KR20210061331A - 조합 방출기 및 카메라 조립체 - Google Patents

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KR20210061331A
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surgical
tissue
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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
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

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Abstract

수술 부위(103)를 시각화하기 위한 방출기 조립체(5204)를 제어하기 위한 시스템(5200) 및 방법이 개시된다. 방출기 조립체는 수술 부위에서 전자기 방사선(5205a, 5205b, 5205c)의 펄스 패턴을 방출하도록 구성된다. 전자기 방사선 패턴은 구조화된(5205c) 또는 비-구조화된 포맷의 적외 방사선(5205a), 가시 광(5205b), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 수신기 조립체(5206)가 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 수신하도록 구성된다. 제어 회로(5202)가 사전설정된 시퀀스에 따라 또는 수술 부위로부터의 피드백에 따라 전자기 방사선이 펄싱되는 시퀀스 또는 패턴을 제어하도록 구성될 수 있다.

Description

조합 방출기 및 카메라 조립체
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.
하나의 일반적인 태양에서, 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 기구(surgical instrument). 수술 기구는 수술 부위에서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 전자기 방사선(electromagnetic radiation)을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체(emitter assembly); 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 수신하도록 구성되는 수신기 조립체(receiver assembly); 및 방출기 조립체 및 수신기 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함한다. 제어 회로는 방출기 조립체가 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스(sequence)로 전자기 방사선을 펄싱하게(pulse) 하고; 수신기 조립체를 통해 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 반사된 전자기 방사선에 따라 조직 정보를 결정하고; 조직 정보에 따라 방출기 조립체에 의해 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 시퀀스를 변경하도록 구성된다.
다른 일반적인 태양에서, 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 시각화 시스템(surgical visualization system). 수술 시각화 시스템은 제어 회로를 포함하고, 제어 회로는 전자기 방사선이 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스로 펄싱되게 하고; 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선으로부터 조직 정보를 추출하고; 조직 정보에 따라 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 시퀀스를 변경하도록 구성된다.
또 다른 일반적인 태양에서, 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 기구. 수술 기구는 수술 부위에서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체; 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 수신하도록 구성되는 수신기 조립체; 및 방출기 조립체 및 수신기 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함한다. 제어 회로는 조직 유형 선택을 수신하고; 방출기 조립체가 조직 유형 선택에 대응하는 시퀀스로서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스로 전자기 방사선을 펄싱하게 하고; 수신기 조립체를 통해 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 반사된 전자기 방사선에 따라 조직 정보를 결정하도록 구성된다.
하나의 일반적인 태양에서, 방출기 조립체 및 파형 센서 조립체(waveform sensor assembly)를 포함하는 수술 기구. 방출기 조립체는 전자기 방사선을 방출하도록 구성된다. 방출기 조립체는 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는 제1 방출기 및 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 제2 방출기를 포함한다. 파형 센서 조립체는 방출기 조립체에 의해 방출되는 전자기 방사선을 검출하고; 검출된 전자기 방사선에 대응하는 3차원 이미지들을 획득하도록 구성된다.
다른 일반적인 태양에서, 수술 부위에서 구조물들을 시각화하기 위한 수술 시각화 시스템. 수술 시각화 시스템은 전자기 스펙트럼을 가로지르는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 초분광 방출기 조립체(hyperspectral emitter assembly); 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 구조화된-광 방출기 조립체; 및 센서 조립체를 포함한다. 센서 조립체는 초분광 방출기 조립체에 의해 방출되는 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 구조화된-광 방출기 조립체에 의해 방출되는 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 수술 부위의 3차원 이미지들을 획득하도록 구성된다.
또 다른 일반적인 태양에서, 수술 부위에서 구조물들을 시각화하기 위한 시각화 조립체(visualization assembly). 시각화 조립체는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체; 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 검출하도록 구성되는 제1 카메라; 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 검출하도록 구성되는 제2 카메라; 및 제1 카메라 및 제2 카메라에 결합되는 제어 회로를 포함한다. 방출기 조립체는 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는 제1 방출기; 및 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 제2 방출기를 포함한다. 제어 회로는 검출된 전자기 방사선에 대응하는 수술 부위의 3차원 이미지들을 생성하도록 구성된다.
하나의 일반적인 태양에서, 전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스(electromagnetic radiation source); 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기; 광 밸브 조립체(light valve assembly); 및 광 밸브 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함하는 수술 기구. 제1 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성된다. 제2 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 구조화된 광을 방출하도록 구성된다. 광 밸브 조립체는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 제1 방출기 또는 제2 방출기가 수신할지 여부를 선택적으로 제어하도록 구성된다. 제어 회로는 광 밸브 조립체가 전자기 방사선을 제1 방출기 또는 제2 방출기가 수신하게 허용할지 여부를 제어하도록 구성된다.
다른 일반적인 태양에서, 전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기; 광 밸브 조립체; 및 광 밸브 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함하는 수술 기구. 제1 방출기는 가시 광, 비가시 전자기 방사선, 또는 이들의 조합을 방출하도록 구성된다. 제2 방출기는 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성된다. 광 밸브 조립체는 제1 방출기가 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 제1 상태와 제2 방출기가 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 제2 상태 사이에서 전이하도록 구성된다. 제어 회로는 광 밸브 조립체를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전이시키기 위해 광 밸브 조립체로 제어 신호를 전송하도록 구성된다.
또 다른 일반적인 태양에서, 수술 기구를 위한 방출기 조립체. 수술 기구는 제어 회로를 포함한다. 방출기 조립체는 전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기; 및 광 밸브 조립체를 포함한다. 제1 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성된다. 제2 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 구조화된 광을 방출하도록 구성된다. 광 밸브 조립체는 제어 회로부터 수신되는 제어 신호에 따라 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 제1 방출기 또는 제2 방출기가 수신할지 여부를 선택적으로 제어하도록 구성된다.
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, 구조물의 수술중 식별을 위한 시각화 시스템의 블록도.
도 23은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 방출기 조립체를 포함하는 엔드 이펙터(end effector)의 사시도.
도 24는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 조직 구조물을 시각화하기 위한 프로세스의 로직 흐름도.
도 25는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 시각화 시스템을 통해 시각화된 종양 구조물의 도면.
도 26은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 시각화 시스템을 통해 시각화된 도관 구조물(duct structure)의 도면.
도 27은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 시각화 시스템을 통해 시각화된 정맥 구조물의 도면.
도 28은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 조직 구조물을 자동으로 시각화하기 위한 프로세스의 로직 흐름도.
도 29a는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 방출기 조립체가 제1 상태에 있는, 단일 전자기 방사선(electromagnetic radiation, EMR) 소스를 포함하는 방출기 조립체의 도면.
도 29b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 방출기 조립체가 제2 상태에 있는, 도 29a의 방출기 조립체의 도면.
도 30은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 부위에서 조직 상에 구조화된 광을 투사하는 시각화 시스템을 예시한 도면.
도 31a는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 방출기 조립체가 제1 상태에 있는, 단일 EMR 소스를 포함하는 방출기 조립체의 도면.
도 31b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 방출기 조립체가 제2 상태에 있는, 도 31a의 방출기 조립체의 도면.
도 32는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 조합된 다중분광 및 구조화된 광원 및 3D 카메라를 포함하는 시각화 시스템을 예시한 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(clip), 택(tack), 부지(bougie), 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, 예를 들어 발명의 명칭이 수술 장치의 시각화인 미국 특허 출원 제16/128,192호를 포함하는, 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 이펙터를 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]
Figure pct00022
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:
Figure pct00024
.
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.
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.
방출기 조립체 펄스 시퀀스의 제어
도 22는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 구조물의 수술중 식별을 위한 시각화 시스템(5200)의 블록도를 예시한다. 시각화 시스템(5200)은 다양한 시퀀스 및 조합으로 구조화된 광, 적외 방사선(IR), 및 가시 광을 펄싱하여, 수술 절차의 과정 동안 요관, 혈관과 같은 중요 구조물을 식별하기 위해 유체(예컨대, 혈액), 조직(예컨대, 지방 조직, 결합 조직, 또는 조직의 집합, 예컨대 기관), 및/또는 다른 구조물에 의해 차단될 수 있는 구조물을 시각화하도록 구성된다. 시각화 시스템(5200)의 하기 설명에서, 도 1, 도 2, 및 도 11이 또한 참조될 것이다.
