KR20210061330A - 수술 장치의 시각화 - Google Patents

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KR20210061330A
KR20210061330A KR1020217004251A KR20217004251A KR20210061330A KR 20210061330 A KR20210061330 A KR 20210061330A KR 1020217004251 A KR1020217004251 A KR 1020217004251A KR 20217004251 A KR20217004251 A KR 20217004251A KR 20210061330 A KR20210061330 A KR 20210061330A
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surgical
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distance
surgical visualization
image
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KR1020217004251A
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챨스 제이. 쉐이브
폴 지. 리치
사라 에이. 무어
제프레이 에스. 스와이즈
죠슈아 디. 텔버트
죠슈아 디. 영
빅터 씨. 모레노
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에티컨, 엘엘씨
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    • A61B17/1114—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis of the digestive tract, e.g. bowels or oesophagus
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    • A61B17/11—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis
    • A61B17/115—Staplers for performing anastomosis in a single operation
    • A61B17/1155—Circular staplers comprising a plurality of staples
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    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3417—Details of tips or shafts, e.g. grooves, expandable, bendable; Multiple coaxial sliding cannulas, e.g. for dilating
    • A61B17/3421—Cannulas
    • A61B17/3423—Access ports, e.g. toroid shape introducers for instruments or hands
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/32—Surgical robots operating autonomously
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    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery
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    • A61B5/0033—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • A61B5/0036—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room including treatment, e.g., using an implantable medical device, ablating, ventilating
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning
    • A61B5/0064—Body surface scanning
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    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0077—Devices for viewing the surface of the body, e.g. camera, magnifying lens
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0084—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1072—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof measuring distances on the body, e.g. measuring length, height or thickness
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1076—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof for measuring dimensions inside body cavities, e.g. using catheters
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1079—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof using optical or photographic means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6844—Monitoring or controlling distance between sensor and tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6886—Monitoring or controlling distance between sensor and tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/03—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/10—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
    • A61B90/11—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints
    • A61B90/13—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints guided by light, e.g. laser pointers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/30—Devices for illuminating a surgical field, the devices having an interrelation with other surgical devices or with a surgical procedure
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/30—Devices for illuminating a surgical field, the devices having an interrelation with other surgical devices or with a surgical procedure
    • A61B90/35—Supports therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0229—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using masks, aperture plates, spatial light modulators or spatial filters, e.g. reflective filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/027—Control of working procedures of a spectrometer; Failure detection; Bandwidth calculation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0278—Control or determination of height or angle information for sensors or receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/1326—Liquid crystal optical waveguides or liquid crystal cells specially adapted for gating or modulating between optical waveguides
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00—General purpose image data processing
    • G06T1/0007—Image acquisition
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/63—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for local operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00009—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00057—Light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
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    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00057—Light
    • A61B2017/00061—Light spectrum
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00115—Electrical control of surgical instruments with audible or visual output
    • A61B2017/00119—Electrical control of surgical instruments with audible or visual output alarm; indicating an abnormal situation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00137—Details of operation mode
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    • A61B2560/04—Constructional details of apparatus
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    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0071—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by measuring fluorescence emission
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0084—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters
    • A61B5/0086—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters using infrared radiation
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/7264—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • A61B5/7267—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems involving training the classification device
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • A61B5/7425—Displaying combinations of multiple images regardless of image source, e.g. displaying a reference anatomical image with a live image
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J2003/102—Plural sources
    • G01J2003/104—Monochromatic plural sources
    • G—PHYSICS
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    • G01J3/02—Details
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    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N2021/3129—Determining multicomponents by multiwavelength light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
    • G01N2021/4797—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium time resolved, e.g. analysis of ballistic photons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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Abstract

수술 시각화 시스템이 개시된다. 수술 시각화 시스템은 하나 이상의 구조물(들)을 식별하고 그리고/또는 차단 조직 및/또는 식별된 구조물(들)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템은 수술 장치에 의한 식별된 구조물(들)의 회피를 용이하게 할 수 있다. 수술 시각화 시스템은 복수의 조직-침투 광 파를 방출하도록 구성되는 제1 방출기, 및 조직의 표면 상으로 구조화된 광을 방출하도록 구성되는 제2 방출기를 포함할 수 있다. 수술 시각화 시스템은 또한 반사된 가시 광, 조직-침투 광, 및/또는 구조화된 광을 검출하도록 구성되는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 수술 시각화 시스템은 하나 이상의 숨겨진 식별된 구조물의 위치에 관한 정보를 한 명 이상의 임상의에게 전달하고 그리고/또는 하나 이상의 근접도 표시자를 제공할 수 있다.

Description

수술 장치의 시각화
관련 출원과의 상호참조
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 7월 16일자로 출원된, 발명의 명칭이 디지털 수술 이미징/시각화 시스템(DIGITAL SURGERY IMAGING / VISUALIZATION SYSTEM)인 미국 가특허 출원 제62/698,625호에 대해 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 우선권을 주장한다.
수술 시스템은 흔히 이미징 시스템(imaging system)을 통합하며, 이는 임상의(들)가 예를 들어 모니터와 같은 하나 이상의 디스플레이 상에서 수술 부위 및/또는 그의 하나 이상의 부분을 관찰하도록 허용할 수 있다. 디스플레이(들)는 수술 시어터(surgical theater)에 대해 로컬(local) 및/또는 원격에 있을 수 있다. 이미징 시스템이, 수술 부위를 관찰하고 임상의에 의해 관찰가능한 뷰(view)를 디스플레이로 전송하는 카메라를 구비한 스코프(scope)를 포함할 수 있다. 스코프는 관절경, 혈관현미경, 기관지경, 담도경, 결장경, 방광경, 십이지장경, 장내시경, 식도위-십이지장경(위내시경), 내시경, 후두경, 비인두-신장경, 구불결장경, 흉강경, 요관경, 및 엑소스코프(exoscope)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이미징 시스템은 그들이 인식하고 그리고/또는 임상의(들)에게 전달할 수 있는 정보에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 3차원 공간 내의 소정의 은폐된 구조물, 물리적 윤곽, 및/또는 치수는 소정의 이미징 시스템에 의해 수술중에 인식가능하지 않을 수 있다. 추가적으로, 소정의 이미징 시스템은 수술중에 임상의(들)에게 소정의 정보를 알리고 그리고/또는 전달하는 것이 가능하지 않을 수 있다.
수술 시각화 시스템(surgical visualization system)이 디스플레이 스크린, 표면 상으로 구조화된 광 패턴을 방출하도록 구성되는 수술 장치, 표면 아래에 매립된 구조물을 식별하도록 구성되는 이미지 센서, 및 이미지 센서와 신호 통신하는 제어 회로를 포함할 수 있고, 제어 회로는, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터(imaging data)를 수신하고, 이미징 데이터에 기초하여 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고, 이미지 센서로부터 구조물 및 수술 장치의 이미지를 획득하고, 구조물 및 수술 장치의 이미지를 디스플레이 스크린 상의 표면의 3차원 디지털 표현과 오버레이하고(overlay), 이미지로부터 수술 장치로부터 구조물까지의 거리를 결정하도록 구성된다.
수술 시각화 시스템이 프로세서 및 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함할 수 있고, 메모리는, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고, 이미징 데이터에 기초하여 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고, 이미지 센서로부터 매립된 구조물 및 수술 장치의 이미지를 획득하고, 매립된 구조물 및 수술 장치의 이미지를 디스플레이 스크린 상의 표면의 3차원 디지털 표현과 오버레이하고, 수술 장치로부터 매립된 구조물을 덮는 표면의 일부분까지의 거리를 결정하도록 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장한다.
비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체가, 실행될 때, 기계로 하여금, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고, 이미징 데이터에 기초하여 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고, 이미지 센서로부터 매립된 구조물 및 수술 장치의 3차원 이미지를 획득하고, 매립된 구조물 및 수술 장치의 이미지를 디스플레이 스크린 상의 표면의 3차원 디지털 표현과 오버레이하고, 3차원 이미지로부터 수술 장치로부터 매립된 구조물까지의 거리를 결정하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장할 수 있다.
수술 시각화 시스템이 디스플레이, 3차원 카메라를 포함하는 제1 로봇 도구를 포함할 수 있고, 3차원 카메라는 이미지 센서를 포함한다. 수술 시각화 시스템은 표면에 침투하여 표면 아래의 구조물에 도달할 수 있는 복수의 파장들의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성되는 스펙트럼 광 방출기를 포함하는 제2 로봇 도구를 추가로 포함할 수 있고, 이미지 센서는 복수의 파장들의 반사된 스펙트럼 광 및 반사된 가시 광을 검출하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템은 또한 이미지 센서 및 디스플레이와 신호 통신하는 제어 회로를 포함할 수 있고, 제어 회로는, 이미지 센서로부터 구조물 및 제2 로봇 도구의 3차원 이미지를 획득하고, 3차원 이미지로부터 제2 로봇 도구로부터 구조물까지의 거리를 결정하고, 거리를 나타내는 신호를 디스플레이에 제공하도록 구성된다.
수술 시각화 시스템이 복수의 조직-침투 파형(tissue-penetrating waveform)들을 방출하도록 구성되는 방출기, 복수의 조직-침투 파형들을 검출하도록 구성되는 수신기, 디스플레이를 포함하는 이미징 시스템 및 수신기와 신호 통신하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는, 수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 나타내는 데이터를 수신기로부터 수신하고 수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 디스플레이에 제공하도록 구성될 수 있다.
수술 시각화 시스템이, 복수의 조직-침투 파형들을 방출하도록 구성되는 방출기, 및 복수의 조직-침투 파형들을 검출하도록 구성되는 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라(hyperspectral camera)를 포함할 수 있다. 수술 시각화 시스템은 초분광 카메라와 신호 통신하는 제어 회로를 추가로 포함할 수 있고, 제어 회로는, 이미지 센서에 의해 검출되는 복수의 조직-침투 파형들로부터 제1 중요 구조물(critical structure)의 위치를 나타내는 데이터를 수신하고, 이미지 센서에 의해 검출되는 복수의 조직-침투 파형들로부터 제2 중요 구조물의 위치를 나타내는 데이터를 수신하고, 제1 중요 구조물과 제2 중요 구조물 사이의 거리를 결정하도록 구성된다.
비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체가, 실행될 때, 기계로 하여금, 제1 숨겨진 구조물의 제1 이미지를 나타내는 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 제1 숨겨진 구조물의 제1 이미지를 디스플레이에 제공하고, 제2 숨겨진 구조물의 제2 이미지를 나타내는 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 제2 숨겨진 구조물의 제2 이미지를 디스플레이에 제공하고, 제1 숨겨진 구조물과 제2 숨겨진 구조물 사이의 거리를 결정하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장할 수 있다.
수술 시각화 시스템이 해부학적 구조물의 표면 상에 구조화된 광 패턴을 방출하도록 구성되는 제1 프로젝터(projector), 해부학적 구조물에 침투하여 스테이플 라인(staple line)에 도달할 수 있는 복수의 파장들의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성되는 제2 프로젝터, 및 이미지 센서와 신호 통신하는 제어 회로를 포함할 수 있고, 제어 회로는, 해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 구조화된 광 데이터로부터 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고, 스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 스펙트럼 광 데이터로부터 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고, 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하도록 구성된다.
수술 시각화 시스템이 프로세서 및 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함할 수 있고, 메모리는, 프로세서에 의해 실행될 때, 해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 구조화된 광 데이터로부터 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고, 스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 스펙트럼 광 데이터로부터 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고, 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하는 명령어들을 저장한다.
비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체가, 실행될 때, 기계로 하여금, 해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 구조화된 광 데이터로부터 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고, 스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 스펙트럼 광 데이터로부터 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고, 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장할 수 있다.
다양한 태양의 신규한 특징이 특히 첨부된 청구범위에 기재된다. 그러나, 기술된 태양은, 구성 및 작동 방법 둘 모두에 관하여, 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템이 조직 표면 아래의 중요 구조물을 식별하도록 구성된, 이미징 장치 및 수술 장치를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 2는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템을 위한 제어 시스템의 개략도.
도 2a는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템의 태양을 제어하도록 구성된 제어 회로를 예시한 도면.
도 2b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템의 태양을 제어하도록 구성된 조합 로직 회로(combinational logic circuit)를 예시한 도면.
도 2c는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템의 태양을 제어하도록 구성된 순차 로직 회로(sequential logic circuit)를 예시한 도면.
도 3은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 조직 표면 아래의 중요 구조물의 깊이(da)를 결정하기 위한 도 1의 수술 장치, 이미징 장치, 및 중요 구조물 사이의 삼각측량을 도시한 개략도.
도 4는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템이 조직 표면 아래의 중요 구조물의 깊이(da)를 결정하기 위한 펄스화된 광원을 포함하는, 조직 표면 아래의 중요 구조물을 식별하도록 구성된 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 5는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템이 조직 표면 아래의 중요 구조물을 식별하도록 구성된, 이미징 장치 및 수술 장치를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 6은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템이 표면 내에 매립된 중요 구조물을 식별하도록 구성된, 3차원 카메라를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 7a가 3차원 카메라의 좌측 렌즈로부터의 뷰이고 도 7b가 3차원 카메라의 우측 렌즈로부터 뷰인, 도 6의 3차원 카메라에 의해 촬영된 중요 구조물의 뷰.
도 8은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 3차원 카메라로부터 중요 구조물까지의 카메라-대-중요 구조물 거리(dw)가 결정될 수 있는, 도 6의 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 9는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 매립된 중요 구조물의 위치를 결정하기 위해 2개의 카메라를 이용하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 10a는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 매립된 중요 구조물의 위치를 결정하기 위해 복수의 알려진 위치들 사이에서 축방향으로 이동되는 카메라를 이용하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 10b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 카메라가 매립된 중요 구조물의 위치를 결정하기 위해 복수의 알려진 위치들 사이에서 축방향으로 그리고 회전식으로 이동되는, 도 10a의 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 11은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템을 위한 제어 시스템의 개략도.
도 12는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템을 위한 구조화된 광원의 개략도.
도 13은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 지상 특징부 또는 객체를 이미징하기 위한 초분광 시각화 시스템의 개략도.
도 14는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 다양한 지상 특징부 또는 객체에 대한 초분광 시그니처(hyperspectral signature)의 그래픽 표현.
도 15a 내지 도 15c는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 15a가 프라이한 달걀의 사진이고, 도 15b가 프라이한 달걀의 달걀 노른자 부분 및 달걀 흰자 부분에 대한 초분광 시그니처의 그래픽 표현이고, 도 15c가 프라이한 달걀의 (흑백으로 도시된) 초분광 이미지이며, 증강된 이미지가 초분광 시그니처 데이터에 기초하여 달걀 노른자 부분과 달걀 흰자 부분을 구별하는, 프라이한 달걀을 이미징하기 위한 초분광 시각화 시스템의 예를 도시한 도면.
도 16 내지 도 18은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 16이 요관 시그니처 대 차단물의 그래픽 표현이고, 도 17이 동맥 시그니처 대 차단물의 그래픽 표현이고, 도 18이 신경 시그니처 대 차단물의 그래픽 표현인, 차단물로부터 해부학적 구조를 구별하기 위한 예시적인 초분광 식별 시그니처를 도시한 도면.
도 19는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 비행-시간(time-of-flight) 측정 시스템이 공통 장치 상에 위치된 송신기(방출기) 및 수신기(센서)를 포함하는, 중요 해부학적 구조물까지의 거리를 감지하도록 구성된 근적외선(near infrared, NIR) 비행-시간 측정 시스템의 개략도.
도 20은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 19의 NIR 비행-시간 측정 시스템의 방출된 파, 수신된 파, 및 방출된 파와 수신된 파 사이의 지연의 개략도.
도 21은 본 개시의 일 태양에 따른, 비행-시간 측정 시스템이 별개의 장치 상의 송신기(방출기) 및 수신기(센서)를 포함하는, 상이한 구조물까지의 거리를 감지하도록 구성된 NIR 비행-시간 측정 시스템을 예시한 도면.
도 22는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템이 수술 장치로부터 조직 표면 아래의 중요 구조물까지의 거리를 결정하도록 구성된, 3차원 카메라 및 방출기를 갖는 수술 장치를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 23은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 디스플레이 스크린이 중요 구조물의 뷰 상에서 증강된 컬러 코딩(color coding)으로 도 22의 수술 장치로부터 중요 구조물까지의 거리를 추가로 표시하는, 디스플레이 스크린 상의 3차원 뷰를 생성하도록 조합된, 도 22의 3차원 카메라의 2차원 좌측 렌즈 및 2차원 우측 렌즈로 획득된 수술 부위의 뷰를 예시한 도면.
도 24는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 22의 3차원 카메라에 의해 획득된 3차원 뷰를 도시하고 중요 구조물의 뷰 상에서 증강된 크로스-해칭(cross-hatching)으로 도 22의 수술 장치로부터 중요 구조물까지의 거리를 표시하는, 도 23의 디스플레이 스크린의 개략도.
도 25는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템이 각각의 수술 장치로부터 조직 표면 아래의 중요 구조물까지의 거리를 결정하도록 구성된, 3차원 카메라 및 3개의 수술 장치를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 26은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 25의 3차원 카메라로부터 획득된 3차원 뷰를 도시하고 근접도 스펙트럼 표시자(proximity spectrum indicator)로 도 25의 수술 장치로부터 중요 구조물까지의 거리를 표시하는, 스크린의 개략도.
도 27은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템이 수술 장치의 원위 단부로부터 조직 표면까지의 장치-대-표면 거리, 수술 장치의 원위 단부로부터 조직 표면 아래의 혈관까지의 장치-대-혈관 거리, 및 표면-대-혈관 거리(조직 표면 아래의 중요 구조물의 깊이)를 결정하도록 구성된, 카메라 및 방출기를 갖는 수술 장치를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 28은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 27의 수술 시각화 시스템에 대한 장치-대-표면 거리, 장치-대-혈관 거리, 또는 표면-대-혈관 거리에 대응하는 디스플레이 설정을 선택하기 위한 다이얼(dial)의 개략도.
도 29는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 표면-대-혈관 거리가 선택된 제1 위치에 있는 도 28의 다이얼을 디스플레이하고, 스크린이 표면-대-혈관 거리에 관련된 데이터의 제1 집계(aggregation)를 포함하는 뷰를 디스플레이하는, 도 27의 수술 시각화 시스템을 위한 스크린의 개략도.
도 30은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 장치-대-표면 거리가 선택된 제2 위치에 있는 도 28의 다이얼을 디스플레이하고, 디스플레이가 장치-대-표면 거리에 관련된 데이터의 제2 집계를 포함하는 뷰를 디스플레이하는, 도 29의 스크린의 개략도.
도 31은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 장치-대-혈관 거리가 선택된 제3 위치에 있는 도 28의 다이얼을 도시하고, 스크린이 장치-대-혈관 거리에 관련된 데이터의 제3 집계를 포함하는 뷰를 디스플레이하는, 도 29의 스크린의 개략도.
도 32는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 숨겨진 해부학적 구조물 및 수술 장치를 식별하도록 구성된 분광 이미징 카메라를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 33은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 스크린이 숨겨진 해부학적 구조물 및 숨겨진 수술 장치를 포함하는 수술 부위의 증강된 뷰를 디스플레이하고, 스크린이 해부학적 구조물에 대한 숨겨진 수술 장치의 근접도를 전달하는 근접도 스펙트럼 표시자를 추가로 도시하는, 도 32의 수술 시각화 시스템을 위한 스크린의 개략도.
도 34는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 매립된 종양에 대한 제1 위치에 있는 생검 바늘을 식별하도록 구성된 분광 이미징 카메라를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 35는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 스크린이 종양 및 제1 위치에 있는 생검 바늘을 포함하는 수술 부위의 증강된 뷰를 디스플레이하고, 스크린이 종양에 대한 그리고 차단 조직의 표면에 대한 제1 위치에 있는 생검 바늘의 근접도를 전달하는 근접도 스펙트럼 표시자를 추가로 도시하는, 도 34의 수술 시각화 시스템을 위한 스크린의 개략도.
도 36은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 매립된 종양에 대한 제2 위치에 있는 생검 바늘을 도시하는, 도 34의 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 37은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 종양 및 제2 위치에 있는 생검 바늘을 포함하는 수술 부위의 증강된 뷰를 디스플레이하고, 스크린이 종양에 대한 그리고 차단 조직의 표면에 대한 제2 위치에 있는 생검 바늘의 근접도를 전달하는 근접도 스펙트럼 표시자를 추가로 도시하는, 도 35의 스크린의 개략도.
도 38은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 초음파 장치가 갑상선 내의 종양을 식별하기 위해 사용되고 있는 생검 절차의 개략도.
도 39 내지 도 41은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 도 39가 분리된 원형 스테이플러(circular stapler)와 앤빌(anvil)을 도시하고, 도 40이 발사를 위해 함께 결합된 원형 스테이플러와 앤빌을 도시하고, 도 41이 발사 후에 함께 스테이플링된 결장의 부분들을 도시하는, 결장의 저위 전방 절제술(lower anterior resection, LAR) 절차 동안의 문합 단계의 예를 도시한 도면.
도 42는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 숨겨진 수술 장치 및 스테이플 라인을 식별하도록 구성된 분광 이미징 카메라를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 43은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 스크린이 숨겨진 스테이플 라인 및 수술 장치를 포함하는 수술 부위의 증강된 뷰를 디스플레이하고, 스크린이 스테이플 라인에 대한 수술 장치의 근접도를 전달하는 근접도 스펙트럼 표시자를 추가로 도시하는, 도 42의 수술 시각화 시스템을 위한 스크린의 개략도.
도 44는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 분광 이미징 카메라가 원형 스테이플러 및 앤빌을 식별하도록 구성된, 도 42의 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 45는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 스크린이 숨겨진 스테이플 라인, 원형 스테이플러, 및 앤빌을 포함하는 수술 부위의 증강된 뷰를 디스플레이하고, 스크린이 원형 스테이플러와 앤빌 사이의 거리 및 앤빌과 스테이플 라인들 중 하나 사이의 거리를 추가로 도시하는, 도 43의 스크린의 개략도.
도 46은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 슬리브 위절제술(sleeve gastrectomy) 동안 부지(bougie)가 그 내부에 위치된 위의 개략도.
도 47은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 슬리브 위절제술 동안의 스테이플링 단계를 도시한 도면.
도 48은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 분광 이미징 카메라가 슬리브 위절제술 동안 위의 일부분을 관찰하고 부지가 위에 의해 숨겨지지만, 예시의 목적을 위해, 위가 부지를 노출시키도록 부분적으로 절결된, 분광 이미징 카메라를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 49는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 스크린이 위 및 그 내부의 부지뿐만 아니라, 수술용 스테이플러를 포함하는 수술 부위의 증강된 뷰를 디스플레이하고, 스크린이 수술용 스테이플러와 부지 사이의 거리를 추가로 도시하는, 도 48의 수술 시각화 시스템을 위한 스크린의 개략도.
도 50은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 분광 이미징 카메라가 조직 내에 숨겨진 수술 장치 및 클립(clip)을 식별하도록 구성된, 분광 이미징 카메라를 포함하는 수술 시각화 시스템의 개략도.
도 51은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 스크린이 수술 장치 및 클립을 포함하는 수술 부위의 증강된 뷰를 디스플레이하고, 스크린이 수술 장치와 클립의 상대 위치에 기초하여 경고를 추가로 제공하는, 도 50의 수술 시각화 시스템을 위한 스크린의 개략도.
도 52는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 클립 및 메시(mesh)가 수술 부위에 설치되는 탈장 수복 수술 동안의 단계를 도시한 도면.
본 출원의 출원인은 또한 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 9월 11일자로 출원된 하기 미국 특허 출원들을 소유한다:
Figure pct00001
발명의 명칭이 수술 시각화 플랫폼(SURGICAL VISUALIZATION PLATFORM)인 미국 특허 출원 제16/128,179호;
Figure pct00002
발명의 명칭이 수술 시각화 제어부(SURGICAL VISUALIZATION CONTROLS)인 미국 특허 출원 제16/128,191호;
Figure pct00003
발명의 명칭이 방출기 조립체 펄스 시퀀스의 제어(CONTROLLING AN EMITTER ASSEMBLY PULSE SEQUENCE)인 미국 특허 출원 제16/128,180호;
Figure pct00004
발명의 명칭이 이중 출력 방출기 조립체를 가진 단일형 EMR 소스(SINGULAR EMR SOURCE WITH DUAL OUTPUT EMITTER ASSEMBLY)인 미국 특허 출원 제16/128,198호;
Figure pct00005
발명의 명칭이 조합 방출기 및 카메라 조립체(COMBINATION EMITTER AND CAMERA ASSEMBLY)인 미국 특허 출원 제16/128,207호;
Figure pct00006
발명의 명칭이 근접도 추적 특징부를 가진 수술 시각화(SURGICAL VISUALIZATION WITH PROXIMITY TRACKING FEATURES)인 미국 특허 출원 제16/128,176호;
Figure pct00007
발명의 명칭이 다수의 표적의 수술 시각화(SURGICAL VISUALIZATION OF MULTIPLE TARGETS)인 미국 특허 출원 제16/128,187호;
Figure pct00008
발명의 명칭이 수술 장치의 시각화(VISUALIZATION OF SURGICAL DEVICES)인 미국 특허 출원 제16/128,192호;
Figure pct00009
발명의 명칭이 광의 작동식 전달(OPERATIVE COMMUNICATION OF LIGHT)인 미국 특허 출원 제16/128,163호;
Figure pct00010
발명의 명칭이 로봇 광 투사 도구(ROBOTIC LIGHT PROJECTION TOOLS)인 미국 특허 출원 제16/128,197호;
Figure pct00011
발명의 명칭이 수술 시각화 피드백 시스템(SURGICAL VISUALIZATION FEEDBACK SYSTEM)인 미국 특허 출원 제16/128,164호;
Figure pct00012
발명의 명칭이 수술 시각화 및 모니터링(SURGICAL VISUALIZATION AND MONITORING)인 미국 특허 출원 제16/128,193호;
Figure pct00013
발명의 명칭이 이미징 데이터의 통합(INTEGRATION OF IMAGING DATA)인 미국 특허 출원 제16/128,195호;
Figure pct00014
발명의 명칭이 로봇-보조식 수술 봉합 시스템(ROBOTICALLY-ASSISTED SURGICAL SUTURING SYSTEMS)인 미국 특허 출원 제16/128,170호;
Figure pct00015
발명의 명칭이 수술 봉합 시스템을 위한 안전 로직(SAFETY LOGIC FOR SURGICAL SUTURING SYSTEMS)인 미국 특허 출원 제16/128,183호;
Figure pct00016
발명의 명칭이 별개의 광음향 수신기를 가진 로봇 시스템(Robotic system with separate photoacoustic receiver)인 미국 특허 출원 제16/128,172호; 및
Figure pct00017
발명의 명칭이 구조화된 광 검출을 통한 힘 센서(FORCE SENSOR THROUGH STRUCTURED LIGHT DEFLECTION)인 미국 특허 출원 제16/128,185호.
본 출원의 출원인은 또한 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2015년 7월 7일자로 허여된, 발명의 명칭이 회전가능 스테이플 전개 장치를 가진 수술 스테이플링 기구(SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS)인 미국 특허 제9,072,535호를 소유한다.
본 출원의 출원인은 또한 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2017년 12월 28일자로 출원된, 발명의 명칭이 로봇 보조식 수술 플랫폼(ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM)인 미국 가특허 출원 제62/611,339호를 소유한다.
본 출원의 출원인은 또한 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 3월 29일자로 출원된 하기 미국 특허 출원들을 소유한다:
Figure pct00018
발명의 명칭이 로봇-보조식 수술 플랫폼을 위한 구동 장치(DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)인 미국 특허 출원 제15/940,627호;
Figure pct00019
발명의 명칭이 로봇-보조식 수술 플랫폼을 위한 자동 도구 조절(AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)인 미국 특허 출원 제15/940,676호;
Figure pct00020
발명의 명칭이 로봇-보조식 수술 플랫폼을 위한 감지 장치(SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS)인 미국 특허 출원 제15/940,711호; 및
Figure pct00021
전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 3월 29일자로 출원된, 발명의 명칭이 단색성 광 굴절률의 사용을 통한 조직 불규칙성의 특성화(CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY)인 미국 특허 출원 제15/940,722호.
수술 시각화 플랫폼의 다양한 태양을 상세히 설명하기 전에, 예시적인 예가 응용 또는 사용에 있어서, 첨부 도면과 설명에 예시된 부분의 구성 및 배열의 세부 사항으로 제한되지 않는 것에 유의하여야 한다. 예시적인 예는 다른 태양, 변형, 및 변경으로 구현 또는 통합될 수 있고, 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 채용된 용어 및 표현은 독자의 편의상 예시적인 예를 기술하기 위해 선택되었고, 그것을 제한하기 위한 것은 아니다. 또한, 후술되는 태양, 태양의 표현, 및/또는 예 중 하나 이상이 다른 후술되는 태양, 태양의 표현, 및/또는 예 중 임의의 하나 이상과 조합될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
본 개시는 환자의 해부학적 구조 및/또는 수술 절차에 관한 추가 정보를 획득하기 위해 "디지털 수술"에 영향을 주는 수술 시각화 플랫폼에 관한 것이다. 수술 시각화 플랫폼은 데이터 및/또는 정보를 한 명 이상의 임상의에게 도움이 되는 방식으로 전달하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 태양은 환자의 해부학적 구조 및/또는 수술 절차의 개선된 시각화를 제공한다.
"디지털 수술"은 로봇 시스템, 진보된 이미징, 진보된 기구 사용, 인공 지능, 기계 학습, 성능 추적 및 벤치마킹을 위한 데이터 분석, 수술실(operating room, OR)의 내측 및 외측 둘 모두의 연결성, 및 그 이상을 포괄할 수 있다. 본 명세서에 기술된 다양한 수술 시각화 플랫폼이 로봇 수술 시스템과 조합하여 사용될 수 있지만, 수술 시각화 플랫폼은 로봇 수술 시스템과의 사용으로 제한되지 않는다. 소정의 경우에, 진보된 수술 시각화는 로봇 없이 그리고/또는 제한된 그리고/또는 선택적인 로봇 보조로 이루어질 수 있다. 유사하게, 디지털 수술은 로봇 없이 그리고/또는 제한된 그리고/또는 선택적인 로봇 보조로 이루어질 수 있다.
소정의 경우에, 수술 시각화 플랫폼을 통합하는 수술 시스템이 중요 구조물을 식별 및 회피하기 위해 스마트 절개(smart dissection)를 가능하게 할 수 있다. 중요 구조물은 다른 해부학적 구조물들 중에서도, 요관, 동맥, 예컨대 상장간막동맥, 정맥, 예컨대 간문맥, 신경, 예컨대 횡격막신경, 및/또는 종양과 같은 해부학적 구조물을 포함한다. 다른 경우에, 중요 구조물이 예를 들어 수술 장치, 수술용 패스너(surgical fastener), 클립, 택(tack), 부지, 밴드, 및/또는 플레이트와 같은 해부학적 필드(anatomical field) 내의 외래 구조물일 수 있다. 중요 구조물은 환자별로 그리고/또는 절차별로 결정될 수 있다. 예시적인 중요 구조물이 본 명세서에 추가로 기술된다. 스마트 절개 기술은 예를 들어 절개를 위한 개선된 수술중 안내를 제공할 수 있고 그리고/또는 중요 해부학적 구조 검출 및 회피 기술에 의한 더 스마트한 결정을 가능하게 할 수 있다.
수술 시각화 플랫폼을 통합하는 수술 시스템이 또한 개선된 작업흐름으로 최적 위치(들)에서 더욱 일관된 문합을 제공하는 스마트 문합 기술을 가능하게 할 수 있다. 암 위치측정 기술이 또한 본 명세서에 기술된 다양한 수술 시각화 플랫폼 및 절차로 개선될 수 있다. 예를 들어, 암 위치측정 기술은 암 위치, 배향, 및 그의 마진(margin)을 식별 및 추적할 수 있다. 소정의 경우에, 암 위치측정 기술은 임상의에 대한 관심 대상의 지점으로의 복귀 안내를 제공하기 위해 수술 절차 동안 도구, 환자, 및/또는 환자의 해부학적 구조의 이동을 보상할 수 있다.
