 또는 세미-플렉스블(리빙 힌지, 탄성 재료 등)일 수 있는 힌지(10030)와 함께 일단 근처에 결합된 2-피스(two-piece) 구조를 포함한다.
각각의 피스는 전술한 단일-피스의 실시예보다 더 얇을 수 있고, 디바이스의 다양한 컴포넌트들은 피스들의 어느 하나의 내부에 위치될 수 있고, 그러한 구성의 하나는 도 72a에 도시되어 있다.
도 72a에 도시된 바와 같이, 2-피스 구조는 편리한 운반을 위해 사용자가 포켓 에지에 디바이스(10000)를 슬라이드시킬 수 있게 한다. 치차(10032)는, 포켓 에지를 2개의 피스들 사이로 이동시켜 그 안에 결합시키기 위해 포켓 에지에 대해 치차의 만곡된 표면을 슬라이딩시킴으로써, 디바이스가 셔츠 포켓 에지(또는 디바이스가 클립될 다른 구조)와 결합되게 할 수 있다.
도 73a 및 73b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(10100)를 도시한다. 디바이스(10100)는 일반적으로 전술한 디바이스(10000)와 유사하므로, 동일한 요소들은 10100-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들을 사용한다. 디바이스(10100)는 강성(스프링, 도어 힌지 등) 또는 세미-플렉스블(리빙 힌지, 탄성 재료 등)일 수 있는 힌지(10130)를 이용하여 그 일단 근처에 결합된 2-피스 구조를 포함한다. 힌지는 2개의 층들을 서로 결합시키도록 바이어스될 수 있다. 힌지(10130)는 전술한 디바이스(10000)의 힌지보다 더 안쪽(inboard)에 있으므로, 도 73b에 도시된 바와 같이, 사용자는 포켓 또는 다른 구조에 쉽게 클립할 수 있도록 2-피스를 분리하기 위해 힌지 끝단을 보다 쉽게 압착할 수 있다.
도 74a 내지 도 74c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(10200)를 도시한다. 디바이스(10200)는 일반적으로 전술한 디바이스(10100)와 유사하므로, 동일한 요소들은 10200-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호로 지칭된다. 디바이스(10200)는 2개의 층들이 확장가능한 포스트(10232)를 통해 장치 내에 결합되는 2-층 구조를 포함한다. 포스트(10232)는 텔레스코픽(telescopic)일 수 있고, 또는 그렇지 않으면 도 74c에 도시된 바와 같이 길이방향으로 확장될 수 있고, 또는 도 74a 및 도 74b에 도시된 바와 같이 2개의 층들과 피벗 또는 힌지 관계를 가질 수 있다. 포스트(10232)는 2개의 층들을 결합시키는 방향으로 내측을 향해 바이어스될 수 있으므로, 사용자는 2개의 층들의 대향하는 곡선 에지들을 결합시키고, 층들 사이로 손가락을 강제로 밀어 넣어, 도 74b에 도시된 바와 같이 층들을 분리시킬 수 있다. 바이어싱 동작은 사용 중에 디바이스(10200)가 안정성을 위해 사용자의 손가락을 능동적으로 파지하도록 한다. 대안적으로, 포스트(10200)는 사용자에 의해 제어되는 틈새를 유지하기 위한 래칫(ratcheting) 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 층들은 서로 멀어지게 확장될 수 있고, 사용자가 자신의 손가락을 층들 사이에 놓으면, 층들은 래칫 메커니즘을 따라 서로를 향해 다시 이동하고 손가락에 대해 층들을 편안하게 안착시킬 수 있는 위치에 배치(및 유지)될 수 있다. 층들이 서로를 향해 바이어스되는 위의 변형예에서, 포스트는 서로를 향하는 층들의 움직임을 늦출 수 있는 감쇠기(dampener)를 포함할 수 있다.
바이어스 부분 또는 래칫 부분, 또는 노브 또는 기타 핸들을 포함하는 본 명세서에 개시된 임의의 실시예에서와 같이, 이러한 구조들은 사용 중에 디바이스에 대한 사용자의 안정적인 연결을 허용할 수 있고, 또한 이러한 구조들은 사용자에 대해 디바이스를 고정하기 때문에, 사용자가 디바이스를 더 잘 잡을 필요없이 사용자가 환자의 피부로부터 떨어지게 디바이스를 들어올릴 수 있게 한다. 마찬가지로, 디바이스가 사용자의 손가락에 단단히 부착된 경우에, 환자의 피부에 대해 역-견인력(reverse-traction)을 적용하는 것이 더 쉬울 수 있고, 이렇게 하면 동시에 엄지와 함께 정맥을 안정시키는 데 도움이 될 수 있고(디바이스를 유지하기 위해 엄지 손가락이 필요하지 않기 때문), 사용자가 실수로 디바이스를 떨어뜨리는 것을 방지할 수 있다.
도 75a 내지 도 75c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(10300)를 도시한다. 디바이스(10300)는 일반적으로 전술한 디바이스(5000)와 유사하므로, 동일한 요소들은 10300-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 디바이스(10300)는, 위에서 논의된 다른 예시적인 실시예와 유사하게, 바늘(10306)이 피부에 들어갈 수 있는 위치에서 절개부(10336)를 포함한다. 도 75b에 도시된 바와 같이, 절개부(10336)는 천자 부위(10308)를 노출시키기 위해 필요한 임의의 사이즈일 수 있다. 절개부(10336)의 양측에 있는 디바이스의 2개의 다리들(10337) 상에 위치된 센서들은, 천자 부위(10308)에서 피부에 처음으로 들어갈 때 바늘(10306)의보다 나은 이미징을 위해 노치 내부에서 환자의 영역을 감지할 수 있다.
또한, 절개부(10336)의 내부면들은, 바늘이 천자 부위에서 피부에 처음으로 들어가기 전 및/또는 처음으로 들어갈 때 바늘의 더 나은 이미징을 위해, 카메라, 금속 센서들 또는 기타 전술한 표면 센서들이 함께 장착될 수 있다.
도 76a 및 도 76b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(10400)가 도시되어 있다. 디바이스(10400)는 일반적으로 전술한 디바이스(5000)와 유사하므로, 동일한 요소들은 10400-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호를 언급한다. 디바이스(10400)는 환자의 피부에 인접하게 또는 그 위에 위치될 감지(sensing)층(10404), 및 디스플레이(10412)를 포함하고, 감지층은 디스플레이에 대해 각지게 위치된다. 이러한 디스플레이의 위치는 사용자의 눈에 더 수직으로 되는 보기 화면(viewing screen)을 제공할 수 있으므로, 특히 환자 옆에 있는 의자에 사용자가 앉아 있거나 그렇지 않으면 천자 부위와 디바이스의 측면에 위치되는 경우 개선되고 더 접근 가능한 보기가 가능하다. 상기 각도는, 예를 들어, 약 1°내지 약 90° 사이의 임의의 원하는 각도일 수 있다.
사용자는 인체공학적으로 텍스처(textured) 그립 표면(10440)(도 76a) 및/또는 오목하거나 오목한 표면(1042)(도 76b) 위에 안착된 감지층(10404) 위에 그들의 손가락을 놓을 수 있다. 텍스처 그립 표면(10440)은 견인력이 좋은 재료(예, 고-마찰 고무 패드)로 형성될 수 있다. 도 76b는 CMUT 센서(10404)(또는 다른 센서)를 나타내기 위해 절개되었음을 유의해야 한다. 디바이스(10400)는 위에서 논의된 다른 노치들 및 절개부들과 유사하고, CMUT 센서 어레이(10404)에 가깝게 위치될 수 있는 천자 부위에 바늘이 접근할 수 있는 공간을 제공할 수 있는, 노치(10411)를 더 포함할 수 있다.
도 77a 내지 도 77c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(10500)를 도시한다. 디바이스(10500)는 일반적으로 전술한 디바이스(10400)와 유사하므로, 동일한 요소들은 10500-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호로 나타낸다. 디바이스(10500)는 서로에 대해 각을 이루는 감지층(10504)과 디스플레이(10512)를 포함한다. 또한, 본 실시예의 디바이스는 사용자에 의한 결합을 위해 디바이스(도시된 바와 같이, 감지층 위에 위치됨) 상의 노브(10548)를 포함한다. 따라서, 사용자는 그들의 손가락을 층들 사이에 넣을 수 있으므로 인체공학적 노브가 사용자를 도와서 디바이스를 조작하게 할 수 있다.
도 77b 및 도 77c에 도시된 바와 같이, 노브(10548)는 단순화된 저장을 위해 또는 디바이스를 사용하는 가능한 방법들을 확장하기 위해 접을 수 있다. 전술한 바와 같이, 노브는 텔레스코픽으로 또는 다른 방식으로 확장될 수 있고, 접힌 위치와 같은 특정 위치를 향해 바이어스될 수 있다.
도 78a 내지 78c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(10600)를 도시한다. 디바이스(10600)는 일반적으로 전술한 디바이스(10500)와 유사하므로, 동일한 요소들은 10600-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호로 지칭된다. 디바이스(10600)는 감지층 부분(10604)과 디스플레이 부분(10612)을 포함하지만, 이러한 부분들은 강성(스프링, 도어 힌지 등) 또는 세미-플렉스블(리빙 힌지, 탄성 재료, 등)일 수 있는 힌지(10652)를 통해 연결된다. 힌지(10652)는 2개의 층들을 결합시키기 위해 바이어스될 수 있다. 대안적으로, 힌지는 서로에 대해 일정한 설정 각도로 2개의 부분들을 유지하도록 래칫을 포함할 수 있다.
디바이스(10600)를 사용하는 경우, 사용자가 바늘이 없는(non-needle) 손의 하나 또는 두 개의 손가락들을 2개의 부분들 사이의 공간 속으로 삽입하거나, 하나의 부분을 다른 부분으로부터 후퇴시킨 다음 분리된 부분들 사이로 하나 또는 두 개의 손가락들을 배치함으로써, 2개의 부분들은 분리될 수 있다.
힌지가 바이어스되는 대안적인 실시예에서, 2개의 부분들은 손가락 주위를 포근하게 폐쇄할 수 있다. 선택적으로, 폐쇄(closing) 동작이 느리고 제어되도록 힌지는 감쇠될 수 있다. 반대로, 래칫형 힌지의 변형에서, 손가락 주위의 부분을 폐쇄하여 사용자의 손에 디바이스를 편안하게 배치할 수 있다. 또한, 각각의 부분의 내면은 그립(10654) 또는 기타 인체공학적 재료/형상을 포함함으로써, 사용 중 디바이스에 부가적인 안정성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 부드럽고 견인력이 높은 재료는 손가락에 디바이스를 고정하는데 도움이 될 수 있다. 힌지는 0°내지 180°사이, 예를 들어, 약 1°내지 약 90°사이의 원하는 임의의 각도를 얻을 수 있다.
도 79a 내지 도 79h는 천자 부위(5008)에 대한 접근을 제공하고 및/또는 천자 부위로 바늘(5006)을 안내시키기 위해 사용되는 노치(5011) 또는 다른 표적화 피쳐(targeting feature)의 다양한 실시예들을 도시한다. 예를 들어, 도 79a는 예시적인 표적화 디바이스 즉, 원하는 천자 부위(5008)를 하이라이트시키는 레이저(10700), 스포트라이트들(10702) 등을 도시한다. 환자의 피부 상의 이러한 광 위치(10702)는 디바이스에 대해 일정하고 고정될 수 있고, 또는 대안적으로, 디바이스의 소프트웨어 및 환자의 기본 해부학저 구조에 대한 인식을 기반으로 이동될 수 있다.
도 79b에 도시된 다른 실시예에서, 적어도 하나로서 대표되는 기계적 표시기(10800)는, 디바이스의 노치 내에서 중간(middle) 위치(10802)를 향하는 예시된 3개의 물리적 마커들로 표현된다. 디바이스의 사용에서, 이러한 마커(들)를 사용하여 바늘이 노치 내부의 피부를 향하고 그 안에 위치된 천자 부위(5008)로 향하게 할 수 있다.
도 79c에 도시된 다른 실시예에서, 디바이스는 광-기반 표적화 디바이스(10900)를 포함할 수 있으므로, 천자 부위(5008)는 투사된 조명(10902)(예, 레이저 도트, 투사된 광 십자선, 레이저 라인 등)에 의해 피부 상에 표시된다. 환자의 피부 상의 위치결정은 일정하고 디바이스에 대해 고정될 수 있고, 또는 대안적으로, 디바이스의 소프트웨어 및 환자의 기본 해부학적 구조에 대한 인식을 기반으로 이동될 수 있다.
다른 실시예에서, 도 79d에 예시된 디바이스는 도 79c에서 설명된 것과 유사한 광-기반 표적 디바이스(11000)를 포함할 수 있다. 그러나, 도시된 바와 같이, 투사된 조명(1102)은 또한 디바이스에 의해 환자의 피부 상에 투사되는 라인(11004)을 포함한다. 이러한 라인은 바늘이 천자 부위(5008)에서 피부에 닿기 전에 정확한 X-Y 경로를 따라 바늘을 정렬하고 조준하는 사용자를 더 도울 수 있다.
도 79e 내지 도 79g에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서, 디바이스(5000)는 바늘 요소(12004)에 무선으로 연결하기 위해 예를 들어, 블루투스와 같은 연결 기능(12002)을 포함할 수 있다. 바늘 요소는 바늘(5008)에 부착되거나, 바늘에 통합되어 디바이스에 무선으로(예, 블루투스를 사용할 수 있도록) 연결될 수 있다. 바늘 요소(12004)는 가속도계 또는 자이로, 또는 다른 센서 디바이스일 수 있다. 가속도계 또는 자이로의 예에서, 가속도계는 디바이스에 대한 바늘(5008)의 위치를 확인할 수 있다. 블루투스 연결을 통해, 디바이스는 바늘의 조준 축, 피부의 표면(특히, 천자 부위)에서 해당 축의 교차점 등을 확인할 수 있고, 이러한 정보는 디바이스의 디스플레이 상에 이미지 및/또는 바늘의 위치에 대한 데이터를 생성(전술한 바와 같이)하는데 사용될 수 있다. 도 79e 내지 도 79f에 도시된 바와 같이, 바늘 요소(12004)는 바늘(5008) 상에 간단히 클립될 수 있고, 또는 바늘의 본체에 고정하는 다른 부착 메커니즘을 구비할 수 있다.
도 79h에 도시된 바와 같이, 디바이스는 바늘이 피부에 접촉하기 전에 바늘 팁(5010)의 위치 및 샤프트 각도를 결정할 수 있도록 피부 위(예, 스크린 아래 또는, 도시된 바와 같이, 절개부 주위의 다리의 내부 표면)에 있는 적어도 하나의 센서(13002)를 포함한다. 이러한 센서들은 비전(vision)/카메라 기반이거나, 바늘의 금속(예, 자력(magnetism)을 통해) 등을 감지할 수 있다. 바늘이 피부 내부로 삽입되기 전에 바늘의 가상 표현(13004)이 스크린 상에 나타날 수 있으므로, 스크린 상에 나타나는 피부 아래(sub-surface) 정맥과 시각적으로 X-Y 정렬될 수 있다(사용자의 눈으로 직접 관찰할 때 바늘의 실제 팁이 흐릿하더라도). 피부 아래로 천자 부위를 통과하면, 바늘은 디바이스의 CMUT 센서들 등과 같은 디바이스 상의 다른 센서들을 통해 스크린 상에서 계속 볼 수 있다.
위에서 설명된 임의의 디바이스는 또한 디바이스의 바닥 표면과 피부 사이에 위치될 수 있는 패드 또는 다른 중간층을 포함할 수 있다. 그러한 패드(14000)의 일례는 도 80a 내지 도 80c에 도시되어 있다. 예를 들어, 패드는 시각화를 강조하기 위해 전도성 겔(14004)로 형성될 수 있다. 벗김(peel-away) 커버(1402)는 사용 전에 겔(14004)을 보호할 수 있다. 또한, 패드는 살균, 마킹/조준 또는 기타 기능을 디바이스에 부여할 수 있다. 또한, 디바이스는 재사용가능하지만, 겔 패드는 일회용일 수 있다. 작업자가 패드를 재사용하기 위해 사용한 층들을 제거하거나 원하지 않는 층들을 제거하여 환자의 특정 요구들에 맞게 패드를 커스터마이즈할 수 있도록, 층들은 벗겨질 수 있다.
내비게이션/이미징
위에서 논의된 바와 같이, 본 발명의 디바이스는 예를 들어, 환자의 천자 부위를 찾고 바늘을 환자에게 삽입하기 위해, 반-자율 또는 자율 사용에 적합한 다양한 기능들을 포함한다. 천자 부위를 찾는 기능과 관련하여, 디바이스는 천자 부위를 찾기 위한 내부 시각화를 지원하는 내비게이션 능력을 포함할 수 있다. 내비게이션 능력은 원하는 혈관을 찾기 위해 환자의 해부학적 구조를 검사할 수 있다. 예를 들어, 내비게이션은 초음파, X-선, 적외선("IR"), 근적외선("NIR"), 확산 IR, 음향, 광음향(optoacoustic), 포토음향(photoacoustic), 발광 다이오드("LED"), CMUT, 편광 LED, 비디오 카메라, 트랜스조명(transilumination) 또는 기타 기술들을 활용하는 센서들을 포함할 수 있다. 다른 기술들을 사용하는 센서들은 단일 디바이스 내에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 트랜스조명 센서는 일반적인 정맥 위치에 대한 예비적인 시각 데이터를 신속하게 제공하는 제1 시각화 도구로서 작동할 수 있고, 이를 통해 작업자는 디바이스를 일반적인 정맥 위치 위에 놓고 그 구역 내에서 제2 센서를 사용하여 천자 부위를 찾아 낼 수 있다. 제2 센서는 정밀하고 상세한 이미징 정보를 제공하는 초음파 센서일 수 있다. 이중-센서 접근 방식은 속도와 정밀도의 균형을 유지하여 내비게이션 성능을 최적화한다. 센서들의 유형에 관계없이, 내비게이션 센서들은 디바이스가 그 위에 놓여지면 환자의 피부 영역을 자동적으로 스캔할 수 있는 6자유도를 가진 자율 디바이스 내에서 완전히 변환가능(translatable)할 수 있다. 반-자율 디바이스는 고정되거나 부분적으로 변환가능한 내비게이션 센서들을 가질 수 있다. 예를 들어, 초음파 내비게이션 센서들을 가진 반-자율 디바이스는 정맥들을 3D 내에 맵핑하기 위해 초음파 트랜스듀서들의 제1 및 제2 트랜스버스(transverse) 어레이를 포함할 수 있다.
내비게이션 출력은 시각적, 청각적 또는 촉각적으로 작업자에게 통신될 수 있다. 시각적 디스플레이는 디바이스 상의 GUI를 통해 제공되거나, 천자 부위의 혈관들과 일반적인 피하 상태의 3-차원 맵핑을 보여줄 수 있는 원격 디스플레이 스크린으로 전송될 수 있다. 이러한 맵핑은 원하는 대로 동적(실시간) 및/또는 정적 이미징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내비게이션 센서들을 천자 부위에 직접 배치하여 삽입을 모니터링하기 위해 실시간 이미징이 천자 부위에서 획득되는 반면, 정적 이미징은 작업자에 대한 시각적 피드백을 개선하기 위해 더 넓은 영역의 지도를 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 시각적 디스플레이는 피부 표면에 직접 투사되어, 맵핑된 정맥들을 참조하여 천자 부위(들)를 표시하고, 레이저 또는 기타 광 투사들을 이용하여 천자 부위 가이드들로서 증강될 수 있다. 시각적 피드백을 향상시키기 위해, 이미지 확대기(magnifier)들, 대비 해상도 조정기(adjuster)들 및 기타 이미지 최적화 피쳐들이 포함될 수 있다. 또한, 청각(audible) 및 햅틱(haptic) 출력 피드백은 사용자 인터페이스를 개선하기 위해 시각적 디스플레이와 통합될 수 있다. 예를 들어, 청각 신호들은 디바이스에 통합될 수 있고 천자 부위의 정확한 위치를 더 지원하기 위해 시각적 디스플레이와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 이중-센서 접근 방식에서 위에서 설명한 바와 같이, 제1 센서 출력은 청각 신호들로만 통신될 수 있으므로, 임의의 시각적 디스플레이 피드백이 없어도 작업자가 제2 센서 스캔 작업을 위해 천차 부위를 빠르게 좁힐 수 있다.
내비게이션 능력은 피부 아래의 정맥의 위치와 깊이를 식별하는 능력뿐만 아니라 혈관과 혈류의 다른 주요 측면들을 식별하는 능력도 포함할 수 있다. 예를 들어, 도플러(Doppler) 초음파는 혈류 방향과 혈류 상태를 감지하고 디스플레이하는데 사용될 수 있다. 이것은 시술자가 천자 부위를 자율적으로 정확하게 식별할 수 있도록 유동의 방향에 따라 동맥들과 정맥들을 구별하고, 속도, 압력 및 온도와 같은 혈류 조건을 평가한다. 대안적으로, 디바이스는 작업자가 식별하는 이러한 정보를 반-자율적으로 처리하여 천자 부위로 안내할 수 있다. 신경들의 근접성과 위치를 감지하고 천자 부위와 궤도가 신경들로부터 떨어져 있는지 확인하기 위해 신경 모니터들이 디바이스에 포함될 수 있다. 이상적인 천자 부위들을 결정함에 있어서 정맥 판막(venous valve)들과 분기(bifurcation)가 식별되고 평가될 수 있다.
또한, 디바이스는 바늘 삽입, 바늘 고정 및 바늘 후퇴 동안 피드백을 제공하는 제2 센서를 구비할 수 있다. 예를 들어, 디바이스의 힘 센서들은 성공적인 바늘 침투에 대한 데이터를 릴레이하고 다른 센서들로부터 얻은 시각적 피드백을 보완할 수 있다. 힘 센서와 촉각 센서는, 바늘이 정맥을 관통하는 과도한 삽입력을 방지하기 위해 촉각 피드백을 제공함으로써, 손목(wrist) 정맥 및 기타 유사한 정맥 위치들에 접근하는 시술들에서 특히 유용할 수 있다.
