KR20210089261A - 회전이미지용 이미징 제어시스템을 갖춘 캐뉼라와 근접장착 카메라 - Google Patents

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로스 츠카시마
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로버트 플라워
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Abstract

본 발명은 수술부위에 접근하기 위한 캐뉼라 시스템과 방법에 관한 것으로, 근위단부와 말단부 및 근위단부에서 말단부까지 이어진 루멘을 갖는 캐뉼라튜브를 포함하는 캐뉼라; 캐뉼라의 근위단부에 고정된 카메라 어셈블리로서, 카메라 어셈블리의 일부가 루멘 위로 돌출해 루멘 안으로, 또는 루멘으로 형성된 원통형 공간 안으로 연장되는 카메라 어셈블리; 디스플레이 스크린; 캐뉼라튜브의 축에 대해, 카메라 어셈블리의 방사상 위치에 대응하는 신호를 내는 감지 수단; 카메라 어셈블리로부터 이미지 데이터를 수신하고 디스플레이 스크린에 디스플레이할 이미지를 생성하는 이미지제어 시스템; 및 카메라 어셈블리에서 얻은 이미지를 초기 선호방향으로 디스플레이에 제시하고, 캐뉼라튜브에 대한 카메라 어셈블리의 방사상 회전에 응답해 상기 이미지를 회전시키면서 초기 선호방향으로 수술부위의 이미지를 계속 제공하기 위한 수단을 포함한다.

Description

회전이미지용 이미징 제어시스템을 갖춘 캐뉼라와 근접장착 카메라
본 발명은 최소침습 수술 분야에 관한 것이다.
카메라가 근접장착된 캐뉼라란 제목의 미국 특허출원 15/239,632(2016년 8월 17일 출원)는 카메라가 캐뉼라튜브의 근위 가장자리에 완전 가깝게 위치한 캐뉼라튜브의 말단부에서 이미지를 획득하도록 작동하는 근접장착 카메라를 갖춘 캐뉼라 시스템을 개시한다. 카메라(또는 카메라 어셈블리의 구성요소)는 캐뉼라튜브로 형성된 원통형 공간 안으로 해서 캐뉼라튜브에서 근위쪽으로로 뻗어 캐뉼라튜브의 루멘 위로 돌출하므로, 시스템 카메라를 사용하는 의사는 카메라나 카메라와 캐뉼라 어셈블리 전체를 돌려 돌출된 카메라에 가려지는 수술용 튜브를 위한 공간을 확보해야만 한다. 이런 시스템은 척추수술, 뇌수술, 기타 처치에도 사용될 수 있다.
요약
이하 설명하는 장치와 방법은 척추수술과 뇌수술을 포함한 최소침습 수술 동안 체조직의 시각화 개선을 위한 것이다. 본 발명의 장치는 캐뉼라 루멘과 루멘 내부와 아래의 조직을 볼 수 있도록 근위단부에 카메라나 카메라 요소가 장착된 캐뉼라를 포함한다. 카메라와 캐뉼라의 루멘 사이에 배향된 프리즘, 반사경 또는 기타 적절한 광학요소가 있어, 루멘의 방해를 최소화하면서 카메라가 캐뉼라 내부를 볼 수 있다. 카메라나 광학요소가 캐뉼라튜브에 비해 작아, 긴 소직경의 수술도구가 캐뉼라를 통해 삽입되어 캐뉼라의 말단부의 수술부위에 수술도구의 말단팁을 배치할 수 있다. 이 시스템은 (초기 배치가 선호방향으로 디스플레이를 제공하지 않는 경우) 카메라의 방사상 위치에 관계없이 디스플레이 이미지를 조정해 의사의 초기 선호방향으로 회전시키는 수단을 포함한다. 이 시스템은 캐뉼라의 튜브에 대해 또는 공간내 초기위치에 대한 카메라의 방사상 위치를 추적하는 수단, 및 캐뉼라튜브의 근위단부에 대한 카메라의 회전에 응답해 이미지를 회전시키면서 수술부위의 이미지를 초기 선호방향으로 제시하는 이미지제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 시스템과 이 시스템을 접근시키는 방법은 의사가 캐뉼라 내에서 긴 수술도구를 조작하고 환자 근처의 대형 디스플레이 스크린에서 수술도구를 보면서 의사가 선호하는 방향으로 수술부위의 이미지를 제공하는 최소침습 수술에 사용될 수 있다. 선호방향은 (환자 옆에 의사가 똑바로 서있을 경우) 의사의 관점에서 "자연적인" 상하 방향으로 수술부위의 이미지를 제시하는 방향일 가능성이 가장 크고, 이때 수술공간의 일부는 디스플레이된 이미지의 상단에서 의사에게서 가장 멀고, 수술 공간의 일부는 디스플레이된 이미지의 하단에서 의사에 가장 가까우며, 수술 공간의 일부는 디스플레이된 이미지의 우측에서 의사의 우측으로 디스플레이되고, 수술 공간의 일부는 디스플레이된 이미지의 좌측에서 의사의 좌측으로 디스플레이된다. 