본 개시의 소정의 태양에서, 수술 시각화 플랫폼이 개선된 조직 특성화 및/또는 림프절 진단 및 매핑(mapping)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 조직 특성화 기술은, 특히 조직 내에서 절개하고 그리고/또는 스테이플링 장치를 배치할 때, 물리적 햅틱에 대한 필요 없이 조직 유형 및 건강을 특성화할 수 있다. 본 명세서에 기술된 소정의 조직 특성화 기술은 이온화 방사선 및/또는 조영제 없이 이용될 수 있다. 림프절 진단 및 매핑에 관하여, 수술 시각화 플랫폼이 예를 들어 암 진단 및 병기(staging)에 수반되는 림프계 및/또는 림프절을 수술전에 위치결정하고, 매핑하고, 이상적으로 진단할 수 있다.
이들 및 다른 관련된 주제가 본 명세서 및/또는 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 위에서 언급된 동시-출원된 미국 특허 출원들에 기술되어 있다.
수술 절차 동안, "육안" 및/또는 이미징 시스템을 통해 임상의가 이용가능한 정보는 수술 부위의 불완전한 시야를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기관 내에 매립되거나 묻힌 구조물과 같은 소정의 구조물은 시야로부터 적어도 부분적으로 은폐되거나 숨겨질 수 있다. 추가적으로, 소정의 치수 및/또는 상대 거리는 기존 센서 시스템으로 확인하기 어렵고 그리고/또는 "육안"으로 인지하기 어려울 수 있다. 또한, 소정의 구조물은 수술전에(예컨대, 수술 절차 전에, 그러나 수술전 스캔 후에) 그리고/또는 수술중에 이동할 수 있다. 그러한 경우에, 임상의는 중요 구조물의 위치를 수술중에 정확하게 결정하는 것이 가능하지 않을 수 있다.
중요 구조물의 위치가 불확실하고 그리고/또는 중요 구조물과 수술 도구 사이의 근접도가 알려져 있지 않을 때, 임상의의 의사-결정 과정이 제약을 받을 수 있다. 예를 들어, 임상의가 중요 구조물의 의도하지 않은 절개를 회피하기 위해 소정의 영역을 회피할 수 있지만; 회피된 영역은 불필요하게 크고 그리고/또는 적어도 부분적으로 잘못 배치될 수 있다. 불확실성 및/또는 지나치게/과도하게 주의하여 수행함으로 인해, 임상의는 소정의 원하는 영역에 접근하지 못할 수 있다. 예를 들어, 과도한 주의는, 중요 구조물이 특정 영역 내에 있지 않고 그리고/또는 그러한 특정 영역에서 작업하는 임상의에 의해 부정적으로 영향을 받지 않을 경우에도, 임상의가 중요 구조물을 회피하기 위한 노력으로 종양 및/또는 다른 바람직하지 않은 조직의 일부분을 남겨 두게 할 수 있다. 소정의 경우에, 수술 결과는 증가된 인식 및/또는 확실성으로 개선될 수 있으며, 이는 외과의가 특정 해부학적 영역에 대해 더욱 정확해지도록, 그리고 소정의 경우에, 덜 보수적이도록/더욱 적극적이도록 허용할 수 있다.
다양한 태양에서, 본 개시는 중요 구조물의 수술중 식별 및 회피를 위한 수술 시각화 시스템을 제공한다. 일 태양에서, 본 개시는 향상된 수술중 의사 결정 및 개선된 수술 결과를 가능하게 하는 수술 시각화 시스템을 제공한다. 다양한 태양에서, 개시된 수술 시각화 시스템은 임상의가 "육안"으로 보는 것을 넘어서는 그리고/또는 이미징 시스템이 인식하고 그리고/또는 임상의에게 전달할 수 있는 것을 넘어서는 진보된 시각화 능력을 제공한다. 다양한 수술 시각화 시스템은 임상의가 조직 처치(예컨대, 절개) 전에 알 수 있는 것을 증강 및 향상시킬 수 있고, 따라서 다양한 경우에 결과를 개선할 수 있다.
예를 들어, 시각화 시스템이 복수의 분광 파를 방출하도록 구성되는 제1 광 방출기, 광 패턴을 방출하도록 구성되는 제2 광 방출기, 및 가시 광, 분광 파에 대한 분자 반응(분광 이미징), 및/또는 광 패턴을 검출하도록 구성되는 하나 이상의 수신기 또는 센서를 포함할 수 있다. 수술 시각화 시스템은 또한 이미징 시스템, 및 수신기(들) 및 이미징 시스템과 신호 통신하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 수신기(들)로부터의 출력에 기초하여, 제어 회로는 수술 부위에서의 가시 표면의 기하학적 표면 맵, 즉 3차원 표면 토포그래피(topography) 및 수술 부위에 대한 하나 이상의 거리를 결정할 수 있다. 소정의 경우에, 제어 회로는 적어도 부분적으로 은폐된 구조물까지의 하나 이상의 거리를 결정할 수 있다. 또한, 이미징 시스템은 기하학적 표면 맵 및 하나 이상의 거리를 임상의에게 전달할 수 있다. 그러한 경우에, 임상의에 제공되는 수술 부위의 증강된 뷰가 수술 부위의 관련 컨텍스트 내에서 은폐된 구조물의 표현을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이미징 시스템은 표면 아래의 유틸리티 라인(utility line)을 표시하기 위해 그라운드(ground) 상에 그려진 라인과 유사하게 은폐 및/또는 차단 조직의 기하학적 표면 맵 상에서 은폐된 구조물을 가상으로 증강시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이미징 시스템은 가시 및 차단 조직에 대한 그리고/또는 적어도 부분적으로 은폐된 구조물에 대한 하나 이상의 수술 도구의 근접도 및/또는 차단 조직의 가시 표면 아래의 은폐된 구조물의 깊이를 전달할 수 있다. 예를 들어, 시각화 시스템은 가시 조직의 표면 상의 증강된 라인에 대한 거리를 결정하고 이러한 거리를 이미징 시스템에 전달할 수 있다.
본 개시의 다양한 태양에서, 중요 구조물의 수술중 식별 및 회피를 위한 수술 시각화 시스템이 개시된다. 그러한 수술 시각화 시스템이 수술 절차 동안 임상의에게 유익한 정보를 제공할 수 있다. 그 결과, 임상의는 수술 시각화 시스템이 예를 들어 절개 동안 접근될 수 있는, 예를 들어 요관, 특정 신경, 및/또는 중요 혈관과 같은 중요 구조물을 추적하고 있다는 것을 앎으로써 수술 절차 전반에 걸쳐 확신을 갖고 모멘텀을 유지할 수 있다. 일 태양에서, 수술 시각화 시스템은 임상의가 수술 절차를 일시정지 및/또는 늦추고 중요 구조물에 대한 의도하지 않은 손상을 방지하기 위해 중요 구조물에 대한 근접도를 평가하기에 충분한 시간에 맞춰 임상의에게 표시를 제공할 수 있다. 수술 시각화 시스템은 임상의가 건강한 조직 및/또는 중요 구조물(들)에 대한 의도하지 않은 손상을 회피하면서 조직을 통해 확신을 갖고 그리고/또는 신속하게 이동하도록, 그리고 그에 따라 수술 절차로부터 기인하는 손상의 위험을 최소화하도록 허용하는 이상적인, 최적화된, 그리고/또는 맞춤화가능한 양의 정보를 임상의에게 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른 수술 시각화 시스템(100)의 개략도이다. 수술 시각화 시스템(100)은 해부학적 필드 내의 중요 구조물(101)의 시각적 표현을 생성할 수 있다. 수술 시각화 시스템(100)은 예를 들어 임상 분석 및/또는 의료 중재를 위해 사용될 수 있다. 소정의 경우에, 수술 시각화 시스템(100)은 수술 절차 동안 근접도 데이터, 치수, 및/또는 거리에 관한 실시간 또는 실시간에 가까운 정보를 임상의에게 제공하기 위해 수술중에 사용될 수 있다. 수술 시각화 시스템(100)은 중요 구조물(들)의 수술중 식별을 위해 그리고/또는 수술 장치에 의한 중요 구조물(들)(101)의 회피를 용이하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 중요 구조물(101)을 식별함으로써, 임상의가 수술 절차 동안 중요 구조물(101) 및/또는 중요 구조물(101)의 사전한정된 근접도 내의 영역 주위에서 수술 장치를 조작하는 것을 회피할 수 있다. 임상의는 예를 들어 중요 구조물(101)로서 식별되는, 예를 들어 정맥, 동맥, 신경, 및/또는 혈관의 그리고/또는 그 부근의 절개를 회피할 수 있다. 다양한 경우에, 중요 구조물(101)은 환자별로 그리고/또는 절차별로 결정될 수 있다.
수술 시각화 시스템(100)은 거리 센서 시스템(104)과 조합하여 조직 식별 및 기하학적 표면 매핑을 통합한다. 조합하여, 수술 시각화 시스템(100)의 이들 특징은 해부학적 필드 내의 중요 구조물(101)의 위치 및/또는 가시 조직의 표면(105)에 대한 그리고/또는 중요 구조물(101)에 대한 수술 장치(102)의 근접도를 결정할 수 있다. 또한, 수술 시각화 시스템(100)은 수술 부위의 실시간 뷰를 제공하도록 구성되는, 예를 들어 카메라와 같은 이미징 장치(120)를 포함하는 이미징 시스템을 포함한다. 다양한 경우에, 이미징 장치(120)는 분광 카메라(예컨대, 초분광 카메라, 다중분광 카메라, 또는 선택적 분광 카메라)이며, 이는 반사된 분광 파형을 검출하고 상이한 파장에 대한 분자 반응에 기초하여 이미지의 분광 큐브(spectral cube)를 생성하도록 구성된다. 이미징 장치(120)로부터의 뷰가 임상의에게 제공될 수 있고, 본 개시의 다양한 태양에서, 조직 식별, 랜드스케이프 매핑(landscape mapping), 및 거리 센서 시스템(104)에 기초하여 추가 정보로 증강될 수 있다. 그러한 경우에, 수술 시각화 시스템(100)은 복수의 서브시스템 - 이미징 서브시스템, 표면 매핑 서브시스템, 조직 식별 서브시스템, 및/또는 거리 결정 서브시스템 - 을 포함한다. 이들 서브시스템은 고급 데이터 합성 및 통합 정보를 임상의(들)에게 수술중에 제공하도록 협력할 수 있다.
이미징 장치는 예를 들어 가시 광, 스펙트럼 광 파(가시 또는 비가시), 및 구조화된 광 패턴(가시 또는 비가시)을 검출하도록 구성되는 카메라 또는 이미징 센서를 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 태양에서, 이미징 시스템은 예를 들어 내시경과 같은 이미징 장치를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이미징 시스템은 예를 들어 관절경, 혈관현미경, 기관지경, 담도경, 결장경, 방광경, 십이지장경, 장내시경, 식도위-십이지장경(위내시경), 후두경, 비인두-신장경, 구불결장경, 흉강경, 요관경, 또는 엑소스코프와 같은 이미징 장치를 포함할 수 있다. 개복 수술 응용에서와 같은 다른 경우에, 이미징 시스템은 스코프를 포함하지 않을 수 있다.
본 개시의 다양한 태양에서, 조직 식별 서브시스템은 분광 이미징 시스템으로 달성될 수 있다. 분광 이미징 시스템은 예를 들어 초분광 이미징, 다중분광 이미징, 또는 선택적 분광 이미징에 의존할 수 있다. 조직의 초분광 이미징은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2016년 3월 1일자로 허여된, 발명의 명칭이 초분광 이미징을 사용하는 육안 해부 병리학을 위한 시스템 및 방법(System and method for gross anatomic pathology using hyperspectral imaging)인 미국 특허 제9,274,047호에 추가로 기술되어 있다.
본 개시의 다양한 태양에서, 표면 매핑 서브시스템은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 광 패턴 시스템으로 달성될 수 있다. 표면 매핑을 위한 광 패턴(또는 구조화된 광)의 사용은 알려져 있다. 알려진 표면 매핑 기법이 본 명세서에 기술된 수술 시각화 시스템에 이용될 수 있다.
구조화된 광은 표면 상으로 알려진 패턴(흔히 그리드(grid) 또는 수평 바아(horizontal bar))을 투사하는 프로세스이다. 2017년 3월 2일자로 공개된, 발명의 명칭이 수술 기구를 포함하는 세트(SET COMPRISING A SURGICAL INSTRUMENT)인 미국 특허 출원 공개 제2017/0055819호, 및 2017년 9월 7일자로 공개된, 발명의 명칭이 묘사 시스템(DEPICTION SYSTEM)인 미국 특허 출원 공개 제2017/0251900호가 광 패턴을 투사하기 위한 광원 및 프로젝터를 포함하는 수술 시스템을 개시한다. 2017년 3월 2일자로 공개된, 발명의 명칭이 수술 기구를 포함하는 세트인 미국 특허 출원 공개 제2017/0055819호, 및 2017년 9월 7일자로 공개된, 발명의 명칭이 묘사 시스템인 미국 특허 출원 공개 제2017/0251900호는 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시의 다양한 태양에서, 거리 결정 시스템은 표면 매핑 시스템에 통합될 수 있다. 예를 들어, 구조화된 광은 가시 표면의 3차원 가상 모델을 생성하고 가시 표면에 대한 다양한 거리를 결정하는 데 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 거리 결정 시스템은 수술 부위에서 식별된 조직(또는 다른 구조물)까지의 하나 이상의 거리를 결정하기 위해 비행-시간 측정에 의존할 수 있다.
도 2는 수술 시각화 시스템(100)과 함께 이용될 수 있는 제어 시스템(133)의 개략도이다. 제어 시스템(133)은 메모리(134)와 신호 통신하는 제어 회로(132)를 포함한다. 메모리(134)는 중요 구조물(예컨대, 도 1의 중요 구조물(101))을 결정 및/또는 인식하고, 하나 이상의 거리 및/또는 3차원 디지털 표현을 결정 및/또는 계산하고, 소정의 정보를 한 명 이상의 임상의에게 전달하기 위해 제어 회로(132)에 의해 실행가능한 명령어를 저장한다. 예를 들어, 메모리(134)는 표면 매핑 로직(136), 이미징 로직(138), 조직 식별 로직(140), 또는 거리 결정 로직(141) 또는 로직(136, 138, 140, 141)의 임의의 조합을 저장한다. 제어 시스템(133)은 또한 (도 1의 이미징 장치(120)와 같은) 하나 이상의 카메라(144), 하나 이상의 디스플레이(146), 또는 하나 이상의 제어부(148) 또는 이들 요소의 임의의 조합을 갖는 이미징 시스템(142)을 포함한다. 카메라(144)는 다양한 가시 및 비가시 스펙트럼에서 광을 방출하는 다양한 광원(예컨대, 특히 가시 광, 분광 이미저(spectral imager), 3차원 렌즈)으로부터 신호를 수신하기 위한 하나 이상의 이미지 센서(135)를 포함할 수 있다. 디스플레이(146)는 실제, 가상, 및/또는 가상-증강된 이미지 및/또는 정보를 한 명 이상의 임상의에게 묘사하기 위한 하나 이상의 스크린 또는 모니터를 포함할 수 있다.
다양한 태양에서, 카메라(144)의 핵심은 이미지 센서(135)이다. 일반적으로, 현대의 이미지 센서(135)는 픽셀로 불리는 최대 수백만 개의 이산 광검출기 사이트(discrete photodetector site)를 포함하는 솔리드-스테이트 전자 소자(solid-state electronic device)이다. 이미지 센서(135) 기술은 2가지 카테고리: 전하-결합 소자(Charge-Coupled Device, CCD) 및 상보형 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) 이미저들 중 하나로 나뉘고, 더욱 최근에, 단파 적외선(short-wave infrared, SWIR)이 이미징에서 새로 생겨난 기술이다. 다른 유형의 이미지 센서(135)는 하이브리드 CCD/CMOS 아키텍처를 채용하며(명칭 "sCMOS"로 판매됨), CCD 이미징 기판에 범프 접합되는(bump bonded) CMOS 판독 집적 회로(readout integrated circuits, ROIC)로 구성된다. CCD 및 CMOS 이미지 센서(135)는 대략 350 내지 1050 nm의 파장에 민감하지만, 이 범위는 보통 400 내지 1000 nm로 주어진다. CMOS 센서는 일반적으로 CCD 센서보다 IR 파장에 더 민감하다. 솔리드 스테이트 이미지 센서(135)는 광전 효과에 기초하며, 그 결과 컬러를 구별할 수 없다. 따라서, 2가지 유형의 컬러 CCD 카메라: 단일 칩 및 3-칩이 있다. 단일 칩 컬러 CCD 카메라는 통상의, 저-비용 이미징 솔루션을 제공하며, 모자이크(mosaic)(예컨대, 베이어(Bayer)) 광학 필터를 사용하여 입사 광을 일련의 컬러로 분리하고 보간 알고리즘(interpolation algorithm)을 채용하여 풀 컬러 이미지를 분해한다. 각각의 컬러는 이어서 픽셀의 상이한 세트로 지향된다. 3-칩 컬러 CCD 카메라는 입사 스펙트럼의 각각의 섹션을 상이한 칩으로 지향시키기 위해 프리즘을 채용함으로써 더 높은 해상도를 제공한다. 더 정확한 컬러 재현이 가능한데, 이는 객체의 공간 내의 각각의 포인트가 컬러를 결정하기 위해 알고리즘을 사용하기보다는 별개의 RGB 강도 값을 갖기 때문이다. 3-칩 카메라는 극히 높은 해상도를 제공한다.
제어 시스템(133)은 또한 분광 광원(150) 및 구조화된 광원(152)을 포함한다. 소정의 경우에, 단일 광원이 분광 광원(150) 범위 내의 광의 파장 및 구조화된 광원(152) 범위 내의 광의 파장을 방출하도록 펄스화될 수 있다. 대안적으로, 단일 광원이 비가시 스펙트럼 내의 광(예컨대, 적외선 스펙트럼 광) 및 가시 스펙트럼 상의 광의 파장을 제공하도록 펄스화될 수 있다. 분광 광원(150)은 예를 들어 초분광 광원, 다중분광 광원, 및/또는 선택적 분광 광원일 수 있다. 다양한 경우에, 조직 식별 로직(140)은 카메라(144)의 이미지 센서(135) 부분에 의해 수신되는 분광 광원(150)으로부터의 데이터를 통해 중요 구조물(들)을 식별할 수 있다. 표면 매핑 로직(136)은 반사된 구조화된 광에 기초하여 가시 조직의 표면 윤곽을 결정할 수 있다. 비행-시간 측정에 의해, 거리 결정 로직(141)은 가시 조직 및/또는 중요 구조물(101)까지의 하나 이상의 거리(들)를 결정할 수 있다. 표면 매핑 로직(136), 조직 식별 로직(140), 및 거리 결정 로직(141)으로부터의 하나 이상의 출력이 이미징 로직(138)에 제공되고, 이미징 시스템(142)의 디스플레이(146)를 통해 임상의에게 전달되도록 조합, 블렌딩, 및/또는 오버레이될 수 있다.
설명은 이제 수술 시각화 시스템(100)의 다양한 태양을 제어하기 위한 제어 회로(132)의 다양한 태양을 기술하기 위해 도 2a 내지 도 2c를 간략히 참조한다. 도 2a를 참조하면, 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템(100)의 태양을 제어하도록 구성되는 제어 회로(400)가 예시되어 있다. 제어 회로(400)는 본 명세서에 기술된 다양한 프로세스를 구현하도록 구성될 수 있다. 제어 회로(400)는 적어도 하나의 메모리 회로(404)에 결합되는 하나 이상의 프로세서(402)(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로제어기)를 포함하는 마이크로제어기를 포함할 수 있다. 메모리 회로(404)는, 프로세서(402)에 의해 실행될 때, 프로세서(402)로 하여금 본 명세서에 기술된 다양한 프로세스를 구현하도록 기계 명령어를 실행하게 하는 기계-실행가능 명령어를 저장한다. 프로세서(402)는 당업계에 알려진 다수의 단일-코어 또는 다중코어 프로세서들 중 임의의 것일 수 있다. 메모리 회로(404)는 휘발성 및 비-휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 프로세서(402)는 명령어 처리 유닛(406) 및 연산 유닛(408)을 포함할 수 있다. 명령어 처리 유닛은 본 개시의 메모리 회로(404)로부터 명령어를 수신하도록 구성될 수 있다.
도 2b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템(100)의 태양을 제어하도록 구성되는 조합 로직 회로(410)를 예시한다. 조합 로직 회로(410)는 본 명세서에 기술된 다양한 프로세스를 구현하도록 구성될 수 있다. 조합 로직 회로(410)는 조합 로직(412)을 포함하는 유한 상태 기계(finite state machine)를 포함할 수 있으며, 조합 로직은 입력(414)에서 수술 기구 또는 도구와 연관되는 데이터를 수신하고, 조합 로직(412)에 의해 데이터를 처리하고, 출력(416)을 제공하도록 구성된다.
도 2c는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 시각화 시스템(100)의 태양을 제어하도록 구성되는 순차 로직 회로(420)를 예시한다. 순차 로직 회로(420) 또는 조합 로직(422)은 본 명세서에 기술된 다양한 프로세스를 구현하도록 구성될 수 있다. 순차 로직 회로(420)는 유한 상태 기계를 포함할 수 있다. 순차 로직 회로(420)는 예를 들어 조합 로직(422), 적어도 하나의 메모리 회로(424), 및 클록(clock)(429)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 메모리 회로(424)는 유한 상태 기계의 현재 상태를 저장할 수 있다. 소정의 경우에, 순차 로직 회로(420)는 동기식 또는 비동기식일 수 있다. 조합 로직(422)은 입력(426)으로부터 수술 장치 또는 시스템과 연관되는 데이터를 수신하고, 조합 로직(422)에 의해 데이터를 처리하고, 출력(428)을 제공하도록 구성된다. 다른 태양에서, 회로는 본 명세서의 다양한 프로세스를 구현하기 위해 프로세서(예컨대, 도 2a의 프로세서(402))와 유한 상태 기계의 조합을 포함할 수 있다. 다른 태양에서, 유한 상태 기계는 조합 로직 회로(예컨대, 도 2b의 조합 로직 회로(410))와 순차 로직 회로(420)의 조합을 포함할 수 있다.
도 1의 수술 시각화 시스템(100)을 다시 참조하면, 중요 구조물(101)은 관심 대상의 해부학적 구조물일 수 있다. 예를 들어, 중요 구조물(101)은 다른 해부학적 구조물들 중에서도, 요관, 동맥, 예컨대 상장간막동맥, 정맥, 예컨대 간문맥, 신경, 예컨대 횡격막신경, 및/또는 종양일 수 있다. 다른 경우에, 중요 구조물(101)은 예를 들어 수술 장치, 수술용 패스너, 클립, 택, 부지, 밴드, 및/또는 플레이트와 같은 해부학적 필드 내의 외래 구조물일 수 있다. 예시적인 중요 구조물은 본 명세서 및 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 위에서 언급된 동시-출원된 미국 특허 출원들에 추가로 기술되어 있다.
일 태양에서, 중요 구조물(101)은 조직(103) 내에 매립될 수 있다. 달리 말하면, 중요 구조물(101)은 조직(103)의 표면(105) 아래에 위치될 수 있다. 그러한 경우에, 조직(103)은 중요 구조물(101)을 임상의의 시야로부터 은폐시킨다. 중요 구조물(101)은 또한 조직(103)에 의해 이미징 장치(120)의 시야로부터 차단된다. 조직(103)은 예를 들어 지방, 결합 조직, 유착부, 및/또는 기관일 수 있다. 다른 경우에, 중요 구조물(101)은 시야로부터 부분적으로 차단될 수 있다.
도 1은 또한 수술 장치(102)를 도시한다. 수술 장치(102)는 수술 장치(102)의 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 대향하는 조오(jaw)들을 갖는 엔드 이펙터(end effector)를 포함한다. 수술 장치(102)는 예를 들어 절개기, 스테이플러, 파지기, 클립 어플라이어(clip applier), 및/또는 단극성 프로브, 양극성 프로브, 절제 프로브, 및/또는 초음파 엔드 이펙터를 포함하는 에너지 장치와 같은 임의의 적합한 수술 장치일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수술 장치(102)는 예를 들어 초음파 장치와 같은 다른 이미징 또는 진단 방식을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 수술 시각화 시스템(100)은 하나 이상의 중요 구조물(101)의 식별 및 중요 구조물(들)(101)에 대한 수술 장치(102)의 근접도를 달성하도록 구성될 수 있다.
수술 시각화 시스템(100)의 이미징 장치(120)는 예를 들어 가시 광, 스펙트럼 광 파(가시 또는 비가시), 및 구조화된 광 패턴(가시 또는 비가시)과 같은 다양한 파장의 광을 검출하도록 구성된다. 이미징 장치(120)는 상이한 신호를 검출하기 위한 복수의 렌즈, 센서, 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미징 장치(120)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광 카메라일 수 있다. 이미징 장치(120)는 또한 파형 센서(122)(예컨대, 분광 이미지 센서, 검출기, 및/또는 3차원 카메라 렌즈)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미징 장치(120)는, 2개의 2차원 이미지를 동시에 기록하고, 그에 따라 수술 부위의 3차원 이미지를 생성하고, 수술 부위의 3차원 이미지를 렌더링하고(render), 그리고/또는 수술 부위에서 하나 이상의 거리를 결정하기 위해 함께 사용되는 우측 렌즈 및 좌측 렌즈를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이미징 장치(120)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 가시 조직의 토포그래피 및 숨겨진 중요 구조물의 식별 및 위치를 나타내는 이미지를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이미징 장치(120)의 시야는 도 1에 도시된 바와 같이, 조직의 표면(105) 상의 광(구조화된 광)의 패턴과 중첩될 수 있다.
일 태양에서, 수술 시각화 시스템(100)은 로봇 시스템(110)에 통합될 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템(110)은 제1 로봇 아암(robotic arm)(112) 및 제2 로봇 아암(114)을 포함할 수 있다. 로봇 아암(112, 114)은 강성 구조 부재(116), 및 서보모터 제어부를 포함할 수 있는 조인트(joint)(118)를 포함한다. 제1 로봇 아암(112)은 수술 장치(102)를 조작하도록 구성되고, 제2 로봇 아암(114)은 이미징 장치(120)를 조작하도록 구성된다. 로봇 제어 유닛이 로봇 아암(112, 114)에 제어 운동을 발생시키도록 구성될 수 있고, 이는 예를 들어 수술 장치(102) 및 이미징 장치(120)에 영향을 미칠 수 있다.
수술 시각화 시스템(100)은 또한 표면(105)의 토포그래피 또는 랜드스케이프의 결정을 가능하게 하기 위해 스트라이프(stripe), 그리드 라인(grid line), 및/또는 도트(dot)와 같은 광의 패턴을 방출하도록 구성되는 방출기(106)를 포함한다. 예를 들어, 투사된 광 어레이(130)가 표면(105) 상의 3차원 스캐닝 및 정합을 위해 사용될 수 있다. 투사된 광 어레이(130)는 예를 들어 수술 장치(102) 및/또는 로봇 아암들(112, 114) 중 하나 및/또는 이미징 장치(120) 상에 위치되는 방출기(106)로부터 방출될 수 있다. 일 태양에서, 투사된 광 어레이(130)는 수술중에 조직(103)의 표면(105) 및/또는 표면(105)의 운동에 의해 한정되는 형상을 결정하도록 채용된다. 이미징 장치(120)는 표면(105)의 토포그래피 및 표면(105)에 대한 다양한 거리를 결정하기 위해 표면(105)으로부터 반사되는 투사된 광 어레이(130)를 검출하도록 구성된다.
일 태양에서, 이미징 장치(120)는 또한 조직(103)의 표면(105)에 침투하여 중요 구조물(101)에 도달할 수 있는 전자기 방사선(124)(NIR 광자)을 방출하도록 구성되는 광학 파형 방출기(123)를 포함할 수 있다. 이미징 장치(120) 및 그 상의 광학 파형 방출기(123)는 로봇 아암(114)에 의해 위치설정가능할 수 있다. 이미징 장치(120) 상의 대응하는 파형 센서(122)(예를 들어, 이미지 센서, 분광계, 또는 진동 센서)가 파형 센서(122)에 의해 수신되는 전자기 방사선의 효과를 검출하도록 구성된다. 광학 파형 방출기(123)에 의해 방출되는 전자기 방사선(124)의 파장은 중요 구조물(101)과 같은 해부학적 및/또는 물리적 구조물의 유형의 식별을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 중요 구조물(101)의 식별은 예를 들어 스펙트럼 분석, 광-음향, 및/또는 초음파를 통해 달성될 수 있다. 일 태양에서, 전자기 방사선(124)의 파장은 가변적일 수 있다. 파형 센서(122) 및 광학 파형 방출기(123)는 예를 들어 다중분광 이미징 시스템 및/또는 선택적 분광 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 파형 센서(122) 및 광학 파형 방출기(123)는 예를 들어 광음향 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 광학 파형 방출기(123)는 이미징 장치(120)와는 별개의 수술 장치 상에 위치될 수 있다.
수술 시각화 시스템(100)은 또한 수술 부위에서 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성되는 거리 센서 시스템(104)을 포함할 수 있다. 일 태양에서, 비행-시간 거리 센서 시스템(104)은 수술 장치(102) 상에 위치될 수 있는 방출기, 예컨대 방출기(106) 및 수신기(108)를 포함하는 비행-시간 거리 센서 시스템일 수 있다. 다른 경우에, 비행-시간 방출기는 구조화된 광 방출기와는 별개일 수 있다. 하나의 일반적인 태양에서, 비행-시간 거리 센서 시스템(104)의 방출기(106) 부분은 매우 작은 레이저 소스(laser source)를 포함할 수 있고, 비행-시간 거리 센서 시스템(104)의 수신기(108) 부분은 매칭 센서(matching sensor)를 포함할 수 있다. 비행-시간 거리 센서 시스템(104)은 "비행 시간", 또는 방출기(106)에 의해 방출된 레이저 광이 수신기(108)의 센서 부분으로 되튀어 돌아오는(bounce back) 데 얼마나 오래 걸렸는지를 검출할 수 있다. 방출기(106) 내의 매우 좁은 광원의 사용은 거리 센서 시스템(104)이 거리 센서 시스템(104) 바로 전방의 조직(103)의 표면(105)까지의 거리를 결정할 수 있게 한다. 도 1을 계속 참조하면, de는 방출기(106)로부터 조직(103)의 표면(105)까지의 방출기-대-조직 거리이고, dt는 수술 장치(102)의 원위 단부로부터 조직의 표면(105)까지의 장치-대-조직 거리이다. 거리 센서 시스템(104)은 방출기-대-조직 거리(de)를 결정하도록 채용될 수 있다. 장치-대-조직 거리(dt)는 수술 장치(102)의 원위 단부에 대한 수술 장치(102)의 샤프트 상의 방출기(106)의 알려진 위치로부터 획득될 수 있다. 다시 말하면, 방출기(106)와 수술 장치(102)의 원위 단부 사이의 거리가 알려져 있을 때, 장치-대-조직 거리(dt)는 방출기-대-조직 거리(de)로부터 결정될 수 있다. 소정의 경우에, 수술 장치(102)의 샤프트는 하나 이상의 관절운동 조인트(articulation joint)를 포함할 수 있고, 방출기(106) 및 조오에 대해 관절운동가능할 수 있다. 관절운동 구성은 예를 들어 다중-조인트 추골-유사(vertebrae-like) 구조물을 포함할 수 있다. 소정의 경우에, 3차원 카메라가 표면(105)까지의 하나 이상의 거리를 삼각측량하는 데 이용될 수 있다.
다양한 경우에, 비행-시간 거리 센서 시스템(104)을 위한 수신기(108)는 수술 장치(102) 대신에 별개의 수술 장치 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 수신기(108)는 수술 장치(102)가 수술 부위에 도달하도록 그것을 통해 연장되는 캐뉼러(cannula) 또는 투관침(trocar) 상에 장착될 수 있다. 또 다른 경우에, 비행-시간 거리 센서 시스템(104)을 위한 수신기(108)는 별개의 로봇-제어식 아암(예컨대, 로봇 아암(114)) 상에, 다른 로봇에 의해 작동되는 이동가능 아암 상에, 그리고/또는 수술실(OR) 테이블 또는 설치물에 장착될 수 있다. 소정의 경우에, 이미징 장치(120)는 수술 장치(102) 상의 방출기(106)와 이미징 장치(120) 사이의 라인을 사용하여 방출기(106)로부터 조직(103)의 표면(105)까지의 거리를 결정하기 위해 비행-시간 수신기(108)를 포함한다. 예를 들어, 거리(de)는 (수술 장치(102) 상의) 방출기(106) 및 비행-시간 거리 센서 시스템(104)의 (이미징 장치(120) 상의) 수신기(108)의 알려진 위치에 기초하여 삼각측량될 수 있다. 수신기(108)의 3차원 위치는 수술중에 알려지고 그리고/또는 로봇 좌표 평면에 정합될 수 있다.
