KR20210069670A - 동시 내시경술 및 경피 의료 절차를 위한 로봇 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
소정 태양은 내시경-보조식 경피 의료 절차를 위한 시스템 및 기법에 관한 것이다. 방법이 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 갖는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 환자의 치료 영역 내로 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 치료 영역 내의 제1 의료 기구의 제1 위치가 제1 위치 센서로 결정될 수 있다. 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는 표적 위치가 치료 영역 내에 한정될 수 있다. 제2 의료 기구가 표적 위치를 향해 경피적으로 안내될 수 있다. 방법은 로봇식 의료 시스템 상에서 수행될 수 있다.
Description
우선권 출원(들)
본 출원은 본 명세서에 참고로 포함되는, 2019년 9월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/738,706호에 대해 우선권을 주장한다.
기술분야
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 의료 시스템 및 의료 절차에 관한 것으로, 더 상세하게는 내시경-보조식 경피 의료 절차 및 복강경-보조식 내시경 절차와 같은, 동시 내시경술 및 경피 의료 절차를 위한 로봇 시스템 및 방법에 관한 것이다.
내시경술 및 복강경술과 같은 의료 절차는 진단 및/또는 치료 목적을 위해 환자의 해부학적 구조의 내측에 접근하여 시각화하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 요관경술은 신장 결석의 치료에 통상적으로 사용되는 의료 절차이다. 절차 동안, 요관경으로 알려진 얇은 가요성 튜브형 도구 또는 기구가 요도 내로, 방광 및 요관을 통해, 그리고 신장 내로 삽입될 수 있다. 일부 경우에, 신장에 대한 경피 접근이 또한 요구될 수 있다.
소정 의료 절차에서, 수술 로봇 시스템(surgical robotic system)이 수술 도구의 삽입 및/또는 조작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 수술 로봇 시스템은 절차 동안 수술 도구의 위치설정을 제어하는 데 사용되는 조작기 조립체(manipulator assembly)를 포함하는 적어도 하나의 로봇 아암(robotic arm) 또는 다른 기구 위치설정 장치(instrument positioning device)를 포함할 수 있다.
본 개시의 시스템, 방법 및 장치는 각각 여러 혁신적인 태양을 가지며, 그 중 어떠한 단일 태양도 단독으로 본 명세서에 개시된 바람직한 속성의 원인이 되는 것은 아니다.
제1 태양에서, 의료 절차를 수행하기 위한 방법이 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍(natural orifice)을 통해 환자의 치료 영역 내로 삽입하는 단계; 치료 영역 내의 제1 의료 기구의 제1 위치를 제1 위치 센서로 결정하는 단계; 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계; 및 제2 의료 기구를 환자를 통해 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임(coordinate frame)과 정합시키는 단계, 그리고 여기서 치료 영역 내의 기구의 제1 위치를 제1 위치 센서로 결정하는 단계는 수술전 모델을 참조하여 제1 위치를 결정하는 단계를 포함함; (b) 수술전 모델은 해부학적 구조의 3차원 재구성을 포함함; (c) 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계는 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 단계를 포함함; (d) 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 단계는 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 단계, 및 수술전 모델을 참조하여 표적 위치의 선택을 수신하는 단계를 포함함; (e) 표적 위치를 한정하는 단계는, 수술전 모델을 참조하여, 결정된 제1 위치와 표적 위치 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함함; (f) 표적 위치의 표현을 사용자에게 디스플레이하는 단계; (g) 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계는 치료 영역의 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 캡처하는 단계, 및 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 참조하여 표적 위치를 한정하는 단계를 포함함; (h) 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)는 하나 이상의 형광투시 이미지(fluoroscopic image)(들)를 포함함; (i) 제1 위치 센서의 출력을 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)에 정합시키는 단계; (j) 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계는 제1 의료 기구의 세장형 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 제1 축을 따라 표적 위치를 결정하는 단계를 포함함; (k) 제2 의료 기구를 환자를 통해 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계는 제2 의료 기구의 제2 축을 표적 위치와 정렬시키는 단계, 및 제2 의료 기구를 표적 위치를 향해 전진시키는 단계를 포함함; (l) 제2 의료 기구는 로봇 아암에 부착되고; 로봇 아암은 제2 의료 기구의 운동을 제2 축을 따른 운동으로 제한함; (m) 제1 의료 기구는 내시경을 포함함; (n) 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; (o) 제2 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; (p) 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함함; (q) 제1 의료 기구의 제1 위치 센서로 환자 이동을 결정하는 단계, 그리고 여기서 제2 의료 기구를 환자를 통해 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계는 결정된 환자 이동에 부분적으로 기초함; 및/또는 (r) 환자 이동은 호흡으로 인한 것임.
다른 태양에서, 의료 절차를 수행하기 위한 방법이 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 환자의 치료 영역 내로 삽입하는 단계; 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키는 단계; 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 단계; 수술전 모델을 참조하여 경계를 생성하기 위해 하나 이상의 가상 기준점(virtual fiducial)(들)을 위한 위치들을 한정하는 단계로서, 하나 이상의 가상 기준점(들)의 위치들은 제1 위치 센서의 정합된 출력에 기초하여 결정되는, 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하는 단계; 제1 위치 센서가 경계로부터 떨어져 있도록 제1 의료 기구를 위치시키는 단계; 및 제2 기구를 하나 이상의 가상 기준점(들)에 기초하여 경피 개구를 통해 치료 영역으로 또는 치료 영역 내에서 안내하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 결정하는 단계는, 위치들 각각에 대해, 제1 의료 기구를, 가상 기준점이 배치될 치료 영역 내의 장소로 내비게이션하는 단계, 및 제1 위치 센서의 정합된 출력에 기초하여 가상 기준점의 위치로서 장소를 한정하는 단계를 포함함; (b) 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 결정하는 단계는, 위치들 각각에 대해, 하나 이상의 가상 기준점(들) 중 하나를 배치할 장소의 사용자 선택을 수신하는 단계, 및 제1 위치 센서에 기초하여 결정되는 적어도 제1 위치를 참조하여 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 단계로서, 가상 기준점 위치는 제1 위치로부터 떨어져 있는, 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 단계를 포함함; (c) 경계는 절제 체적(resection volume)을 한정함; (d) 제1 의료 기구는 내시경을 포함함; (e) 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; (f) 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함함; 및/또는 (g) 수술전 모델은 CT 스캔에 기초하여 결정됨.
다른 태양에서, 컴퓨터 판독가능 매체가 명령어들을 포함하고, 명령어들은 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 환자의 치료 영역 내로 삽입하게 하고; 치료 영역 내의 제1 의료 기구의 제1 위치를 제1 위치 센서로 결정하게 하고; 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하게 하고; 제2 의료 기구를 환자를 통해 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하게 하도록 구성된다.
컴퓨터 판독가능 매체는 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 명령어들은 추가로 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고, 치료 영역 내의 기구의 제1 위치를 제1 위치 센서로 결정하는 것은 수술전 모델을 참조하여 제1 위치를 결정하는 것을 포함함; (b) 수술전 모델은 해부학적 구조의 3차원 재구성을 포함함; (c) 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 것은 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 것을 포함함; (d) 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 것은 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 것, 및 수술전 모델을 참조하여 표적 위치의 선택을 수신하는 것을 포함함; (e) 표적 위치를 한정하는 것은, 수술전 모델을 참조하여, 결정된 제1 위치와 표적 위치 사이의 차이를 결정하는 것을 포함함; (f) 명령어들은 추가로 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 표적 위치의 표현을 사용자에게 디스플레이하게 함; (g) 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 것은 치료 영역의 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 캡처하는 것, 및 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 참조하여 표적 위치를 한정하는 것을 포함함; (h) 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)는 하나 이상의 형광투시 이미지(들)를 포함함; (i) 명령어들은 추가로 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 제1 위치 센서의 출력을 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)에 정합시키게 함; (j) 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 것은 제1 의료 기구의 세장형 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 제1 축을 따라 표적 위치를 결정하는 것을 포함함; (k) 제2 의료 기구를 환자를 통해 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 것은 제2 의료 기구의 제2 축을 표적 위치와 정렬시키는 것, 및 제2 의료 기구를 표적 위치를 향해 전진시키는 것을 포함함; (l) 제2 의료 기구는 로봇 아암에 부착되고; 로봇 아암은 제2 의료 기구의 운동을 제2 축을 따른 운동으로 제한함; (m) 제1 의료 기구는 내시경을 포함함; (n) 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; (o) 제2 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; (p) 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함함; (q) 명령어들은 추가로 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 제1 의료 기구의 제1 위치 센서로 환자 이동을 결정하게 하고, 제2 의료 기구를 환자를 통해 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 것은 결정된 환자 이동에 부분적으로 기초함; 및/또는 (r) 환자 이동은 호흡으로 인한 것임.
다른 태양에서, 의료 시스템이 환자의 자연 구멍을 통해 환자의 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되고 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구; 환자 내의 경피 개구를 통해 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되는 제2 의료 기구; 실행가능 명령어들을 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리; 및 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고, 명령어들을 실행하여 시스템으로 하여금 적어도, 제1 위치 센서의 출력에 기초하여 치료 영역 내의 제1 의료 기구의 제1 위치를 결정하게 하고; 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하게 하고; 표적 위치를 결정된 제1 위치에 정합시키게 하고; 제2 의료 기구를 경피 개구를 통해 표적 위치를 향해 안내하게 하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서(들)를 포함한다.
시스템은 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 명령어들은 추가로 시스템으로 하여금, 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고, 치료 영역 내의 기구의 제1 위치를 제1 위치 센서로 결정하는 것은 수술전 모델을 참조하여 제1 위치를 결정하는 것을 포함함; (b) 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 것은 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 것을 포함함; (c) 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 것은 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 것, 및 수술전 모델을 참조하여 표적 위치의 선택을 수신하는 것을 포함함; (d) 표적 위치를 한정하는 것은, 수술전 모델을 참조하여, 결정된 제1 위치와 표적 위치 사이의 차이를 결정하는 것을 포함함; (e) 표적 위치의 표현을 사용자에게 디스플레이하도록 구성되는 디스플레이; (f) 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 것은 치료 영역의 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 캡처하는 것, 및 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 참조하여 표적 위치를 한정하는 것을 포함함; (g) 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)는 하나 이상의 형광투시 이미지(들)를 포함함; (h) 명령어들은 추가로 시스템으로 하여금, 제1 위치 센서의 출력을 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)에 정합시키게 함; (i) 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 것은 제1 의료 기구의 세장형 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 제1 축을 따라 표적 위치를 결정하는 것을 포함함; (j) 제2 의료 기구를 환자를 통해 표적 위치를 향해 안내하는 것은 제2 의료 기구의 제2 축을 표적 위치와 정렬시키는 것, 및 제2 의료 기구를 표적 위치를 향해 전진시키는 것을 포함함; (k) 로봇 아암, 여기서 제2 의료 기구는 로봇 아암에 부착되고, 로봇 아암은 제2 의료 기구의 운동을 제2 축을 따른 운동으로 제한함; (l) 제1 의료 기구는 내시경을 포함함; (m) 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; 및/또는 (n) 제2 의료 기구는 로봇식으로 제어됨.
다른 태양에서, 컴퓨터 판독가능 매체가 명령어들을 포함하고, 명령어들은 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 환자의 치료 영역 내로 삽입하게 하고; 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고; 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하게 하고; 수술전 모델을 참조하여 경계를 생성하기 위해 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하는 것으로서, 하나 이상의 가상 기준점(들)의 위치들은 제1 위치 센서의 정합된 출력에 기초하여 결정되는, 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하고; 제1 위치 센서가 경계로부터 떨어져 있도록 제1 의료 기구를 위치시키게 하고; 제2 기구를 하나 이상의 가상 기준점(들)에 기초하여 경피 개구를 통해 치료 영역으로 또는 치료 영역 내에서 안내하게 하도록 구성된다.
컴퓨터 판독가능 매체는 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 결정하는 것은, 위치들 각각에 대해, 제1 의료 기구를, 가상 기준점이 배치될 치료 영역 내의 장소로 내비게이션하는 것, 및 제1 위치 센서의 정합된 출력에 기초하여 가상 기준점의 위치로서 장소를 한정하는 것을 포함함; (b) 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 결정하는 것은, 위치들 각각에 대해, 하나 이상의 가상 기준점(들) 중 하나를 배치할 장소의 사용자 선택을 수신하는 것, 및 제1 위치 센서에 기초하여 결정되는 적어도 제1 위치를 참조하여 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것으로서, 가상 기준점 위치는 제1 위치로부터 떨어져 있는, 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것을 포함함; (c) 경계는 절제 체적을 한정함; (d) 제1 의료 기구는 내시경을 포함함; (e) 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; (f) 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함함; 및/또는 (g) 수술전 모델은 CT 스캔에 기초하여 결정됨.
다른 태양에서, 의료 시스템이 환자의 자연 구멍을 통해 환자의 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되고 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구; 환자 내의 경피 개구를 통해 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되는 제2 의료 기구; 실행가능 명령어들을 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리; 및 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고, 명령어들을 실행하여 시스템으로 하여금 적어도, 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고; 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하게 하고; 수술전 모델을 참조하여 경계를 생성하기 위해 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하는 것으로서, 하나 이상의 가상 기준점(들)의 위치들은 제1 위치 센서의 정합된 출력에 기초하여 결정되는, 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하고; 제2 의료 기구를 하나 이상의 가상 기준점(들)에 기초하여 경피 개구를 통해 치료 영역으로 또는 치료 영역 내에서 안내하게 하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서(들)를 포함한다.
시스템은 또한 임의의 조합으로 하기 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 결정하는 것은, 위치들 각각에 대해, 제1 의료 기구를, 가상 기준점이 배치될 치료 영역 내의 장소로 내비게이션하는 것, 및 제1 위치 센서의 정합된 출력에 기초하여 가상 기준점의 위치로서 장소를 한정하는 것을 포함함; (b) 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 결정하는 것은, 위치들 각각에 대해, 하나 이상의 가상 기준점(들) 중 하나를 배치할 장소의 사용자 선택을 수신하는 것, 및 제1 위치 센서에 기초하여 결정되는 적어도 제1 위치를 참조하여 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것으로서, 가상 기준점 위치는 제1 위치로부터 떨어져 있는, 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것을 포함함; (c) 경계는 절제 체적을 한정함; (d) 제1 의료 기구는 내시경을 포함함; (e) 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어됨; (f) 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함함; 및/또는 (g) 수술전 모델은 CT 스캔에 기초하여 결정됨.
개시된 태양은, 개시된 태양을 제한하지 않고 예시하기 위해 제공되는 첨부 도면과 함께 본 명세서에 후술될 것이며, 여기에서 유사한 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트(cart)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 2는 도 1의 로봇 시스템의 추가의 태양을 도시한 도면.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 4는 혈관 절차를 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 테이블(table)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 6은 도 5의 로봇 시스템의 대안적인 도면을 제공한 도면.
도 7은 로봇 아암(들)을 적재하도록(stow) 구성된 예시적인 시스템을 예시한 도면.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 10은 피치(pitch) 또는 틸트(tilt) 조절을 갖는 도 5 내지 도 9의 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 11은 도 5 내지 도 10의 테이블-기반 로봇 시스템의 테이블과 칼럼(column) 사이의 인터페이스(interface)의 상세한 예시를 제공한 도면.
도 12는 테이블-기반 로봇 시스템의 대안적인 실시예를 예시한 도면.
도 13은 도 12의 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 14는 로봇 아암이 그에 부착된 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 15는 예시적인 기구 드라이버(instrument driver)를 예시한 도면.
도 16은 페어링된(paired) 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한 도면.
도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한 도면.
도 18은 기구-기반 삽입 아키텍처(insertion architecture)를 갖는 기구를 예시한 도면.
도 19는 예시적인 제어기를 예시한 도면.
도 20은 예시적인 실시예에 따른, 도 16 내지 도 18의 기구의 위치와 같은, 도 1 내지 도 10의 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(localization system)을 예시한 블록도를 도시한 도면.
도 21a 내지 도 21d는 신장 내에서의 내시경-보조식 경피 의료 절차의 일 실시예의 다양한 단계를 예시한 도면.
도 21a는 신장 내로 안내되는 제1 의료 기구의 예를 예시한 도면.
도 21b는 제1 의료 기구로부터 떨어져 있는 표적 위치의 결정의 예를 예시한 도면.
도 21c는 표적 위치와의 제2 의료 기구의 정렬의 예를 예시한 도면.
도 21d는 표적 위치에 도달하기 위한 제2 의료 기구의 경피 삽입의 예를 예시한 도면.
도 22a 및 도 22b는 일부 동시 내시경술 및 경피 의료 절차를 위해 의료 기구를 표적 위치와 정렬시키기 위한 정렬 방법의 일 실시예의 다양한 단계를 예시한 도면.
도 22a는 의료 기구의 원위 단부가 표적 위치와 근접하게 이동되는 동안의 전반적 정렬 단계의 예를 예시한 도면.
도 22b는 의료 기구의 길이방향 축이 표적 위치와 정렬되는 동안의 미세 정렬 단계의 예를 예시한 도면.
도 23a 및 도 23b는 일 실시예에 따른, 도 22b의 미세 정렬 단계를 보조하기 위한 예시적인 정렬 인터페이스를 예시한 도면.
도 23a는 의료 기구가 표적 위치와 정렬되지 않을 때 정렬 인터페이스의 예를 예시한 도면.
도 23b는 의료 기구가 표적 위치와 정렬될 때 정렬 인터페이스의 예를 예시한 도면.
도 24는 도 23a 및 도 23b의 정렬 인터페이스를 포함하는 예시적인 사용자 인터페이스를 예시한 도면.
도 25a 및 도 25b는 폐 내에서의 내시경-보조식 경피 의료 절차의 다른 실시예의 다양한 단계를 예시한 도면.
도 25a는 절차 동안 가상 기준점을 배치 또는 생성하는 예를 예시한 도면.
도 25b는 가상 기준점에 기초하여 하나 이상의 경피 기구를 위한 경계를 생성하는 예를 예시한 도면.
도 26은 위장관 내에서의 동시 내시경술 및 경피 의료 절차의 예시적인 실시예를 예시한 도면.
도 27a는 의료 기구가 표적 위치와 랑데부하는(rendezvousing) 단계를 포함하는 의료 절차를 수행하기 위한 방법의 일 실시예를 예시한 흐름도.
도 27b는 경계를 한정하기 위해 가상 기준점을 배치하는 단계를 포함하는 의료 절차를 수행하기 위한 방법의 일 실시예를 예시한 흐름도.
도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트(cart)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 2는 도 1의 로봇 시스템의 추가의 태양을 도시한 도면.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 4는 혈관 절차를 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 테이블(table)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 6은 도 5의 로봇 시스템의 대안적인 도면을 제공한 도면.
도 7은 로봇 아암(들)을 적재하도록(stow) 구성된 예시적인 시스템을 예시한 도면.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 10은 피치(pitch) 또는 틸트(tilt) 조절을 갖는 도 5 내지 도 9의 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 11은 도 5 내지 도 10의 테이블-기반 로봇 시스템의 테이블과 칼럼(column) 사이의 인터페이스(interface)의 상세한 예시를 제공한 도면.
도 12는 테이블-기반 로봇 시스템의 대안적인 실시예를 예시한 도면.
도 13은 도 12의 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 14는 로봇 아암이 그에 부착된 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 15는 예시적인 기구 드라이버(instrument driver)를 예시한 도면.
도 16은 페어링된(paired) 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한 도면.
도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한 도면.
도 18은 기구-기반 삽입 아키텍처(insertion architecture)를 갖는 기구를 예시한 도면.
도 19는 예시적인 제어기를 예시한 도면.
도 20은 예시적인 실시예에 따른, 도 16 내지 도 18의 기구의 위치와 같은, 도 1 내지 도 10의 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(localization system)을 예시한 블록도를 도시한 도면.
도 21a 내지 도 21d는 신장 내에서의 내시경-보조식 경피 의료 절차의 일 실시예의 다양한 단계를 예시한 도면.