의사는 환자 안에 캐뉼라를 배치하되, 캐뉼라의 말단이 수술부위에 근접하고 카메라를 자연스러운 상하 방향에 대한 방사상 위치에 두고 이미지 제공 시스템의 제어장치를 이용해 이미지를 조정하여, 디스플레이된 이미지를 자연스러운 상하 방향이나 다른 선호방향에 맞게 회전시킬 수 있다. 그 후, 의사는 캐뉼라튜브 내에 배치된 수술도구를 조작하는데 필요한만큼 카메라나 캐뉼라-카메라 어셈블리 전체를 회전시키고, 이미지 디스플레이 시스템을 조작해 카메라나 캐뉼라-카메라 어셈블리 전체의 회전을 감지하며, 디스플레이된 이미지를 역회전시키면서 자연스러운 위아래 방향이나 다른 선호방향으로 유지할 수 있다.
본 발명의 시스템과 방법을 척추수술과 관련하여 설명하지만, 뇌수술과 다른 수술에도 사용될 수 있다.
도 1은 외과적 개입이 필요한 환자의 절개부를 통해 말단팁이 척추 부근에 위치한 캐뉼라-카메라 시스템을 보여주는 도면;
도 2는 카메라가 근접 장착된 캐뉼라를 보여주는 도면;
도 3A~C는 카메라의 방사상 위치에 대응하는 신호들을 내는 센서들을 갖춘 캐뉼라-카메라 시스템을 보여주는 도면;
도 4~6은 카메라의 방사상 위치 변화의 결정에 응답해 이미지제어 시스템에 의해 생간 제1 선호방향, 비선호 방향, 및 제2 선호방향을 보여주는 도면들.
도 1은 수술을 요하는 척추(3)에 근접한 표적조직(2)을 갖는 환자(1)를 도시한다. 캐뉼라(4)가 외과개방부에 삽입되었고, 캐뉼라의 말단부가 척추의 표적조직에 근접해있다. 표적조직은 척추디스크, 척추뼈, 기타 조직 또는 이물질일 수 있다. 카메라(5)는 캐뉼라의 근위 림에 장착되고, 카메라의 일부는 캐뉼라의 림에서 돌출되어 캐뉼라의 내강 위에 있으며 캐뉼라의 말단부에서 혈괴나 기타 조직의 비디오나 정지이미지를 얻도록 작동된다. 캐뉼라는 캐뉼라튜브(6)를 포함하고, 장착부(7)는 캐뉼라튜브의 루멘(8)을 통한 시야확보를 위해 캐뉼라의 근위단부(6p)에 카메라를 고정하는데 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수술도구(9)는 수술부위내의 표적조직(2)의 일부 조직부위(10)에 대한 수술을 하기 위해 캐뉼라튜브내에 배치된다. 예를 들어, 이 조직이 절제할(미니디스크절제술) 돌출 척추디스크, 절제하거나 임플란트에 고정할 척추경이나 가로돌기, 또는 절제나 제거할 종양이나 기타 질병 조직 등일 수 있다. 이미지 디스플레이 시스템은 카메라로 찍은 이미지를 디스플레이하고 디스플레이 스크린의 체조직의 이미지를 처음선택한 방향으로 보여주도록 동작한다. (이미지 디스플레이 시스템은 디스플레이 스크린(11)과 이미지제어 시스템을 포함하고, 이미지제어 시스템은 카메라로부터 이미지신호를, 센서로부터 위치신호를 수신하며, 사용자의 지시로 회전된 디스플레이 스크린에 이미지 데이터를 전송한다). 여기서, 표적조직(2)의 이미지는 캐뉼라 내벽의 환형 이미지 안에 나타나고, 조직부위(10)의 이미지는 스크린 상단에 나타나는데, 이는 스크린 상단이 의사로부터 가장 멀고 의사가 초기 방향으로 이를 선택했기 때문이다. 수술도구(9)의 이미지도 디스플레이 스크린에 나타난다. 그러나, 카메라의 위치로 인해 의사는 자신있게 조직부위를 공격하지 못하고, 관심 조직부위(10)의 시야를 막는 수술도구의 근위부 때문에 접근할 조직을 명확하게 보지 못할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 의사가 캐뉼라튜브의 축을 중심으로 카메라를 돌릴 수 있다(또는 카메라 튜브를 돌리지 않고 캐뉼라와 카메라 어셈블리 전체나 카메라를 캐뉼라튜브를 중심으로 돌려). 이런 회전이도 2에 도시되어있다. 보정없이, 이 회전은 디스플레이된 이미지를 뒤집을 것이고, 조직부위(10)는 좌우 반전 상태로 디스플레이된 이미지의 하단에 나타날 것이다.