일 태양에서, 시각화 시스템(5200)은 수신기(108)(도 1) 및/또는 이미지 센서(634)를 포함하는 카메라(612)(도 11)를 포함할 수 있는 수신기 조립체(5206), 및 광학 파형 방출기(123)(도 1) 및/또는 레이저 광 엔진(624)(도 11)을 포함할 수 있는 방출기 조립체(5204)를 포함한다. 또한, 시각화 시스템(5200)은 방출기 조립체(5204) 및 수신기 조립체(5206) 각각에 결합되는, 제어 회로(132)(도 2) 및/또는 스펙트럼 제어 회로(602)(도 11)를 포함할 수 있는 제어 회로(5202)를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 방출기 조립체(5204)는 다양한 파장에서(예컨대, 가시 스펙트럼에서 그리고/또는 IR 스펙트럼에서) 그리고/또는 구조화된 광(즉, 특정 알려진 패턴으로 투사된 EMR)으로서 EMR을 방출하도록 구성될 수 있다. 제어 회로(5202)는 예를 들어 하드와이어드 회로, 프로그램가능 회로(예컨대, 메모리에 결합되는 컴퓨터 프로세서 또는 필드 프로그램가능 게이트 어레이), 상태 기계 회로, 프로그램가능 회로에 의해 실행되는 명령어를 저장하는 펌웨어, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 태양에서, 방출기 조립체(5204)는 예를 들어 도 23에 도시된 바와 같이, 수술 기구(5209)의 엔드 이펙터(5208) 상에 또는 그에 인접하게 위치될 수 있다. 방출기 조립체(5204)는 예를 들어 가시 광을 방출하기 위한 제1 방출기(5212) 및 구조화된 광을 방출하기 위한 제2 방출기(5214)를 포함할 수 있다. 방출기(5212, 5214)는 원하는 파장에서 EMR을 방출하기 위한 다양한 필터를 포함할 수 있다. 다른 태양에서, 수신기 조립체(5206)는 수술 기구(5209)의 엔드 이펙터(5208) 상에 또는 그에 인접하게 위치될 수 있다. 다른 태양에서, 방출기 조립체(5204)는 예를 들어 도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 별개의 수술 기구일 수 있다. 다른 태양에서, 방출기 조립체(5204) 및/또는 수신기 조립체(5206)는 주 로봇 시스템의 구성요소이거나 그와는 별개인 하나 이상의 로봇 아암 상에 위치될 수 있다. 다양한 태양에서, 로봇 아암은 (로봇 시스템 서보모터로부터의 보조로 또는 보조 없이) 수동으로 위치설정가능하도록 구성되고, 도 1 내지 도 12와 관련하여 기술된 바와 같이, 시각화 시스템(5200)이 시각화된 구조물의 위치를 계산하기 위해 수신기 조립체(5206)와 방출기 조립체(5204)의 상대 위치를 추적할 수 있도록 그들이 위치됨에 따라 그들의 상대 위치를 (예컨대, 직교 좌표로서) 정합시키도록 추가로 구성될 수 있다.
다양한 태양에서, 수술 시각화 시스템(5200)은 수술 접근 및 절개 동안 중요 구조물을 검출 및 회피하도록 구성된다. 일반적으로, 수술 시각화 시스템(5200)은 방출기 조립체(5204)(예컨대, 레이저 광 엔진(624))의 피드백 제어를 갖고서 특수화된 수신기 조립체(5206)(예컨대, 광학계(632) 및 이미지 센서(634)를 포함하는 카메라(612))를 포함한다. 수신기 조립체(5206)는 예를 들어 구조화된 광, 가시 광, 자외선, 및/또는 IR의 조합을 감지하도록 구성되는 3D 카메라 센서 어레이를 포함할 수 있다. 구조화된 광, 가시 광, 및 비-가시 EMR을 순차적으로 펄싱하도록 방출기 조립체(5204)를 제어함으로써, 모든 3가지 상이한 유형의 EMR이 수술 절차(예컨대, 최소 침습 수술 절차)의 과정 동안 조직, 구조물, 도구, 및 다른 객체를 시각화 및 추적하기 위해 단일 시각화 시스템(5200)에서 조합될 수 있다. 다수의 유사하게 구성된 카메라가 수술 절차의 과정 동안 다수의 조직, 구조물, 도구, 및 다른 객체를 시각화 및 추적하는 데 이용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
제어 회로(5202)는 더 상세히 후술되는 바와 같이, 다양한 시퀀스 및 조합으로 가시 광(5205a), IR(5205b), 및/또는 구조화된 광(5205c)을 방출 또는 펄싱하기 위해 방출기 조립체(5204)를 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 회로(5202)는 수신기 조립체(5206)를 통해 반사된 가시 광(5207a), 반사된 IR(5207b), 및/또는 반사된 구조화된 광(5207c)을 수신함으로써 방출기 조립체(5204)가 방출된 EMR을 지향시키는 조직에 관련된 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구조화된 광은 구조화된 광이 그에 대해 투사되는 표면(들)의 거리 및 형상 데이터를 결정하는 데 이용될 수 있고, 가시 광은 3D 이미지 데이터를 제공할 수 있고, 비가시 광(예컨대, IR)은 상이한 조직 및 다른 구조물의 흡수 대역의 차이로 인해 숨겨진 해부학적 구조의 초분광 데이터를 제공할 수 있다. 도 16 내지 도 18에서 전술된 바와 같이, 예를 들어, 방출된 구조화된, 가시, 및/또는 비가시 EMR로부터 결정되는 데이터는 조직의 생리학적 유형을 구별하고 다른 조직 정보를 결정하는 데 이용될 수 있다. 또한, 제어 회로(5202)는, 도 28과 관련하여 더 상세히 후술되는 프로세스(5240)와 같이, 반사된 구조화된, 가시, 및/또는 비가시 EMR로부터 결정되는 조직 정보(예컨대, 조직 유형 또는 다른 조직 파라미터)에 따라 방출기 조립체(5204)에 의해 펄싱되는 EMR의 시퀀스 및/또는 조성을 제어하기 위한 피드백 루프 또는 알고리즘을 구현하도록 구성될 수 있다.
다양한 태양에서, 방출기 조립체(5204)는 복수의 파장(λ1, λ2, λ3, ... λn) 또는 파장의 범위에서 EMR을 방출하도록 구성될 수 있다. 하나의 예시적인 응용에서, 방출기 조립체(5204)는 적색 광(즉, 장-파장 가시 광)으로 특징지어지는 제1 파장(λ1), 청색 광(즉, 단-파장 가시 광)으로 특징지어지는 제2 파장(λ2), 녹색 광(즉, 중-파장 가시 광)으로 특징지어지는 제3 파장(λ3), (제3 파장(λ3)과 상이할 수 있는) 녹색 광으로 특징지어지는 제4 파장(λ4), 구조화된 광(예컨대, 녹색 구조화된 광)에 대해 이용되는 제5 파장(λ5), 근-IR 방사선(NIR)으로 특징지어지는 제6 파장(λ6), (제6 파장(λ6)과 상이할 수 있는) NIR로 특징지어지는 제7 파장(λ7), 및/또는 단-파장 IR(SWIR)로 특징지어지는 제8 파장(8)에서 EMR을 방출하도록 구성될 수 있다. 제어 회로(5202)는 다양한 시퀀스로 다양한 파장(λ1, λ2, λ3, ... λn)에서 EMR을 펄싱하기 위해 방출기 조립체(5204)를 제어하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 제어 회로(5202)는 제3 파장(λ3), 이어서 제1 파장(λ1), 이어서 제2 파장(λ2), 이어서 제5 파장(λ5), 이어서 제7 파장(λ7), 이어서 제6 파장(λ6)에서 EMR을 방출하기 위해 방출기 조립체(5204)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 시퀀스는 예를 들어 기본 또는 디폴트 시퀀스를 나타낼 수 있다. 다양한 태양에서, 제어 회로(5202)는, 예를 들어 사용자 입력, 반사된 EMR로부터 추출되는 데이터, 및/또는 제어 회로(5202)에 의해 실행되는 제어 알고리즘에 따라 펄스 시퀀스를 반복하거나 펄스 시퀀스를 변경하기 위해 방출기 조립체(5204)를 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 방출기 조립체(5204)에 의해 방출되는 EMR의 특정 파장 및/또는 펄스 시퀀스에서의 EMR의 특정 시퀀스 파장은 특정 유형의 구조물을 시각화하는 것과 같은 특정 목적을 위해 선택될 수 있다. 따라서, 방출기 조립체(5204)에 의해 방출되는 특정 펄스 시퀀스는 방출기 조립체(5204)의 시야(field of view, FOV) 내의 중요 구조물을 식별하고 그리고/또는 수술 부위의 토포그래피를 결정하는 데 이용될 수 있다.