또한, 속도 센서 또는 압력 센서는 디바이스와 결합되어, 바늘이 삽입된 후 제자리에 단단히 유지되고 있다는 것을 작업자가 확인할 수 있게 한다. 예를 들어, 만약, 바늘이 삽입 후 혈관으로부터 실수로 빠지면, 이러한 센서들은 혈속 또는 압력의 변화들을 감지하여 작업자에게 경고할 수 있다.
본 명세서에 개시된 내비게이션 능력은 일반적으로 순환계와 관련하여 논의되지만, 이러한 내비게이션 능력은 피하 바늘 삽입 시술과 골내(intraosseous) 바늘 삽입 시술에도 사용될 수 있다. 유사한 내비게이션 시스템들은 이러한 시술들에 대해 사용될 수 있다.
환자의 신체 상의 특정 위치들에서, 표적 혈관들은 특히 깊고 및/또는 매우 얕은 것과 같이 상대적으로 극단적인 위치에 있을 수 있다. 예를 들어, 손의 해부학적 구조는 이러한 위치들 내의 혈관들, 특히 표피 상의 혈관들과 피부 표면에 극도로 가까운 혈관들을 포함한다. 이와 같은 얕은 정맥들에 대한 부가적인 시야 깊이(depth of view)를 생성하기 위해, 하우징과 이미징 시스템은, 더 두꺼운 커플링 재료 또는 확장 또는 팽창 커플링 재료를 사용하여, 피부 표면으로부터 더 이격될 수 있다. 커플링 재료는 하이드로겔 또는 최소 손실 또는 왜곡으로 초음파를 전송하기에 적합한 다른 수성 기질(substrate)을 포함할 수 있다. 커플링 재료는 예를 들어, 정맥 깊이에 따라 더 두껍거나 더 얇은 커플링 패드를 선택하여 수동으로 변경할 수 있다. 또한, 커플링 재료의 두께 또는 성질은 압축가능하거나, 동적으로 조정가능할 수 있고, 모터, 펌프, 열 전달 등에 의해 구동되어 커플링 재료가 확대되거나 모양이 변경될 수 있다. 대안적으로, 커플링 멤브레인은 예를 들어, 신축성 초분자(supramolecular) 하이드로겔 등과 같은 형상 기억 성질을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 디바이스(10,20)와 같은 특정 디바이스들의 사용은 작업자에 의해 하우징(100,400)이 피부 표면 주위로 이동될 수 있지만, 특정 실시예들은 다양한 이유들로 인해 그러한 능력을 갖지 않는다. 예를 들어, 위에서 논의된 다양한 센서들에 부가하여, 일부 경우들에서, 내비게이션 시스템은 또한 피부 표면을 따라 하우징을 기계적으로 이동시킬 수 있는 능력을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b의 디바이스(30)는 움직이지 않도록 환자에게 고정되는 베이스(800)을 포함한다. 따라서, 하우징(700)은 천자 부위를 찾기 위해 환자의 피부를 따라 스캔하기 위해 베이스(800)에 대해 이동할 수 있는 능력을 포함한다. 하우징(700)을 이동시키는 이러한 능력은 자동화될 수 있거나, GUI 등을 사용하여 작업자에 의해 제어될 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 내비게이션 센서들은 전술한 바와 같이 임의의 것이 될 수 있다.
다른 실시예에서, 예를 들어, 도 4a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 이러한 디바이스들은 환자의 해부학적 구조를 스캔하고 적어도 하나의 천자 부위를 결정하기 위한 최소한의 내비게이션 기능을 수행하기 위해, 베이스에 대해 이동할 수 있는 하우징을 포함한다. 그러한 디바이스의 또 다른 예는 도 9a 및 도 9b에 예시되어 있고, 하우징(900)은 적어도 하나의 운동도(degree of motion)를 가지고, 도 9e에 도시된 바와 같이, 하우징(900)은 베이스(1000)에 대해 방향(R')으로 회전할 수 있다. 베이스(1000)는 다른 베이스(200,500)와 유사할 수 있지만, 베이스와 하우징이 서로에 대해 이동할 수 없는 부착 메커니즘 대신에, 베이스(1000)는 하우징(900)에 대한 회전가능한(swivelable) 연결을 포함한다. 베이스(1000)가 일반적으로 원하는 위치에서 그리고 요구되는 임의의 부착 메커니즘에 의해 환자에게 고정되면(예, 접착제, 스트랩 등), 회전가능한 연결은 하우징(900)이 환자의 피부 표면을 따라 일반 영역 내의 적어도 하나의 천자 부위에 대해 스캔하게 할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 하우징(900)의 내비게이션 능력은 작업자 인터페이스를 통해 자율적이거나 반-자율적일 수 있다.
부가적으로, 도 9a 내지 도 9d 및 도 9g 내지 도 9i는, 본 명세서에 개시된 다른 디바이스들 상에서 사용될 수 있는 이러한 디바이스의 다른 능력을 예시한다. 구체적으로, 하우징(900)의 상부 표면(901) 및 하우징(900)의 적어도 하나의 사이드 표면(902,903)은 GUI로 될 수 있는 스크린을 포함할 수 있으므로, 사용자를 위해 기본 해부학적 구조를 디스플레이할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상부 표면(901)은 상부(즉, 도 9g의 z-방향)로부터의 뷰를 디스플레이할 수 있는 반면, 적어도 하나의 사이드 표면(902)은 사이드(즉, 도 9i의 y-방향)로부터의 뷰를 디스플레이할 수 있다. 2개의 뷰들을 나타내는 능력은 사용자에 의한 향상된 뷰를 제공할 수 있고, 이것은 바늘의 보다 정확한 위치결정의 결과가 될 수 있다. 대안적으로, 디스플레이들의 하나 또는 모두는 부가적인 보기(viewing) 지원을 위해 단면 뷰(즉, 도 9h의 x-방향으로부터)를 보여줄 수도 있다. 대안적으로, 하우징(900) 상의 임의의 디스플레이는 이러한 임의의 뷰들 사이에서 토글될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e, 도 11a 내지 도 11c, 도 12a 내지 도 12c, 도 13a 내지 도 13b는, 만약 디바이스 상에 존재하는 경우, 사용자가 본 개시의 디바이스와 상호작용할 수 있는, GUI의 다른 실시예들을 예시한다. 아래의 실시예들은 GUI 상에 디스플레이될 수 있는 정보의 유형들의 예들이지만, 다른 변형들, 또는 심지어 다양한 실시예들의 조합을 생각할 수 있다. 또한, GUI는 특정 작업자가 원하는 정보를 표시할 수 있도록, 제조과정에서 또는 사용 전에 작업자에 의해 조정될 수 있음을 고려할 수 있다. 본 개시에 따른 GUI는 이미징 및/또는 수술 시술을 용이하게 하기 위해 디스플레이에 대한 다양한 렌더링(rendering)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정맥, 신경, 동맥 등과 같은 상이한 신체 부위들을 나타내기 위해 서로 상이한 색상들이 사용되어 이러한 신체 부위들의 디스플레이를 향상시킬 수 있다. 신체 부위들을 나타내는 색 구성은 표준 의료 관행에 따라 커스터마이즈되거나 제공될 수 있다.
이러한 내비게이션 시스템의 일 예에서, 도 10a 내지 도 10e는 하우징(100) 상의 예시적인 GUI를 도시한다. GUI는 순환계 내의 혈관들(1,2)의 대표적인 이미지뿐만 아니라 바늘(301)의 표현을 제공한다. 이 예에서 표현된 바와 같이, 정맥(1)과 동맥(2)은 모두 하우징(100)의 내비게이션 능력에 의해 위치되고, 단면 뷰로서 보여지고, 후속적으로 바늘(301)은 정맥(1)을 향하게 된다(후술됨). 예시된 바와 같이, GUI는 또한 오른쪽 사이드 상의 눈금자와 같은 다양한 내비게이션 보조기들을 포함할 수 있다. 도 10e 및 도 10e에 예시된 바와 같이, GUI는 또한 하우징 GUI 자체 상에 디스플레이되는 것에 부가하여 또는 그 대안으로서, 지혈대에서 사용자에게 정보를 제공하기 위해 지혈대 상에 위치될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 본 개시의 다른 실시예를 예시하고, 여기서 혈관들(1,2,3)은 조감도 또는 평면도로 예시되고, 바늘(301)은 화살표로 표시된다. 이 예에서, 3개의 잠재적인 천자 부위들은 각각의 혈관 내의 특정 길이들을 따라 점선들(11,12,13)로 지정된다. 이 예의 GUI는 바늘의 삽입((도 11c)을 위해 선택된 위치를 지정하는 혈관(1) 상의 점선(11)으로 예시된 박스를 포함한다. 이 예에서, 하우징(100)은 혈관(1) 상의 위치(11)의 깊이를 결정하고 베이스(200)에 인접하게 위치될 수 있는 환자의 피부 표면(미도시) 상의 천자 부위를 추정(extrapolate)하는 능력을 포함한다. 도 11b에서, 선택 박스에 의해 위치(11)가 지정되면, 반-자율 시스템의 경우, 작업자는 바늘 삽입을 시작하기 위해 하우징(100)과 상호작용할 수 있다. 예시된 바와 같이, 이러한 상호작용은 스와이프(swipe) 버튼(302)으로 지정된 GUI 상의 버튼(302)으로 수행될 수 있지만, 다른 형태의 상호작용도 생각할 수 있다. 그러면, 도 11c는 혈관(1) 내부의 바늘(301)의 길이를 설명하기 위해 가늘고 긴 화살표로서 보여지는 바늘(301)의 최종 삽입된 위치를 예시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 예컨대, 배터리 수명, 바늘 게이지, 혈관 직경(들) 등과 같은 임의의 원하는 정보는 GUI 또는 하우징(100)(또는 별도의 인터페이스) 상의 임의의 장소에서 디스플레이될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 예를 들어, 단면 뷰(도 12a)와 조감 뷰 또는 평면 뷰(도 12b)를 포함하는 다수의 뷰들 사이에서 하우징(100)이 전환하는 능력을 가질 수 있는 방법을 예시하는 본 개시의 다른 실시예를 예시한다. 도 11c와 유사한 도 12c는, 바늘(301)의 완전한 삽입을 예시한다. 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 유사하게, 예를 들어, GUI 상에 디스플레이되는 다양한 정보, 바늘(301)에 대한 제안된 삽입 위치를 지정하는 점선(11), 화살표에 의한 바늘(301)의 표시(도 12b) 및 가늘고 긴 바늘의 표시(도 12c)를 포함한다. 하우징(100) 상의 디스플레이의 사이즈에 따라, 디스플레이는 예를 들어, 단면 이미지와 평면 이미지 모두가 동시에 보여질 수 있도록 분할(split)-스크린 보기를 제공할 수 있다. 이러한 능력은, 멀티-스크린이 혈관들의 보다 직관적이고 사실적인 시각적 묘사를 제공하고 결과적으로 작업자가 환자의 혈관 내에서 바늘을 정확하게 찾도록 하기 때문에, 작업자-안내 또는 작업자-보조 바늘 삽입 시술(즉, 반-자율)에 특히 유용할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시의 다른 실시예를 도시하는 바, 하우징(100)은 초음파 이미지 및 초음파 이미지를 오버레이하는 정보를 디스플레이하는 능력을 가진 GUI를 포함한다. 도 11a 내지 도 12c의 그래픽 표현과 마찬가지로, 초음파 이미지들은 치수, 눈금자, 위치 좌표, 배터리 수명 등과 같은 다양한 오버레이된 정보와 함께 단면 뷰(77)(도 13a) 디스플레이와 평면 뷰(78)(도 13b) 디스플레이를 포함할 수 있다. .
도 14는 본 개시의 시각적 디스플레이(GUI)(430)가 그 내비게이션 시스템의 일부로서 초음파 센서를 이용하는 방법의 실시예를 예시한다. 디바이스의 초음파 이미지들을 디스플레이하는 능력은 환자 해부학적 구조의 2차원 또는 3차원 뷰의 생성과 묘사를 포함할 수 있다. 2차원 이미지는 일반적으로 단면 뷰와 세로방향(측면 또는 상단) 뷰를 생성하기 위해 사용자가 토글할 수 있는 하우징 내부의 2개의 별도의 초음파 스캐너들을 포함함으로써 x- 및 y-방향들(431,432,433)에서 뷰들을 생성할 수 있다. 즉, 뷰들은 다면(muti-faced) 디스플레이 상에 별도로 디스플레이된다. z-방향의 다른 프로브(probe)를 통합하거나, 대안적으로, 환자에 대하여 하우징에 다른 자유도를 제공함으로써 3차원 초음파 이미지가 생성될 수 있다. 시각적 디스플레이(GUI)는, 강한 에코(echo)의 경우 백색층들을 가지고 약한 에코의 경우 흑색층들을 가진 에코 강도(strength)에 기반하는 다양한 영역들을 묘사하는 일반적인 초음파 이미징일 수 있으므로, 내비게이션 시스템은 초음파 정보를 처리하고 삽입 영역의 도식적인 색상 표현을 생성하여 시각적 피드백을 개선할 수 있다.
도 15는 도 14와 유사하고, 상이한 표면들 상에 다수의 뷰들을 제공할 수 있는 GUI(530)의 또 다른 실시예를 제공한다. 본 실시예에서, 디바이스의 표면이 굴곡되어 있으므로, 굴곡된 표면의 상이한 부분들을 따라 상이한 뷰들(다른 구성들도 가능하지만, 도시된 바와 같이, z-방향 뷰 및 y-방향 뷰)이 디스플레이된다. 디바이스의 표면은 단일의 연속적인 GUI일 수 있고, GUI는 굴곡 표면의 특정 부분들을 따라 다수의 스크린 위치들로 분할될 수 있다.
다른 실시예에서, GUI는 환자의 불안을 제한하거나 예방하기 위해, 환자로부터 디스플레이를 숨기거나 차폐하는 눈부심-방지(anti-glare) 필터 및/또는 프라이버시 필터를 구비할 수 있다. 이러한 응용은 디바이스가 어린이에게 사용될 때 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 보는 방향에 따라 2개의 다른 디스플레이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전술한 해부학적 시각화는 작업자의 시야각으로부터 보여질 수 있는 반면, 환자를 진정시키기 위해 유쾌한 그림은 환자의 시야각으로부터 보여질 수 있다. 대안적으로, 디바이스가 자율적으로 작동하고 이러한 GUI가 불필요할 수 있는 실시예에서, 그럼에도 불구하고 바늘 삽입 과정 동안 환자의 기분전환기로서 기능하는 애니메이션, 비디오 또는 비디오 게임을 환자가 볼 수 있도록, 하우징 상에 GUI가 포함될 수 있다. 어떤 경우들에서, 비디오 게임이나 애니메이션은 바늘 삽입 과정과 일치할 수 있다.
도 32를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시각화 디바이스(100')가 도시되어 있다. 시각화 디바이스(100')는 프로브 표면(102'), 평면 뷰 디스플레이(104') 및 제1 깊이 뷰 디스플레이(106') 및 제2 깊이 뷰 디스플레이(108')를 포함한다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 프로브 표면(102')은 환자 내의 표적 신체 구역을 나타내는 용적(10')의 2차원 이미지들을 생성하기 위한 다수의 트랜스듀서들을 포함한다. 용적(10')은 피부 표면(12') 아래에 위치되고, 방위 기준(11')에 의해 표시되는 Z축, X축 및 Y축을 따라 각각 길이(14'), 폭(16') 및 깊이(18')를 가진다. 도 32에 도시된 바와 같이, 평면 뷰 디스플레이(104')와 프로브 표면(102')은 용적(10')의 폭(16')과 길이(14')와 실질적으로 동일한 크기이다. 따라서, 프로브 표면(102')은 용적(10')을 커버하기 위해 2차원 이미지들을 생성하기에 충분한 영역을 구획한다. 유사하게, 제1 깊이 뷰 디스플레이(106')와 제2 깊이 뷰 디스플레이(108')는 용적(10')에 대응한다. 다른 실시예들은 상이한 디스플레이 스크린 사이즈들을 가질 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(104',106',108')는, 표적 신체 구역의 가시성을 개선하기 위해, 용적(10')의 확대된 뷰들을 제공하기 위해 용적(10')의 대응하는 치수들보다 더 크게 구성될 수 있다. 프로브 표면(102') 상의 트랜스듀서들은 표적 신체 구역과 그것의 시각화 요구에 따라 깊이(18')를 변화시키는 초음파 통신을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 32에는 일반적으로 직사각형 모양의 시각화 디바이스(100')가 도시되어 있고, 다른 실시예들은 아래에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이 다양한 다른 형상들을 가질 수 있다. 유사하게, 용적(10')은 또한 프로브 표면(102')과 그 위에 위치된 트랜스듀서들에 따라 다른 형상들을 가질 수 있다. 시각화 디바이스(100')는 전원(배터리), 트랜스듀서들 작동시키는데 필요한 회로, 트랜스듀서들에 의해 생성된 2차원 이미지들을 용적(10')의 3차원 뷰로 결합하기 위한 이미지 프로세서와 같은 다른 모든 컴포넌트들을 포함하는 독립형 디바이스로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시각화 디바이스들은 외부 전원 또는 원격에 위치된 이미지 프로세서에 연결하도록 구성될 수 있다. 이미지 프로세서는 실시간 3차원 시각화를 생성하도록 구성된 고급 그래픽 프로세싱 유닛("GPU")을 포함한다. 시각화 디바이스가 외부 컴포넌트들과 인터페이스하도록 구성되면, 시각화 디바이스의 전체 사이즈와 치수를 줄일 것이다.
도 33은 캐뉼라 삽입 시술을 돕기 위해 환자의 팔뚝 상에 배치된 시각화 디바이스(100')를 도시한다. 용적(10')은 피부(12') 아래의 정맥들과 신경들을 포함하는 관련된 삽입 구역을 커버한다. 도 34a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 평면 뷰 디스플레이(104')는, 도 33에 도시된 바와 같이 시각화 디바이스가 팔뚝 상에 배치될 때 피부 표면(12') 아래에 위치된 정맥(20'), 정맥 가지(24') 및 신경(22')을 포함하는 용적(10')의 평면 뷰를 실시간으로 보여준다. 도 34b는 Z축과 Y축을 따라 정맥(20'), 정맥 가지(24') 및 신경(22')의 깊이 뷰를 보여주는 제1 깊이 뷰 디스플레이(106')를 도시한다. 도 34c는 Y축과 X축을 따라 정맥(20')과 신경(22')을 보여주는 제2 깊이 뷰 디스플레이(108')를 디스플레이한다. 따라서, 시각화 디바이스(100')는 정확한 캐뉼라 삽입이 가능하도록 정맥과 신경을 나타내는 실시간 3차원 뷰들을 작업자에게 제공한다. 혈류 방향, 판막들, 조직 상태 등과 같은 표적 신체 구역의 다른 세부 사항도 디스플레이들(104',106',108') 상에 디스플레이될 수 있다.
도 35a 및 도 35b를 참조하면, 환자 신체 상의 2개의 상이한 위치들 상에 배치된 시각화 디바이스(100')가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 시각화 디바이스(100')는 2개의 예시적인 위치들, 즉 환자의 이두근(cieps)과 환자의 손목 상에 배치된다. 이러한 다양한 신체 위치들 상에 시각화 디바이스(100')를 배치하면, 시각화 디바이스(100') 아래에 위치된 실시간 3차원 시각화 용적(10')을 작업자가 즉시에 보게 할 수 있다.
도 36a 및 도 36b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(200')를 도시한다. 시각화 디바이스(200')는 전술한 시각화 디바이스(100')와 유사하므로, 동일한 요소들은 200'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 시각화 디바이스(200')는 평면 뷰 디스플레이(204')와 제1 깊이 뷰 디스플레이(206')를 포함한다. 그러나, 도 36a에 도시된 바와 같이, 시각화 디바이스(200')는 프레임(218')을 가진 스트랩 또는 지혈대와 같은 부착 디바이스(216')를 포함한다. 부착 디바이스(216')는 환자의 팔 또는 다른 영역을 감싸도록 구성된다. 프레임(218')은 디스플레이들(204',206',208')과 프로브 표면(202')을 탈착가능하게 안착시키도록 구성된다. 시각화 디바이스(200')는 프레임(218')에 연결된 추적기(tracker)(214')를 포함한다. 추적기(214')는 부착 디바이스(216')를 용적(10')에 안착시키도록 구성된 다수의 추적 요소들(217')을 포함할 수 있다. 이와 같이, 용적(10')이 3차원으로 시각화되면, 추적기(214')는 용적(10') 내의 임의의 지점의 3차원 좌표를 제공할 수 있다. 도 36b에 도시된 바와 같이, 디스플레이들(204',206',208')과 프로브 표면(202')은 부착 디바이스(216')로부터 탈착될 수 있다. 추적기(214')는 직접 또는 원격 연결(230')을 통해 실시간으로 용적(10')의 3차원 좌표와 통신한다. 원격 연결 메커니즘들은 블루투스, 블루투스 로우 에너지, 셀룰러, Wi-Fi 또는 기타 장거리 플랫폼을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐뉼라(215')가 용적(10')에 접근하여 진입할 때, 캐뉼라(215')의 캐뉼라 이미지(215")는 제1 깊이 뷰 디스플레이(206') 상에 실시간으로 보여진다. 비디오 카메라와 같은 이미징 또는 추적 수단은 용적(10) 내에서 캐뉼라(215)의 위치를 추적하는데 사용될 수 있다. 따라서, 시각화 디바이스(200')는 작업자가 환자의 정맥 내부에서 캐뉼라(215')를 정확하게 찾을 수 있게 한다.
도 37을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(300')가 도시되어 있다. 시각화 디바이스(300')는 전술한 시각화 디바이스(100')와 유사하므로, 유사한 요소들은 300'-시리즈의 번호 내의 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 시각화 디바이스(300')는 평면 뷰 디스플레이(304')와 제1 깊이 뷰 디스플레이(306')를 포함한다. 그러나, 도 37에 가장 잘 도시된 바와 같이, 시각화 디바이스(300')는 굴곡 스크린(320')을 포함한다. 굴곡 스크린(306')은 단단하고 신체 영역들에 맞도록 특별히 조정될 수 있거나, 시각화 디바이스(300')가 표적 신체 구역 위에 적절하게 배치될 수 있도록 플렉스블한 프로브 표면 영역(302')(미도시)을 포함할 수 있다. 작업자는 굴곡 디스플레이(320')를 통해 평면 뷰와 다수의 깊이 뷰들을 볼 수 있다.
