KR20220103730A - 의료용 로봇의 위치를 결정하기 위한 내비게이션 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 광학적 내비게이션 시스템(100)에 관한 것이다. 시스템은 적어도 2개의 광센서(41)를 가진 로케이팅 디바이스(40) 및 적어도 3개의 광마커(26)를 가진 환자 레퍼런스(21)를 포함한다. 시스템은 또한 반사 디바이스(30)를 포함한다. 환자 레퍼런스와 광센서 간의 가시선이 장애물(60)과 교차할 때, 광센서는 상기 광마커로부터 나오고 각각의 광센서로 반사 디바이스에 의해 반사되는 경로를 가진 광학적 방사선으로부터 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 수량을 환자 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하도록 구성된다.

Description

의료용 로봇의 위치를 결정하기 위한 내비게이션 방법
본 발명은 의료용 로봇이 지원하는 최소 침습적 및 비침습적 의료 개입의 분야에 속한다. 본 발명은 구체적으로 의료용 로봇의 관절식 암의 하나의 단부에 부착된 의료용 기구를 최적으로 배치시키기 위해 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 광학적 내비게이션 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 장애물이 관심 해부학적 조직에 위치된 광마커와 내비게이션 시스템의 광센서 간에 직접적인 가시선을 획득하는 것을 방해할 때에도 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
많은 의료 개입, 예컨대, 최소 침습적 또는 비침습적 의료 개입은 환자의 관심 해부학적 조직(예를 들어, 간, 폐, 신장, 척추골 등)에 대한 의료용 기구(예를 들어, 니들, 카테터, 전극, 초음파 발생기, 드릴 비트 등)의 매우 정밀한 배치 또는 이동을 필요로 한다. 이 유형의 의료 개입을 수행하는 의사에게 의료용 로봇이 도움이 될 수 있다. 이 경우에, 의료용 로봇은 내비게이션 시스템에 의해 환자의 관심 해부학적 조직에 대해 의료용 기구를 배치하고, 유지하고/하거나 안내한다. 의료용 기구는 예를 들어, 의료용 로봇의 관절식 암의 하나의 단부에 부착된다. 내비게이션 시스템은 의료용 기구의 위치 및 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 서로에 대한 관심 해부학적 조직과 의료용 기구의 각각의 위치에 관한 정보는 의료용 로봇으로 하여금 의료용 기구가 관심 해부학적 조직에 대해 최적으로 배치되는 방식으로 관절식 암을 구성하게 한다.
다양한 유형의 내비게이션 시스템이 있다. 전자기 내비게이션 시스템은 금속성 물질(예컨대, 의료용 로봇의 모터)의 존재 시 전자기장의 간섭 및 뒤틀림에 민감하다는 단점을 갖는다. 이 부분에 대해 광학적 내비게이션 시스템은 관심 해부학적 조직에 배치된 마커와 내비게이션 시스템의 광센서 간의 가시선이 장애물에 의해 차단될 때(예를 들어, 의사가 상기 마커와 상기 광센서 간에 끼어들 때의 경우) 더 이상 기능하지 않는다는 단점을 갖는다.
환자의 관심 해부학적 조직이 예를 들어, 환자의 호흡 운동 때문에 또는 의사에 의한 해부학적 조직의 변위 때문에 이동할 수 있으므로, 직접적인 가시선이 이용 가능할 때 적절한 순간에 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하는 것이 일반적으로 충분하지 않다. 따라서 관심 해부학적 조직에 배치된 마커와 내비게이션 시스템의 광센서 간의 가시선이 장애물에 의해 차단되는 기간 동안에도, 내비게이션 시스템의 도움으로 시간이 지남에 따라 관심 해부학적 조직의 위치를 따라갈 수 있는 것이 필요하다.
종래 기술의 여러 해결책은 가시선이 장애물에 의해 차단되는 위험을 감소시키기 위해, 사용되는 광센서와 마커의 위치설정을 최적화하는 것으로 구성된다. 이 해결책은 일반적으로 복잡하고 가시선이 장애물에 의해 차단될 때 광학적 내비게이션 시스템의 작동을 보장하는 것이 항상 가능하지는 않다.
특허 출원 제EP 3501443 A1호는 특히 장애물이 직접적인 가시선을 획득하는 것을 방해할 때 환자의 관심 해부학적 조직을 목표로 하는 데 적합한 위치로 카메라를 이동시키기 위해 사이알리틱 램프(scialytic lamp)에 통합된 회전 컴포넌트를 포함하는 시스템을 개시한다.
종래 기술의 일부 해결책은 광학적 내비게이션 시스템을 또 다른 상보적 내비게이션 시스템(예를 들어, 전자기 내비게이션 시스템)과 결합하려고 하고, 이는 가시선이 장애물에 의해 차단될 때 내비게이션 시스템의 작동을 보장하는 것을 가능하게 할 것이다. 그러나, 이 해결책은 복잡한 고가의 시스템으로 이어지고, 이의 정확도는 금속성 물체의 존재에 의해 영향받을 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점, 특히, 위에서 제시된 단점 중 전부 또는 일부를 극복하는 것이다.