소정의 경우에, 비행-시간 거리 센서 시스템(104)의 방출기(106)의 위치는 제1 로봇 아암(112)에 의해 제어될 수 있고, 비행-시간 거리 센서 시스템(104)의 수신기(108)의 위치는 제2 로봇 아암(114)에 의해 제어될 수 있다. 다른 경우에, 수술 시각화 시스템(100)은 로봇 시스템과는 별개로 이용될 수 있다. 그러한 경우에, 거리 센서 시스템(104)은 로봇 시스템과는 독립적일 수 있다.
소정의 경우에, 로봇 아암들(112, 114) 중 하나 이상은 수술 절차에 사용되는 주 로봇 시스템과는 별개일 수 있다. 로봇 아암들(112, 114) 중 적어도 하나는 서보모터 제어부 없이 위치되고 특정 좌표계에 정합될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(110)을 위한 폐-루프 제어 시스템 및/또는 복수의 센서가 특정 좌표계에 대한 로봇 아암(들)(112, 114)의 위치를 제어 및/또는 정합시킬 수 있다. 유사하게, 수술 장치(102) 및 이미징 장치(120)의 위치는 특정 좌표계에 대해 정합될 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, dw는 이미징 장치(120) 상에 위치된 광학 파형 방출기(123)로부터 중요 구조물(101)의 표면까지의 카메라-대-중요 구조물 거리이고, dA는 조직(103)의 표면(105) 아래의 중요 구조물(101)의 깊이(즉, 수술 장치(102)에 가장 가까운 표면(105)의 부분과 중요 구조물(101) 사이의 거리)이다. 다양한 태양에서, 이미징 장치(120) 상에 위치된 광학 파형 방출기(123)로부터 방출되는 광학 파형의 비행-시간은 카메라-대-중요 구조물 거리(dw)를 결정하도록 구성될 수 있다. 비행-시간 센서와 조합되는 분광 이미징의 사용은 본 명세서에 추가로 기술된다. 또한, 이제 도 3을 참조하면, 본 개시의 다양한 태양에서, 조직(103)의 표면(105)에 대한 중요 구조물(101)의 깊이(dA)는 거리들(de 및 dA)의 합인 거리(dy)를 결정하기 위해 거리(dw) 및 수술 장치(102) 상의 방출기(106)와 이미징 장치(120) 상의 광학 파형 방출기(123)의 알려진 위치(및 그에 따라 그들 사이의 알려진 거리(dx))로부터 삼각측량함으로써 결정될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 광학 파형 방출기(123)로부터의 비행-시간은 광학 파형 방출기(123)로부터 조직(103)의 표면(105)까지의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 파형(또는 파형의 범위)이 카메라-대-중요 구조물 거리(dw)를 결정하는 데 이용될 수 있고, 제2 파형(또는 파형의 범위)이 조직(103)의 표면(105)까지의 거리를 결정하는 데 이용될 수 있다. 그러한 경우에, 상이한 파형이 조직(103)의 표면(105) 아래의 중요 구조물(101)의 깊이를 결정하는 데 이용될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 소정의 경우에, 거리(dA)는 초음파, 정합된 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI) 또는 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 결정될 수 있다. 또 다른 경우에, 거리(dA)는 분광 이미징으로 결정될 수 있는데, 이는 이미징 장치에 의해 수신되는 검출 신호가 재료의 유형에 기초하여 달라질 수 있기 때문이다. 예를 들어, 지방은 검출 신호를 제1 방식 또는 제1 양으로 감소시킬 수 있고, 콜라겐은 검출 신호를 상이한 제2 방식 또는 제2 양으로 감소시킬 수 있다.
이제 도 4의 수술 시각화 시스템(160)을 참조하면, 수술 장치(162)가 광학 파형 방출기(123) 및 반사된 파형을 검출하도록 구성되는 파형 센서(122)를 포함한다. 광학 파형 방출기(123)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 수술 장치(162)와 같은 공통 장치로부터 거리(dt 및 dw)를 결정하기 위해 파형을 방출하도록 구성될 수 있다. 그러한 경우에, 조직(103)의 표면(105)으로부터 중요 구조물(101)의 표면까지의 거리(dA)는 하기와 같이 결정될 수 있다:
dA = dw - dt.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 가시 조직, 매립된 중요 구조물, 및 수술 장치에 관한 다양한 정보는 분광 파장 및 구조화된 광 어레이를 검출하도록 구성되는 이미지 센서와 조합하여 하나 이상의 비행-시간 거리 센서, 분광 이미징, 및/또는 구조화된 광 어레이를 통합하는 조합 접근법을 이용함으로써 결정될 수 있다. 또한, 이미지 센서는 가시 광을 수신하고 그에 따라 수술 부위의 이미지를 이미징 시스템에 제공하도록 구성될 수 있다. 로직 또는 알고리즘이 비행-시간 센서, 분광 파장, 구조화된 광, 및 가시 광으로부터 수신되는 정보를 구별하고 표면 조직 및 아래에 놓인 해부학적 구조물의 3차원 이미지를 렌더링하도록 채용된다. 다양한 경우에, 이미징 장치(120)는 다수의 이미지 센서를 포함할 수 있다.
카메라-대-중요 구조물 거리(dw)는 또한 하나 이상의 대안적인 방식으로 검출될 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어 형광 인도사이어딘 그린(indosciedine green, ICG)과 같은 형광투시법 시각화 기술이 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 중요 구조물(201)을 조명하는 데 이용될 수 있다. 카메라(220)가 중요 구조물(201)의 좌측 및 우측 이미지(도 7a 및 도 7b)를 동시에 촬영하는 2개의 광학 파형 센서(222, 224)를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 카메라(220)는 조직(203)의 표면(205) 아래의 중요 구조물(201)의 글로우(glow)를 묘사할 수 있고, 거리(dw)는 센서들(222, 224) 사이의 알려진 거리에 의해 결정될 수 있다. 소정의 경우에, 거리는 하나 초과의 카메라를 이용함으로써 또는 다수의 위치들 사이에서 카메라를 이동시킴으로써 더 정확하게 결정될 수 있다. 소정의 태양에서, 하나의 카메라가 제1 로봇 아암에 의해 그리고 제2 카메라가 다른 로봇 아암에 의해 제어될 수 있다. 그러한 로봇 시스템에서, 하나의 카메라는 예를 들어 팔로워(follower) 아암 상의 팔로워 카메라일 수 있다. 팔로워 아암 및 그 상의 카메라는 예를 들어 다른 카메라를 추적하도록 그리고 특정 거리 및/또는 렌즈 각도를 유지하도록 프로그래밍될 수 있다.
또 다른 태양에서, 수술 시각화 시스템(100)은 dw를 결정하기 위해 2개의 별개의 파형 수신기(즉, 카메라/이미지 센서)를 채용할 수 있다. 이제 도 9를 참조하면, 중요 구조물(301) 또는 그의 내용물(content)(예컨대, 혈관 또는 혈관의 내용물)이 형광투시법에 의한 것과 같이 신호(302)를 방출할 수 있다면, 실제 위치는 알려진 위치에서 2개의 별개의 카메라(320a, 320b)로부터 삼각측량될 수 있다.
다른 태양에서, 이제 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 수술 시각화 시스템이 거리(dw)를 결정하기 위해 디더링(dithering) 또는 이동 카메라(440)를 채용할 수 있다. 카메라(440)는 상이한 위치에서의 카메라(440)의 3차원 좌표가 알려지도록 로봇식으로 제어된다. 다양한 경우에, 카메라(440)는 캐뉼러 또는 환자 인터페이스에서 피봇할(pivot) 수 있다. 예를 들어, 중요 구조물(401) 또는 그의 내용물(예컨대, 혈관 또는 혈관의 내용물)이 예를 들어 형광투시법에 의한 것과 같이 신호를 방출할 수 있다면, 실제 위치는 2개 이상의 알려진 위치들 사이에서 신속히 이동되는 카메라(440)로부터 삼각측량될 수 있다. 도 10a에서, 카메라(440)는 축(A)을 따라 축방향으로 이동된다. 더욱 구체적으로, 카메라(440)는, 예컨대 로봇 아암 상에서 내외로 이동함으로써, 위치(440')로서 표시된 위치로 축(A)을 따라 중요 구조물(401)에 더 가깝게 거리(d1)를 병진한다. 카메라(440)가 거리(d1)를 이동하고 중요 구조물(401)에 대한 뷰의 크기가 변화함에 따라, 중요 구조물(401)까지의 거리가 계산될 수 있다. 예를 들어, 4.28 mm 축방향 병진(거리(d1))이 6.28도의 각도(θ1) 및 8.19도의 각도(θ2)에 대응할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 카메라(440)는 상이한 위치들 사이에서 호를 따라 회전 또는 스위핑할(sweep) 수 있다. 이제 도 10b를 참조하면, 카메라(440)는 축(A)을 따라 축방향으로 이동되고 축(A)을 중심으로 각도(θ3)로 회전된다. 카메라(440)의 회전을 위한 피봇 지점(442)이 캐뉼러/환자 인터페이스에 위치된다. 도 10b에서, 카메라(440)는 위치(440")로 병진 및 회전된다. 카메라(440)가 이동하고 중요 구조물(401)에 대한 뷰의 에지가 변화함에 따라, 중요 구조물(401)까지의 거리가 계산될 수 있다. 도 10b에서, 거리(d2)가 예를 들어 9.01 mm일 수 있고, 각도(θ3)는 예를 들어 0.9도일 수 있다.
도 5는 많은 측면에서 수술 시각화 시스템(100)과 유사한 수술 시각화 시스템(500)을 도시한다. 다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(500)은 수술 시각화 시스템(100)의 추가의 예시일 수 있다. 수술 시각화 시스템(100)과 유사하게, 수술 시각화 시스템(500)은 수술 장치(502) 및 이미징 장치(520)를 포함한다. 이미징 장치(520)는 예를 들어 숨겨진 구조물의 분광 이미지를 획득하기 위해 복수의 파장의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성되는 스펙트럼 광 방출기(523)를 포함한다. 이미징 장치(520)는 또한 다양한 경우에 3차원 카메라 및 연관된 전자 처리 회로를 포함할 수 있다. 수술 시각화 시스템(500)은 표면 상에서 가시적이지 않은 기관(503)(이러한 예에서 자궁) 내의 요관(501a) 및 혈관(501b)과 같은 소정의 중요 구조물을 식별하고 그것의 회피를 용이하게 하기 위해 수술중에 이용되는 것으로 도시되어 있다.
수술 시각화 시스템(500)은 구조화된 광을 통해 수술 장치(502) 상의 방출기(506)로부터 자궁(503)의 표면(505)까지의 방출기-대-조직 거리(de)를 결정하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템(500)은 방출기-대-조직 거리(de)에 기초하여 수술 장치(502)로부터 자궁(503)의 표면(505)까지의 장치-대-조직 거리(dt)를 외삽하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템(500)은 또한 요관(501a)으로부터 표면(505)까지의 조직-대-요관 거리(dA) 및 이미징 장치(520)로부터 요관(501a)까지의 카메라-대-요관 거리(dw)를 결정하도록 구성된다. 도 1에 관하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 예를 들어, 수술 시각화 시스템(500)은 예를 들어 분광 이미징 및 비행-시간 센서로 거리(dw)를 결정할 수 있다. 다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(500)은 본 명세서에 기술된 다른 거리 및/또는 표면 매핑 로직에 기초하여 조직-대-요관 거리(dA)(또는 깊이)를 결정(예컨대, 삼각측량)할 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 예를 들어 수술 시각화 시스템(100)과 같은 수술 시각화 시스템을 위한 제어 시스템(600)의 개략도가 도시되어 있다. 제어 시스템(600)은 중요 구조물을, 특히 그들 구조물이 예를 들어 지방, 결합 조직, 혈액, 및/또는 다른 기관과 같은 다른 조직에 의해 차단될 때 식별하기 위해 분광 시그니처 조직 식별 및 구조화된 광 조직 위치설정을 통합하는 변환 시스템이다. 그러한 기술은 또한 기관 내에서 건강한 조직으로부터 종양 및/또는 건강하지 못한 조직을 구별하는 것과 같은 조직 가변성을 검출하는 데 유용할 수 있다.
제어 시스템(600)은 분자 반응이 수술 시야 내의 해부학적 구조를 검출 및 식별하는 데 이용되는 초분광 이미징 및 시각화 시스템을 구현하도록 구성된다. 제어 시스템(600)은 조직 데이터를 외과의 사용가능 정보로 변환하기 위한 변환 로직 회로(648)를 포함한다. 예를 들어, 차단 재료에 대한 파장에 기초하는 가변 반사율이 해부학적 구조 내의 중요 구조물을 식별하는 데 이용될 수 있다. 또한, 제어 시스템(600)은 이미지 내의 식별된 분광 시그니처와 구조 광 데이터를 조합한다. 예를 들어, 제어 시스템(600)은 증강 이미지 오버레이로 시스템에서의 수술 사용을 위한 3차원 데이터 세트를 생성하도록 채용될 수 있다. 기법은 추가 시각적 정보를 사용하여 수술중 및 수술전 둘 모두에 채용될 수 있다. 다양한 경우에, 제어 시스템(600)은 하나 이상의 중요 구조물의 근접도 내에 있을 때 임상의에게 경고를 제공하도록 구성된다. 다양한 알고리즘이 수술 절차 및 중요 구조물(들)에 대한 근접도에 기초하여 로봇 자동화 및 반-자동화된 접근법을 안내하도록 채용될 수 있다.
투사된 광 어레이가 수술중에 조직 형상 및 운동을 결정하도록 채용된다. 대안적으로, 플래시 라이더(flash Lidar)가 조직의 표면 매핑을 위해 이용될 수 있다.
제어 시스템(600)은 중요 구조물(들)을 검출하고 중요 구조물의 이미지 오버레이를 제공하고 가시 조직의 표면까지의 거리 및 매립된/묻힌 중요 구조물(들)까지의 거리를 측정하도록 구성된다. 다른 경우에, 제어 시스템(600)은 가시 조직의 표면까지의 거리를 측정하거나 중요 구조물(들)을 검출하고 중요 구조물의 이미지 오버레이를 제공할 수 있다.
제어 시스템(600)은 스펙트럼 제어 회로(602)를 포함한다. 스펙트럼 제어 회로(602)는 예를 들어 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 도 2a 내지 도 2c와 관련하여 본 명세서에 기술된 바와 같은 다른 적합한 회로 구성일 수 있다. 스펙트럼 제어 회로(602)는 비디오 입력 프로세서(606)로부터 비디오 입력 신호를 수신하기 위한 프로세서(604)를 포함한다. 프로세서(604)는 초분광 처리를 위해 구성될 수 있고, 예를 들어 C/C++ 코드를 이용할 수 있다. 비디오 입력 프로세서(606)는 예를 들어 셔터 시간, 파장, 및 센서 분석 정보(sensor analytics)와 같은 제어 (메타데이터) 데이터의 비디오-인(video-in)을 수신한다. 프로세서(604)는 비디오 입력 프로세서(606)로부터의 비디오 입력 신호를 처리하고, 예를 들어 인터페이스 제어 (메타데이터) 데이터의 초분광 비디오-아웃(video-out)을 포함하는 비디오 출력 신호를 비디오 출력 프로세서(608)에 제공하도록 구성된다. 비디오 출력 프로세서(608)는 비디오 출력 신호를 이미지 오버레이 제어기(610)에 제공한다.
비디오 입력 프로세서(606)는 환자 격리 회로(614)를 통해 환자측에서 카메라(612)에 결합된다. 이전에 논의된 바와 같이, 카메라(612)는 솔리드 스테이트 이미지 센서(634)를 포함한다. 환자 격리 회로는 환자가 시스템 내의 다른 회로로부터 격리되도록 복수의 변환기(transformer)를 포함할 수 있다. 카메라(612)는 광학계(632) 및 이미지 센서(634)를 통해 수술중 이미지를 수신한다. 이미지 센서(634)는 예를 들어 CMOS 이미지 센서를 포함할 수 있거나, 예를 들어 도 2와 관련하여 본 명세서에서 논의된 이미지 센서 기술들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일 태양에서, 카메라(612)는 14 비트/픽셀 신호의 이미지를 출력한다. 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 더 높거나 더 낮은 픽셀 해상도가 채용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 격리된 카메라 출력 신호(613)는 카메라 출력 신호(613)를 처리하기 위해 하드웨어 레지스터(618) 및 Nios2 코-프로세서(620)를 채용하는 컬러 RGB 융합 회로(616)에 제공된다. 컬러 RGB 융합 출력 신호가 비디오 입력 프로세서(606) 및 레이저 펄싱 제어 회로(622)에 제공된다.
레이저 펄싱 제어 회로(622)는 레이저 광 엔진(624)을 제어한다. 레이저 광 엔진(624)은 근적외선(NIR)을 포함하는 복수의 파장(λ1, λ2, λ3 … λn)의 광을 출력한다. 레이저 광 엔진(624)은 복수의 모드로 작동할 수 있다. 일 태양에서, 레이저 광 엔진(624)은 예를 들어 2개의 모드로 작동할 수 있다. 제1 모드, 예컨대 정상 작동 모드에서, 레이저 광 엔진(624)은 조명 신호를 출력한다. 제2 모드, 예컨대 식별 모드에서, 레이저 광 엔진(624)은 RGBG 및 NIR 광을 출력한다. 다양한 경우에, 레이저 광 엔진(624)은 편광 모드로 작동할 수 있다.
레이저 광 엔진(624)으로부터의 광 출력(626)은 수술중인 수술 부위(627)에서 표적화된 해부학적 구조를 조명한다. 레이저 펄싱 제어 회로(622)는 또한 수술 부위(627)에서 수술 조직 또는 기관 상에 사전결정된 파장(λ2)의, 라인 및/또는 도트의 그리드 또는 패턴과 같은 레이저 광 패턴(631)을 투사하는 레이저 패턴 프로젝터(630)를 위한 레이저 펄스 제어기(628)를 제어한다. 카메라(612)는 카메라 광학계(632)를 통해 반사된 광 출력뿐만 아니라 패턴화된 광을 수신한다. 이미지 센서(634)는 수신된 광을 디지털 신호로 변환한다.
컬러 RGB 융합 회로(616)는 또한 레이저 패턴 프로젝터(630)에 의해 수술 부위(627)에서 표적화된 해부학적 구조 상으로 투사된 레이저 광 패턴(631)을 판독하기 위한 비디오 입력 모듈(636) 및 이미지 오버레이 제어기(610)로 신호를 출력한다. 처리 모듈(638)이 레이저 광 패턴(631)을 처리하고, 수술 부위(627)에서 가시 조직까지의 거리를 나타내는 제1 비디오 출력 신호(640)를 출력한다. 데이터는 이미지 오버레이 제어기(610)에 제공된다. 처리 모듈(638)은 또한 수술 부위에서 표적화된 해부학적 구조의 조직 또는 기관의 3차원 렌더링된 형상을 나타내는 제2 비디오 신호(642)를 출력한다.
제1 및 제2 비디오 출력 신호(640, 642)는 통합 모듈(643)에 제공되는, 3차원 표면 모델 상의 중요 구조물의 위치를 나타내는 데이터를 포함한다. 스펙트럼 제어 회로(602)의 비디오 아웃 프로세서(608)로부터의 데이터와 조합하여, 통합 모듈(643)은 (예컨대, 삼각측량 알고리즘(644)을 통해) 묻힌 중요 구조물까지의 거리(dA)(도 1)를 결정할 수 있고, 거리(dA)는 비디오 아웃 프로세서(646)를 통해 이미지 오버레이 제어기(610)에 제공될 수 있다. 전술한 변환 로직은 수술 부위(627)에 위치된 카메라(624)/레이저 패턴 프로젝터(630)와 비디오 모니터(652) 중간의 변환 로직 회로(648)를 포함할 수 있다.
CT 또는 MRI 스캔으로부터의 수술전 데이터(650)는 다양한 경우에 소정의 3차원 변형가능 조직을 정합 또는 정렬시키도록 채용될 수 있다. 그러한 수술전 데이터(650)는 그러한 정보가 카메라(612)로부터의 뷰와 오버레이되고 비디오 모니터(652)에 제공될 수 있도록 통합 모듈(643)에 그리고 궁극적으로는 이미지 오버레이 제어기(610)에 제공될 수 있다. 수술전 데이터의 정합은 본 명세서 및 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 예를 들어 발명의 명칭이 이미징 데이터의 통합인 미국 특허 출원 제16/128,195호를 포함하는, 위에서 언급된 동시-출원된 미국 특허 출원들에 추가로 기술되어 있다.
비디오 모니터(652)는 이미지 오버레이 제어기(610)로부터의 통합된/증강된 뷰를 출력할 수 있다. 임상의가 하나 이상의 모니터 상의 상이한 뷰들 사이에서 선택 및/또는 토글링할(toggle) 수 있다. 제1 모니터(652a) 상에서, 임상의는 (A) 가시 조직의 3차원 렌더링(three-dimensional rendering)이 묘사된 뷰와 (B) 하나 이상의 숨겨진 중요 구조물이 가시 조직의 3차원 렌더링 위에 묘사된 증강된 뷰 사이에서 토글링할 수 있다. 제2 모니터(652b) 상에서, 임상의는 예를 들어 하나 이상의 숨겨진 중요 구조물 및/또는 가시 조직의 표면까지의 거리 측정에 대해 토글링할 수 있다.
제어 시스템(600) 및/또는 그의 다양한 제어 회로는 본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템에 통합될 수 있다.
도 12는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른 구조화된(또는 패턴화된) 광 시스템(700)을 예시한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 예를 들어 스트라이프 또는 라인 형태의 구조화된 광이 표면(705)의 형상 및 윤곽을 식별하기 위해 광원 및/또는 프로젝터(706)로부터 표적화된 해부학적 구조의 표면(705) 상으로 투사될 수 있다. 예를 들어 다양한 측면에서 이미징 장치(120)(도 1)와 유사할 수 있는 카메라(720)가 표면(705) 상의 광의 투사된 패턴을 검출하도록 구성될 수 있다. 투사된 패턴이 표면(705)에 충돌할 때 변형되는 방식은 비전 시스템(vision system)이 표적화된 해부학적 구조의 깊이 및 표면 정보를 계산하도록 허용한다.
소정의 경우에, 비가시(또는 지각가능하지 않은) 구조화된 광이 이용될 수 있으며, 여기서 구조화된 광은 투사된 패턴이 혼란시킬 수 있는 다른 컴퓨터 비전 작업과 간섭함이 없이 사용된다. 예를 들어, 2개의 정확한 반대 패턴들 사이에서 교번하는 적외선 광 또는 극히 빠른 프레임 레이트의 가시 광이 간섭을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 구조화된 광은 en.wikipedia.org/wiki/Structured_light에 추가로 기술되어 있다.
이제 도 13을 참조하면, 초분광 이미징의 개념을 예시하기 위한 예로서, 지상 초분광 이미징 시스템(800)이 도시되어 있다. 지상 초분광 이미징 시스템(800)은 예를 들어 토양, 물, 및/또는 초목과 같은 지상 특징부 또는 객체를 이미징하도록 구성된다. 지상 초분광 이미징 시스템(700)은 지구의 표면(805)의 일부분의 초분광 이미징을 수행하기 위해 우주선(820) 상의 위성-탑재(space-borne) 초분광 센서(822)를 포함한다. 스펙트럼 차원은 수 개의 층을 포함한다. 이미지의 각각의 픽셀은 그들의 반사율에 의해 픽셀에 존재하는 재료를 식별하는 데 사용되는 샘플링된 스펙트럼을 포함한다. 데이터는 예를 들어 각각 토양, 물, 및 초목에 대한 파장의 함수로서 반사율의 그래픽 표현(850, 852, 854)으로 변환될 수 있다. 지상 초분광 이미징은 www.markelowitz.com/Hyperspectral.html에 추가로 기술되어 있다.
또한 초분광 이미징의 개념을 예시하기 위한 예로서, 도 14는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 다양한 지상 특징부 또는 객체에 대한 초분광 시그니처의 그래픽 표현(850)이다. 수직 축을 따라 퍼센트 반사율이 도시되고, 수평 축을 따라 파장(nm)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 각각의 객체 - 소나무숲, 초원, 레드 샌드 피트(red sand pit), 및 실티 워터(silty water) - 는 객체를 식별하는 데 사용될 수 있는 고유 초분광 시그니처를 갖는다.
도 13 및 도 14와 관련하여 기술된 초분광 이미징 개념은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 상이한 흡수 파장 및 대역을 갖는 상이한 재료에 대해 채용될 수 있다. 하기 표는 다양한 재료에 대한 흡수 파장 및 대역을 예시한다. 400 nm 내지 700 nm의 제1 파장 범위가 가시 광 스펙트럼을 나타낸다. 700 nm 내지 1400 nm의 제2 파장 범위가 근적외선(NIR) 스펙트럼을 나타낸다. 1400 nm 내지 3000 nm의 제3 파장 범위가 단파 적외선(SWIR) 스펙트럼을 나타낸다. 중심이 1250 nm인 제1 대역이 철 흡수 및 잎(leaf) 수분 함량을 나타낸다. 1500 nm 내지 1750 nm의 제2 대역이 플라스틱, 유리섬유, 및 석유를 나타낸다. 200 nm 내지 2400 nm의 제3 대역이 광물 ID를 나타낸다.
표 1은 다양한 재료에 대한 흡수 파장 및 대역을 명시한다.
[표 1]
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이제 도 15a 내지 도 15c를 참조하면, 초분광 이미징 개념의 추가 예시로서, 분광 이미징을 프라이한 달걀(952)에 적용한 시험을 수행하였다. 황색 달걀 노른자(954) 및 달걀 노른자(954)를 둘러싸는 달걀 흰자(956)를 가진 프라이한 달걀(952)의 이미지가 도 15a에 도시되어 있다. 프라이한 달걀(952)에 대한 분광 시그니처의 그래픽 표현(950)이 도 15b에 도시되어 있다. 구체적으로, 그래픽 표현(950)은 프라이한 달걀(952)의 달걀 노른자(954) 및 달걀 흰자(956)에 대한 흡수 단위 대 파장(nm)을 도시한다. 도 15c에서, 프라이한 달걀(952)의 (흑백의) 분광 이미지가 도시되며, 여기서 이미지는 초분광 시그니처 데이터에 기초하여 달걀 노른자 부분과 달걀 흰자 부분을 구별하도록 증강된다.
다양한 경우에, 초분광 이미징 기술은, 지상 특징부 및 객체와 프라이한 달걀에 관하여 예시의 목적을 위해 본 명세서에 기술된 바와 같이, 차단물로부터 중요 구조물을 구별하기 위해 해부학적 구조물 내의 시그니처를 식별하도록 채용될 수 있다. 초분광 이미징 기술은 예를 들어 요관 및/또는 혈관과 같은 중요 구조물을, 특히 그들 구조물이 예를 들어 지방, 결합 조직, 혈액, 또는 다른 기관에 의해 차단될 때 식별하기 위한 방식을 제공할 수 있는 시각화 시스템을 제공할 수 있다. 적외선(IR) 스펙트럼 내의 상이한 파장의 반사율의 차이의 사용은 차단물에 대한 핵심적인 구조물의 존재를 결정하도록 채용될 수 있다. 이제 도 16 내지 도 18을 참조하면, 예를 들어 지방, 폐 조직, 및 혈액과 같은 차단물에 관한 요관, 동맥, 및 신경 조직에 대한 예시적인 초분광 시그니처가 도시되어 있다.
도 16은 예시적인 요관 시그니처 대 차단물의 그래픽 표현(1050)이다. 플롯은 지방, 폐 조직, 혈액, 및 요관에 대한 파장에 대해 파장(nm)의 함수로서의 반사율을 나타낸다. 도 17은 예시적인 동맥 시그니처 대 차단물의 그래픽 표현(1052)이다. 플롯은 지방, 폐 조직, 혈액, 및 혈관에 대해 파장(nm)의 함수로서의 반사율을 나타낸다. 도 18은 예시적인 신경 시그니처 대 차단물의 그래픽 표현(1054)이다. 플롯은 지방, 폐 조직, 혈액, 및 신경에 대해 파장(nm)의 함수로서의 반사율을 나타낸다.
다양한 경우에, 분광 이미징을 위한 선택 파장은 수술 부위에서 예측된 중요 구조물 및/또는 차단물에 기초하여 식별 및 이용될 수 있다(즉, "선택적 분광" 이미징). 선택적 분광 이미징을 이용함으로써, 분광 이미지를 획득하는 데 필요한 시간의 양은 정보가 실시간으로 또는 실시간에 가깝게 획득되고 수술중에 이용될 수 있도록 최소화될 수 있다. 다양한 경우에, 파장은 임상의에 의해 또는 임상의에 의한 입력에 기초하여 제어 회로에 의해 선택될 수 있다. 소정의 경우에, 파장은 예를 들어 클라우드를 통해 제어 회로에 액세스가능한 기계 학습 및/또는 빅 데이터에 기초하여 선택될 수 있다.
조직에 대한 분광 이미징의 전술한 적용은 파형 방출기와 조직에 의해 차단되는 중요 구조물 사이의 거리를 측정하기 위해 수술중에 이용될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 이제 도 19 및 도 20을 참조하면, 파형(1124, 1125)을 이용하는 비행-시간 센서 시스템(1104)이 도시되어 있다. 비행-시간 센서 시스템(1104)은 소정의 경우에 수술 시각화 시스템(100)(도 1)에 통합될 수 있다. 비행-시간 센서 시스템(1104)은 동일한 수술 장치(1102) 상의 파형 방출기(1106) 및 파형 수신기(1108)를 포함한다. 방출된 파(1124)는 방출기(1106)로부터 중요 구조물(1101)로 연장되고, 수신된 파(1125)는 중요 구조물(1101)로부터 수신기(1108)로 다시 반사된다. 수술 장치(1102)는 환자 내의 공동(1107) 내로 연장되는 투관침(1110)을 통해 위치된다.
파형(1124, 1125)은 차단 조직(1103)에 침투하도록 구성된다. 예를 들어, 파형(1124, 1125)의 파장은 파장의 NIR 또는 SWIR 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 일 태양에서, 분광 신호(예컨대, 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광) 또는 광음향 신호가 방출기(1106)로부터 방출될 수 있고 중요 구조물(1101)이 은폐되는 조직(1103)에 침투할 수 있다. 방출된 파형(1124)은 중요 구조물(1101)에 의해 반사될 수 있다. 수신된 파형(1125)은 수술 장치(1102)의 원위 단부와 중요 구조물(1101) 사이의 거리(d)로 인해 지연될 수 있다. 다양한 경우에, 파형(1124, 1125)은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 중요 구조물(1101)의 분광 시그너처에 기초하여 조직(1103) 내의 중요 구조물(1101)을 표적으로 하도록 선택될 수 있다. 다양한 경우에, 방출기(1106)는 수신기(1108)에 의해 측정될 수 있는, 예를 들어 도 20에 도시된 바와 같은, 이진 신호 온 및 오프를 제공하도록 구성된다.
방출된 파(1124)와 수신된 파(1125) 사이의 지연에 기초하여, 비행-시간 센서 시스템(1104)은 거리(d)(도 19)를 결정하도록 구성된다. 도 19의 방출기(1106) 및 수신기(1108)에 대한 비행-시간 타이밍도(1130)가 도 20에 도시되어 있다. 지연은 거리(d)의 함수이고, 거리(d)는 하기에 의해 주어진다:
Figure pct00023
여기서:
c = 광의 속도;
t = 펄스의 길이;
q1 = 광이 방출되는 동안 축적된 전하; 및
q2 = 광이 방출되지 않는 동안 축적된 전하.
본 명세서에 제공되는 바와 같이, 파형(1124, 1125)의 비행-시간은 도 19의 거리(d)에 대응한다. 다양한 경우에, 추가 방출기/수신기 및/또는 방출기(1106)로부터의 펄싱 신호는 비-침투 신호를 방출하도록 구성될 수 있다. 비-침투 조직은 방출기로부터 차단 조직(1103)의 표면(1105)까지의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 다양한 경우에, 중요 구조물(1101)의 깊이는 하기에 의해 결정될 수 있다:
dA = dw - dt.
여기서:
dA = 중요 구조물(1101)의 깊이;
dw = 방출기(1106)로부터 중요 구조물(1101)까지의 거리(도 19의 d); 및
dt = (수술 장치(1102)의 원위 단부 상의) 방출기(1106)로부터 차단 조직(1103)의 표면(1105)까지의 거리.