도 38a 및 도 38b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(400')를 도시한다. 시각화 디바이스(400')는 전술한 시각화 디바이스(300)와 유사하므로, 유사한 요소들은 400-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 시각화 디바이스(400')는 굴곡 디스플레이 스크린(420')을 포함한다. 그러나, 시각화 디바이스(400')는 시차(parallax) 보기 능력을 포함함으로써, 보는 사람의 위치는 카메라(425') 또는 센서와 같은 다른 디바이스에 의해 추적될 수 있고, 용적의 대응하는 3차원 뷰는 보는 사람의 위치와 관련하여 굴곡 스크린(420') 상에 디스플레이될 수 있다. 예를 들어, 보는 사람이 위치(422')에 있을 때, 카메라(425')는 보는 사람의 위치를 추적하고 도 38a에 도시된 보는 사람의 시야(424')와 정렬하기 위해 평면 뷰(404')를 디스플레이한다. 유사하게, 도 38b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 보는 사람이 위치(426')로 이동할 때, 카메라(425')는 이러한 위치를 찾고 보는 사람의 시야(428')와 정렬하기 위해 굴곡 스크린(420') 상에 제1 깊이 뷰 디스플레이(406')를 디스플레이한다. 하나의 특정 예에서, 카메라(425') 또는 다른 센서는 보는 사람의 눈 움직임들을 추적할 수 있고 그러한 움직임들을 설명하도록 디스플레이를 조정할 것이다. 또한, 카메라 또는 기타 센서는 보는 사람과 디스플레이 사이의 거리를 추적하여 이미지의 줌(zoom)을 조정할 수도 있다. 따라서, 시각화 디바이스(400')는 보는 사람의 위치(시야(422',426') 또는 그 사이의 임의의 위치일 수 있음)에 따라 굴곡 스크린 디스플레이에 걸쳐 시차 3차원 뷰를 제공한다. 본 실시예에서 굴곡 스크린(420')이 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 전술한 바와 같은 시차 3차원 뷰들을 가진 평면 디스플레이 스크린을 구비할 수 있다.
도 38c 및 도 38d는 시각화 디바이스(100') 상의 시차 뷰의 다른 실시예를 도시한다. 본 명세서에 설명된 시차 뷰 개념들은 임의의 시각화 디바이스와 함께 사용될 수 있다는 점을 유의해야 한다. 위치들(1,2,3)에 위치된 보는 사람은 각각의 위치에 특정한 용적(10')의 고유한 3차원 투시도를 관찰한다. 예를 들어, 보는 사람이 위치(1)에 위치될 때, 도 38e에 도시된 바와 같이, 보는 사람은 3차원 평면 뷰 디스플레이(104')를 관찰한다. 유사하게, 보는 사람이 이동하여 위치(1) 또는 위치(2)에 위치될 때, 각각 도 38f 및 도 38g에 가장 잘 도시된 바와 같이, 보는 사람은 3차원 제3 깊이 뷰(110') 또는 3차원 제1 깊이 뷰(106')를 관찰한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 사용자의 눈 움직임과 같이 보는 사람의 움직임에 따라, 디스플레이는 그에 따라 업데이트되어 보는 사람의 특정 위치들과 움직임에 대한 특정의 시각화를 제공할 것이다. 시차 뷰들을 디스플레이하는 디스플레이 스크린들은 터치 감응 스크린 표면들을 포함할 수 있으므로, 시차-지원(enabled) 깊이 인식을 위한 뷰들을 회전시키기 위해, 사용자는 도 55의 화살표들(121')의 방향에 의해 표시된 바와 같이 디스플레이를 스와이프할 수 있다. 다른 실시예에서, 시각화 디바이스는 각각의 디스플레이 상에 단면 뷰만을 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 표면들(108',106',104')은 각각의 디스플레이에 대응하는 단면 뷰만을 디스플레이할 것이다. 즉, 본 실시예는 임의의 3차원 투시 뷰들을 포함하지 않을 수 있다.
도 39를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(500')가 도시되어 있다. 시각화 디바이스(500')는 전술한 시각화 디바이스(100')와 유사하므로, 유사한 요소들은 500'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 시각화 디바이스(500')는 평면 뷰 디스플레이(504'), 제1 깊이 뷰 디스플레이(506') 및 제3 깊이 뷰 디스플레이(510')를 포함한다. 그러나, 시각화 디바이스(500')는 디스플레이들(504',506',510')과 분리되는 프로브 표면(502')을 가진 프로브 본체(511')를 포함한다. 프로브 본체(511')는 부착 디바이스(516')의 개구(532') 내에 배치되도록 구성된다. 부착 디바이스(516')는 예시된 바와 같이 프레임(518')과 같은 베이스와 스트랩들(534')을 포함할 수 있고, 환자의 신체에 고정될 수 있다. 시각화 디바이스(500')의 프로브 본체(511')는 디스플레이 스크린들을 포함하지 않기 때문에, 프로브 본체의 사이즈와 치수는 디스플레이들을 포함하는 시각화 디바이스보다 더 작을 수 있다. 프로브 본체(511')가 개구(532') 내에 배치되면, 프로브 표면(502')은 용적(10')의 3차원 시각화를 생성하여, 링크(530')를 통해 이것을 디스플레이들(504',506',510')에 전송하여, 용적(10')의 3차원 시각화를 실시간으로 보여줄 수 있다.
도 40은 본 개시의 실시예에 따른 프로브 표면(602') 상의 트랜스듀서 어레이(600')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(600')는 위에서 설명된 임의의 시각화 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 트랜스듀서 어레이(600')는 길이(606')와 폭(604')을 가진 직사각형 패턴을 구획하는 그리드 내에 배열된 트랜스듀서들(602')을 포함한다. 트랜스듀서 어레이(600')는 기판(604')에 부착된다. 초음파 트랜스듀서들 또는 용량성 미세기계가공된 초음파 트랜스듀서들("CMUT"), 초음파 트랜스듀서들, 압전 트랜스듀서들 등과 같은 초음파 센서들은 어레이를 만들기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예들은 시각화되고 있는 특정 신체 영역들에 따라, CMUT와 압전 트랜스듀서들의 조합, 또는 다른 그러한 조합들을 가질 수 있다. CMUT가 사용될 때, 기판(604')은 실리콘 기판일 수 있다. CMUT는 실리콘 기판(604') 내의 공동(cavity)들 내에 배치될 수 있다. 트랜스듀서들(602')은 초음파 수신을 생성하고 캡처하기 위해 송신 모드와 수신 모드 사이를 전환하도록 구성된다. 알고리즘을 사용하여 개별 CMUT를 활성화시키고, 원하는 대로 송신 모드와 수신 모드 사이에 전환할 수 있다. 도 40에 가장 잘 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 어레이(600')의 투사된 영역은 길이(14')와 폭(16')에 의해 구획된 용적(10')의 표면적과 실질적으로 동일하다. 따라서, 트랜스듀서 어레이(600')를 신체 구역에 배치함으로써 용적(10')의 3차원 시각화가 생성될 수 있다.
도 41a 내지 도 41c를 참조하면, 트랜스듀서 어레이(600')를 사용하여 용적(10')의 3차원 시각화 생성을 도시다. 활성 트랜스듀서(602"), 즉 송신 모드 또는 수신 모드의 트랜스듀서는 단일의 트랜스듀서, 트랜스듀서들의 행(row) 또는 전체 트랜스듀서 어레이(600')를 포함할 수 있다. 도 41a는 용적(10')의 2차원 슬라이스를 캡처하는 2차원 이미지(636')를 생성하는 활성 트랜스듀서 행(602")을 도시한다. 2차원 이미지(636')의 깊이(18')는 트랜스듀서(602')의 유형과 이것을 통해 공급되는 전력에 의존한다. 이러한 2개의 파라미터들은 시각화 디바이스의 응용에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 거친(coarse) 트랜스듀서 어레이를 통한 저전력 전송은 낮은 깊이 침투를 가진 2차원 이미지를 생성하는데 활용될 수 있고, 미세한(fine) 트랜스듀서 어레이를 통한 높은 전력 전송은 더 큰 깊이 침투를가진 2차원 이미지를 생성하는데 사용될 수 있다. 트랜스듀서 어레이(600') 전반에 대한 트랜스듀서(602')의 밀도는 2차원 이미지들의 품질을 조정하기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 고밀도 트랜스듀서 어레이는 고해상도를 가진 2차원 이미지들을 생성하는데 사용될 수 있는 반면, 저밀도 트랜스듀서 어레이는 저해상도를 가진 2차원 이미지들을 생성하는데 사용될 수 있다. 도 41b는 제2 위치에서 2차원 이미지(636')를 생성하도록 활성화된 트랜스듀서들의 제2 행(602")을 도시한다. 전술한 바와 같이, 행들은 도 41c에 도시된 바와 같이 개별적으로 또는 동시에 활성화될 수 있다. 용적(10)을 통틀어 2차원 이미지들(636')이 생성된 후, 2차원 이미지 컬렉션(638')은 시각화 디바이스 내부에 수용된 이미지 프로세서에 의해 처리되거나, 용적(10')의 3차원 시각화를 생성하기 위해 외부에서 처리된다.
도 42는 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(700')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(700')는 전술한 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로, 유사한 요소들은 700'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(700')는 기판(704') 내에 배치된 트랜스듀서들(702')을 포함한다. 그러나, 트랜스듀서 어레이(700')는, 전술한 바와 같이 길이를 따르는 것이 아니라, 일부 응용 분야에서 폭을 따르는 2차원 이미지들을 생성하기 위해 용적(10')의 폭(16')을 따르는 트랜스듀서들(702')을 구비한다.
도 43은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(800')이다. 트랜스듀서 어레이(800')는 전술한 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로, 유사한 요소들은 800'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(800')는 기판(804') 내에 배치된 트랜스듀서들(802')을 포함한다. 그러나, 트랜스듀서 어레이(800')는 용적(10')의 길이(14')와 폭(16') 모두를 따르는 트랜스듀서들(802')을 구비한다. 이것은 트랜스듀서 어레이(800')가 용적(10')의 고해상도 3차원 시각화를 위해 다수의 방향으로 2차원 이미지들을 생성할 수 있게 한다.
도 44는 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(900')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(900')는 전술한 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로, 유사한 요소들은 900'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(900')는 기판(904') 내에 배치된 트랜스듀서들(902')을 포함한다. 그러나, 트랜스듀서 어레이(900')는 2차원 이미지들을 생성하기 위해 대각선 치수를 따르는 트랜스듀서들(902')을 구비한다.
도 45는 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1000')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1000')는 전술한 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로, 유사한 요소들은 1000'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1000')는 기판(1004') 내에 배치된 트랜스듀서들(1002')을 포함한다. 그러나, 트랜스듀서 어레이(1000')는 이전 실시예에서 설명된 바와 같이 전체 프로브 표면 영역을 커버하지 않는다. 트랜스듀서들(1002')은, 용적(10') 상의 각각의 위치 위에 직접적으로 배치될 필요없이, 용적(10')을 커버하기 위해 프로브 표면 영역을 가로질러 초음파 신호들을 투사할 수 있도록 전략적으로 배치된다. 도 45에 가장 잘 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 행들(1003') 사이의 틈새들이 복수의 방향으로 초음파 신호를 송,수신하도록 선택된 트랜스듀서들(1002')에 의해 덮이도록 구성된다.
도 46은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1100')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1100')는 전술한 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로 동일한 요소들은 1100'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1100')는 기판(1104') 내에 배치된 트랜스듀서들(1102')을 포함한다. 그러나, 트랜스듀서 어레이(1102')는 화살표들(1104') 방향으로 표시된 바와 같이 프로브 표면 영역 주위를 이동하도록 구성된다. 따라서, 트랜스듀서 어레이(1102')의 사이즈는 전술한 이전에 고정된 트랜스듀서 어레이보다 상당히 더 작을 수 있다. 프로브 표면 영역에 걸쳐 트랜스듀서 어레이(1102')의 속도를 제어함으로써 용적(10')의 해상도와 커버리지가 제어될 수 있다.
도 47은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1200')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1200')는 전술한 트랜스듀서 어레이(1200')와 유사하므로, 동일한 요소들은 1200'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1200')는 기판(1204') 내에 배치된 트랜스듀서들(1202')을 포함한다. 그러나, 본 실시예에서 기판(1204')은 원형이고 환자의 신체 영역 주위에 배치되도록 구성된다. 트랜스듀서들(1202')은 원형 경로(1206')를 따라 화살표들(1205')의 방향으로 표시된 바와 같이 프로브 표면 영역 주위에서 이동하도록 구성된다. 따라서, 프로브 표면 영역 내의 구역으로서 구획된 용적(10')은 모바일 트랜스듀서 어레이(1202')에 의해 커버된다. 전술한 트랜스듀서 어레이(1100')와 유사하게, 트랜스듀서 어레이(1200')는 용적(10')의 3차원 시각화를 생성하기 위해 소형 트랜스듀서 어레이만을 필요로 한다.
도 48은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1300')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1300')는 전술한 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로, 유사한 요소들은 1300'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1300')는 기판(1304') 내에 배치된 트랜스듀서들(1302')을 포함한다. 트랜스듀서 어레이(1300')는 트랜스듀서 어레이가 표적 신체 영역 상에 배치되어 있는 동안 기판(1304')의 외주 영역 내부에서 수술 시술이 수행될 수 있게 하는 슬롯(1310')을 포함한다. 슬롯(1310')에 인접한 트랜스듀서들(1302')은 슬롯(1302') 바로 아래의 용적(10') 부분을 덮도록 구성된다. 예를 들어, 슬롯(1310')에 인접한 트랜스듀서들(1302')은 슬롯 바로 아래의 용적(10')을 향해 각을 이룰 수 있고, 그러한 트랜스듀서들은 다른 것들보다 용적(10')의 더 큰 부분을 덮는 능력을 가질 수 있다.
도 49는 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1400')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1400')는 전술한 트랜스듀서 어레이(1300')와 유사하므로, 유사한 요소들은 1400'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1400')는 기판(1104') 내에 배치된 트랜스듀서들(1402')을 포함한다. 트랜스듀서 어레이(1400')는 트랜스듀서 어레이가 표적 신체 영역 상에 배치되는 동안 수술 시술이 가능하도록 어레이를 가로질러 연장되는 슬롯(1410')을 포함한다. 도 48과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 슬롯(1410')에 인접한 트랜스듀서들(1402')은 슬롯(1402') 바로 아래의 용적(10')의 부분을 덮도록 구성된다.
도 50은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1500')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1500')는 전술한 트랜스듀서 어레이(1300')와 유사하므로, 유사한 요소들은 1500'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1500')는 기판(1504') 내에 배치된 트랜스듀서들(1502')을 포함한다. 트랜스듀서 어레이(1500')는 트랜스듀서 어레이가 표적 신체 영역에 배치되는 동안 수술 시술이 가능하도록 어레이를 가로질러 연장되는 슬롯(1510')을 포함한다. 도 48과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 슬롯(1510')에 인접한 트랜스듀서들(1502')은 슬롯(1502') 바로 아래의 용적(10')의 부분을 덮도록 정렬되고 위치된다.
도 51은 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1600')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1600')는 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로, 유사한 요소들은 1600'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1600')는 기판(1604') 내에 배치된 트랜스듀서들(1602')을 포함한다. 도 51에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 어레이(1600')는 떨어져서 구부러질 수 있는 제1 블록(1610')과 제2 블록(1610")을 포함한다. 분리된 제1 블록과 제2 블록은 트랜스듀서 어레이가 표적 신체 영역 상에 배치되는 동안 수술 시술이 가능하게 한다.
도 52는 본 개시의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서 어레이(1700')를 도시한다. 트랜스듀서 어레이(1700')는 트랜스듀서 어레이(600')와 유사하므로, 유사한 요소는 1700'-시리즈의 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, 트랜스듀서 어레이(1700')는 기판(1704') 내에 배치된 트랜스듀서(170'2)를 포함한다. 트랜스듀서 어레이(1700')는 유연하고 특정 신체 영역에 배치되는 임의의 원하는 모양으로 윤곽이 형성될 수 있다.
다양한 트랜스듀서 어레이들이 위에서 예시되고 설명되었지만, 다른 구성들도 상정될 수 있다. 예를 들어, 기판은 그것이 사용될 용도 또는 의도된 용도 또는 해부학적 구조에 따라 임의의 길이 방향, 폭 방향 또는 높이 방향에서 더 낮은 프로파일을 가질 수 있다. 또한, 기판 및/또는 어레이의 임의의 부분은 임의의 기판 및/또는 어레이 형상이 달성될 수 있도록 원하는 대로 평면형, 만곡형, 테이퍼형 등일 수 있다.
도 53을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(100')를 사용하여 캐뉼라 삽입을 수행하기 위한 방법(1900')을 도시하는 흐름도가 도시되어 있다. 본 실시예에서 시각화 디바이스(100')가 설명되어 있지만, 설명되거나 그들의 다양한 실시예들에 따른 다른 시각화 디바이스들은 상기 방법(900')을 수행하는데 사용될 수 있다. 단계 190'에서, 프로브 표면(102')은 원하는 캐뉼라 삽입 영역 위에 배치된다. 단계 1920'에서, 프로브 표면 영역 상에 배치된 트랜스듀서들은 용적(10')에 걸쳐 일련의 2차원 이미지들을 생성하는 알고리즘에 의해 활성화된다. 2차원 이미지들은 이미지 프로세서에 의해 3차원 시각화로 결합되어 디스플레이들(104',106',108') 상에 보여진다. 단계 1930'에서, 투사된 캐뉼라 삽입 위치, 투사된 캐뉼라 삽입 깊이 및 투사된 캐뉼라 삽입 경로와 같은 부가적인 세부 사항은 시각화 디바이스(100')에 의해 디스플레이될 수 있다. 캐뉼라 삽입 지점 위치, 정맥 천자 위치, 삽입 깊이, 정맥 혈류 속도, 혈압 및 온도와 같은 캐뉼라 삽입 파라미터들도 시각화 디바이스(100')에 의해 디스플레이될 수 있다. 단계 1940'에서, 작업자는 3차원 시각화 및 캐뉼라 삽입 파라미터들을 평가하고 캐뉼라 삽입을 시작할 수 있다. 캐뉼라 삽입은 수동으로 수행되거나 캐뉼라 삽입기 조립체를 사용하여 수행될 수 있다. 시각화 디바이스(100')는 정확한 캐뉼라 배치를 보장하기 위해 용적(10') 내에서 캐뉼라의 위치결정 동안 캐뉼라의 위치를 추적할 수 있다.
도 54는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(200')를 사용하여 캐뉼라 삽입을 수행하기 위한 방법(2000')을 묘사하는 흐름도를 도시한다. 본 실시예의 방법(2000')은 전술한 실시예의 방법(1900')과 유사하고, 캐뉼라 삽입 구역 상에 시각화 디바이스(200')를 배치하는 단계(2010') 및 용적(10')의 3차원 이미지를 생성하는 단계(2020')를 포함한다. 그러나, 단계 2020'에서 3차원 이미지가 생성되면, 단계 2030'에서, 시각화 디바이스(200')의 디스플레이와 프로브 표면은 부착 디바이스(216')로부터 탈착된다. 추적기(214')는 용적(10')의 실시간 3차원 데이터를 시각화 디바이스(200')의 디스플레이로 통신한다. 캐뉼라 삽입은 수동으로 수행되거나 캐뉼라 삽입기 조립체를 사용하여 수행될 수 있다. 시각화 디바이스(200')는 정확한 캐뉼라 배치를 보장하기 위해 용적(10) 내에서 캐뉼라의 위치결정 동안 캐뉼라의 위치를 추적할 수 있다.
도 56a 내지 도 56c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2200')를 도시한다. GUI 디스플레이(2200')는 피부 삽입 표적, 정맥 삽입 표적 및 캐뉼라(215') 사이의 공간적 관계의 3차원 인식을 돕기 위해 캐뉼라(215')의 가상 드롭 섀도우(215")를 포함한다. 도 56a 내지 도 56c에 나타낸 바와 같이, 캐뉼라(215')가 삽입 표적에 접근할 때, 가상 드롭 새도우(215")는 캐뉼라 팁(217')을 향해 수렴한다. 도 56c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 삽입시, 캐뉼라 팁(217')과 가상 드롭 섀도우(215")는 가상 접촉 상태에 있다. 원하는 삽입 지점으로 캐뉼라 팁(215')을 안내하기 위해, 정맥(20'), 신경(22') 등에 색상 변형들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 삽입 구역은 녹색으로 음영 처리될 수 있는 반면, 신경들은 적색으로 음영 처리하여, 작업자가 피해야 할 물체를 실수로 치지 않고 표적 구역에 도달할 수 있도록 한다. GUI 디스플레이(2200')는 삽입 구역에 대한 캐뉼라(217')의 삽입을 돕기 위해 작업자에 대한 촉각 또는 청각 피드백을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, GUI 디스플레이(2200')는 프로브 표면에 의해 이미지화되지 않은 구역 또는 영역들을 표시하기 위해 해칭(hatched) 구역들을 포함할 수 있다.
도 57a 내지 도 57c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2300')를 도시한다. GUI 디스플레이(2300')는 전술한 GUI 디스플레이(2200')와 유사하지만 제2 가상 드롭 새도우(219")를 포함한다. 캐뉼라 팁이 삽입 구역에 접근함에 따라, 가상 드롭 새도우들(215",219")은 캐뉼라 팁(217') 쪽으로 수렴한다. 제2 가상 드롭 새도우(219")는 성공적인 캐뉼라 삽입을 위해 작업자에게 부가적인 시각적 안내를 제공한다.
도 58a 내지 도 58c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2400')를 도시한다. GUI 디스플레이(2400')는 전술한 GUI 디스플레이(2200')와 유사하며 캐뉼라(215')의 가상 드롭 새도우(215")를 포함한다. 그러나, 캐뉼라 팁이 삽입 구역에 접근함에 따라 가상 드롭 새도우(215")는 점진적으로 더 선명해지거나 더 어두워진다.