도 21a는 신장 내로 안내되는 제1 의료 기구의 예를 예시한 도면.
도 21b는 제1 의료 기구로부터 떨어져 있는 표적 위치의 결정의 예를 예시한 도면.
도 21c는 표적 위치와의 제2 의료 기구의 정렬의 예를 예시한 도면.
도 21d는 표적 위치에 도달하기 위한 제2 의료 기구의 경피 삽입의 예를 예시한 도면.
도 22a 및 도 22b는 일부 동시 내시경술 및 경피 의료 절차를 위해 의료 기구를 표적 위치와 정렬시키기 위한 정렬 방법의 일 실시예의 다양한 단계를 예시한 도면.
도 22a는 의료 기구의 원위 단부가 표적 위치와 근접하게 이동되는 동안의 전반적 정렬 단계의 예를 예시한 도면.
도 22b는 의료 기구의 길이방향 축이 표적 위치와 정렬되는 동안의 미세 정렬 단계의 예를 예시한 도면.
도 23a 및 도 23b는 일 실시예에 따른, 도 22b의 미세 정렬 단계를 보조하기 위한 예시적인 정렬 인터페이스를 예시한 도면.
도 23a는 의료 기구가 표적 위치와 정렬되지 않을 때 정렬 인터페이스의 예를 예시한 도면.
도 23b는 의료 기구가 표적 위치와 정렬될 때 정렬 인터페이스의 예를 예시한 도면.
도 24는 도 23a 및 도 23b의 정렬 인터페이스를 포함하는 예시적인 사용자 인터페이스를 예시한 도면.
도 25a 및 도 25b는 폐 내에서의 내시경-보조식 경피 의료 절차의 다른 실시예의 다양한 단계를 예시한 도면.
도 25a는 절차 동안 가상 기준점을 배치 또는 생성하는 예를 예시한 도면.
도 25b는 가상 기준점에 기초하여 하나 이상의 경피 기구를 위한 경계를 생성하는 예를 예시한 도면.
도 26은 위장관 내에서의 동시 내시경술 및 경피 의료 절차의 예시적인 실시예를 예시한 도면.
도 27a는 의료 기구가 표적 위치와 랑데부하는(rendezvousing) 단계를 포함하는 의료 절차를 수행하기 위한 방법의 일 실시예를 예시한 흐름도.
도 27b는 경계를 한정하기 위해 가상 기준점을 배치하는 단계를 포함하는 의료 절차를 수행하기 위한 방법의 일 실시예를 예시한 흐름도.
1. 개요.
본 개시의 태양은 복강경술과 같은 최소 침습 절차 및 내시경술과 같은 비-침습 절차 둘 모두를 비롯하여 다양한 의료 절차를 수행할 수 있는 로봇식(robotically-enabled) 의료 시스템 내에 통합될 수 있다. 내시경술 절차 중에서, 시스템은 기관지경술, 요관경술, 위내시경술(gastroscopy) 등을 수행하는 것이 가능할 수 있다.
광범위한 절차를 수행하는 것에 더하여, 시스템은 의사를 보조하기 위한 향상된 이미징 및 안내와 같은 추가의 이점을 제공할 수 있다. 추가적으로, 시스템은 다루기 어려운 아암 운동 및 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다. 더욱이, 시스템은, 시스템의 기구들 중 하나 이상이 단일 사용자에 의해 제어될 수 있도록, 개선된 사용 용이성을 갖고서 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다.
다양한 실시예가 예시의 목적으로 도면과 함께 후술될 것이다. 개시된 개념의 많은 다른 구현예가 가능하고, 개시된 구현예로 다양한 이점이 달성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 참조를 위해 그리고 다양한 섹션을 찾는 데 도움을 주기 위해 표제가 본 명세서에 포함된다. 이들 표제는 그와 관련하여 기술되는 개념의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 그러한 개념은 전체 명세서 전반에 걸쳐 적용될 수 있다.
A. 로봇 시스템 - 카트.
로봇식 의료 시스템은 특정 절차에 따라 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트-기반 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 기관지경술 동안, 시스템(10)은 기관지경술을 위한 절차-특정적 기관지경일 수 있는, 조향가능 내시경(13)과 같은 의료 기구를 진단 및/또는 치료 도구를 전달하기 위한 자연 구멍 접근 지점(즉, 본 예에서 테이블 상에 위치된 환자의 입)으로 전달하기 위한 하나 이상의 로봇 아암(12)을 갖는 카트(11)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 접근 지점에 대한 접근을 제공하기 위해 환자의 상체에 근접하게 위치될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암(12)은 접근 지점에 대해 기관지경을 위치시키도록 작동될 수 있다. 도 1의 배열은 또한, 위장(gastro-intestinal, GI) 절차를 위한 전문화된 내시경인 위내시경으로 GI 절차를 수행할 때 이용될 수 있다. 도 2는 카트의 예시적인 실시예를 더 상세히 도시한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 일단 카트(11)가 적절하게 위치되면, 로봇 아암(12)은 조향가능 내시경(13)을 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자 내로 삽입할 수 있다. 도시된 바와 같이, 조향가능 내시경(13)은 적어도 2개의 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내부 리더(leader) 부분 및 외부 시스(sheath) 부분을 포함할 수 있으며, 각각의 부분은 기구 드라이버들(28)의 세트로부터의 별개의 기구 드라이버에 결합되고, 각각의 기구 드라이버는 개별 로봇 아암의 원위 단부에 결합된다. 리더 부분을 시스 부분과 동축으로 정렬시키는 것을 용이하게 하는, 기구 드라이버(28)의 이러한 선형 배열은 하나 이상의 로봇 아암(12)을 상이한 각도 및/또는 위치로 조작함으로써 공간에서 재위치될 수 있는 "가상 레일(virtual rail)"(29)을 생성한다. 본 명세서에 기술되는 가상 레일은 파선을 사용하여 도면에 도시되어 있으며, 따라서 파선은 시스템의 임의의 물리적 구조를 도시하지 않는다. 가상 레일(29)을 따른 기구 드라이버(28)의 병진은 외부 시스 부분에 대해 내부 리더 부분을 삽통식으로 이동시키거나, 환자로부터 내시경(13)을 전진 또는 후퇴시킨다. 가상 레일(29)의 각도는 임상 적용 또는 의사 선호도에 기초하여 조절, 병진, 및 피봇될(pivoted) 수 있다. 예를 들어, 기관지경술에서, 도시된 바와 같은 가상 레일(29)의 각도 및 위치는 내시경(13)을 환자의 입 안으로 구부림으로써 발생하는 마찰을 최소화하면서 내시경(13)에 대한 의사 접근을 제공하는 것 사이의 절충을 나타낸다.
내시경(13)은 표적 목적지 또는 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템으로부터의 정확한 명령을 사용하여 삽입 후 환자의 기관 및 폐를 따라 지향될 수 있다. 환자의 폐 네트워크(lung network)를 통한 내비게이션을 향상시키고/시키거나 원하는 표적에 도달하기 위해, 내시경(13)은 향상된 관절운동 및 더 큰 굽힘 반경을 얻기 위해 외부 시스 부분으로부터 내부 리더 부분을 삽통식으로 연장시키도록 조작될 수 있다. 별개의 기구 드라이버(28)의 사용은 또한 리더 부분과 시스 부분이 서로 독립적으로 구동되도록 허용한다.
예를 들어, 내시경(13)은, 예를 들어 환자의 폐 내의 병변 또는 결절과 같은 표적에 생검 바늘을 전달하도록 지향될 수 있다. 바늘은 병리학자에 의해 분석될 조직 샘플을 얻기 위해 내시경의 길이를 따라 연장되는 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 병리학 결과에 따라, 추가의 도구가 추가의 생검을 위해 내시경의 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 결절을 악성으로 확인한 후에, 내시경(13)은 잠재적인 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경으로 전달할 수 있다. 일부 경우에, 진단 및 치료 처치제(treatment)가 별개의 절차로 전달될 수 있다. 그들 상황에서, 내시경(13)은 또한 표적 결절의 위치를 "표시"하기 위한 기준점을 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 다른 경우에서, 진단 및 치료 처치제는 동일한 절차 동안 전달될 수 있다.
시스템(10)은 또한 이동가능 타워(tower)(30)를 포함할 수 있으며, 이는 카트(11)에 지원 케이블을 통해 연결되어 카트(11)에 제어부, 전자장치, 유체장치, 광학계, 센서, 및/또는 전력에 대한 지원을 제공할 수 있다. 그러한 기능을 타워(30) 내에 두는 것은 수술 의사 및 그/그녀의 스태프에 의해 더 용이하게 조절 및/또는 재위치될 수 있는 더 작은 형태 인자(form factor)의 카트(11)를 허용한다. 추가적으로, 카트/테이블과 지원 타워(30) 사이의 기능의 분할은 수술실의 어수선함을 감소시키고, 임상 작업흐름의 개선을 용이하게 한다. 카트(11)는 환자 가까이에 위치될 수 있지만, 타워(30)는 절차 동안 방해가 되지 않도록 원격 위치에 적재될 수 있다.
전술된 로봇 시스템을 지원하기 위해, 타워(30)는, 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브(persistent magnetic storage drive), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive) 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장하는 컴퓨터-기반 제어 시스템의 구성요소(들)를 포함할 수 있다. 그들 명령어의 실행은, 실행이 타워(30)에서 발생하든 또는 카트(11)에서 발생하든 간에, 전체 시스템 또는 그의 서브-시스템(들)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 로봇 시스템의 구성요소로 하여금 관련 캐리지(carriage) 및 아암 마운트(arm mount)를 작동시키고, 로봇 아암을 작동시키고, 의료 기구를 제어하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 로봇 아암의 조인트(joint) 내의 모터는 아암을 소정 자세로 위치시킬 수 있다.
타워(30)는 또한, 내시경(13)을 통해 전개될 수 있는 시스템에 제어된 관주 및 흡인 능력을 제공하기 위해 펌프, 유량계, 밸브 제어부, 및/또는 유체 접근부(fluid access)를 포함할 수 있다. 이들 구성요소는 또한 타워(30)의 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 관주 및 흡인 능력은 별개의 케이블(들)을 통해 내시경(13)으로 직접 전달될 수 있다.
타워(30)는 카트(11)에 필터링되고 보호된 전력을 제공하도록 설계되는 전압 및 서지(surge) 보호기를 포함하여, 그에 의해 카트(11) 내에 전력 변압기 및 다른 보조 전력 구성요소를 배치하는 것을 회피하여, 더 작고 더 이동가능한 카트(11)를 생성할 수 있다.
타워(30)는 또한 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 전개된 센서에 대한 지원 장비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타워(30)는 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 광학 센서 또는 카메라로부터 수신된 데이터를 검출, 수신, 및 처리하기 위한 광전자 장비를 포함할 수 있다. 제어 시스템과 조합하여, 그러한 광전자 장비는 타워(30) 내를 비롯하여, 시스템 전체에 걸쳐 전개된 임의의 수의 콘솔(console)에 디스플레이하기 위한 실시간 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 타워(30)는 또한 전개된 전자기(electromagnetic, EM) 센서로부터 수신되는 신호를 수신하고 처리하기 위한 전자 서브시스템을 포함할 수 있다. 타워(30)는 또한 의료 기구 내의 또는 그 상의 EM 센서에 의한 검출을 위한 EM 필드 발생기(field generator)를 수용하고 위치시키는 데 사용될 수 있다.
타워(30)는 또한 시스템의 나머지 부분에서 이용가능한 다른 콘솔, 예컨대 카트의 상부에 장착된 콘솔에 더하여 콘솔(31)을 포함할 수 있다. 콘솔(31)은 의사 조작자를 위한 사용자 인터페이스 및 디스플레이 스크린, 예컨대 터치스크린을 포함할 수 있다. 시스템(10) 내의 콘솔은 일반적으로 로봇 제어뿐만 아니라 절차의 수술전 및 실시간 정보, 예컨대 내시경(13)의 내비게이션 및 위치결정 정보 둘 모두를 제공하도록 설계된다. 콘솔(31)이 의사가 이용가능한 유일한 콘솔이 아닐 때, 그것은 간호사와 같은 제2 조작자에 의해, 환자의 건강 또는 바이탈(vital) 및 시스템(10)의 작동을 모니터링할 뿐만 아니라, 내비게이션 및 위치결정 정보와 같은 절차-특정적 데이터를 제공하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 콘솔(30)은 타워(30)와 별개인 본체 내에 수용된다.
타워(30)는 하나 이상의 케이블 또는 연결부(도시되지 않음)를 통해 카트(11) 및 내시경(13)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 타워(30)로부터의 지원 기능은 단일 케이블을 통해 카트(11)에 제공되어, 수술실을 간소화하고 정리할 수 있다. 다른 실시예에서, 특정 기능은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력은 단일 전력 케이블을 통해 카트(11)에 제공될 수 있지만, 제어부, 광학계, 유체장치, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 카트-기반 로봇식 시스템으로부터의 카트(11)의 일 실시예의 상세한 예시를 제공한다. 카트(11)는 일반적으로 세장형 지지 구조물(14)(흔히 "칼럼"으로 지칭됨), 카트 기부(15), 및 칼럼(14)의 상부에 있는 콘솔(16)을 포함한다. 칼럼(14)은 하나 이상의 로봇 아암(12)(3개가 도 2에 도시됨)의 전개를 지원하기 위한 캐리지(17)(대안적으로 "아암 지지부")와 같은 하나 이상의 캐리지를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 환자에 대한 더 양호한 위치설정을 위해 로봇 아암(12)의 기부를 조절하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 또한 캐리지(17)가 칼럼(14)을 따라 수직으로 병진하도록 허용하는 캐리지 인터페이스(19)를 포함한다.
캐리지 인터페이스(19)는 캐리지(17)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(14)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 슬롯(slot)(20)과 같은 슬롯을 통해 칼럼(14)에 연결된다. 슬롯(20)은 캐리지(17)를 카트 기부(15)에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 유지시키기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함한다. 캐리지(17)의 수직 병진은 카트(11)가 로봇 아암(12)의 도달범위를 조절하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 및 의사 선호도를 충족시키도록 허용한다. 유사하게, 캐리지(17) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(12)의 로봇 아암 기부(21)가 다양한 구성으로 경사지도록 허용한다.
일부 실시예에서, 슬롯(20)은 캐리지(17)가 수직으로 병진함에 따라 수직 병진 인터페이스 및 칼럼(14)의 내부 챔버 내로 먼지 및 유체가 유입되는 것을 방지하기 위해 슬롯 표면과 동일 평면상에 있고 그에 평행한 슬롯 커버로 보완될 수 있다. 슬롯 커버는 슬롯(20)의 수직 상부 및 저부 부근에 위치된 스프링 스풀(spring spool)들의 쌍을 통해 전개될 수 있다. 커버는 캐리지(17)가 상향 및 하향으로 수직으로 병진함에 따라 그들의 코일링된(coiled) 상태로부터 연장 및 후퇴되도록 전개될 때까지 스풀 내에 코일링된다. 스풀의 스프링-로딩(spring-loading)은 캐리지(17)가 스풀을 향해 병진할 때 커버를 스풀 내로 후퇴시키는 힘을 제공함과 동시에, 또한 캐리지(17)가 스풀로부터 멀어지게 병진할 때 밀폐 시일(tight seal)을 유지시킨다. 커버는 캐리지(17)가 병진함에 따라 커버의 적절한 연장 및 후퇴를 보장하기 위해, 예를 들어 캐리지 인터페이스(19) 내의 브래킷(bracket)을 사용하여 캐리지(17)에 연결될 수 있다.
칼럼(14)은 내부적으로, 사용자 입력, 예컨대 콘솔(16)로부터의 입력에 응답하여 생성된 제어 신호에 응답하여 기계화된 방식으로 캐리지(17)를 병진시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류(lead screw)를 사용하도록 설계되는, 기어 및 모터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다.
로봇 아암(12)은 일반적으로, 일련의 조인트(24)에 의해 연결되는 일련의 링크장치(linkage)(23)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(21) 및 엔드 이펙터(end effector)(22)를 포함할 수 있으며, 각각의 조인트는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함한다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트는 로봇 아암(12)이 이용가능한 독립적인 자유도(degree of freedom)를 나타낸다. 로봇 아암들(12) 각각은 7개의 조인트를 가질 수 있고, 따라서 7 자유도를 제공할 수 있다. 다수의 조인트는 다수의 자유도를 생성하여, "여분의(redundant)" 자유도를 허용한다. 여분의 자유도를 갖는 것은 로봇 아암(12)이 상이한 링크장치 위치 및 조인트 각도를 사용하여 공간에서 특정 위치, 배향, 및 궤적으로 그들 각각의 엔드 이펙터(22)를 위치시키도록 허용한다. 이는 시스템이 의료 기구를 공간에서 원하는 지점으로부터 위치시키고 지향시키도록 허용함과 동시에, 의사가 아암 충돌을 회피하면서 더 우수한 접근을 생성하기 위해 아암 조인트를 환자로부터 떨어진 임상적으로 유리한 위치로 이동시키도록 허용한다.
카트 기부(15)는 바닥 위에서 칼럼(14), 캐리지(17), 및 로봇 아암(12)의 중량의 균형을 잡는다. 따라서, 카트 기부(15)는 전자장치, 모터, 전력 공급부와 같은 더 무거운 구성요소뿐만 아니라, 이동을 가능하게 하고/하거나 카트(11)를 움직이지 못하게 하는 구성요소를 수용한다. 예를 들어, 카트 기부(15)는 절차 전에 카트(11)가 수술실을 용이하게 돌아다니도록 허용하는 롤링가능 휠(rollable wheel)-형상의 캐스터(caster)(25)를 포함한다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(25)는 절차 동안 카트(11)를 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다.
칼럼(14)의 수직 단부에 위치되어, 콘솔(16)은 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스, 및 수술전 데이터 및 수술중 데이터 둘 모두를 의사 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이 스크린 둘 모두(또는 예를 들어 터치스크린(26)과 같은 이중-목적 장치)를 허용한다. 터치스크린(26) 상의 잠재적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 내비게이션 및 매핑 데이터(mapping data), 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 디스플레이 상의 수술중 데이터는 도구로부터 제공되는 광학 정보, 센서로부터의 센서 및 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. 콘솔(16)은 의사가 캐리지(17) 반대편에 있는 칼럼(14)의 측부로부터 콘솔(16)에 접근하게 허용하도록 위치되고 틸팅될 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 카트(11) 뒤로부터 콘솔(16)을 작동시키면서 콘솔(16), 로봇 아암(12), 및 환자를 관찰할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘솔(16)은 또한 카트(11)를 조작하고 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(27)를 포함한다.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 요관경술 절차에서, 카트(11)는 환자의 요도 및 요관을 가로지르도록 설계된 절차-특정적 내시경인 요관경(32)을 환자의 하복부 영역으로 전달하도록 위치될 수 있다. 요관경술에서, 요관경(32)이 환자의 요도와 직접 정렬되어 그러한 영역 내의 민감한 해부학적 구조에 대한 마찰과 힘을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 요도에 대한 직접적인 선형 접근을 위해 요관경(32)을 위치시키게 허용하도록 테이블의 풋(foot)에 정렬될 수 있다. 테이블의 풋으로부터, 로봇 아암(12)은 요관경(32)을 가상 레일(33)을 따라 요도를 통해 환자의 하복부 내로 직접 삽입할 수 있다.
요도 내로의 삽입 후에, 기관지경술에서와 유사한 제어 기법을 사용하여, 요관경(32)은 진단 및/또는 치료 응용을 위해 방광, 요관, 및/또는 신장 내로 내비게이션될 수 있다. 예를 들어, 요관경(32)은 요관경(32)의 작업 채널을 따라 전개된 레이저 또는 초음파 쇄석술 장치를 사용하여 신장 결석 축적물을 부수기 위해 요관 및 신장 내로 지향될 수 있다. 쇄석술이 완료된 후에, 생성된 결석 파편은 요관경(32)을 따라 전개된 바스켓(basket)을 사용하여 제거될 수 있다.