일 태양에서, 시각화 시스템(5200)은 사용자-선택가능 구조물 또는 조직 유형을 시각화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 24는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 조직 구조물을 시각화하기 위한 프로세스(5220)의 로직 흐름도를 예시한다. 프로세스(5220)의 하기 설명에서, 도 22 및 도 25 내지 도 27이 또한 참조될 것이다.
따라서, 제어 회로(5202)는 시각화 시스템(5200)에 의해 시각화될 선택된 표적 조직을 수신한다(5222). 표적 조직은 예를 들어 시각화 시스템(5200)의 사용자에 의해 선택될 수 있다. 다양한 예에서, 제어 회로(5202)는, 예컨대 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 4월 19일자로 출원된, 발명의 명칭이 허브 통신의 방법(METHOD OF HUB COMMUNICATION)인 미국 가특허 출원 제62/659,900호에 기술된 바와 같은 상황 인식 시스템을 통해, 수행되는 수술 절차에 관한 정보로부터 표적 조직을 추론할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 사용자가 도 25 내지 도 27에 예시적인 목적을 위해 도시된 바와 같은 제어 다이얼(5230)과 같은, 제어 회로(5202)에 결합되는 제어 장치를 통해 시각화될 조직을 선택할 수 있다. 따라서, 제어 회로(5202)는 예를 들어 제어 회로(5202)에 결합되는 메모리(134)(도 2)로부터 선택된 표적 조직에 대응하는 가시 광, IR, 및/또는 구조화된 광의 펄스 시퀀스를 검색한다(5224). 검색된 펄스 시퀀스는 방출기 조립체(5204)에 의해 방출될 EMR의 특정 파장(들), 각각의 파장이 방출될 시간의 길이, 파장이 방출될 시퀀스 또는 배열 등을 지시할 수 있다.
따라서, 제어 회로(5202)는 검색된(5224) 펄스 시퀀스에 의해 지시되는 특정 시퀀스로 가시 광, IR, 및/또는 구조화된 광의 특정 조합을 방출하도록 방출기 조립체(5204)를 제어한다(5226). 제어 회로(5202)는, 도 11과 관련하여 전술된 바와 같이, 예를 들어 레이저 광 엔진(624)을 제어하는 레이저 펄싱 제어 회로(622)와 같은 펄스 제어기를 통해 방출기 조립체(5204)를 제어할 수 있다(5226). 방출기 조립체(5204)가 수술 부위를 향해 지향될 때, 제어 회로(5202)는 그에 따라 선택된 펄스 시퀀스에 대응하는 수술 부위에서의 특정 조직 및/또는 구조물을 시각화하기 위해, 도 13 내지 도 21에서 위에서 논의된 바와 같이, 수신기 조립체(5206)를 통해 펄싱된 EMR 신호(들)로부터의 응답을 검출할 수 있다(5228). 수신기 조립체(5206)를 통해 검출되는 응답 강도에 따라, 제어 회로(5202)는 예를 들어 디스플레이 장치(5232)가 선택된 표적 조직 유형에 대응하는 조직의 위치 및/또는 외양을 디스플레이 또는 시각화하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 25는 시각화 시스템(5200)이 간(5234)을 전반적으로 시각화하는 데 이용되고 사용자가 강조되거나 태깅될(tagged) 종양 조직을 (제어 회로(5202) 및/또는 방출기 조립체(5204)에 결합되는, 제어 다이얼(5230)과 같은 제어 장치를 통해) 선택한 예시적인 응용을 도시한다. 따라서, 제어 회로(5202)는 방출기 조립체(5204)의 FOV 내에 존재하는 임의의 종양 조직(5235)이 디스플레이 장치(5232) 상에서 강조되거나 달리 시각화되도록 종양 조직 시각화에 적절한 펄스 시퀀스를 방출하기 위해 방출기 조립체(5204)를 제어한다(5226). 다양한 태양에서, 선택된 조직 유형에 대응하지 않는 조직은 예를 들어 디스플레이 장치(5232) 상에 디스플레이되지 않거나, 예컨대 가상선으로 디스플레이됨으로써 강조되지 않을 수 있다. 다른 예로서, 도 26 및 도 27은 사용자가 전술된 방식으로 시각화될 각각 도관 조직(5236) 및 정맥 조직(5237)에 대해 (예컨대, 제어 다이얼(5230)을 통해) 선택한 시각화 시스템(5200)의 예시적인 응용을 도시한다.
다양한 태양에서, 제어 회로(5202)는 표적 조직과 연관되는 펄스 시퀀스를 반복하고 연관된 디스플레이 장치(5232) 상에서 조직 구조물의 이동을 공간적으로 추적함으로써 표적 조직을 추적하거나 태깅하도록 구성된다. 예를 들어, 도 25 내지 도 27에 도시된 바와 같이, 구별 컬러가 추적되는 표적 조직에 할당될 수 있거나, 추적되는 표적 조직이 정상적으로 렌더링될 수 있고 모든 다른 조직 구조물은 가상선으로 디스플레이될 수 있다. 다양한 태양에서, 제어 회로(5202)는 객체와 연관되는 펄스 시퀀스를 반복하고 연관된 디스플레이 장치(5232) 상에서 객체의 이동을 공간적으로 추적함으로써 방출기 조립체(5204)의 FOV 내의 수술 기구 및 다른 비-조직 객체를 추적하거나 태깅하도록 구성된다. 제어 회로(5202)는 본 명세서에 기술된 바와 같이, 특정 객체에 대응하는 특정 파장에서의 특정 EMR 응답 강도에 따라 존재를 검출할 수 있다.
다른 태양에서, 시각화 시스템(5200)은 펄싱된 파장의 범위를 스위핑하고 이어서 수신기 조립체(5206)를 통해 검출되는 응답 강도에 따라 피드백 루프를 통해 방출된 EMR 펄스 시퀀스를 변경함으로써 특정 구조물 또는 조직 유형을 자동으로 시각화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 28은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 구조물을 자동으로 시각화하기 위한 프로세스(5240)의 로직 흐름도를 예시한다.
따라서, 제어 회로(5202)는 특정 시퀀스로 가시 광, IR, 및/또는 구조화된 광의 특정 조합을 방출하도록 방출기 조립체(5204)를 제어한다(5242). 제어 회로(5202)는, 도 11과 관련하여 전술된 바와 같이, 예를 들어 레이저 광 엔진(624)을 제어하는 레이저 펄싱 제어 회로(622)와 같은 펄스 제어기를 통해 방출기 조립체(5204)를 제어할 수 있다(5226). 초기 시퀀스 및/또는 펄싱된 EMR의 조합은, 예를 들어 시각화 시스템(5200)의 활성화 또는 사용자에 의한 개시 시에 제어 회로(5202)에 의해 메모리(134)(도 2)로부터 검색될 수 있는 기본 또는 디폴트 펄스 시퀀스에 의해 한정될 수 있다. 수술 절차 동안 이용될 때, 방출기 조립체(5204)는 수술 부위를 향해 지향될 수 있다. 따라서, 제어 회로(5202)는, 도 13 내지 도 21에서 위에서 논의된 바와 같이, 수신기 조립체(5206)를 통해 펄싱된 EMR 신호(들)로부터의 응답을 검출할 수 있다(5244). 검출된(5244) EMR 응답 강도에 따라, 제어 회로(5202)는 검출 알고리즘을 실행하여 수술 부위에서 검출되는 것을 식별하고 이어서 그에 따라 예컨대 펄스 제어기를 통해 방출기 조립체(5204)에 의해 방출되는 EMR 펄스 시퀀스를 변경할 수 있다(5246). 도 16 내지 도 18과 관련하여 전술된 바와 같이, 예를 들어 검출 알고리즘이 특정 파장에서의 검출된 응답 강도에 따라 수술 부위에서 다양한 구조물을 구별 및 식별할 수 있다. 예를 들어, 검출 알고리즘이 검출된 응답 강도에 따라 차단물(예컨대, 지방 및/또는 결합 조직)을 고려하여 혈관, 요관, 및/또는 신경을 식별하도록 구성될 수 있다. 특정 파장에서의 EMR 응답 강도로부터 결정되는 조직 정보에 따라, 제어 회로(5202)는 이어서 특정 검출된 조직 구조물/정보에 대응하도록 방출기 조립체(5204)에 의해 방출되는 EMR 펄스 시퀀스를 변경할 수 있다(5246). 예를 들어, 제어 회로(5202)가 EMR 파장의 범위를 스위핑하도록 방출기 조립체(5204)를 제어하고 그 결과 검출된(5244) 응답이 종양 조직이 존재함을 지시하는 것으로 결정한 경우, 제어 회로(5202)는 이어서 검출된 종양 조직이 사용자 디스플레이 상에 시각화되도록 종양 조직에 대응하게 EMR 펄스 시퀀스를 변경할 수 있다(5246).