도 59를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2500')가 도시되어 있다. GUI 디스플레이(2500')는 시각화 디바이스 근처에서 주변 광원(2502')을 감지하고 매끄러운(seamless) 깊이-인식 효과를 위해 주변 광원(2502')과 일치하도록 가상 드롭 섀도우(215")의 방향을 설정한다. GUI 디스플레이(2500')는 스크린 상의 가상 조명을 기준으로 실내 조명 각도의 불일치로 인한 방향감각 상실(disorientation)을 방지한다.
도 60a 내지 도 60c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2600')를 도시한다. GUI 디스플레이(2600')는 캐뉼라 경로 표시기(2602')를 포함한다. 캐뉼라 경로 표시기(2602')는 캐뉼라의 방위에 따라 피부와 용적(10')을 통과하는 캐뉼라(215')의 투사된 경로를 묘사한다. 예를 들어, 캐뉼라(215')가 도 60a에 도시된 바와 같이 위치될 때, GUI 디스플레이(2600') 상에 피부 삽입 지점(2604')과 캐뉼라 경로 표시기(2602')가 보여진다. 도 60b 및 도 60c에 도시된 바와 같이, 캐뉼라가 삽입 정맥(20')에 적절하게 정렬되면, GUI 디스플레이(2600') 상에서 정맥 삽입 지점(2606')을 볼 수 있다. GUI 디스플레이(2600')는 경로 표시기(2608')(부적합) 또는 경로 표시기(2610')(적합)에 의해 묘사된 바와 같이 정맥(20') 내부의 캐뉼라의 투사된 경로를 기반으로 정맥 삽입 지점(2606')의 적합성을 나타낸다.
도 61a 내지 도 61c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2700')를 도시한다. GUI 디스플레이(2700')는 전술한 GUI 디스플레이(2600')와 유사하므로, 유사한 요소들은 2700'-시리즈 번호 내에서 유사한 참조부호들로 지칭된다. 예를 들어, GUI 디스플레이(2700')는 캐뉼라 경로 표시기(2702'), 피부 삽입 지점(2704') 및 정맥 삽입 지점(2706')을 포함한다. 그러나, GUI 디스플레이(2700')는 캐뉼라 위치 및 용적(10')과 캐뉼라의 정렬에 기반하여 캐뉼라의 투사된 원위 팁(2712')을 포함한다.
도 62를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2800')가 도시된다. GUI 디스플레이(2800')는 성공적인 캐뉼라 삽입을 돕기 위해 이상적인 캐뉼라 삽입 지점(2802')을 디스플레이한다. 경화증(sclerosis)을 앓고 있는 정맥 영역들(2804')과 동맥(32') 바로 아래 또는 위의 정맥 영역들(2806)과 같은 부적절한 삽입 지점들이 GUI 디스플레이(2800') 상에 디스플레이될 수 있다.
도 63a 내지 도 63d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(2900')를 도시한다. GUI 디스플레이(2900')는 용적(10')의 디스플레이 이미지를 확대할 수 있다. 작업자가 삽입 지점과 같은 원하는 위치로 이미지를 확대하여 초점을 맞춰서 수동으로 확대할 수 있고, 또는 캐뉼라의 위치에 기반하여 시각화 디바이스에 의해 자동으로 확대할 수 있다. GUI 디스플레이(2900') 상의 터치 스크린을 통해 수동으로 확대할 수 있다. GUI 디스플레이(2900')는 디스플레이 스크린 상의 확대 레벨을 나타내는 그리드(2902')를 포함한다.
도 64a 및 64b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GUI 디스플레이(3000')를 나타낸다. GUI 디스플레이(3000')는 깊이에 기반하여 물체의 명함을 변경함으로써 깊이 인식을 나타낸다. 예를 들어, 도 64a의 요소들의 각각의 상대적 깊이를 나타내기 위해, 제2 정맥(23')은 신경(22')보다 더 어둡게 보이고, 신경(22')은 정맥(20')보다 더 어둡게 보인다. 유사하게, 도 64b에 도시된 바와 같이, 각각의 요소의 상대적 깊이를 나타내기 위해 다양한 색상 구성들과 패턴들이 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 GUI 디스플레이 개념들은 시각화 디바이스들 내에서 개별적으로 또는 집합적으로 이용될 수 있다는 점을 유의해야 한다. 예를 들어, GUI 디스플레이(3000')는 전술한 GUI 디스플레이(2200')와 함께 사용될 수 있고, GUI 디스플레이(2900')는 전술한 GUI 디스플레이(2800) 등과 함께 사용될 수 있다.
도 101a 내지 도 102b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(22000)를 도시한다. 도 102a 및 도 102b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 시각화 디바이스(22000)는 제1 면 상의 트랜스듀서들(22008)과 반대 사이드 상의 디스플레이(22014)를 가진 비교적 큰 표면적을 구비한다. 시각화 디바이스(22000)의 넓은 표면적은 하나의 디바이스의 배치로 큰 해부학적 피처들을 시각화하기에 충분한 범위를 제공한다. 또한, 대형 디스플레이는 시각화된 해부학적 피처들이 상세하게 디스플레이되어 수술 부위에서 적절한 이미징 및/또는 시술이 수행되게 한다.
도 101a에 도시된 바와 같이, 패드(22004)를 가진 스트랩(22002)은 수술 부위 상에 고정된다. 패드(22004)는 시각화 디바이스(22000)를 쉽게 부착하고 탈착할 수 있도록 겔(22206)과 고정 피처들(22008)을 포함한다. 도 102a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 어레이(22008)는 시각화 디바이스가 수술 부위 위에 배치될 때 늑골(ribs)(22010) 위에 걸쳐 있다. 트랜스듀서 어레이(22008)의 각각의 트랜스듀서는 늑골 아래의 영역을 커버하기 위해 늑골들(22010) 사이의 간격을 통해 전파되고 늑골 개구를 지나 발산하는 신호들(22012)을 방출하고 수신한다. 따라서, 단일의 위치에 시각화 디바이스(22000)를 배치함으로써, 늑골 아래의 모든 해부학적 피처들이 캡처될 수 있다. 도 102b에 도시된 디스플레이(22014)은 늑골(22010)과 늑골 아래에 위치된 심장(22016)과 같은 연조직을 묘사한다.
도 103a는 시술 동안 심장(22016)의 실-시간 3D 이미징을 제공하는 시각화 디바이스(22000)를 도시한다. 스트랩들(22002)과 패드(22006)는 시각화 디바이스를 수술 부위에 안전하게 배치시키게 하고, 외과의사가 시술의 실-시간 이미징을 작동하고 볼 수 있게 한다. 본 실시예에서, 시각화 디바이스(22000)가 늑골 뒤에 위치된 해부학적 피처을 이미지화하는 동안, 시각화 디바이스(22000)는, 다른 해부학적 피처의 뒤 또는 아래에 위치되어, 일반적으로 내부 해부학적 피처의 시각화를 모호하게 하거나 방지하는 해부학적 피처들을 시각화하기 위해, 다른 응용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 뼈와 같은 경조직은 기존의 초음파 이미징이 경조직 아래에 위치된 기관들과 연조직의 적절한 이미지를 생성하는 것을 방해한다. 본 개시의 시각화 디바이스(22000)는 틈새들을 통해 또는 경조직의 외주를 가로질러 이미지 데이터를 캡처함으로써 이들 장기(organ)들과 연조직의 실-시간 3D 이미지들을 생성하는데 쉽게 사용될 수 있다.
도 103b 및 도 103c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 스탠드(22052,22054)에 의해 고정된 시각화 디바이스(22000)를 도시한다. 스탠드는 도 103b에 가장 잘 도시된 바와 같은 삼각대(tripod)(22052) 또는 도 103c에 도시된 바와 같은 4개의 다리(leg)들을 가진 프레임(22054)일 수 있다. 스탠드들은 수술 부위에서 시각화 디바이스(22000)의 안전한 부착을 보장함과 동시에 의료 시술을 수행하기 위한 접근을 제공하도록 구성된다.
도 104a 내지 도 104b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랜스듀서(23000)를 도시한다. 트랜스듀서(23000)는 도 104a에 가장 잘 도시된 바와 같이 패드(2302)의 융기(raised) 부분을 수용하기 위한 중앙 그루브를 포함한다. 트랜스듀서 어레이들은 도 104b에 도시된 바와 같이 트랜스듀서(23000)의 중앙 그루브의 양 표면들(2304) 상에 위치된다. 피부 표면에 대해 이러한 경사면들 상에 위치된 트랜스듀서 어레이들은 파동 전송(23010)이 수렴되어 해부학적 피처을 식별할 수 있게 한다. 도 104c에 도시된 바와 같이, 본 예에서 해부학적 피처는 정맥(23012)이다. 도 104c에 도시된 바와 같이, 패드(23012)의 융기 부분이 정맥(23012) 바로 위에 놓이도록 패드에 결합된 트랜스듀서가 위치될 수 있다. 작업자 또는 삽입기 조립체는 방향(23006)을 따라 바늘(23012)을 패드(2302)의 융기 부분 속으로 그리고 정확하게 정맥 속으로 전진시킬 수 있다. 이것은 바늘이 신경(23012)과 같은 다른 해부학적 피처을 실수로 관통하거나 손상시키지 않도록 보장한다.
도 105 및 도 106을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(25000)가 도시되어 있다. 시각화 디바이스(25000)는 버팀대(brace)(24000)에 결합된다. 시각화 디바이스(25000)는 원위 표면을 스캔하기 위해 시각화 디바이스의 원위 표면을 가로질러 이동하는 모바일 트랜스듀서 어레이(25002)를 포함한다. 버튼(25004) 또는 기타 피처는 시각화 디바이스(25000) 상에 제공되어 버팀대(24000)에 쉽게 부착되거나 그로부터 탈착되게 할 수 있다.
도 107a 내지 도 107e는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템(26000)을 도시한다. 시각화 시스템(26000)은 도 107a에 도시된 바와 같이 상이한 위치들에 배치된 다수의 트랜스듀서들(26001,26002,26003,26004)을 포함한다. 다수의 개별 트랜스듀서들은 표적 수술 부위에 대해 상이한 위치들에 위치된다. 도 107a에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서(26001)는 복장옆의(parasternal) 영역에 위치되고, 트랜스듀서(26002)는 심첨(parasternal) 영역에 위치되고, 트랜스듀서(26003)은 늑골하(subcostal) 영역에 위치되고, 트랜스듀서(26004)는 늑골상(suprasternal) 영역에 위치된다. 각각의 트랜스듀서는 해당 트랜스듀서의 위치에 기반하여 심장의 이미지 데이터 세트를 생성한다. 그러면, 이미지 데이터 세트들은 결합 및 처리되어 심장의 모든 관련 해부학적 피처들에 대한 완전한 이미지 데이터 세트들이 생성되어 원격 디스플레이(26005) 상에 표시된다. 도 107b 내지 도 107d에 도시된 바와 같이, 작업자는 심장의 특정 특징들을 보기 위해 이미지 데이터 세트를 조작할 수 있다.
시각화 시스템(26000)은 외과의사가 원격 스크린(26005) 상의 관련 해부학적 부위의 실-시간 3D 이미지들을 관찰 및 분석할 수 있게 한다. 도 107e에 가장 잘 도시된 바와 같이, 이것은 외과의사가 다수의 트랜스듀서들에 의해 생성된 해부학적 구조의 실-시간 3D 이미지들을 보면서 동시에 시술을 수행할 수 있게 한다. 이 예에서, 심장 시술이 도시되었지만, 시각화 시스템(26000)은 임의의 의료 시술에 편리하게 사용하거나 이미징에만 전용으로 사용될 수 있다.
도 108a 내지 도 108c를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 키트(28000)가 도시되어 있다. 키트(28000)는 다수의 패드들(28200)(도 108b)과 쌍을 이룰 수 있는 다수의 시각화 디바이스들(28100)(도 108a)을 포함할 수 있다. 시각화 디바이스들(28100)은 상이한 모양들, 사이즈들, 어레이 구성들, 디스플레이들 등을 가질 수 있다. 본 예에서, 소형 시각화 디바이스(28101), 중형 시각화 디바이스(28102) 및 대형 시각화 디바이스(28103)로 구성된 3개의 시각화 디바이스들(28100)이 키트(28000) 내에 제공된다. 유사하게, 패드들(28200)은 키트(28000) 내의 시각화 디바이스들의 전부 또는 일부와 쌍을 이루는 다양한 구성들일 수 있다. 도 108b에 도시된 바와 같이, 패드들(28201,28202,28203,28204,28205,28206,28207,28209,28210)은 다양한 모양들과 구성들을 구비한다. 도 108c에 도시된 바와 같이, 작업자는 특정 시각화 및/또는 시술을 위해 키트(28000)로부터 대응하는 패드(28200)와 짝을 이루게 될 시각화 디바이스(28100)를 선택할 수 있다. 키트(28000)는 작업자가 환자별 요구사항에 기반하여 시각화 디바이스와 패드를 커스터마이즈하게 할 수 있다.
도 108d는 특정 이미지 시각화를 수행하기 위해 키트(28000)로부터의 패드와 쌍을 이루는 시각화 디바이스의 제1 예를 도시한다. 시각화 디바이스(28103)는 부인과(gynecologic) 시각화에서 환자의 복부의 윤곽들을 추적하기 위해 오목한 표면을 가진 패드(28210)와 쌍을 이룬다. 시각화된 이미지, 본 예에서 아기는 시각화 디바이스(28103) 상에서 작업자가 볼 수 있고 조작할 수 있다.
도 108e는 키트(28000)의 또 다른 예를 예시한다. 시각화 디바이스(28102)는이 예에서 패드(28208)와 쌍을 이루고, 무릎 관절을 시각화하기 위해 환자의 무릎의 사이드 상에 장착된다. 이 예에서, 쌍을 이룬 시각화 디바이스와 패드는 환자의 무릎에 고정되어, 무릎을 구부리고 펴는 동안, 환자의 무릎의 이미징이 가능하다. 외과의사는 관절 상태를 평가하기 위해 무릎의 전체 동작 범위에서 실-시간으로 무릎 관절을 시각화할 수 있다.
도 108f는 키트(28000)의 제3 예를 도시한다. 환자의 전립선(prostrate)을 검사하기 위해 시각화 디바이스(28101)는 패드(28206)와 쌍을 이룬다. 콤팩트한 사이즈의 시각화 디바이스(28101)와 윤곽이 형성된 패드(28206)는 외과의사가 침습적 스캐닝을 하지 않고서도 이러한 조립체를 편리하게 배치하고 시각화를 수행할 수 있게 한다. 키트(28000)의 또 다른 예는 도 108g에 도시되어 있다. 시각화 디바이스(28101)는 키트(28000) 내의 임의의 패드들과 짝을 이루어 누관(fistula tract) 속으로 이식된 이식편을 볼 수 있다. 컴팩트한 사이즈와 안정되게 배치된 조립체(28101)를 통해 외과의사는 해부학적 부위를 실-시간 3D로 볼 수 있음과 동시에 시술을 수행할 수 있다.
도 108h는 본 개시의 일 실시예에 따른 다양한 시각화 디바이스들의 기술 사양이 열거된 테이블을 나타낸다. 이 테이블에는 소형, 중형 및 대형 시각화 디바이스들에 대한 예시적인 기술 사양들이 열거되어 있다. 기술 사양들은 사이즈, 배터리 요구 사항과 성능 메트릭을 포함하여 이러한 디바이스들의 특정 속성을 포함한다. 도 108h에 도시된 값들은 예시적이며 본 발명의 실시예를 제한하려는 것은 아니다.
도 109를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 커스터마이즈된 키트(29000)가 도시되어 있다. 커스터마이즈된 패드(29200)가 생성되어 시각화 디바이스(28101)와 쌍을 이룬다. 패드(29200)는 3D-프린트된 금형(29002)을 사용하여 형성될 수 있다. 금형(29002)은 환자별 요구 사항과 시술의 고유한 요구 사항에 맞게 커스터마이즈될 수 있다. 이 예에서, 외과의사는 도 109에 도시된 바와 같이 도구들(29203)을 사용하여 근접치료(brachytherapy) 시술을 수행한다.
도 110a 내지 도 110d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템(30000)을 도시한다. 시각화 시스템(30000)은 시각화 디바이스(30002)와 패드(30004)를 포함한다. 바늘 팁(30006)이 삽입 지점(30008)에 접근함에 따라, 시각화 디바이스에 위치된 센서들은 시각화 디바이스(30002) 상에 접근하는 바늘 팁을 추적하고 디스플레이한다. 도 110b에 도시된 바와 같이, 바늘 팁과 삽입 지점 모두 시각화 디바이스(30002) 상에 표시된다. 이것은 삽입 지점으로 정확하게 진입시키기 위해 작업자가 바늘을 배치하고 정렬할 수 있게 한다. 바늘 팁이 시각화 디바이스 아래에 있을 때 즉, 트랜스듀서 범위 내부에 있을 때, PMUT 또는 CMUT 트랜스듀서들은 바늘 팁을 추적하기 위해 시각화 디바이스(30002)의 밑면에 제공되는 반면, 카메라들, 적외선 또는 근적외선 센서들과 같은 기타 센서들은 시각화 디바이스의 투사된 풋 프린트에 인접하지만 그 외부에 있는 바늘 위치를 추적할 수 있다. 다른 실시예들에서, PMUT 또는 CMUT 트랜스듀서들은 접근하는 바늘을 추적 및 식별하기 위해 시각화 디바이스의 풋 프린트 외부에 신호들을 전송하기 위해 경사진 표면들 상에 제공될 수 있다. 정확한 삽입을 용이하게 하기 위해, 시각화 디바이스(30002)에 의해 다양한 렌더링 및 이미지 향상들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 110c에 도시된 바와 같이, 현재 위치에 기반하는 바늘의 투사된 궤적(30012)이 디스플레이될 수 있다. 이것은 삽입 지점(30008)에 정확하게 들어가도록 작업자가 바늘을 조정 및 정렬할 수 있게 할 것이다. 도 110d에 도시된 바와 같이, 바늘 팁이 삽입 지점을 통해 정맥(30014)에 들어갈 때, 정맥과 바늘 팁은 시각화 디바이스(30002) 상에 디스플레이된다. 시각화 시스템은 바늘의 적절한 사전-정렬, 삽입 및 최종 배치를 보장하기 위해 향상된 렌더링과 함께 실시간 3D 이미지들을 제공한다.
도 116은 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템(36000)을 도시한다. 시각화 시스템(36000)은 패드 내에 제공된 슬롯(36008)을 통해 패드(36004) 내에 배치될 수 있는 시각화 디바이스(36002)를 포함한다. 시각화 시스템(36000)은 스툴(stool)(36006) 위에 배치되어 스툴(36006) 상에 앉아 있는 환자의 이미징을 가능하게 한다. 도 117은 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템(37000)을 예시한다. 시각화 시스템(37000)은 전술한 시각화 시스템(36000)과 유사하지만, 본 실시예의 시각화 디바이스(37002)는 시툴 내의 슬롯(37008)을 통해 스툴(37006) 속으로 직접 삽입된다. 다른 실시예들에서, 시각화 시스템은 편리한 이미징 및/또는 시술을 위해 다른 의료 가구 내에 배치되도록 구성될 수 있다.
도 119a 및 도 119b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 시스템(39000)을 도시한다. 도 119a에 도시된 바와 같이, 시각화 시스템(39000)은 다수의 에어 벤트(air vent)들(39006)을 가진 시각화 디바이스(39002)를 포함한다. 시각화 디바이스(39002) 내부에 배치되거나 이와 연결된 팬 또는 기타 압력 유도 요소는 에어 벤트들을 통해 공기를 빨아들여 흡인력을 생성하게 된다. 또한, 공기 이동은 디바이스의 전자 컴포넌트들의 냉각을 촉진하고 시각화 디바이스의 적절한 기능을 보장한다. 시각화 디바이스(39002)는 패드(39004)와 결합된다.
도 122a 내지 도 122d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(42000)를 도시한다. 도 122a에 도시된 바와 같이, 시각화 디바이스(42000)는 평면 뷰(42002)와 단면 뷰(42004)를 보여주는 듀얼 디스플레이 윈도우을 포함한다. 원하는 경우, 듀얼 디스플레이가 비활성화되어 단일 디스플레이를 나타낼 수 있다. 작업자는 도 122d에 도시된 평면 뷰만 보거나 도 122c에 도시된 단면 뷰만 보도록 선택할 수 있다. 시각화 디바이스(122D)의 원형 모양은 작업자가 환자의 피부를 가로질러 디바이스를 편리하게 잡고 슬라이드하여 적절한 삽입 위치를 찾을 수 있게한다. 도 122c에 도시된 바와 같이, 잠재적 삽입 사이드에서 해부학적 상태들을 더 평가하기 위해, 위치가 확인되면, 작업자는 3D 이미지들을 회전시킬 수 있다.
도 123은 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 디바이스(43000)를 도시한다. 시각화 디바이스(43000)는 바늘(43004)을 식별 및 추적하기 위해 프로브의 측면에 위치된 카메라 또는 기타 센서(43002)를 포함한다. 디스플레이(43008)는 PMUT 또는 CMUT 트랜스듀서들에 의해 스캔되는 해부학적 피처들의 시각 자료들을 카메라에 의해 캡처된 전진하는 바늘의 실-시간 이미지들과 결합한다. 시각화 디바이스(43000)는, 바늘이 패드(43006)에 들어간 후 삽입 구역에 들어가기 전에, 이상적인 바늘 각도와 위치를 결정하기 위해 바늘을 추적할 수 있다.