본 개시의 일 태양에서, 이제 도 21을 참조하면, 파(1224a, 1224b, 1224c, 1225a, 1225b, 1225c)를 이용하는 비행-시간 센서 시스템(1204)이 도시되어 있다. 비행-시간 센서 시스템(1204)은 소정의 경우에 수술 시각화 시스템(100)(도 1)에 통합될 수 있다. 비행-시간 센서 시스템(1204)은 파형 방출기(1206) 및 파형 수신기(1208)를 포함한다. 파형 방출기(1206)는 제1 수술 장치(1202a) 상에 위치되고, 파형 수신기(1208)는 제2 수술 장치(1202b) 상에 위치된다. 수술 장치(1202a, 1202b)는 각각 환자 내의 공동(1207) 내로 연장되는, 그들 각각의 투관침(1210a, 1210b)을 통해 위치된다. 방출된 파(1224a, 1224b, 1224c)는 방출기(1206)로부터 수술 부위를 향해 연장되고, 수신된 파(1225a, 1225b, 1225c)는 수술 부위에서 다양한 구조물 및/또는 표면으로부터 수신기(1208)로 다시 반사된다.
상이한 방출된 파(1224a, 1224b, 1224c)는 수술 부위에서 상이한 유형의 재료를 표적으로 하도록 구성된다. 예를 들어, 파(1224a)는 차단 조직(1203)을 표적으로 하고, 파(1224b)는 제1 중요 구조물(1201a)(예컨대, 혈관)을 표적으로 하고, 파(1224c)는 제2 중요 구조물(1201b)(예컨대, 암성 종양)을 표적으로 한다. 파(1224a, 1224b, 1224c)의 파장은 파장의 가시 광, NIR, 또는 SWIR 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 가시 광은 조직(1203)의 표면(1205)으로부터 반사될 수 있고, NIR 및/또는 SWIR 파형은 조직(1203)의 표면(1205)에 침투하도록 구성될 수 있다. 다양한 태양에서, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 분광 신호(예컨대, 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광) 또는 광음향 신호가 방출기(1206)로부터 방출될 수 있다. 다양한 경우에, 파(1224b, 1224c)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 중요 구조물(1201a, 1201b)의 분광 시그너처에 기초하여 조직(1203) 내의 중요 구조물(1201a, 1201b)을 표적으로 하도록 선택될 수 있다. 광음향 이미징은 본 명세서 및 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 위에서 언급된 동시-출원된 미국 특허 출원들에 추가로 기술되어 있다.
방출된 파(1224a, 1224b, 1224c)는 표적화된 재료(즉, 각각 표면(1205), 제1 중요 구조물(1201a), 및 제2 구조물(1201b))로부터 반사될 수 있다. 수신된 파형(1225a, 1225b, 1225c)은 도 21에 표시된 거리(d1a, d2a, d3a, d1b, d2b, d2c)로 인해 지연될 수 있다.
방출기(1206) 및 수신기(1208)가 독립적으로 위치설정가능한(예컨대, 별개의 수술 장치(1202a, 1202b) 상에 그리고/또는 별개의 로봇 아암에 의해 제어됨) 비행-시간 센서 시스템(1204)에서, 다양한 거리(d1a, d2a, d3a, d1b, d2b, d2c)는 방출기(1206) 및 수신기(1208)의 알려진 위치로부터 계산될 수 있다. 예를 들어, 위치는 수술 장치(1202a, 1202b)가 로봇식으로 제어될 때 알려질 수 있다. 방출기(1206) 및 수신기(1208)의 위치의 인식뿐만 아니라, 소정의 조직을 표적으로 하는 광자 스트림의 시간 및 그러한 특정 응답의 수신기(1208)에 의해 수신된 정보는 거리(d1a, d2a, d3a, d1b, d2b, d2c)의 결정을 허용할 수 있다. 일 태양에서, 차단된 중요 구조물(1201a, 1201b)까지의 거리는 침투 파장을 사용하여 삼각측량될 수 있다. 광의 속도가 가시 또는 비가시 광의 임의의 파장에 대해 일정하기 때문에, 비행-시간 센서 시스템(1204)은 다양한 거리를 결정할 수 있다.
도 21을 계속 참조하면, 다양한 경우에, 임상의에게 제공되는 뷰에서, 수신기(1208)는 생성된 이미지 내의 표적 구조물의 질량 중심이 일정하게, 즉 선택된 표적 구조물(1203, 1201a, 또는 1201b)의 축에 수직인 평면 내에서 유지되도록 회전될 수 있다. 그러한 배향은 중요 구조물에 대한 하나 이상의 관련 거리 및/또는 관점을 신속하게 전달할 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같이, 수술 부위는 중요 구조물(1201a)이 관찰 평면에 수직인(즉, 혈관이 페이지의 내/외로 배향됨) 시점으로부터 디스플레이된다. 다양한 경우에, 그러한 배향은 디폴트 설정일 수 있지만; 뷰는 임상의에 의해 회전되거나 달리 조절될 수 있다. 소정의 경우에, 임상의는 이미징 시스템에 의해 제공되는 수술 부위의 시점을 한정하는 상이한 표면들 및/또는 표적 구조물들 사이에서 토글링할 수 있다.
다양한 경우에, 수신기(1208)는 수술 장치(1202b)가 그것을 통해 위치되는, 예를 들어 투관침(1210b)과 같은 투관침 또는 캐뉼러 상에 장착될 수 있다. 다른 경우에, 수신기(1208)는 3차원 위치가 알려져 있는 별개의 로봇 아암 상에 장착될 수 있다. 다양한 경우에, 수신기(1208)는 수술 장치(1202a)를 제어하는 로봇과 별개인 이동가능 아암 상에 장착될 수 있거나, 로봇 좌표 평면에 수술중에 정합가능한 수술실(OR) 테이블에 장착될 수 있다. 그러한 경우에, 방출기(1206) 및 수신기(1208)의 위치는 거리가 비행-시간 센서 시스템(1204)으로부터의 출력으로부터 삼각측량될 수 있도록 동일한 좌표 평면에 정합가능할 수 있다.
나노초 해상도로 NIR 광의 시간-분해된 프로파일을 측정할 수 있는, TOF-NIRS로 지칭되는, 비행-시간 센서 시스템과 근적외선 분광법(near-infrared spectroscopy, NIRS)을 조합하는 것은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 journal.ashspublications.org/content/138/3/225.full에서 액세스가능한, 문헌[the Journal of the American Society for Horticultural Science, May 2013 vol. 138 no. 3 225-228]의 논문[명칭이 그레이프프루트의 내부 품질의 비파괴 측정을 위한 비행-시간 근적외선 분광법(Time-of-flight Near-infrared Spectroscopy for Nondestructive Measurement of Internal Quality in Grapefruit)임]에서 확인될 수 있다.
다양한 경우에, 비행-시간 분광 파형은 중요 구조물의 깊이 및/또는 중요 구조물에 대한 수술 장치의 근접도를 결정하도록 구성된다. 또한, 본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 가시 조직의 표면의 3차원 렌더링을 생성하도록 구성되는 표면 매핑 로직을 포함한다. 그러한 경우에, 가시 조직이 중요 구조물을 차단할 때에도, 임상의는 중요 구조물에 대한 수술 장치의 근접도(또는 그의 결여)를 알 수 있다. 하나의 경우에, 수술 부위의 토포그래피는 표면 매핑 로직에 의해 모니터 상에 제공된다. 중요 구조물이 조직의 표면에 가까운 경우, 분광 이미징은 임상의에게 중요 구조물의 위치를 전달할 수 있다. 예를 들어, 분광 이미징은 표면의 5 또는 10 mm 이내의 구조물을 검출할 수 있다. 다른 경우에, 분광 이미징은 조직의 표면 아래 10 또는 20 mm의 구조물을 검출할 수 있다. 분광 이미징 시스템의 알려진 한계에 기초하여, 시스템은 중요 구조물이 단순히 분광 이미징 시스템에 의해 검출되지 않는 경우 중요 구조물이 범위를 벗어나 있음을 전달하도록 구성된다. 따라서, 임상의는 계속하여 수술 장치를 이동시키고 그리고/또는 조직을 조작할 수 있다. 중요 구조물이 분광 이미징 시스템의 범위 내로 이동할 때, 시스템은 구조물을 식별하고, 따라서 구조물이 범위 내에 있음을 전달할 수 있다. 그러한 경우에, 구조물이 사전한정된 근접도 구역 내에서 초기에 식별되고 그리고/또는 추가로 이동될 때 경보가 제공될 수 있다. 그러한 경우에, 알려진 경계/범위를 가진 분광 이미징 시스템에 의한 중요 구조물의 비-식별도 임상의에게 근접도 정보(즉, 근접도의 결여)를 제공할 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 중요 구조물(들)의 존재 및/또는 그것에 대한 근접도를 수술중에 식별하도록 그리고 의도하지 않은 절개 및/또는 횡절단에 의해 중요 구조물(들)을 손상시키기 전에 임상의에게 경보를 발생시키도록 구성될 수 있다. 다양한 태양에서, 수술 시각화 시스템은 하기 중요 구조물들 중 하나 이상을 식별하도록 구성된다: 예를 들어, 요관, 장, 직장, 신경(횡격막신경, 반회후두신경[RLN], 갑각안면신경, 미주신경, 및 그의 분지를 포함함), 혈관(폐 및 엽 동맥 및 정맥, 하장간막동맥[IMA] 및 그의 분지, 상직장동맥, 구불결장동맥, 및 좌결장동맥을 포함함), 상장간막동맥(SMA) 및 그의 분지(중결장동맥, 우결장동맥, 회결장동맥을 포함함), 간동맥 및 그의 분지, 간문맥 및 그의 분지, 비장동맥/정맥 및 그의 분지, 외부 및 내부 (하복)회장혈관, 짧은위동맥, 자궁동맥, 중천골혈관, 및 림프절. 또한, 수술 시각화 시스템은 중요 구조물(들)에 대한 수술 장치(들)의 근접도를 표시하고 그리고/또는 수술 장치(들)가 중요 구조물(들)에 가까워질 때 임상의에게 경고하도록 구성된다.
본 개시의 다양한 태양은 수술중 중요 구조물 식별(예컨대, 요관, 신경, 및/또는 혈관의 식별) 및 기구 근접도 모니터링을 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 예를 들어 조직의 표면 아래 1.0 내지 1.5 cm와 같은, 조직의 표면 아래의 중요 구조물의 시각화를 가능하게 하는 분광 이미징 및 수술 기구 추적을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 수술 시각화 시스템은 조직의 표면 아래 1.0 cm 미만 또는 1.5 cm 초과의 구조물을 식별할 수 있다. 예를 들어, 단지 예컨대 표면의 0.2 mm 이내의 구조물만을 식별할 수 있는 수술 시각화 시스템도 구조물이 깊이로 인해 달리 보여질 수 없는 경우에 유익할 수 있다. 다양한 태양에서, 수술 시각화 시스템은 예를 들어 가시 조직의 표면 상의 가시 백색-광 이미지 오버레이로서 중요 구조물의 가상 묘사로 임상의의 뷰를 증강시킬 수 있다. 수술 시각화 시스템은 수술 기구의 원위 팁의 실시간 3차원 공간 추적을 제공할 수 있고, 수술 기구의 원위 팁이 예를 들어 중요 구조물의 1.0 cm 이내와 같은, 중요 구조물의 소정의 범위 내에서 이동할 때 근접도 경보를 제공할 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 절개가 중요 구조물에 너무 가까울 때를 식별할 수 있다. 절개는 온도에 기초하여(즉, 중요 구조물을 손상/가열/용융시킬 위험이 있을 수 있는 중요 구조물의 근접도 내에서 너무 뜨거움) 그리고/또는 장력에 기초하여(즉, 중요 구조물을 손상/인열/당길 위험이 있을 수 있는 중요 구조물의 근접도 내에서 너무 큰 장력) 중요 구조물에 "너무 가까울" 수 있다. 그러한 수술 시각화 시스템은 예를 들어 결찰 전에 혈관을 골격화(skeletonizing)할 때 혈관 주위의 절개를 용이하게 할 수 있다. 다양한 경우에, 열 이미징 카메라가 수술 부위에서 열을 판독하고 검출된 열 및 도구로부터 구조물까지의 거리에 기초하는 경고를 임상의에게 제공하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 도구의 온도가 (예를 들어, 120℉와 같은) 사전한정된 임계치 초과인 경우, 경보가 (예를 들어, 10 mm와 같은) 제1 거리에서 임상의에게 제공될 수 있고, 도구의 온도가 사전한정된 임계치 이하인 경우, 경보는 (예를 들어, 5 mm와 같은) 제2 거리에서 임상의에게 제공될 수 있다. 사전한정된 임계치 및/또는 경고 거리는 디폴트 설정이고 그리고/또는 임상의에 의해 프로그램가능할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 근접도 경보가 예를 들어 단극성 또는 양극성 절개기 또는 혈관 밀봉기의 원위 조오 내의 열을 측정하는 열전대와 같은, 도구 자체에 의해 이루어지는 열 측정에 링크될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 임상의가 치료 기준(standard of care) 및/또는 장치 안전 데이터에 기초하여 신속하지만 안전한 절개에서 확신을 갖고서 진행할 수 있게 하도록 중요 구조물 및 특이성에 대해 적절한 감도를 제공할 수 있다. 시스템은 환자 또는 임상의에 대한 최소 이온화 방사선 위험도로, 그리고 다양한 경우에, 환자 또는 임상의에 대한 이온화 방사선 위험도의 위험 없이 수술 절차 동안 실시간으로 그리고 수술중에 기능할 수 있다. 반대로, 형광투시법 절차에서, 환자 및 임상의(들)는 해부학적 구조물을 실시간으로 관찰하는 데 이용되는, 예를 들어 X-선 빔을 통해 이온화 방사선에 노출될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 예를 들어 수술 장치의 경로가 로봇식으로 제어될 때와 같이, 수술 장치의 전방 경로 내에서 하나 이상의 원하는 유형의 중요 구조물을 검출 및 식별하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수술 시각화 시스템은 예를 들어 수술 장치의 주위 영역 내에서 그리고/또는 다수의 평면/차원 내에서 하나 이상의 유형의 중요 구조물을 검출 및 식별하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 작동 및/또는 해석하기에 용이할 수 있다. 또한, 다양한 수술 시각화 시스템은 임상의가 디폴트 설정 및/또는 작동을 무시하도록 허용하는 "오버라이드(override)" 특징을 통합할 수 있다. 예를 들어, 임상의가 예컨대 중요 구조물에 대한 위험이 영역을 회피하는 위험보다 적을 때(예컨대, 중요 구조물 주위의 암을 제거할 때, 암성 조직을 남겨 두는 위험이 중요 구조물에 대한 손상의 위험보다 클 수 있을 때) 수술 시각화 시스템으로부터의 경보를 선택적으로 끄고 그리고/또는 수술 시각화 시스템에 의해 제안된 것보다 중요 구조물에 더 가까워질 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 수술 시스템에 통합되고 그리고/또는 작업흐름에 대한 제한된 영향을 갖고서 수술 절차 동안 사용될 수 있다. 다시 말하면, 수술 시각화 시스템의 구현예는 수술 절차가 구현되는 방식을 변경하지 않을 수 있다. 또한, 수술 시각화 시스템은 의도하지 않은 횡절단의 비용과 비교하여 경제적일 수 있다. 데이터는 중요 구조물에 대한 의도하지 않은 손상의 감소가 증분적 상환(incremental reimbursement)으로 이어질 수 있음을 나타낸다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 실시간으로 또는 실시간에 가깝게, 그리고 임상의가 중요 구조물(들)을 예측할 수 있게 하기에 충분히 사전에 작동할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템이 수술 절차의 효율을 최대화하기 위해 "늦추고, 평가하고, 회피하기"에 충분한 시간을 제공할 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 조직 내로 주입되는 조영제 또는 염료를 필요로 하지 않을 수 있다. 예를 들어, 분광 이미징은 조영제 또는 염료의 사용 없이 수술중에 숨겨진 구조물을 시각화하도록 구성된다. 다른 경우에, 조영제는 다른 시각화 시스템보다 조직의 적절한 층(들) 내로 주입하기에 더 용이할 수 있다. 조영제의 주입과 중요 구조물의 시각화 사이의 시간은 예를 들어 2시간 미만일 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 임상 데이터 및/또는 장치 데이터와 링크될 수 있다. 예를 들어, 데이터는 에너지-이용가능(energy-enabled) 수술 장치(또는 다른 잠재적으로 손상시키는 장치)가 외과의가 손상시키기를 원하지 않는 조직으로부터 얼마나 가깝게 있어야 하는지에 대한 경계를 제공할 수 있다. 본 명세서에 개시된 수술 시각화 시스템과 인터페이싱하는 임의의 데이터 모듈은 예를 들어 개복 또는 복강경 절차에서 독립형 수술 장치와의 사용을 가능하게 하도록 로봇과 별개로 또는 일체로 제공될 수 있다. 수술 시각화 시스템은 다양한 경우에 로봇 수술 시스템과 호환가능할 수 있다. 예를 들어, 시각화 이미지/정보는 로봇 콘솔에서 디스플레이될 수 있다.
다양한 경우에, 임상의는 수술 도구에 대한 중요 구조물의 위치를 알지 못할 수 있다. 예를 들어, 중요 구조물이 조직 내에 매립될 때, 임상의는 중요 구조물의 위치를 확인하지 못할 수 있다. 소정의 경우에, 임상의가 수술 장치를 중요 구조물 주위의 위치의 범위 외측에 그리고/또는 숨겨진 중요 구조물을 덮고 있는 가시 조직으로부터 멀리 유지시키기를 원할 수 있다. 은폐된 중요 구조물의 위치가 알려져 있지 않을 때, 임상의는 중요 구조물에 너무 가깝게 이동할 위험이 있을 수 있으며, 이는 중요 구조물의 의도하지 않은 외상 및/또는 절개, 및/또는 중요 구조물의 근접도 내의 너무 많은 에너지, 열, 및/또는 장력을 유발할 수 있다. 대안적으로, 임상의는 중요 구조물의 추측된 위치로부터 너무 멀리 떨어져 머무르고 중요 구조물을 회피하기 위한 노력으로 덜 바람직한 위치에서 조직에 영향을 미칠 위험이 있을 수 있다.
하나 이상의 중요 구조물에 대한 수술 장치 추적을 제공하는 수술 시각화 시스템이 제공된다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템은 중요 구조물에 대한 수술 장치의 근접도를 추적할 수 있다. 그러한 추적은 수술중에, 실시간으로, 그리고/또는 실시간에 가깝게 이루어질 수 있다. 다양한 경우에, 추적 데이터는 이미징 시스템의 디스플레이 스크린(예컨대, 모니터)을 통해 임상의에게 제공될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 수술 시각화 시스템이 가시 표면 상으로 구조화된 광 패턴을 방출하도록 구성되는 방출기를 포함하는 수술 장치, 매립된 구조물 및 가시 표면 상의 구조화된 광 패턴을 검출하도록 구성되는 카메라를 포함하는 이미징 시스템, 및 카메라 및 이미징 시스템과 신호 통신하는 제어 회로를 포함하고, 제어 회로는 수술 장치로부터 매립된 구조물까지의 거리를 결정하고 거리를 나타내는 신호를 이미징 시스템에 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 거리는 카메라로부터 형광투시법 기술로 조명되는 중요 구조물까지의 거리를 계산함으로써 그리고 카메라의 다수의 렌즈(예컨대, 좌측 렌즈 및 우측 렌즈)로부터의 이미지에 의해 제공되는 조명된 구조물의 3차원 뷰에 기초하여 결정될 수 있다. 수술 장치로부터 중요 구조물까지의 거리는 예를 들어 수술 장치 및 카메라의 알려진 위치에 기초하여 삼각측량될 수 있다. 매립된 중요 구조물까지의 거리를 결정하기 위한 대안적인 수단이 본 명세서에 추가로 기술된다. 예를 들어, NIR 비행-시간 거리 센서가 채용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수술 시각화 시스템은 매립된 중요 구조물 위에 놓인/덮고 있는 가시 조직까지의 거리를 결정할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템은 숨겨진 중요 구조물을 식별하고 가시 조직의 표면 상의 라인과 같은, 가시 구조물 상의 숨겨진 중요 구조물의 개략도를 묘사함으로써 숨겨진 중요 구조물의 뷰를 증강시킬 수 있다. 수술 시각화 시스템은 가시 조직 상의 증강된 라인까지의 거리를 추가로 결정할 수 있다.
은폐된 중요 구조물 및/또는 가시 구조물에 대한 수술 장치의 근접도에 관한 최신 정보를 임상의에 제공함으로써, 본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템에 의해 제공되는 바와 같이, 임상의는 은폐된 중요 구조물에 대한 수술 장치의 배치에 관하여 더욱 정보에 근거한 결정을 할 수 있다. 예를 들어, 임상의는 수술 장치와 중요 구조물 사이의 거리를 실시간으로/수술중에 관찰할 수 있고, 소정의 경우에, 수술 장치가 중요 구조물의 사전한정된 근접도 및/또는 구역 내에서 이동될 때 경보 및/또는 경고가 이미징 시스템에 의해 제공될 수 있다. 소정의 경우에, 경보 및/또는 경고는 수술 장치의 궤적이 중요 구조물의 근접도 내의(예컨대, 중요 구조물의 1 mm, 2 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm 또는 그 초과 이내의) "비-비행(no-fly)" 구역과의 가능한 충돌을 표시할 때 제공될 수 있다. 그러한 경우에, 임상의는 임상의가 중요 구조물의 추측된 위치 및 그에 대한 수술 장치의 근접도를 모니터링할 필요 없이 수술 절차 전반에 걸쳐 모멘텀을 유지할 수 있다. 그 결과, 소정의 수술 절차가 예를 들어 더 적은 일시정지/중단을 갖고서, 그리고/또는 개선된 정확도 및/또는 확실성으로, 더 신속하게 수행될 수 있다. 일 태양에서, 수술 시각화 시스템은 건강한 조직으로부터 종양/암성 조직/건강하지 못한 조직을 구별하기 위해 기관 내에서의 조직의 가변성과 같은, 조직 가변성을 검출하는 데 이용될 수 있다. 그러한 수술 시각화 시스템은 건강한 조직의 제거를 최소화하면서 건강하지 못한 조직의 제거를 최대화할 수 있다.
이제 도 22 내지 도 24를 참조하면, 3차원 카메라(1420) 및 수술 장치(1402)를 포함하는 수술 시각화 시스템(1400)이 도시되어 있다. 카메라(1420)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함한다. 수술 시각화 시스템(1400)은 다양한 태양에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(1400)은 조직(1403)의 표면(1405) 아래에 매립된 하나 이상의 중요 구조물(1401)을 식별하도록, 그리고 표면(1405) 및/또는 중요 구조물(들)(1401)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다.
수술 장치(1402)는 구조화된 광의 패턴을 방출하도록 구성되는 방출기(1406)를 포함한다. 패턴은 표면으로부터 반사되도록 구성되고, 반사된 광은 카메라(1420)와 같은 카메라 또는 센서에 의해 검출될 수 있다. 반사된 패턴에 기초하여, 제어 회로가 표면(1405)의 윤곽 및 표면(1405)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 회로는 표면의 3차원 모델을 생성할 수 있다. 다양한 제어 회로가 본 명세서에 추가로 기술된다(예컨대, 도 2 및 도 11 참조).
카메라(1420)는 3차원 카메라이다. 예를 들어, 카메라(1420)는 2차원 좌측 렌즈 또는 센서(1408a), 및 2차원 우측 렌즈 또는 센서(1408b)를 포함한다. 렌즈(1408a, 1408b)는 조직(1403) 내에 매립된, 중요 구조물(1401)과 같은 하나 이상의 중요 구조물을 검출하도록 구성된다. 다양한 경우에, 중요 구조물(1401)은 예를 들어 ICG와 같은 조영제로 조명되고, 예를 들어 형광투시법 기법을 통해 이미징될 수 있다. 또한, 좌측 렌즈(1408a)는 도 23에 도시되어 있는 조명된 중요 구조물(1401)의 2차원 뷰를 검출하도록 구성되고, 우측 렌즈(1408b)는 역시 도 23에 도시되어 있는 조명된 중요 구조물(1401)의 다른 2차원 뷰를 검출하도록 구성된다.
렌즈(1408a, 1408b)로부터의 2차원 뷰는 해부학적 표적 조직 내에 매립되는 조명된 중요 구조물(1401)의 3차원 뷰를 생성하도록 통합되거나 조합될 수 있다. 다양한 경우에, 수술 장치(1402)로부터 중요 구조물(1401)까지의 거리는 카메라(1420)에 의해 획득된 이미지로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 거리는 렌즈(1408a, 1408b)에 의해 획득된 이미지들 둘 모두에 알고리즘을 적용함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 좌측 이미지 내의 거리(dl)(도 23) 및 우측 이미지 내의 거리(dr)(도 23)는 하기와 같이 수술 장치(1402)로부터 중요 구조물(1401)까지의 거리(d)(도 22)를 획득하기 위해 평균될 수 있다:
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다양한 경우에, 카메라(1420)와 수술 장치(1402)의 상대 위치가 알려져 있기 때문에(즉, 동일한 로봇 좌표계와 같은 정합된 좌표계에서), 수술 장치(1402)로부터 중요 구조물(1401)까지의 거리는 예를 들어 중요 구조물(1401)로부터 카메라(1420)까지의 거리가 알려져 있을 때 삼각측량될 수 있다. 로봇은 아암(예컨대, 수술 장치(1402) 및 카메라(1420))의 좌표 위치 인식을 갖고, 따라서 교차 거리를 결정하기 위해 삼각측량할 수 있다. 수술 장치와 중요 구조물 사이의 거리(d)를 결정하기 위한 대안적인 수단이 본 명세서에 추가로 기술된다(예컨대, 초음파, 비행-시간 측정 시스템, 초분광 신호 분석 등).
주로 도 23을 참조하면, 3차원 이미지가 이미징 시스템의 비디오 모니터와 같은 디스플레이 스크린(1450)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 스크린(1450)은 카메라(1420)에 의해 획득된 3차원 라이브 이미지/비디오 피드(live image/video feed)를 선택적으로 묘사할 수 있다. 다양한 경우에, 디스플레이 스크린(1450)은 또한 표면 매핑 로직 및 방출기(1406)로부터 방출되고 카메라(1420)에 의해 검출되는 구조화된 광 패턴에 기초하여 (예컨대, 가시 조직의) 수술 부위의 3차원 렌더링을 선택적으로 묘사할 수 있다. 소정의 경우에, 수술 부위에서의 가시 조직의 3차원 렌더링은 예를 들어 매립된 중요 구조물(1401)과 오버레이될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수술 장치(1402)로부터 중요 구조물(1401)까지의 거리(d)(도 22)가 디스플레이 스크린(1450) 상에 디스플레이될 수 있다.
하나의 경우에, 도 23을 계속 참조하면, 디스플레이 스크린(1450)은 중요 구조물(1401) 및/또는 그의 부분들까지의 거리(d)(도 22)를 표시하기 위해 컬러 레전드(legend) 또는 키(key)(1454a)를 가진 중요 구조물(1401)의 증강된 컬러 개략도(1452a)를 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 키(1454a)는 수술 장치(1402)가 중요 구조물(1401)로부터 15 mm 내지 20 mm 떨어져 있는 녹색, 수술 장치(1402)가 중요 구조물(1401)로부터 15 mm 내지 10 mm 떨어져 있는 황색, 수술 장치(1402)가 중요 구조물(1401)로부터 5 mm 내지 10 mm 떨어져 있는 주황색, 및 수술 장치(1402)가 중요 구조물(1401)로부터 0 mm 내지 5 mm 떨어져 있는 적색과 같은, 선형 거리 또는 구역에 대응하는 컬러의 스펙트럼을 제공한다. 상이한 컬러는 임상의에 대한 상이한 유형의 전달에 대응할 수 있다. 예를 들어, 녹색은 "계속함(go)" 또는 "진행"을 의미할 수 있고, 황색은 "늦춤" 또는 "주의하여 진행"을 의미할 수 있고, 주황색은 "특별히 주의하여 수행"을 의미할 수 있고, 적색은 "정지"를 의미할 수 있다. 그러한 경우에, 중요 구조물(1401)은 그의 부분들에 대한 수술 장치(1402)의 근접도에 따라 계산된 거리 및 키(1454a) 상의 관련된 컬러에 대응하는 하나 이상의 컬러로 묘사될 수 있다.
다양한 경우에, 임상의는 거리가 키(1454a)의 스펙트럼을 따라 하나의 근접도 구역으로부터 다른 근접도 구역으로 이동할 때 경보를 받을 수 있다. 예를 들어, 거리가 녹색 구역으로부터 황색 구역으로 이동할 때 제1 경보가 제공될 수 있고, 거리가 황색 구역으로부터 주황색 구역으로 이동할 때 제2 경보가 제공될 수 있고, 거리가 주황색 구역으로부터 적색 구역으로 이동할 때 제3 경보가 제공될 수 있다. 경보의 유형은 수술 장치(1402)의 근접도 및/또는 임상의에 의해 선택되는 사전프로그래밍된 설정에 따라 달라질 수 있다. 유사하게, 다양한 태양에서, 이미징 시스템은, 예컨대 중요 구조물(1401)이 수술 장치(1402)의 표적일 때, 수술 장치(1402)가 중요 구조물(1401)로부터 멀어지게 이동될 때 임상의에게 경보를 발생시킬 수 있다.
다른 경우에, 도 24를 참조하면, 디스플레이 스크린(1450)은 중요 구조물(1401) 및/또는 그의 부분들까지의 거리(d)(도 22)를 표시하기 위해 크로스-해칭 레전드 또는 키(1454b)를 가진 중요 구조물(1401)의 흑백 크로스-해칭된 증강된 개략도(1452b)를 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
소정의 경우에, 수술 장치(1402)로부터 중요 구조물(1401)까지의 거리(d)는 상이한 거리에 대응하는 복수의 범위 및/또는 구역을 포함하는 근접도 스펙트럼 표시자를 따라 디스플레이될 수 있다. 상이한 유형의 크로스-해칭은 상이한 근접도 구역에 대응할 수 있고, 키(1454b)는 거리 또는 근접도 구역에 대한 상이한 유형의 크로스-해칭의 중요성을 설명할 수 있다. 근접도 스펙트럼은 예를 들어 근접도를 표시하기 위해 컬러의 스펙트럼, 수치 값의 범위, 및/또는 다른 구별 기호에 의해 한정될 수 있다.
다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(1400)과 같은, 본 명세서에 개시된 수술 시각화 시스템은 특정 중요 구조물 또는 그의 부분을 표적으로 하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 22를 다시 참조하면, 중요 구조물(1401)은 수술 장치(1402)가 표적으로 하는 구조물일 수 있다. 하나의 경우에, 중요 구조물(1401)은 다른 조직으로의 혈류를 손상시키지 않고서 일편의 조직을 제거하기 위해 임상의가 절개하고자 할 혈관 상의 위치일 수 있다. 예를 들어, 중요 구조물(1401)은 건강한 조직에 혈액을 공급하는 분지의 하류에 있는 혈관 상의 위치일 수 있다. 그러한 경우에, 혈관 상의 하류 위치는 수술 시각화 시스템에 의해 태깅되고(tagged) 표적화될 수 있다. 구조물의 태깅은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 예를 들어 발명의 명칭이 수술 시각화 및 모니터링인, 동시-출원된 미국 특허 출원 제16/128,193호에 추가로 기술되어 있다. 근접도 스펙트럼 표시자는 표적화된 중요 구조물(1401)에 대한 수술 장치(1402)의 접근을 추적/모니터링하도록 구성될 수 있다.
이제 도 25 및 도 26을 참조하면, 카메라(1520) 및 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)를 포함하는 수술 시각화 시스템(1500)이 도시되어 있다. 카메라(1520)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함한다. 수술 시각화 시스템(1500)은 다양한 태양에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1) 및 수술 시각화 시스템(1400)(도 22 내지 도 24)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(1500)은 조직(1503)의 표면(1505) 아래에 매립된 하나 이상의 중요 구조물(1501)을 식별하도록, 그리고 중요 구조물(들)(1501)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다.
수술 장치(1402)(도 22)와 유사하게, 수술 장치들(1502a, 1502b, 1502c) 중 하나 이상은 광 파를 방출하도록 구성되는 방출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방출기(들)는 구조화된 광의 패턴을 방출하도록 구성될 수 있다. 패턴은 표면으로부터 반사되도록 구성되고, 반사된 광은 카메라(1520)와 같은 카메라 또는 센서에 의해 검출될 수 있다. 반사된 패턴에 기초하여, 제어 회로가 표면(1505)의 윤곽 및 표면(1505)에 대한 다양한 거리를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 회로는 표면(1505)의 3차원 모델을 생성할 수 있다. 다양한 제어 회로가 본 명세서에 추가로 기술된다(예컨대, 도 2 및 도 11 참조).