도 4는 혈관 절차를 위해 유사하게 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 혈관 절차에서, 시스템(10)은 카트(11)가 조향가능 카테터(steerable catheter)와 같은 의료 기구(34)를 환자의 다리 내의 대퇴 동맥 내의 접근 지점으로 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 대퇴 동맥은 내비게이션을 위한 더 큰 직경뿐만 아니라 환자의 심장으로의 상대적으로 덜 우회하고 사행형인 경로 둘 모두를 나타내며, 이는 내비게이션을 단순화한다. 요관경술 절차에서와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 대퇴부/둔부 영역 내의 대퇴 동맥 접근 지점에 대한 직접적인 선형 접근을 갖는 가상 레일(35)을 제공하게 허용하도록 환자의 다리 및 하복부를 향해 위치될 수 있다. 동맥 내로의 삽입 후에, 의료 기구(34)는 기구 드라이버(28)를 병진시킴으로써 지향되고 삽입될 수 있다. 대안적으로, 카트는, 예를 들어 어깨 및 손목 부근의 경동맥 및 상완 동맥과 같은 대안적인 혈관 접근 지점에 도달하기 위해 환자의 상복부 주위에 위치될 수 있다.
B. 로봇 시스템 - 테이블.
로봇식 의료 시스템의 실시예는 또한 환자의 테이블을 통합할 수 있다. 테이블의 통합은 카트를 제거함으로써 수술실 내의 자본 장비의 양을 감소시키며, 이는 환자에 대한 더 우수한 접근을 허용한다. 도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 그러한 로봇식 시스템의 일 실시예를 예시한다. 시스템(36)은 바닥 위에서 플랫폼(platform)(38)("테이블" 또는 "베드(bed)"로 도시됨)을 지지하기 위한 지지 구조물 또는 칼럼(37)을 포함한다. 카트-기반 시스템에서와 매우 유사하게, 시스템(36)의 로봇 아암(39)의 엔드 이펙터는 기구 드라이버(42)를 포함하며, 이는 도 5의 기관지경(40)과 같은 세장형 의료 기구를 기구 드라이버(42)의 선형 정렬로부터 형성된 가상 레일(41)을 통해 또는 그를 따라 조작하도록 설계된다. 실제로, 형광투시 이미징(fluoroscopic imaging)을 제공하기 위한 C-아암이 방출기(emitter) 및 검출기(detector)를 테이블(38) 주위에 배치함으로써 환자의 상복부 영역 위에 위치될 수 있다.
도 6은 논의 목적을 위해 환자 및 의료 기구가 없는 시스템(36)의 대안적인 도면을 제공한다. 도시된 바와 같이, 칼럼(37)은 시스템(36) 내에 링(ring)-형상으로 도시된 하나 이상의 캐리지(43)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 로봇 아암(39)이 그로부터 기초할 수 있다. 캐리지(43)는 로봇 아암(39)이 그로부터 환자에게 도달하도록 위치될 수 있는 상이한 유리한 지점을 제공하기 위해 칼럼(37)의 길이를 따라 연장되는 수직 칼럼 인터페이스(44)를 따라 병진할 수 있다. 캐리지(들)(43)는, 로봇 아암(39)이 예를 들어 환자의 양쪽 측부와 같은 테이블(38)의 다수의 측부에 접근할 수 있도록 허용하기 위해, 칼럼(37) 내에 위치된 기계식 모터를 사용하여 칼럼(37)을 중심으로 회전할 수 있다. 다수의 캐리지를 갖는 실시예에서, 캐리지는 칼럼 상에 개별적으로 위치될 수 있고, 다른 캐리지와 독립적으로 병진 및/또는 회전할 수 있다. 캐리지(43)가 칼럼(37)을 둘러싸거나 심지어 원형일 필요는 없지만, 도시된 바와 같은 링-형상은 구조적 균형을 유지시키면서 칼럼(37)을 중심으로 하는 캐리지(43)의 회전을 용이하게 한다. 캐리지(43)의 회전 및 병진은 시스템(36)이 내시경 및 복강경과 같은 의료 기구를 환자 상의 상이한 접근 지점으로 정렬시키도록 허용한다. (도시되지 않은) 다른 실시예에서, 시스템(36)은 그 옆으로 연장되는 바아(bar) 또는 레일 형태의 조절가능 아암 지지부를 갖는 환자 테이블 또는 베드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 로봇 아암(39)은 (예컨대, 엘보우 조인트(elbow joint)를 갖는 쇼울더(shoulder)를 통해) 조절가능 아암 지지부에 부착될 수 있고, 이는 수직으로 조절될 수 있다. 수직 조절을 제공함으로써, 로봇 아암(39)은 유리하게는 환자 테이블 또는 베드 아래에 콤팩트하게 적재되고, 후속하여 절차 동안 상승될 수 있다.
로봇 아암(39)은 로봇 아암(39)에 추가의 구성가능성(configurability)을 제공하기 위해 개별적으로 회전하고/하거나 삽통식으로 연장될 수 있는 일련의 조인트를 포함하는 아암 마운트들(45)의 세트를 통해 캐리지(43) 상에 장착될 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는, 캐리지(43)가 적절하게 회전될 때, 아암 마운트(45)가 (도 6에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 동일한 측부 상에, (도 9에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에, 또는 테이블(38)의 인접한 측부들 상에(도시되지 않음) 위치될 수 있도록 캐리지(43) 상에 위치될 수 있다.
칼럼(37)은 테이블(38)에 대한 지지, 및 캐리지(43)의 수직 병진을 위한 경로를 구조적으로 제공한다. 내부적으로, 칼럼(37)은 캐리지의 수직 병진을 안내하기 위한 리드 스크류, 및 리드 스크류에 기초하여 캐리지(43)의 병진을 기계화하기 위한 모터를 구비할 수 있다. 칼럼(37)은 또한 캐리지(43) 및 그 상에 장착된 로봇 아암(39)에 전력 및 제어 신호를 전달할 수 있다.
테이블 기부(46)는 도 2에 도시된 카트(11) 내의 카트 기부(15)와 유사한 기능을 하여, 테이블/베드(38), 칼럼(37), 캐리지(43), 및 로봇 아암(39)의 균형을 잡기 위해 더 무거운 구성요소를 수용한다. 테이블 기부(46)는 또한 절차 동안 안정성을 제공하기 위해 강성 캐스터를 통합할 수 있다. 테이블 기부(46)의 저부로부터 전개되어, 캐스터는 기부(46)의 양쪽 측부 상에서 반대 방향들로 연장될 수 있고, 시스템(36)이 이동될 필요가 있을 때 후퇴될 수 있다.
계속해서 도 6을 참조하면, 시스템(36)은 또한 타워(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 이는 테이블의 형태 인자 및 부피(bulk)를 감소시키기 위해 시스템(36)의 기능을 테이블과 타워 사이에서 분할한다. 이전에 개시된 실시예에서와 같이, 타워는 처리, 컴퓨팅, 및 제어 능력, 전력, 유체장치, 및/또는 광학 및 센서 처리와 같은 다양한 지원 기능을 테이블에 제공할 수 있다. 타워는 또한, 의사 접근을 개선하고 수술실을 정리하기 위해 환자로부터 멀리 위치되도록 이동가능할 수 있다. 추가적으로, 타워 내에 구성요소를 배치하는 것은 로봇 아암(39)의 잠재적인 적재를 위한, 테이블 기부(46) 내의 더 많은 보관 공간을 허용한다. 타워는 또한, 키보드 및/또는 펜던트(pendant)와 같은, 사용자 입력을 위한 사용자 인터페이스뿐만 아니라, 실시간 이미징, 내비게이션, 및 추적 정보와 같은 수술전 및 수술중 정보를 위한 디스플레이 스크린(또는 터치스크린) 둘 모두를 제공하는 마스터 제어기 또는 콘솔을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 타워는 또한 흡입법(insufflation)을 위해 사용될 가스 탱크를 위한 홀더를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 테이블 기부는 사용하지 않을 때 로봇 아암을 적재 및 보관할 수 있다. 도 7은 테이블-기반 시스템의 일 실시예에서 로봇 아암을 적재하는 시스템(47)을 예시한다. 시스템(47)에서, 캐리지(48)는 로봇 아암(50), 아암 마운트(51), 및 캐리지(48)를 기부(49) 내에 적재하기 위해 기부(49) 내로 수직으로 병진될 수 있다. 기부 커버(52)는 병진 및 후퇴되어 개방되어 캐리지(48), 아암 마운트(51), 및 로봇 아암(50)을 칼럼(53) 주위로 전개시킬 수 있고, 사용하지 않을 때 그들을 적재하여 보호하기 위해 폐쇄될 수 있다. 기부 커버(52)는 그의 개구의 에지를 따라 멤브레인(membrane)(54)으로 밀봉되어, 폐쇄될 때 먼지 및 유체 유입을 방지할 수 있다.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 요관경술에서, 테이블(38)은 환자를 칼럼(37) 및 테이블 기부(46)로부터 벗어난 각도로 위치시키기 위한 스위블 부분(swivel portion)(55)을 포함할 수 있다. 스위블 부분(55)은 스위블 부분(55)의 저부 부분을 칼럼(37)으로부터 멀리 위치시키기 위해 피봇 지점(예컨대, 환자의 머리 아래에 위치됨)을 중심으로 회전 또는 피봇할 수 있다. 예를 들어, 스위블 부분(55)의 피봇팅(pivoting)은 C-아암(도시되지 않음)이 테이블(38) 아래의 칼럼(도시되지 않음)과 공간을 경합함이 없이 환자의 하복부 위에 위치되도록 허용한다. 캐리지(35)(도시되지 않음)를 칼럼(37)을 중심으로 회전시킴으로써, 로봇 아암(39)은 요관경(56)을 가상 레일(57)을 따라 환자의 서혜부 영역 내로 직접 삽입하여 요도에 도달하게 할 수 있다. 요관경술에서, 스터럽(stirrup)(58)이 또한 테이블(38)의 스위블 부분(55)에 고정되어, 절차 동안 환자의 다리의 위치를 지지하고 환자의 서혜부 영역에 대한 명확한 접근을 허용할 수 있다.
복강경술 절차에서, 환자의 복벽 내의 작은 절개부(들)를 통해, 최소 침습 기구가 환자의 해부학적 구조 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 최소 침습 기구는 환자 내의 해부학적 구조에 접근하는 데 사용되는, 샤프트와 같은 세장형 강성 부재를 포함한다. 환자의 복강의 팽창 후에, 기구는 파지, 절단, 절제, 봉합 등과 같은 수술 또는 의료 작업을 수행하도록 지향될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구는 복강경과 같은 스코프(scope)를 포함할 수 있다. 도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(36)의 캐리지(43)는 로봇 아암들(39)의 쌍을 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치시키도록 회전되고 수직으로 조절될 수 있어서, 기구(59)가 환자의 양쪽 측부 상의 최소 절개부로 통과되어 그/그녀의 복강에 도달하도록 아암 마운트(45)를 사용하여 위치될 수 있게 한다.
복강경술 절차를 수용하기 위해, 로봇식 테이블 시스템은 또한 플랫폼을 원하는 각도로 틸팅되게 할 수 있다. 도 10은 피치 또는 틸트 조절을 갖는 로봇식 의료 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시스템(36)은 테이블(38)의 틸트를 수용하여, 테이블의 하나의 부분을 다른 부분보다 바닥으로부터 더 큰 거리를 두고 위치시킬 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는 틸트와 일치하도록 회전할 수 있어서, 로봇 아암(39)이 테이블(38)과 동일한 평면 관계를 유지시키게 한다. 더 급격한 각도를 수용하기 위해, 칼럼(37)은 또한, 칼럼(37)의 수직 연장이 테이블(38)이 바닥에 닿거나 테이블 기부(46)와 충돌하지 않게 하도록 허용하는 삽통 부분(60)을 포함할 수 있다.
도 11은 테이블(38)과 칼럼(37) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한다. 피치 회전 메커니즘(61)은 다중 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 구성될 수 있다. 피치 회전 메커니즘(61)은 칼럼-테이블 인터페이스에서의 직교 축(1, 2)의 위치설정에 의해 가능해질 수 있으며, 각각의 축은 전기 피치 각도 명령에 응답하여 별개의 모터(3, 4)에 의해 작동된다. 하나의 스크류(5)를 따른 회전은 하나의 축(1)에서의 틸트 조절을 가능하게 할 것인 한편, 다른 하나의 스크류(6)를 따른 회전은 다른 하나의 축(2)을 따른 틸트 조절을 가능하게 할 것이다. 일부 실시예에서, 볼 조인트(ball joint)가 다중 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 사용될 수 있다.
예를 들어, 피치 조절은, 하복부 수술을 위해, 테이블을 트렌델렌부르크 자세(Trendelenburg position)로 위치시키려고 할 때, 즉 환자의 하복부를 환자의 상복부보다 바닥으로부터 더 높은 위치에 위치시키려고 할 때 특히 유용하다. 트렌델렌부르크 자세는 환자의 내부 장기가 중력을 통해 그/그녀의 상복부를 향해 미끄러지게 하여, 최소 침습 도구가 들어가서 복강경 전립선절제술과 같은 하복부 수술 또는 의료 절차를 수행할 복강을 비운다.
도 12 및 도 13은 테이블-기반 수술 로봇 시스템(100)의 대안적인 실시예의 등각도 및 단부도를 예시한다. 수술 로봇 시스템(100)은 테이블(101)에 대해 하나 이상의 로봇 아암(예를 들어, 도 14 참조)을 지지하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(105)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 단일 조절가능 아암 지지부(105)가 도시되어 있지만, 추가 아암 지지부가 테이블(101)의 반대편 측부 상에 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 그것이 테이블(101)에 대한 조절가능 아암 지지부(105) 및/또는 그에 장착된 임의의 로봇 아암의 위치를 조절 및/또는 변경하기 위해 테이블(101)에 대해 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 1 이상의 자유도로 테이블(101)에 대해 조절될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는, 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(105) 및 그에 부착된 임의의 로봇 아암을 테이블(101) 아래에 용이하게 적재하는 능력을 포함하는, 시스템(100)에 대한 높은 다용도성을 제공한다. 조절가능 아암 지지부(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 아래의 위치로 상승될 수 있다. 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 위의 위치로 상승될 수 있다.
조절가능 아암 지지부(105)는 리프트(lift), 측방향 병진, 틸트 등을 포함하는 여러 자유도를 제공할 수 있다. 도 12 및 도 13의 예시된 실시예에서, 아암 지지부(105)는 도 12에 화살표로 예시된 4 자유도로 구성된다. 제1 자유도는 z-방향으로의 조절가능 아암 지지부(105)의 조절("Z-리프트")을 허용한다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 테이블(101)을 지지하는 칼럼(102)을 따라 또는 그에 대해 상향 또는 하향으로 이동하도록 구성되는 캐리지(109)를 포함할 수 있다. 제2 자유도는 조절가능 아암 지지부(105)가 틸팅하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)가 트렌델렌부르크 자세에서 베드와 정렬되도록 허용할 수 있는 회전 조인트를 포함할 수 있다. 제3 자유도는 조절가능 아암 지지부(105)가 "상향 피봇(pivot up)"하도록 허용할 수 있으며, 이는 테이블(101)의 측부와 조절가능 아암 지지부(105) 사이의 거리를 조절하는 데 사용될 수 있다. 제4 자유도는 테이블의 길이방향 길이를 따른 조절가능 아암 지지부(105)의 병진을 허용할 수 있다.
도 12 및 도 13의 수술 로봇 시스템(100)은 기부(103)에 장착된 칼럼(102)에 의해 지지되는 테이블을 포함할 수 있다. 기부(103) 및 칼럼(102)은 지지 표면에 대해 테이블(101)을 지지한다. 바닥 축(131) 및 지지 축(133)이 도 13에 도시되어 있다.
조절가능 아암 지지부(105)는 칼럼(102)에 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 아암 지지부(105)는 테이블(101) 또는 기부(103)에 장착될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 캐리지(109), 바아 또는 레일 커넥터(111), 및 바아 또는 레일(107)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 레일(107)에 장착된 하나 이상의 로봇 아암은 서로에 대해 병진 및 이동할 수 있다.
캐리지(109)는 제1 조인트(113)에 의해 칼럼(102)에 부착될 수 있으며, 이는 캐리지(109)가 (예컨대, 제1 또는 수직 축(123)의 상향 및 하향으로와 같이) 칼럼(102)에 대해 이동하도록 허용한다. 제1 조인트(113)는 조절가능 아암 지지부(105)에 제1 자유도("Z-리프트")를 제공할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제2 자유도(틸트)를 제공하는 제2 조인트(115)를 포함할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제3 자유도("상향 피봇")를 제공할 수 있는 제3 조인트(117)를 포함할 수 있다. 레일 커넥터(111)가 제3 축(127)을 중심으로 회전됨에 따라 레일(107)의 배향을 유지시키기 위해 제3 조인트(117)를 기계적으로 구속하는 (도 13에 도시된) 추가 조인트(119)가 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 제4 축(129)을 따라 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제4 자유도(병진)를 제공할 수 있는 제4 조인트(121)를 포함할 수 있다.
도 14는 테이블(101)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 장착된 2개의 조절가능 아암 지지부(105A, 105B)를 갖는 수술 로봇 시스템(140A)의 단부도를 예시한다. 제1 로봇 아암(142A)이 제1 조절가능 아암 지지부(105B)의 바아 또는 레일(107A)에 부착된다. 제1 로봇 아암(142A)은 레일(107A)에 부착되는 기부(144A)를 포함한다. 제1 로봇 아암(142A)의 원위 단부는 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착될 수 있는 기구 구동 메커니즘(146A)을 포함한다. 유사하게, 제2 로봇 아암(142B)은 레일(107B)에 부착되는 기부(144B)를 포함한다. 제2 로봇 아암(142B)의 원위 단부는 기구 구동 메커니즘(146B)을 포함한다. 기구 구동 메커니즘(146B)은 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은 7 이상의 자유도를 갖는 아암을 포함한다. 일부 실시예에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은, 삽입 축(삽입을 포함하는 1-자유도), 리스트(wrist)(리스트 피치, 요(yaw) 및 롤(roll)을 포함하는 3-자유도), 엘보우(엘보우 피치를 포함하는 1-자유도), 쇼울더(쇼울더 피치 및 요를 포함하는 2-자유도), 및 기부(144A, 144B)(병진을 포함하는 1-자유도)를 포함하는, 8 자유도를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 삽입 자유도는 로봇 아암(142A, 142B)에 의해 제공될 수 있는 한편, 다른 실시예에서는, 기구 자체가 기구-기반 삽입 아키텍처를 통한 삽입을 제공한다.
C. 기구 드라이버 및 인터페이스.
시스템의 로봇 아암의 엔드 이펙터는 (i) 의료 기구를 작동시키기 위한 전기-기계 수단을 통합하는 기구 드라이버(대안적으로 "기구 구동 메커니즘" 또는 "기구 장치 조작기"로 지칭됨), 및 (ii) 모터와 같은 임의의 전기-기계 구성요소가 없을 수 있는 제거가능 또는 탈착가능 의료 기구를 포함할 수 있다. 이러한 이분법은 의료 절차에 사용되는 의료 기구를 멸균할 필요성, 및 그들의 복잡한 기계 조립체 및 민감한 전자장치로 인해 고가의 자본 장비를 적절하게 멸균할 수 없음에 의해 주도될 수 있다. 따라서, 의료 기구는 의사 또는 의사의 스태프에 의한 개별적인 멸균 또는 폐기를 위해 기구 드라이버(및 그에 따라 시스템)로부터 탈착, 제거, 및 교환되도록 설계될 수 있다. 대조적으로, 기구 드라이버는 변경 또는 멸균될 필요가 없고, 보호를 위해 드레이핑될(draped) 수 있다.