도 127a 내지 도 127d를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시각화 조립체(47000)가 도시되어 있다. 시각화 조립체(47000)는 패드(47004)에 결합될 수 있는 시각화 디바이스(47002)를 포함한다. 도 127b 내지 도 127d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 시각화 디바이스(47002)와 패드(47004)는 환자의 얼굴, 두개골, 사지(limb) 또는 신체 상에 배치되도록 설계된다. 패드(47004)의 피부-접촉 표면은 환자의 얼굴, 두개골, 사지 또는 신체와 편리하게 결합하기 위한 다양한 특징들을 포함할 수 있다. 도 127a에 도시된 바와 같이, 환자의 눈을 수용하기 위해 패드(47004) 내에 오목부들(47004)이 제공된다. 시각화 디바이스(47002)는 뇌(47010)의 실-시간 3D 이미지들을 보여주는 디스플레이(47008)를 포함한다. 시각화 디바이스(47002)의 원위면(distal face)은 이러한 원위면 전체에 분포된 트랜스듀서들의 어레이를 포함하지만, 뼈 즉, 두개골에 의해 방해받지 않는 트랜스듀서들만 활성화되어 신호들을 송,수신할 것이다. 도 127c 및 도 127d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 활성 트랜스듀서들(47018)은 신호(47012)를 전파하여 환자의 눈을 넘어서 뇌 조직을 커버하는 신호(47014)를 발산한다. 도 127d에 도시된 바와 같이, 활성 트랜스듀서들은 안와(eye socket) 내의 틈새들 사이로 신호들을 송,수신한다. 전면적인(sweeping), 발산 신호(47014)는 뇌의 실-시간 3D 이미지를 생성한다. 뼈에 의해 차단된 트랜스듀서들(47016)은 이미징 동안 활성화되지 않는다. 특정 트랜스듀서들의 활성화는 시각화 디바이스에 의해 자동적으로 수행되거나 작업자에 의해 수동적으로 제어될 수 있다. 스트랩 또는 기타 고정 디바이스를 사용하여 시각화 조립체(47000)를 환자의 얼굴, 두개골, 사지 또는 신체에 고정되하게 부착할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 실-시간 3D 이미징은 하나 이상의 독립적인 어레이들을 가진 트랜스듀서 어레이를 사용하여 수행될 수 있다. 즉, 연속적인 트랜스듀서 어레이는 불필요하다. 시각화 디바이스(47002)의 프로세서는 환자의 얼굴, 두개골, 팔다리 또는 신체 상에 위치된 다수의 트랜스듀서들의 상대적인 위치들과 방위들을 결정하여 그들이 조화롭게 작동할 수 있게 한다. 이러한 임의의 트랜스듀서들을 결합하여 이미지 데이터를 얻을 수 있다. 예를 들어, 이미징 데이터는 단일 트랜스듀서 어레이로부터의 송,수신에 의해 얻을 수 있고, 또는 하나의 트랜스듀서 어레이로부터의 송신과 하나 이상의 다른 어레이로부터의 수신에 의해 얻을 수 있다. 각각의 트랜스듀서 어레이에 대한 이미지 형성과 생성은 단일 트랜스듀서 어레이와 유사하다. 이러한 데이터가 획득되면, 프로세서는 어레이 위치들을 삼각측량(triangulate)하고 데이터를 결합하여 용적(volumetric) 이미지 데이터 세트를 생성할 수 있다. 따라서, 특정 트랜스듀서들의 전략적 활성화 및 결과적인 이미지 데이터 세트들을 처리할 수 있는 능력을 통해, 시각화 디바이스는 뼈, 체액 및 이미징에 장애가 되는 기타 특징들과 같이 경조직 뒤에 위치된 해부학적 피처들의 고-품질 실-시간 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 본 개시의 시각화 디바이스는 수술 부위 주위로 디바이스를 이동할 필요없이 이러한 이미지들을 생성하기 위해 단일의 위치 상에 배치될 수 있다.
어레이들의 수를 증가시키면, 관심 조직의 보다 상세한 이미지를 구축할 수 있다. 각각의 어레이에 대한 이미지 형성은 단일-어레이의 경우와 유사하지만, 어레이들 사이의 삼각측량은 다수의 어레이들로부터 데이터 세트를 결합하는데 사용될 수 있다.
시각화 디바이스(47002)는 B-모드(B-Mode)와 조직 고조파 이미징(Tissue Harmonic Imagaging) 내의 조직의 해부학적 피처들을 결정할 수 있는 표준 초음파 신호 처리를 포함할 수 있다. 또한, 시각화 디바이스(47002)는 도플러 효과를 이용하여 수술 부위에서 혈류를 검출할 수 있다. 시각화 디바이스 내의 자기상관 추정기(autocorrelation estimator)들은 의사에게 이러한 정보를 디스플레이하기 위해 색상들을 사용하여 유동 모드들 내에서 공간과 유동 정보를 결합하는 디스플레이들을 제공할 수 있다. 푸리에(Fourier) 분석은 펄스 도플러 모드와 CW 도플러 모드에서 도플러 쉬프트의 스펙트럼 분포를 보여줄 수 있다. 또한, 시각화 디바이스(47002)는 조직 강도(stiffness)를 식별하는 탄성영상(elastography) 데이터를 제공할 수 있다.
시각화 디바이스(47002)는 복귀 에코(returning echo)들을 정량화하기 위해 정량 초음파(Quantitative Ultrasound, "QUS")를 포함할 수 있다. QUS 처리의 고유한 값들을 통해 시각화 디바이스는 다양한 조직 유형들을 식별 및 구별할 수 있다. 예를 들어, 신경과 근육 조직은, 표준 초음파 디스플레이 내에서 매우 유사하게 보이더라도 구별될 수 있다.
조직 내의 음향 산란체(scatterer)들의 농도, 및 이들 산란체들의 평균 분리(separation)와 같은 양들을 추정하기 위한 QUS 알고리즘들은 시각화 디바이스에 의해 수행될 수 있다. QUS 알고리즘은 시간 도메인(Domain) 또는 주파수 도메인 내에서 작동할 수 있다. 시간 도메인 내에서 작동하는 QUS 알고리즘은 시각화 디바이스의 빔형성기(beamformer)로부터 나오는 무선-주파수 신호에 적용되는 통계 측정들을 기반으로 할 수 있다. 주파수 도메인 내에서 작동하는 QUS 알고리즘은 디바이스에 의해 수신된 무선-주파수 신호의 일부에 대한 푸리에 변환을 기반으로 할 수 있다. QUS 알고리즘에 의해 추정된 양들은 시각화 디바이스에서 수신된 신호 내에서 인코드(encoded)되지만 표준 그레이 스케일 또는 컬러 디스플레이 상에서 보이지 않는 데이터를 나타낼 것이다. 상이한 조직은, QUS 파라미터들에 대해 상이한 값들을 가지며, 이미지화된 용적 내의 각각의 위치에 존재하는 조직 유형을 생성하고 보이기 위해 머신 러닝 시스템에 의해 처리될 수 있다.
도 128a 및 도 128b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 시각화 조립체(48000)를 도시한다. 시각화 조립체(48000)는 패드(48004)에 결합되도록 구성된 시각화 디바이스(48002)를 포함한다. 일 실시예에서, 도 128b에 도시된 바와 같이, 패드(48004)는 시각화 디바이스(48002)가 패드 상에 눌려 질 때 시각화 디바이스(48002)의 형상을 획득하는 성형가능한 재료를 포함할 수 있다. 도 128a에 도시된 바와 같이, 시각화 조립체(48000)는 환자의 눈 위에 배치되어 단일-눈을 생성하도록 구성된다. 디스플레이(48004)는 눈 스캔을 실 시간으로 보여준다. 다른 실시예들에서, 시각화 조립체는 골반(pelvic) 이미징, 복부 이미징, 경복부 이미징, 경직장(transrectal) 이미징, 산과(obstetric) 이미징, 경동맥(carotid) 이미징, 복부 대동맥(aorta) 이미징 등을 위해 다양한 다른 신체 부위들을 스캔하도록 커스터마이즈될 수 있다.
바늘 움직이기(Moving Needle)
도 1a를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 삽입기 조립체(300)가 하우징(100)에 결합되면, 하우징(100)은 삽입기 조립체를 조작하여 환자와 선택된 천자 부위에 대한 삽입기 조립체의 방위를 조정할 수 있다. 예를 들어, 삽입기 조립체는 내비게이션 시스템에 의해 제공되는 데이터를 고려하여 작은 움직임을 수행하여, 삽입기 조립체의 바늘이 천자 부위에서 환자에게 들어가고 적절한 각도, 깊이 및 궤도로 천자 부위로 들어가게 할 수 있다. .
삽입기 조립체를 이동시키는 하우징 기능은 반-자율 또는 완전히 자율일 수 있다. 예를 들어, 하우징은 바늘을 최적의 위치로 이동시키고 천자 부위에서 순환계 내의 의도된 위치(또는 해부학적 구조 내의 뼈 또는 기타 위치)로 삽입할 준비가 되고도록 자율적으로 작동될 수 있다. 환자에게 바늘을 삽입하는 실제 단계는 자율적으로(예, 최적의 위치가 지정되면, 바늘이 환자 속으로 자동적으로 삽입됨), 또는 반-자율적으로(예, 삽입을 개시하기 위해 버튼 등을 통해 작업자가 디바이스와 상호작용함) 수행될 수 있다.
이러한 기능에 비추어, 하우징은 다양한 센서들, 기계 요소들 등을 포함할 수 있고, 이들 모두는 천자 부위에서 바늘의 궁극적인 위치결정에 부가된다.
예를 들어, 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예는 하우징(100) 내의 바늘(301)을 가진 삽입기 조립체(300)를 포함한다. 하우징(100)은 바늘의 정밀 제어, 위치결정, 삽입 및 추출을 위한 모터들 또는 서보메커니즘들과 같은 기계 요소들 및 센서들과 같은 전술한 요소들을 포함할 수 있는 바늘 작동 시스템(150)을 포함한다. 예를 들어, 도 16b에 도시된 바와 같이, 서보 모터들은 앞뒤, 좌우 및 상하 이동과 같은 3방향으로 미세한 선형 이동이 가능할 수 있다. 또한, 바늘 작동 시스템은 삽입기 조립체가 하나 이상의 평면들 내에서 회전될 수 있도록 회전 또는 피벗 조인트를 구비할 수 있다. 이것은 바늘이 미리결정된 삽입 궤적을 따라 정렬되게 할 것이다.
도 16a 및 16b의 실시예에 예시된 바와 같이, 바늘 작동 시스템(150)은, 내비게이션 시스템의 일부일 수 있고 및/또는 삽입기 조립체(300)를 제어하기 위해 바늘 작동 시스템(150)에 정보를 공급하는 센서일 수 있는 센서 어레이(160)와 함께 하우징(100) 내에 위치된다. 시스템(150)은 삽입기 조립체(300)를 하우징(100)과 바늘 작동 시스템(150)에 연결하는 일차(primary) 제어 암(151)을 포함한다. 또한, 일차 제어 암(151)은 하우징(100) 내부에 위치된 하나 이상의 서보들(미도시)에 의해 제어된다. 삽입기 조립체(300)의 이동의 방향과 정도는 삽입기 조립체의 사이즈와 하우징(100)의 사이즈에 의해 정의된다. 도 16b는 하우징(100) 내부에서 X-방향과 Y-방향으로 삽입기 조립체(300)의 이동 정도를 보여주는 하우징(100)의 평면도를 도시한다. 또한, 일차 제어 암(151)은 Z-방향(즉, X-방향과 Y-방향 모두에 수직이고 지면으로 들어가거나 그로부터 나오는)으로 삽입기 조립체를 이동시키는 적어도 R-방향으로 삽입기 조립체를 회전시키는 능력을 가질 수 있다. Z-방향으로의 이동은 천자 부위에서 바늘(301)의 진입 각도의 조정을 제공할 수 있으며, 궁극적으로 환자의 혈관 또는 다른 해부학적 구조 속으로 들어가게 할 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 실시예에서 삽입기 조립체(300)의 유연성을 제외하고, 도 16a 및 도 17b와 유사한 바늘 작동 시스템(150)의 다른 실시예를 도시한다. 예시된 바와 같이, 조립체(300)의 유연성은 하우징 내부에서 조립체(300)의 증가된 이동을 가능하게 할 수 있다. 대안적으로, 유연성 조립체(300)는 도 16a 및 도 16b의 실시예에서 가능한 유사한 이동 범위를 여전히 유지하면서 더 작은 하우징(100)의 사용을 가능하게 한다. 삽입기 조립체(300)의 유연성 부분은 단순히 조립체(300)의 다양한 요소 위의 유연성 하우징일 수 있고, 및/또는 튜브들, 바이알(vial)들, 바늘들 등과 같은 조립체(300)의 유연성 요소들을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 디바이스는 "유니버셜" 조인트의 사용에 의해 무한한 수의 위치들 내에 위치될 수 있는 바늘(301)을 제공할 수 있다. 이러한 조인트는 X-방향, Y-방향 및 Z-방향, 회전 방향, T-방향(즉, 바늘 틸트 방향) 및 D-방향(즉, 바늘 드라이브 방향)("XYZRTD" 이동)을 포함하는 원하는 임의의 방향들로 바늘을 이동시킬 수 있는 다수의 서보들을 필요로 한다. 이러한 예에서, 이러한 보편적인 이동은 삽입기 조립체(300)가 하우징 내부에서 이동하기 위한 간극을 제공하기 위해 비교적 큰 하우징(100)을 필요로 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 내비게이션 시스템은 환자 상의 정확한 위치로 바늘(301)을 안내하기 위해 바늘 작동 시스템(150)에 정보를 제공할 수 있다. 이와 같이, 바늘 작동 시스템은 이러한 데이터를 축적하고, 이러한 데이터를 기반으로 서보들을 작동시켜, 내비게이션 시스템에 의해 지시될 때 바늘을 원하는 위치로 이동시킨다. 부가적으로, 서보들은 바늘 및 삽입기 조립체(300)의 위치, 바늘이 환자에게 인가하는 힘, 바늘 상에 가해지는 환자의 해부학적인 힘 등과 같은 정보를 측정하는 다른 센서들을 통해 피드백을 수신할 수 있다. 이와 같이, 힘 센서 또는 촉각 센서와 같은 부가적인 센서들은 적절한 바늘 삽입을 제어 및 모니터링하기 위해 바늘 작동 시스템에 결합될 수 있다. 정밀 서보들과 모터들은 특히, 이동 속도, 관통 깊이, 관통 각도, 및 피부 천자에 대한 삽입력 등에 기반하여 바늘 삽입 동작이 정확하게 실행되게 한다. 예를 들어, 바늘 이동 속도는 환자의 불편함을 줄이기 위해 조정되거나 피부 천공을 달성하기 위해 증가될 수 있다. 바늘 작동 시스템은 다양한 바늘 이동 속도를 제공할 수 있고, 바늘은 피부를 빠르게 천공(불쾌감을 줄이기 위해)한 후, 혈관을 천공하는 동안 속도를 늦추어 정밀도를 최대화한다. 유사하게, 바늘 후퇴 속도는 최적화된 성능을 위해 가변적으로 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 바늘 작동 시스템은 반-자율 요소로서 작업자에 의해 제어될 수 있다. 이러한 구성에서, 햅틱 힘 피드백 시스템이 사용될 수 있다. 구체적으로, 바늘 삽입 위치, 궤적 및 깊이의 가상 햅틱 구조가 생성되어, 작업자가 내비게이션 시스템과 GUI의 도움으로 삽입을 수행할 수 있게 하는 가상 경계들을 생성할 수 있다. 또한, 바늘 작동 시스템은 반-자율 시스템 내의 바늘 움직임의 정밀 제어를 위해 힘 센서들과 결합된 마이크로조작기들을 포함할 수 있다.
삽입기 조립체
디바이스는 다양한 바늘 및 바늘 액세서리들을 포함하는 상이한 삽입기 조립체들과 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 바늘이 부착되면, 내비게이션 센서들은 부착된 바늘의 치수를 이용하여 삽입을 수행하기 위해 디바이스를 감지하고 눈금을 조정한다. 이것은, 일반적인 병원 사용에서 예상되는 다양한 시술들에서 많은 다양한 바늘을 사용하여 디바이스를 범용적으로 사용할 수 있게 한다. 위에서 논의된 바와 같이, 요구되는 바늘은 설정 전에 베이스 상에 포함될 수 있거나, 특정 실시예들에서, 베이스와 하우징이 이미 환자 상에게 위치되면, 바늘이 디바이스에 부착될 수 있다.
대안적으로, 적어도 하나의 바늘과 적어도 하나의 삽입기 조립체를 가진 키트가 제공될 수 있다. 키트는, 바늘과 함께 사용하고 삽입기 조립체 내부에 위치되기 위한 다양한 액세서리들과 함께 다양한 사이즈의 바늘들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 삽입기 조립체는, 임의의 크기의 바늘 및 임의의 원하는 바늘 액세서리들과 함께 사용할 수 있도록 되어 있는 범용 요소일 수 있다.
고체 바늘 즉, 캐뉼러 삽입이 없는 바늘이 본 디바이스와 함께 사용될 수 있지만, 캐뉼러 바늘들은 플래시백(flashback)이 가능하도록 사용될 수 있으므로, 작업자는 바늘이 혈관 속으로 삽입되었는지 여부를 확인할 수 있다. 그러나, 본 디바이스는 내비게이션 시스템과 바늘 삽입 시스템으로부터 수신된 피드백으로 인해 바늘 삽입이 성공적으로 달성되었는지 여부를 확인하는 이러한 시각적 확인이 불필요할 수 있다. 결과적으로, 이러한 디바이스는 바늘 삽입 과정에서 환자의 불편함을 줄일 수 있는 단단한 바늘들로 작동할 수 있다. 플렉스블 바늘들, 조정가능한 바늘들(예, 바늘 사이즈 최소화를 가능하게 하는 텔레스코픽 특징들을 가진 바늘) 등과 같은 다른 바늘들은 이러한 디바이스와 함께 사용될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(760)와 함께 패치(750)를 포함하는 키트가 도 20a 및 도 20b에 도시되어 있다. 삽입기 조립체(760)는 바늘 상에 위치된 스커트(skirt)(762)를 포함한다. 스커트는 천자 부위에서 삽입된 바늘(및 궁극적으로, 선택적으로 캐뉼라) 주위에서 부가적인 살균 실드로서 작동할 수 있다. 스커트는 천자 부위에서 환자의 피부에 자신을 고정하는 접착 표면을 포함하고, 또는 스커트는 환자의 피부 상에 위치되거나 위치될 수 있는 통합된 사전-도포된 패치(750)와 결합될 수 있다. 패치(750)는 디바이스와 삽입기 조립체(760)와 결합하기 위한 상부층(751), 및 환자의 피부에 부착하기 위한 바닥 표면(754)을 포함한다. 바닥 표면(754)은, 천자 부위의 감염을 방지하고 또한 천자 부위로부터의 임의의 혈액을 작업자로부터 멀리 유지하기 위해 바늘 침투 후에 밀봉하는 자가-밀봉 부재일 수 있다. 바닥 표면(754)은 작업자 또는 임의의 다른 반응에 의해 활성화 또는 비활성화될 수 있는 접착 특성을 포함할 수 있다. 삽입을 위해 정맥들을 확장하기 위한 정맥 준비 컴포넌트들을 가진 플렉스블 층(752)과 같은 부가층들은 바닥 표면(754)과 상부층(751) 사이에 위치된다. 정맥 준비 컴포넌트는 가열 작용제, 전기 작용제 및 화학 작용제를 포함할 수 있다. 도 20a에 도시된 바와 같이, 진통제(analgesic) 층(753)은 바늘 삽입 과정에서 통증과 불편을 줄이기 위해 제공된다. 바닥 표면(754)은 접착, 광 또는 진동 활성화 접착, 마찰, 인터로킹(interlocking) 메커니즘 등을 통해 피부에 고정될 수 있다. 이것은 장기적인(long-term) IV 사용에 특히 유용할 수 있고, 일반적으로 캐뉼라를 환자에게 고정하기 위해 부가적인 테이핑(taping)이 필요하다. 부가적인 테이핑 단계 대신에, 작업자는 환자에 대해 바늘/캐뉼라를 제자리에 고정하는데 도움이 될 수 있는 위치로 스커트를 신속하게 슬라이드시킬 수 있다.
구체적으로, 도 28 내지 도 31c를 참조하면, 본 명세서에서 상정된 임의의 디바이스들 내부에서 삽입기 조립체 및/또는 하우징의 마이크로모션들을 포함하는 모션들이 달성되는 방식의 다양한 예시적인 실시예들이 개시되어 있다.
도 28 내지 도 31c는 본 개시의 다양한 실시예들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 디바이스(1200)는 힌지 조인트, 유니버설 조인트 또는 볼 조인트 등과 같은 관절형 조인트들(1203)을 이용하여 복수의 관절형 스트럿들(1202)이 제1 끝단(1207)에 장착되는 스트럿(strut) 장착 구조 또는 스트럿 마운트(1201)를 포함한다. 스트럿들(1202)은 스퀴글(squiggle) 모터, 원격 전동 드라이브를 가진 풀 와이어, 또는 공압 드라이브와 같은 압전(piezoelectric) 선형 모터와 같이 통합되거나 인접한 선형 모터(1204)에 의해 구동되는 선형 운동을 제공할 수 있다. 대안적으로, 스트럿들은 힌지부를 포함할 수 있다. 이러한 관절형과 드라이브형의 장점은 극도의 소형화 및 정확성을 달성하는 것이다. 스트럿 장착 구조(1201)는 도 28에 도시된 바와 같은 대체로 직사각형, 또는 도 29에 도시된 바와 같은 대체로 원형, 또는 도 31b 및 도 31c에 도시된 대체로 삼각형인 완전한 측면 개방 개구일 수 있다. 도 31c에 도시된 바와 같이, 스트럿 장착 구조(1201)는, 아래로부터 또는 측방향으로 스트럿 마운트에 장착된, 직립 또는 각진 포스트들(1215)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 스트럿 마운트는 디바이스(1200) 내부의 외부 케이싱, 구조물, 프레임의 영역에 구조적으로 결합되거나 디바이스(1200)에 일체로 결합될 수 있다. 도 31a 및 도 31b는 스트럿 장착 구조가 디바이스(1200)의 단단한 개구(1205)와 통합되는 일 실시예를 도시한다. 부가적으로, 디바이스는 힌지 조인트, 유니버설 조인트 또는 볼 조인트 등과 같은 관절형 조인트(1209)를 이용하여 복수의 스트럿들의 각각의 제2 끝단(1208)이 장착될 수 있는 플로팅(floating) 플랫폼(1210)을 포함할 수 있다. 작동시, 플랫폼(1210)은 환자의 신체 예를 들어, 표적 정맥내 바늘 삽입 부위 또는 그 부근에 실질적으로 인접하고 및/또는 이에 평행하게 위치된다. 복수의 스트럿들은 최대 6 자유도 운동으로 플랫폼을 이동시키기 위해 기계적으로 관절을 이룰 수 있다. 도 28 내지 도 31c에 도시된 실시예들에서, 디바이스는, X(측면), Y(세로), Z(신체 안팎으로), 요(yaw)(회전), 롤(측면 틸트) 및 피치(전후 틸트) 모두에서 플랫폼을 함께 움직일 수 있고, 종종 헥사포드(Hexapod)로 명명되는 6 스트럿들(1202)을 구비할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 디바이스는 트리포드(Tripod)로 명명되는 3 스트럿들, 또는 쿼드-포드(Quad-pod)로 명명되는 4 스트럿들을 포함할 수 있다.