일 태양에서, 제어 회로(5202)는 (구조화된 또는 비-구조화된 형태로) EMR 스펙트럼 내의 파장의 범위를 스위핑하도록 방출기 조립체(5204)를 제어하고(5242) 이어서 그것이 검출하는(5244) 파장에서 가장 강한 응답(들)을 결정하도록 구성될 수 있다. 제어 회로(5202)는 이어서, 전술된 바와 같이, 예를 들어 검출된 응답(들)에 대응하는 조직 유형 및 다른 조직 정보를 결정하고 조직 유형에 대응하도록 방출기 조립체(5204)에 의해 방출되는 EMR 펄스 시퀀스를 변경할 수 있다(5246).
단일형 EMR 소스 방출기 조립체
일 태양에서, 방출기 조립체(5204)는 단일 EMR 소스(5262)로부터 가시 광, IR, 및/또는 구조화된 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 29a 및 도 29b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 교번 상태의 방출기 조립체(5204)의 도면을 예시한다. 이러한 태양에서, 방출기 조립체(5204)는 EMR 소스(5262)를, 가시 광(예컨대, RGB) 및/또는 IR(5257)을 방출하도록 구성되는 제1 방출기(5256)에 그리고 EMR 소스(5262)로부터 특정 파장의 EMR이 공급되는 것에 응답하여 구조화된 광(5259)을 방출하도록 구성되는 제2 방출기(5258)에 연결하는 채널(5250)을 포함한다. 채널(5250)은 예를 들어 광섬유 케이블을 포함할 수 있다. EMR 소스(5262)는 예를 들어 레이저 광 엔진(624)(도 11)을 포함할 수 있다. 제2 방출기(5258)는 방출기 조립체(5204)가 표적 부위 상으로 사전결정된 패턴(5260)을 투사하게 하도록 EMR 소스(5262)로부터의 EMR을 구조화된 광(5259)으로서 방출하도록 구성되는 필터를 포함할 수 있다.
방출기 조립체(5204)는 EMR 소스(5262)로부터 방출되는 EMR이 제1 방출기(5256) 및/또는 제2 방출기(5258)로 진행할지 여부를 제어하도록 구성되는 광 밸브 조립체(5252)를 추가로 포함한다. 도시된 태양에서, 광 밸브 조립체(5252)는 채널(5250)의 분기부에 위치되고, EMR 소스(5262)로부터의 EMR이 제1 분지(5251a)를 통해 제1 방출기(5256)로 전송될지 여부를 제어하도록 구성되는 제1 광 밸브(5254a) 및 EMR 소스(5262)로부터의 EMR이 제2 분지(5251b)로 제2 방출기(5258)로 전송될지 여부를 제어하도록 구성되는 제2 광 밸브(5254b)를 포함한다. 광 밸브(5254a, 5254b)는 예를 들어 인가된 전압 또는 제어 신호에 응답하여 제어가능한 EMR 투과율을 갖는 액정 광 밸브(liquid crystal light valve)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액정 광 밸브는 제1 전압 또는 제어 신호가 그에 인가될 때 불투명할 수 있고, 제2 전압 또는 제어 신호가 그에 인가될 때 반투명할 수 있다.
일 태양에서, 제어 회로(5202)는 그것이 광 밸브(5254a, 5254b)의 투과율을 그들에 전압 또는 제어 신호를 인가함으로써 제어할 수 있도록 광 밸브 조립체(5252)에 전기적으로 결합될 수 있다. 제어 회로(5202)는 예를 들어 사용자 입력 및/또는 검출된 파라미터(예컨대, 수술 기구 또는 수술 부위와 연관되는 파라미터)에 응답하여 EMR 소스(5262)로부터의 EMR을 방출기들(5256, 5258) 중 하나 또는 둘 모두로 지향시키기 위해 광 밸브 조립체(5252)를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 태양에서, 제어 회로(5202)는 그것이 EMR 소스(5262)에 의해 발생되는 EMR의 파장을 제어할 수 있도록 EMR 소스(5262)에 결합된다. 다양한 태양에서, 제어 회로(5202)는 EMR 소스(5262) 및 광 밸브 조립체(5252)를 독립적으로 또는 서로 동시에 제어할 수 있다.
일부 태양에서, 제어 회로(5202)는 광 밸브(들)(5254a, 5254b)가 개방됨(즉, 반투명) 또는 폐쇄됨(즉, 불투명)에 따라 EMR 소스(5262)에 의해 발생되는 EMR의 파장을 조절할 수 있다. 다시 말하면, 제어 회로(5202)는 그것이 어느 것이든 EMR 소스(5262)로부터의 EMR이 광 밸브 조립체(5252)에 의해 지향되는 방출기(5254a, 5254b)에 적절한 특정 파장에서 또는 특정 파장 범위 내에서 EMR을 생성하도록 EMR 소스(5262)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 29a에서, 제어 회로(5202)는 제1 광 밸브(5254a)가 반투명해지고 제2 광 밸브(5254b)가 불투명해지게 하도록 광 밸브 조립체(5252)에 제어 신호를 인가하였다. 또한, 제어 회로(5202)는 그것이 제1 파장(λ1)에서 EMR을 방출하게 하도록 EMR 소스(5262)를 제어하였다. 반대로, 도 29b에서, 제어 회로(5202)는 제2 광 밸브(5254b)가 반투명해지고 제1 광 밸브(5254a)가 불투명해지게 하도록 광 밸브 조립체(5252)에 제어 신호를 인가하였다. 또한, 제어 회로(5202)는 그것이 제2 파장(λ2)에서 EMR을 방출하게 하도록 EMR 소스(5262)를 제어하였다. 일부 태양에서, 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)은 예를 들어 대응하는 방출기(5256, 5258)에 대한 작동 EMR 파장 범위에 대응할 수 있다.
도 30은 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 수술 부위에서 조직(5210) 상에 구조화된 광(5259)을 투사하는 시각화 시스템(5200)을 예시한다. 시각화 시스템(5200)은, 도 29a 및 도 29b와 관련하여 전술된 바와 같이, 단일 EMR 소스(5262)를 갖는 방출기 조립체(5204) 및 수신기 조립체(5206)를 포함할 수 있다. 예시적인 응용에서, 제어 회로(5202)는 방출기 조립체(5204)의 광 밸브 조립체(5252)를 제어하여 제2 방출기(5258)가 구조화된 광(5259)을 방출하여 조직(5210) 상에 패턴(5260)을 디스플레이하게 하였다. 구조화된 광(5259)은 EMR 스펙트럼 내의 임의의 파장(즉, 가시 또는 비-가시 파장)에서 방출기 조립체(5204)에 의해 방출될 수 있다. 다양한 태양에서, 제어 회로(5202)는 사용자에 의한 선택에 응답하여 또는 제어 회로(5202)에 의해 실행되는 제어 알고리즘으로부터의 자동 제어를 통해 방출기 조립체(5204)를 제어할 수 있다. 또한, 제어 회로(5202)는 방출기 조립체(5204)가, 도 22 내지 도 28에 관하여 위에서 논의된 바와 같이, 조직(5210)에 관련된 데이터를 시각화 또는 계산하기 위한 펄스 시퀀스의 성분으로서 EMR(예컨대, 도시된 바와 같은 구조화된 광(5259))을 방출하게 하거나, 외과의가 수술 절차 동안 조직(5210)을 시각화하는 것을 보조하기 위해 조직(5210) 상의 구조화된 광을 유지하게 하도록 구성될 수 있다.