의사가 위아래가 뒤집히고 반전된 것을 보면서 수술을 할 수는 있지만, 일관된 이미지 디스플레이의 도움을 받아 척추수술을 하는 것이 더 자연스럽고 안전하다. 따라서, 이미지 디스플레이 시스템은 카메라와 관련된 위치 센서로부터 방사상 위치 및/또는 방사상 움직임에 대응하는 신호를 받고, 이런 신호를 기반으로 캐뉼라에 대한 초기위치나 공간내에서의 절대 초기위치를 결정한 다음, 캐뉼라에 대해 이런 초기위치나 절대 초기위치에 대한 카메라의 방사상 위치를 결정하며, "역회전" 이미지를 만들어 초기 선호방향으로 디스플레이 스크린에 표시함으로써, 카메라 위치에 관계없이 수술내내 일관된 디스플레이 이미지를 기반으로 의사가 수술할 수 있게 한다.
도 3A~C는 카메라의 방사상 위치에 대응하는 신호를 내는 센서들이 달린 캐뉼라-카메라 시스템이다. 캐뉼라(4)는 캐뉼라튜브(6) 장착부(7)와, 도 1~2의 구성요소들을 포함하고, 이 시스템은 캐뉼라튜브의 루멘 위로 돌출한 프리즘, 반사경, 기타 거울이나 광학요소(12)를 갖춘 카메라 어셈블리(5)를 더 포함한다. 여러 뷰는 캐뉼라튜브에 대한 카메라의 방사상 위치를 결정하기 위해 이미지제어 시스템과 함께 사용할 수 있는 여러 센서들 중의 몇개를 묘사한다.
도 3A는 카메라 어셈블리에 방사상으로 고정된 자이로스코프나 가속도계 어셈블리(13)(단일 가속도계나 다축 가속도계 어셈블리)를 보여준다. 이 실시예의 카메라 어셈블리는 장착부에서 회전 가능하거나, 장착부 및/또는 캐뉼라튜브에 방사상으로 고정되거나, 또는 장착링을 통해 캐뉼러튜브에 대해 회전할 수 있는데, 장착링은 캐뉼라튜브의 환형 스냅피팅과 대응 멈춤쇠, 나사결합, 로터리 유니온, 기타 회전 수단을 이용해 캐뉼라튜브의 단부에 설치된다.
센서는 카메라 어셈블리의 움직임을 나타내는 신호를 이미지제어 시스템에 제공하고, 이미지제어 시스템은 카메라가 제1 방사상 위치에 있음을 나타내는 (예컨대 초기 선호방향이나 초기 방향에 대응하는) 입력을 사용자로부터 수신해, 제1 방사상 위치에 해당하는 제1 방향으로 수술부위의 이미지를 디스플레이 스크린에 디스플레이한 다음, 카메라 어셈블리의 움직임에 해당하는 신호를 수신하며, 제1 방사상 위치에 대한 카메라의 방사상 위치를 결정하고, 이 결정에 기초해 디스플레이 스크린에 제시된 이미지를 회전시켜 초기 방향이나 초기 선호방향으로 제시한다.
도 3B는 카메라 어셈블리에 방사상으로 고정된 인코더 어셈블리(인코더 스케일(14A)과 리더(14B))를 도시한다. 카메라 어셈블리는 장착부에서 회전하고, 장착부는 캐뉼라튜브에 방사상으로 고정된다. 인코더 어셈블리의 인코더리더(14B)는 카메라에 고정되고 인코더 스케일(14A)은 장착부에 고정된다.