계속해서, 도 28 내지 도 31c을 참조하면, 플로팅 플랫폼(1210)은 환자의 피부 아래의 표적 부위로부터 2d, 3d 또는 4d 데이터를 수집할 수 있는 해부학적 이미징 모듈을 포함할 수 있다. 플랫폼은 선호하는 부위와 정렬하기 위해 다양한 운동 각도로 이동될 수 있다. 부가적으로, 플랫폼은 예를 들어, 압박을 받는 특정 혈관들의 특성을 평가하는 것과 같이, 그 밑면이 환자의 영역을 누르거나 마사지하는 방식으로 움직일 수 있다. 이것은 동맥(일반적으로 덜 압축될 수 있는)에 비해 정맥을 결정하는데 중요한 부가적인 정보를 제공할 수 있다. 부가적으로, 플랫폼은, 혈관을 자극하여 혈관이 보다 더 최적화되고, 더 확장되거나, 피부 표면에 더 가깝게 올라갈 수 있도록 즉, 내강(lumen)의 사이즈를 증가시키켜 더 용이한 표적이 되도록, 진동하거나 두드리는(tapping) 동작을 구현할 수 있다. 도 29 및 도 30에 예시된 바와 같이, 플랫폼 및/또는 주변 영역은 아래의 혈관을 가열 및 팽창시키기 위한 가열 요소(1211)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 스트럿들(1201)에 의해 생성된 고주파 미세 움직임에 의해 야기되는 플랫폼의 진동은, 자극을 통해 국부적으로 인접하거나 주변의 말초 신경계(peripheral nerve system)를 혼동시키는 통증 게이트(pain gate) 자극으로 작용하기 위해, 바늘 삽입시 활성화될 수 있다. 도 29에 도시된 바와 같이, 플랫폼은 바늘 절개시 야기되는 감각 효과들을 마비시키는 수단 예컨대, 통증 관리로서, 일시적인 마비 효과를 유발하도록 활성화될 수 있고, 삽입 부위 근처 또는 그 부근에서 표적화된 냉각 요소(1212)를 포함할 수 있다.
또한, 플랫폼은 마운트로 명명될 수 있는 고정되거나 관절형인 도관(conduit)(1213)을 포함할 수 있고, 바늘 또는 캐뉼라, 또는 바늘 및/또는 캐뉼라를 수납하는 삽입 모듈(1214)을 보유할 수 있다. 도관은, 글로벌 모션으로 명명될 수 있는 복수의 스트럿들(1202)에 의해 제공되는 운동 정도에 대한 보완으로서, 로컬 모션으로 명명되는 플랫폼(1210)에 대한 부가적인 운동 정도를 제공할 수 있다. 상위 규모(upper extent)에서, 도관은 X,Y,Z,R 요,롤,피치와 같은 6-자유도의 국부적 운동을 제공할 수 있다. 더 바람직하게, 도관은 국부 회전(국부-요), 국부 틸트(국부-피치)를 제공할 것이다. 플랫폼 장착 도관(1213)에 의해 또는 삽입 모듈 또는 캐뉼라 자체 내에서 제공되고, 수퍼-로컬 이동이라 명명되는, 다른 모션들은 구동(자신의 축을 따라 바늘 또는 캐뉼라를 밀거나 당기기), 및 비틀기(자체 세로 축을 중심으로 바늘 또는 캐뉼라의 회전)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 도관(1213)과 삽입 모듈(1214)은 하나의 조립체로서 제공될 수 있다.
디바이스(1200)가 이미저 모듈에 의해 안내되는 표적 혈관과 정렬된 후, 예를 들어, 환자 또는 작업자의 흔들림 또는 떨림으로 인해 표적이 이동하거나, 그렇지 않고 디바이스가 표적을 벗어나면, 표적과 일치시키기 위해 디바이스는 도관에 의해 고정된 바늘의 위치와 궤적을 자동으로 수정할 수 있으므로, 플로팅 플랫폼으로 명명된다.
부가적으로, 통합된 스트럿 장착 구조를 가진 디바이스(1200)는 외부 치수가 콤팩트하게 구성되는 것이 바람직하만, 내부의 플로팅 플랫폼에 최대 운동 범위를 제공하여, 최적의 바늘 또는 캐뉼라 삽입 조건을 찾을 수 있도록 해부학적 구조의 비교적 넓은 영역을 스캔할 수 있는 능력이 제공된다. 전체 디바이스(1200) 높이는 8mm와 22mm 사이일 수 있다. 도 29의 원형 실시예는 25mm와 75mm 사이의 직경을 가질 수 있다. 플랫폼(1210)은 기계적으로 록킹가능하기 때문에, 사용자가 초기 위치결정 단계에서 팔 주위로 디바이스를 움직일 수 있고, 그 후, 통합된 플로팅 이미징 플랫폼을 가진 디바이스는 더 미세하거나, 미세한 정도의 모션 및 이미지와 바늘의 정렬을 수행할 수 있다.
또한, 디바이스(1200)는 제어 유닛과 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이는 디바이스들의 상면과 실질적으로 동일한 사이즈일 수 있고, 터치 컨트롤들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 디바이스는 컨트롤러 스틱 또는 조이-스틱을 포함할 수 있다. 작업자는 이러한 컨트롤들을 사용하여 로봇의 도움으로 바늘 또는 캐뉼라를 정렬 및 배치하기 위해 기계화된 운동 정도의 일부 또는 전부를 작동할 수 있다.
도 86a 내지 도 89c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(18000)를 도시한다. 삽입기 조립체(18000)는 바늘 드라이브 메커니즘(18001)을 위치시키는 3-자유도-평행 메커니즘을 포함한다. 바늘 드라이브 메커니즘(18001)은 삽입을 수행하기 위해 바늘(18020)을 운반 및 이동시킨다. 단일-자유도-메커니즘은 바늘 드라이버(18008)를 환자의 해부학적 구조 속으로 구동하고, 시술이 완료될 때 바늘을 빼낸다. 도 86a에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 삽입기 조립체(18000)는 디바이스(5000)와 패드(16000)에 부착될 수 있다.
도 89c에 도시된 바와 같이, 바늘(18020)은 리드스크류(18017)와 나사산 캐리지(carriage)(18016)에 장착된다. 축을 벗어난 부하를 하우징이 지지하고 부가적인 지지가 필요없는 방식으로 하우징(18015)에 의해 캐리지(18016)가 구속된다. 이러한 설계는 삽입기 조립체가 컴팩트한 사이즈를 갖게 한다.
바늘(18020)은 메커니즘과 바늘 사이의 살균 장벽을 유지하면서 이동이 제어되는 일회용 살균 컨테이너 내에 포함될 수 있다.
도면에 도시된 리드스크류(18006)와 같은 2개의 평행 선형 메커니즘들은 바늘 삽입 위치를 제어하기 위해 메인 캐리지(18012)의 x축을 따라 각도와 위치를 공동으로 제어한다. 선형 메커니즘들은, 동기적으로(synchronously) 이동될 때, 메인 캐리지(18012)가 일정한 방향을 유지하고 x축을 따라 이동하는 방식으로, 메인 캐리지(18012)에 결합된다. 또한, 선형 메커니즘들과 메인 캐리지(18012) 사이의 결합은, 메인 캐리지가 비동기식으로 움직일 때, 병진 이동없이 회전할 수 있다. 이러한 모션은 리드스크류들(18006)에 의해 구동되는 2개의 나사산 핀들(18014)의 독립적인 이동에 의해 제어될 수 있다. 메인 캐리지(18012)는 하나의 핀에 대해 자유롭게 회전하고 다른 핀에 대해 자유롭게 회전하고 병진 이동한다. 대안적인 실시예들에서, 핀과 메인 캐리지의 기능은 리드스크류들과 인터페이스하는 굴곡 힌지들과 나사산 피처들을 포함하는 유연한(compliant) 구조에 의해 결합될 수 있다.
2개의 지지 샤프트들(18011)은 x축과 정렬되지 않게 바늘에 가해지는 모멘트와 하중을 방지하기 위해 제공된다. 이것은 효율성을 향상시키고 선형 메커니즘(18006)의 유효 수명을 연장시킨다.
선형 가이드(18007)는 바늘 드라이버와 메인 캐리지(18012) 사이의 인터페이스로서, 다른 방향으로의 이동을 제한하면서 y축을 따라 자유로운 이동을 가능하게 한다. 레일(18004)은 바늘 드라이버(18008)의 Y 위치를 제어하는 한편, x 방향을 따라 바늘 드라이버의 무제한 이동을 허용한다. 연결 핀(18019)은 레일(18007)과 바늘 드라이버(18013) 사이를 인터페이스한다.
도면들에 도시된 리드스크류와 같은 선형 메커니즘(18001)은 Y 방향을 따라 레일(18004)의 이동을 제어한다. 2개의 선형 가이드들(18003)은 레일에 걸리는 모멘트를 방지하여 선형 메커니즘(18001)의 효율성을 개선하고 수명을 연장한다.
4개의 전자기 회전 모터들(18002,18005,18010,18018)은 그들의 높은 전력-밀도로 인해 선형 메커니즘들에 전력을 공급하는데 사용된다. 다른 실시예들에서, 이들 모터들은 디바이스에 의해 방출되는 소음을 감소시킬 수 있는 압전 모터일 수 있다. 유압 또는 공압 모터들도 사용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 선형 모터들은 선형 메커니즘들에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 다른 실시예들에서, 지지 샤프트(18011)가 제공되지 않을 수 있고, 대신에 선형 메커니즘들(18009)은 축으로부터 벗어나는 부하를 직접 방지할 수 있다. 이것은 메커니즘을 더 컴팩트하게 만들기 때문에 유리하다.
4개의 축들 모두에 리드스크류들을 사용함으로써, 삽입기 조립체(18000)의 선형 능력(resolution)이 상당히 증가되어, 모터의 완전 회전시, 바늘은 정맥의 직경의 일부를 움직일 수 있다. 또한, 모터들 내의 백래시(backlash)의 영향이 크게 감소한다. 리드스크류의 역 회전 방지 및 모터와 리드스크류 사이의 기어 커플링으로 인해, 작업자의 실수 또는 사고로 인해 디바이스 상에 가해지는 우발적인 과부하는 모터에 전달되지 않을 것이다. 삽입기 조립체(18000)의 위치결정과 삽입 속도는 인간 작업자와 동일한 정도이다. 또한, 삽입기 조립체(18000)는 인간의 해부학적 구조 내부에 바늘을 삽입하고 조작하기 위해 인간 작업자와 유사한 힘을 가하도록 구성된다.
도 93a 내지 도 93f는 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(19000)를 도시한다. 도 90에 가장 잘 도시된 바와 같이, 삽입기 조립체(19000)는 선형 메커니즘(1904)의 회전을 생성하고 바늘 드라이브 메커니즘의 각도(ρ)를 제어하기 위해 반대 방향으로 이동될 수 있는 2개의 부재들(19005)을 포함한다. 하나의 부재(19005)는 다른 부재에 대해 회전하고 선형 메커니즘에 대해 병진 이동할 수 있는 핀(pinned) 조인트(90012)를 통해 선형 메커니즘에 결합된다.
부재(19005)는, X 방향으로의 이동이 서로 반대이고 단일 기어에 의해 구동되는 방식으로 두 부재들을 연결하는 기어박스에 의해 제어될 수 있다. 기어박스는 축 P를 중심으로 한 선형 메커니즘의 회전 및 주로 Y 방향으로의 바늘 축의 이동에 영향을 미치도록 축 P를 중심으로 부재를 회전시킬 수 있다.
기어박스는 기어박스의 회전과 링키지(linkage)들의 이동을 독립적으로 제어할 수 있는 2개의 웜 기어들(19011)에 의해 구동된다. 링키지들의 이동은 대형 썬(sun) 기어(19013)에 의해 구동되는 중앙 샤프트를 통해 동력이 전달되는 랙과 피니언(19015)에 의해 제어된다. 선형 메커니즘(19004)은 주로 X 방향을 따라 메인 캐리지(19007)의 위치를 제어한다. 도 93d 내지 도 93f에 가장 잘 도시된 바와 같이, 메인 캐리지(19007)는 바늘 드라이버 마운트(19009)를 운반하는 선형 메커니즘에 의해 이동된다.
선형 메커니즘은 캐리지를 구동하는 리드스크류(19017)를 포함할 수 있다. 시술이 시작되기 전에 연결된 바늘 드라이버에 연결된 바늘 드라이버 마운트(19009)가 부착된다. 바늘 드라이버 마운트(19009)는 정확하게 제어되는 단일 회전 자유도를 가지도록 캐리지에 부착된다. 바늘 드라이버의 회전에 영향을 미치는 회전 자유도는 도 91에 도시된 바와 같이 각도(ф)를 제어한다.
5개의 전자기 회전 모터들(19002,19003,19010,19019,19020)은 높은 전력-밀도로 인해 삽입기 조립체(19000)에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 전력은 샤프트를 통해 바늘을 구동하는 선형 메커니즘으로 전달될 수 있다. 토크는 매칭 핀들(19019)을 통해 리드스크류로 전달될 수 있고, 하우징은 밀고 비틀기 동작을 통해 사용자에 의해 삽입기 조립체(19000)에 일시적으로 고정된다. 카트리지는 일회용, 살균, 무-전원, 독립형 조립체일 수 있다.
삽입기 조립체(19000) 내의 암(19005) 링키지와 차동 기어박스의 기계적 설계는, 원격 위치로부터 메인 캐리지(1907)의 ф 방향 및 ρ 방향 모두를 매우 정확하고 독립적으로 제어할 수 있다는 점에서 특히 유리하다.
도 94 내지 도 96은 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(20000)를 도시한다. 삽입기 조립체(20000)는 삽입기 조립체와 바늘(20003) 사이의 인터페이스로서 기능하는 바늘 가이드(20001)를 포함한다. 바늘 가이드(20001)는 환자의 해부학적 구조 속으로 바늘을 구동하도록 구성된다. 또한, 바늘 가이드(20001)는 바늘(20003)의 수동 삽입을 위한 가이드 역할을 할 수 있다. 도 94 및 도 96에 가장 잘 도시된 바와 같이, 바늘 가이드(20001)는 축 A에 대한 캠 드라이버(20004)의 회전 운동을 축 B에 대한 바늘 가이드의 회전 운동으로 변환하는 원통형 슬롯(20010)을 구비한다.
2개의 회전 액추에이터들(20002)은 바늘(20003)을 병진 이동시키는 메커니즘을 구동한다. 액추에이터들(20002)은 전자기, 압전, 공압 또는 유압 모터들일 수 있다. 회전 액추에이터들의 어느 하나에 결합된 캠 드라이버(20004)는 원통형 슬롯(20010)에 의해 포함되지만, 원통형 슬롯 내부에서 자유롭게 회전할 수 있는 피쳐를 포함한다. 일 실시예에서, 이러한 피처는 구형(sphere-shaped)일 수 있다.
회전 액추에이터들의 어느 하나에 결합된 피벗 핀(20005)은 축 A를 중심으로 한 바늘 가이드 피처(20001)의 회전을 제어한다. 피벗 핀(20005)은 축 B에 대한 바늘 가이드의 회전이 일반적으로 구속되지 않도록 하기 위해 바늘 가이드 피처에 결합된다.
일 실시예에서, 설계의 컴팩트성 및 부가적인 기계적인 이점을 위해, 도 96에 가장 잘 도시된 바와 같이, 회전 운동은 회전 액추에이터들(20002)로부터 중간 기어들(20007,20008,20009)을 통해 캠 드라이버(20004)와 피벗 핀(20005)으로 전달된다. 다른 실시예들에서, 바늘 삽입의 힘 및/또는 속도를 증가시킬 목적으로, 회전 액추에이터들은 캠 드라이버와 피벗 핀에 직접 연결되거나 웜 기어를 통해 연결되어, 삽입기 조립체(20000)가 상이한 엔벨로프(envelope) 내부에 끼워지게 할 수 있다.
삽입기 조립체(20000)는 모터들과 기계 부품들의 스케일이 유사하기 때문에 특히 소형화가 용이하다. 삽입기 조립체(20000)의 고정(stationay) 모터들은 감소된 관성 질량을 가진다. 삽입기 조립체(20000)의 메커니즘은 2개의 독립적이고 직교하는 축들(A,B)을 중심으로 바늘을 회전시켜, 도 94 및 도 96에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각각의 각도(Φ,ρ)의 제어를 가능하게 한다. 이것은 축 A에 대한 회전이 회전 액추에이터들에 의해 직접 구동되고 축 B에 대한 회전이 캠 팔로워를 통해 간접적으로 구동되게 한다.
도 97 내지 도 100을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(21000)가 도시된다. 삽입기 조립체(21000)는 선형 메커니즘(21004)의 위치와 방향을 공동으로 제어하는 3개의 링키지들(21001,21002,21003)을 포함한다. 도 99에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 링키지들(21001,21002,21003)은 각각 y 방향으로 단일의 자유도 운동을 가진다. 링키지들의 각각은 독립적인 선형 액추에이터에 의해 구동된다. 각도 ф의 제어는 실질적으로 링키지들(21002,21003)의 반대 이동에 의해 달성된다. 각도 ρ의 제어는 실질적으로 링키지들(21001,21002,21003)의 반대 이동에 의해 달성된다.
각각의 링키지는 볼 조인트와 같이 2-자유도로 피벗할 수 있는 조인트를 통해 선형 메커니즘과 인터페이스한다. 링키지(21002)는 ф 회전 동안 바인딩을 방지하기 위해 부가적인 단일 자유도 조인트(21010)를 포함한다.
선형 메커니즘(21004)은 실질적으로 x방향으로 캐리지(21005)를 구동하는 액추에이터를 포함한다. 캐리지(21004)에 장착된 액추에이터(21009)는 환자의 해부학적 구조 속으로 바늘(21012)을 삽입 및 후퇴시키기 위해 바늘 장착 인터페이스(21008)를 통해 바늘 드라이버(21006)에 토크를 전달한다.
바늘 드라이버(21006)는 환자의 해부학적 구조 안팎으로 바늘을 구동할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 모션은 리드스크류에 의해 제어될 수 있다. 바늘 드라이버는 일회용, 살균, 조립식일 수 있고, 병원체 오염으로부터 의료 제공자와 환자를 보호한다. 하우징(21007)은 링키지들에 전원을 공급하는 액추에이터를 포함할 수 있다. 시술 중에 원하지 않는 움직임을 방지하기 위해, 하우징은 삽입기 조립체(21007)를 고정할 수 있다.
삽입기 조립체(21000)는 복잡한 진입 궤적을 허용하는 4-자유도로 바늘의 위치와 방향에 대한 완전한 제어를 제공한다. 일회용/살균 바늘 캐니스터(canister)가 설치되지 않은 경우, 도 100에 가장 잘 도시된 바와 같이, 삽입기 조립체(21000)는 접근할 수 있는 작업 공간의 길이, 폭 및 깊이에 비해 작은 부피로 축소된다. 삽입기 조립체(21000)은 다양한 길이들, 게이지들 및 구성들을 가진 바늘들을 수용할 수 있고, 역구동 불가능한 리드스크류들의 사용을 통해 5개의 모든 운동 축들에서 파손에 대한 저항력을 제공할 수 있다.
도 118a 및 도 118b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(38000)를 도시한다. 삽입기 조립체(38000)는 바늘(38006)을 고정할 수 있는 접을 수 있는 프레임(38002)을 포함한다. 접을 수 있는 프레임의 경사는 바늘(38006)의 진입 각도를 조정할 수 있다. 스위블 상의 바늘 홀더(38004)는 바늘 진입 각도의 추가적인 조정을 허용한다. 정확한 삽입 위치와 바늘 각도 궤적이 결정된 후 바늘은 수동으로 전진 또는 후퇴될 수 있다. 도 118b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 삽입기 조립체(38008)는 표적 수술 부위에서 삽입기 조립체를 견고하게 고정하기 위한 접착 표면(38008)을 포함한다.
도 121은 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(41000)를 도시한다. 삽입기 조립체(41000)는 바늘이 내포된 카트리지(41002)를 포함한다. 카트리지(41002)는 브레이스(41006)를 통해 수술 부위에 장착된 프레임(41005) 내에 배치될 수 있다. 프레임(41006)은 최적의 삽입 지점에 바늘을 위치시키기 위해 3축 이동을 가능하게 한다. 프레임(41006)은 투명한 재료(41004)로 만들어져서 사용자가 삽입을 명확하게 볼 수 있게 한다. 카트리지(41002)는 각각의 삽입을 위해 편리하게 교체될 수 있는 재사용가능한 카트리지일 수 있다.
도 126을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 삽입기 조립체(46000)가 도시되어 있다. 삽입기 조립체(46000)는 스트랩(46004)에 고정될 수 있다. 바늘(46008)은 로딩(loading) 챔버에 로딩될 수 있고 바늘 삽입을 수행하기 위해 버튼(46002)에 의해 활성화될 수 있다. 또한, 필요한 경우, 작업자가 삽입 시술을 중단할 수 있도록 수동 오버라이드(override) 버튼(46006)이 제공된다. 로딩 챔버는 삽입 지점(46010)에 바늘이 진입하는지 작업자가 보고 확인할 수 있는 윈도우를 포함한다. 삽입 지점은 작업자를 돕기 위해 레이저 십자선 또는 기타 표시기들로 하이라이트될 수 있다.