도 31a 및 도 31b는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 단일 EMR 소스(5262)를 포함하는 방출기 조립체(5204)의 도면을 예시한다. 이러한 태양에서, 방출기 조립체(5204)는 도 29a 및 도 29b에 도시된 바와 같은 이중 광 밸브(5254a, 5254b)와는 대조적으로, 단일 광 밸브(5254)를 포함한다. 이러한 태양에서, 제어 회로(5202)는 광 밸브(5254)에 결합되고, 도 31a에 도시된 바와 같이, 제1 방출기(5256)만이 EMR(예컨대, 가시 광/IR 또는 구조화된 광)을 방출하고 있는지, 또는 도 31b에 도시된 바와 같이, 방출기들(5256, 5258) 둘 모두가 EMR(예컨대, 가시 광/IR 및 구조화된 광)을 방출하고 있는지 여부를 결정하도록 광 밸브(5254)를 제어할 수 있다. 제1 방출기(5256)가 가시 광/IR을 방출하는 것으로 도시되고 제2 방출기(5258)가 구조화된 광을 방출하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 태양에서, 방출기(5256, 5258)에 의해 방출되는 EMR의 유형은 본 명세서에서 논의된 원리에 따라 역전되거나 달리 변화될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
조합 방출기 및 카메라 조립체
도 32는 본 개시의 적어도 하나의 태양에 따른, 조합된 다중분광 및 구조화된 광원 및 3D 카메라를 포함하는 시각화 시스템(5200)을 예시한다. 시각화 시스템(5200)의 다양한 태양에서, 방출기 조립체는 카메라 조립체와 통합되거나, 그 상에 장착되거나, 그에 클립핑되거나, 달리 그와 연관될 수 있다. 예를 들어, 일 태양에서, 시각화 시스템(5200)은, 예를 들어 도 1과 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같은, 별개의 방출기 및 파형 센서 조립체와는 대조적으로, 조합된 방출기 및 파형 센서 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 태양에서, 시각화 시스템(5200)은 가시 광 및 IR(예컨대, NIR, SWIR, 및 LIR을 포함함)을 출력하도록 구성되는 제1 방출기(5270) 및 구조화된 광(이는 구조화된 가시 광 또는 비-가시 EMR을 포함할 수 있음)을 출력하도록 구성되는 제2 방출기(5272)를 포함한다.
제1 방출기(5270)에 의해 방출되는 EMR은 전술된 바와 같이 중요 해부학적 구조 조직을 시각화하기 위해 조직 표면 및 조직 질량에 침투하여 결합 조직의 차단물인 그러한 중요 해부학적 구조 조직에 도달하도록 선택될 수 있다. 또한, 시각화 시스템(5200)은 제1 및 제2 방출기(5270, 5272)가 지향되는 조직으로부터 반사되는 대응하는 EMR을 검출하도록 구성되는 제1 파형 센서(5274)(예컨대, 제1 카메라) 및 제2 파형 센서(5276)(예컨대, 제2 카메라)를 포함한다. 제1 및 제2 파형 센서(5274, 5276)가 카메라인 태양에서, 제1 및 제2 파형 센서(5274, 5276)는 3D 이미지를 캡처하도록 배열될 수 있다(즉, 각각의 카메라에 의해 캡처된 이미지는 3D 이미지를 생성하도록 조합될 수 있음). 제1 및 제2 파형 센서(5274, 5276)는 제1 및 제2 방출기(5270, 5272)에 의해 방출되는 간섭성 또는 비간섭성 가시 광, IR, 및/또는 임의의 다른 EMR을 검출 또는 시각화하도록 구성될 수 있다. 전술된 이중 방출기 및 카메라 조립체에서와 같이, 도시된 시각화 시스템(5200)은, 특히 그들 구조물이 지방, 결합 조직, 혈액, 또는 다른 기관에 의해 차단될 때, 사용자가 중요 구조물(예컨대, 요관 또는 혈관)을 식별하도록 허용할 수 있다.
도시된 태양에서, 제1 및 제2 방출기(5270, 5272) 및 제1 및 제2 파형 센서(5274, 5276)는 대략 마름모꼴 패턴으로 배열되고, 여기서 제1 및 제2 방출기(5270, 5272)는 서로에 대해 반대편에 위치되고 제1 및 제2 파형 센서(5274, 5276)는 마찬가지로 서로에 대해 반대편에 위치된다. 그러나, 제1 및 제2 방출기(5270, 5272) 및 제1 및 제2 파형 센서(5274, 5276)는 제1 및 제2 파형 센서(5274, 5276)가 수술 부위에서 제1 및 제2 방출기(5270, 5272)에 의해 방출된 반사된 EMR을 수신할 수 있도록 다양한 다른 구성 및 패턴으로 배열될 수 있다.
예
본 명세서에 기술된 발명 요지의 다양한 태양이 하기 예 세트에 기재된다:
예 세트 1.
예 1. 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 기구. 수술 기구는 수술 부위에서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체; 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 수신하도록 구성되는 수신기 조립체; 및 방출기 조립체 및 수신기 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함한다. 제어 회로는 방출기 조립체가 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스로 전자기 방사선을 펄싱하게 하고; 수신기 조립체를 통해 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 반사된 전자기 방사선에 따라 조직 정보를 결정하고; 조직 정보에 따라 방출기 조립체에 의해 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 시퀀스를 변경하도록 구성된다.
예 2. 예 1에 있어서, 제어 회로는 파장들의 범위에 걸쳐 방출된 전자기 방사선을 스위핑하기 위해 방출기 조립체를 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
예 3. 예 2에 있어서, 제어 회로는 파장들의 범위 내의 하나 이상의 파장들에서 결정되는 조직 정보에 따라 방출기 조립체에 의해 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 시퀀스를 변경하도록 구성되는, 수술 기구.
예 4. 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예에 있어서, 조직 정보는 조직까지의 거리, 조직의 형상, 또는 조직의 해부학적 유형 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 수술 기구.
예 5. 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예에 있어서, 수술 기구는 엔드 이펙터를 포함하는, 수술 기구.
예 6. 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예에 있어서, 제어 회로는 결정된 조직 정보에 따라 제어 회로에 결합되는 디스플레이 상에 조직을 시각화하도록 구성되는, 수술 기구.
예 7. 예 6에 있어서, 제어 회로는 결정된 조직 정보에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물들의 이동을 추적하도록 구성되는, 수술 기구.
예 8. 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 시각화 시스템. 수술 시각화 시스템은 제어 회로를 포함하고, 제어 회로는 전자기 방사선이 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스로 펄싱되게 하고; 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선으로부터 조직 정보를 추출하고; 조직 정보에 따라 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 시퀀스를 변경하도록 구성된다.
예 9. 예 8에 있어서, 수술 시각화 시스템은 방출기 조립체를 포함하고, 제어 회로는 파장들의 범위에 걸쳐 방출된 전자기 방사선을 스위핑하기 위해 방출기 조립체를 제어하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 10. 예 9에 있어서, 제어 회로는 파장들의 범위 내의 하나 이상의 파장들에서 결정되는 조직 정보에 따라 방출기 조립체에 의해 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 시퀀스를 변경하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 11. 예 8 내지 예 10 중 어느 한 예에 있어서, 조직 정보는 조직까지의 거리, 조직의 형상, 또는 조직의 해부학적 유형 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 12. 예 8 내지 예 11 중 어느 한 예에 있어서, 엔드 이펙터를 포함하는 수술 기구 상에 위치되는 파형 센서 조립체를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 13. 예 8 내지 예 12 중 어느 한 예에 있어서, 제어 회로는 결정된 조직 정보에 따라 제어 회로에 결합되는 디스플레이 상에 조직을 시각화하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 14. 예 13에 있어서, 제어 회로는 결정된 조직 정보에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물들의 이동을 추적하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
예 15. 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 기구. 수술 기구는 수술 부위에서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체; 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 수신하도록 구성되는 수신기 조립체; 및 방출기 조립체 및 수신기 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함한다. 제어 회로는 조직 유형 선택을 수신하고; 방출기 조립체가 조직 유형 선택에 대응하는 시퀀스로서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스로 전자기 방사선을 펄싱하게 하고; 수신기 조립체를 통해 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 반사된 전자기 방사선에 따라 조직 정보를 결정하도록 구성된다.