인코더 어셈블리는 장착부에서의 카메라 어셈블리의 위치에 해당하는 신호를 이미지제어 시스템에 제공하고, 이미지제어 시스템은 카메라가 (초기방향이나 초기 선호방향에 대응하는) 제1 방사상 위치에 있음을 있음을 표시하는 입력을 사용자로부터 받아, 제1 방사상 위치에 해당하는 제1 방향으로 수술부의 이미지를 디스플레이 스크린에 디스플레이한 다음, 카메라 어셈블리의 제2 위치(또는 동작)에 대응하는 신호를 받고, 제1 방사상 위치에 대한 카메라의 방사상 위치를 결정하며, 이 결정에 기초해 디스플레이 스크린의 이미지를 초기방향이나 초기 선호방향으로 돌려 보여준다.
도 3C는 카메라 어셈블리에 방사상으로 고정된 뉴로내비게이션 마커어레이(15)를 도시한다. 카메라 어셈블리는 장착부에서 회전하거나 장착부 및/또는 캐뉼라튜브에 방사상으로 고정된다. 뉴로내비게이션 마커어레이는 뉴로내비게이션의 카메라에 고정된 뉴로내비게이션 시스템(15A)의 제1 요소이고, 카메라, 안테나, 초음파센서 등과 같이 마커를 검출하는 제2 요소인 센서(15B)는 마커어레이에 근접 배치된다.
뉴로내비게이션 시스템은 장착부의 카메라 어셈블리의 위치에 대응하는 신호를 이미지제어 시스템에 제공하고, 이미지제어 시스템은 카메라가 (예를 들어, 초기 방향이나 초기 선호방향에 대응하는) 제1 방사상 위치에 있음을 나타내는 입력을 사용자로부터 받고, 제1 방사상 위치에 대응하는 제1 방향으로 수술부의 이미지를 스크린에 디스플레이한 다음, 카메라 어셈블리의 제2 위치나 동작에 대응하는 신호를 받고, 제1 방사상 위치에 대한 카메라의 방사상 위치를 결정하며, 이 결정에 의거해, 스크린의 이미지를 초기 방향이나 초기 선호방향으로 돌려 제시한다.
일반적으로, 이미지제어 시스템은 카메라가 제1 방사상 위치에 있음을 나타내는 입력을 사용자로부터 수신하고 제1 방사상 위치에 대응하는 초기 방향으로 수술부 이미지를 스크린에 디스플레이한 다음 카메라 어셈블리의 방사상 위치에 해당하는 신호들을 센서로부터 받고, 제1 방사상 위치에 대한 카메라의 방사상 위치를 결정하며, 결정에 기초해 디스플레이 스크린에 표시된 이미지를 초기 방향이나 초기 선호방향으로 돌려 제공한다. 제1 방사상 위치는 카메라가 초기 방사상 위치에서 캐뉼라에 부착된 기하학적 홈 위치로 정의 되거나, 이미지제어 시스템 소프트웨어를 통해 "홈"이나 "오리진" 출발위치 설정하는 유저제어를 시작할 수 있다.
위치 센서는 캐뉼라튜브에 대한 카메라의 방사상 위치에 해당하는 신호, (캐뉼라 상단을 둘러싼 원형 마크들을 카운트하는) 위치 카운터나, 카메라를 둘러싼 컬러어레이, 소프트웨어에 의거해 카메라 위치를 해석하는 인코더; 튜브에 대한 카메라의 방사상 위치에 해당하는 신호를 제공하는 가변저항기; 초기위치로부터의 카메라의 방사상 이동을 결정하도록 이미지제어 시스템에 의해 해석되는, 장착부나 캐뉼라튜브의 근위 가장자리로 이루어진 평면(또는 캐뉼라튜브의 장축에 수직인 평면)을 중심으로 한 카메라의 움직임에 해당하는 신호를 제공하는 자이로스코프; 초기위치로부터의 카메라의 방사상 이동을 결정하도록 이미지제어 시스템에 의해 해석되는, 캐뉼러튜브의 근위 가장자리나 장착부로 형성된 평면(또는 캐뮬러튜브의 장축에 수직인 평면)에 대한 카메라의 방사상 움직임에 해당하는 신호를 제공하는 가속도계 어셈블리; 뉴로내비게이션 시스템과 함께, 캐뉼라튜브에 대한 카메라의 방사상 움직임에 해당하는 신호들을 제공하는 뉴로내비게이션 마커; 초기위치로부터의 카메라의 방사상 이동을 결정하도록 이미지제어 시스템에 의해 해석되는 카메라의 절대 위치와 방향에 해당하는 신호들을 제공하는 가속도계, 자이로스코프 및 중력센서의 조합; 및 카뮬러에대한 이전 결정된 초기위치나 공간내 절대 초기위치를 캐뮬러튜브의 축에 대한, 카메라 어셈블리의 방사상위치에 해당하는 신호들을 생성하거나 카메라의 위치를 감지하는 다른 모든 수단을 포함해 다양한 형태로 제공 될 수 있다.