카메라(1420)(도 22)와 유사하게, 카메라(1520)는 2차원 좌측 렌즈 또는 센서(1508a), 및 2차원 우측 렌즈 또는 센서(1508b)를 포함하는 3차원 카메라이다. 렌즈(1508a, 1508b)는 매립된 중요 구조물(1501)을 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 좌측 렌즈(1508a)는 중요 구조물(1501)의 2차원 뷰를 검출하도록 구성되고, 우측 렌즈(1508b)는 중요 구조물(1501)의 다른 2차원 뷰를 검출하도록 구성된다. 렌즈(1508a, 1508b)에 의해 획득된 2차원 뷰는 이미징 시스템의 디스플레이 스크린(1550)(도 26) 상에 수술 부위의 3차원 뷰(1552)를 생성하도록 조합될 수 있다. 디스플레이 스크린(1550)은 수술중에 수술 부위의 비디오 피드 및/또는 임상의에 대한 다양한 추가 데이터/정보를 제공하는 비디오 모니터일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 스크린(1550) 상의 3차원 뷰(1552)는 구조화된 광 및 표면 매핑 로직으로부터의 조직(1503)의 토포그래픽 표면 맵에 오버레이하는 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)의 상대 위치 및 중요 구조물(1501)을 묘사할 수 있다.
또한, 다양한 경우에, 각각 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)로부터 중요 구조물(1501)까지의 거리(d1, d2, 및 d3)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 수술 부위의 3차원 이미징으로부터 결정 및/또는 근사화될 수 있다. 예를 들어, 각각의 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)로부터 중요 구조물(1501)까지의 거리는 2차원으로 측정되고 알려진 위치 및/또는 거리로부터 평균되거나 달리 계산/삼각측량될 수 있다.
거리(d1, d2, 및 d3)는 거리(d1, d2, 및 d3)를 디스플레이하도록 구성되는 디스플레이 스크린(1550)(예컨대, 비디오 모니터)으로 전달된다. 예를 들어, 거리(d1, d2, 및 d3)는 도 26에 도시된 바와 같이, 컬러-코딩된 포맷으로 디스플레이될 수 있다. 더욱 구체적으로, 거리(d1, d2, 및 d3)는 거리를 표시하는, 각각 근접도 스펙트럼 표시자(1554a, 1554b, 1554c)를 따라 디스플레이될 수 있다. 근접도 스펙트럼 표시자(1554a, 1554b, 1554c)는 중요 구조물 주위의 구역에 대응할 수 있는 바아를 따라 배열되는 컬러의 스펙트럼을 포함한다. 도 26에서, 녹색 구역은 15 mm 내지 20 mm의 거리에 대응하고, 황색 구역은 15 mm 내지 10 mm의 거리에 대응하고, 주황색 구역은 5 mm 내지 10 mm의 거리에 대응하고, 적색 구역은 0 mm 내지 5 mm의 거리에 대응한다. 근접도 구역은 각각의 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)에 대한 구역을 각각 식별하는, 각각 화살표(1556a, 1556b, 1556c)와 같은 마커에 의해 근접도 스펙트럼 표시자(1554a, 1554b, 1554c)를 따라 표시될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 근접도 스펙트럼 표시자(1554a, 1554b, 1554c)는 근접도 구역/거리를 표시하는 수치 값의 범위 및/또는 다른 기호를 포함할 수 있다. 소정의 경우에, 근접도 구역은 상이한 중요 구조물 및/또는 상이한 수술 장치들에 대해 구성가능하거나 선택가능할 수 있다. 예를 들어, 혈관 주위의 근접도 구역은 에너지 장치 및 스테이플러에 대해 상이할 수 있다. 추가적으로, 에너지 장치를 위한 근접도 구역은 정맥 및 동맥에 대해 상이할 수 있다.
다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(1500)은 수술 장치들(1502a, 1502b, 1502c) 중 하나가 중요 구조물(1501) 주위의 사전한정된 범위의 위치/최소 거리 한계/근접도 구역에 접근할 때 임상의에게 경보, 경고, 또는 다른 표시를 제공하도록 구성된다. 경보는 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)의 유형 및 중요 구조물(1501)의 유형에 기초하여 상이한 임계 거리에서 제공될 수 있다.
다양한 경우에, 수술 장치들(1502a, 1502b, 1502c) 중 하나 이상은 로봇 도구일 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템이 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)를 제어할 수 있다. 소정의 경우에, 중요 구조물 주위의 근접도 구역이 "진입금지 구역(keep out zone)"을 형성할 수 있고, 로봇 시스템은 수술 장치가 "진입금지 구역" 외부에 유지되도록 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)를 자동으로 제어할 수 있다. 임상의가 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)를 "진입금지 구역" 내로 이동시키기 위한 입력 명령을 제공하는 경우, 자동화된 도구 제어 운동이 수술 장치(1502a, 1502b, 1502c)가 한정된 "진입금지 구역"으로 진입하는 것을 방지할 수 있다. 소정의 경우에, 그러한 자동화된 도구 제어는 켜질/꺼질 수 있고, 디폴트 설정일 수 있고, 그리고/또는 예를 들어 임상의에 의한 오버라이드 입력에 의해 극복될 수 있다.
이제 도 27 내지 도 31을 참조하면, 수술 시각화 시스템(1600)이 도시되어 있다. 수술 시각화 시스템(1600)은 다양한 태양에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(1600)은 조직(1603)의 표면(1605) 아래에 매립된 하나 이상의 중요 구조물(1601)을 식별하도록, 그리고 표면(1605) 및/또는 중요 구조물(들)(1601)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 수술 시각화 시스템(1600)은 검출기 또는 카메라(1620) 및 수술 장치(1602)를 포함한다. 카메라(1620)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함한다. 수술 시각화 시스템(1600)은 3차원 포맷으로 수술 필드의 가시 광 렌디션(rendition)을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 방출기가 토포그래픽 표면 맵으로 변환될 수 있는 구조화된 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 수술 필드의 3차원 이미지는 숨겨진 구조물(즉, 중요 구조물)의 오버레이 및/또는 중요 구조물까지의 거리와 조합될 수 있다. 경보 시스템이 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 중요 구조물이 수술 장치의 임계 거리 한계 내에 위치될 때 임상의에게 피드백을 제공할 수 있다.
수술 장치(1602)는 광 파를 방출하도록 구성되는 방출기(1606)를 포함한다. 예를 들어, 방출기(1606)는 조직(1603)에 침투하고 중요 구조물(1601)에 도달하도록 구성되는 조직-침투 적외선 파장을 방출하도록 구성될 수 있다. 방출기(1606)는 예를 들어 초분광, 다중분광, 및/또는 선택적 분광 파형을 방출하도록 구성될 수 있는, 예를 들어 분광 광원을 포함할 수 있다. 방출기(1606)는 표면(1605)의 토포그래픽 표면 맵을 생성하기 위해 카메라(1620)에 의해 검출되는 구조화된 광 패턴을 추가로 방출할 수 있다.
카메라(1620)는 또한 방출기(1606)로부터 방출되고 중요 구조물(1601)에 의해 반사되는 광 파를 검출하도록 구성되는 이미지 센서 또는 수신기(1608)를 포함한다. 분광 이미징 로직은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서(1608)에 의해 수신되는 반사된 광 파에 기초하여 중요 구조물을 식별할 수 있다. 다양한 경우에, 검출된 중요 구조물(1601)은 가시 조직(1603)의 표면(1605)의 3차원 렌더링 상에 라인 또는 다른 기호로서 개략적으로 묘사될 수 있다. 예를 들어, 중요 구조물(1601)의 대략적인 위치가 표면(1605)의 3차원 표면 맵 상의 라인으로서 임상의에게 전달될 수 있다. 소정의 경우에, 이미지 센서(1608)는 또한 가시 광을 검출하도록 구성되고, 선택적으로 수술 부위의 라이브 이미지 및/또는 비디오 피드를 기록하고 이미지/비디오를 이미징 시스템 및/또는 그의 디스플레이 스크린/모니터로 전달할 수 있다.
수술 시각화 시스템(1600)은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 거리 결정 방법 및/또는 시스템에 따라, 수술 장치(1602)의 원위 단부(1612)로부터 조직 표면까지의 장치-대-표면 거리(d2), 수술 장치(1602)의 원위 단부(1612)로부터 조직 표면 아래의 혈관까지의 장치-대-혈관 거리(d3), 및 조직 표면 아래의 중요 구조물의 표면-대-혈관 거리/깊이(d4)를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 장치-대-표면 거리(d2)는 표면 매핑 로직 및 구조화된 광 패턴으로부터 생성되는 결과적인 표면 맵으로부터 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 장치-대-표면 거리(d2)는 조직(1603)의 표면(1605)을 표적으로 하는 방출된 파와 수신된 파 사이의 지연을 검출하도록 구성되는 비행-시간 거리 감지 시스템에 의해 결정될 수 있다. 다양한 경우에, 장치-대-표면 거리(d2)는 중요 구조물(1601)과 같은 식별된 중요 구조물 위에 놓이는 표면(1605)의 부분까지의 거리일 수 있다. 예를 들어, 장치-대-표면 거리(d2)는 수술 장치(1602)의 원위 단부(1612)로부터 수술 장치(1602)에 가장 가까운 표면(1605)의 3차원 렌더링 상의 증강된 라인까지의 거리일 수 있다. 장치-대-혈관 거리(d3)는 카메라(1620) 및/또는 하나 이상의 이미지 센서(1608)에 의해 수신되는 분광 파의 NIR 비행-시간 감지로부터 결정될 수 있다. 다른 경우에, 장치-대-혈관 거리(d3)는 삼각측량, 3차원 카메라, 및 형광투시법 조명으로부터 결정될 수 있다. 다양한 경우에, 표면-대-혈관 깊이(d1)는 예를 들어 분광 이미징, 3차원 이미징 및/또는 표면 매핑 데이터로 획득되는, 초음파에 의해 결정되는 실시간 거리 및/또는 치수, 및/또는 수술전 스캔에서 획득되는 치수로부터 계산 및/또는 삼각측량될 수 있다. 대안적인 거리 결정 시스템이 본 명세서에 추가로 개시된다.
수술 시각화 시스템(1600)은 또한 카메라(1620) 및 디스플레이 스크린(1650)(도 29 및 도 30)을 포함할 수 있는 이미징 시스템을 포함한다. 이미징 시스템은 스크린(1650) 상에 상이한 정보를 선택적으로 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 이미징 시스템은 입력 제어부를 포함할 수 있고, 이는 임상의가 디스플레이 스크린 상의 하나 이상의 뷰, 차원, 및/또는 다른 정보를 선택하도록 허용할 수 있다. 예시적인 입력 제어부인 다이얼(1660)이 도 28에 도시되어 있다. 다이얼(1660)은 임상의가 장치-대-표면 거리(d2), 장치-대-혈관 거리(d3), 또는 표면-대-혈관 거리(d1)를 선택하도록 허용한다. 예를 들어, 임상의는 상이한 거리를 선택하기 위해 상이한 위치들 사이에서 다이얼(1660)을 회전시킬 수 있다. 다른 경우에, 입력 제어부는 예를 들어 하나 이상의 입력부, 버튼, 토글, 스위치, 및/또는 터치 스크린을 포함할 수 있다. 소정의 경우에, 2개 이상의 거리가 동시에 선택될 수 있고 그리고/또는 디스플레이 스크린(1650)은 사전설정된 양의 시간이 경과한 후에 상이한 거리들 및/또는 뷰들 사이에서 스위칭할 수 있다.
이제 도 29 내지 도 31을 참조하면, 디스플레이 스크린(1650)은 임상의의 입력에 기초하여 수술 부위의 상이한 뷰(1652a, 1652b, 1652c)를 디스플레이하도록 구성된다. 예를 들어, 다이얼(1660)의 위치에 따라, 디스플레이 스크린(1650)은 상이한 뷰 및/또는 정보를 디스플레이할 수 있다. 다이얼(1660) 및 그 위치는 또한 디스플레이 스크린(1650) 상에 제공될 수 있다. 도 29에서, 디스플레이 스크린(1650)은 제1 뷰(1652a)를 묘사하며, 여기서 표면-대-혈관 거리(d1)가 디스플레이 및/또는 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 도 29에서, 다이얼(1660)은 표면-대-혈관 거리(d1)가 선택되는 제1 위치에 있다. 그러한 경우에, 거리(d1)가 모니터링되고 관련 정보가 스크린(1650) 상에 디스플레이된다. 예를 들어, 거리(d1)는 예를 들어 거리(d1)가 열 및/또는 힘-관련 문제에 대한 것과 같은, 사전한정된 임계치 미만으로 감소될 때 경고를 표시하는 제1 근접도 스펙트럼(1656a)을 따라 그리고/또는 수치로 디스플레이될 수 있다. 경고는 예를 들어 스크린(1650) 상에 그리고/또는 추가의 시각적, 청각적 및/또는 햅틱 신호를 통해 제공될 수 있다. 추가적으로, 육안으로는 은폐되는 중요 구조물(1601)이 증강된 제1 뷰(1652a)를 통해 개략적으로 묘사된다.
도 30에서, 디스플레이 스크린(1650)은 제2 뷰(1652b)를 묘사하며, 여기서 장치-대-표면 거리(d2)가 디스플레이 및/또는 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 도 30에서, 다이얼(1660)은 장치-대-표면 거리(d2)가 선택되는 제2 위치에 있다. 그러한 경우에, 거리(d2)가 모니터링되고 관련 정보가 스크린(1650) 상에 디스플레이된다. 예를 들어, 거리(d2)는 예를 들어 거리(d2)가 열 및/또는 힘-관련 문제에 대한 것과 같은, 사전한정된 임계치 미만으로 감소될 때 경고를 표시하는 제2 근접도 스펙트럼(1656b)을 따라 그리고/또는 수치로 디스플레이될 수 있다. 경고는 예를 들어 스크린(1650) 상에 그리고/또는 추가의 시각적, 청각적 및/또는 햅틱 신호를 통해 제공될 수 있다. 수술 장치(1602)의 팁까지의 거리가 선택될 때, 거리는 도구의 돌출된 지점으로부터 조직 표면까지의 거리일 수 있으며, 이는 로봇 제어 아암으로부터 3차원 직교 좌표계에 의해 결정될 수 있다.
육안으로는 은폐되는 중요 구조물(1601)은 분광 이미징으로 식별되고 증강된 제2 뷰(1652b)를 통해 개략적으로 묘사된다. 다양한 경우에, 중요 구조물(1601)의 증강된 개략도는 토글링되어 온 및 오프되고 그리고/또는, 도 30에 도시된 바와 같이, 섀도우/팬텀 백그라운드 형상(shadow/phantom bac㎏round shape)으로서 도시될 수 있다. 예를 들어, 도 30의 선택된 거리(d2)가 중요 구조물(1601)에 대해 직접적이지 않기 때문에, 임상의를 산만하게 하는 것을 회피하도록 그리고/또는 임상의의 관심을 다른 선택된 정보에 집중시키도록 중요 구조물(1601)을 섀도우 또는 숨겨진 것으로서 도시하는 것이 바람직할 수 있다. 다양한 경우에, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 거리(d2)는 숨겨진 중요 구조물(1601)을 나타내는 표면(1605) 상의 증강된 라인까지의 거리일 수 있고, 숨겨진 중요 구조물(1601)은 컨텍스트를 위한 섀도우 및/또는 백그라운드 이미지로서 개략적으로 묘사될 수 있다.
도 31에서, 디스플레이 스크린(1650)은 제3 뷰(1652c)를 묘사하며, 여기서 장치-대-혈관 거리(d3)가 디스플레이 및/또는 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 도 31에서, 다이얼(1660)은 장치-대-혈관 거리(d3)가 선택되는 제3 위치에 있다. 그러한 경우에, 거리(d3)가 모니터링되고 관련 정보가 스크린(1650) 상에 디스플레이된다. 예를 들어, 거리(d3)는 예를 들어 거리(d3)가 열 및/또는 힘-관련 문제에 대한 것과 같은, 사전한정된 임계치 미만으로 감소될 때 경고를 표시하는 제3 근접도 스펙트럼(1656c)을 따라 그리고/또는 수치로 디스플레이될 수 있다. 경고는 예를 들어 스크린(1650) 상에 그리고/또는 추가의 시각적, 청각적 및/또는 햅틱 신호를 통해 제공될 수 있다.
육안으로는 은폐되는 중요 구조물(1601)이 증강된 제3 뷰(1652c)를 통해 개략적으로 묘사된다. 다양한 경우에, 조직(1603)의 표면(1605)의 증강된 개략도가 토글링되어 온 및 오프되고 그리고/또는, 도 31에 도시된 바와 같이, 섀도우/팬텀 형상으로서 도시될 수 있다. 예를 들어, 선택된 거리(d3)가 표면(1605)의 위치와 관련되지 않기 때문에, 임상의를 산만하게 하는 것을 회피하도록 그리고/또는 임상의의 관심을 다른 정보에 집중시키도록 표면(1605)을 섀도우 또는 숨겨진 것으로서 도시하는 것이 바람직할 수 있다. 소정의 경우에, 3차원 표면 맵은 구조화된 광 및 표면 매핑 로직으로부터 생성될 수 있으며, 이는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 디스플레이 스크린(1650) 상에 조직(1603)의 표면(1605)을 선택적으로 도시하는 데 이용될 수 있다.
도 29 내지 도 31의 뷰 및/또는 그 부분들은 토글링되어 온 또는 오프될 수 있다. 다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(1600)은 구조물들 중 임의의 것에 추가되는 조영제 없이 작동할 수 있다. 선택적 분광 이미징은 예를 들어 (예컨대, 신경, 기관, 요관, 정맥, 동맥, 또는 림프절과 같은) 중요 구조물의 식별 및 종양의 기계적 에지 또는 마진에 기초하여 특정 거리 및 근접도 경고와 페어링될 수 있는, 특정 표적의 선택가능성을 허용할 수 있다.
수술 장치가 수술 부위 주위에서 조작되고 있을 때, 임상의는 수술 장치의 위치를 알기를 그리고/또는 하나 이상의 다른 구조물(예컨대, 표면 조직, 숨겨진 중요 구조물, 다른 수술 장치 등)에 대해 수술 장치를 "보기"를 원할 수 있다. 그러나, 수술 장치 또는 그의 일부분은 수술 절차 동안 시야로부터 차단될 수 있다. 예를 들어, 조직 또는 다른 해부학적 구조물은 임상의의 시점(예컨대, 카메라)과, 임상의의 시야를 차단할 수 있는 수술 장치 또는 예를 들어 관절운동 조인트 및/또는 조오와 같은 수술 장치의 일부분 사이에 위치될 수 있다. 그러한 경우에, 임상의는 수술 장치 또는 그의 일부분을 시각화할 수 없을 수 있고, 수술 장치를 중요 구조물에 너무 가깝게 이동시킬 위험이 있을 수 있다. 예를 들어, 임상의가 의도하지 않게 수술용 스테이플러, 절개기, 에너지 장치, 및/또는 바늘을 중요 구조물에 너무 가깝게 조작하여 중요 구조물을 절개 또는 달리 손상시킬 위험이 있을 수 있다.
다양한 경우에, 수술 시각화 시스템이 임상의가 중요 구조물에 대해 차단된/부분적으로 차단된 수술 장치를 시각화하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템은 수술 장치를 식별하도록 구성될 수 있다. 다양한 경우에, 예를 들어 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광 이미징과 같은 분광 이미징이 수술 장치를 식별하는 데 이용될 수 있다. 다른 검출 방식은 예를 들어 초음파, 정합된 자기 공명 영상(MRI), 및 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔을 포함한다. 수술 시각화 시스템은 또한 해부학적 구조물 및/또는 다른 수술 장치에 대해 식별된 수술 장치를 묘사하도록 작동가능하게 구성되는 디스플레이를 포함하는 이미징 시스템을 포함할 수 있다.
그러한 경우에, 임상의는 수술 장치 및/또는 중요 구조물이 시야로부터 차단될(또는 부분적으로 차단될) 때에도 중요 구조물에 대한 수술 장치의 위치를 추적할 수 있다. 중요 구조물에 대한 숨겨진 수술 장치의 시각화는 임상의가 중요 구조물의 원하는 근접도 내에서 수술 장치를 신중하게 그리고 신속하게 조작하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 임상의가 절개기가 중요 구조물로부터(예컨대, 동맥으로부터) 멀리 충분한 거리에 유지되는 것을 보장할 수 있다. 다른 예에서, 임상의가 생검 바늘이 중요 구조물 내에서(예컨대, 종양 내에서) 하나 이상의 적합한 위치에 도달하는 것을 보장할 수 있다.
이제 도 32 및 도 33을 참조하면, 수술 시각화 시스템(1800)이 도시되어 있다. 수술 시각화 시스템(1800)은 많은 측면에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(1800)은 조직 내에 매립된 또는 달리 시야로부터 숨겨진 하나 이상의 중요 구조물을 식별하도록, 그리고 가시 조직 및/또는 중요 구조물(들)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 수술 시각화 시스템(1800)은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라(1820)를 포함한다. 예를 들어, 초분광 카메라(1820)는 방출기(1806) 및 수신기(1808)를 포함한다. 방출기(1806)는 복수의 조직-침투 파장을 방출하도록 구성된다. 다양한 경우에, 방출기(1806)는 조직에 침투하고 수술 장치 또는 다른 해부학적 구조물과 같은 하나 이상의 중요 구조물에 도달하도록 구성되는, 복수의 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광 파형을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출기(1806)는 조직(1803a, 1803b)에 침투하는 파형을 방출하도록 구성된다.
예를 들어 신경, 혈관, 또는 요관과 같은 숨겨진 해부학적 구조물의 식별이 본 명세서에 추가로 기술된다. 또한, 숨겨진 해부학적 구조물을 식별하는 것에 더하여, 분광 이미징은 예를 들어 엔드 이펙터의 금속 부분, 금속 샤프트, 스테이플, 및/또는 금속 밴드 또는 플레이트와 같은 금속을 검출하도록 구성될 수 있다. 그러한 경우에, 수술 시각화 시스템은 숨겨진 수술 장치를 추가로 검출할 수 있다. 예를 들어, 초분광 카메라(1820) 상의 수신기(1808)는 제1 투관침(1810a)을 통해 위치되는 제1 장치(1802a) 및 제2 투관침(1810b)을 통해 위치되는 제2 장치(1802b)와 같은 수술 장치를 포함하여 중요 구조물을 식별하도록 구성된다. 제1 장치(1802a)는, 엔드 이펙터(1812a)가 그 아래에 위치되는, 이러한 예에서 결장의 일부분인 조직(1803a)에 의해 임상의의 시야로부터 전체적으로 숨겨지는 엔드 이펙터(1812a)를 포함하는 로봇 파지기 도구이다. 제2 장치(1802b)는 조직(1803a)에 의해 임상의의 시야로부터 부분적으로 숨겨지는 엔드 이펙터(1812b)를 포함하는 로봇 스테이플링 도구이다. 예를 들어, 엔드 이펙터(1812b)는 조직(1803a)을 클램핑하도록 위치되고, 따라서 제1 조오가 조직(1803a) 위에 위치되고 제2 조오가 조직(1803a) 아래에 위치된다.
소정의 경우에, 수신기(1808)는 장치(1802a, 1802b)의 샤프트 및/또는 장치(1802a, 1802b)의 각각 엔드 이펙터(1812a, 1812b)를 식별할 수 있다. 일 태양에서, 임상의가 수술 절차 동안 추적하기 위한 샤프트 또는 엔드 이펙터(1812a, 1812b) 또는 장치(1802a, 1802b)의 다른 부분을 선택하거나 태깅할 수 있다. 예를 들어, 임상의가 도구의 측부가 다른 인접한 해부학적 구조에 대해 어디에 있는지에 대한 정보를 획득하기 위해 장치들(1802a, 1802b) 중 하나의 샤프트의 추적을 선택할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수신기(1808)는 조직(1803b) 내에 매립된 동맥(1801)과 같은 하나 이상의 해부학적 구조물을 식별할 수 있다. 구조물의 태깅은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 예를 들어 발명의 명칭이 수술 시각화 및 모니터링인, 동시-출원된 미국 특허 출원 제16/128,193호에 추가로 기술되어 있다.
수신기(1808)는 수술중에 중요 구조물(예컨대, 엔드 이펙터(1812a, 1812b) 및 동맥(1801))의 위치를 추적하도록 구성된다. 다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(1800)은 도 32에 도시된 최소 침습 결장직장 절차와 같은 최소 침습 수술 절차 동안 사용하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템(1800)은 또한 카메라(1820) 및 디스플레이(1850)(도 33)를 포함하는 이미징 시스템을 포함한다. 중요 구조물의 위치는 이미징 시스템의 디스플레이(1850)를 통해 임상의에게 전달될 수 있다.
이제 도 33을 참조하면, 디스플레이(1850)는 수술 부위의 비디오 피드를 실시간으로 디스플레이하도록 구성되는 모니터이다. 예를 들어, 카메라(1820)로부터의 이미지는 임상의에게 수술 부위의 라이브 뷰를 제공하도록 수술중에 디스플레이(1850)로 전달될 수 있다. 또한, 수술 부위의 뷰는 숨겨진 중요 구조물 및/또는 거리를 포함하는 추가 정보로 증강될 수 있다. 디스플레이(1850)는 수술 부위의 뷰로 증강된 그의 숨겨진 부분을 포함하는 수술 장치(1802a, 1802b) 및 매립된 동맥(1801)을 도시한다.
다양한 경우에, 디스플레이(1850)는 또한 수술 부위에서 소정의 해부학적 구조물의 3차원 렌더링을 묘사할 수 있다. 예를 들어, 조직(1803a)(결장의 일부분)이 디스플레이(1850) 상에 묘사될 수 있다. 결장의 렌더링은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 구조화된 광 및 표면 매핑 로직을 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 초분광 카메라(1820)는 구조화된 광원을 추가로 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 조직(1803a) 및/또는 조직(1803b) 상으로 구조화된 광 패턴을 방출할 수 있다. 또한, 초분광 카메라(1820)는 또한 구조화된 광 패턴을 검출하도록 구성되는 수신기를 포함할 수 있다. 도 33의 뷰를 참조하면, 결장은 구조화된 광 및 표면 매핑 로직으로부터 획득된 섀도우/백그라운드 이미지로서 도시되어 있고, 분광 이미징 시스템(예컨대, 초분광 카메라(1820) 및 분광 이미징 식별 로직)으로 식별된 중요 구조물(예컨대, 엔드 이펙터(1812a, 1812b) 및 동맥(1801))은 디스플레이(1850) 상의 결장에 오버레이된다.
디스플레이(1850)는 또한 동맥(1801)에 대한 수술 장치들(1802a, 1802b) 중 하나 또는 둘 모두의 근접도를 전달하는 근접도 스펙트럼 표시자(1856)를 포함한다. 소정의 경우에, 근접도 스펙트럼 표시자(1856)는 가장 가까운 수술 장치(1802a, 1802b)의 근접도를 디스플레이할 수 있다. 다른 경우에, 가장 가까운 수술 장치(1802a, 1802b)의 근접도는 디폴트 모드일 수 있지만; 임상의는 다른 수술 장치 및/또는 해부학적 구조물을 선택적으로 고를 수 있다. 또 다른 경우에, 근접도 스펙트럼 표시자(1856)는 상이한 수술 장치들(1802a, 1802b) 사이에서 교번하고 그리고/또는 토글링할 수 있거나, 상이한 수술 장치(1802a, 1802b)에 대한 상이한 스펙트럼 표시자(1856)를 포함할 수 있다.
근접도 스펙트럼 표시자(1856)는 동맥(1801)에 대한 수술 장치(1802a, 1802b)의 근접도를 전달하기 위해 컬러(예컨대, 적색, 황색, 녹색), 치수, 및/또는 다른 기호를 이용할 수 있다. 예를 들어, 근접도 구역은 동맥(1801) 주위에 한정될 수 있고, 이는 컬러 또는 컬러의 범위가 할당될 수 있다. 거리가 수술중에 변화함에 따라, 마커(1854)가 근접도 구역을 실시간으로 전달하도록 근접도 스펙트럼 표시자(1856)를 따라 이동할 수 있다. 도 33을 계속 참조하면, 마커(1854)는 예를 들어 가장 가까운 수술 장치와 동맥(1801)의 근접도가 감소함에 따라 녹색 구역으로부터 황색 구역으로, 적색 구역으로 이동할 수 있다.
다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(1800)은 수술 장치들(1802a, 1802b) 중 하나가 동맥(1801)과 같은 중요 구조물 주위의 사전한정된 범위의 위치/최소 거리 한계/근접도 구역에 접근할 때 임상의에게 경보, 경고, 또는 다른 표시를 제공하도록 구성된다. 경보는 수술 장치(1802a, 1802b)의 유형 및 중요 구조물의 유형에 기초하여 상이한 임계 거리에서 제공될 수 있다. 하나의 경우에, 수술 시각화 시스템(1800)은 마커(1854)가 적색 구역 내로 이동할 때 경고를 제공할 수 있다.
수술 시각화 시스템(1800)은 각각 엔드 이펙터(1812a, 1812b)로부터의 하나 이상의 거리(da 및 db)를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(1800)은 (예컨대, 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 수술 장치(1802a, 1802b) 및 동맥(1801)에 대한 표적화된 조직-침투 파장으로) 카메라(1820)로부터의 다양한 거리를 결정하도록 비행-시간 거리 측정을 이용할 수 있다. 삼각측량 알고리즘이 이어서 예를 들어 거리(da 및 db)와 같은, 구조물들 사이의 상대 거리를 결정할 수 있다.
수술 시각화 시스템이 생검 동안 이용될 수 있다. 초음파 장치(1920)가 수술 부위를 향해 지향되는 초음파(ultrasound wave)(1924)를 방출하도록 구성되는 초음파-보조식 생검 절차가 도 38에 도시되어 있다. 이러한 예에서, 초음파(1924)는 임상의가 생검 바늘(1902)을 결절(1901)을 향해 안내할 수 있도록 갑상선(1903) 내의 결절(1901) 또는 종양의 위치를 식별하기 위해 갑상선(1903)을 향해 지향된다. 다양한 경우에, 결절(1901) 내에 다수의 샘플을 취하고, 결절(1901) 내의 상이한 위치로부터의 조직을 생검하는 것이 바람직할 수 있다. 초음파-보조식 생검은 www.fairview.org/patient-education/90246에서 입수가능한 논문[갑상선 세침 흡인(FNA) 생검(THYROID FINE NEEDLE ASPIRATION (FNA) BIOPSY)]에 추가로 기술되어 있다.
일 태양에서, 분광 이미징 기술을 포함하는 수술 시각화 시스템이 생검 절차 동안 이용될 수 있다. 이제 도 34 내지 도 37을 참조하면, 수술 시각화 시스템(2000)이 도시되어 있다. 수술 시각화 시스템(2000)은 많은 측면에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2000)은 조직 내에 매립된 또는 달리 시야로부터 숨겨진 하나 이상의 중요 구조물을 식별하도록, 그리고 가시 조직 및/또는 중요 구조물(들)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다.
수술 시각화 시스템(2000)은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라(2020)를 포함한다. 예를 들어, 카메라(2020)는 방출기(2006) 및 수신기(2008)를 포함한다. 방출기(2006)는 복수의 조직-침투 파를 방출하도록 구성된다. 다양한 경우에, 방출기(2006)는 조직에 침투하고 바늘(2002) 및 종양(2001)과 같은 하나 이상의 중요 구조물에 도달하도록 구성되는, 복수의 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광 파형을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출기(2006)는 갑상선과 같은 조직(2003)의 표면(2005)에 침투하는 파형을 방출하도록 구성된다. 보통 금속 및/또는 플라스틱으로 구성되는 바늘(2002)의, 조직과 상이한 분자 조성을 고려하면, 분광 이미징은 이들 재료의 분광 시그니처가 상이할 것이기 때문에 조직(2003) 및 종양(2001)으로부터 매립된 바늘(2002)을 구별할 수 있다. 또한, 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 분광 이미징은 상이한 유형의 조직(즉, 갑상선(2003)과 그 내부에 매립된 종양(2001))을 구별할 수 있다. 수술 시각화 시스템(2000)은 조직(예컨대, 갑상선(2003)의 조직) 및/또는 중요 구조물(예컨대, 종양(2001))에 대한 흡인 바늘(aspirating needle)(2002)의 근접도를 전달 및/또는 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2000)은 흡인 바늘(2002), 조직(2003), 및 표적화된 종양(2001) 사이의 분광 시그니처 차이를 사용하여 조직(2003) 및 표적화된 중요 구조물(즉, 종양(2001))에 대한 흡인 바늘(2002)의 깊이를 결정할 수 있다. 따라서, 수술 시각화 시스템(2000)이 초음파 장치(1920)(도 38) 대신에 이용될 수 있다.