예 16. 예 15에 있어서, 조직 유형 선택에 대응하는 시퀀스는 조직 유형 선택을 시각화하도록 구성되는, 수술 기구.
예 17. 예 15 또는 예 16에 있어서, 조직 정보는 조직까지의 거리, 조직의 형상, 또는 조직의 해부학적 유형 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 수술 기구.
예 18. 예 15 내지 예 17 중 어느 한 예에 있어서, 수술 기구는 엔드 이펙터를 포함하는, 수술 기구.
예 19. 예 15 내지 예 18 중 어느 한 예에 있어서, 제어 회로는 결정된 조직 정보에 따라 제어 회로에 결합되는 디스플레이 상에 조직을 시각화하도록 구성되는, 수술 기구.
예 20. 예 19에 있어서, 제어 회로는 결정된 조직 정보에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물들의 이동을 추적하도록 구성되는, 수술 기구.
예 세트 2.
예 1. 방출기 조립체 및 파형 센서 조립체를 포함하는 수술 기구. 방출기 조립체는 전자기 방사선을 방출하도록 구성된다. 방출기 조립체는 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는 제1 방출기 및 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 제2 방출기를 포함한다. 파형 센서 조립체는 방출기 조립체에 의해 방출되는 전자기 방사선을 검출하고; 검출된 전자기 방사선에 대응하는 3차원 이미지들을 획득하도록 구성된다.
예 2. 예 1에 있어서, 수술 기구는 스코프를 포함하는, 수술 기구.
예 3. 예 1 또는 예 2에 있어서, 구조화된 전자기 방사선은 가시 또는 비가시 전자기 방사선 파장들을 포함하는, 수술 기구.
예 4. 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예에 있어서, 파형 센서 조립체는 제1 파형 센서 및 제2 파형 센서를 포함하는, 수술 기구.
예 5. 예 4에 있어서, 제1 파형 센서 및 제2 파형 센서는 각각 초분광 파형 센서(hyperspectral waveform sensor)를 포함하는, 수술 기구.
예 6. 예 4 또는 예 5에 있어서, 제1 방출기와 제2 방출기는 서로에 대해 반대편에 위치되고, 제1 파형 센서와 제2 파형 센서는 서로에 대해 반대편에 위치되는, 수술 기구.
예 7. 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예에 있어서, 파형 센서 조립체는 검출된 전자기 방사선에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물의 이동을 추적하도록 구성되는 제어 회로를 포함하는, 수술 기구.
예 8. 수술 부위에서 구조물들을 시각화하기 위한 수술 시각화 시스템. 수술 시각화 시스템은 전자기 스펙트럼을 가로지르는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 초분광 방출기 조립체; 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 구조화된-광 방출기 조립체; 및 센서 조립체를 포함한다. 센서 조립체는 초분광 방출기 조립체에 의해 방출되는 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 구조화된-광 방출기 조립체에 의해 방출되는 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고; 수술 부위의 3차원 이미지들을 획득하도록 구성된다.
예 9. 예 8에 있어서, 수술 시각화 시스템은 스코프를 포함하고, 초분광 방출기 조립체, 구조화된-광 방출기 조립체, 및 센서 조립체는 스코프의 원위 부분에 적어도 부분적으로 배열되는, 수술 시각화 시스템.
예 10. 예 8 또는 예 9에 있어서, 구조화된 전자기 방사선은 가시 또는 비가시 전자기 방사선 파장들을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 11. 예 8 내지 예 10 중 어느 한 예에 있어서, 센서 조립체는 제1 파형 센서 및 제2 파형 센서를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 12. 예 11에 있어서, 제1 파형 센서와 제2 파형 센서는 서로에 대해 반대편에 위치되는, 수술 시각화 시스템.
예 13. 예 8 내지 예 12 중 어느 한 예에 있어서, 센서 조립체는 검출된 전자기 방사선에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물의 이동을 추적하도록 구성되는 제어 회로를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
예 14. 수술 부위에서 구조물들을 시각화하기 위한 시각화 조립체. 시각화 조립체는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체; 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 검출하도록 구성되는 제1 카메라; 수술 부위로부터 반사되는 전자기 방사선을 검출하도록 구성되는 제2 카메라; 및 제1 카메라 및 제2 카메라에 결합되는 제어 회로를 포함한다. 방출기 조립체는 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는 제1 방출기; 및 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 제2 방출기를 포함한다. 제어 회로는 검출된 전자기 방사선에 대응하는 수술 부위의 3차원 이미지들을 생성하도록 구성된다.
예 15. 예 14에 있어서, 구조화된 전자기 방사선은 가시 또는 비가시 전자기 방사선 파장들을 포함하는, 시각화 조립체.
예 16. 예 14 또는 예 15에 있어서, 제1 카메라와 제2 카메라는 서로에 대해 반대편에 위치되는, 시각화 조립체.
예 17. 예 14 내지 예 16 중 어느 한 예에 있어서, 제어 회로는 검출된 전자기 방사선에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물의 이동을 추적하도록 구성되는, 시각화 조립체.
예 세트 3.
예 1. 전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기; 광 밸브 조립체; 및 광 밸브 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함하는 수술 기구. 제1 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성된다. 제2 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 구조화된 광을 방출하도록 구성된다. 광 밸브 조립체는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 제1 방출기 또는 제2 방출기가 수신할지 여부를 선택적으로 제어하도록 구성된다. 제어 회로는 광 밸브 조립체가 전자기 방사선을 제1 방출기 또는 제2 방출기가 수신하게 허용할지 여부를 제어하도록 구성된다.
예 2. 예 1에 있어서, 광 밸브 조립체는 전자기 방사선을 제1 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제1 광 밸브; 및 전자기 방사선을 제2 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제2 광 밸브를 포함하는, 수술 기구.
예 3. 예 2에 있어서, 제1 광 밸브 및 제2 광 밸브는 각각 액정 광 밸브를 포함하는, 수술 기구.
예 4. 예 3에 있어서, 각각의 액정 광 밸브는 제어 회로로부터의 제어 신호에 응답하여 반투명 상태와 불투명 상태 사이에서 전이하도록 구성되는, 수술 기구.
예 5. 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예에 있어서, 제어 회로는 전자기 방사선 소스에 결합되고; 제어 회로는 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 전자기 방사선의 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
예 6. 예 5에 있어서, 제어 회로는 광 밸브 조립체의 상태에 따라 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 전자기 방사선의 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
예 7. 전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기; 광 밸브 조립체; 및 광 밸브 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함하는 수술 기구. 제1 방출기는 가시 광, 비가시 전자기 방사선, 또는 이들의 조합을 방출하도록 구성된다. 제2 방출기는 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성된다. 광 밸브 조립체는 제1 방출기가 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 제1 상태와 제2 방출기가 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 제2 상태 사이에서 전이하도록 구성된다. 제어 회로는 광 밸브 조립체를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전이시키기 위해 광 밸브 조립체로 제어 신호를 전송하도록 구성된다.
예 8. 예 7에 있어서, 광 밸브 조립체는 전자기 방사선을 제1 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제1 광 밸브; 및 전자기 방사선을 제2 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제2 광 밸브를 포함하는, 수술 기구.
예 9. 예 8에 있어서, 제1 광 밸브 및 제2 광 밸브는 각각 액정 광 밸브를 포함하는, 수술 기구.
예 10. 예 9에 있어서, 광 밸브 조립체의 제1 상태는 제1 광 밸브가 반투명 상태에 있고 제2 광 밸브가 불투명 상태에 있는 것에 대응하고; 광 밸브 조립체의 제2 상태는 제1 광 밸브가 불투명 상태에 있고 제2 광 밸브가 불투명 상태에 있는 것에 대응하는, 수술 기구.