도 4~6은 카메라의 방사상 위치 변화의 결정에 응답해 이미지제어 시스템에 의해 생성된 제1 선호방향, 비선호 방향 및 제2 선호방향으로 카메라로 찍은 이미지를 보여준다. 도 4에서 카메라는 초기 방사상 위치에 있으며, 이 위치는 이미지제어 시스템에 입력을 제공하여 의사가 선호하는 방향으로 설정되었다. 이미지에 대한 카메라와 프리즘의 위치는 파단선으로 표시했다. 이 이미지는 (1) 카메라나 캐뉼라의 수동 회전을 포함해 캐뉼라의 초기 배치에서 구한 이미지, 또는 (2) 이미지를 선호 회전으로 제공하기 위한 이미지의 소프트웨어 회전일 수 있다. 도 4의 이미지에서, 카메라는 화면 하단(시스템의 기본값; 시스템은 모든 방향의 기본 뷰를 제공할 수 있음)에 있고, 캐뉼라튜브(6)의 내벽의 환형 이미지로 둘러싸인 표적조직(2)의 이미지를 포함하며, 조직부위(10)가 카메라의 방사상 위치와 반대인 6시 위치에 있어 조직부위(10)의 이미지는 왼쪽 상단(약 11시 위치)에 있다. 수술도구(9)는 캐뉼라의 근위단부에서 조직부위(10)을 향해 아래로 연장된 것처럼 보인다. 의사가 카메라를 방해위치 밖으로 돌리면(예를 들어, 캐뉼라-카메라 시스템을 180도 정도 돌리면), 제1 선호방향의 이미지가 회전한다. 이런 회전이 도 5에 있는데, 우측 하단의 조직부위가 카메라에 대해 시계방향으로 약 5시 위치에 표시된다(이제 카메라는 이미지 상단 12시 위치에 있다). 이렇게 회전된 이미지의 경우, 의사가 이미지를 해석하기가 어려울 수 있다. 이미지제어 시스템은 의사의 선택에 따라 디스플레이의 이미지를 초기 선호방향으로 되돌린다(도 6 참조). 이렇게 보정된 디스플레이를 통해, 의사는 수술도구를 조작하여 조직부위(10)를 공격할 수 있고, 이때 자연스러운 방향으로 제공되는 디스플레이를 이용해, 디스플레이 상단에 의사로부터 가장 먼 조직이 표시되고 스크린 하단에 의사에게 가장 가까운 조직이 표시된다.