수술 시각화 시스템(2000)은 또한 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 구조화된 광원 및 표면 매핑 로직을 포함한다. 일 태양에서, 카메라(2020)는 구조화된 광원을 포함한다. 예를 들어, 방출기(2006)는 분광 이미징 파형과 구조화된 광 패턴 사이에서 선택적으로 펄싱하도록 구성될 수 있다. 소정의 태양에서, 카메라(2020)는 또한 조직(2003)의 표면(2005) 상의 구조화된 광의 패턴을 검출하도록 구성된다. 표면 매핑 로직은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미징 시스템에 제공되고 분광 이미징 시스템으로부터의 데이터와 오버레이될 수 있는, 조직 표면(2005)의 3차원 모델 또는 렌더링을 생성하도록 구성된다.
도 34에서, 바늘(2002)의 팁(2012)이 해부학적 표적인 조직(2003)의 표면(2005)으로부터의 거리(d1), 및 매립된 종양(2001)의 표면으로부터의 거리(d2)에 위치된다. 도 36에서, 바늘(2002)의 팁(2012)은 종양(2001)의 표면으로부터의 거리(d2)로 종양(2001) 내로 전진된다. 조직(2003) 및 종양(2001)에 대한 바늘(2002)의 위치는 이미징 시스템으로 전달된다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2000)은 카메라(2020) 및 디스플레이(2050)(도 35 및 도 37)를 포함하는 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 카메라(2020)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함한다. 식별된 구조물(예컨대, 종양(2001) 및 바늘(2002))의 위치는 디스플레이(2050)를 통해 임상의에게 전달될 수 있다.
디스플레이(2050)는 수술 부위의 비디오 피드를 실시간으로 디스플레이하도록 구성되는 모니터이다. 예를 들어, 카메라(2020)로부터의 이미지는 임상의에게 수술 부위의 라이브 뷰를 제공하도록 수술중에 디스플레이(2050)로 전달될 수 있다. 수술 부위의 뷰는 숨겨진 중요 구조물 및/또는 거리를 포함하는 추가 정보로 증강될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(2050)는 조직에 의해 임상의의 시야로부터 숨겨진 바늘(2002)의 부분을 포함하여, 매립된 종양(2001) 및 바늘(2002)을 도시한다.
다양한 경우에, 디스플레이(2050)는 또한 수술 부위에서 소정의 해부학적 구조물의 3차원 렌더링을 묘사한다. 예를 들어, 조직(2003)이 디스플레이(2050) 상에 도시된다. 해부학적 표적 조직(2003)의 렌더링은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 구조화된 광 및 표면 매핑 로직을 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 초분광 카메라(2020)는 구조화된 광원을 추가로 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 조직(2003) 상으로 구조화된 광 패턴을 방출할 수 있다. 또한, 초분광 카메라(2020)는 구조화된 광 패턴을 검출하도록 구성되는 수신기를 포함할 수 있다. 도 35 및 도 37의 뷰를 참조하면, 조직(2003) 및 매립된 중요 구조물(예컨대, 바늘(2002) 및 종양(2001))은 디스플레이(2050) 상의 뷰에 중첩된다.
디스플레이(2050)는 또한 조직(2003)의 표면(2005)에 대한(거리(d1)) 그리고 매립된 종양(2001)의 표면에 대한(거리(d2)) 바늘(2002)의 근접도를 전달하는 근접도 스펙트럼 표시자(2056a, 2056b)를 포함한다. 예를 들어, 근접도 스펙트럼 표시자(2056a, 2056b)는 표면으로부터의 양 및 음의 값의 거리를 한정할 수 있다. 도 34에서, 바늘(2002)은 조직(2003) 내측에 그리고 종양(2001) 외측에 있고, 따라서, 도 35에서, 근접도 스펙트럼 표시자(2056a)는 거리(d1)가 음의 값임을 표시하고, 근접도 스펙트럼 표시자(2056b)는 거리(d 2 )가 양의 값임을 표시한다. 도 36에서, 바늘(2002)은 조직(2003) 내측에 그리고 종양(2001) 내측에 있고, 따라서, 도 37에서, 근접도 스펙트럼 표시자(2056a)는 거리(d1)가 음의 값임을 표시하고, 근접도 스펙트럼 표시자(2056b)는 거리(d 2 )가 역시 음의 값임을 표시한다.
다양한 태양에서, 근접도 스펙트럼 표시자(2056a, 2056b)는 근접도를 검출하기 위한 컬러, 수치 값 또는 범위, 및/또는 다른 기호를 포함할 수 있다. 소정의 경우에, 단일 근접도 스펙트럼 표시자가 상이한 거리들(d1 및 d2) 사이에서 교번하고 그리고/또는 토글링할 수 있고 그리고/또는 임상의가 디스플레이하기 위한 하나 이상의 거리를 선택할 수 있다.
다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(2000)은 바늘(2002)이 종양(2001) 주위의 사전한정된 범위의 위치, 최소 거리 한계, 및/또는 근접도 구역 및/또는 조직(2003) 내의 깊이에 접근할 때 임상의에게 경보, 경고, 또는 다른 표시를 제공하도록 구성된다.
수술 시각화 시스템(2000)은 비행-시간 센서 시스템으로(예컨대, 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 표면(2005), 바늘(2002), 및 종양(2001)에 대한 표적화된 파장으로) 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성된다. 또한, 삼각측량 알고리즘이 예를 들어 거리(d1 및 d2)와 같은, 구조물들 사이의 상대 거리를 결정할 수 있다.
소정의 경우에, 도 34 내지 도 37에 도시된 생검 절차는 도 38에 도시된 바와 같이, 예를 들어 접촉-기반 초음파 유도로 증강될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 조직 내에 매립된 또는 달리 시야로부터 숨겨진 하나 이상의 중요 구조물을 식별하도록, 그리고 가시 조직 및/또는 중요 구조물(들)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성된다. 소정의 경우에, 중요 구조물은 예를 들어 파지기, 절개기, 스테이플러, 스테이플, 스테이플 열(row)/라인, 원형 스테이플러, 원형 스테이플러 앤빌, 위 부지, 또는 탈장 택/클립과 같은 수술 장치일 수 있다. 수술 절차 동안, 이들 중요 구조물의 위치를 추적하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 수술 절차의 후속 단계가 이전 단계 동안 이식 및/또는 이동되었던 중요 구조물의 위치에 의존할 수 있다.
일례로서, 결장의 저위 전방 절제술(LAR) 동안, 임상의는 단부의 문합에 영향을 미치기 전에 결장의 단부를 따른 스테이플 라인을 식별 및 추적하기를 원할 수 있다. 도 39 내지 도 41의 예시적인 LAR 절차를 참조하면, 결장(2270)이 예를 들어 암성 종양과 같은 중간 부분을 제거하기 위해 2개의 부분, 즉 제1 결장 부분(2272) 및 제2 결장 부분(2274)으로 횡절단될 수 있다. 스테이플의 열은 절제 전에 제1 결장 부분(2272) 및/또는 제2 결장 부분(2274)의 종단된 단부를 밀봉할 수 있다.
원형 스테이플러(2202)가 제1 및 제2 결장 부분(2272, 2274)을 절제하기 위해 이용될 수 있다. 도 39에 도시된 바와 같이, 원형 스테이플러(2202)는 제1 결장 부분(2272) 내에 위치되고, 앤빌(2204)이 제2 결장 부분(2274) 내에 위치된다. 예를 들어, 원형 스테이플러(2202)는 항문경유로 삽입될 수 있고, 앤빌(2204)은 절개부를 통해 위치될 수 있다. 도 40에 도시된 바와 같이, 앤빌(2204)과 원형 스테이플러(2202)는 정렬되고, 앤빌(2204)은 원형 스테이플러(2202)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 원형 스테이플러(2202)의 투관침(2206)(도 39)이 앤빌(2204)의 샤프트(2208)(도 39) 내에 위치될 수 있다. 그 후에, 도 41을 참조하면, 원형 스테이플러(2202)는 제1 결장 부분(2272)과 제2 결장 부분(2274) 사이의 밀봉된 경로를 형성하도록 앤빌(2204)에 대항하여 나이프 및 스테이플을 발사한다. LAR 절차는 abdominalkey.com/open-technique-for-low-anterior-resection에서 입수가능한 문헌[저위 전방 절제술을 위한 개복 기법(OPEN TECHNIQUE FOR LOW ANTERIOR RESECTION)]에 추가로 기술되어 있다.
원형 스테이플러(2202)와 앤빌(2204)의 적절한 정렬은 제1 결장 부분(2272) 및 제2 결장 부분(2274)을 밀봉하는 데 중요하다. 따라서, 절차 동안 원형 스테이플러(2202) 및/또는 앤빌(2204)을 시각화하는 것이 도움이 될 수 있다. 또한, 스테이플 라인의 위치를 시각화하고 그에 대한 하나 이상의 거리를 결정하는 것이 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 임상의가 장치의 정렬 및/또는 위치설정을 용이하게 하기 위해 절차 동안 원형 스테이플러(2202), 앤빌(2204), 및 하나 이상의 스테이플 라인(및 그에 따라 결장(2270)의 절단된 단부)의 근접도를 추적하기를 원할 수 있다. 수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 예를 들어 결장(2270)의 원하는 출구 지점에 대한 투관침(2206)의 위치뿐만 아니라, 원형 스테이플러(2202), 투관침(2206), 및 앤빌(2204)의 위치를 이미징, 시각화, 및 추적하기 위해 이용될 수 있다.
이제 도 42 내지 도 45를 참조하면, 수술 시각화 시스템(2300)이 도시되어 있다. 수술 시각화 시스템(2300)은 많은 측면에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2300)은 조직 내에 매립된 또는 달리 시야로부터 숨겨진 하나 이상의 중요 구조물을 식별하도록, 그리고 가시 조직 및/또는 중요 구조물(들)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 수술 시각화 시스템(2300)은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라(2320)를 포함한다. 예를 들어, 카메라(2320)는 방출기(2306) 및 수신기(2308)를 포함한다. 방출기(2306)는 복수의 조직-침투 파를 방출하도록 구성된다. 다양한 경우에, 방출기(2306)는 조직에 침투하고 수술 장치 또는 다른 해부학적 구조물과 같은 하나 이상의 중요 구조물에 도달하도록 구성되는, 복수의 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광 파형을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출기(2306)는 결장(2303)에 침투하는 파형을 방출하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템(2300)은 또한 구조화된 광원을 포함한다.
예를 들어 신경, 혈관, 또는 요관과 같은 숨겨진 해부학적 구조물, 및 예를 들어 수술용 엔드 이펙터, 샤프트, 또는 스테이플과 같은 수술 장치의 식별이 본 명세서에 추가로 기술된다. 예를 들어, 초분광 카메라(2320) 상의 수신기(2308)는 제1 장치(2302a) 및 제2 장치(2302b)와 같은 수술 장치를 포함하여 중요 구조물을 식별하도록 구성된다. 제1 장치(2302a)는 로봇 파지기 도구이고, 제2 장치(2302b)는 로봇 스테이플링 도구이다. 다른 경우에, 예를 들어, 장치(2302a, 2302b)는 핸드헬드 수술 기구일 수 있고 복강경 절차에 사용될 수 있다. 소정의 경우에, 수신기(2308)는 장치(2302a, 2302b)의 샤프트 및/또는 엔드 이펙터를 식별할 수 있다. 추가적으로, 초분광 카메라(2320) 상의 수신기(2308)는 결장(2303) 내의 스테이플 라인(2380a, 2380b)을 식별하도록 구성된다. 일 태양에서, 임상의가 수술 절차 동안 추적하기 위한 중요 구조물(예컨대, 수술 장치(2302a, 2302b) 및/또는 스테이플 라인(2380a, 2380b))의 일부분을 선택하거나 태깅할 수 있다. 구조물의 태깅은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 예를 들어 발명의 명칭이 수술 시각화 및 모니터링인, 동시-출원된 미국 특허 출원 제16/128,193호에 추가로 기술되어 있다.
수신기(2308)는 수술중에 중요 구조물(예컨대, 수술 장치(2302a, 2302b), 및 스테이플 라인(2380a, 2380b))의 위치를 추적하도록 구성된다. 다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(2300)은 도 39 내재 도 41에 도시된 바와 같이, LAR 절차 동안 사용하도록 구성된다. 그러한 절차에서, 역시 차단되거나 부분적으로 차단될 수 있는 스테이플 라인(2380a, 2380b)에 대해 차단되거나 부분적으로 차단된 수술 장치(2302a, 2302b)를 시각화하는 것이 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 중요 구조물은 지방 또는 장간막에 의해 차단될 수 있다. 수술 시각화 시스템(2300)은 또한 카메라(2320) 및 디스플레이(2350)(도 43 및 도 45)를 포함하는 이미징 시스템을 포함한다. 수술 장치(2302a, 2302b)와 스테이플 라인(2380a, 2380b)의 상대 위치는 이미징 시스템의 디스플레이(2350)를 통해 임상의에게 전달될 수 있다.
이제 도 43을 참조하면, 디스플레이(2350)는 수술 부위의 비디오 피드를 실시간으로 디스플레이하도록 구성되는 모니터이다. 예를 들어, 카메라(2320)로부터의 이미지는 임상의에게 수술 부위의 라이브 뷰를 제공하도록 수술중에 디스플레이(2350)로 전달될 수 있다. 또한, 수술 부위의 뷰는 숨겨진 중요 구조물 및/또는 거리를 포함하는 추가 정보로 증강될 수 있다. 디스플레이(2350)는 수술 부위의 뷰로 증강된 그의 숨겨진 부분을 포함하는 수술 장치(2302a, 2302b) 및 차단된 스테이플 라인(2380a, 2380b)을 도시한다.
다양한 경우에, 디스플레이(2350)는 또한 수술 부위에서 소정의 해부학적 구조물의 3차원 렌더링을 묘사한다. 예를 들어, 결장(2303)이 디스플레이(2350) 상에 묘사될 수 있다. 결장(2303)의 렌더링 및 그의 이동은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 구조화된 광 및 표면 매핑 로직을 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 초분광 카메라(2320)는 구조화된 광원을 추가로 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 결장(2303) 상으로 구조화된 광 패턴을 방출할 수 있다. 또한, 초분광 카메라(2320)는 또한 구조화된 광 패턴을 검출하도록 구성되는 수신기를 포함할 수 있다. 다른 경우에, 별개의 장치가 구조화된 광 패턴을 방출 및/또는 검출할 수 있다. 도 43 및 도 45의 뷰를 참조하면, 결장(2303)은 구조화된 광 및 표면 매핑 로직으로부터 획득된 섀도우/백그라운드 이미지로서 도시되어 있고, 분광 이미징으로 식별된 중요 구조물(예컨대, 수술 장치(2302a, 2302b) 및 스테이플 라인(2380a, 2380b))은 디스플레이(2350) 상의 결장(2303)의 3차원 렌더링에 오버레이된다.
디스플레이(2350)는 또한 스테이플 라인들(2380a, 2380b) 중 하나 또는 둘 모두에 대한 수술 장치들(2302a, 2302b) 중 하나 또는 둘 모두의 근접도를 전달하는 근접도 스펙트럼 표시자(2356)를 포함한다. 다양한 경우에, 임상의는 근접도 스펙트럼 표시자(2356)를 추적 및 모니터링하고 그리고/또는 디스플레이(2350) 상에 도시하기 위해 스테이플 라인(2380a, 2380b) 및 수술 장치(2302a, 2302b)를 선택적으로 고를 수 있다. 다른 경우에, 근접도 스펙트럼 표시자(2356)는 상이한 수술 장치들(2302a, 2302b) 및/또는 스테이플 라인들(2380a, 2380b) 사이에서 교번하고 그리고/또는 토글링할 수 있거나, 상이한 수술 장치(2302a, 2302b) 및 스테이플 라인(2380a, 2380b)에 대한 상이한 스펙트럼 표시자(2356)를 포함할 수 있다. 소정의 경우에, 태깅된 스테이플 라인(2380a, 2380b)이 예를 들어 카메라(2320)에 의해 추적되고 디스플레이(2350) 상에서 가시적으로 유지될 수 있다.
근접도 스펙트럼 표시자(2356)는 스테이플 라인(2380a, 2380b)에 대한 수술 장치(2302a, 2302b)의 근접도를 전달하기 위해 컬러(예컨대, 적색, 황색, 녹색), 치수, 및/또는 다른 기호를 이용할 수 있다. 예를 들어, 근접도 구역은 스테이플 라인(2380a, 2380b) 주위에 한정될 수 있고, 이는 컬러 또는 컬러의 범위가 할당될 수 있다. 거리가 수술중에 변화함에 따라, 마커(2354)가 근접도 구역을 실시간으로 전달하도록 근접도 스펙트럼 표시자(2356)를 따라 이동할 수 있다. 도 43 및 도 45를 계속 참조하면, 마커(2354)는 예를 들어 근접도가 감소함에 따라 녹색 구역으로부터 황색 구역으로, 적색 구역으로 이동할 수 있다.
다양한 경우에, 수술 시각화 시스템(2300)은 수술 장치들(2302a, 2302b) 중 하나가 스테이플 라인(2380a, 2380b) 주위의 사전한정된 범위의 위치, 최소 거리 한계, 및/또는 근접도 구역에 접근할 때 임상의에게 경보, 경고, 또는 다른 표시를 제공하도록 구성된다. 경보는 수술 장치(2302a, 2302b)의 유형에 기초하여 상이한 임계 거리에서 제공될 수 있다. 하나의 경우에, 수술 시각화 시스템(2300)은 마커(2354)가 적색 구역 내로 이동할 때 경고를 제공할 수 있다.
수술 시각화 시스템(2300)은 각각 수술 장치(2302a, 2302b)로부터의 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2300)은 (예컨대, 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 수술 장치(2302a, 2302b) 및 스테이플 라인(2380a, 2380b)에 대한 표적화된 파장으로) 카메라(2320)로부터의 다양한 거리를 결정하도록 비행-시간 거리 측정을 이용할 수 있다. 삼각측량 알고리즘이 이어서 예를 들어 구조물들 사이의 상대 거리를 결정할 수 있다.
소정의 경우에, 로봇 시스템이 태깅된 스테이플 라인(2380a, 2380b)에 대해, 문합과 같은 후속 수술 단계를 위해 그것을 파지하고 결장을 위치시키려는 듯이, 자율적으로 추적하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템은 스테이플 라인(2380a, 2380b)으로부터 멀어지게 그리고/또는 스테이플 라인(2380a, 2380b) 위로 사전설정된 거리의 위치로 자동으로 이동할 수 있다. 스테이플 라인(2380a, 2380b)과 근접하게 자동으로 이동할 때, 로봇 콘솔에 있는 임상의가 명령 스테이션/콘솔에 있는 제어부를 통해 수술 도구를 추가로 위치시킬 수 있다.
결장(2303)의 문합이 예를 들어 도 44 및 도 45에 도시되어 있다. 결장(2303)의 문합을 위한 원형 스테이플(2302c) 및 앤빌(2302d)을 포함하는 수술 장치(2302)가 도 44에 예시되어 있다. 예를 들어, 로봇 시스템은, 수술 장치(2302)의 앤빌(2302d)이 원형 스테이플러(2302c)를 향한 상태에서, 스테이플 라인(2380a)을 파지하고 스테이플 라인(2380a)을 당기도록 수술 장치(2302a)를 제어할 수 있다. 그러한 경우에, 초분광 카메라(2320)는 결장(2303)의 하부 부분 내에 숨겨진 원형 스테이플러(2302c), 및 결장(2303)의 상부 부분으로 숨겨진 앤빌(2302d)을 검출하도록 구성된다. 소정의 경우에, 앤빌(2302d) 및 원형 스테이플러(2302c)의 시각화는 원형 스테이플러(2302c)의 투관침(2312)과의 앤빌(2302d)의 정렬을 용이하게 할 수 있다.
이제 도 45를 참조하면, 수술 시각화 시스템(2300)을 위한 디스플레이(2350)가 도시되어 있다. 디스플레이(2350)는 결장(2303)의 가시 조직의 표면 맵 상에 오버레이된, 그의 숨겨진 부분을 포함하여, 차단된 스테이플 라인(2380a, 2380b), 수술 장치(2302a), 원형 스테이플러(2302c), 앤빌(2302d), 및 다른 파지기 장치(2302e)를 도시한다. 디스플레이(2350)는 앤빌(2302d)로부터 제1 스테이플 라인(2380a)까지의 거리(d1) 및 앤빌(2302d)로부터 원형 스테이플러(2302c)의 투관침(2312)까지의 거리(d2)로 추가로 증강된다.
수술 시각화 시스템(2300)은 복강경으로부터 관찰될 때 결장(2303) 내에서 수술 장치(2302)(즉, 원형 스테이플러(2302c) 및 앤빌(2302d))를 보도록 채용될 수 있다. 다양한 경우에, 임상의는 수술 장치(2302) 또는 다른 수술 장치의 가시도를 토글링하여 온 또는 오프시킬 수 있다. 수술 장치(2302)가 시각화될 때, 임상의는 원형 스테이플러(2302c), 투관침(2312), 및 앤빌(2302d)의 위치를 볼 수 있다. 추가적으로, 임상의는 결장(2303)으로부터의 원하는 출구 지점에 대해 투관침(2312)의 위치를 시각화할 수 있다.
이제 도 46을 참조하면, 수술 장치, 더욱 구체적으로는 부지(2402)가 그 내부에 위치된 위(2403)가 도시되어 있다. 부지(2402)는 전형적으로 가요성 또는 유연성 본체(2412)로 구성되는 수술 장치이다. 부지(2402)는 또한 강성 플라스틱 또는 금속으로 구성될 수 있는 하나 이상의 밴드(2414a, 2414b, 2414c, 2414d, 2414e, 2414f, 2414g)를 포함할 수 있다. 슬리브 위절제술 동안, 부지(2402)는 위(2403)의 더 작은 곡률을 따라 위(2403) 내에 위치될 수 있고, 위의 인접한 부분, 전형적으로 기저부(2405)가 제거될 수 있다. 예를 들어, 스테이플의 라인(2416)이 위(2403)를 절개하고 위(2403)의 나머지 부분으로부터 기저부(2405)를 제거할 수 있다.
이제 도 47을 참조하면, 슬리브 위절제술의 스테이플링 단계가 도시되어 있다. 스테이플링 단계에서, 선형 스테이플러(2502a) 및 파지기(2502b)가 위의 조직(2503)에 영향을 미친다. 스테이플러(2502a) 및 파지기(2502b)는 로봇 수술 절차 동안의, 예를 들어 로봇 도구일 수 있다. 유문(pylorus)과 같은 중요 구조물(2501)이 조직(2503)에 의해 적어도 부분적으로 숨겨진다. 또한, 부지(2512)가 위의 조직(2503) 내에 위치된다. 다양한 경우에, 외과의는 중요 구조물(2501)에 대한 선형 스테이플러(2502a), 파지기(2502b), 및/또는 부지(2512)의 위치를 알기를 원할 수 있다. 예를 들어, 부지(2512)를, 예를 들어 유문으로부터 적어도 5 cm와 같은, 중요 구조물(2501)로부터의 최소 거리(α)로 이격시키는 것이 중요할 수 있다. 그러한 경우에, 중요 구조물(2501)은 부지(2512)의 위치설정을 위한 해부학적 랜드마크를 구성한다. 다양한 경우에, 예를 들어 중요 구조물(2501) 및/또는 부지(2512)와 같은 검출가능한 중요 구조물은 다른 수술 장치의 위치설정을 위한 해부학적 랜드마크로서 작용할 수 있다. 다양한 해부학적 구조물에 대한 부지(2512)의 적절한 위치설정을 보장하기 위해 다른 거리가 또한 모니터링되고 그리고/또는 시각화될 수 있다. 예를 들어, 선형 스테이플러(2502a)를, 스테이플에 대한 과도한 변형을 방지하면서 위 슬리브의 적절한 크기설정을 위한 부지(2512)로부터의 적절한 거리에 위치시키는 것이 중요할 수 있다. 위 슬리브 절차는, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 medicaldevices.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1474028에서 입수가능한 문헌[ASME, J. Med. Devices, 2010; Vol. 4, Issue 2]의 논문["정확한 잔여 위 용적을 위한 슬리브 위절제술 수술 보조 기구(Sleeve Gastrectomy Surgical Assistive Instrument for Accurate Remnant Stomach Volume)"]에 추가로 기술되어 있다. 위 슬리브 절차는 aischannel.com/society/main-steps-to-perform-a-sleeve-gastrectomy/에 추가로 기술되어 있다.
이제 도 48 및 도 49를 참조하면, 수술 시각화 시스템(2600)이 도시되어 있다. 수술 시각화 시스템(2600)은 많은 측면에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2600)은 조직 내에 매립된 또는 달리 시야로부터 숨겨진 하나 이상의 중요 구조물을 식별하도록, 그리고 가시 조직 및/또는 중요 구조물(들)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 수술 시각화 시스템(2600)은 위 슬리브 절차 동안 위(2603) 내에 위치된 숨겨진 부지(2612)의 시각화를 허용하도록 구성된다. 부지(2612)는 가요성, 팽창가능 본체 또는 슬리브(2614) 및 밴드(2616)를 포함한다. 다른 경우에, 부지(2612)는 도 48에 도시된 5개보다 많거나 적은 밴드(2616)를 가질 수 있다. 밴드(2616)는 본체(2614)와 상이한 재료로 구성된다. 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 분광 이미징은 상이한 재료를, 그리고 그에 따라, 부지(2612)가 위(2603) 내에서 숨겨질 때에도, 부지(2612)의 위치를 식별하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 부지(2612)는 분광 이미징으로 검출될 수 있는, 핵심적인 세그먼트에서 광학적으로 상이한 재료로 구성된다.
수술 시각화 시스템(2600)은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라(2620)를 포함한다. 예를 들어, 카메라(2620)는 방출기(2606) 및 수신기(2608)를 포함할 수 있다. 카메라(2620)는 수술 부위를 이미징하도록 복강경 절차 동안 이용될 수 있다. 방출기(2606)는 복수의 조직-침투 파를 방출하도록 구성된다. 다양한 경우에, 방출기(2606)는 조직에 침투하고 수술 장치 또는 다른 해부학적 구조물과 같은 하나 이상의 중요 구조물에 도달하도록 구성되는, 복수의 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광 파형을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출기(2606)는 위(2603)에 침투하는 파형을 방출하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템(2600)은 또한 구조화된 광원 및 수신기/이미지 센서(2068)를 포함할 수 있고, 이는 위(2603)의 표면 토포그래피를 결정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어 신경, 혈관, 또는 요관과 같은 숨겨진 해부학적 구조물, 및 예를 들어 수술용 엔드 이펙터, 샤프트, 또는 스테이플과 같은 수술 장치의 식별이 본 명세서에 추가로 기술된다. 예를 들어, 초분광 카메라(2620) 상의 수신기(2608)는 선형 스테이플러(2602)와 같은 수술 도구뿐만 아니라, 부지(2612), 본체(2614), 및 밴드(2616)와 같은 수술 장치를 포함하는 중요 구조물을 식별 및 추적하도록 구성된다.
수술 시각화 시스템(2600)은 또한 카메라(2620) 및 디스플레이(2650)(도 49)를 포함하는 이미징 시스템을 포함한다. 선형 스테이플러(2602)와 부지(2612)의 상대 위치는 이미징 시스템의 디스플레이(2650)를 통해 임상의에게 전달될 수 있다.
이제 도 49를 참조하면, 디스플레이(2650)는 수술 부위의 비디오 피드를 실시간으로 디스플레이하도록 구성되는 모니터이다. 예를 들어, 카메라(2620)로부터의 이미지는 임상의에게 수술 부위의 라이브 뷰를 제공하도록 수술중에 디스플레이(2650)로 전달될 수 있다. 또한, 수술 부위의 뷰는 숨겨진 중요 구조물 및/또는 거리를 포함하는 추가 정보로 증강될 수 있다. 디스플레이(2650)는 수술 부위의 뷰로 증강된 차단된 부지(2612)를 도시한다. 다양한 경우에, 부지(2612)와 같은 차단된 중요 구조물의 시각화는 임상의에 의해 토글링되어 온 및 오프될 수 있다. 예를 들어, 부지(2612)는 디폴트 뷰에서 섀도우로서 묘사될 수 있고 특정 사용자 입력에 의해 디스플레이(2650)로부터 선택적으로 제거될 수 있다.
다양한 경우에, 디스플레이(2650)는 또한 수술 부위에서 소정의 해부학적 구조물의 3차원 렌더링을 묘사한다. 예를 들어, 위(2603)가 디스플레이(2650) 상에 묘사될 수 있다. 위(2603)의 렌더링은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 구조화된 광 및 표면 매핑 로직을 통해 획득될 수 있다. 도 49의 뷰를 참조하면, 위(2603)는 구조화된 광 및 표면 매핑 로직으로부터 획득된 섀도우/백그라운드 이미지로서 도시되어 있고, 중요 구조물(예컨대, 부지(2612) 및 선형 스테이플러(2602))은 백그라운드에 오버레이된다. 다시 말하면, 숨겨진 구조물의 분광 이미지는 위(2603)의 3차원 표현과 통합된다.
수술 시각화 시스템(2600)은 선형 스테이플러(2602) 및/또는 부지(2612)로부터 중요 구조물, 예컨대 유문, 즉 위(2603)로부터 소장 내로의 개구까지의 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템(2600)은 (예컨대, 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 수술 장치 및/또는 해부학적 구조물에 대한 표적화된 파장으로) 카메라(2620)로부터의 다양한 거리를 결정하도록 비행-시간 거리 측정을 이용할 수 있다. 삼각측량 알고리즘이 이어서 예를 들어 구조물들 사이의 상대 거리를 결정할 수 있다. 다양한 경우에, 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 거리가 임계 값 및/또는 범위를 충족할 때 경보가 제공될 수 있다.
다양한 경우에, 부지(2612)의 상이한 재료는 선형 스테이플러(2602)의 위치설정을 보조할 수 있다. 예를 들어, 소정의 위 슬리브 절차에서, 햅틱은 선형 스테이플러(2602)의 배치에 관한 피드백을 임상의에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 임상의가 부지(2612)의 위치를 결정하기 위해 위(2603)를 촉진할 수 있다. 그러나, 로봇 응용에서, 임상의가 햅틱/촉각 피드백에 기초하여 부지(6212)의 위치를 충분히 평가할 수 없을 수 있다. 부지(2612)의 시각화는 햅틱에 대한 대체 및/또는 보충을 제공할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2600)은 선형 스테이플러(2602)의 원위 단부로부터 부지(2612)까지의 거리를 결정하도록 구성되며, 이는 로봇 시스템이 다양한 의료 장치를 위치설정하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 거리(들) 및/또는 위치(들)는 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미징 시스템에 의해 임상의에게 전달될 수 있다.
다양한 태양에서, 수술 시각화 시스템이 예를 들어 클립과 같은 금속성 패스너를 식별하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수술용 클립이 수술 절차 동안 조직 내에 매립될 수 있다(예컨대, 정맥 또는 동맥 상에 배치되어 그것을 폐색함). 수술용 클립에 대항하여 스테이플을 발사하는 것은 결과적인 발사 운동에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터의 조오들 사이의 수술용 클립이 엔드 이펙터가 조직을 균일하게 클램핑하는 것을 방해할 수 있고 그리고/또는 폐쇄 빔, 발사 부재, 및/또는 절단 요소를 재밍시킬(jam) 수 있다. 추가적으로, 스테이플이 수술용 클립에 대항하여 발사되는 경우, 스테이플은 빗나가고 그리고/또는 변형될 수 있다. 그러한 경우에, 스테이플 라인은 불완전한 밀봉을 야기할 수 있다. 본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 수술용 클립을 식별하고, 다양한 경우에 수술용 클립이 수술 장치에 너무 가깝게(예컨대, 횡절단 위치 내에 또는 그 부근에) 위치될 때 임상의에게 통지할 수 있다.