사용 방법들, 일반적으로
이하, 디바이스(10)를 이용하여 반-자율 바늘 삽입을 수행하는 방법을 설명한다. 삽입을 위한 천자 부위 피부 영역은 해당 부위를 수동으로 닦아내고(swabbing) 또는 소독하거나 보호용 바이저를 적용하여 준비된다. 또한, 바이저는 초음파 겔을 수동으로 도포할 필요없이 초음파 스캐닝을 용이하게 하는 초음파에 부응하는 하이드로겔을 포함할 수 있다. 피부 영역을 준비한 후, 사용자는 하우징(100)을 베이스(200)에 도킹하고 이러한 조립체를 천자 부위 영역 위에 놓을 수 있다. 스트랩들 또는 기타 고정 요소들을 사용하여 디바이스를 환자에게 고정할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 고정된 스트랩들은 작업자가 환자의 혈관을 스캔하기 위해 천자 부위 영역을 가로질러 베이스를 이동할 수 있도록 충분한 여유(laxity)를 가질 것이다. 본 명세서에 설명된 임의의 기술들을 사용하는 3D 스캐닝은 환자의 혈관들의 3D 지도를 생성하는데 사용될 수 있다. 3D 지도는 실-시간 및/또는 정적 이미지들을 포함할 수 있으므로, 예를 들어, 3D 센서로 직접 보는 영역은 실-시간으로 보여질 수 있고 3D 센서들과 일치하지 않는 다른 영역들은 환자의 혈관들의 3D 지도를 생성하기 위해 스캔되어 저장될 수 있다. 디바이스(10) 상의 GUI는 하우징(100) 상에 위치된 디스플레이 스크린 상에 천자 부위의 3D 지도를 투사하거나 디바이스(10)로부터 원격으로 위치된 다른 모니터로 이러한 데이터를 전송할 수 있다. 디바이스(10)는, 천자 부위 기준 마커들과 3D 맵핑된 혈관들을 부합되게 정렬함으로써, 천자 부위 위에 디바이스를 정확하게 위치시키는 작업자를 도울 수 있는 기준 마커들을 포함할 수 있다. 디바이스가 천자 부위 상에 성공적으로 배치되면, 작업자는 미리결정된 궤적을 따라 천자 부위에 바늘을 삽입하기 위해 삽입 메커니즘을 착수시킬 수 있다. 바늘이 삽입된 후, 하우징(100)은 바늘을 방해하지 않으면서 베이스로부터 분리될 수 있고, 바늘 조립체는 베이스에 의해 환자에게 고정된 상태로 남는다.
이하, 디바이스(20)를 사용하여 자율 바늘 삽입을 수행하는 방법이 설명될 것이다. 삽입을 위한 천자 부위 피부 영역은 부위를 수동으로 닦거나 살균하거나 천자 부위 피부 표면에 디바이스(20)를 부착함으로써 준비된다. 디바이스(20)는 자외선 광 또는 기타 소독제들과 같은 살균 피처들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 보호 바이저가 먼저 천자 부위 표면 상에 배치될 수 있고, 디바이스(20)가 바이저 상에 장착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 바이저는 초음파 겔을 수동으로 도포할 필요없이 초음파 스캐닝을 용이하게 하기 위해 초음파에 적합한 하이드로겔과 같은 다양한 피처들을 포함할 수 있다. 피부 영역을 준비한 후, 사용자는 하우징(400)을베이스(500)에 도킹하고 천자 부위 영역 위에 이러한 조립체를 놓을 수 있다. 하우징(400)을 베이스(500)에 도킹함으로써, 삽입기 조립체(600)가 하우징(400)에 의해 고정되기 때문에 플레이트(550)는 디바이스(20)로부터 제거될 수 있다. 스트랩들(508)은 환자의 피부에 디바이스를 고정시키는데 사용될 수 있다. 그런 다음, 작업자는 GUI를 통해 3D 스캔을 시작할 수 있고, 그러면 디바이스는 환자의 혈관들을 스캔하고 3D 맵핑한다. 3D 지도는 실-시간 및/또는 정적 이미지들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 3D 센서들과 직접 연결된 영역은 실-시간으로 보여질 수 있고, 3D 센서들의 라인 아래에 있지 않은 다른 영역들은 환자 혈관들의 3D 지도를 생성하기 위해 스캔 및 저장될 수 있다. 디바이스(20) 상의 GUI는 하우징(400) 상에 위치된 디스플레이 스크린 상에 천자 부위의 3D 지도를 투사하거나 디바이스(20)로부터 멀리 떨어진 다른 모니터로 이러한 데이터를 전송할 수 있다. 디바이스(20)는, 천자 부위 기준 마커들을 3D 맵핑된 혈관들과 부합되게 정렬함으로써, 천자 부위 위에 디바이스를 정확하게 위치시키는 작업자를 도울 수 있는 천공 부위 기준 마커들을 포함할 수 있다. 디바이스가 천자 부위 삽입 부위를 성공적으로 식별하고 삽입을 달성하기 위한 궤적을 결정하면, 작업자는 삽입 메커니즘을 이용하여 천자 부위로의 미리결정된 경로를 따라 바늘의 삽입을 시작할 수 있다. 작업자는 디바이스로부터 멀리 떨어져 있을 수 있고, 삽입 메커니즘을 원격으로 착수할 수 있다. 대안으로, 디바이스는 완전히 자율적일 수 있으므로, 디바이스는 작업자 입력이 거의 없거나 전혀없이 천자 부위를 식별한 후 자동으로 삽입을 시작한다. 바늘 삽입시, 하우징(400)은 바늘을 방해하지 않고 베이스로부터 분리될 수 있고, 바늘 조립체는 베이스에 의해 환자에게 고정된 상태로 남는다.
다른 방법들에서, 적절한 천자 부위, 삽입 궤적 및 표적 정맥이 확인되면, 작업자는 이러한 정보를 이용하여 천자 부위에 대한 이어지는 바늘 삽입을 위해 바늘을 선택하고 디바이스에 부착할 수 있다.
자동화의 레벨
전술한 바와 같이, 디바이스는 반-자율 또는 완전 자율일 수 있다. 내비게이션 시스템, 디스플레이, 사용자 인터페이스 및 삽입기 조립체와 같은 개별 컴포넌트들은 각각 반-자율 디바이스 내의 자동화의 상이한 레벨들을 가질 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 작업자가 천자 부위 피부 영역을 위치결정 및 스캔할 필요가 있는 수동 내비케이션 시스템을 가질 수 있지만, 수동 입력없이 바늘 삽입 및 후퇴를 수행하는 완전 자율 삽입기 조립체를 포함할 수 있다. 디바이스들은 서로 호환되는 모듈식 컴포넌트들을 가질 수 있다. 예를 들어, 작업자는 특정 기능들을 수행하기 위해 내비게이션 컴포넌트와 살균 컴포넌트를 하우징에 부착하기만 할 수 있다. 이것은 각각의 응용들에 하우징을 커스터마이징할 수 있어 광범위한 응용들에 걸쳐 사용되게 한다.
부가적인 설계들
도 18 및 19는 위에서 논의된 바와 같이 사전-주입 패치와 베이스 모두로서 작동할 수 있는 패치의 다양한 실시예들을 도시한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 패치(950)는 천자 부위가 요구되는 환자의 영역에 부착될 수 있다. 도 19에 가장 잘 도시된 바와 같이, 패치(960)는 팔과 같은 환자의 부속기관을 감쌀 수 있다. 그러면, 전술한 바와 같이, 하우징은 패치와 인터페이스할 수 있다. 예를 들어, 이러한 패치들은, 하우징이 초음파 내비게이션 능력을 포함함으로써 패치가 하이드로겔 또는 다른 이러한 초음파 전도성 층을 포함하는 경우 특히 유용할 수 있다. 또한, 이들 실시예들의 패치는, 살균 필드 외부로 하우징이 이동하는 것에 대한 우려없이 살균된 패치의 표면 주위에서 하우징이 자유롭게 이동할 수 있다는 점에서 유용하다.
이하, 본 개시의 디바이스의 일부로서 사용될 수 있는 겔-기반 패드들의 다른 예시적인 실시예들이 설명된다.
도 81a 내지 도 81c는 패드(15000)의 실시예를 도시한다. 패드(15000)는 초음파의 일관된 전송을 촉진하고 유기적이고 가변적인 인간 형태와 단단한 예시적인 디바이스(5000) 사이에서 전이(transition)를 단순화함으로써 사용 편의성을 개선하는, 유연한, 3D, 디바이스-통합 건식-겔 커플링 작용제이다.
현재, 초음파("US") 프로브와 환자 신체 사이의 전이를 생성하여 초음파를 앞뒤로 성공적으로 전달하기 위해, 커플링 작용제로서 점성 액체 겔이 필요하다. 이러한 겔은 지저분하고 번거롭고 비위생적이다. 하이드로겔로 명명되는 유연하게 형성된 '드라이 겔'을 사용하면 이러한 문제점들을 없앨 수 있다. 다른 패드(15000)는 프로브로부터 신체까지 향상된 인체공학적 전이를 제공한다. 원활하고 용이한 디바이스 전이는 더 나은 데이터 캡처와 이미지 품질을 의미한다.
이러한 해결책이 봉착하는 한 가지 주요 과제는 인체의 유기적이고 가변적인 특성과 초음파 프로브들의 단단하고 제한된 형태들 사이의 불일치이다. 이러한 2 개의 서로 다른 표면들 사이의 전이, 또는 커플링은 습식 겔 또는 현재 입수가능한 현재의 건식 겔 제품들로 극복하기가 매우 어렵다. 시술는 여전히 높은 품질의 이미지를 얻기 위해 작업자의 상당한 기교가 필요하다.
도 81b 및 도 81c에 도시된 바와 같이, 치수, 두께, 밀도, 일관성, 유연성, 재료 및 표면 처리는, 패드(15000)가 크고 작은 임의의 신체 부위에 디바이스(5000)를 쉽게 결합되게 할 수 있다. 캐비티(15002)는 CMUT 어레이(5004)를 쉽게 수용하도록 형성된다.
패드(15000)는 환자의 신체와의 용이한 인터페이스를 가능하게 한다. CMUT 어레이(5004)는 고품질 데이터 캡처로 설계되고 엔지니어링된다. 인체와의 인터페이스를 개선하기 위해 프로브 표면에 부가되는 임의의 층들, 재료, 형태들 또는 생산 공정들은, 패드(15000)가 이러한 요구 사항들을 해결하기 때문에 우선 순위가 낮아질 수 있다.
또한, 패드(15000)는 초음파 용법에 대한 모든 접근 방식에 맞는 하나의 사이즈라기 보다는 커스터마이즈되거나 표준 사이즈들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 패드 세트(15000)는 신생아로부터 노인, 비만으로 확진된 특수한 경우들에서 커플링을 개선하는데 사용할 수 있다.
패드(15000)는 매우 유연하지만 디바이스(5000)에 꼭 맞고 완벽하게 통합되는 단단하고 투명한 재료로 만들어질 수 있고, 디바이스를 배치하고 피부에 접촉하는 것과 같이 신체의 어느 곳에서나 쉽게 커플링될 수 있다. 작은 움직임들과 압력 변화들은 드라이 겔에 의해 쉽게 흡수되는 한편, 선명하고 정확한 이미지가 디스플레이(5012) 상에 캡처된다. 환자의 신체의 표면 상의 굴곡과 불일치는 패드(15000)의 유연성으로 쉽게 극복될 수 있다.
도 82a 내지 도 82d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드(16000)를 도시한다. 패드(16000)는 일반적으로 전술한 패드(15000)와 유사하지만 임의의 표면 피처에 상응하는 원위 표면을 포함한다. 도 82b 내지 도 82d에 도시된 바와 같이, 패드(16000)의 원위 표면은 안전한 부착을 형성하기 위해 상응하는 표면에 부합한다.
도 83a 내지 도 83i를 참조하면, 본 개시에 따른 패드(15000)의 다양한 실시예가 도시되어 있다. 도면들에 도시된 패드(15000)는, 데이터 캡처와 사용 편의성을 개선하기 위해, 3-차원 CMUT(초음파) 구성들과 표면들을 가능하게 하는 다양하게 디자인되고 모양이 형성된 3D 건조 겔 형태를 포함한다.
환자의 신체와 직접 인터페이싱하는 인체공학적 제약들으로부터 해방된 예시적인 디바이스(5000)의 CMUT 어레이(5004)는 정맥 접근 또는 기타 시술들을 위한 데이터 캡처를 위해 완전히 최적화될 수 있다. 패드(15000)는 정맥 접근을 위한 모든 필수 세부 사항을 캡처하기 위해 다양한 형태들과 구성들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 편평한 직사각형 모양의 패드(15000)가 도 83a에 도시되어 있다.
완전히 편평한 어레이들은 정맥 접근을 위한 이상적인 구성이 아닐 수 있다. 정맥들은 피상적이고, 작고, 종종 이동한다. CMUT 어레이들의 굴곡, 각도들, 단차들, 볼록함 및 오목함은, 이미지 데이터 세트가 더욱 견고해지게 하고 이미지 품질을 더 안정적이게 하는 삼각측량 및 중복(redundancy)을 생성할 수 있다. 도 83b는 더 큰 디스플레이(5012)를 가진 테이퍼링 원위 끝단을 구비하는 패드(15000)를 도시한다. 도 83c는 디스플레이(5012)로부터 확장되는 원위 끝단를 가지고 더 큰 접촉 표면을 가진 패드로 이어지지는 패드(15000)를 도시한다. 따라서, 도 83c에 도시된 실시예에서, 더 작은 스크린(5012)이 사용될 수 있으므로, 더 작고 더 컴팩트한 디바이스(5000)를 가능하게 한다.
도 83d는 하나 이상의 개구들을 가진 CMUT 어레이(5004)와 결합될 수 있는 패드(15000)를 도시한다. CMUT 어레이(5004)는 바늘이 통과할 수 있는 단일의 개구(15005)를 가진다. 도 83d에 도시된 바와 같이, 개구(15005)는 패드(15000)에 의해 채워진다. 도 83e는 2개의 어레이들이 개구의 양쪽으로 기울어지는 유사한 CMUT 어레이(5004)를 도시한다. 또 다른 실시예들에서, CMUT 어레이의 다양한 상이한 구성들은 패드(15000)에 의해 수용될 수 있다. 도 83f는 단차형 CMUT 어레이(5004)를 도시하고, 도 83g는 오목한 형상의 CMUT 어레이(5004)를 도시한다. 또 다른 실시예들에서, 패드(15000)는 도 83h에 도시된 바와 같이 오목하거나 볼록한 형상일 수 있고, 도 83h에 도시된 바와 같이 유연할 수 있다.
도 84는 본 개시의 다른 실시예에 따른 디바이스(5000)에 결합된 패드(17000)를 도시한다. 패드(17000)는 패드 아래에 위치된 삽입 부위(17007)의 명확한 시야를 작업자에게 제공하기 위해 투명한 겔로 제조된다. 이것은 작업자가 디바이스(5000)를 이용하여 삽입 부위(17007)를 이미지화하고, 디스플레이(5012)를 통해 볼 수 있게 하면서, 동시에 패드(17000)의 투명한 겔을 통해 육안으로 삽입 부위(17007)를 관찰할 수 있게 한다. 디바이스 자체는 삽입 부위의 작업자의 시야를 일반적으로 방해하기 때문에, 작업자는 삽입 영역을 가로질러 디바이스를 슬라이드켜야 한다. 패드(17000)는 삽입 부위의 위쪽으로부터 아날로그 보기(view)를 가능하게 하는 반면, 디스플레이(5012) 상의 삽입 부위의 표면아래의 보기(초음파)를 제공한다. 도 84에 도시된 바와 같이, 패드(17000)는 각진 CMUT 어레이(5004')에 의해 디바이스(5000)가 삽입 부위로부터 뒤로 리세스되게 할 수 있다.
도 85a 내지 도 85c는 겔 패드의 다른 실시예들을 이용하는 삽입 시술을 도시한다. 도 85a에 도시된 바와 같이, 바늘 팁(5010)은 얇은 로우 프로파일 패드(15000)로 삽입하기 전에 디스플레이(5012) 내에서 관찰될 수 없다. 얇은 로우 프로파일 패드는 삽입 중 또는 삽입 직전에 바늘과 접촉하므로, 삽입 전에 디스플레이(5012)로 관찰될 수 없다.
도 85b에 도시된 더 두꺼운 패드(15000)는 바늘 팁(5010)이 환자에게 삽입되기 전에 패드(15000')에 들어갈 수 있게 한다. 따라서, 바늘 팁(5010)은 삽입 전에 추적될 수 있다. 도 85b에 도시된 바와 같이, 패드(15000')의 두께는 바늘의 사이즈, 바늘 진입 각도 및 패드(15000')의 에지로부터 삽입 구역의 거리를 고려해야 한다.
도 85c는 전술한 패드(17000)를 이용한 바늘 삽입을 예시한다. 도 85c에 도시된 바와 같이, 패드(17000)의 각진 형상은 바늘이 삽입 지점에 도달하기 전에 패드에 들어갈 수 있게 한다. 따라서, 바늘 팁(5010)은 바늘이 환자의 피부를 실제로 천공하기 전에 디스플레이(5012) 상에서 볼 수 있다. 또한, 패드(17000) 내에 사용된 겔의 투명한 특성은 작업자가 삽입 부위를 보고 투명한 겔을 통해 직접 바늘 팁을 추적할 수 있게 한다. 바늘이 겔 속에 배치될 때, CMUT 어레이는 그 위치에 관한 데이터를 수집하여 스크린 이미지에 데이터를 통합한다. 피부를 천공하기 전에바늘 궤적, 패드(및 이미징 디바이스)의 위치 등을 필요할 때마다 임의로 조정할 수 있지만, 패드 내에 바늘이 남아 있는 상태에서 육안으로 또는 디스플레이 상에서 보고 조정할 수도 있다. 따라서, 패드(17000)는 이미징과 시술이 동시에 편리하게 발생하게 할 수 있다.
도 111a 및 도 111b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패드(31000)를 나타낸다. 패드(31000)는 정확한 삽입을 용이하게 하기 위해 바늘(31004)을 안착 및 정렬하도록 구성된 리세스(31002)를 포함한다. 도 111a에 도시된 바와 같이, 패드(31000)는 시각화 디바이스(31003)에 결합될 수 있다.
도 112a 및 도 112b를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드(32000)가 도시된다. 패드(32000)는 정확한 삽입을 용이하게 하기 위해 바늘(32004)을 수용 및 정렬하기 위한 플렉스블 포트(port)(32004)를 포함한다. 도 112b에 도시된 바와 같이, 시각화 디바이스(32003)는 패드(32000)에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다양한 유형의 리세스들, 포트들 및 다른 리셉터클(receptacle)들은 바늘을 수용, 유지 및 정렬하기 위해 패드에 포함되거나 통합될 수 있다.
도 113은 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드(33000)를 도시한다. 패드(33000)는 시각화 디바이스(3302)를 수용할 수 있는 자체-밀봉 슬릿(3303)을 포함한다. 도 113에 도시된 바와 같이, 패드(33000)는 시각화 디바이스를 완전히 둘러싸고 보호하도록 구성된다. 패드(33000)는 작업자가 패드 내부에 배치된 시각화 디바이스(33002)를 보고 활용할 수 있도록 투명한 겔로 만들 수 있다. 일부 실시예들에서, 패드(33000)는 내장된 시각화 디바이스에 대해 접근할 수 있도록 힌지(33004)에 의해 부착된 스플릿-본체(split-body)를 포함할 수 있다.
도 114a를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드(34000)가 도시되어 있다. 패드(34000)는 겔 층(3404) 및 피부-접촉 접착제 층(3402)을 포함한다. 접착제 층은 피부와 정맥(34008)을 통해 전진함에 따라 바늘(34006)의 하향 압력을 분배하는 내부 격자 구조를 가진다. 이것은 전진하는 바늘 압력으로부터 피부의 쉬프트(shift)(도 114b) 및 전진하는 바늘 압력으로부터 정맥의 쉬프트(도 114c)를 방지한다.
도 115a 내지 도 115c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 패드(35000)를 도시한다. 패드(35000)는 정맥을 안정화시키고 접근하는 바늘 압력 하에서 정맥의 롤링(rolling)을 방지하기 위해 정맥(35004)의 양쪽에 위치될 수 있는 한 쌍의 리지(ridge)들(35002)을 포함한다.
패드들은 다양한 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 패드들은 감염을 방지하고, 피부 건강을 유지하고, 디바이스의 컴포넌트를 보호하고, 통증을 줄이고, 정맥들 또는 기타 해부학적 피처를 최적화하도록 커스터마이즈될 수 있다.
일 실시예에서, 패드는 저-마찰 하이드로겔 디바이스 커버를 포함할 수 있다. 저-마찰 하이드로겔 디바이스 커버는 작업자의 노력이 거의 없이 디바이스가 피부 표면을 부드럽고 안정적으로 안내되게 할 수 있다.
다른 실시예에서, 패드는 편평한 센서 표면으로부터 환자의 신체의 고유한 윤곽으로 용이하게 전이될 수 있도록 고도로 순응할 수 있는 안정된 대형 패드로 구성될 수 있다. 이러한 패드는 패드의 원위 표면이 신체와 접촉할 수 있도록 환자의 가슴 또는 복부와 같은 원하는 수술 영역 위에 직접적으로 독립적으로 고정될 수 있다. 대형 이미저 모듈을 가진 디바이스는 패드의 근위 표면에 연결될 수 있다. 대형 이미저 모듈 상의 트랜스듀서들은 수술 부위의 용적 데이터를 캡처 및 디스플레이하도록 위치된다. 예를 들어, 대형 이미저 모듈의 트랜스듀서들은 이미저 모듈 전반에 퍼져있으므로, 일회의 판독으로 늑골들 사이의 개구를 통해 흉강과 심장의 용적 데이터를 캡처한다. 즉, 이미지 용적 데이터를 생성하기 위해 표적 부위를 가로질러 슬라이딩되거나 이동할 필요가 없다. 대안적으로, 이미저 모듈을 가로질러 특정 위치들에 전략적으로 배치된 트랜스듀서들은 이미지 용적 데이터를 캡처하기 위해 일회 판독으로 용적 데이터를 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 패드들은 접근성이 어려운 영역의 편리한 이미징을 보장하기 위해 특정 검사들 및/또는 시술들에 대해 특정 신체 부위들 위에 맞게 커스터마이즈될 수 있다. 이러한 커스터마이즈된 패드들에 의해 침습적 스캐닝의 필요성도 줄어든다. 또한, 신체-부위-특이 패드들은 이러한 패드들을 사용하기 위해 작업자 교육과 전문성을 덜 필요로 한다. 신체-부위-특이 패드들은 디바이스들과 이미저 모듈들과 짝을 이루어 특정 검사들 및/또는 시술들을 위한 키트를 생성할 수 있다. 신체-부위-특이 패드들을 고정하기 위한 고정 디바이스들은 이러한 패드들을 위해 커스터마이즈될 수 있다.