사용시, 의사는 수술용 개구나 자연 개구를 통해 캐뉼라튜브의 말단부(6d)를 표적조직(2)과 치료/검사할 조직부위(10) 가까이 삽입한다. 의사는 처음에는 개구와 환자의 위치와 의사의 자세에 대해 편리한 방사상 위치에 카메라를 배치한다. 의사는 입력 수단을 통해 이미지제어 시스템에 입력해, 이 방사상 위치가 제1 방사상 위치임을 표시하고, 이미지제어 시스템은 제1 방사상 위치에 해당하는 초기 방향으로 수술부위의 영상을 스크린에 디스플레이한다. 의사가 이 이미지에 만족하면, 의사는 이것이 초기 선호방향임을 나타내는 입력을 입력 수단을 통해 이미지제어 시스템에 제공한다. 의사가 다른 초기 선호방향을 원할 경우, 의사는 이미지를 원하는 초기 선호방향으로 회전(초기 방사상 위치로 카메라를 유지하라는)시키라는 입력을 이미지제어 시스템에 제공하고, 이미지의 최종 방향이 초기 선호방향임을 표시하는 입력을 시스템에 제공한다. 그후, 의사는 이미지제어 시스템을 조작해 카메라의 방사상 위치(초기위치를 표시)를 나타내는 입력을 센서로부터 받고, 수술도구를 통과시키려면, 카메라를 새 위치로 돌려 수술도구로 막힐 시야를 확보할 수 있으며, 이미지제어 시스템을 조작해 캐뉼라 축을 중심으로 한 카메라의 물리적 회전 정도를 결정하고, 그동안 이미지제어 시스템을 조작해 디스플레이된 이미지를 선호 초기 방향으로 유지한다. 여기서, 초기 방향은 캐뉼라의 첫 배치에서 얻은 이미지를 말하고, 초기 선호방향은 의사가 작업하기를 원하는 이미지이며, 시스템을 조작해 원하는 상하 방향을 설정한다. 이는 캐뉼라의 초기 배치나 초기 방향에 의해 설정되거나, 사용자가 원하는대로 이미지를 회전시켜 초기 선호방향을 스크린에 디스플레이하는 시스템에 의한 초기 배치 후에 설정될 수 있다. 사용자 입력은 온스크린 인터페이스의 대화 상자, 키보드와 함께 디스플레이에 제공되는 소프트키, 제어 시스템의 물리적 스위치나 버튼 또는 기타 입력 수단과 같은 인터페이스를 통해 제공될 수 있다.
시스템은 초기위치가 무엇인지 또는 절대적인 관점에서 어디인지 알 필요가 없다. 운영자가 초기 선호방향을 설정하고 이에 상응하는 센서 판독값을 결정할 입력을 이미지제어 시스템에 제공할 수 있다. 그후, 이미지제어 시스템이 초기위치와 비교하여 카메라의 방사상 움직임을 결정하기만 하면 된다. 예를 들어, 가속도계를 사용해, 의사가 (캐뉼라와 카메라와 를 이미지를 조정한 후) 초기 선호방향을 정하도록 이미지제어 시스템에 입력한다. 가속도계 판독값은 이 지점에서 0이거나 시작점으로 간주되어야 하고, 시스템이 카메라의 실제 위치를 결정할 필요가 없다. 이후 캐뉼라튜브 축을 중심으로 카메라를 돌리면, 이미지제어 시스템에서 회전량을 결정하는데 사용되는 가속 신호가 생긴다.
이미지제어 시스템이 센서들에 대한 절대위치를 제공하는 뉴로내비게이션 시스템과 같이 동작할 경우, 이미지제어 시스템은 절대위치에 관한 이미지를 회전시킬 수 있다. 따라서, 시스템은 환자와 시스템 센서를 등록한 후 카메라의 위치와 조준 위치를 결정하고, 초기 시작위치로부터의 회전을 결정하지 않고 (운영자로부터의 입력으로 표시된) 초기 방사상 위치 결정과 공간내 카메라의 방사상위치 추적을 포함해 방사상 위치를 결정할 수 있다.
(1) 캐뉼라-카메라 어셈블리의 초기배치와 수동회전 및 본체에 회전 가능하게 고정하기 전의 회전, 또는(2) (선호되거나 아닌) 초기 방향으로 이미지를 구하기 위해 카메라의 방향과 무관한 카메라 어셈블리의 초기배치에 이어 스크린에 초기 선호방향으로 이미지를 제시하도록 이미지제어 시스템에 의한 이미지 데이터의 회전에 의해 초기 선호방향을 구할 수 있다.
이미지제어 시스템, 관련 이미지처리 소프트웨어 및 관련 입력장치는 디스플레이된 이미지를 조정해 초기 선호방향으로 회전시키는 수단을 제공한다. 도 3A~C에서 설명된 각종 센서 시스템들은 카메라의 방사상 위치를 추적하는 수단을 제공한다. 이미지제어 시스템과 관련 이미지처리 소프트웨어는 카메라 어셈블리에서 얻은 이미지를 초기 선호방향으로 디스플레이에 표시하고, 캐뉼라튜브에 대한 방사상카메라 어셈블리의 회전에 응답해 이미지를 회전하여 수술부위의 이미지를 초기 선호방향으로 계속 제공하기 위한 수단을 제공한다.