도 15는 예시적인 기구 드라이버를 예시한다. 로봇 아암의 원위 단부에 위치되어, 기구 드라이버(62)는 구동 샤프트(64)를 통해 의료 기구에 제어된 토크를 제공하기 위해 평행 축으로 배열되는 하나 이상의 구동 유닛(63)을 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)은 기구와 상호작용하기 위한 개별 구동 샤프트(64), 모터 샤프트 회전을 원하는 토크로 변환시키기 위한 기어 헤드(65), 구동 토크를 생성하기 위한 모터(66), 모터 샤프트의 속도를 측정하고 제어 회로부에 피드백을 제공하기 위한 인코더(encoder)(67), 및 제어 신호를 수신하고 구동 유닛을 작동시키기 위한 제어 회로부(68)를 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)이 독립적으로 제어되고 동력화되기 때문에, 기구 드라이버(62)는 의료 기구에 다수의(도 15에 도시된 바와 같이 4개의) 독립적인 구동 출력부를 제공할 수 있다. 작동 시에, 제어 회로부(68)는 제어 신호를 수신할 것이고, 모터(66)에 모터 신호를 전송할 것이며, 인코더(67)에 의해 측정된 바와 같은 생성된 모터 속도를 원하는 속도와 비교할 것이고, 모터 신호를 변조하여 원하는 토크를 생성할 것이다.
멸균 환경을 필요로 하는 절차의 경우, 로봇 시스템은 기구 드라이버와 의료 기구 사이에 있는, 멸균 드레이프(sterile drape)에 연결된 멸균 어댑터(sterile adapter)와 같은 구동 인터페이스를 통합할 수 있다. 멸균 어댑터의 주된 목적은 기구 드라이버의 구동 샤프트로부터 기구의 구동 입력부로 각도 운동을, 구동 샤프트와 구동 입력부 사이의 물리적 분리, 및 그에 따라 멸균을 유지시키면서, 전달하는 것이다. 따라서, 예시적인 멸균 어댑터는 기구 드라이버의 구동 샤프트 및 기구 상의 구동 입력부와 정합되도록 의도되는 일련의 회전 입력부 및 출력부를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터에 연결되어, 투명 또는 반투명 플라스틱과 같은 얇은 가요성 재료로 구성된 멸균 드레이프는 기구 드라이버, 로봇 아암, (카트-기반 시스템 내의) 카트 또는 (테이블-기반 시스템 내의) 테이블과 같은 자본 장비를 덮도록 설계된다. 드레이프의 사용은 자본 장비가 멸균을 필요로 하지 않는 영역(즉, 비-멸균 영역) 내에 여전히 위치되면서 환자에게 근접하게 위치되도록 허용할 것이다. 멸균 드레이프의 다른 하나의 측부 상에서, 의료 기구는 멸균을 필요로 하는 영역(즉, 멸균 영역)에서 환자와 인터페이스할 수 있다.
D. 의료 기구.
도 16은 페어링된 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다. 로봇 시스템과 함께 사용하도록 설계된 다른 기구와 마찬가지로, 의료 기구(70)는 세장형 샤프트(71)(또는 세장형 본체) 및 기구 기부(72)를 포함한다. 의사에 의한 수동 상호작용을 위한 그의 의도된 설계로 인해 "기구 손잡이"로 또한 지칭되는 기구 기부(72)는 일반적으로, 로봇 아암(76)의 원위 단부에서 기구 드라이버(75) 상의 구동 인터페이스를 통해 연장되는 구동 출력부(74)와 정합되도록 설계되는 회전가능 구동 입력부(73), 예컨대 리셉터클(receptacle), 풀리 또는 스풀을 포함할 수 있다. 물리적으로 연결, 래칭(latched), 및/또는 결합될 때, 기구 기부(72)의 정합된 구동 입력부(73)는 기구 드라이버(75) 내의 구동 출력부(74)와 회전 축을 공유하여, 구동 출력부(74)로부터 구동 입력부(73)로의 토크의 전달을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 출력부(74)는 구동 입력부(73) 상의 리셉터클과 정합하도록 설계되는 스플라인(spline)을 포함할 수 있다.
세장형 샤프트(71)는, 예컨대 내시경술에서와 같이, 해부학적 개구 또는 내강, 또는 예컨대 복강경술에서와 같이, 최소 침습 절개부를 통해 전달되도록 설계된다. 세장형 샤프트(71)는 가요성(예컨대, 내시경과 유사한 특성을 가짐) 또는 강성(예컨대, 복강경과 유사한 특성을 가짐)이거나 가요성 부분 및 강성 부분 둘 모두의 맞춤형 조합을 포함할 수 있다. 복강경술을 위해 설계될 때, 강성의 세장형 샤프트의 원위 단부는, 적어도 1의 자유도를 갖는 클레비스(clevis)로부터 형성되는 조인트식 리스트(jointed wrist)로부터 연장되는 엔드 이펙터, 및 구동 입력부가 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 응답하여 회전함에 따라 텐돈(tendon)으로부터의 힘에 기초하여 작동될 수 있는, 예를 들어 파지기 또는 가위와 같은 수술 도구 또는 의료 기구에 연결될 수 있다. 내시경술을 위해 설계될 때, 가요성의 세장형 샤프트의 원위 단부는 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 기초하여 관절운동되고 구부러질 수 있는 조향가능 또는 제어가능 굽힘 섹션을 포함할 수 있다.
기구 드라이버(75)로부터의 토크는 세장형 샤프트(71)를 따른 텐돈을 사용하여 세장형 샤프트(71)를 따라 전달된다. 당김 와이어(pull wire)와 같은 이들 개별 텐돈은 기구 손잡이(72) 내의 개별 구동 입력부(73)에 개별적으로 고정될 수 있다. 손잡이(72)로부터, 텐돈은 세장형 샤프트(71)를 따른 하나 이상의 당김 루멘(pull lumen)을 따라 지향되고, 세장형 샤프트(71)의 원위 부분에, 또는 세장형 샤프트의 원위 부분에 있는 리스트 내에 고정된다. 복강경술, 내시경술 또는 하이브리드 절차와 같은 수술 절차 동안, 이들 텐돈은 리스트, 파지기, 또는 가위와 같은 원위에 장착된 엔드 이펙터에 결합될 수 있다. 그러한 배열 하에서, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈에 장력을 전달하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 일정 방식으로 작동하게 할 것이다. 일부 실시예에서, 수술 절차 동안, 텐돈은 조인트가 축을 중심으로 회전하게 하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하게 할 수 있다. 대안적으로, 텐돈은 세장형 샤프트(71)의 원위 단부에서 파지기의 하나 이상의 조오(jaw)에 연결될 수 있으며, 여기에서 텐돈으로부터의 장력은 파지기가 폐쇄되게 한다.
내시경술에서, 텐돈은 접착제, 제어 링, 또는 다른 기계적 고정을 통해 (예컨대, 원위 단부에서) 세장형 샤프트(71)를 따라 위치된 굽힘 또는 관절운동 섹션에 결합될 수 있다. 굽힘 섹션의 원위 단부에 고정식으로 부착될 때, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈을 따라 전달되어, 더 연질인 굽힘 섹션(때때로 관절운동가능 섹션 또는 영역으로 지칭됨)이 구부러지거나 관절운동하게 할 것이다. 비-굽힘 섹션을 따라, 내시경 샤프트의 벽을 따라(또는 그 내측에서) 개별 텐돈을 지향시키는 개별 당김 루멘을 나선형화 또는 나선화하여, 당김 와이어의 장력으로부터 발생하는 반경방향 힘의 균형을 잡는 것이 유리할 수 있다. 나선(spiraling)의 각도 및/또는 그들 사이의 간격은 특정 목적을 위해 변경 또는 조작될 수 있으며, 여기에서 더 조밀한 나선은 하중 힘 하에서의 더 작은 샤프트 압축을 나타내는 한편, 더 적은 양의 나선은 하중 힘 하에서의 더 큰 샤프트 압축을 가져오지만, 굽힘을 제한한다. 스펙트럼의 다른 단부 상에서, 당김 루멘은 원하는 굽힘 또는 관절운동가능 섹션에서의 제어된 관절운동을 허용하기 위해 세장형 샤프트(71)의 길이방향 축에 평행하게 지향될 수 있다.
내시경술에서, 세장형 샤프트(71)는 로봇 절차를 보조하기 위한 다수의 구성요소를 수용한다. 샤프트(71)는 샤프트(71)의 원위 단부에서 수술 영역에 수술 도구(또는 의료 기구), 관주, 및/또는 흡인을 전개시키기 위한 작업 채널을 포함할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 광학 카메라를 포함할 수 있는, 원위 팁(distal tip)에 있는 광학 조립체로/그로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 발광 다이오드와 같은 근위에 위치된 광원으로부터 샤프트(71)의 원위 단부로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용할 수 있다.
기구(70)의 원위 단부에서, 원위 팁은 또한, 진단 및/또는 치료, 관주, 및 흡인을 위한 도구를 수술 부위로 전달하기 위한 작업 채널의 개구를 포함할 수 있다. 원위 팁은 또한, 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡처하기 위한, 섬유경 또는 디지털 카메라와 같은 카메라를 위한 포트를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 원위 팁은 또한, 카메라를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위한 광원을 위한 포트를 포함할 수 있다.
도 16의 예에서, 구동 샤프트 축, 및 그에 따라 구동 입력부 축은 세장형 샤프트(71)의 축에 직교한다. 그러나, 이러한 배열은 세장형 샤프트(71)에 대한 롤 능력을 복잡하게 한다. 구동 입력부(73)를 정적으로 유지시키면서 세장형 샤프트(71)를 그의 축을 따라 롤링시키는 것은 텐돈이 구동 입력부(73)로부터 연장되고 세장형 샤프트(71) 내의 당김 루멘에 들어감에 따라 텐돈의 바람직하지 않은 엉킴을 야기한다. 그러한 텐돈의 결과적인 엉킴은 내시경술 절차 동안 가요성의 세장형 샤프트(71)의 이동을 예측하도록 의도된 임의의 제어 알고리즘을 방해할 수 있다.
도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한다. 도시된 바와 같이, 원형 기구 드라이버(80)는 그들의 구동 출력부(81)가 로봇 아암(82)의 단부에서 평행하게 정렬되는 4개의 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)는 기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83) 내에 수용되며, 이는 조립체(83) 내의 구동 유닛들 중 하나에 의해 구동된다. 회전 구동 유닛에 의해 제공되는 토크에 응답하여, 회전 조립체(83)는 회전 조립체(83)를 기구 드라이버(80)의 비-회전 부분(84)에 연결하는 원형 베어링을 따라 회전한다. 전력 및 제어 신호가 기구 드라이버(80)의 비-회전 부분(84)으로부터, 브러시형 슬립 링 연결부(brushed slip ring connection)(도시되지 않음)에 의해 회전을 통해 유지될 수 있는 전기 접촉부를 통해 회전 조립체(83)로 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전 조립체(83)는, 비-회전가능 부분(84) 내에 통합되어, 그에 따라 다른 구동 유닛에 평행하지 않은 별개의 구동 유닛에 응답할 수 있다. 회전 메커니즘(83)은 기구 드라이버(80)가 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)를 단일 유닛으로서 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전시키도록 허용한다.
이전에 개시된 실시예와 마찬가지로, 기구(86)는 세장형 샤프트 부분(88), 및 기구 드라이버(80) 내의 구동 출력부(81)를 수용하도록 구성되는 (리셉터클, 풀리, 및 스풀과 같은) 복수의 구동 입력부(89)를 포함하는 기구 기부(87)(논의 목적을 위해 투명 외부 스킨으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 이전에 개시된 실시예와 달리, 기구 샤프트(88)는 축이 도 16의 설계에서와 같이 직교하기보다는 구동 입력부(89)의 축에 실질적으로 평행한 상태로 기구 기부(87)의 중심으로부터 연장된다.
기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83)에 결합될 때, 기구 기부(87) 및 기구 샤프트(88)를 포함하는 의료 기구(86)는 회전 조립체(83)와 조합하여 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전한다. 기구 샤프트(88)가 기구 기부(87)의 중심에 위치되기 때문에, 기구 샤프트(88)는 부착될 때 기구 드라이버 축(85)과 동축이다. 따라서, 회전 조립체(83)의 회전은 기구 샤프트(88)가 그 자체의 길이방향 축을 중심으로 회전하게 한다. 더욱이, 기구 기부(87)가 기구 샤프트(88)와 함께 회전함에 따라, 기구 기부(87) 내의 구동 입력부(89)에 연결된 임의의 텐돈은 회전 동안 엉키지 않는다. 따라서, 구동 출력부(81), 구동 입력부(89), 및 기구 샤프트(88)의 축의 평행성은 임의의 제어 텐돈을 엉키게 하지 않고서 샤프트 회전을 허용한다.
도 18은 일부 실시예에 따른, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구를 예시한다. 기구(150)는 위에서 논의된 기구 드라이버들 중 임의의 것에 결합될 수 있다. 기구(150)는 세장형 샤프트(152), 샤프트(152)에 연결되는 엔드 이펙터(162), 및 샤프트(152)에 결합되는 손잡이(170)를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 근위 부분(154) 및 원위 부분(156)을 갖는 튜브형 부재를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 그의 외부 표면을 따라 하나 이상의 채널 또는 홈(158)을 포함한다. 홈(158)은 그를 통해 하나 이상의 와이어 또는 케이블(180)을 수용하도록 구성된다. 따라서, 하나 이상의 케이블(180)이 세장형 샤프트(152)의 외부 표면을 따라 이어진다. 다른 실시예에서, 케이블(180)은 또한 세장형 샤프트(152)를 통해 이어질 수 있다. (예컨대, 기구 드라이버를 통한) 하나 이상의 케이블(180)의 조작이 엔드 이펙터(162)의 작동을 유발한다.
기구 기부로 또한 지칭될 수 있는 기구 손잡이(170)는 일반적으로, 기구 드라이버의 부착 표면 상의 하나 이상의 토크 커플러(torque coupler)와 상호 정합되도록 설계되는 하나 이상의 기계적 입력부(174), 예컨대 리셉터클, 풀리 또는 스풀을 갖는 부착 인터페이스(172)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기구(150)는 세장형 샤프트(152)가 손잡이(170)에 대해 병진하는 것을 가능하게 하는 일련의 풀리 또는 케이블을 포함한다. 다시 말하면, 기구(150) 자체가 기구의 삽입을 수용하는 기구-기반 삽입 아키텍처를 포함하여, 그에 의해 기구(150)의 삽입을 제공하기 위한 로봇 아암에 대한 의존성을 최소화한다. 다른 실시예에서, 로봇 아암이 기구 삽입을 주로 담당할 수 있다.
E. 제어기.
본 명세서에 기술된 로봇 시스템들 중 임의의 것은 로봇 아암에 부착된 기구를 조작하기 위한 입력 장치 또는 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 제어기의 조작이 예컨대 마스터 슬레이브 제어(master slave control)를 통해 기구의 대응하는 조작을 유발하도록 기구와 (예컨대, 통신가능하게, 전자적으로, 전기적으로, 무선으로, 그리고/또는 기계적으로) 결합될 수 있다.
도 19는 제어기(182)의 일 실시예의 사시도이다. 본 실시예에서, 제어기(182)는 임피던스 및 어드미턴스 제어(impedance and admittance control) 둘 모두를 가질 수 있는 하이브리드 제어기를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어기(182)는 단지 임피던스 또는 수동 제어(passive control)를 이용할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(182)는 단지 어드미턴스 제어를 이용할 수 있다. 하이브리드 제어기임으로 인해, 제어기(182)는 유리하게는 사용 중인 동안 더 낮은 인지 관성(perceived inertia)을 가질 수 있다.
예시된 실시예에서, 제어기(182)는 2개의 의료 기구의 조작을 허용하도록 구성되고, 2개의 손잡이(184)를 포함한다. 손잡이들(184) 각각은 짐벌(gimbal)(186)에 연결된다. 각각의 짐벌(186)은 위치설정 플랫폼(188)에 연결된다.
도 19에 도시된 바와 같이, 각각의 위치설정 플랫폼(188)은 직선형 조인트(prismatic joint)(196)에 의해 칼럼(194)에 결합되는 SCARA 아암(선택적 순응형 조립 로봇 아암(selective compliance assembly robot arm))(198)을 포함한다. 직선형 조인트(196)는 손잡이들(184) 각각이 z-방향으로 병진되는 것을 허용하여 제1 자유도를 제공하기 위해 칼럼(194)을 따라(예컨대, 레일(197)을 따라) 병진하도록 구성된다. SCARA 아암(198)은 x-y 평면 내에서의 손잡이(184)의 운동을 허용하여, 2의 추가 자유도를 제공하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 로드 셀(load cell)이 제어기 내에 위치된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 로드 셀(도시되지 않음)이 짐벌들(186) 각각의 본체에 위치된다. 로드 셀을 제공함으로써, 제어기(182)의 부분들은 어드미턴스 제어 하에서 작동할 수 있어서, 그에 의해 유리하게는 사용 중인 동안 제어기의 인지 관성을 감소시킨다. 일부 실시예에서, 위치설정 플랫폼(188)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 짐벌(186)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 다른 실시예에서, 짐벌(186)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 위치설정 플랫폼(188)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 따라서, 일부 실시예의 경우, 위치설정 플랫폼(188)의 병진 또는 위치 자유도는 어드미턴스 제어에 의존할 수 있는 한편, 짐벌(186)의 회전 자유도는 임피던스 제어에 의존할 수 있다.
F. 내비게이션 및 제어.
전통적인 내시경술은 (예컨대, C-아암을 통해 전달될 수 있는 바와 같은) 형광투시법 및 다른 형태의 방사선-기반 이미징 기법의 사용을 수반하여, 조작자 의사에게 관내 안내를 제공할 수 있다. 대조적으로, 본 개시에 의해 고려되는 로봇 시스템은 비-방사선-기반 내비게이션 및 위치결정 수단을 제공하여, 방사선에 대한 의사의 노출을 감소시키고 수술실 내의 장비의 양을 감소시킬 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "위치결정"은 기준 좌표계에서 물체의 위치를 결정 및/또는 모니터링하는 것을 지칭할 수 있다. 수술전 매핑, 컴퓨터 비전(computer vision), 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터와 같은 기법은 방사선이 없는 수술 환경을 달성하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 방사선-기반 이미징 기법이 여전히 사용되는 다른 경우에, 수술전 매핑, 컴퓨터 비전, 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터는 방사선-기반 이미징 기법만을 통해 획득된 정보를 개선하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
도 20은 예시적인 실시예에 따른, 기구의 위치와 같은, 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(90)을 예시한 블록도이다. 위치결정 시스템(90)은 하나 이상의 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 컴퓨터 장치들의 세트일 수 있다. 컴퓨터 장치는 위에서 논의된 하나 이상의 구성요소 내의 프로세서(또는 프로세서들) 및 컴퓨터-판독가능 메모리에 의해 구현될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 장치는 도 1에 도시된 타워(30), 도 1 내지 도 4에 도시된 카트(11), 도 5 내지 도 14에 도시된 베드 등 내에 있을 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 위치결정 시스템(90)은 의료 기구의 원위 팁에 대한 위치 데이터(96)를 생성하도록 입력 데이터(91 내지 94)를 처리하는 위치결정 모듈(95)을 포함할 수 있다. 위치 데이터(96)는 기준 프레임(frame of reference)에 대한 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 배향을 나타내는 데이터 또는 논리일 수 있다. 기준 프레임은 환자의 해부학적 구조 또는 알려진 물체, 예컨대 EM 필드 발생기(EM 필드 발생기에 대해서는 아래의 논의 참조)에 대한 기준 프레임일 수 있다.
이제, 다양한 입력 데이터(91 내지 94)가 더 상세히 기술된다. 수술전 매핑은 저 선량 CT 스캔의 집합의 사용을 통해 달성될 수 있다. 수술전 CT 스캔은 3차원 이미지로 재구성되며, 이는, 예컨대 환자의 내부 해부학적 구조의 절결도의 "슬라이스(slice)"로서 시각화된다. 전체적으로 분석될 때, 환자 폐 네트워크와 같은 환자의 해부학적 구조의 해부학적 공동, 공간 및 구조에 대한 이미지-기반 모델이 생성될 수 있다. 중심선 기하학(center-line geometry)과 같은 기법이 CT 이미지로부터 결정되고 근사화되어, 모델 데이터(91)로 지칭되는(수술전 CT 스캔만을 사용하여 생성될 때 "수술전 모델 데이터"로 또한 지칭됨), 환자의 해부학적 구조의 3차원 볼륨(three-dimensional volume)을 개발할 수 있다. 중심선 기하학의 사용은 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 제14/523,760호에서 논의된다. 네트워크 위상 모델(network topological model)이 또한 CT-이미지로부터 도출될 수 있으며, 기관지경술에 특히 적절하다.