예 11. 예 7 내지 예 10 중 어느 한 예에 있어서, 제어 회로는 전자기 방사선 소스에 결합되고; 제어 회로는 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 전자기 방사선의 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
예 12. 예 11에 있어서, 제어 회로는 광 밸브 조립체의 상태에 따라 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 전자기 방사선의 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
예 13. 수술 기구를 위한 방출기 조립체. 수술 기구는 제어 회로를 포함한다. 방출기 조립체는 전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기; 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기; 및 광 밸브 조립체를 포함한다. 제1 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성된다. 제2 방출기는 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 구조화된 광을 방출하도록 구성된다. 광 밸브 조립체는 제어 회로부터 수신되는 제어 신호에 따라 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 제1 방출기 또는 제2 방출기가 수신할지 여부를 선택적으로 제어하도록 구성된다.
예 14. 예 13에 있어서, 광 밸브 조립체는 전자기 방사선을 제1 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제1 광 밸브; 및 전자기 방사선을 제2 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제2 광 밸브를 포함하는, 방출기 조립체.
예 15. 예 14에 있어서, 제1 광 밸브 및 제2 광 밸브는 각각 액정 광 밸브를 포함하는, 방출기 조립체.
예 16. 예 15에 있어서, 각각의 액정 광 밸브는 제어 회로로부터의 제어 신호에 응답하여 반투명 상태와 불투명 상태 사이에서 전이하도록 구성되는, 방출기 조립체.
예 17. 예 13 내지 예 16 중 어느 한 예에 있어서, 제어 신호는 제1 제어 신호를 포함하고; 전자기 방사선 소스는 제어 회로로부터의 제2 제어 신호에 따라 전자기 방사선이 발생되는 파장을 변화시키도록 구성되는, 방출기 조립체.
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 (54)

  1. 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 기구(surgical instrument)로서,
    상기 수술 부위에서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 전자기 방사선(electromagnetic radiation)을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체(emitter assembly);
    상기 수술 부위로부터 반사되는 상기 전자기 방사선을 수신하도록 구성되는 수신기 조립체(receiver assembly); 및
    상기 방출기 조립체 및 상기 수신기 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 방출기 조립체가 상기 적외 방사선, 상기 가시 광, 또는 상기 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스(sequence)로 상기 전자기 방사선을 펄싱하게(pulse) 하고;
    상기 수신기 조립체를 통해 상기 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고;
    상기 반사된 전자기 방사선에 따라 조직 정보를 결정하고;
    상기 조직 정보에 따라 상기 방출기 조립체에 의해 상기 적외 방사선, 상기 가시 광, 또는 상기 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 상기 시퀀스를 변경하도록 구성되는, 수술 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 파장들의 범위에 걸쳐 상기 방출된 전자기 방사선을 스위핑하기(sweep) 위해 상기 방출기 조립체를 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 파장들의 범위 내의 하나 이상의 파장들에서 결정되는 상기 조직 정보에 따라 상기 방출기 조립체에 의해 상기 적외 방사선, 상기 가시 광, 또는 상기 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 상기 시퀀스를 변경하도록 구성되는, 수술 기구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조직 정보는 조직까지의 거리, 상기 조직의 형상, 또는 상기 조직의 해부학적 유형 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 수술 기구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수술 기구는 엔드 이펙터(end effector)를 포함하는, 수술 기구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 결정된 조직 정보에 따라 상기 제어 회로에 결합되는 디스플레이 상에 조직을 시각화하도록 구성되는, 수술 기구.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 결정된 조직 정보에 따라 상기 디스플레이 상에서 조직 구조물들의 이동을 추적하도록 구성되는, 수술 기구.
  8. 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 시각화 시스템(surgical visualization system)으로서,
    상기 수술 시각화 시스템은 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    전자기 방사선이 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 시퀀스로 펄싱되게 하고;
    상기 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선으로부터 조직 정보를 추출하고;
    상기 조직 정보에 따라 상기 적외 방사선, 상기 가시 광, 또는 상기 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 상기 시퀀스를 변경하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 방출기 조립체를 포함하고, 상기 제어 회로는 파장들의 범위에 걸쳐 상기 방출된 전자기 방사선을 스위핑하기 위해 상기 방출기 조립체를 제어하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 파장들의 범위 내의 하나 이상의 파장들에서 결정되는 상기 조직 정보에 따라 상기 방출기 조립체에 의해 상기 적외 방사선, 상기 가시 광, 또는 상기 구조화된 광 중 적어도 하나가 방출되는 상기 시퀀스를 변경하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 조직 정보는 조직까지의 거리, 상기 조직의 형상, 또는 상기 조직의 해부학적 유형 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 엔드 이펙터를 포함하는 수술 기구 상에 위치되는 파형 센서 조립체(waveform sensor assembly)를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 결정된 조직 정보에 따라 상기 제어 회로에 결합되는 디스플레이 상에 조직을 시각화하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 결정된 조직 정보에 따라 상기 디스플레이 상에서 조직 구조물들의 이동을 추적하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  15. 수술 부위를 시각화하기 위한 수술 기구로서,
    상기 수술 부위에서, 적외 방사선, 가시 광, 또는 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체;
    상기 수술 부위로부터 반사되는 상기 전자기 방사선을 수신하도록 구성되는 수신기 조립체; 및
    상기 방출기 조립체 및 상기 수신기 조립체에 결합되는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    조직 유형 선택을 수신하고;
    상기 방출기 조립체가 상기 조직 유형 선택에 대응하는 시퀀스로서, 상기 적외 방사선, 상기 가시 광, 또는 상기 구조화된 광 중 적어도 하나를 포함하는 상기 시퀀스로 상기 전자기 방사선을 펄싱하게 하고;
    상기 수신기 조립체를 통해 상기 방출된 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고;
    상기 반사된 전자기 방사선에 따라 조직 정보를 결정하도록 구성되는, 수술 기구.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조직 유형 선택에 대응하는 상기 시퀀스는 상기 조직 유형 선택을 시각화하도록 구성되는, 수술 기구.
  17. 제15항에 있어서, 상기 조직 정보는 조직까지의 거리, 상기 조직의 형상, 또는 상기 조직의 해부학적 유형 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함하는, 수술 기구.
  18. 제15항에 있어서, 상기 수술 기구는 엔드 이펙터를 포함하는, 수술 기구.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 결정된 조직 정보에 따라 상기 제어 회로에 결합되는 디스플레이 상에 조직을 시각화하도록 구성되는, 수술 기구.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 결정된 조직 정보에 따라 상기 디스플레이 상에서 조직 구조물들의 이동을 추적하도록 구성되는, 수술 기구.
  21. 수술 기구로서,
    전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체로서,
    가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는 제1 방출기; 및
    구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 제2 방출기를 포함하는, 상기 방출기 조립체; 및
    파형 센서 조립체를 포함하고, 상기 파형 센서 조립체는,
    상기 방출기 조립체에 의해 방출되는 상기 전자기 방사선을 검출하고;
    상기 검출된 전자기 방사선에 대응하는 3차원 이미지들을 획득하도록 구성되는, 수술 기구.
  22. 제21항에 있어서, 상기 수술 기구는 스코프(scope)를 포함하는, 수술 기구.
  23. 제21항에 있어서, 상기 구조화된 전자기 방사선은 가시 또는 비가시 전자기 방사선 파장들을 포함하는, 수술 기구.
  24. 제21항에 있어서, 상기 파형 센서 조립체는 제1 파형 센서 및 제2 파형 센서를 포함하는, 수술 기구.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제1 파형 센서 및 상기 제2 파형 센서는 각각 초분광 파형 센서(hyperspectral waveform sensor)를 포함하는, 수술 기구.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제1 방출기와 상기 제2 방출기는 서로에 대해 반대편에 위치되고, 상기 제1 파형 센서와 상기 제2 파형 센서는 서로에 대해 반대편에 위치되는, 수술 기구.
  27. 제21항에 있어서, 상기 파형 센서 조립체는 상기 검출된 전자기 방사선에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물의 이동을 추적하도록 구성되는 제어 회로를 포함하는, 수술 기구.