이상은 본 발명의 일례일 뿐이다. 본 발명의 장치는 심실내 출혈처치, 신경자극 처치 및 종양 절제술과 같은 다양한 뇌내 처치와, 감압 융합 처치, 종양 절제술과 같은 다양한 척추수술에도 사용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 수술부위에 접근하기 위한 캐뉼라 시스템에 있어서:
    근위단부와 말단부 및 근위단부에서 말단부까지 이어진 루멘을 갖는 캐뉼라튜브를 포함하는 캐뉼라;
    캐뉼라의 근위단부에 고정된 카메라 어셈블리로서, 카메라 어셈블리의 일부가 루멘 위로 돌출해 루멘 안으로, 또는 루멘으로 형성된 원통형 공간 안으로 연장되는 카메라 어셈블리;
    디스플레이 스크린;
    캐뉼라튜브의 축에 대해, 카메라 어셈블리의 방사상 위치에 대응하는 신호를 내는 감지 수단;
    카메라 어셈블리로부터 이미지 데이터를 수신하고 디스플레이 스크린에 디스플레이할 이미지를 생성하는 이미지제어 시스템; 및
    카메라 어셈블리에서 얻은 이미지를 초기 선호방향으로 디스플레이에 제시하고, 캐뉼라튜브에 대한 카메라 어셈블리의 방사상 회전에 응답해 상기 이미지를 회전시키면서 초기 선호방향으로 수술부위의 이미지를 계속 제공하기 위한 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미지제어 시스템은 카메라 어셈블리가 캐뉼라튜브에 대해 제1 방사상 위치에 있음을 나타내는 입력을 사용자로부터 수신하고, 카메라 어셈블리로부터 수신된 수술부위의 이미지를 상기 제1 방사상 위치에 대응하는 초기 방향으로 디스플레이 스크린에 표시한 뒤, 카메라 어셈블리의 방사상 위치에 대응하는 신호들을 센서로부터 받아, 카메라 어셈블리가 캐뉼라튜브에 대해 제2 방사상 위치에 있음을 결정하고 제2 이미지를 수신하며, 이 결정에 기초해 디스플레이 스크린에 제시된 제2 이미지를 회전시키면서 초기 방향으로 제시하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 장착부나 캐뉼라튜브의 근위 가장자리로 형성된 평면에 대한 카메라의 방사상 움직임에 해당하는 신호를 제공하는 가속도계 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 캐뉼라튜브의 장축에 수직인 평면에 대한 카메라의 방사상 운동에 해당하는 신호를 제공하는 가속도계 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 캐뉼라튜브에 대한 카메라의 방사상 위치에 해당하는 신호를 제공하는 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 캐뉼라튜브에 대한 카메라의 방사상 위치에 해당하는 신호를 제공하는 가변저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 장착부나 캐뉼라튜브의 근위 가장자리로 형성된 평면에 대한 카메라의 움직임에 해당하는 신호를 제공하는 자이로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 캐뉼라튜브의 장축에 수직인 평면에 대한 카메라의 방사상 움직임에 해당하는 신호를 제공하는 자이로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 뉴로내비게이션 시스템과 함께 캐뉼라튜브에 대한 카메라의 방사상 움직임에 해당하는 신호를 제공하는 뉴로내비게이션 마커를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 이미지제어 시스템은 감지 수단의 결정과 사용자의 선택대로 카메라가 취한 이미지의 초기 방향을 사용자의 선택으로 초기 선호방향으로 설정한 다음, 카메라가 제2 위치로 회전한 뒤 카메라 어셈블리로부터 구한 이미지를 처리하여 회전된 이미지를 디스플레이에 제시하며, 상기 회전된 이미지는 초기 선호방향으로 캐뉼라에서 제시된 이미지와 동일한 방향으로 제시되는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 사용자로부터 입력을 수신하는 입력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 이미지제어 시스템은 사용자가 선택한 초기 선호방향과 일치하는 방향으로 디스플레이의 이미지를 사용자의 선택으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 이미지제어 시스템은 사용자 입력을 받고, 이 입력에 응답해 디스플레이에 제시된 이미지를 회전시켜, 이 이미지가 초기 선호방향에 대응해 카메라가 받은 이미지에 대해 회전된 제1 회전 이미지가 되도록 한 뒤, 카메라 어셈블리로부터 받아 디스플레이에 제시된 제2 이미지를 회전시키면서 초기 선호방향으로 제시하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  14. 제1항 내지 제12항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 이미지제어 시스템은 사용자 입력을 받고, 이 입력에 응답해 디스플레이의 이미지를 회전시켜, 이 이미지가 초기 선호방향에 대응해 카메라가 받은 이미지에 대해 회전된 제1 회전 이미지가 되도록 한 뒤, 카메라 어셈블리로부터 받아 디스플레이에 제시된 제2 이미지를 받아 회전시키면서 초기 선호방향으로 제시하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  15. 제1항 내지 제11항, 제13항 또는 제14항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 이미지제어 시스템이 사용자가 선택한 초기 선호방향과 일치하는 방향으로 디스플레이의 이미지를 사용자의 선택으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 캐뉼라 시스템.