일부 실시예에서, 기구는 비전 데이터(또는 이미지 데이터)(92)를 제공하기 위한 카메라를 구비할 수 있다. 위치결정 모듈(95)은 하나 이상의 비전-기반(또는 이미지-기반) 위치 추적 모듈 또는 특징부를 가능하게 하도록 비전 데이터(92)를 처리할 수 있다. 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)는 비전 데이터(92)와 함께 사용되어 의료 기구의 컴퓨터 비전-기반 추적을 가능하게 할 수 있다(예컨대, 내시경 전진 또는 내시경의 작업 채널을 통한 기구 전진). 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)를 사용하여, 로봇 시스템은 내시경의 예상 이동 경로에 기초하여 모델로부터 예상 내시경 이미지의 라이브러리(library)를 생성할 수 있으며, 각각의 이미지는 모델 내의 일정 위치에 링크된다. 수술중에, 이러한 라이브러리는, 카메라(예컨대, 내시경의 원위 단부에 있는 카메라)에서 캡처된 실시간 이미지를 이미지 라이브러리 내의 이미지와 비교하여 위치결정을 보조하기 위해 로봇 시스템에 의해 참조될 수 있다.
다른 컴퓨터 비전-기반 추적 기법은 특징부 추적(feature tracking)을 사용하여 카메라, 및 그에 따라 내시경의 운동을 결정한다. 위치결정 모듈(95)의 일부 특징부는 해부학적 내강에 대응하는 수술전 모델 데이터(91) 내의 원형 기하학적 구조를 식별하고 그들 기하학적 구조의 변화를 추적하여, 어느 해부학적 내강이 선택되었는지뿐만 아니라 카메라의 상대 회전 및/또는 병진 운동을 결정할 수 있다. 위상 맵(topological map)의 사용은 비전-기반 알고리즘 또는 기법을 추가로 향상시킬 수 있다.
다른 컴퓨터 비전-기반 기법인 광학 흐름(optical flow)은 비전 데이터(92) 내의 비디오 시퀀스에서 이미지 픽셀의 변위 및 병진을 분석하여 카메라 이동을 추론할 수 있다. 광학 흐름 기법의 예는 모션 검출(motion detection), 객체 분할 계산(object segmentation calculation), 휘도(luminance), 모션 보상 인코딩(motion compensated encoding), 스테레오 디스패리티 측정(stereo disparity measurement) 등을 포함할 수 있다. 다수의 반복에 걸친 다수의 프레임의 비교를 통해, 카메라(및 그에 따라 내시경)의 이동 및 위치가 결정될 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 수술전 모델에 의해 표현되는 환자의 해부학적 구조에 정합될 수 있는 전역 좌표계에서 내시경의 실시간 위치를 생성하기 위해 실시간 EM 추적을 사용할 수 있다. EM 추적에서, 의료 기구(예컨대, 내시경 도구) 내에 하나 이상의 위치 및 배향으로 내장된 하나 이상의 센서 코일을 포함하는 EM 센서(또는 추적기)가 알려진 위치에 위치된 하나 이상의 정적 EM 필드 발생기에 의해 생성되는 EM 필드의 변화를 측정한다. EM 센서에 의해 검출된 위치 정보는 EM 데이터(93)로서 저장된다. EM 필드 발생기(또는 전송기)는 내장된 센서가 검출할 수 있는 저 강도 자기장을 생성하기 위해 환자 가까이에 배치될 수 있다. 자기장은 EM 센서의 센서 코일에 소전류(small current)를 유도하며, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및 각도를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이들 거리 및 배향은 좌표계 내의 단일 위치를 환자의 해부학적 구조의 수술전 모델 내의 위치와 정렬시키는 기하학적 변환을 결정하기 위해 수술중에 환자 해부학적 구조(예컨대, 수술전 모델)에 "정합될" 수 있다. 일단 정합되면, 의료 기구의 하나 이상의 위치(예컨대, 내시경의 원위 팁)에 있는 내장된 EM 추적기는 환자의 해부학적 구조를 통한 의료 기구의 진행의 실시간 표시를 제공할 수 있다.
로봇 명령 및 운동학(kinematics) 데이터(94)가 또한 위치결정 모듈(95)에 의해 사용되어, 로봇 시스템에 대한 위치결정 데이터(96)를 제공할 수 있다. 관절운동 명령으로부터 발생하는 장치 피치 및 요는 수술전 보정 동안 결정될 수 있다. 수술중에, 이들 보정 측정치는 알려진 삽입 깊이 정보와 조합하여 사용되어 기구의 위치를 추정할 수 있다. 대안적으로, 이들 계산치는 EM, 비전, 및/또는 위상 모델링과 조합하여 분석되어 네트워크 내의 의료 기구의 위치를 추정할 수 있다.
도 20이 도시하는 바와 같이, 다수의 다른 입력 데이터가 위치결정 모듈(95)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시되어 있지 않지만, 형상-감지 섬유를 이용하는 기구가, 위치결정 모듈(95)이 기구의 위치 및 형상을 결정하는 데 사용할 수 있는 형상 데이터를 제공할 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 입력 데이터(91 내지 94)를 조합(들)으로 사용할 수 있다. 일부 경우에, 그러한 조합은 위치결정 모듈(95)이 입력 데이터(91 내지 94) 각각으로부터 결정된 위치에 신뢰 가중치(confidence weight)를 할당하는 확률적 접근법(probabilistic approach)을 사용할 수 있다. 따라서, (EM 간섭이 있는 경우 그러할 수 있는 바와 같이) EM 데이터가 신뢰가능하지 않을 수 있는 경우, EM 데이터(93)에 의해 결정된 위치의 신뢰도가 감소될 수 있고, 위치결정 모듈(95)은 비전 데이터(92) 및/또는 로봇 명령 및 운동학 데이터(94)에 더 많이 의존할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 명세서에서 논의되는 로봇 시스템은 위의 기법들 중 하나 이상의 조합을 통합하도록 설계될 수 있다. 타워, 베드 및/또는 카트에 기반한 로봇 시스템의 컴퓨터-기반 제어 시스템은 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장할 수 있으며, 이는, 실행 시에, 시스템으로 하여금 센서 데이터 및 사용자 명령을 수신 및 분석하게 하고, 시스템 전체에 걸쳐 제어 신호를 생성하게 하고, 전역 좌표계, 해부학적 맵 등 내에서의 기구의 위치와 같은 내비게이션 및 위치결정 데이터를 디스플레이하게 한다.
2. 동시 내시경술 및 경피 의료 절차를 위한 로봇 시스템 및 방법.
본 개시의 실시예는 내시경-보조식 경피(또는 복강경술) 의료 절차 및 복강경-보조식 내시경술 절차와 같은, 동시 내시경술 및 경피 의료 절차를 위한 로봇 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템 및 방법은 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 것 및 더 상세히 후술되는 것과 같은, 로봇식 의료 시스템을 사용하여 구현되거나 채용될 수 있다.
많은 의료 절차는 의료 기구를 환자의 치료 영역 내의 표적 위치로 안내하는 것을 수반한다. 일부 경우에, 이들 의료 절차는 의료 기구를 (경피 접근 포트와 같은) 개구를 통해 표적 영역으로 경피적으로 안내하는 것을 수반할 수 있다. 표적 위치가 흔히 내부이기 때문에, 의료 기구를 표적 위치로 정확하게 안내하는 것이 어려울 수 있다. 통상적으로, 의사, 및 특히 고도로 훈련된 방사선과 의사는 의료 기구를 표적 위치로 안내하기 위해 라이브 형광투시 이미지(live fluoroscopic image)에 의존한다. 여전히, 그러한 절차는 어렵다. 방사선과 의사는 2차원 형광투시 이미지로부터 표적 위치로의 3차원 경로를 도출하여야 하고, 이는 흔히 의료 기구의 부정확한 안내 및 배치로 이어진다. 또한, 형광투시법의 사용은 환자 및 의료 스태프를 장기간 동안 방사선에 바람직하지 않게 노출시킨다.
경피 신절석술(percutaneous nephrolithotomy, PCNL)은 예를 들어 신장 결석의 제거를 위해 신장에 경피 접근하는 것을 수반하는 의료 절차이다. 통상적으로, PCNL은 2개의 단계로 수행된다. 첫 번째로, 방사선과 의사가 치료 영역에 접근하기 위해 접근 시스를 신장 내로 경피적으로 안내한다. 방사선과 의사는 접근 시스를 안내하고 배치하기 위해 2차원 형광투시 이미지에 의존한다. 두 번째로, 접근 시스가 제위치에 있게 되면, 비뇨기과 의사가 이어서 신장 결석을 제거하기 위해 접근 시스를 통해 치료 영역에 접근한다. 절차의 제1 부분을 수행하기 위한 방사선과 의사에 대한 통상적인 필요성은 이상적으로는 수행할 비뇨기과 의사 및 그들의 스태프만을 필요로 할 절차에 비용, 복잡성, 및 수술 스케줄링 시간 지연을 추가한다. 또한, 방사선과 의사가 비뇨기과의 훈련을 받지 않기 때문에, 방사선과 의사는 흔히 접근 시스를 최적이 아닌 위치에 배치한다. 그러나, 비뇨기과 의사는 접근 시스를 배치하기 위해 방사선과 의사에 의존하여야 하는데, 이는 비뇨기과 의사가 방사선과의 훈련을 받지 않고 따라서 접근 시스를 스스로 안내할 수 없기 때문이다. 방사선과 의사가 형광투시 이미징 기법에 의존하기 때문에, PCNL의 다른 단점은 위에서 언급된 방사선 노출이다.
본 출원에 기술되는 동시 내시경술 및 경피 의료 절차를 위한 방법 및 시스템은 경피 및/또는 내시경 의료 기구의 개선된 안내 및 배치를 제공할 수 있다. 하기 예시된 예를 참조하여 더 상세히 기술될 바와 같이, 방법 및 시스템은 유리하게는 절차 동안 사용하기 위한 치료 영역 내에서의 경계를 한정하도록 그리고/또는 치료 영역 내에서의 의료 기구를 위한 랑데부 지점을 한정하도록 채용될 수 있다.
도 21a 내지 도 21d는 신장(202) 내에서의 내시경-보조식 경피 의료 절차의 일 실시예의 다양한 단계를 예시한다. 예시된 예에서, 의료 절차는 신장 결석(212)을 제거하기 위한 내시경-보조식 경피 신절석술(PCNL) 절차이지만, 이러한 예에 의해 예시되는 원리는 모두 본 개시의 범주 내에 있도록 의도되는 다른 유형의 의료 절차에 적용가능하다. 상세히 후술될 바와 같이, 예시된 예에서, 제1 의료 기구(204)가 환자 내의 자연 구멍을 통해 신장(202) 내로 삽입된다(도 21a). 제1 의료 기구(204)는 위치 센서(206)를 포함한다. 제2 의료 기구(214)의 경피 삽입을 안내하기 위한 표적 위치(208)가 위치 센서(206)를 참조하여 결정된다(도 21b). 표적 위치(208)는 도시된 바와 같이 위치 센서(206)로부터 떨어져 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 표적 위치(208)는 (공간 내의 지점과 같은) 위치 또는 (공간 내의 선과 같은) 궤적일 수 있다. 일부 실시예에서, 표적 위치(208)는 그래픽 사용자 인터페이스 상에 지점 또는 선으로서 디스플레이될 수 있다. 제2 의료 기구(214)는 표적 위치(208)와 정렬된다(도 21c). 마지막으로, 제2 의료 기구(214)는 표적 위치(208)를 향해 경피적으로 삽입된다(도 21d). 이러한 위치에서, PCNL은 제2 의료 기구(214)를 통해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, PCNL은 제1 의료 기구(204)에 의해 보조될 수 있다.
더 상세히 후술될 바와 같이, 도 21a 내지 도 21d에 예시된 내시경-보조식 PCNL 절차는 여러 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 절차는 제2 의료 기구(214)의 경피 배치에서 증가된 정확도를 허용할 수 있는데, 이는 제2 의료 기구(214)의 삽입이 표적 위치(208)를 향해 안내될 수 있기 때문이다. 또한, 일부 실시예에서, 절차는 형광투시 시각화를 필요로 함이 없이 제2 의료 기구(214)의 안내를 허용한다. 이는 유리하게는 절차 동안 환자 및 의료진에 대한 방사선 노출을 감소시키거나 제거할 수 있다. 이는 또한 절차가 방사선과 의사 및 비뇨기과 의사 둘 모두에 의해서보다는 비뇨기과 의사에 의해 전적으로 수행되도록 허용할 수 있기 때문에 절차를 단순화할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 표적 위치(208)가 위치 센서(206)를 참조하여, 그러나 위치 센서(206)로부터 떨어져 있는 위치에서 결정될 수 있기 때문에, 표적 위치(208)는 제1 의료 기구(204)에 의해 직접 접근될 수 없는 위치에서 결정될 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 절차는 단일 시도로 접근 포트의 배치를 가능하게 할 수 있다. 대조적으로, 다른 기법(예컨대, 형광투시법 안내식 기법)은 때때로 정확한 위치가 최종적으로 달성될 때까지 의사가 도구를 다수회 후퇴시키고 재배치할 것을 필요로 한다. 이들 및 다른 이점이 도면을 더욱 구체적으로 참조하여 더 상세히 후술될 것이다.
위에서 언급된 바와 같이, 도 21a 내지 도 21d는 신장 결석(212)을 제거하기 위한 내시경-보조식 경피 신절석술(PCNL) 절차의 다양한 단계를 예시한다. 도 21a에 도시된 바와 같이, 예시된 예에서, 신장 결석(212)은 신배(calyx)로의 입구에 위치된다. 일부 경우에, 비뇨기과 의사가 접근 시스를 신장(202) 내로 신배 내에 그리고 신장 결석(212) 뒤에 삽입하기를 원할 수 있다. PCNL은 이어서 신장 결석(212)을 부수고 제거하기 위해 접근 시스를 통해 수행될 수 있다. 접근 시스의 정확한 배치는 절차의 효능을 최대화하고 환자에 대한 스트레스 및 영향을 최소화하는 데 중요할 수 있다.
예시된 예에서, 접근 시스를 정확하게 배치하기 위해, 먼저, 제1 의료 기구(204)가 신장(202) 내로 안내될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(204)는 자연 구멍을 통해 환자 내로 삽입된다. 예를 들어, 제1 의료 기구(204)는 요도, 방광, 및 요관을 통해 신장(202) 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서 또는 다른 절차에서, 다른 자연 환자 구멍이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(204)는 경피적으로 삽입될 수 있다.
제1 의료 기구(204)는 내시경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(204)는 로봇식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 의료 기구는 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 로봇-제어가능 의료 기구들 중 임의의 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(204)는 수동으로 제어될 수 있다. 도 21a에 예시된 바와 같이, 제1 의료 기구(204)는 세장형 샤프트(205)를 포함할 수 있다. 세장형 샤프트(205)는 제1 의료 기구(204)가 환자의 해부학적 구조를 통해 신장(202) 내로 내비게이션될 수 있도록 관절운동가능하고 제어가능할 수 있다. 그러한 의료 기구에 대한 여러 실시예는 도 16 내지 도 18을 참조하여 전술되어 있다. 의료 기구(204)는 또한, 일부 실시예에서, 조작자가 제1 의료 기구(204)의 시점으로부터 치료 영역을 시각화하도록 허용할 수 있는 광학 시스템(예컨대, 카메라), 및 세장형 샤프트(205)를 통한 치료 영역으로의 추가 의료 도구 또는 기구의 전달을 허용할 수 있는 작업 채널과 같은 다양한 다른 특징부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 작업 채널은 유체를 전달하거나 유체 또는 잔해물을 흡인하는 데 사용될 수 있다.
또한 도 21a에 예시된 바와 같이, 제1 의료 기구(204)는 위치 센서(206)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 위치 센서(206)는 제1 의료 기구(204)의 세장형 샤프트(205)의 원위 단부에 또는 그 부근에 위치된다. 다른 실시예에서, 위치 센서(206)는 세장형 샤프트(205) 상의 다른 위치에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(204)는 복수의 위치 센서(206)를 포함한다. 위치 센서(206)는 위치 센서(206)(및 제1 의료 기구(204))의 장소 또는 위치가 결정될 수 있는 출력을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 위치 센서(206)는 EM 필드 내의 EM 센서의 위치가 결정될 수 있는, EM 필드 내의 검출가능 신호를 생성하도록 구성되는 전자기(EM) 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 위치 센서(206)는 세장형 샤프트(205)의 자세 또는 형상이 결정되어 의료 기구(204)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 형상 감지 섬유를 포함한다. 다른 실시예에서, 다른 유형의 위치 센서가 사용될 수 있다.
도 21a에 도시된 바와 같이, 절차 동안, 제1 의료 기구(204)는 신장(202) 내로 안내된다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(204)의 안내는 내비게이션 또는 위치결정 시스템, 예컨대 전술된 위치결정 시스템(90)에 의해 용이해진다. 조작자는 제1 의료 기구(204) 상의 광학 시스템을 사용하여 신장 결석(212)을 시각화할 수 있다.
도 21b에 도시된 바와 같이, 제1 의료 기구(204)가 신장(202) 내에 위치되면, 조작자(또는 시스템)는 표적 위치(208)를 결정할 수 있다. 표적 위치(208)는 제2 의료 기구(214)(도 21c 및 도 21d 참조)가 배치되는 것이 요구되는 위치를 나타낼 수 있다. 도 21c 및 도 21d를 참조하여 후술될 바와 같이, 표적 위치(208)는 제2 의료 기구(214)의 삽입을 안내하기 위해 사용되는 비콘(beacon)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 의료 기구(214)는 표적 위치(208)와 랑데부하도록 안내될 수 있다.
일부 실시예에서, 표적 위치(208)는 위치 센서(206)를 참조하여, 그러나 위치 센서(206)로부터 떨어져 있는 위치에서 결정될 수 있다. 즉, 표적 위치(208)는 위치 센서(206)(또는 제1 의료 기구(204) 상의 임의의 다른 지점)와 일치할 필요는 없다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 위치 센서(206)의 출력은 신장(202)의 수술전 모델에 정합될 수 있다. 정합은 예를 들어 위치 센서(206)를 사용하여 해부학적 구조를 통한 제1 의료 기구(204)의 경로를 매핑하고, 매핑된 경로를 수술전 모델과 일치시키는 것을 수반할 수 있다. 다른 예로서, 정합은 의료 기구(204)를 하나 이상의 해부학적 랜드마크로 내비게이션하고, 하나 이상의 해부학적 랜드마크에서의 위치 센서(206)의 출력을 사용하여 수술전 모델을 위치 센서(206)의 출력에 정합시키는 것을 수반할 수 있다. 정합에 대한 추가 상세사항이 위치결정 시스템(90) 및 도 20을 참조하여 위에 제공되어 있다. 일단 수술전 모델이 정합되면, 조작자(또는 시스템)는 일부 실시예에서 표적 위치(208)를, 그것을 수술전 모델 내에서 선택함으로써 결정할 수 있다. 예를 들어, 수술전 모델은 조작자에게 디스플레이될 수 있고, 조작자는 수술전 모델 내로부터 표적 위치(208)가 될 위치를 선택할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 표적 위치(208)는 위치 센서(206)로부터 떨어져 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 위치 센서(206)로부터의 데이터 및 수술전 모델을 사용하여, 위치 센서(206)의 위치와 선택된 표적 위치(208) 사이의 거리 및 방향이 시스템에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 위치 센서(206)의 위치는 x, y, z 좌표로서 표현될 수 있고, 표적 위치(208)는 x', y', z' 좌표에 의해 표현될 수 있으며, x, y, z 좌표와 x', y', z' 좌표 사이의 거리 및 방향이 결정될 수 있다.