이제 도 50 및 도 51을 참조하면, 수술 시각화 시스템(2700)이 도시되어 있다. 수술 시각화 시스템(2700)은 많은 측면에서 수술 시각화 시스템(100)(도 1)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 시각화 시스템(2700)은 조직 내에 매립된 또는 달리 시야로부터 숨겨진 하나 이상의 중요 구조물을 식별하도록, 그리고 가시 조직 및/또는 중요 구조물(들)에 대한 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 수술 시각화 시스템(2700)은 수술 절차 동안 조직(2703) 내의 숨겨진 클립(2712)의 시각화를 허용하도록 구성된다. 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 분광 이미징은 클립(2712)의 재료를, 그리고 그에 따라, 클립(2712)이 시야로부터 숨겨질 때에도, 클립(2712)의 위치를 식별하도록 구성될 수 있다.
수술 시각화 시스템(2700)은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라(2720)를 포함한다. 예를 들어, 카메라(2720)는 방출기(2706) 및 수신기(2708)를 포함한다. 카메라(2720)는 수술 부위를 이미징하도록 복강경 절차 동안 이용될 수 있다. 방출기(2706)는 복수의 조직-침투 파를 방출하도록 구성된다. 다양한 경우에, 방출기(2706)는 조직에 침투하고 수술 장치 또는 다른 해부학적 구조물과 같은 하나 이상의 중요 구조물에 도달하도록 구성되는, 복수의 초분광, 다중분광, 또는 선택적 분광 파형을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출기(2706)는 조직(2703)에 침투하는 파형을 방출하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템(2700)은 또한 구조화된 광원을 포함하고, 이는 조직(2703)의 표면 토포그래피를 결정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어 신경, 혈관, 또는 요관과 같은 숨겨진 해부학적 구조물, 및 예를 들어 수술용 엔드 이펙터, 샤프트, 또는 스테이플과 같은 수술 장치의 식별이 본 명세서에 추가로 기술된다. 예를 들어, 초분광 카메라(2720) 상의 수신기(2708)는 선형 스테이플러(2702a) 및 파지기(2702b)와 같은 수술 도구뿐만 아니라, 예를 들어 혈관(2701)과 같은 해부학적 구조물, 예를 들어 클립(2712)과 같은 수술 장치를 포함하는 중요 구조물을 식별 및 추적하도록 구성된다.
수술 시각화 시스템(2700)은 또한 카메라(2720) 및 디스플레이(2750)(도 51)를 포함하는 이미징 시스템을 포함한다. 수술 장치(2702a, 2702b), 클립(2712), 및 혈관(2701)의 상대 위치는 이미징 시스템의 디스플레이(2750)를 통해 임상의에게 전달될 수 있다.
이제 도 51을 참조하면, 디스플레이(2750)는 수술 부위의 비디오 피드를 실시간으로 디스플레이하도록 구성되는 모니터이다. 예를 들어, 카메라(2720)로부터의 이미지는 임상의에게 수술 부위의 라이브 뷰를 제공하도록 수술중에 디스플레이(2750)로 전달될 수 있다. 또한, 수술 부위의 뷰는 숨겨진 중요 구조물 및/또는 거리를 포함하는 추가 정보로 증강될 수 있다. 디스플레이(2750)는 수술 부위의 뷰로 증강된 차단된 클립(2712)을 도시한다. 다양한 경우에, 클립(2712)과 같은 차단된 중요 구조물의 시각화는 임상의에 의해 토글링되어 온 및 오프될 수 있다. 예를 들어, 클립(2712)은 디폴트 뷰에서 섀도우로서 묘사될 수 있고 특정 사용자 입력에 의해 디스플레이(2750) 상의 뷰로부터 선택적으로 제거될 수 있다.
다양한 경우에, 디스플레이(2750)는 또한 수술 부위에서 소정의 해부학적 구조물의 3차원 렌더링을 묘사한다. 예를 들어, 조직(2703)이 디스플레이(2750) 상에 묘사될 수 있다. 조직(2703)의 렌더링은 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 구조화된 광 및 표면 매핑 로직을 통해 획득될 수 있다. 도 51의 디스플레이(2750) 상의 뷰를 참조하면, 조직(2703)은 구조화된 광 및 표면 매핑 로직으로부터 획득된 섀도우/백그라운드 이미지로서 도시되어 있고, 분광 이미징으로 식별된 중요 구조물(예컨대, 클립(2712), 혈관(2701), 및 수술 장치(2702a, 2702b))은 백그라운드에 오버레이된다. 다시 말하면, 숨겨진 구조물의 분광 이미지는 조직(2703)의 3차원 표현과 통합된다.
수술 시각화 시스템(2600)은 중요 구조물로부터의 하나 이상의 거리를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 클립(2712)에 대한 수술 장치(2702a, 2702b)의 근접도가 추적될 수 있다. 수술 시각화 시스템(2700)은 (예컨대, 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같이, 수술 장치 및/또는 해부학적 구조물에 대한 표적화된 파장으로) 카메라(2720)로부터의 다양한 거리를 결정하도록 비행-시간 거리 측정을 이용할 수 있다. 삼각측량 알고리즘이 이어서 예를 들어 구조물들 사이의 상대 거리를 결정할 수 있다.
도 50에 도시된 바와 같이, 클립(2712)은 선형 스테이플러(2702a)의 대향하는 조오들 사이에 위치된다. 그러한 경우에, 클립(2712)은 선형 스테이플러(2702a)와 클립(2712) 사이의 최소 거리에 의해 한정될 수 있는, 선형 스테이플러(2702a)의 근접도 구역 내에 있을 수 있다. 다양한 경우에, 근접도 구역은 수술 장치 및/또는 수술 절차의 단계에 의존할 수 있다. 클립(2712)이 선형 스테이플러(2702a)의 근접도 구역 내에 있기 때문에, 디스플레이(2750)는 임상의에게 경보 또는 경고를 제공하도록 구성된다. 경보는 예를 들어 스크린 상의 느낌표 지점 또는 다른 기호로서 그리고/또는 점멸(flashing), 점등(light), 및/또는 음성으로 전달될 수 있다. 소정의 경우에, 경고는 예를 들어 근접도 스펙트럼 표시자(2756)를 따라 전달될 수 있다.
유사하게, 수술 시각화 시스템(2700)은 예를 들어 다른 클립, 택, 또는 스테이플과 같은 추가 패스너를 검출하도록, 그리고 예를 들어 수술 장치의 엔드 이펙터 또는 샤프트와 같은 수술 장치 또는 그의 부분에 대해 패스너를 추적하도록 구성될 수 있다. 이제 도 52를 참조하면, 복강경 탈장 수복 절차가 도시되어 있다. 그러한 절차 동안, 수술용 택(2812)이 수술용 메시(2814)를 복벽과 같은 조직(2803)에 고정시키도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 수술용 메시(2814)는 장이 복벽 내로 돌출되는 것을 방지하도록 복벽에 고정될 수 있다.
다양한 경우에, 수술 시각화 시스템은 택(2812)이 중요 구조물을 손상시키지 않고 그리고/또는 중요 구조물에 대해 임계 근접도 구역 내에 위치되지 않는 것을 보장하기 위해 수술용 택(2812)을 식별하도록 구성될 수 있다. 도 52를 다시 참조하면, 수술 시각화 시스템은 수술용 택(2812), 메시(2814), 수술 장치, 및 장 상의 탈장(2801)과 같은 하나 이상의 해부학적 구조물을 식별하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 수술 시각화 시스템은 복강 내의 장과 같은 조직의 3차원 표현을 생성하기 위해 구조화된 광과 조합하여 하나 이상의 구조물을 식별하도록 분광 이미징을 이용할 수 있다. 소정의 경우에, 시스템은 택(2812), 조직(2803), 탈장(2801), 및 메시(2814)의 초분광 시그니처 차이를 통해 택(2812)의 깊이 확인을 제공할 수 있다. 소정의 경우에, 수술 시각화 시스템은 택(2812)을 통해 조직(2803)과 결합시키기 위해, 예를 들어 숨겨진 메시(2814)의 가시도를 제공할 수 있다. 본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템은 탈장 택을 식별하고, 다양한 경우에 수술용 택이 수술 장치 및/또는 중요 구조물에 너무 가깝게 위치될 때 임상의에게 통지할 수 있다.
예시적인 임상 응용
본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템이 하기 임상 응용들 중 하나 이상에 채용될 수 있다. 하기 임상 응용은 본 명세서에 개시된 다양한 수술 시각화 시스템들 중 하나 이상에 대한 비-포괄적이며 단지 예시적인 응용이다.
수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 예를 들어 비뇨기과, 부인과, 종양학, 결장직장, 흉부, 비만/위, 및 간-췌장-담관(HPB)과 같은, 상이한 의료 전공에 대한 다수의 상이한 유형의 절차에 채용될 수 있다. 예를 들어 전립선절제술과 같은 비뇨기과 절차에서, 예를 들어 요관은 지방 또는 결합 조직에서 검출될 수 있고 그리고/또는 신경은 지방에서 검출될 수 있다. 예를 들어 자궁절제술과 같은 부인과 종양학 절차에서, 그리고 예를 들어 저위 전방 절제술(LAR) 절차와 같은 결장직장 절차에서, 요관은 예를 들어 지방 및/또는 결합 조직에서 검출될 수 있다. 예를 들어 엽절제술과 같은 흉부 절차에서, 혈관이 폐에서 또는 결합 조직에서 검출될 수 있고 그리고/또는 신경이 연결 조직에서 검출될 수 있다(예컨대, 식도조루술). 비만 절차에서, 혈관이 지방에서 검출될 수 있다. 예를 들어, 간절제술 또는 췌장절제술과 같은 HPB 절차에서, 혈관이 지방(간외)에서, 결합 조직(간외)에서 검출될 수 있고, 담관은 실질(간 또는 췌장) 조직에서 검출될 수 있다.
일례에서, 임상의가 자궁내막 근종을 제거하기를 원할 수 있다. 수술전 자기 공명 영상(MRI) 스캔으로부터, 임상의는 자궁내막 근종이 장의 표면 상에 위치된 것을 알 수 있다. 따라서, 임상의는 수술중에 어떤 조직이 장의 일부분을 구성하고 어떤 조직이 직장의 일부분을 구성하는지는 알기를 원할 수 있다. 그러한 경우에, 수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 상이한 유형의 조직(장 대 직장)을 표시하고 그러한 정보를 이미징 시스템을 통해 임상의에게 전달할 수 있다. 또한, 이미징 시스템은 선택된 조직에 대한 수술 장치의 근접도를 결정 및 전달할 수 있다. 그러한 경우에, 수술 시각화 시스템은 중대한 합병증 없이 증가된 절차 효율을 제공할 수 있다.
다른 예에서, 임상의(예컨대, 부인과 의사)가 중요 구조물에 너무 가까워지는 것을 회피하기 위해 소정의 해부학적 영역으로부터 떨어져 머무를 수 있고, 따라서 임상의는 예를 들어 모든 자궁내막증을 제거할 수 없다. 수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 부인과 의사가 수술 장치로 모든 자궁내막증을 제거하기에 충분히 가까워질 수 있도록 부인과 의사가 중요 구조물에 너무 가까워지는 위험을 완화시킬 수 있게 할 수 있으며, 이는 환자 결과를 개선할 수 있다(수술 대중화(democratizing surgery)). 그러한 시스템은 외과의가, 특히 예를 들어 초음파 또는 전기수술 에너지와 같은 치료 에너지의 인가 동안, 회피할 영역을 식별하기 위해 반복적으로 정지하고 재시작하는 대신에 수술 절차 동안 "계속 이동"할 수 있게 할 수 있다. 부인과 응용에서, 자궁동맥 및 요관은 중요한 중요 구조물이며, 시스템은 수반되는 조직의 제시 및/또는 두께를 고려하면 자궁절제술 및 자궁내막증 절차에 특히 유용할 수 있다.
다른 예에서, 임상의가, 너무 근접하고 그에 따라 표적 엽 이외의 엽으로의 혈액 공급에 영향을 미칠 수 있는 위치에서 혈관의 절개의 위험이 있을 수 있다. 또한, 환자마다의 해부학적 차이가 특정 환자에 기초하여 상이한 엽에 영향을 미치는 혈관(예컨대, 분지)의 절개로 이어질 수 있다. 수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 원하는 위치에서의 정확한 혈관의 식별을 가능하게 할 수 있으며, 이는 임상의가 적절한 해부학적 확실성으로 절개할 수 있게 한다. 예를 들어, 시스템은 정확한 혈관이 정확한 위치에 있는 것을 확인할 수 있고, 이어서 임상의는 혈관을 안전하게 분할할 수 있다.
다른 예에서, 임상의가 혈관의 해부학적 구조에 대한 불확실성으로 인해 최상의 위치에서 절개하기 전에 다수의 절개를 행할 수 있다. 그러나, 더 많은 절개가 출혈의 위험을 증가시킬 수 있기 때문에 제1 인스턴스(instance)에서 최상의 위치에 절개하는 것이 바람직하다. 수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 절개를 위한 정확한 혈관 및 최상의 위치를 표시함으로써 절개의 수를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 요관 및 기인대(cardinal ligament)는 조밀하고 절개 동안 고유한 문제를 제기한다. 그러한 경우에, 절개의 수를 최소화하는 것이 특히 바람직할 수 있다.
다른 예에서, 암성 조직을 제거하는 임상의(예컨대, 외과 암전문의)가 중요 구조물의 식별, 암의 위치측정, 암의 병기, 및/또는 조직 건강의 평가를 알기를 원할 수 있다. 그러한 정보는 임상의가 "육안"으로 보는 것을 넘어선다. 수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 수술중 의사 결정을 향상시키고 수술 결과를 개선하기 위해 수술중에 그러한 정보를 결정하고 그리고/또는 임상의에게 전달할 수 있다. 소정의 경우에, 수술 시각화 시스템은 예를 들어 내시경 또는 엑소스코프를 사용하는 최소 침습 수술(minimally invasive surgery, MIS), 개복 수술, 및/또는 로봇 접근법과 호환가능할 수 있다.
다른 예에서, 임상의(예컨대, 외과 암전문의)가 수술 절차 동안 지나치게 보수적인 것을 회피하기 위해 하나 이상의 중요 구조물에 대한 수술 도구의 근접도에 관한 하나 이상의 경보를 끄기를 원할 수 있다. 다른 경우에, 임상의는 하나 이상의 중요 구조물로부터 충분히 멀리 떨어져 머무르기 위해 근접도 및/또는 "비 비행 구역"을 표시하도록 햅틱 피드백(예컨대, 진동/버징(buzzing))과 같은 소정 유형의 경보를 수신하기를 원할 수 있다. 수술 시각화 시스템이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 예를 들어 임상의의 경험 및/또는 절차의 원하는 적극성에 기초하여 유연성을 제공할 수 있다. 그러한 경우에, 시스템은 중요 구조물을 예상하고 회피하기 위해 "너무 많이 알고 있는 것"과 "충분히 알고 있는 것" 사이의 균형을 제공한다. 수술 시각화 시스템은 수술 절차 동안 다음 단계(들)를 계획하는 데 도움을 줄 수 있다.
예
본 명세서에 기술된 발명 요지의 다양한 태양이 하기 번호가 부여된 예에 기재된다:
예 1 - 수술 시각화 시스템으로서, 디스플레이 스크린, 표면 상으로 구조화된 광 패턴을 방출하도록 구성되는 수술 장치, 표면 아래에 매립된 구조물을 식별하도록 구성되는 이미지 센서, 및 이미지 센서와 신호 통신하는 제어 회로를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고, 이미징 데이터에 기초하여 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고, 이미지 센서로부터 구조물 및 수술 장치의 이미지를 획득하고, 구조물 및 수술 장치의 이미지를 디스플레이 스크린 상의 표면의 3차원 디지털 표현과 오버레이하고, 이미지로부터 수술 장치로부터 구조물까지의 거리를 결정하도록 구성된다.
예 2 - 예 1에 있어서, 수술 시각화 시스템은 표면에 침투하여 구조물에 도달할 수 있는 복수의 파장들의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성되는 방출기를 추가로 포함하고, 이미지 센서는 반사된 스펙트럼 광을 검출하도록 구성되고, 제어 회로는 반사된 스펙트럼 광에 기초하여 표면 아래의 구조물의 위치를 식별하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 3 - 예 1 또는 예 2에 있어서, 수술 시각화 시스템은 이미지 센서를 포함하는 3차원 카메라를 추가로 포함하고, 이미지는 3차원 이미지를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 4 - 예 1, 예 2, 또는 예 3에 있어서, 디스플레이 스크린은 디지털 근접도 스펙트럼(digital proximity spectrum)을 포함하고, 제어 회로는 수술 장치로부터 구조물까지의 거리를 디지털 근접도 스펙트럼 상에 디스플레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 5 - 예 4에 있어서, 디지털 근접도 스펙트럼은 복수의 컬러들을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 6 - 예 4에 있어서, 디지털 근접도 스펙트럼은 수치 값들의 범위를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 7 - 예 4에 있어서, 디지털 근접도 스펙트럼은 거리들의 범위에 대응하는 복수의 크로스-해칭 패턴들을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 8 - 예 1, 예 2, 예 3, 예 4, 예 5, 예 6, 또는 예 7에 있어서, 표면의 3차원 디지털 표현 및 구조물의 위치가 디스플레이 스크린 상에 실시간으로 업데이트되는, 수술 시각화 시스템.
예 9 - 예 1, 예 2, 예 3, 예 4, 예 5, 예 6, 예 7, 또는 예 8에 있어서, 수술 시각화 시스템은 제어 회로와 신호 통신하는 로봇 제어 유닛을 추가로 포함하고, 수술 장치는 로봇 제어 유닛에 의해 작동가능하게 제어되고, 로봇 제어 유닛은 수술 장치로부터 구조물까지의 거리가 최소 거리 미만으로 감소될 때 수술 장치의 작동을 조절하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 10 - 예 1, 예 2, 예 3, 예 4, 예 5, 예 6, 예 7, 예 8, 또는 예 9에 있어서, 수술 시각화 시스템은 구조물 내의 조영제를 추가로 포함하고, 조영제는 구조물을 조명하도록 구성되고, 이미지 센서는 조명된 구조물로부터 반사되는 가시 광을 검출하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 11 - 예 1, 예 2, 예 3, 예 4, 예 5, 예 6, 예 7, 예 8, 예 9, 또는 예 10에 있어서, 제2 수술 장치를 추가로 포함하는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는, 이미지로부터 제2 수술 장치로부터 구조물까지의 제2 거리를 결정하고, 제2 거리를 이미지 시스템에 제공하도록 추가로 구성된다.
예 12 - 예 11에 있어서, 디스플레이 스크린은 제2 수술 장치 및 제2 거리를 제2 근접도 스펙트럼 표시자 상에 디스플레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 13 - 예 11 또는 예 12에 있어서, 제어 회로는, 수술 장치로부터 구조물까지의 거리가 제1 최소 거리 미만으로 감소될 때 제1 경보를 디스플레이하고, 제2 수술 장치로부터 구조물까지의 제2 거리가 제2 최소 거리 미만으로 감소될 때 제2 경보를 디스플레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템. 제2 최소 거리는 제1 최소 거리와 상이하다.
예 14 - 예 1, 예 2, 예 3, 예 4, 예 5, 예 6, 예 7, 예 8, 예 9, 예 10, 예 11, 예 12, 또는 예 13에 있어서, 제어 회로는 수술 장치 및 이미지 센서의 알려진 위치들로부터 거리를 삼각측량하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 15 - 수술 시각화 시스템으로서, 프로세서 및 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 메모리는, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고, 이미징 데이터에 기초하여 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고, 이미지 센서로부터 매립된 구조물 및 수술 장치의 이미지를 획득하고, 매립된 구조물 및 수술 장치의 이미지를 디스플레이 스크린 상의 표면의 3차원 디지털 표현과 오버레이하고, 수술 장치로부터 매립된 구조물을 덮는 표면의 일부분까지의 거리를 결정하도록 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장한다.
예 16 - 예 15에 있어서, 매립된 구조물의 위치가 표면에 침투하여 매립된 구조물에 도달할 수 있는 반사된 스펙트럼 광으로 식별되는, 수술 시각화 시스템.
예 17 - 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고, 이미징 데이터에 기초하여 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고, 이미지 센서로부터 매립된 구조물 및 수술 장치의 3차원 이미지를 획득하고, 매립된 구조물 및 수술 장치의 이미지를 디스플레이 스크린 상의 표면의 3차원 디지털 표현과 오버레이하고, 3차원 이미지로부터 수술 장치로부터 매립된 구조물까지의 거리를 결정하게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
예 18 - 예 17에 있어서, 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금 추가로, 거리를 나타내는 신호를 디스플레이 스크린에 제공하고, 거리가 사전한정된 임계 거리를 충족할 때 경고 신호를 발생시키게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
예 19 - 수술 시각화 시스템으로서, 디스플레이 및 3차원 카메라를 포함하는 제1 로봇 도구를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 3차원 카메라는 이미지 센서를 포함한다. 수술 시각화 시스템은 표면에 침투하여 표면 아래의 구조물에 도달할 수 있는 복수의 파장들의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성되는 스펙트럼 광 방출기를 포함하는 제2 로봇 도구를 추가로 포함한다. 이미지 센서는 복수의 파장들의 반사된 스펙트럼 광 및 반사된 가시 광을 검출하도록 구성된다. 수술 시각화 시스템은 이미지 센서 및 디스플레이와 신호 통신하는 제어 회로를 추가로 포함한다. 제어 회로는, 이미지 센서로부터 구조물 및 제2 로봇 도구의 3차원 이미지를 획득하고, 3차원 이미지로부터 제2 로봇 도구로부터 구조물까지의 거리를 결정하고, 거리를 나타내는 신호를 디스플레이에 제공하도록 구성된다.
예 20 - 예 19에 있어서, 제2 로봇 도구는 구조화된 광 방출기를 추가로 포함하는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고, 이미징 데이터에 기초하여 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고, 구조물의 3차원 이미지가 표면의 3차원 디지털 표현과 통합되는 비디오 신호를 디스플레이에 제공하도록 추가로 구성된다.
예 21 - 수술 시각화 시스템으로서, 복수의 조직-침투 파형들을 방출하도록 구성되는 방출기, 복수의 조직-침투 파형들을 검출하도록 구성되는 수신기, 디스플레이를 포함하는 이미징 시스템, 및 수신기와 신호 통신하는 제어 회로를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는, 수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 나타내는 데이터를 수신기로부터 수신하고, 수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 디스플레이에 제공하도록 구성된다.
예 22 - 예 21에 있어서, 방출기 및 수신기를 포함하는 초분광 카메라를 추가로 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 23 - 예 21 또는 예 22에 있어서, 구조화된 광원을 포함하는 조직 표면 매핑 시스템(tissue surface mapping system)을 추가로 포함하는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는, 조직 표면의 3차원 표현을 나타내는 데이터를 조직 표면 매핑 시스템으로부터 수신하고, 조직 표면의 3차원 표현을 디스플레이에 제공하고, 디스플레이 상에서, 조직 표면의 3차원 표현 위에 수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 오버레이하도록 추가로 구성된다.
예 24 - 예 21, 예 22, 또는 예 23에 있어서, 수술 장치는 로봇 수술 도구를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 25 - 예 21, 예 22, 또는 예 23에 있어서, 수술 장치는 흡인 바늘을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 26 - 예 21, 예 22, 예 23, 예 24, 또는 예 25에 있어서, 복수의 조직-침투 파형들은 수술 장치의 숨겨진 부분을 표적으로 하도록 구성되는 제1 파형, 및 해부학적 구조물을 표적으로 하도록 구성되는 제2 파형을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 27 - 예 26에 있어서, 제어 회로는 수술 장치의 숨겨진 부분에 대응하는 제1 분광 시그너처 및 해부학적 구조물에 대응하는 제2 분광 시그너처를 식별하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 28 - 예 26 또는 예 27에 있어서, 제어 회로는 수술 장치의 숨겨진 부분과 해부학적 구조물 사이의 거리를 결정하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 29 - 예 28에 있어서, 디스플레이는 수술 장치의 숨겨진 부분과 해부학적 구조물 사이의 거리를 전달하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 30 - 예 28 또는 예 29에 있어서, 제어 회로는 수술 장치의 숨겨진 부분과 해부학적 구조물 사이의 거리가 임계 최소 거리에 도달할 때 경보를 발생시키도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 31 - 예 21, 예 22, 예 23, 예 24, 예 25, 예 26, 예 27, 예 28, 예 29, 또는 예 30에 있어서, 제어 회로는 프로세서 및 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 메모리는, 수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 나타내는 데이터를 수신기로부터 수신하고, 수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 디스플레이에 제공하도록 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장한다.
예 32 - 수술 시각화 시스템으로서, 초분광 카메라 및 초분광 카메라와 신호 통신하는 제어 회로를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 초분광 카메라는 방출기 및 이미지 센서를 포함한다. 방출기는 복수의 조직-침투 파형들을 방출하도록 구성된다. 이미지 센서는 복수의 조직-침투 파형들을 검출하도록 구성된다. 제어 회로는, 이미지 센서에 의해 검출되는 복수의 조직-침투 파형들로부터 제1 중요 구조물의 위치를 나타내는 데이터를 수신하고, 이미지 센서에 의해 검출되는 복수의 조직-침투 파형들로부터 제2 중요 구조물의 위치를 나타내는 데이터를 수신하고, 제1 중요 구조물과 제2 중요 구조물 사이의 거리를 결정하도록 구성된다.
예 33 - 예 32에 있어서, 제1 중요 구조물은 수술 장치 및 해부학적 구조물 중 하나를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 34 - 예 32 또는 예 33에 있어서, 제2 중요 구조물은 수술 장치 및 해부학적 구조물 중 하나를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 35 - 예 32, 예 33, 또는 예 34에 있어서, 제어 회로는 프로세서 및 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 메모리는, 이미지 센서에 의해 검출되는 복수의 조직-침투 파형들로부터 제1 중요 구조물을 식별하고, 이미지 센서에 의해 검출되는 복수의 조직-침투 파형들로부터 제2 중요 구조물을 식별하고, 제1 중요 구조물과 제2 중요 구조물 사이의 거리를 결정하도록 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장한다.
예 36 - 예 32, 예 33, 예 34, 또는 예 35에 있어서, 수술 시각화 시스템은 비디오 모니터를 추가로 포함하고, 제어 회로는 제1 중요 구조물 및 제2 중요 구조물을 비디오 모니터 상에 실시간으로 개략적으로 묘사하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 37 - 예 32, 예 33, 예 34, 예 35, 또는 예 36에 있어서, 방출기는 표면에 도달하도록 구성되는 구조화된 광 패턴을 방출하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템. 이미지 센서는 구조화된 광 패턴을 검출하도록 추가로 구성된다. 제어 회로는 이미지 센서에 의해 검출되는 구조화된 광 패턴으로부터 표면의 3차원 표현을 나타내는 데이터를 수신하도록 추가로 구성된다.
예 38 - 예 37에 있어서, 제어 회로는, 표면의 3차원 표현에 기초하여 이미지를 생성하고, 제1 중요 구조물 및 제2 중요 구조물의 개략적 묘사를 이미지 상에 오버레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 39 - 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금, 제1 숨겨진 구조물의 제1 이미지를 나타내는 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 제1 숨겨진 구조물의 제1 이미지를 디스플레이에 제공하고, 제2 숨겨진 구조물의 제2 이미지를 나타내는 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 제2 숨겨진 구조물의 제2 이미지를 디스플레이에 제공하고, 제1 숨겨진 구조물과 제2 숨겨진 구조물 사이의 거리를 결정하게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
예 40 - 예 39에 있어서, 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금 추가로, 표면 상의 구조화된 광 패턴을 검출하도록 구성되는 수신기로부터 데이터를 수신하고, 데이터로부터 표면의 3차원 렌더링을 생성하고, 표면의 3차원 렌더링을 디스플레이에 제공하고, 디스플레이 상에서, 표면의 3차원 렌더링 위에 제1 숨겨진 구조물의 제1 이미지 및 제2 숨겨진 구조물에 대한 제2 이미지를 오버레이하게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
예 41 - 수술 시각화 시스템으로서, 제1 프로젝터, 제2 프로젝터, 및 제어 회로를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 제1 프로젝터는 해부학적 구조물의 표면 상에 구조화된 광 패턴을 방출하도록 구성된다. 제2 프로젝터는 해부학적 구조물에 침투하여 스테이플 라인에 도달할 수 있는 복수의 파장들의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성된다. 제어 회로는 이미지 센서와 신호 통신한다. 제어 회로는, 해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 구조화된 광 데이터로부터 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고, 스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 스펙트럼 광 데이터로부터 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고, 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하도록 구성된다.
예 42 - 예 41에 있어서, 수술 시각화 시스템은 비디오 모니터를 추가로 포함하고, 제어 회로는 비디오 모니터와 신호 통신하는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는 해부학적 구조물의 3차원 표현을 나타내는 제1 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하도록 추가로 구성된다. 제어 회로는 스테이플 라인의 위치를 나타내는 제2 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하도록 추가로 구성된다.
예 43 - 예 42에 있어서, 제어 회로는 해부학적 구조물의 3차원 표현에 오버레이하는 스테이플 라인의 위치를 묘사하는 비디오를 생성하기 위해 제1 비디오 신호와 제2 비디오 신호를 선택적으로 통합하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 44 - 예 42 또는 예 43에 있어서, 제어 회로는 스테이플 라인에 대한 거리를 나타내는 제1 신호를 비디오 모니터에 선택적으로 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 45 - 예 41, 예 42, 예 43, 또는 예 44에 있어서, 제어 회로는 로봇 도구의 수술용 엔드 이펙터의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는 스펙트럼 광 데이터로부터 수술용 엔드 이펙터의 분광 이미지를 생성하도록 추가로 구성된다.
예 46 - 예 45에 있어서, 제어 회로는 이미지 센서 및 로봇 도구의 좌표들로부터 수술용 엔드 이펙터와 스테이플 라인 사이의 거리를 삼각측량하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 47 - 예 41, 예 42, 예 43, 또는 예 44에 있어서, 제어 회로는 원형 스테이플러의 투관침의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는 스펙트럼 광 데이터로부터 투관침의 분광 이미지를 생성하도록 추가로 구성된다.
예 48 - 예 47에 있어서, 제어 회로는 원형 스테이플러 앤빌의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는 스펙트럼 광 데이터로부터 원형 스테이플러 앤빌의 분광 이미지를 생성하도록 추가로 구성된다.
예 49 - 예 48에 있어서, 제어 회로는 투관침과 원형 스테이플러 앤빌 사이의 거리를 결정하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 50 - 예 49에 있어서, 제어 회로는 원형 스테이플러 앤빌과 스테이플 라인 사이의 거리를 나타내는 제1 신호를 비디오 모니터에 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템. 제어 회로는 투관침과 원형 스테이플러 앤빌 사이의 거리를 나타내는 제2 신호를 비디오 모니터에 제공하도록 추가로 구성된다.
예 51 - 예 42 또는 예 43에 있어서, 제어 회로는 스테이플 라인을 추적하기 위해 사용자 선택 입력에 기초하여 제2 비디오 신호를 비디오 모니터에 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 52 - 예 41, 예 42, 예 43, 예 44, 예 45, 예 46, 예 47, 예 48, 예 49, 예 50, 또는 예 51에 있어서, 제어 회로는 수술 장치를 지지하는 로봇 아암을 제어하도록 작동가능하게 구성되는 로봇 제어 유닛과 신호 통신하고, 로봇 제어 유닛은 스테이플 라인을 시야로부터 차단하는 해부학적 구조물의 일부분을 향해 로봇 아암을 이동시키기 위한 제어 신호를 제공하도록 작동가능하게 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 53 - 예 41, 예 42, 예 43, 예 44, 예 45, 예 46, 예 47, 예 48, 예 49, 예 50, 예 51, 또는 예 52에 있어서, 제1 프로젝터, 제2 프로젝터, 및 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라를 추가로 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 54 - 수술 시각화 시스템으로서, 프로세서 및 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하는, 수술 시각화 시스템. 메모리는, 프로세서에 의해 실행될 때, 해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 구조화된 광 데이터로부터 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고, 스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 스펙트럼 광 데이터로부터 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고, 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하는 명령어들을 저장한다.