  16. 근위단부와 말단부 및 근위단부에서 말단부까지 이어진 루멘을 갖는 캐뉼라튜브를 포함하는 캐뉼라; 캐뉼라의 근위단부에 고정된 카메라 어셈블리로서, 카메라 어셈블리의 일부가 루멘 위로 돌출해 루멘 안으로, 또는 루멘으로 형성된 원통형 공간 안으로 연장되는 카메라 어셈블리; 디스플레이 스크린; 캐뉼라튜브의 축에 대해, 카메라 어셈블리의 방사상 위치에 대응하는 신호를 내는 감지 수단; 및 카메라 어셈블리에서 얻은 이미지를 초기 선호방향으로 디스플레이에 제시하고, 캐뉼라튜브에 대한 카메라 어셈블리의 방사상 회전에 응답해 상기 이미지를 회전시키면서 초기 선호방향으로 수술부위의 이미지를 계속 제공하기 위한 수단을 포함하는, 수술부위에 접근하기 위한 캐뉼라 시스템을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수술부위의 이미지화 방법.
  17. 제16항에 있어서, 이미지를 제공하는 수단이 카메라로부터 이미지 데이터를 받고 디스플레이 스크린에 디스플레이할 대응 이미지를 생성하는 이미지제어 시스템을 포함하고, 상기 이미지제어 시스템은 카메라 어셈블리가 캐뉼라튜브에 대해 제1 방사상 위치에 있음을 나타내는 입력을 사용자로부터 수신하고, 카메라 어셈블리로부터 수신된 수술부위의 이미지를 상기 제1 방사상 위치에 대응하는 초기 방향으로 디스플레이 스크린에 표시한 뒤, 카메라 어셈블리의 방사상 위치에 대응하는 신호들을 센서로부터 받아, 카메라 어셈블리가 캐뉼라튜브에 대해 제2 방사상 위치에 있음을 결정하고 제2 이미지를 수신하며, 이 결정에 기초해 디스플레이 스크린에 제시된 제2 이미지를 회전시키면서 초기 방향으로 제시하고;
    개구를 통해 캐뉼라튜브 말단부가 환자의 신체 안으로 삽입되어 수술부위의 조직 부근에 캐뉼라튜브 말단부가 위치하는 단계;
    상기 개구에 대한 제1 방사상 위치에 카메라가 위치하는 단계;
    입력 수단을 통해 이미지제어 시스템에 입력을 하여, 상기 제1 방사상 위치가 제1 방사상 위치임을 표시하는 단계;
    상기 이미지제어 시스템을 조작해 제1 방사상 위치에 대응하는 초기 방향으로 디스플레이 스크린에 수술부위의 이미지를 제시하는 단계;
    상기 이미지제어 시스템을 조작해 카메라의 방사상 위치를 나타내는 입력을 센서들로부터 받는 단계;
    캐뉼라튜브의 축을 중심으로 카메라를 제2 방사상 위치로 회전시키는 단계;
    상기 이미지제어 시스템을 조작해 캐뉼라튜브의 축을 중심으로 한 카메라의 회전을 결정하는 단계; 및
    상기 이미지제어 시스템을 조작해 디스플레이된 이미지를 회전시키면서 초기 선호방향으로 유지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수술부위의 이미지화 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 초기 방향이 캐뉼라의 제1 위치에서 얻은 이미지의 방향인 것을 특징으로 하는, 수술부위의 이미지화 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 초기 방향이 사용자가 이미지를 원하는대로 회전시키면서 초기 선호방향으로 스크린에 디스플레이할 때 캐뉼라 시스템의 초기배치 후에 설정된 방향인 것을 특징으로 하는, 수술부위의 이미지화 방법.
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