다른 예에서, 표적 위치(208)는 하나 이상의 형광투시 이미지(들)과 같은 수술중 의료 이미징을 참조하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 조작자가 표적 위치(208)로서 형광투시 이미지 상의 위치를 선택할 수 있다. 역시, 표적 위치(208)는 위치 센서(206)로부터 떨어져 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 위치 센서의 출력은 표적 위치(208)와 위치 센서(206) 사이의 관계가 결정될 수 있도록 형광투시 이미지에 정합될 수 있다. 예로서, 위치 센서(206)는 전자기(EM) 센서일 수 있다. EM 기준 프레임은 EM 센서를 포함하는 기구를 알려진 기관지 분지 내에서 전후로 이동시킴으로써 수술전 CT 이미지에 정합될 수 있다. 이는 둘 모두의 좌표 프레임(즉, EM 기준 프레임 및 형광투시 프레임) 내에 대응하는 지점 쌍을 생성할 수 있다. 대응하는 지점 쌍에 의해, 알고리즘이 좌표 프레임들 사이의 변환을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 프로세스는 흔히 또는 일반적으로 정합으로 지칭된다. 일단 변환이 결정되면, 위치 센서(206)는 형광투시 이미지 프레임에서 보여질 수 있고, 센서와 이미지 프레임 내에 한정된 표적 위치(208) 사이의 관계가 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 표적 위치(208)는 (예를 들어, 도 21b에 도시된 바와 같이) 제1 의료 기구(204)의 세장형 샤프트(205)의 원위 팁으로부터 외향으로 연장되는 축(216)을 따라 선택된다. 예를 들어, 표적 위치(208)는 축(216)을 따른 위치 센서(206)의 위치의 투영일 수 있다. 다른 실시예에서, 표적 위치(208)는 축(216) 상에 놓일 필요는 없다. 즉, 표적 위치(208)는 임의의 방향으로의 위치 센서(206)의 투영일 수 있다.
위치 센서(206)로부터 떨어져 있는 표적 위치(208)를 선택하는 것은 유리하게는 제1 의료 기구(204)에 의해 직접 접근가능하지 않은 표적 위치(208)의 사용을 허용할 수 있다. 예를 들어, 예시된 예에서, 신장 결석(212)은 신배의 입구 내에 위치된다. 이러한 위치에서, 신장 결석(212)은 의료 기구(204)가 신배 내로 내비게이션하는 것을 방해할 수 있다. 유리하게는, 표적 위치(208)는, 제1 의료 기구(204)가 물리적으로 신배 내로 내비게이션할 수 없는 경우에도, 신배 내로 투영될 수 있다. 유사하게, 표적 위치(208)는 심지어 제1 의료 기구(204)로 시각화될 수 없는 위치에서 결정될 수 있다. 예시된 예에서, 신장 결석(212)은 심지어 신배로의 시각적 접근을 차단할 수 있다. 여하튼, 표적 위치(208)는 유리하게는 신배 내로 투영될 수 있다.
도 21c에 도시된 바와 같이, 표적 위치(208)는 제2 의료 기구(214)를 정렬시키기 위한 비콘으로서 사용될 수 있다. 예시된 실시예에서, 제2 의료 기구(214)는 경피 접근 시스일 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 의료 기구는 예를 들어 내시경 또는 복강경 도구와 같은 다른 유형의 의료 기구일 수 있다. 예시된 실시예에서, 제2 의료 기구(214)는 제2 의료 기구(214)의 축(218)이 표적 위치(208)와 정렬될 때까지 조작될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구(214)는 로봇 아암과 같은 기구 위치설정 장치 상에 위치될 수 있다. 기구 위치설정 장치는 제2 의료 기구(214)를 표적 위치와 자동으로 정렬시키기 위해 로봇식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제2 의료 기구(214)는 기구 위치설정 장치의 위치 또는 제2 의료 기구(214) 상의 위치 센서의 출력에 기초하여 표적 위치(208)와 로봇식으로 정렬될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구(214)는 표적 위치(208)와 수동으로 정렬될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제2 의료 기구(214)는 제2 의료 기구(214)의 위치 및 배향을 결정하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 포함할 수 있다. 제2 의료 기구(214)를 정렬시키기 위한 예시적인 프로세스가 도 22a 및 도 22b를 참조하여 더 상세히 후술될 것이다.
도 21d에 도시된 바와 같이, 제2 의료 기구(214)가 표적 위치(208)와 정렬되면, 제2 의료 기구(214)는 표적 위치(208)와 랑데부하도록 안내되거나 삽입될 수 있다. 예시된 실시예에서, 제2 의료 기구(214)는 예를 들어 경피 개구(220)를 통해 신장(202) 내로 경피적으로 삽입된다. 일부 실시예에서, 경피 개구(220)는 제2 의료 기구(214)에 의해 생성된다. 일부 실시예에서, 경피 개구(220)는 제2 의료 기구(214)의 삽입 전에, 예를 들어 별개의 의료 도구에 의해 개별적으로 생성된다.
제2 의료 기구(214)의 삽입은 다양한 방식으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 삽입은 수동이거나 로봇식일 수 있다. 일부 수동 실시예에서, 의사가 제2 의료 기구(214)를 수동으로 삽입한다. 의사는 제2 의료 기구(214)를 표적 위치(208)를 향해 안내할 수 있다. 일부 실시예에서, 의사가 삽입 동안 표적 위치(208)와의 의료 기구(214)의 정렬을 유지하는 데 도움을 주는 정렬 인터페이스가 제공될 수 있다. 예시적인 정렬 인터페이스가 후술되는 도 23a 및 도 23b에 도시되어 있다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구(214)의 삽입은 로봇식일 수 있다. 제2 의료 기구(214)는 로봇 아암과 같은 기구 위치설정 장치 상에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 위치설정 장치는 삽입 동안 정렬을 유지시키는 한편, 의사는 제2 의료 기구(214)(또는 기구 위치설정 장치)를 물리적으로 취급함(예컨대, 밀어 넣음)으로써 제2 의료 기구(214)를 삽입한다. 이들 실시예에서, 정렬은 로봇식으로 유지될 수 있는 한편, 제2 의료 기구(214)의 실제 삽입은 수동으로 수행된다. 예를 들어, 의사는 제2 의료 기구(214)를 환자 내로 밀어 넣기 위해 제2 의료 기구(214) 또는 기구 위치설정 장치 상의 손잡이를 잡을 수 있다. 기구 위치설정 장치는 제2 의료 기구(214)의 운동을 삽입 축을 따른 운동으로 제한하거나 제약할 수 있다. 예를 들어, 기구 위치설정 장치는 제2 의료 기구(214)가 표적 위치(208)와의 정렬에서 벗어나게 할 운동을 제한하거나 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, 운동은 삽입 축을 따라서만 제한된다. 일부 실시예에서, 운동은 삽입 축을 중심으로 하는 범위로 제한된다. 예를 들어, 운동은 삽입 축을 중심으로 하는 원추-형상의 또는 원통-형상의 경계 내로 제한될 수 있다. 일부 실시예에서, 운동은 햅틱(haptic) 경계에 의해 제한된다. 햅틱 경계는 물리적으로 허용된 범위 외측의 운동을 제한하거나 운동이 경로를 이탈한 것에 대한 촉각적 피드백을 의사에게 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 의사는 제어기를 사용하여 삽입을 명령하고, 정렬 및 삽입 둘 모두는 로봇식으로 수행된다. 이전 예에서와 같이, 로봇 시스템은 제2 의료 기구(214)가 표적 위치(208)와 정렬된 상태로 유지되도록 운동을 제한하거나 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구(214)의 정렬(도 21c) 및 삽입(도 21d) 동안, 제1 의료 기구(204)는 치료 영역 내에(예컨대, 신장(202) 내에) 유지된다. 위치 센서(206)의 출력 신호는 절차 동안 환자 운동을 추적하기 위해 사용될 수 있다. 환자 운동은 호흡을 포함할 수 있다. 예를 들어, 환자가 호흡함에 따라, 신장(202)은 약간 이동할 수 있다. 이러한 운동은 위치 센서(206)를 사용하여 추적될 수 있다. 이러한 환자 운동은 이어서 표적 위치(208)와의 제2 의료 기구(214)의 랑데부의 정확도가 증가되도록 제2 의료 기구(214)의 정렬 및 삽입 동안 보상될 수 있다. 일부 실시예에서, 환자 운동을 정확하게 추적하고 보상하기 위해, 제1 의료 기구(204)는 위치 센서(206)가 표적 위치(208)에 근접하여 유지되도록 정렬 및 삽입 동안 위치된 상태로 유지되어야 한다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구(214)가 도 21d에 도시된 바와 같이 표적 위치(208)에 도달할 때 제2 의료 기구(214)의 삽입이 정지된다. 제2 의료 기구(214)가 도 21d에 예시된 위치에 있게 되면, 의사는 신장 결석(212)을 제거하기 위해 PCNL을 수행할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 도 22a 및 도 22b는 제2 의료 기구(214)를 표적 위치(208)와 정렬시키기 위해 사용될 수 있는 정렬 프로세스의 일 실시예의 다양한 단계를 예시한다. 도 22a는 제2 의료 기구(214)의 원위 단부가 표적 위치(208)와 근접하게 이동되는 동안의 전반적 정렬 단계의 예를 예시하고, 도 22b는 제2 의료 기구(214)의 축(218)이 표적 위치(208)와 정렬되는 동안의 미세 정렬 단계의 예를 예시한다. 일부 실시예에서, 도 22a 및 도 22b를 참조하여 기술되는 정렬 프로세스는 제2 의료 기구(214)의 수동 정렬 및 삽입을 위해 사용된다. 일부 실시예에서, 로봇식 정렬 및 삽입은 유사한 프로세스를 채용할 수 있다.
도 22a에 도시된 바와 같이, 정렬 프로세스는, 먼저, 제2 의료 기구(214)를 표적 위치(208)에 대해 전반적으로 위치시키는 것을 수반할 수 있다. 예시된 바와 같이, 이는 제2 의료 기구(214)의 원위 팁이 표적 위치(208)에 근접한 구역(226)(2개의 파선들 사이의 영역에 의해 시각적으로 표현됨) 내에 위치될 때까지 제2 의료 기구(214)를 환자의 피부(203)의 표면을 따라 또는 그 부근에서 이동시키는 것을 수반할 수 있다. 구역(226)의 위치는 표적 위치(208)에 근접한 해부학적 영역 또는 경피 삽입을 행하는 것이 바람직한 해부학적 영역이도록 결정될 수 있다. 제2 의료 기구(214)의 원위 팁의 위치는 전술된 위치 센서들 중 임의의 것과 유사할 수 있는 위치 센서(222)를 사용하여 추적될 수 있다. 예시된 바와 같이, 의사는, 위치 센서(222)가 구역(226) 내에 있을 때까지, 제2 의료 기구(214)를 전후로, 예를 들어 화살표(224)의 방향으로 이동시킬 수 있다. 시스템은 위치 센서(222)가 구역(226) 내에 있을 때 의사에게 경고를 제공할 수 있다. 경고는 예를 들어 가청 또는 시각적일 수 있다. 도 22a에 예시된 바와 같이, 이러한 단계 동안, 제2 의료 기구(214)의 축(218)은 반드시 표적 위치(208)와 정렬될 필요는 없다. 오히려, 이러한 단계는 단지 제2 의료 기구(214)를 표적 위치(208)에 근접하게 구역(226) 내로 이동시키는 것에 초점을 맞출 수 있다.
일단 제2 의료 기구(214)가 (전반적 정렬을 제공하기 위해) 구역(226) 내에 위치되면, 의사는 이어서 제2 의료 기구(214)의 축(218)을 표적 위치(208)와 정렬시키는 것에 초점을 맞출 수 있다. 이러한 단계의 예가 도 22b에 예시되어 있다. 이러한 단계 동안, 의사는 제2 의료 기구(214)의 원위 팁을 제위치로 유지하고, 축(218)이 표적 위치(208)와 정렬될 때까지 제2 의료 기구(214)를 그러한 지점을 중심으로 회전 또는 피봇시킬 수 있다. 예를 들어, 의사는 축(218)이 표적 위치(208)와 정렬될 때까지 제2 의료 기구(214)를 화살표(228)의 방향으로 회전 또는 피봇시킬 수 있다. 이는 제2 의료 기구(214) 및 표적 위치(208)에 대한 미세 정렬을 제공할 수 있다.
표적 위치(208)와의 축(218)의 정렬을 용이하게 하기 위해 정렬 인터페이스가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 정렬 인터페이스는 정렬의 시각적 표현을 제공하는 그래픽 사용자 인터페이스이다. 그러한 정렬 인터페이스의 예가 후술되는 도 23a 및 도 23b에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 정렬 인터페이스는 예를 들어 가청 신호와 같은, 정렬을 표시하기 위한 다른 방법을 사용할 수 있다.
도 23a 및 도 23b는 일 실시예에 따른, 도 22b의 미세 정렬 단계를 보조하기 위한 예시적인 정렬 인터페이스(230)를 예시한다. 도 23a 및 도 23b에서, 도면의 상부 부분은 정렬 인터페이스(230)의 예를 도시하고, 도면의 하부 부분은 제2 의료 기구(214)와 표적 위치(208)가 정렬되는 방법의 대응하는 예를 도시한다.
도 23a에 도시된 바와 같이, 정렬 인터페이스(230)는 정렬의 그래픽 또는 시각적 표현을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 정렬 인터페이스(230)는 외부 원(232), 표적 표시자(234), 및 기구 표시자(236)를 포함한다. 표적 표시자(234)는 표적 위치(208)의 위치를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 표적 표시자(234)는 원(232)의 중심에 유지된다. 기구 표시자(236)는 표적 위치(208)에 대한 제2 의료 기구(214)의 현재 정렬을 나타낼 수 있다. 제2 의료 기구(214)가 이동함에 따라, 기구 표시자(236)는 제2 의료 기구(214)와 표적 위치(208) 사이의 상대 정렬이 변화함에 따라 원(232) 주위로 이동한다.
일부 실시예에서, 정렬 인터페이스(230)는 제2 의료 기구(214)의 샤프트를 아래로 본 정렬의 뷰를 나타낸다. 예를 들어, 도 23a에 예시된 바와 같이, 기구 표시자(236)는 표적 표시자(234)의 좌측 위에 위치된다. 이는 제2 의료 기구(214)가 표적 위치(208)의 좌측 상향 방향으로 오정렬되어 있음을 나타낼 수 있다. 의사는 정렬 인터페이스(230)를 해석하여, 제2 의료 기구(214)가 표적 위치(208)와 정렬되도록 우측 하향 피봇되어야 한다는 것을 알 수 있다.
도 23b는 제2 의료 기구(214)가 표적 위치(208)와 정렬될 때 정렬 인터페이스(230)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 정렬될 때, 기구 표시자(236)는 표적 표시자(234)와 중첩될 수 있다. 의사가 먼저 정렬 인터페이스(230)를 사용하여 제2 의료 기구(214)를 표적 위치(208)와 적절히 정렬시킬 수 있다. 의사는 이어서 삽입 동안 정렬 인터페이스(230)를 계속 사용하여 삽입하면서 정렬을 유지할 수 있다. 의사가 제2 의료 기구(214)를 삽입함에 따라, 의사는 기구 표시자(236)를 표적 표시자(234)와 중첩된 상태로 유지함으로써 정렬을 유지하는 것에 초점을 맞출 수 있다. 사용자는 이어서 원하는 깊이에 도달할 때까지 제2 의료 기구(214)를 계속 삽입할 수 있다.
정렬 인터페이스(230)는 예를 들어 로봇 시스템을 위한 그래픽 사용자 인터페이스의 일부로서 사용자에게 디스플레이될 수 있다. 도 24는 정렬 인터페이스(230)를 포함하는 그러한 그래픽 사용자 인터페이스(235)의 예를 예시한다. 그래픽 사용자 인터페이스(235)는 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 다양한 스크린 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스(235)는 정렬 표시자(230), 내시경 뷰(238), 및 모델 또는 형광투시 뷰(240)를 포함한다. 내시경 뷰(238)는 제1 의료 기구(204) 상의 광학 시스템으로부터의 라이브 뷰를 디스플레이할 수 있다. 모델 또는 형광투시 뷰(240)는 치료 영역의 라이브 형광투시 뷰의 수술전 뷰를 디스플레이할 수 있다. 일부 실시예에서, 표적 위치(208)는 모델 또는 형광투시 뷰(240) 상에 디스플레이될 수 있다. 일부 실시예에서, 의사는 표적 위치(208)를 선택하기 위해 모델 또는 형광투시 뷰(240)를 사용할 수 있다. 도 24에 예시된 그래픽 사용자 인터페이스(235)는 단지 예로서 제공된다. 도 24에 도시된 것보다 많은, 적은, 또는 다른 유형의 정보를 보여주는 다른 그래픽 사용자 인터페이스(235)가 사용될 수 있다.
도 25a 및 도 25b는 폐(302) 내에서의 내시경-보조식 경피 의료 절차의 다른 실시예의 다양한 단계를 예시한다. 예시된 예에서, 의료 절차는 폐(302)의 일부분을 제거하기 위한 내시경-보조식 절제 절차이지만, 이러한 예에 의해 예시되는 원리는 또한 모두 본 개시의 범주 내에 있도록 의도되는 다른 유형의 의료 절차에 적용가능하다. 상세히 후술될 바와 같이, 예시된 예에서, 제1 의료 기구(304)가 환자 내의 자연 구멍을 통해 폐(302) 내로 삽입된다(도 25a). 제1 의료 기구(304)는 위치 센서(306)를 포함한다. 절제 경계를 한정하기 위한, 하나 이상의 가상 기준점(들)(308)을 위한 위치는 위치 센서(306)를 참조하여 결정될 수 있다(도 25a). 경계(309)가 가상 기준점(308)에 기초하여 결정될 수 있다(도 25b). 하나 이상의 제2 의료 기구(314)는 가상 기준점(308) 및 경계(309)에 기초하여 폐(302)의 일부분의 경피 절제를 수행할 수 있다(도 25b).
더 상세히 후술될 바와 같이, 도 25a 및 도 25b에 예시된 내시경-보조식 절제 절차는 여러 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 절차는 경계(309)를 한정함에 있어서 증가된 정확도를 허용할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제2 의료 기구(314)의 운동은 제2 의료 기구(314)가 경계를 넘어 이동될 수 없도록 제한될 수 있다. 이는 절제되는 폐(302)의 총 부분을 최소화하고 건강한 조직이 손상될 가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 절차는 형광투시 시각화를 필요로 함이 없이 제2 의료 기구(314)의 안내를 허용한다. 이전에, 그러한 절제 절차는, 물리적 방사선-불투과성 마커(예컨대, 금속성 마커)를 폐 내에 배치하고, 이어서 경계를 시각화하기 위해 절차 동안 마커를 형광투시적으로 관찰하는 것을 수반하였다. 대안적으로, 폐는 절제를 안내하기 위해 기관지경을 사용하여 시각화될 수 있는 염료로 물리적으로 표시될 수 있다. 본 출원에 기술된 가상 기준점(308) 및 경계(309)는, 일부 실시예에서, 해부학적 구조에 정합된 수술전 모델을 참조하여 관찰될 수 있고, 따라서 형광투시법 없이 관찰가능할 수 있다. 이들 및 다른 이점이 도면을 더욱 구체적으로 참조하여 더 상세히 후술될 것이다.
도 25a는 절차 동안 가상 기준점(308)을 배치 또는 생성하는 예를 예시한다. 예시된 예에서, 의사가 폐(302)의 일부분을 절제하기를 원할 수 있다. 절제를 안내하기 위해, 의사는 절제될 폐(302)의 부분 주위의 경계를 한정하는 데 사용될 수 있는 가상 기준점(308)을 배치할 수 있다. 절제는 이어서 경계에 기초하여 경피적으로 수행될 수 있다. 예시된 예에서, 가상 기준점(308)을 정확하게 배치하기 위해, 먼저, 제1 의료 기구(304)가 폐(302) 내로 안내된다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(304)는 자연 구멍을 통해 환자 내로 삽입된다. 예를 들어, 제1 의료 기구(304)는 환자의 입 및 기관을 통해 폐(302) 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서 또는 다른 절차에서, 다른 자연 환자 구멍이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(304)는 경피적으로 삽입될 수 있다.