  28. 수술 부위에서 구조물들을 시각화하기 위한 수술 시각화 시스템으로서,
    전자기 스펙트럼을 가로지르는 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 초분광 방출기 조립체(hyperspectral emitter assembly);
    구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 구조화된-광 방출기 조립체; 및
    센서 조립체를 포함하고, 상기 센서 조립체는,
    상기 초분광 방출기 조립체에 의해 방출되는 상기 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고;
    상기 구조화된-광 방출기 조립체에 의해 방출되는 상기 전자기 방사선에 대응하는 반사된 전자기 방사선을 검출하고;
    상기 수술 부위의 3차원 이미지들을 획득하도록 구성되는, 수술 시각화 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 상기 수술 시각화 시스템은 스코프를 포함하고, 상기 초분광 방출기 조립체, 상기 구조화된-광 방출기 조립체, 및 상기 센서 조립체는 상기 스코프의 원위 부분에 적어도 부분적으로 배열되는, 수술 시각화 시스템.
  30. 제28항에 있어서, 상기 구조화된 전자기 방사선은 가시 또는 비가시 전자기 방사선 파장들을 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  31. 제28항에 있어서, 상기 센서 조립체는 제1 파형 센서 및 제2 파형 센서를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 파형 센서와 상기 제2 파형 센서는 서로에 대해 반대편에 위치되는, 수술 시각화 시스템.
  33. 제28항에 있어서, 상기 센서 조립체는 상기 검출된 전자기 방사선에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물의 이동을 추적하도록 구성되는 제어 회로를 포함하는, 수술 시각화 시스템.
  34. 수술 부위에서 구조물들을 시각화하기 위한 시각화 조립체(visualization assembly)로서,
    전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 방출기 조립체로서,
    가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는 제1 방출기; 및
    구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 제2 방출기를 포함하는, 상기 방출기 조립체;
    상기 수술 부위로부터 반사되는 상기 전자기 방사선을 검출하도록 구성되는 제1 카메라;
    상기 수술 부위로부터 반사되는 상기 전자기 방사선을 검출하도록 구성되는 제2 카메라; 및
    상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라에 결합되는 제어 회로로서, 상기 검출된 전자기 방사선에 대응하는 상기 수술 부위의 3차원 이미지들을 생성하도록 구성되는, 상기 제어 회로를 포함하는, 시각화 조립체.
  35. 제34항에 있어서, 상기 구조화된 전자기 방사선은 가시 또는 비가시 전자기 방사선 파장들을 포함하는, 시각화 조립체.
  36. 제34항에 있어서, 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라는 서로에 대해 반대편에 위치되는, 시각화 조립체.
  37. 제34항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 검출된 전자기 방사선에 따라 디스플레이 상에서 조직 구조물의 이동을 추적하도록 구성되는, 시각화 조립체.
  38. 수술 기구로서,
    전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스(electromagnetic radiation source);
    상기 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기로서, 상기 전자기 방사선 소스로부터의 상기 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는, 상기 제1 방출기;
    상기 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기로서, 상기 전자기 방사선 소스로부터의 상기 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 구조화된 광을 방출하도록 구성되는, 상기 제2 방출기;
    상기 전자기 방사선 소스로부터의 상기 전자기 방사선을 상기 제1 방출기 또는 상기 제2 방출기가 수신할지 여부를 선택적으로 제어하도록 구성되는 광 밸브 조립체(light valve assembly); 및
    상기 광 밸브 조립체에 결합되는 제어 회로로서, 상기 광 밸브 조립체가 상기 전자기 방사선을 상기 제1 방출기 또는 상기 제2 방출기가 수신하게 허용할지 여부를 제어하도록 구성되는, 상기 제어 회로를 포함하는, 수술 기구.
  39. 제38항에 있어서, 상기 광 밸브 조립체는,
    상기 전자기 방사선을 상기 제1 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제1 광 밸브; 및
    상기 전자기 방사선을 상기 제2 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제2 광 밸브를 포함하는, 수술 기구.
  40. 제39항에 있어서, 상기 제1 광 밸브 및 상기 제2 광 밸브는 각각 액정 광 밸브(liquid crystal light valve)를 포함하는, 수술 기구.
  41. 제40항에 있어서, 각각의 액정 광 밸브는 상기 제어 회로로부터의 제어 신호에 응답하여 반투명 상태와 불투명 상태 사이에서 전이하도록 구성되는, 수술 기구.
  42. 제38항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 전자기 방사선 소스에 결합되고;
    상기 제어 회로는 상기 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 상기 전자기 방사선의 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
  43. 제42항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 광 밸브 조립체의 상태에 따라 상기 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 상기 전자기 방사선의 상기 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
  44. 수술 기구로서,
    전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스;
    상기 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기로서, 가시 광, 비가시 전자기 방사선, 또는 이들의 조합을 방출하도록 구성되는, 상기 제1 방출기;
    상기 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기로서, 구조화된 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는, 상기 제2 방출기;
    상기 제1 방출기가 상기 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 제1 상태와 상기 제2 방출기가 상기 전자기 방사선 소스로부터의 전자기 방사선을 수신하는 제2 상태 사이에서 전이하도록 구성되는 광 밸브 조립체; 및
    상기 광 밸브 조립체에 결합되는 제어 회로로서, 상기 광 밸브 조립체를 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에서 전이시키기 위해 상기 광 밸브 조립체로 제어 신호를 전송하도록 구성되는, 상기 제어 회로를 포함하는, 수술 기구.
  45. 제44항에 있어서, 상기 광 밸브 조립체는,
    상기 전자기 방사선을 상기 제1 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제1 광 밸브; 및
    상기 전자기 방사선을 상기 제2 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제2 광 밸브를 포함하는, 수술 기구.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제1 광 밸브 및 상기 제2 광 밸브는 각각 액정 광 밸브를 포함하는, 수술 기구.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 광 밸브 조립체의 상기 제1 상태는 상기 제1 광 밸브가 반투명 상태에 있고 상기 제2 광 밸브가 불투명 상태에 있는 것에 대응하고;
    상기 광 밸브 조립체의 상기 제2 상태는 상기 제1 광 밸브가 상기 불투명 상태에 있고 상기 제2 광 밸브가 상기 불투명 상태에 있는 것에 대응하는, 수술 기구.
  48. 제44항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 전자기 방사선 소스에 결합되고;
    상기 제어 회로는 상기 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 상기 전자기 방사선의 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
  49. 제48항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 광 밸브 조립체의 상태에 따라 상기 전자기 방사선 소스에 의해 발생되는 상기 전자기 방사선의 상기 파장을 제어하도록 구성되는, 수술 기구.
  50. 수술 기구를 위한 방출기 조립체로서,
    상기 수술 기구는 제어 회로를 포함하고, 상기 방출기 조립체는,
    전자기 방사선을 발생시키도록 구성되는 전자기 방사선 소스;
    상기 전자기 방사선 소스에 결합되는 제1 방출기로서, 상기 전자기 방사선 소스로부터의 상기 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 가시 광, 적외 방사선, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 방출하도록 구성되는, 상기 제1 방출기;
    상기 전자기 방사선 소스에 결합되는 제2 방출기로서, 상기 전자기 방사선 소스로부터의 상기 전자기 방사선을 수신하는 것에 응답하여 구조화된 광을 방출하도록 구성되는, 상기 제2 방출기; 및
    상기 제어 회로부터 수신되는 제어 신호에 따라 상기 전자기 방사선 소스로부터의 상기 전자기 방사선을 상기 제1 방출기 또는 상기 제2 방출기가 수신할지 여부를 선택적으로 제어하도록 구성되는 광 밸브 조립체를 포함하는, 방출기 조립체.
  51. 제50항에 있어서, 상기 광 밸브 조립체는,
    상기 전자기 방사선을 상기 제1 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제1 광 밸브; 및
    상기 전자기 방사선을 상기 제2 방출기가 수신할지 여부를 제어하도록 구성되는 제2 광 밸브를 포함하는, 방출기 조립체.
  52. 제51항에 있어서, 상기 제1 광 밸브 및 상기 제2 광 밸브는 각각 액정 광 밸브를 포함하는, 방출기 조립체.
  53. 제52항에 있어서, 각각의 액정 광 밸브는 상기 제어 회로로부터의 제어 신호에 응답하여 반투명 상태와 불투명 상태 사이에서 전이하도록 구성되는, 방출기 조립체.
  54. 제50항에 있어서,
    상기 제어 신호는 제1 제어 신호를 포함하고;
    상기 전자기 방사선 소스는 상기 제어 회로로부터의 제2 제어 신호에 따라 상기 전자기 방사선이 발생되는 파장을 변화시키도록 구성되는, 방출기 조립체.
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