패드들은 본 개시의 다른 실시예에 따라 환자-특이 패드들이 되도록 설계될 수 있다. 각각의 환자를 위한 커스터마이즈된 패드는 환자의 고유한 개별 속성들에 기반하여 검사들 및/또는 시술들 전에 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 패드는 다양한 감염 예방 성질들을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 패드는 표적 부위의 감염을 방지하기 위해 항균 층을 포함할 수 있다. 패드는 표적 부위의 명확한 뷰를 제공하고 바늘이 패드를 직접 통과할 수 있도록 투명한 겔로 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 키트는 적어도 하나의 패드 및 적어도 하나의 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 키트는 복수의 패드들과 하나의 디바이스를 포함할 수 있으므로, 패드들은 특정 디바이스와 함께 사용되도록 형상과 사이즈가 지정된다. 또한, 각각의 패드는 적어도 하나의 다른 패드와 상이한 모양을 가질 수 있으므로, 각각의 패드는 특정 시술 및/또는 해부학적 위치에 특정될 수 있는 반면, 모든 패드들은 특정 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 다른 예에서, 그러한 키트는 복수의 패드들 및 복수의 디바이스들를 포함할 수 있으므로, 각각의 패드는 적어도 하나의 디바이스와 함께 사용되도록 크기 및 형상이 지정된다. 이러한 예시적인 키트의 사용자는 특정 시술 및/또는 해부학적 위치 내에서 사용하기 위해 원하는 패드와 디바이스 조합을 선택할 수 있다.
다른 실시예에서, 디바이스를 사용하는 방법은, 특정 패드와 특정 디바이스를 선택하는 단계, 및 환자의 해부학적 위치를 보기 위해 결합된 패드와 디바이스를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법은, 환자의 해부학적 위치와 해부학적 위치 근처에 있는 의료 디바이스(들) 및/또는 기기(들) 모두를 보기 위해 하나 이상의 의료 디바이스들 또는 기기들을 이용하여 결합된 패드와 디바이스를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 이러한 방법은, 하나 이상의 해부학적 위치들을 보기 위해 결합된 패드와 디바이스 또는 패드와 디바이스의 다른 조합을 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 예에서, 환자에게 전이적으(transfermorally)로 삽입되어 있는 카테터의 시각화는 패드와 디바이스의 제1 조합을 사용하여 볼 수 있고, 카테터가 복부 또는 흉부 혈관계에 들어가면, 다른 패드와 디바이스 조합이 사용될 수 있다.
도 120a 내지 도 120d는 본 개시의 다른 실시예에 따른 정맥 확장기(distender)(40000)를 도시한다. 정맥 확장기는 그립(grip)(40004)에 의해 병진이동될 수 있는 바늘(40008)을 포함한다. 스커트(40006)는 바늘을 둘러싸고, 도 120b에 도시된 바와 같이, 환자의 피부와 씰(seal)을 형성한다. 도 120c에 도시된 바와 같이, 접혀진(collapsed) 정맥(40010) 속으로 바늘이 삽입되면, 도 120d에 도시된 바와 같이, 풍선 부재(40002)는 바늘을 통해 공기를 밀어 넣고 접혀진 정맥(40010)을 확장시키기 위해 압착(squeeze)될 수 있다.
도 124는 본 개시의 다른 실시예에 따른 살균 접착제(44000)를 도시한다. 살균 접착제(44000)는 바늘이 삽입될 수 있는 살균 영역을 제공한다. 살균 접착제가 사용될 때 부가적인 살균은 불필요하다. 다양한 피처들은 바늘 삽입을 돕기 위해 살균 접착제에 부가될 수 있다. 예를 들어, 표적 마크(44302)는 바늘 삽입을 위한 정렬 및 위치지정 가이드 역할을 할 수 있다.
도 125a 및 도 125b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 바늘(45000)을 도시한다. 바늘(45000)은 바늘의 원위 프로파일을 변경하기 위해 회전될 수 있다. 도 125b에 도시된 바와 같이, 바늘(45000)의 원위 팁은, 바늘이 정맥을 지나가지 않도록 보장하기 위해, 정맥 속으로 매끄러운 진입을 가능하게 하는 피어싱(piercing) 포인트(45002)로부터 편평한 표면(45004)까지 변경될 수 있다.
폐쇄 루프(Closed Loop)
다른 실시예에서, 자동 또는 반-자동 기계화 정맥주사 바늘 포지셔닝 디바이스들 또는 시스템들은, 해부학적 표적들, 또는 통증 감소와 같은 정맥주사 바늘 배치와 연관된 다른 조건들을 최적화하기 위해, 이미저 또는 삽입된 모듈의 기계화된 위치지정의 도움으로, 다수의 출력 기능들을 수행할 수 있다. 다양한 디바이스 출력들의 측정은, CMUT, 또는 카메라 센서, NIR 또는 기타 이미징 시스템들과 같은 초음파 이미징 트랜스듀서들을 이용하고, 표적 해부학적 구조 또는 온도 센서들의 2d 또는 3d 데이터 맵들 내의 변화들을 모니터링하여 달성될 수 있다. 다른 모니터링 방법들은, 환자의 국소 또는 중간 온도(central temperate), 수화(hydration)의 레벨, 심박수, 혈압, 땀 레벨들, 일반적이거나 갑작스러운 이동들, 흔들림과 떨림, 소음 및 고통 레벨들의 판독(reading)을 포함할 수 있다(이들 중 일부 또는 전부는 견습생과 같은 작업자가 모니터링할 수 있음). 실내 온도, 환자 및/또는 디바이스 방향, 위치, 주변 소음, 조명, 현재 시각, 특정 기상 조건들 등과 같은 환경 조건들도 모니터링될 수 있다. 이러한 판독된 값들의 일부 또는 전부는 작업자에게 피드백되거나 디바이스 또는 시스템의 전기 또는 전자 제어 시스템으로 입력되어, 디바이스 출력들에 대한 조정이 수행될 수 있고 및/또는 더 좋은 최적의 입력 판독들 또는 조건들이 만족될 때 연출되어 발생될 수 있다. 피드백 또는 폐쇄 루프 시스템은, 실제 조건들과 실시간으로 비교하여 원하는 출력 조건들을 자동으로 달성 및 유지하도록 설계된다.
본 실시예를 계속하여, 환자의 기관, 혈관, 조직 또는 말초 또는 중추 신경계 내의 기능적 반응을 발생시키거나, 시스템 내부에서 기계적 이미저 또는 바늘 위치지정 디바이스들을 안내하기 위해 수행되는 기계적 또는 전기적 자극들의 다음과 같은 다양한 예들이 있다. 이러한 예들은, 통합 지혈대의 자동 조임을 통해 표적 혈관 또는 해부학적 구조(예, 정맥 확장 또는 안정성)의 특성을 최적화하는 자극; 예컨대, 정맥 확장을 증가시키기 위해 통합된 가열 요소를 통해 표적 영역 삽입 부위에 열을 가하는 자극; 예컨대, 표적 혈관을 자극하기 위해 기계적 진동 또는 두드리기를 가하는 자극; 및 압박 또는 자극 하에서 혈관 성질을 측정하기 위해 표적 삽입 부위 또는 그 주변에서 기계적 압박력 또는 유사한 마사지 효과를 유발하는 자극(정맥들은 일반적으로 동맥들보다 더 압축되거나, 약하거나, 얇은 정맥들은 건강한 정맥들보다 더 많이 구르거나 이동될 수 있음)을 포함한다. 이러한 입력들은 일반적으로 작업자가 일상적으로 수행할 수 있지만, 시간이 많이 걸리고, 매우 수동적이고, 효과적으로 수행하려면 인내와 스킬이 필요하다.
다른 예에서, 표적 삽입 부위 주위의 신체 속으로 정맥 확장제 또는 진통제의 자동 방출, 또는 삽입 부위에서 국소 냉각의 적용, 또는 유사한 마비 기술은, 일반적으로 수동으로 수행되고, 시술 전에 원하지 않는 부가적인 수동 준비들과 시간을 부가한다. 이러한 출력들의 효과는 실시간으로 모니터링된다. 즉 출력한 후, 신경계 반응 내의 변화를 유발한 후 그 변화를 측정하고(즉, 통증 완화 또는 기분전환), 또는 단순히 환자에게 대한 문진(이 경우, 환자들의 통증 감각 결정은 디바이스 또는 시스템에 입력될 수 있음) 등과 같이, 환자에 대한 물리적 자극들을 모니터링한다. 자동화된 시스템에 대한 입력 피드백은 진통 적정(titration) 또는 냉각 또는 유사한 출력들을 증가 또는 감소일 수 있고, 또는 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 유발 반응과 같은 삽입시 기분전환 방법의 구현일 수 있다. 즉, 보다 최적의 조건들이 충족될 때까지 시술을 지연해야 한다.
유체 제어를 보여주는 다른 예에서, 체액들 또는 요법들을 신체 내부로 밀어 넣거나 신체로부터 혈액을 채취하는 것은, 일반적으로 작업자 또는 외부 주입 펌프 또는 시스템에 의해 수동으로 수행될 수 있다. 본 명세서의 디바이스는 이러한 유체 제어를 반자동 또는 완전 자동으로 기계적으로 지원할 수 있다. 이러한 기계적 출력들의 효과는, 예를 들어, 초음파 트랜스듀서들, 2d 또는 3d 또는 4d 해부학적 데이터 맵핑을 이용하여, 혈관 확장 또는 수축, 유체 유속, 장애물, 바늘 또는 혈관의 유체 파열(breach)의 감각적인 모니터링을 통해 실시간으로 모니터링될 수 있다. 자동화된 시스템으로 다시 보내지는 입력 피드백은, 유체 유동의 속도가 증가 또는 감소되게 하거나 완전히 중단되게 할 수 있다.
또 다른 예에서, 환자로부터 반응을 불러 일으키기 위해 즉, 주사 통증 또는 기타 물리적 입력들로부터 환자의 기분을 전환시키기 위해, 디바이스 또는 시스템 및/또는 그 작업자는, 폐로부터 공기를 급속하게 배출시키거나(환자의 기침 유발 또는 요청), 요청에 의해 소리를 지르거나, 손뼉 치기 또는 물체의 타격 등과 같이 신속하게 움직이거나 소리를 지르게 하거나, 예를 들어, 즉각적인 자극 디바이스 또는 잭-인-더-박스(jack-in-the-box)와 같은 소품(prop)과의 상호작용과 같이, 환자로부터 물리적인 반응을 유발시킬 수 있다. 또는 대안적으로, 시스템은 예를 들어, 일시적으로 혈압의 심박수를 순간적으로 높이기 위한 놀라움의 요소이거나 약간 충격적인 요소들과 같이 활성화되면 환자의 주의를 끌 수 있고, 환자에게 부착되거나 환자 주위에 있는 오디오 시스템과 같은 외부 자극과 협력하여 작동할 수 있다. 유발된 물리적 동작은 통합 또는 외부 센서들을 통해 모니터링될 수 있고, 입력 정보가 제어 시스템으로 다시 루프되게 함으로써, 예를 들어 통증의 피크 순간(즉, 바늘 주입)이 최대 생리적 산만으로 연출될 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 발명은 특정의 특징들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 특징은 단지 본 발명의 원리와 응용들을 예시하는 것임을 이해해야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 다양한 특징들의 사이즈들의 변화를 포함하는 본 명세서에 설명된 다양한 변경들은, 예시적인 실시예들에 대해 가해질 수 있고, 본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 다른 배열들이 안될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 본 발명은 청구범위의 특정 특징들에 부가하여 수많은 부가적인 특징을 포함한다. 더욱이, 본 발명은 본 발명의 다양한 실시예들과 관련하여 아래의 청구 범위에 의해 그 범위가 제시되고 정의되기 때문에 전술한 개시는 제한적이라기 보다는 예시적인 방식으로 이해되어야 한다.
10...디바이스 100...하우징
101...리세스 200...베이스
202...프레임 204...개구
206...윈도우 300...삽입기 조립체
550...플레이트 552...홀더
700...바이저 801...지혈대

Claims (22)

  1. 복수의 이미저(imager)들을 사용하는 의료 이미징(imaging) 방법으로서,
    해부학적 부위(anatomical site)에 대한 제1 위치 상에 제1 이미저를 배치하는 단계;
    해부학적 부위에 대한 제2 위치 상에 제2 이미저를 배치하는 단계;
    상기 제1 이미저를 사용하여 제1 용적(volumetric) 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계;
    상기 제2 이미저를 사용하여 제2 용적 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계; 및
    해부학적 부위의 제3 용적 이미지 데이터 세트를 생성하기 위해 상기 제1 이미지 데이터와 상기 제2 이미지 데이터를 결합하는 단계를 포함하고,
    해부학적 부위의 상기 제3 용적 이미지 데이터 세트는 상기 제3 용적 이미지 데이터 세트에 의해 구획된 용적 내부의 모든 해부학적 피처(feature)들을 포함하는, 의료 이미징 방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 해부학적 피처들은 경조직과 연조직을 포함하는, 의료 이미징 방법.
  3. 청구항 1에서,
    디스플레이 스크린 상에 용적 이미지 데이터를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 의료 이미징 방법.
  4. 청구항 1에서,
    상기 제1 이미저는 상기 제1 위치 내의 제1 평면 상에 있고, 상기 제2 이미저는 상기 제2 위치 내의 제2 평면 상에 있고, 상기 제1 평면과 상기 제2 평면은 해부학적 부위의 반대되는 사이드들 상에 있는, 의료 이미징 방법.
  5. 청구항 1에서,
    해부학적 부위의 용적 이미지 데이터를 생성하기 위해 상기 제1 이미지 데이터와 상기 제2 이미지 데이터를 결합하는 단계는, 제3 이미지 데이터로부터의 이미지 데이터와 제4 영상 데이터를 결합하는 단계를 더 포함하는, 의료 이미징 방법.
  6. 의료 이미징 시스템으로서,
    제1 위치로부터 해부학적 부위의 제1 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성된 제1 이미저;
    제2 위치로부터 해부학적 부위의 제2 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성된 제2 이미저;
    용적 이미지 데이터 세트를 생성하기 위해 상기 제1 이미지 데이터 세트와 상기 제2 이미지 데이터 세트를 결합하는 프로세서; 및
    상기 용적 이미지 데이터 세트를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스를 구비하고,
    해부학적 부위의 상기 용적 이미지 데이터 세트는, 상기 용적 이미지 데이터 세트에 의해 구획된 용적 내의 모든 해부학적 피처들을 포함하는, 의료 이미징 시스템.
  7. 청구항 6에서,
    상기 디스플레이 디바이스는 복수의 스크린들을 구비하고,
    각각의 스크린은 적어도 하나의 다른 스크린에 수직인, 의료 이미징 시스템.
  8. 청구항 6에서,
    상기 제1 이미저는 제1 풋 프린트(foot print)를 구획하는 길이와 폭을 가지고,
    상기 제2 이미저는, 상기 용적 이미지 데이터의 용적이 길이, 폭 및 깊이에 의해 구획되도록, 깊이와 길이에 의해 구획되는 제2 풋 프린트를 가진, 의료 이미징 시스템.
  9. 청구항 6에서,
    상기 용적 이미지 데이터는 상기 용적 내부의 모든 해부학적 피처들을 디스플레이하는, 의료 이미징 시스템.
  10. 청구항 7에서,
    상기 제1 이미지 데이터 내의 뼈(bone)에 의해 가려지는 해부학적 피처는, 상기 제2 이미지 데이터에 의해 캡처되는, 의료 이미징 시스템.
  11. 의료 이미징 시스템으로서,
    해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성된 이미저; 및
    상기 이미저의 원위면(distal face) 상에 위치되고, 제1 풋 프린트를 구획하는 길이와 폭을 가진, 트랜스듀서(transucer)들의 어레이를 구비하고,
    상기 어레이는 상기 용적 이미지 데이터 세트를 생성하고,
    상기 용적 이미지 데이터 세트는 길이, 폭 및 깊이에 의해 구획된 용적에 의해 구획되어 있고,
    해부학적 부위의 상기 용적 이미지 데이터 세트는, 상기 용적 내부의 모든 해부학적 피처들을 포함하는, 의료 이미징 시스템.
  12. 의료 이미징 시스템으로서,
    해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성된 이미저; 및
    상기 이미저의 원위면에 위치되고, 제1 풋 프린트를 구획하는 길이와 폭을 가진 트랜스듀서들의 어레이를 구비하고,
    상기 어레이는 상기 용적 이미지 데이터 세트를 생성하고,
    상기 용적 이미지 데이터 세트는, 용적 내부의 모든 해부학적 피처들이 상기 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 길이, 폭 및 깊이에 의해 구획된 상기 용적에 의해 구획되어 있는, 의료 이미징 시스템.
  13. 의료 이미징 시스템으로서,
    해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성된 이미저;
    상기 이미저의 제1 편평면 상에 위치되고, 제1 풋 프린트를 구획하는 제1 길이와 제1 폭을 가진, 트랜스듀서들의 제1 어레이; 및
    상기 이미저의 제2 편평면 상에 위치되고, 제2 풋 프린트를 구획하는 제2 길이와 제2 폭을 가진, 트랜스듀서들의 제2 어레이를 구비하고,
    상기 제1 편평면은 경사지고, 상기 제1 편평면과 상기 제2 편평면 사이의 틈새(gap)를 구획하기 위해 상기 제2 편평면으로부터 떨어져 있고;
    상기 틈새 아래의 용적이 상기 이미저에 의해 생성된 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 상기 제1 풋 프린트의 투사된 영역과 상기 제2 풋 프린트의 투사된 영역이 교차하는, 의료 이미징 시스템.
  14. 의료 이미징 시스템으로서,
    해부학적 부위의 용적 이미지 데이터 세트를 생성하도록 구성된 이미저;
    상기 이미저의 제1 표면 상에 위치되고, 제1 풋 프린트를 구획하는, 트랜스듀서들의 제1 어레이; 및
    상기 이미저의 제2 표면 상에 위치되고, 제2 풋 프린트를 구획하는, 트랜스듀서들의 제2 어레이를 구비하고,
    상기 제1 표면은 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 틈새를 구획하기 위해 상기 제2 표면으로부터 분리되어 있고,
    상기 틈새 아래의 용적이 상기 이미저에 의해 생성된 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 상기 제1 풋 프린트의 투사된 영역과 상기 제2 풋 프린트의 투사된 영역이 교차하는, 의료 이미징 시스템.
  15. 이미저를 사용하는 의료 이미징 방법으로서,
    하나 이상의 틈새들을 포함하는 경조직과 연조직을 포함하는 해부학적 부위에 인접하게, 길이와 폭에 의해 경계를 이루는 영역을 구획하는 복수의 트랜스듀서들을 포함하는 이미저를 배치하는 단계;
    상기 복수의 트랜스듀서들의 각각에 의해 송신되고 수신되는 신호들로부터 이미지 데이터 세트들을 생성하는 단계; 및
    이미지 데이터 세트들을 결합하여 용적 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 용적 이미지 데이터 세트는, 상기 경조직과 연조직이 상기 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록, 면적과 깊이에 의해 경계를 이루는 용적에 의해 구획되어 있고,
    상기 경조직 바로 위에 위치된 트랜스듀서들의 각각에 의해 전송된 신호들은, 상기 틈새들을 통해 전파되고 발산하여 상기 연조직과 접촉하는, 의료 이미징 방법.
  16. 청구항 15에서,
    상기 경조직은 뼈이고, 상기 연조직은 장기(organ)인, 의료 이미징 방법.
  17. 청구항 15에서,
    전파된 신호들은 모든 또는 실질적으로 모든 연조직으로부터 데이터를 수집하는, 의료 이미징 방법.
  18. 청구항 15에서,
    상기 이미저는 상기 용적 이미지 데이터 세트를 디스플레이하기 위한 디스플레이 스크린을 포함하는, 의료 이미징 방법.
  19. 청구항 18에서,
    상기 디스플레이는 상기 이미저에 결합되는, 의료 이미징 방법.
  20. 청구항 18에서,
    상기 디스플레이는, 해부학적 구조의 다른 부분들 아래에 있을 수 있는 표적 해부학적 구조의 부분들을 시차(parallax)에 의해 작업자가 볼 수 있도록, 작업자의 시선(line of sight)에 대해 상기 용적 이미지 데이터 세트를 이동시키기 위한 시차 디스플레이를 구비하는, 의료 이미징 방법.
  21. 청구항 20에서,
    상기 시차 디스플레이는 작업자가 상기 경조직 아래에 위치된 연조직을 볼 수 있게 하는, 의료 이미징 방법.
  22. 이미저를 사용한 의료 이미징 방법으로서,
    하나 이상의 틈새들을 포함하는 경조직과 연조직을 포함하는 해부학적 부위에 인접하게, 길이와 폭에 의해 경계를 이루는 영역을 구획하는 복수의 트랜스듀서 어레이들을 포함하는 이미저를 배치하는 단계;
    신호들을 생성 및 수신하기 위해 프로세서(processor)에 의해 선택된 개별 트랜스듀서 어레이들에 의해 전송 및 수신되는 신호들로부터 이미지 데이터 세트들을 생성하는 단계; 및
    상기 이미지 데이터 세트들을 결합하여 용적 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 용적 이미지 데이터 세트는 상기 경조직과 연조직이 용적 이미지 데이터 세트 내에 포함되도록 면적과 깊이에 의해 경계를 이루는 용적에 의해 구획되어 있고,
    상기 프로세서는 개별 이미지 데이터 세트들을 상응하는 개별 트랜스듀서 어레이의 위치 정보와 결합하여 상기 용적 이미지 데이터 세트를 생성하고,
    상기 경조직 바로 위에 위치된 트랜스듀서들의 각각에 의해 전송된 신호들은, 상기 틈새들을 통해 전파되고 발산하여 상기 연조직과 접촉하는, 의료 의미징 방법.
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