제1 의료 기구(304)는 기관지경과 같은 내시경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(304)는 로봇식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 의료 기구(304)는 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 로봇-제어가능 의료 기구들 중 임의의 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(304)는 수동으로 제어될 수 있다. 도 25a에 예시된 바와 같이, 제1 의료 기구(304)는 세장형 샤프트를 포함할 수 있다. 세장형 샤프트는 제1 의료 기구(304)가 환자의 기도를 통해 폐(302) 내에서 내비게이션될 수 있도록 전술된 바와 같이 관절운동가능하고 제어가능할 수 있다. 제1 의료 기구(304)는 또한 이전 예에 기술된 바와 같은 위치 센서(306)를 포함할 수 있다. 위치 센서(306)는 위치 센서(306)의 위치가 결정될 수 있는 출력 신호를 제공하도록 구성된다. 제1 의료 기구(304)의 안내는 내비게이션 또는 위치결정 시스템, 예컨대 전술된 위치결정 시스템(90)에 의해 용이해질 수 있다.
도 25a에 도시된 바와 같이, 제1 의료 기구(304)가 폐(302) 내에 위치되면, 의사(또는 시스템)는 하나 이상의 가상 기준점(들)(308)을 위한 장소를 결정할 수 있다. 가상 기준점(308)은 물리적 기준점 또는 염료가 이전에 사용되었던 방법과 유사하게 절제 체적의 경계를 표시하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 가상 기준점(308)은 예를 들어 해부학적 구조에 정합된 수술전 모델을 참조하여 가상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 위치 센서(306)의 출력은 폐(302)의 수술전 모델에 정합될 수 있다. 정합은 전술된 바와 같이, 예를 들어 위치 센서(306)를 사용하여 해부학적 구조를 통한 제1 의료 기구(304)의 경로를 매핑하고, 매핑된 경로를 수술전 모델과 일치시킴으로써, 또는 의료 기구(304)를 하나 이상의 해부학적 랜드마크로 내비게이션하고, 하나 이상의 해부학적 랜드마크에서의 위치 센서(306)의 출력을 사용하여 수술전 모델을 위치 센서(306)의 출력에 정합시킴으로써 달성될 수 있다.
일부 실시예에서, 가상 기준점(308)은 제1 의료 기구(304)를, 가상 기준점(308)을 배치하는 것이 요구되는 폐(302) 내의 위치로 내비게이션하고, 위치 센서(306)를 사용하여 그러한 위치를 결정하고, 가상 기준점을 그러한 결정된 위치에서 수술전 모델 내에 가상 배치함으로써 배치된다. 의사는 이어서 제1 의료 기구(304)를, 가상 기준점(308)을 배치하는 것이 요구되는 다음 위치로 내비게이션하고, 모든 원하는 가상 기준점(308)이 배치될 때까지 프로세스를 반복할 수 있다.
일부 실시예에서, 수술전 모델이 환자의 해부학적 구조 및 위치 센서(306)의 출력에 정합되면, 가상 기준점(308)의 배치를 위한 위치가 수술전 모델을 참조하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 가상 기준점(308)을 위한 위치는 위치 센서(306)를 참조하여, 그러나 위치 센서(306)로부터 떨어져 있는 위치에서 결정될 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 가상 기준점(308)의 장소는 위치 센서(306)(또는 의료 기구(314)의 임의의 다른 부분)와 일치할 필요는 없다. 예를 들어, 수술전 모델은 의사에게 디스플레이될 수 있고, 의사는 디스플레이된 수술전 모델 상의 가상 기준점(308)을 위한 배치 장소를 선택할 수 있다.
일부 실시예에서, 가상 기준점(308)의 위치는 수술전 모델을 참조하여 수술전에 결정될 수 있다. 제1 의료 기구(304)는 이어서 수술전 모델을 해부학적 구조에 정합시키기 위해 폐(302) 내로 내비게이션될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구(304)는 예를 들어 가상 기준점(308)의 위치에 대응하는 장소로 내비게이션함으로써, 가상 기준점(308)의 수술전에 선택된 위치의 배치를 확인하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 의사는 이어서 요구되는 경우 가상 기준점(308)의 배치 위치를 수술중에 조절할 수 있다.
다른 예에서, 가상 기준점(308)의 위치는 형광투시 이미지와 같은 수술중 의료 이미징을 참조하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 조작자가 형광투시 이미지 상의 가상 기준점(308)의 위치를 선택할 수 있다.
가상 기준점(308)의 위치는 예를 들어 도 24에 도시된 바와 같은 그래픽 사용자 인터페이스 상에서 사용자에게 디스플레이될 수 있다.
도 25b에 도시된 바와 같이, 가상 기준점(308)의 위치는 경계(309)를 한정하는 데 사용될 수 있다. 경계(309)는 절제 체적을 한정할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 경계(309)를 한정하기 위해 가상 기준점(308)을 통해 선 또는 표면을 맞추도록 구성된다. 일부 실시예에서, 경계(309)는 예를 들어 도 24에 도시된 바와 같은 그래픽 사용자 인터페이스 상에서 사용자에게 디스플레이될 수 있다. 일부 실시예에서, 경계(309)는 생략되고, 가상 기준점(308)이 경계로서 사용된다.
경계(309)(또는 가상 기준점(308) 자체)는 절제 동안 하나 이상의 제2 의료 기구(314)를 안내하는 데 사용될 수 있다. 절제는 경피적으로 수행될 수 있지만, 이는 모든 실시예에서 그러할 필요는 없다. 예시된 실시예에서, 2개의 제2 의료 기구(314)가 예시되어 있다. 제2 의료 기구는 예를 들어 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 것과 같은 복강경 의료 기구일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구(314)는 로봇 아암과 같은 기구 위치설정 장치 상에 위치될 수 있다. 기구 위치설정 장치는 로봇식으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 제어는 제2 의료 기구(314)가 경계(309)를 이탈하거나 횡단하는 것을 제한하거나 방지할 수 있다. 이는 의도하지 않은 조직의 절제를 제한하거나 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구(314)는 수동으로 제어될 수 있다. 시스템은 의사가 경고를 받도록 제2 의료 기구(314)가 경계(309)에 접근하고 있을 때의 표시를 제공할 수 있다. 표시는 시각적, 가청, 또는 햅틱 신호일 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구(314)에 의한 절제 동안, 제1 의료 기구(304)는 치료 영역 내에(예컨대, 폐(302) 내에) 유지된다. 전술된 바와 같이, 위치 센서(306)의 출력 신호는 절차 동안, 호흡과 같은 환자 운동을 추적하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 운동은 위치 센서(306)를 사용하여 추적될 수 있다. 이러한 환자 운동은 이어서 절제 동안 보상될 수 있다.
도 26은 위장관 내에서의 내시경-보조식 경피 의료 절차의 예시적인 실시예를 예시한다. 예시된 예에서, 의사가 췌장을 경피적으로 생검하는 것을 원한다. 그러나, 경피적으로 삽입된 의료 기구가 췌장과 교차할 것을 보장하는 것은 일반적으로 어렵다. 이러한 예에서, 경피적으로 삽입된 기구가 내시경으로 삽입된 기구의 위치 센서에 부분적으로 기초하여 결정되는 표적 위치와 정렬될 수 있다.
예시된 예에서, 제1 의료 기구(504)가 환자의 입, 식도(532), 위(534), 및 십이지장(536)을 통해 유두(538)로 안내된다. 유두(538)는 예를 들어 제1 의료 기구(504) 상의 광학 시스템을 사용하여 시각적으로 식별될 수 있다. 제1 의료 기구(504)는 전술된 바와 같은 위치 센서(506)를 포함한다. 췌장 내의 표적 위치(508)가 위치 센서(506)에 의해 결정된 위치에 대해 결정될 수 있다. 이는 의사가 췌장이 유두(538) 반대편에 위치된다는 것을 알고 있기 때문에 행해질 수 있다. 따라서, 표적 위치(508)는 위치 센서(506)로부터 떨어져 있는 위치에서 결정될 수 있다. 표적 위치(508)는 이어서 전술된 바와 같이 제2 의료 기구(514)의 경피 삽입을 정렬 및 안내하기 위한 비콘으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 의료 기구의 축(518)이 표적 위치(508)와 정렬될 수 있고, 이어서 제2 의료 기구는 표적 위치(508)와 교차하여 생검하도록 개구(520)를 통해 경피적으로 삽입될 수 있다. 이전과 같이, 제2 의료 기구(514)의 정렬은 로봇식으로 유지될 수 있다.
도 27a는 의료 기구가 표적 위치와 랑데부하는 단계를 포함하는 의료 절차를 수행하기 위한 방법(600)의 일 실시예를 예시한 흐름도이다. 방법(600)은 제1 의료 기구가 치료 영역 내로 삽입되는 블록(602)에서 시작한다. 치료 영역은 예를 들어 신장, 방광, 폐, 위, 위장관 등을 포함할 수 있다. 제1 의료 기구는 내시경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구는 자연 환자 구멍을 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제1 의료 기구는 복강경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구는 경피적으로 또는 경피 개구를 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제1 의료 기구는 예를 들어 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 로봇식 의료 시스템을 사용하여 로봇식으로 제어될 수 있다. 제1 의료 기구는 수동으로 제어될 수 있다.
다음으로, 방법(600)은 제1 의료 기구의 제1 위치가 제1 의료 기구 상의 제1 위치 센서를 사용하여 결정되는 블록(604)으로 이동한다. 제1 의료 기구는 제1 위치 센서를 포함할 수 있다. 제1 위치 센서는 EM 센서, 형상 감지 섬유, 또는 위치를 결정하기 위한 임의의 다른 유형의 센서일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 위치 센서의 출력은 수술전 모델에 정합될 수 있어서, 제1 위치 센서의 위치가 수술전 모델을 참조하여 결정되게 한다. 수술전 모델은 예를 들어 CT 스캔 또는 전술된 바와 같은 다른 방법에 기초하여 개발될 수 있다.
방법(600)은 이어서, 제1 위치로부터 떨어져 있는 표적 위치가 치료 영역 내에서 결정되는 블록(606)으로 이동한다. 표적 위치는 제2 의료 기구에 대한 랑데부 지점을 나타낼 수 있다. 표적 위치는 사용자에게 디스플레이될 수 있다. 일부 실시예에서, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계는 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 수술전 모델을 참조하여 표적 위치를 결정하는 단계는 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 단계, 및 수술전 모델을 참조하여 표적 위치의 선택을 수신하는 단계에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 위치 센서에 의해 결정되는 바와 같은 제1 위치와 표적 위치 사이의 거리 및 방향이 결정될 수 있다. 거리 및 방향은 예를 들어 정합된 수술전 모델로부터 계산될 수 있다.
일부 실시예에서, 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계는 치료 영역의 하나 이상의 수술중 의료 이미지를 캡처하는 단계, 및 하나 이상의 수술중 의료 이미지를 참조하여 표적 위치를 한정하는 단계를 포함할 수 있다. 수술중 의료 이미지는 하나 이상의 형광투시 이미지(들)일 수 있다. 하나 이상의 의료 이미지는 위치 센서의 출력에 정합될 수 있다.
마지막으로, 방법은 제2 의료 기구가 표적 위치를 향해 안내되는 블록(608)으로 이동한다. 제2 의료 기구는 복강경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구는 경피적으로 또는 경피 개구를 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제2 의료 기구는 내시경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구는 자연 환자 구멍을 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제2 의료 기구는 예를 들어 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 로봇식 의료 시스템을 사용하여 로봇식으로 제어될 수 있다. 제2 의료 기구는 수동으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 초기 접근은 내장된 위치 센서를 포함할 수 있는 제1 의료 기구를 경피적으로 삽입함으로써 얻어진다. 제1 의료 기구는 환자 내로의 작은 접근 채널을 생성하기 위해 남겨지는 얇은 벽형 슬리브를 포함하는 바늘일 수 있다. 가이드와이어와 같은 제2 의료 기구가 이어서 슬리브를 통해 환자 내로 삽입될 수 있으며, 이 지점을 통해 슬리브는 와이어가 제위치로 유지되는 것을 보장하면서 제거될 수 있다. 이어서, 와이어는 확장 도구 및 궁극적으로 더 큰 포트를 전달하기 위한 레일로서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 의료 기구를 표적 위치를 향해 안내하는 단계는 제2 의료 기구의 제2 축을 표적 위치와 정렬시키는 단계, 및 제2 의료 기구를 표적 위치를 향해 전진시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구는 로봇 아암, 또는 다른 기구 위치설정 장치에 부착된다. 로봇 아암은 표적 위치와의 정렬을 유지시키기 위해 제2 의료 기구의 운동을 제2 축을 따른 또는 그것을 중심으로 하는 운동으로 제한할 수 있다. 로봇 아암은 제2 의료 기구의 정렬을 유지시키는 햅틱 경계를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(600)은 제1 의료 기구의 제1 위치 센서로 환자 이동을 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어, 절차 동안, 제1 의료 기구는 치료 영역 내에 유지될 수 있고, 제1 위치 센서는 환자 이동을 모니터링할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 기구의 안내는 측정된 환자 이동을 보상할 수 있다. 보상될 수 있는 환자 이동은 예를 들어 호흡으로 인한 이동을 포함할 수 있다.
도 27b는 경계를 한정하기 위해 가상 기준점을 배치하는 단계를 포함하는 의료 절차를 수행하기 위한 방법(610)의 일 실시예를 예시한 흐름도이다. 경계는 예를 들어 절제 경계일 수 있다. 방법(610)은 제1 의료 기구가 치료 영역 내로 삽입되는 블록(612)에서 시작한다. 치료 영역은 예를 들어 신장, 방광, 폐, 위, 위장관 등을 포함할 수 있다. 제1 의료 기구는 내시경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구는 자연 환자 구멍을 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제1 의료 기구는 복강경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 의료 기구는 경피적으로 또는 경피 개구를 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제1 의료 기구는 예를 들어 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 로봇식 의료 시스템을 사용하여 로봇식으로 제어될 수 있다. 제1 의료 기구는 수동으로 제어될 수 있다.
다음으로, 방법(610)은 제1 위치 센서가 수술전 모델에 정합되는 블록(614)으로 이동한다. 제1 의료 기구는 제1 위치 센서를 포함할 수 있다. 제1 위치 센서는 EM 센서, 형상 감지 섬유, 또는 위치를 결정하기 위한 임의의 다른 유형의 센서일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 위치 센서의 출력은 수술전 모델에 정합될 수 있어서, 제1 위치 센서의 위치가 수술전 모델을 참조하여 결정되게 한다. 수술전 모델은 예를 들어 CT 스캔 또는 전술된 바와 같은 다른 방법에 기초하여 개발될 수 있다.
방법(610)은 이어서, 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치가 수술전 모델을 참조하여 경계를 생성하도록 한정되는 블록(616)으로 이동한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치를 결정하는 단계는 제1 의료 기구를 가상 기준점이 배치될 치료 영역 내의 장소로 내비게이션하는 단계, 및 제1 위치 센서의 정합된 출력에 기초하여 가상 기준점의 위치로서 그러한 장소를 한정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치를 결정하는 단계는 하나 이상의 가상 기준점(들) 중 하나를 배치할 장소의 사용자 선택을 수신하는 단계, 및 제1 위치 센서에 기초하여 결정된 적어도 제1 위치를 참조하여 그러한 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 단계를 포함하고, 여기에서 가상 기준점 위치는 제1 위치로부터 떨어져 있다. 일부 실시예에서, 가상 곡선 또는 표면이 경계를 한정하도록 가상 기준점에 맞춰진다. 경계 및/또는 가상 기준점은 의사에게 디스플레이될 수 있다.
다음으로, 방법(610)은 제1 의료 기구가 경계로부터 멀리 위치되는 블록(618)으로 이동한다. 일부 실시예에서, 이러한 위치에서, 절차 동안의 환자 이동이 전술된 바와 같이 제1 의료 기구의 제1 위치 센서로 모니터링될 수 있다. 일부 실시예에서, 블록(618)은 생략될 수 있고, 제1 의료 기구는 절차 동안 경계에 유지될 수 있다. 제1 기구가 경계에 유지되는지 여부는 예를 들어 타이밍 및 경계의 사용에 의존할 수 있다. 예를 들어, 도 25에서, 경계는 제거될 영역을 나타낸다. 이러한 경우에, 제1 기구는 더 우수한 시각화를 제공하기 위해 외과 의사가 폐의 원위 부분을 절제할 때 경계 내측에 위치될 수 있다. 그러나, 외과 의사가 제1 기구가 경계 내에 위치되는 영역을 절제할 필요가 있을 때, 제1 기구는 수술을 위한 공간을 제공하도록 멀리 당겨져야 한다.
마지막으로, 방법(600)은 제2 의료 기구가 하나 이상의 가상 기준점(들)에 기초하여 치료 영역 내에서 안내되는 블록(620)으로 이동한다. 제2 의료 기구는 복강경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구는 경피적으로 또는 경피 개구를 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제2 의료 기구는 내시경일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구는 자연 환자 구멍을 통해 치료 영역 내로 삽입된다. 제2 의료 기구는 예를 들어 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 로봇식 의료 시스템을 사용하여 로봇식으로 제어될 수 있다. 제2 의료 기구는 수동으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구의 이동은 제2 의료 기구가 경계를 넘어 이동될 수 없도록 제한되거나 제약된다. 일부 실시예에서, 제2 의료 기구의 이동에 대한 제한 또는 제약은 제2 의료 기구가 로봇 아암 또는 다른 기구 위치설정 장치에 부착될 때 햅틱 경계를 사용하여 생성된다.
일부 실시예에서, 방법(600, 610)은 예를 들어 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 로봇식 의료 시스템을 사용하여 수행될 수 있다.
전술된 동시 내시경 및 경피(예컨대, 복강경) 시스템 및 방법은 내시경 또는 복강경 도구를 위한 개선된 배치 정확도를 제공하는 것 및 잘 한정된 또는 달리 개선된 절제 경계를 제공하는 것을 포함하는 다수의 이점을 제공할 수 있다.
전술된 동시 내시경 및 경피(예컨대, 복강경) 시스템 및 방법은 또한 조합 내시경 및 복강경 수술(combined endoscopic and laparoscopic surgery, CELS) 동안 사용될 수 있으며, 이는 전술된 시스템을 사용하여 로봇식으로 수행될 수 있다. 유리하게는 CELS를 사용하여 수행될 수 있는 절차의 예가 결장 용종 절제이지만, 다른 예가 또한 존재한다. 용종은 그들의 크기, 유형, 및 위치에 기초하여 그들이 내시경으로 제거될 수 있는지에 관해 평가될 수 있다. 용종이 내시경으로 제거될 수 없을 때, 그들은 비교적 높은 합병증 발생률 및 증가된 회복 시간을 수반하는 부분 결장절제술(segmental colectomy)을 통해 제거될 수 있다. 용종 절제 동안, CELS는 용종이 (내시경 기구로) 관내에서 더 용이하게 절제되게 하도록 (복강경 기구로의) 결장의 관외 가동화(extraluminal mobilization)를 가능하게 할 수 있다.
수동으로 수행될 때, CELS는 전형적으로 (각각 복강경 기구 및 내시경 기구를 제어하기 위한) 적어도 두 명의 의사 및 (각각 복강경 및 결장경을 유지시키기 위한) 두 명의 보조자를 필요로 한다. 한 명의 의사가 기구를 이동시키고 있는 동안, 나머지 제공자는 그들의 기구를 여전히 유지시킬 수 있으며, 이는 장기간에 걸친 육체적으로 힘든 것일 수 있다. 기구 교환을 보조하고, 봉합사 또는 거즈를 전달하고, 제거 후의 시료를 취급하고, 복강경 기구를 제어하는 등을 위해 수술실 내에 추가 스태프 인원이 있을 수 있다. 또한, 두 명의 수술 의사들 사이의 의사소통이 느리고 어려울 수 있다. 예를 들어, 한 명의 의사가 그가 또는 그녀가 제어하고 있는 기구의 위치를 다른 의사에게 또는 그 반대로 알리는 것은 어려울 수 있다. 전술된 시스템 및 방법은 단일 의사가 둘 모두의 기구를 제어하도록 허용하고/하거나 2개의 기구들 사이의 개선된 랑데부를 제공함으로써 CELS가 수행될 때 발생할 수 있는 이들 어려움을 감소시키거나 제거할 수 있다.