예 55 - 예 54에 있어서, 메모리는, 프로세서에 의해 실행될 때, 해부학적 구조물의 3차원 표현을 나타내는 제1 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하고, 스테이플 라인의 위치를 나타내는 제2 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하는 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
예 56 - 예 55에 있어서, 메모리는, 프로세서에 의해 실행될 때, 해부학적 구조물의 3차원 표현에 오버레이하는 스테이플 라인의 위치를 묘사하는 비디오를 생성하기 위해 제1 비디오 신호와 제2 비디오 신호를 선택적으로 통합하는 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
예 57 - 예 55 또는 예 56에 있어서, 메모리는, 프로세서에 의해 실행될 때, 스테이플 라인에 대한 거리를 나타내는 제1 신호를 비디오 모니터에 선택적으로 제공하는 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
예 58 - 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금, 해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 구조화된 광 데이터로부터 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고, 스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고, 스펙트럼 광 데이터로부터 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고, 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하게 하는, 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
예 59 - 예 58에 있어서, 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금 추가로, 해부학적 구조물의 3차원 표현을 나타내는 제1 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하고, 스테이플 라인의 위치를 나타내는 제2 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하게 하는, 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
예 60 - 예 59에 있어서, 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금 추가로, 해부학적 구조물의 3차원 표현에 오버레이하는 스테이플 라인의 위치를 묘사하는 비디오를 생성하기 위해 제1 비디오 신호와 제2 비디오 신호를 선택적으로 통합하게 하는, 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
여러 형태가 예시되고 기술되었지만, 본 출원인의 의도는 첨부된 청구범위의 범주를 그러한 세부 사항으로 제한하거나 한정하려는 것은 아니다. 그들 형태에 대한 다수의 변경, 변형, 변화, 치환, 조합, 및 등가물이 구현될 수 있고, 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 떠오를 것이다. 또한, 기술된 형태와 연관되는 각각의 요소의 구조는 요소에 의해 수행되는 기능을 제공하기 위한 수단으로서 대안적으로 기술될 수 있다. 또한, 재료가 소정의 구성요소에 대해 개시되는 경우, 다른 재료가 사용될 수 있다. 따라서, 전술한 설명 및 첨부된 청구범위는 모든 그러한 변경, 조합, 및 변형을 개시된 형태의 범주 내에 속하는 것으로서 포괄하도록 의도되는 것이 이해되어야 한다. 첨부된 청구범위는 모든 그러한 변경, 변형, 변화, 치환, 변경 및 등가물을 포괄하도록 의도된다.
전술한 상세한 설명은 블록도, 흐름도, 및/또는 예의 사용을 통해 다양한 형태의 장치 및/또는 프로세스를 기재하였다. 그러한 블록도, 흐름도, 및/또는 예가 하나 이상의 기능 및/또는 작동을 포함하는 한, 그러한 블록도, 흐름도, 및/또는 예에서의 각각의 기능 및/또는 작동은 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 사실상 임의의 조합에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 당업자는, 본 명세서에 개시된 형태의 일부 태양이, 전체적으로 또는 부분적으로, 집적 회로에서, 하나 이상의 컴퓨터에서 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서(예컨대, 하나 이상의 컴퓨터 시스템에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서), 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서(예컨대, 하나 이상의 마이크로프로세서에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서), 펌웨어로서, 또는 이들의 사실상 임의의 조합으로서 동등하게 구현될 수 있다는 것을, 그리고 회로를 설계하는 것 및/또는 소프트웨어 및/또는 펌웨어에 대한 코드를 작성하는 것이 본 개시를 고려하여 충분히 당업자의 기술 내에 있을 것임을 인식할 것이다. 또한, 당업자는, 본 명세서에 기술된 발명 요지의 메커니즘이 다양한 형태의 하나 이상의 프로그램 제품으로서 배포될 수 있다는 것을, 그리고 본 명세서에 기술된 발명 요지의 예시적인 형태가 실제로 그러한 배포를 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 신호 보유 매체에 무관하게 적용된다는 것을 인식할 것이다.
다양한 개시된 태양을 수행하기 위해 로직을 프로그래밍하는 데 사용되는 명령어는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 캐시, 플래시 메모리, 또는 다른 저장장치와 같은 시스템 내의 메모리 내에 저장될 수 있다. 또한, 명령어는 네트워크를 통해 또는 다른 컴퓨터 판독가능 매체에 의해 배포될 수 있다. 따라서, 기계-판독가능 매체는, 플로피 디스켓, 광학 디스크, 컴팩트 디스크, 판독-전용 메모리(CD-ROM), 및 자기-광학 디스크, 판독-전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EPROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 자기 또는 광학 카드, 플래시 메모리, 또는 전기, 광학, 음향 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등)를 통하여 인터넷을 통한 정보의 전송에 사용되는 유형의, 기계-판독가능 저장장치로 제한되지 않는, 기계(예컨대, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 따라서, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 기계(예컨대, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 전자 명령어 또는 정보를 저장 또는 전송하기에 적합한 임의의 종류의 유형의 기계-판독가능 매체를 포함한다.
본 명세서의 임의의 태양에 사용되는 바와 같이, 용어 "제어 회로"는 예를 들어 하드와이어드 회로, 프로그램가능 회로(예컨대, 하나 이상의 개별 명령어 처리 코어를 포함하는 컴퓨터 프로세서, 처리 유닛, 프로세서, 마이크로제어기, 마이크로제어기 유닛, 제어기, 디지털 신호 프로세서(DSP), 프로그램가능 로직 장치(PLD), 프로그램가능 로직 어레이(PLA), 또는 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA)), 상태 기계 회로, 프로그램가능 회로에 의해 실행되는 명령어를 저장하는 펌웨어, 및 이들의 임의의 조합을 지칭할 수 있다. 제어 회로는, 집합적으로 또는 개별적으로, 더 큰 시스템, 예를 들어 집적 회로(IC), 주문형 집적 회로(ASIC), 시스템 온-칩(SoC), 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 서버, 스마트폰 등의 일부를 형성하는 회로로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "제어 회로"는 적어도 하나의 별개의 전기 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 집적 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 주문형 집적 회로를 갖는 전기 회로, 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 범용 컴퓨팅 장치(예컨대, 본 명세서에 기술된 프로세스 및/또는 장치를 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 범용 컴퓨터, 또는 본 명세서에 기술된 프로세스 및/또는 장치를 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성된 마이크로프로세서)를 형성하는 전기 회로, 메모리 장치(예컨대, 랜덤 액세스 메모리의 형태)를 형성하는 전기 회로, 및/또는 통신 장치(예컨대, 모뎀, 통신 스위치, 또는 광학-전기 장비)를 형성하는 전기 회로를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 명세서에 기술된 발명 요지가 아날로그 또는 디지털 방식 또는 이들의 일부 조합으로 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 명세서의 임의의 태양에 사용되는 바와 같이, 용어 "로직"은 위에서 언급된 작동들 중 임의의 것을 수행하도록 구성된 앱, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 회로를 지칭할 수 있다. 소프트웨어는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 기록된 소프트웨어 패키지, 코드, 명령어, 명령어 세트 및/또는 데이터로서 구현될 수 있다. 펌웨어는 메모리 장치에 하드-코딩된(예컨대, 비휘발성) 코드, 명령어 또는 명령어 세트 및/또는 데이터로서 구현될 수 있다.
본 명세서의 임의의 태양에 사용되는 바와 같이, 용어 "구성요소", "시스템", "모듈" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행 중인 소프트웨어 중 어느 하나인 컴퓨터-관련 엔티티를 지칭할 수 있다.
본 명세서의 임의의 태양에 사용되는 바와 같이, "알고리즘"은 원하는 결과로 이어지는 단계의 자기-완전성 시퀀스(self-consistent sequence)를 지칭하며, 여기서 "단계"는, 반드시 필요한 것은 아니지만, 저장, 전송, 조합, 비교, 및 달리 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호의 형태를 취할 수 있는 물리적 양 및/또는 로직 상태의 조작을 지칭한다. 이들 신호를 비트, 값, 요소, 기호, 문자, 용어, 숫자 등으로 지칭하는 것은 일반적인 용법이다. 이들 및 유사한 용어는 적절한 물리적 양과 연관될 수 있으며, 단지 이들 양 및/또는 상태에 적용되는 편리한 라벨일 뿐이다.
네트워크가 패킷 스위칭 네트워크를 포함할 수 있다. 통신 장치는 선택된 패킷 스위칭 네트워크 통신 프로토콜을 사용하여 서로 통신하는 것이 가능할 수 있다. 하나의 예시적인 통신 프로토콜은 전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP)을 사용하여 통신을 허용하는 것이 가능할 수 있는 이더넷 통신 프로토콜을 포함할 수 있다. 이더넷 프로토콜은 2008년 12월에 발표된 명칭 "IEEE 802.3 표준" 및/또는 이러한 표준의 최신 버전인, 전기 전자 기술자 협회(IEEE)에 의해 발표된 이더넷 표준을 준수하거나 그것과 호환가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 장치는 X.25 통신 프로토콜을 사용하여 서로 통신하는 것이 가능할 수 있다. X.25 통신 프로토콜은 국제 전기통신 연합-전기통신 표준화 부문(ITU-T)에 의해 공포된 표준을 준수하거나 그것과 호환가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 장치는 프레임 중계 통신 프로토콜을 사용하여 서로 통신하는 것이 가능할 수 있다. 프레임 중계 통신 프로토콜은 국제 전신 전화 자문 위원회(CCITT) 및 미국 표준 협회(ANSI)에 의해 공포된 표준을 준수하거나 그것과 호환가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 송수신기는 비동기 전송 모드(ATM) 통신 프로토콜을 사용하여 서로 통신하는 것이 가능할 수 있다. ATM 통신 프로토콜은 2001년 8월에 발표된 명칭 "ATM-MPLS 네트워크 상호연동 2.0" 및/또는 이러한 표준의 최신 버전인, ATM 포럼에 의해 발표된 ATM 표준을 준수하거나 그것과 호환가능할 수 있다. 물론, 상이한 및/또는 이후 개발되는 접속-지향 네트워크 통신 프로토콜이 본 명세서에서 동등하게 고려된다.
전술한 개시로부터 명백하듯이, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 전술한 개시 전반에 걸쳐, "처리", "컴퓨팅", "계산", "결정", "디스플레이" 등과 같은 용어를 사용하는 논의가 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 내에 물리적 (전자적) 양으로서 표현되는 데이터를, 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 그러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 장치 내에 물리적 양으로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 동작 및 프로세스를 지칭한다는 것이 인식된다.
하나 이상의 구성요소는 본 명세서에서 "~하도록 구성된", "~하도록 구성가능한", "~하도록 작동가능한/작동하는", "적응된/적응가능한", "~할 수 있는", "~에 합치가능한/합치된" 등으로 지칭될 수 있다. 당업자는, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, "~하도록 구성된"이 일반적으로 활성-상태 구성요소 및/또는 비활성-상태 구성요소 및/또는 대기-상태 구성요소를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
용어 "근위" 및 "원위"는 수술 기구의 손잡이 부분을 조작하는 임상의와 관련하여 본 명세서에 사용된다. 용어 "근위"는 임상의에 가장 가까운 부분을 지칭하고, 용어 "원위"는 임상의로부터 멀리 위치된 부분을 지칭한다. 편의 및 명료함을 위해, "수직", "수평", "위", 및 "아래"와 같은 공간 용어가 도면에 관하여 본 명세서에 사용될 수 있다는 것이 추가로 인식될 것이다. 그러나, 수술 기구는 많은 배향 및 위치로 사용되며, 이들 용어는 제한하는 그리고/또는 절대적인 것으로 의도되지 않는다.
당업자는, 일반적으로 본 명세서에, 그리고 특히 첨부된 청구범위(예컨대, 첨부된 청구범위의 본문)에 사용되는 용어가 일반적으로 "개방형" 용어로서 의도된다는 것을 인식할 것이다(예컨대, 용어 "포함하는"은 "포함하지만, 이에 제한되지 않는"으로 해석되어야 하고, 용어 "갖는"은 "적어도 갖는"으로 해석되어야 하고, 용어 "포함하다"는 "포함하지만 이에 제한되지 않는다"로 해석되어야 하는 등임). 소개되는 청구항 기재의 특정 수가 의도되는 경우, 그러한 의도는 그 청구항 내에 명시적으로 기재될 것이며, 그러한 기재의 부재 시에는 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 하기 첨부된 청구범위는 청구항 기재를 소개하기 위해 소개 문구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 그러한 문구의 사용은 부정 관사("a" 또는 "an")에 의한 청구항 기재의 소개가 그러한 소개되는 청구항 기재를 포함하는 임의의 특정 청구항을, 동일 청구항이 소개 문구 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 부정 관사(예컨대, "a" 또는 "an")를 포함하는 경우에도 하나의 그러한 기재만을 포함하는 청구항으로 제한한다는 것을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 하며(예컨대, 부정 관사("a" 및/또는 "an")는 전형적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 함); 이는 청구항 기재를 소개하는 데 사용되는 정관사의 사용에 대해 동일하게 적용된다.
또한, 소개되는 청구항 기재의 특정 수가 명시적으로 기재될지라도, 당업자는 그러한 기재가 전형적으로 적어도 기재된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예컨대, 다른 수식어가 없는 꾸밈없는 기재 "2개의 기재"는 전형적으로 적어도 2개의 기재 또는 2개 이상의 기재를 의미함). 또한, "A, B, 및 C 중 적어도 하나 등"과 유사한 관례가 사용되는 그러한 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 그 관례를 이해할 의미로 의도된다(예컨대, "A, B, 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A만을, B만을, C만을, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께, 그리고/또는 A, B, 및 C를 함께 등을 갖는 시스템을 포함할 것이지만 이에 제한되지 않음). "A, B, 또는 C 중 적어도 하나 등"과 유사한 관례가 사용되는 그러한 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 그 관례를 이해할 의미로 의도된다(예컨대, "A, B, 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A만을, B만을, C만을, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께, 그리고/또는 A, B, 및 C를 함께 등을 갖는 시스템을 포함할 것이지만 이에 제한되지 않음). 전형적으로, 명세서에서든, 청구범위에서든, 또는 도면에서든, 2개 이상의 대안적인 용어를 제시하는 분리 단어 및/또는 문구는, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 하나, 또는 둘 모두의 용어를 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 전형적으로 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
첨부된 청구범위와 관련하여, 당업자는 청구범위 내에 기재된 작동이 일반적으로 임의의 순서로 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 다양한 작동 흐름도가 시퀀스(들)로 제시되지만, 다양한 작동이 예시된 것과는 다른 순서로 수행될 수 있거나, 동시에 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러한 대안적인 순서화의 예는, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 중복, 개재, 중단, 재배열, 증가, 준비, 보완, 동시, 역전, 또는 다른 변형 순서화를 포함할 수 있다. 또한, "~에 응답하는", "~에 관련된", 또는 다른 과거 시제의 형용사와 같은 용어는, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 일반적으로 그러한 변형을 배제하는 것으로 의도되지 않는다.
"하나의 태양", "일 태양", "일 예시", "하나의 예시" 등에 대한 임의의 언급은 그 태양과 관련하여 기술된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 태양에 포함된다는 것을 의미함에 유의할 만하다. 따라서, 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 문구 "하나의 태양에서", "일 태양에서", "일 예시에서", 및 "하나의 예시에서"의 출현은 반드시 모두가 동일한 태양을 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 태양에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서에 언급되고 그리고/또는 임의의 출원 데이터 시트에 열거된 임의의 특허 출원, 특허, 비-특허 공보, 또는 다른 개시 자료는, 포함된 자료가 본 명세서와 모순되지 않는 범위 내에서, 본 명세서에 참고로 포함된다. 이와 같이 그리고 필요한 범위 내에서, 본 명세서에 명시적으로 기재된 바와 같은 개시는 본 명세서에 참고로 포함된 임의의 상충되는 자료를 대체한다. 본 명세서에 참고로 포함되는 것으로 언급되지만 본 명세서에 기재된 기존의 정의, 표현, 또는 다른 개시 자료와 상충되는 임의의 자료 또는 그의 부분은 그러한 포함된 자료와 기존 개시 자료 사이에 충돌이 일어나지 않는 범위로만 포함될 것이다.
요컨대, 본 명세서에 기술된 개념을 채용하는 것으로부터 기인하는 많은 이점이 기술되었다. 하나 이상의 형태의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시되었다. 이는 완전한 것으로 또는 개시된 정확한 형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 위의 교시 내용을 고려하여 변경 또는 변형이 가능하다. 하나 이상의 형태는 원리 및 실제 응용을 예시하여 당업자가 고려되는 특정 사용에 적합한 바와 같은 다양한 변경과 함께 다양한 형태를 이용하는 것을 가능하게 하기 위해 선택되고 기술되었다. 본 명세서와 함께 제출되는 청구범위가 전체 범주를 한정하는 것으로 의도된다.

Claims (58)

  1. 수술 시각화 시스템(surgical visualization system)으로서,
    디스플레이 스크린;
    표면 상으로 구조화된 광 패턴을 방출하도록 구성되는 수술 장치;
    상기 표면 아래에 매립된 구조물을 식별하도록 구성되는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서와 신호 통신하는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 표면 상의 상기 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터(imaging data)를 수신하고;
    상기 이미징 데이터에 기초하여 상기 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고;
    상기 이미지 센서로부터 상기 구조물 및 상기 수술 장치의 이미지를 획득하고;
    상기 구조물 및 상기 수술 장치의 상기 이미지를 상기 디스플레이 스크린 상의 상기 표면의 상기 3차원 디지털 표현과 오버레이하고(overlay);
    상기 이미지로부터 상기 수술 장치로부터 상기 구조물까지의 거리를 결정하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 상기 표면에 침투하여 상기 구조물에 도달할 수 있는 복수의 파장들의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성되는 방출기를 추가로 포함하고, 상기 이미지 센서는 반사된 스펙트럼 광을 검출하도록 구성되고, 상기 제어 회로는 상기 반사된 스펙트럼 광에 기초하여 상기 표면 아래의 상기 구조물의 위치를 식별하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 상기 이미지 센서를 포함하는 3차원 카메라를 추가로 포함하고, 상기 이미지는 3차원 이미지를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디스플레이 스크린은 디지털 근접도 스펙트럼(digital proximity spectrum)을 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 수술 장치로부터 상기 구조물까지의 상기 거리를 상기 디지털 근접도 스펙트럼 상에 디스플레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 디지털 근접도 스펙트럼은 복수의 컬러들을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 디지털 근접도 스펙트럼은 수치 값들의 범위를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 디지털 근접도 스펙트럼은 거리들의 범위에 대응하는 복수의 크로스-해칭 패턴(cross-hatching pattern)들을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 표면의 상기 3차원 디지털 표현 및 상기 구조물의 위치가 상기 디스플레이 스크린 상에 실시간으로 업데이트되는, 수술 시각화 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 상기 제어 회로와 신호 통신하는 로봇 제어 유닛을 추가로 포함하고, 상기 수술 장치는 상기 로봇 제어 유닛에 의해 작동가능하게 제어되고, 상기 로봇 제어 유닛은 상기 수술 장치로부터 상기 구조물까지의 상기 거리가 최소 거리 미만으로 감소될 때 상기 수술 장치의 작동을 조절하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 상기 구조물 내의 조영제를 추가로 포함하고, 상기 조영제는 상기 구조물을 조명하도록 구성되고, 상기 이미지 센서는 상기 조명된 구조물로부터 반사되는 가시 광을 검출하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 제2 수술 장치를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 이미지로부터 상기 제2 수술 장치로부터 상기 구조물까지의 제2 거리를 결정하고;
    상기 제2 거리를 이미지 시스템에 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 디스플레이 스크린은 상기 제2 수술 장치 및 상기 제2 거리를 제2 근접도 스펙트럼 표시자(proximity spectrum indicator) 상에 디스플레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 수술 장치로부터 상기 구조물까지의 상기 거리가 제1 최소 거리 미만으로 감소될 때 제1 경보를 디스플레이하고;
    상기 제2 수술 장치로부터 상기 구조물까지의 상기 제2 거리가, 상기 제1 최소 거리와 상이한 제2 최소 거리 미만으로 감소될 때 제2 경보를 디스플레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 수술 장치 및 상기 이미지 센서의 알려진 위치들로부터 상기 거리를 삼각측량하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  15. 수술 시각화 시스템으로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하고, 상기 메모리는,
    표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고;
    상기 이미징 데이터에 기초하여 상기 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고;
    이미지 센서로부터 매립된 구조물 및 수술 장치의 이미지를 획득하고;
    상기 매립된 구조물 및 상기 수술 장치의 상기 이미지를 디스플레이 스크린 상의 상기 표면의 상기 3차원 디지털 표현과 오버레이하고;
    상기 수술 장치로부터 상기 매립된 구조물을 덮는 상기 표면의 일부분까지의 거리를 결정하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 매립된 구조물의 위치가 상기 표면에 침투하여 상기 매립된 구조물에 도달할 수 있는 반사된 스펙트럼 광으로 식별되는, 수술 시각화 시스템.
  17. 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금,
    표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 이미징 데이터를 수신하고;
    상기 이미징 데이터에 기초하여 상기 표면의 3차원 디지털 표현을 생성하고;
    이미지 센서로부터 매립된 구조물 및 수술 장치의 3차원 이미지를 획득하고;
    상기 매립된 구조물 및 상기 수술 장치의 상기 이미지를 디스플레이 스크린 상의 상기 표면의 상기 3차원 디지털 표현과 오버레이하고;
    상기 3차원 이미지로부터 상기 수술 장치로부터 상기 매립된 구조물까지의 거리를 결정하게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 상기 기계로 하여금 추가로,
    상기 거리를 나타내는 신호를 상기 디스플레이 스크린에 제공하고;
    상기 거리가 사전한정된 임계 거리를 충족할 때 경고 신호를 발생시키게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
  19. 수술 시각화 시스템으로서,
    복수의 조직-침투 파형(tissue-penetrating waveform)들을 방출하도록 구성되는 방출기;
    상기 복수의 조직-침투 파형들을 검출하도록 구성되는 수신기;
    디스플레이를 포함하는 이미징 시스템; 및
    상기 수신기와 신호 통신하는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    수술 장치의 숨겨진 부분의 이미지를 나타내는 데이터를 상기 수신기로부터 수신하고;
    상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분의 상기 이미지를 상기 디스플레이에 제공하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 방출기 및 상기 수신기를 포함하는 초분광 카메라(hyperspectral camera)를 추가로 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 구조화된 광원을 포함하는 조직 표면 매핑 시스템(tissue surface mapping system)을 추가로 포함하고, 상기 제어 회로는,
    조직 표면의 3차원 표현을 나타내는 데이터를 상기 조직 표면 매핑 시스템으로부터 수신하고;
    상기 조직 표면의 상기 3차원 표현을 상기 디스플레이에 제공하고;
    상기 디스플레이 상에서, 상기 조직 표면의 상기 3차원 표현 위에 상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분의 상기 이미지를 오버레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  22. 제19항에 있어서, 상기 수술 장치는 로봇 수술 도구를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  23. 제19항에 있어서, 상기 수술 장치는 흡인 바늘(aspirating needle)을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  24. 제19항에 있어서, 상기 복수의 조직-침투 파형들은,
    상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분을 표적으로 하도록 구성되는 제1 파형; 및
    해부학적 구조물을 표적으로 하도록 구성되는 제2 파형을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분에 대응하는 제1 분광 시그너처(spectral signature) 및 상기 해부학적 구조물에 대응하는 제2 분광 시그너처를 식별하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분과 상기 해부학적 구조물 사이의 거리를 결정하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 디스플레이는 상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분과 상기 해부학적 구조물 사이의 상기 거리를 전달하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분과 상기 해부학적 구조물 사이의 상기 거리가 임계 최소 거리에 도달할 때 경보를 발생시키도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  29. 제19항에 있어서, 상기 제어 회로는 프로세서 및 상기 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하고, 상기 메모리는,
    상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분의 상기 이미지를 나타내는 데이터를 상기 수신기로부터 수신하고;
    상기 수술 장치의 상기 숨겨진 부분의 상기 이미지를 상기 디스플레이에 제공하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
  30. 수술 시각화 시스템으로서,
    초분광 카메라로서,
    복수의 조직-침투 파형들을 방출하도록 구성되는 방출기; 및
    상기 복수의 조직-침투 파형들을 검출하도록 구성되는 이미지 센서를 포함하는, 상기 초분광 카메라; 및
    상기 초분광 카메라와 신호 통신하는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 이미지 센서에 의해 검출되는 상기 복수의 조직-침투 파형들로부터 제1 중요 구조물(critical structure)의 위치를 나타내는 데이터를 수신하고;
    상기 이미지 센서에 의해 검출되는 상기 복수의 조직-침투 파형들로부터 제2 중요 구조물의 위치를 나타내는 데이터를 수신하고;
    상기 제1 중요 구조물과 상기 제2 중요 구조물 사이의 거리를 결정하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 중요 구조물은 수술 장치 및 해부학적 구조물 중 하나를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제2 중요 구조물은 수술 장치 및 해부학적 구조물 중 하나를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  33. 제30항에 있어서, 상기 제어 회로는 프로세서 및 상기 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하고, 상기 메모리는,
    상기 이미지 센서에 의해 검출되는 상기 복수의 조직-침투 파형들로부터 상기 제1 중요 구조물을 식별하고;
    상기 이미지 센서에 의해 검출되는 상기 복수의 조직-침투 파형들로부터 상기 제2 중요 구조물을 식별하고;
    상기 제1 중요 구조물과 상기 제2 중요 구조물 사이의 상기 거리를 결정하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
  34. 제30항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 비디오 모니터를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제1 중요 구조물 및 상기 제2 중요 구조물을 상기 비디오 모니터 상에 실시간으로 개략적으로 묘사하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 상기 방출기는 표면에 도달하도록 구성되는 구조화된 광 패턴을 방출하도록 추가로 구성되고, 상기 이미지 센서는 상기 구조화된 광 패턴을 검출하도록 추가로 구성되고, 상기 제어 회로는,
    상기 이미지 센서에 의해 검출되는 상기 구조화된 광 패턴으로부터 상기 표면의 3차원 표현을 나타내는 데이터를 수신하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 표면의 상기 3차원 표현에 기초하여 이미지를 생성하고;
    상기 제1 중요 구조물 및 상기 제2 중요 구조물의 상기 개략적 묘사를 상기 이미지 상에 오버레이하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  37. 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금,
    제1 숨겨진 구조물의 제1 이미지를 나타내는 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 제1 숨겨진 구조물의 상기 제1 이미지를 디스플레이에 제공하고;
    제2 숨겨진 구조물의 제2 이미지를 나타내는 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 제2 숨겨진 구조물의 상기 제2 이미지를 상기 디스플레이에 제공하고;
    상기 제1 숨겨진 구조물과 상기 제2 숨겨진 구조물 사이의 거리를 결정하게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
  38. 제37항에 있어서, 상기 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 상기 기계로 하여금 추가로,
    표면 상의 구조화된 광 패턴을 검출하도록 구성되는 수신기로부터 데이터를 수신하고;
    상기 데이터로부터 상기 표면의 3차원 렌더링(three-dimensional rendering)을 생성하고;
    상기 표면의 상기 3차원 렌더링을 상기 디스플레이에 제공하고;
    상기 디스플레이 상에서, 상기 표면의 상기 3차원 렌더링 위에 상기 제1 숨겨진 구조물의 상기 제1 이미지 및 상기 제2 숨겨진 구조물에 대한 상기 제2 이미지를 오버레이하게 하는, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
  39. 수술 시각화 시스템으로서,
    해부학적 구조물의 표면 상에 구조화된 광 패턴을 방출하도록 구성되는 제1 프로젝터(projector);
    상기 해부학적 구조물에 침투하여 스테이플 라인(staple line)에 도달할 수 있는 복수의 파장들의 스펙트럼 광을 방출하도록 구성되는 제2 프로젝터; 및
    이미지 센서와 신호 통신하는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 해부학적 구조물의 상기 표면 상의 상기 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 구조화된 광 데이터로부터 상기 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고;
    상기 스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 스펙트럼 광 데이터로부터 상기 스테이플 라인의 상기 분광 이미지를 생성하고;
    상기 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  40. 제39항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 비디오 모니터를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 비디오 모니터와 신호 통신하고, 상기 제어 회로는,
    상기 해부학적 구조물의 상기 3차원 표현을 나타내는 제1 비디오 신호를 상기 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하고;
    상기 스테이플 라인의 위치를 나타내는 제2 비디오 신호를 상기 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  41. 제40항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 해부학적 구조물의 상기 3차원 표현에 오버레이하는 상기 스테이플 라인의 상기 위치를 묘사하는 비디오를 생성하기 위해 상기 제1 비디오 신호와 상기 제2 비디오 신호를 선택적으로 통합하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 스테이플 라인에 대한 상기 거리를 나타내는 제1 신호를 상기 비디오 모니터에 선택적으로 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  43. 제41항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    로봇 도구의 수술용 엔드 이펙터(surgical end effector)의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 스펙트럼 광 데이터로부터 상기 수술용 엔드 이펙터의 상기 분광 이미지를 생성하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 이미지 센서 및 상기 로봇 도구의 좌표들로부터 상기 수술용 엔드 이펙터와 상기 스테이플 라인 사이의 거리를 삼각측량하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  45. 제41항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    원형 스테이플러(circular stapler)의 투관침(trocar)의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 스펙트럼 광 데이터로부터 상기 투관침의 상기 분광 이미지를 생성하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    원형 스테이플러 앤빌(circular stapler anvil)의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 스펙트럼 광 데이터로부터 상기 원형 스테이플러 앤빌의 상기 분광 이미지를 생성하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  47. 제46항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 투관침과 상기 원형 스테이플러 앤빌 사이의 거리를 결정하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  48. 제47항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 원형 스테이플러 앤빌과 상기 스테이플 라인 사이의 거리를 나타내는 제1 신호를 상기 비디오 모니터에 제공하고;
    상기 투관침과 상기 원형 스테이플러 앤빌 사이의 상기 거리를 나타내는 제2 신호를 상기 비디오 모니터에 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  49. 제41항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 스테이플 라인을 추적하기 위해 사용자 선택 입력에 기초하여 상기 제2 비디오 신호를 상기 비디오 모니터에 제공하도록 추가로 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  50. 제41항에 있어서, 상기 제어 회로는 수술 장치를 지지하는 로봇 아암(robotic arm)을 제어하도록 작동가능하게 구성되는 로봇 제어 유닛과 신호 통신하고, 상기 로봇 제어 유닛은 상기 스테이플 라인을 시야로부터 차단하는 상기 해부학적 구조물의 일부분을 향해 상기 로봇 아암을 이동시키기 위한 제어 신호를 제공하도록 작동가능하게 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  51. 제39항에 있어서, 상기 제1 프로젝터, 상기 제2 프로젝터, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 초분광 카메라를 추가로 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  52. 수술 시각화 시스템으로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 통신가능하게 결합되는 메모리를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때,
    해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 구조화된 광 데이터로부터 상기 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고;
    스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 스펙트럼 광 데이터로부터 상기 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고;
    상기 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하는 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
  53. 제52항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때,
    상기 해부학적 구조물의 상기 3차원 표현을 나타내는 제1 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하고;
    상기 스테이플 라인의 위치를 나타내는 제2 비디오 신호를 상기 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하는 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
  54. 제53항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 해부학적 구조물의 상기 3차원 표현에 오버레이하는 상기 스테이플 라인의 상기 위치를 묘사하는 비디오를 생성하기 위해 상기 제1 비디오 신호와 상기 제2 비디오 신호를 선택적으로 통합하는 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
  55. 제54항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 스테이플 라인에 대한 상기 거리를 나타내는 제1 신호를 상기 비디오 모니터에 선택적으로 제공하는 명령어들을 저장하는, 수술 시각화 시스템.
  56. 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 기계로 하여금,
    해부학적 구조물의 표면 상의 구조화된 광 패턴을 나타내는 구조화된 광 데이터를 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 구조화된 광 데이터로부터 상기 해부학적 구조물의 3차원 표현을 계산하고;
    스테이플 라인의 분광 이미지를 나타내는 스펙트럼 광 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하고;
    상기 스펙트럼 광 데이터로부터 상기 스테이플 라인의 분광 이미지를 생성하고;
    상기 스테이플 라인에 대한 거리를 결정하게 하는, 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
  57. 제56항에 있어서, 상기 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 상기 기계로 하여금 추가로,
    상기 해부학적 구조물의 상기 3차원 표현을 나타내는 제1 비디오 신호를 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하고;
    상기 스테이플 라인의 위치를 나타내는 제2 비디오 신호를 상기 비디오 모니터에 실시간으로 선택적으로 제공하게 하는, 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
  58. 제57항에 있어서, 상기 컴퓨터 판독가능 명령어들은, 실행될 때, 상기 기계로 하여금 추가로, 상기 해부학적 구조물의 상기 3차원 표현에 오버레이하는 상기 스테이플 라인의 상기 위치를 묘사하는 비디오를 생성하기 위해 상기 제1 비디오 신호와 상기 제2 비디오 신호를 선택적으로 통합하게 하는, 컴퓨터 판독가능 명령어들을 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
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