암 종양의 내시경 진단 및 수술 절제의 위의 예에 더하여, 동시 흉강경 절제에 의한 폐 암의 기관지경 위치결정, 복강경 절제에 의한 위장 암의 내시경 위치결정, 복강경 보조에 의한 위장 암의 내시경 위치결정 및 절제, 위장 재건 절차를 위한 내시경 이미징 또는 시각화, 예컨대 위절제술, 루와이 위우회술(roux-en-y-gastric bypass) 등, 요관경 결석/종양 위치결정 및 경피 제거/절제를 포함하는 다른 예시적인 의료 절차가 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법으로부터 이익을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 절차는 단일 치료 에피소드로 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 절차는 최소 수의 임상의, 일부 경우에, 단일 의사에 의해 수행될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 동시 절차는 동시 절차를 제어하기 위해 단일 유형의 콘솔을 사용하여 수행될 수 있다.
일부 경우에, 하나의 기구(예컨대, 내시경으로 삽입된 기구)가 치료 부위(예컨대, 병변)의 더 우수한 시각화를 제공하는 것이 가능할 수 있는 한편, 다른 기구(예컨대, 복강경으로 삽입된 기구)는 치료 부위를 치료(예컨대, 생검 또는 절제)하기에 더 우수하게 적합할 수 있다. 그 반대가 또한 사실일 수 있다. 일부 경우에, 복강경으로 삽입된 기구가 더 우수한 시각화를 제공할 수 있는 한편, 내시경으로 삽입된 기구는 더 우수한 치료를 제공할 수 있다. 전술된 방법 및 시스템은 유리하게는 각각의 기구가, 다른 기구를 안내하기 위해 사용될 수 있는 정보를 전달하면서, 더 우수하게 적합한 방식으로 사용되도록 허용할 수 있다. 이는 유리하게는 더 높은 정확도를 허용하고 절차를 위한 총 시간을 감소시켜, 개선된 환자 결과를 제공할 수 있다.
3. 구현 시스템 및 용어.
본 명세서에 개시된 구현예는 내시경-보조식 경피 의료 절차를 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "결합하다", "결합하는", "결합된" 또는 단어 결합하다의 다른 변형은 간접적인 연결 또는 직접적인 연결을 나타낼 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소에 "결합된" 경우, 제1 구성요소는 다른 구성요소를 통해 제2 구성요소에 간접적으로 연결되거나 제2 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있다.
어구가 참조하는 본 명세서에 기술된 특정 컴퓨터-구현 프로세스 및 기능은 프로세서-판독가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령어로서 저장될 수 있다. 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체를 지칭한다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM) 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 유형적이고 비-일시적일 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "코드"는 컴퓨팅 장치 또는 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법은 기술된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법 단계 및/또는 동작은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 서로 교환될 수 있다. 다시 말하면, 기술되는 방법의 적절한 작동을 위해 특정 순서의 단계 또는 동작이 요구되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 수정될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "복수"는 2개 이상을 나타낸다. 예를 들어, 복수의 구성요소는 2개 이상의 구성요소를 나타낸다. 용어 "결정하는"은 매우 다양한 동작을 포함하며, 따라서 "결정하는"은 계산, 컴퓨팅, 처리, 도출, 조사, 검색(예컨대, 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조에서의 검색), 확인 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 수신(예컨대, 정보를 수신함), 액세스(예컨대, 메모리의 데이터에 액세스함) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 해석, 선택, 선정, 설정 등을 포함할 수 있다.
어구 "~에 기초한"은, 달리 명백히 명시되지 않는 한, "단지 ~에 기초한"을 의미하지는 않는다. 다시 말하면, 어구 "~에 기초한"은 "단지 ~에 기초한" 및 "적어도 ~에 기초한" 둘 모두를 기술한다.
개시된 구현예의 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 제조하거나 사용하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이들 구현예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 용이하게 명백해질 것이고, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 구현예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 당업자가 다수의 대응하는 대안적인 그리고 동등한 구조적 상세사항, 예컨대 도구 구성요소를 체결, 장착, 결합, 또는 맞물리게 하는 동등한 방식, 특정 작동 운동을 생성하기 위한 동등한 메커니즘, 및 전기 에너지를 전달하기 위한 동등한 메커니즘을 채용할 수 있을 것임이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 구현예로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범주에 따른다.
Claims (86)
- 의료 절차를 수행하기 위한 방법으로서,
세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍(natural orifice)을 통해 상기 환자의 치료 영역 내로 삽입하는 단계;
상기 치료 영역 내의 상기 제1 의료 기구의 제1 위치를 상기 제1 위치 센서로 결정하는 단계;
상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계; 및
제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임(coordinate frame)과 정합시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 치료 영역 내의 상기 기구의 상기 제1 위치를 상기 제1 위치 센서로 결정하는 단계는 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 제1 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 수술전 모델은 해부학적 구조의 3차원 재구성을 포함하는, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 단계는 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치를 결정하는 단계는,
상기 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 단계; 및
상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치의 선택을 수신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서, 상기 표적 위치를 한정하는 단계는, 상기 수술전 모델을 참조하여, 상기 결정된 제1 위치와 상기 표적 위치 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 표적 위치의 표현을 상기 사용자에게 디스플레이하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 단계는,
상기 치료 영역의 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 캡처하는 단계; 및
상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 참조하여 상기 표적 위치를 한정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)는 하나 이상의 형광투시 이미지(fluoroscopic image)(들)를 포함하는, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 위치 센서의 출력을 상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)에 정합시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 단계는 상기 제1 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 제1 축을 따라 상기 표적 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계는,
상기 제2 의료 기구의 제2 축을 상기 표적 위치와 정렬시키는 단계; 및
상기 제2 의료 기구를 상기 표적 위치를 향해 전진시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제2 의료 기구는 로봇 아암(robotic arm)에 부착되고;
상기 로봇 아암은 상기 제2 의료 기구의 운동을 상기 제2 축을 따른 운동으로 제한하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 내시경을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 제2 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 의료 기구의 상기 제1 위치 센서로 환자 이동을 결정하는 단계를 추가로 포함하고;
상기 제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계는 상기 결정된 환자 이동에 부분적으로 기초하는, 방법. - 제18항에 있어서, 상기 환자 이동은 호흡으로 인한 것인, 방법.
- 의료 절차를 수행하기 위한 방법으로서,
세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 상기 환자의 치료 영역 내로 삽입하는 단계;
상기 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키는 단계;
상기 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 단계;
상기 수술전 모델을 참조하여 경계를 생성하기 위해 하나 이상의 가상 기준점(virtual fiducial)(들)을 위한 위치들을 한정하는 단계로서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)의 상기 위치들은 상기 제1 위치 센서의 상기 정합된 출력에 기초하여 결정되는, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하는 단계; 및
제2 기구를 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)에 기초하여 경피 개구를 통해 상기 치료 영역으로 또는 상기 치료 영역 내에서 안내하는 단계를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서, 상기 제1 위치 센서가 상기 경계로부터 떨어져 있도록 상기 제1 의료 기구를 위치시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 상기 위치들을 결정하는 단계는, 상기 위치들 각각에 대해,
상기 제1 의료 기구를, 가상 기준점이 배치될 상기 치료 영역 내의 장소로 내비게이션하는 단계; 및
상기 제1 위치 센서의 상기 정합된 출력에 기초하여 가상 기준점의 상기 위치로서 상기 장소를 한정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 상기 위치들을 결정하는 단계는, 상기 위치들 각각에 대해,
상기 하나 이상의 가상 기준점(들) 중 하나를 배치할 장소의 사용자 선택을 수신하는 단계; 및
상기 제1 위치 센서에 기초하여 결정되는 적어도 제1 위치를 참조하여 상기 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 단계로서, 상기 가상 기준점 위치는 상기 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제20항에 있어서, 상기 경계는 절제 체적(resection volume)을 한정하는, 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 내시경을 포함하는, 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함하는, 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 수술전 모델은 CT 스캔에 기초하여 결정되는, 방법.
- 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 명령어들은 적어도 하나의 프로세서로 하여금,
세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 상기 환자의 치료 영역 내로 삽입하게 하고;
상기 치료 영역 내의 상기 제1 의료 기구의 제1 위치를 상기 제1 위치 센서로 결정하게 하고;
상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하게 하고;
제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하게 하도록 구성되는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제29항에 있어서, 상기 명령어들은 추가로 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 상기 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고, 상기 치료 영역 내의 상기 기구의 상기 제1 위치를 상기 제1 위치 센서로 결정하는 것은 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 제1 위치를 결정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제30항에 있어서, 상기 수술전 모델은 해부학적 구조의 3차원 재구성을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제30항에 있어서, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 것은 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치를 결정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제32항에 있어서, 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치를 결정하는 것은,
상기 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 것; 및
상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치의 선택을 수신하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제33항에 있어서, 상기 표적 위치를 한정하는 것은, 상기 수술전 모델을 참조하여, 상기 결정된 제1 위치와 상기 표적 위치 사이의 차이를 결정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제34항에 있어서, 상기 명령어들은 추가로 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 상기 표적 위치의 표현을 상기 사용자에게 디스플레이하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제29항에 있어서, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 것은,
상기 치료 영역의 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 캡처하는 것; 및
상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 참조하여 상기 표적 위치를 한정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제36항에 있어서, 상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)는 하나 이상의 형광투시 이미지(들)를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제36항에 있어서, 상기 명령어들은 추가로 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 상기 제1 위치 센서의 출력을 상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)에 정합시키게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제29항에 있어서, 상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 것은 상기 제1 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 제1 축을 따라 상기 표적 위치를 결정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제29항에 있어서, 상기 제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 것은,
상기 제2 의료 기구의 제2 축을 상기 표적 위치와 정렬시키는 것; 및
상기 제2 의료 기구를 상기 표적 위치를 향해 전진시키는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제40항에 있어서,
상기 제2 의료 기구는 로봇 아암에 부착되고;
상기 로봇 아암은 상기 제2 의료 기구의 운동을 상기 제2 축을 따른 운동으로 제한하는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제29항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 내시경을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제29항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제43항에 있어서, 상기 제2 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제29항에 있어서, 상기 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제29항에 있어서, 상기 명령어들은 추가로 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금,
상기 제1 의료 기구의 상기 제1 위치 센서로 환자 이동을 결정하게 하고;
상기 제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 것은 상기 결정된 환자 이동에 부분적으로 기초하는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제18항에 있어서, 상기 환자 이동은 호흡으로 인한 것인, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 의료 시스템으로서,
환자의 자연 구멍을 통해 상기 환자의 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되고, 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구;
상기 환자 내의 경피 개구를 통해 상기 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되는 제2 의료 기구;
실행가능 명령어들을 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리; 및
상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고, 상기 명령어들을 실행하여 상기 시스템으로 하여금 적어도,
제1 위치 센서의 출력에 기초하여 상기 치료 영역 내의 상기 제1 의료 기구의 제1 위치를 결정하게 하고;
상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하게 하고;
상기 표적 위치를 상기 결정된 제1 위치에 정합시키게 하고;
상기 제2 의료 기구를 경피 개구를 통해 상기 표적 위치를 향해 안내하게 하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서(들)를 포함하는, 의료 시스템. - 제48항에 있어서, 상기 명령어들은 추가로 상기 시스템으로 하여금, 상기 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고, 상기 치료 영역 내의 상기 기구의 상기 제1 위치를 상기 제1 위치 센서로 결정하는 것은 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 제1 위치를 결정하는 것을 포함하는, 의료 시스템.
- 제49항에 있어서, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 것은 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치를 결정하는 것을 포함하는, 의료 시스템.
- 제50항에 있어서, 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치를 결정하는 것은,
상기 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 것; 및
상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치의 선택을 수신하는 것을 포함하는, 의료 시스템. - 제51항에 있어서, 상기 표적 위치를 한정하는 것은, 상기 수술전 모델을 참조하여, 상기 결정된 제1 위치와 상기 표적 위치 사이의 차이를 결정하는 것을 포함하는, 의료 시스템.
- 제52항에 있어서, 상기 표적 위치의 표현을 상기 사용자에게 디스플레이하도록 구성되는 디스플레이를 추가로 포함하는, 의료 시스템.
- 제48항에 있어서, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 것은,
상기 치료 영역의 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 캡처하는 것; 및
상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)를 참조하여 상기 표적 위치를 한정하는 것을 포함하는, 의료 시스템. - 제54항에 있어서, 상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)는 하나 이상의 형광투시 이미지(들)를 포함하는, 의료 시스템.
- 제54항에 있어서, 상기 명령어들은 추가로 상기 시스템으로 하여금, 상기 제1 위치 센서의 출력을 상기 하나 이상의 수술중 의료 이미지(들)에 정합시키게 하는, 의료 시스템.
- 제48항에 있어서, 상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 것은 상기 제1 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 제1 축을 따라 상기 표적 위치를 결정하는 것을 포함하는, 의료 시스템.
- 제48항에 있어서, 상기 제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 안내하는 것은,
상기 제2 의료 기구의 제2 축을 상기 표적 위치와 정렬시키는 것; 및
상기 제2 의료 기구를 상기 표적 위치를 향해 전진시키는 것을 포함하는, 의료 시스템. - 제58항에 있어서, 상기 의료 시스템은 로봇 아암을 추가로 포함하고, 상기 제2 의료 기구는 상기 로봇 아암에 부착되고, 상기 로봇 아암은 상기 제2 의료 기구의 운동을 상기 제2 축을 따른 운동으로 제한하는, 의료 시스템.
- 제48항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 내시경을 포함하는, 의료 시스템.
- 제48항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 의료 시스템.
- 제61항에 있어서, 상기 제2 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 의료 시스템.
- 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 명령어들은 적어도 하나의 프로세서로 하여금,
세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 상기 환자의 치료 영역 내로 삽입하게 하고;
상기 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고;
상기 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하게 하고;
상기 수술전 모델을 참조하여 경계를 생성하기 위해 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하는 것으로서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)의 상기 위치들은 상기 제1 위치 센서의 상기 정합된 출력에 기초하여 결정되는, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하고;
제2 기구를 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)에 기초하여 경피 개구를 통해 상기 치료 영역으로 또는 상기 치료 영역 내에서 안내하게 하도록 구성되는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제63항에 있어서, 상기 명령어들은 추가로 상기 프로세서가, 상기 제1 위치 센서가 상기 경계로부터 떨어져 있도록 상기 제1 의료 기구를 위치시키게 구성되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제63항에 있어서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 상기 위치들을 결정하는 것은, 상기 위치들 각각에 대해,
상기 제1 의료 기구를, 가상 기준점이 배치될 상기 치료 영역 내의 장소로 내비게이션하는 것; 및
상기 제1 위치 센서의 상기 정합된 출력에 기초하여 가상 기준점의 상기 위치로서 상기 장소를 한정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제63항에 있어서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 상기 위치들을 결정하는 것은, 상기 위치들 각각에 대해,
상기 하나 이상의 가상 기준점(들) 중 하나를 배치할 장소의 사용자 선택을 수신하는 것; 및
상기 제1 위치 센서에 기초하여 결정되는 적어도 제1 위치를 참조하여 상기 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것으로서, 상기 가상 기준점 위치는 상기 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체. - 제63항에 있어서, 상기 경계는 절제 체적을 한정하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제63항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 내시경을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제68항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제63항에 있어서, 상기 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 제63항에 있어서, 상기 수술전 모델은 CT 스캔에 기초하여 결정되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
- 의료 시스템으로서,
환자의 자연 구멍을 통해 상기 환자의 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되고, 세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구;
상기 환자 내의 경피 개구를 통해 상기 치료 영역 내로 삽입되도록 구성되는 제2 의료 기구;
실행가능 명령어들을 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리; 및
상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리와 통신하고, 상기 명령어들을 실행하여 상기 시스템으로 하여금 적어도,
상기 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키게 하고;
상기 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하게 하고;
상기 수술전 모델을 참조하여 경계를 생성하기 위해 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하는 것으로서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)의 상기 위치들은 상기 제1 위치 센서의 상기 정합된 출력에 기초하여 결정되는, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 위치들을 한정하게 하고;
상기 제2 의료 기구를 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)에 기초하여 경피 개구를 통해 상기 치료 영역으로 또는 상기 치료 영역 내에서 안내하게 하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서(들)를 포함하는, 의료 시스템. - 제72항에 있어서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 상기 위치들을 결정하는 것은, 상기 위치들 각각에 대해,
상기 제1 의료 기구를, 가상 기준점이 배치될 상기 치료 영역 내의 장소로 내비게이션하는 것; 및
상기 제1 위치 센서의 상기 정합된 출력에 기초하여 가상 기준점의 상기 위치로서 상기 장소를 한정하는 것을 포함하는, 의료 시스템. - 제72항에 있어서, 상기 하나 이상의 가상 기준점(들)을 위한 상기 위치들을 결정하는 것은, 상기 위치들 각각에 대해,
상기 하나 이상의 가상 기준점(들) 중 하나를 배치할 장소의 사용자 선택을 수신하는 것; 및
상기 제1 위치 센서에 기초하여 결정되는 적어도 제1 위치를 참조하여 상기 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것으로서, 상기 가상 기준점 위치는 상기 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 장소에 대응하는 가상 기준점 위치를 결정하는 것을 포함하는, 의료 시스템. - 제72항에 있어서, 상기 경계는 절제 체적을 한정하는, 의료 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 내시경을 포함하는, 의료 시스템.
- 제76항에 있어서, 상기 제1 의료 기구는 로봇식으로 제어되는, 의료 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 치료 영역은 신장, 방광, 폐, 또는 위장관을 포함하는, 의료 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 수술전 모델은 CT 스캔에 기초하여 결정되는, 의료 시스템.
- 의료 절차를 수행하기 위한 방법으로서,
세장형 샤프트 및 제1 위치 센서를 포함하는 제1 의료 기구를 환자의 자연 구멍을 통해 상기 환자의 치료 영역 내로 삽입하는 단계;
상기 치료 영역 내의 상기 제1 의료 기구의 제1 위치를 상기 제1 위치 센서로 결정하는 단계;
상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 표적 위치를 한정하는 단계; 및
제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계를 포함하는, 방법. - 제80항에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 위치 센서의 출력을 수술전 모델의 좌표 프레임과 정합시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 치료 영역 내의 상기 기구의 상기 제1 위치를 상기 제1 위치 센서로 결정하는 단계는 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 제1 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제80항에 있어서, 상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치를 결정하는 단계는,
상기 수술전 모델을 사용자에게 디스플레이하는 단계; 및
상기 수술전 모델을 참조하여 상기 표적 위치의 선택을 수신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제80항에 있어서, 상기 표적 위치를 한정하는 단계는, 상기 수술전 모델을 참조하여, 상기 결정된 제1 위치와 상기 표적 위치 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제80항에 있어서, 상기 결정된 제1 위치로부터 떨어져 있는, 상기 치료 영역 내의 상기 표적 위치를 한정하는 단계는 상기 제1 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 원위 단부로부터 연장되는 제1 축을 따라 상기 표적 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제80항에 있어서, 상기 제2 의료 기구를 상기 환자를 통해 상기 표적 위치를 향해 경피적으로 안내하는 단계는,
상기 제2 의료 기구의 제2 축을 상기 표적 위치와 정렬시키는 단계; 및
상기 제2 의료 기구를 상기 표적 위치를 향해 전진시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제80항에 있어서,
상기 제2 의료 기구는 로봇 아암에 부착되고;
상기 로봇 아암은 상기 제2 의료 기구의 운동을 상기 제2 축을 따른 운동으로 제한하는, 방법.
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