이를 위해, 제1 양상에 따르면, 본 발명은 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 광학적 내비게이션 시스템을 제공한다. 시스템은 특히 관심 해부학적 조직에서 환자 상에 배치되도록 의도된 환자 레퍼런스(patient reference), 로케이팅 디바이스, 및 제어 장치를 포함한다. 로케이팅 디바이스는 적어도 2개의 광센서를 갖는다. 환자 레퍼런스는 적어도 3개의 광마커를 갖는다. 서로에 상대적인 환자 레퍼런스의 광마커의 각각의 위치는 선험적으로 제어 장치에 의해 알려져 있다. 광학적 내비게이션 시스템은 반사 디바이스를 더 갖고 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 반사 디바이스의 위치가 제어 장치에 의해 결정될 수 있다. 환자 레퍼런스와 각각의 광센서 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 광센서는 상기 광마커로부터 나오고 각각의 광센서에 대해 상기 광마커와 상기 광센서 간의 직접적인 경로를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 환자 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하도록 구성된다. 환자 레퍼런스와 광센서 간의 직접적인 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 광센서는 상기 광마커로부터 나오고 각각의 광센서를 향하여 반사 디바이스에 의해 반사되는 경로를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 환자 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하도록 구성된다. 제어 장치는 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스의 위치를 광센서에 의해 수행된 측정으로부터 결정하고, 그로부터 레퍼런스의 상기 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치를 추론하도록 구성된다.
본 출원에서, "광학적 방사선"은 100 ㎚(백 나노미터) 내지 1 ㎜(일 밀리미터)의 파장 범위 내 전자기 방사선을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 적외선 방사선, 가시광선 방사선 및 자외선 방사선은 광학적 방사선이다. 용어 "광선"은 때때로 광학적 방사선에 의해 취해진 특정한 경로를 획정하도록 사용된다.
본 출원에서, 용어 "위치"는 레퍼런스의 공간적 프레임의 3차원 내 위치 및 방향을 나타낸다.
표현 "반사 디바이스의 위치가 제어 장치에 의해 결정될 수 있다"는 반사 디바이스의 위치가 선험적으로 제어 장치에 의해 알려져 있거나(예를 들어, 반사 디바이스의 위치가 제어 장치의 메모리에 저장됨) 또는 이것이 제어 장치에 의해(예를 들어, 반사 디바이스 상에 배열된 광마커의 도움으로) 결정될 수 있다는 것을 의미한다.
이러한 배열을 사용하여, 본 발명에 따른 광학적 내비게이션 시스템은 가시선이 장애물에 의해 차단될 때에도 (예를 들어, 관심 해부학적 조직에서 의료 개입을 수행해야 할 의사에 의해, 또는 상기 의사를 지원하는 의료용 로봇에 의해) 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정할 수 있다.
특정한 실시형태에서, 본 발명은 단독으로 또는 모든 기술적으로 가능한 조합으로 취해진, 다음의 특징 중 하나 이상의 특징을 더 포함할 수 있다.
특정한 실시형태에서, 반사 디바이스는 적어도 3개의 광마커를 갖는다. 서로에 상대적인 반사 디바이스의 광마커의 각각의 위치는 선험적으로 제어 장치에 의해 알려져 있다.
특정한 실시형태에서, 환자 레퍼런스와 각각의 광센서 간의 직접적인 가시선이 이용 가능한 기간 동안, 제어 장치는 환자의 호흡 주기 동안 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스가 따르는 이동을 추정하도록 구성된다. 이어서, 환자 레퍼런스와 광센서 간의 직접적인 가시선이 더 이상 이용 가능하지 않은 때에, 제어 장치는 한편으로는, 환자 레퍼런스의 광마커로부터 나오고 반사 디바이스에 의해 반사되는 광학적 방사선을 기반으로 광센서에 의해 수행된 측정의 함수로서, 그리고 다른 한편으로는, 환자 레퍼런스의 추정된 이동의 함수로서 환자 레퍼런스의 위치를 결정하도록 구성된다.
특정한 실시형태에서, 환자 레퍼런스는 적어도 3개의 방사선 비투과성 마커를 더 갖는다. 서로에 상대적인 방사선 비투과성 마커의 각각의 위치는 선험적으로 제어 장치에 의해 알려져 있다.
특정한 실시형태에서, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치는 레퍼런스의 상기 프레임 내 환자 레퍼런스의 위치의 함수로서, 그리고 환자 레퍼런스의 방사선 비투과성 마커가 보이는 환자의 관심 해부학적 조직의 의료 이미지의 함수로서 결정된다.
특정한 실시형태에서, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치는 또한 관심 해부학적 조직의 생물역학적 모델의 함수로서 결정된다.
특정한 실시형태에서, 광학적 내비게이션 시스템은 쌍으로 3개의 직교하는 반사 디바이스를 갖는다.
특정한 실시형태에서, 광학적 내비게이션 시스템은 의료용 로봇의 관절식 암의 원위 단부에 배치되도록 의도된 로봇 레퍼런스(robot reference)를 더 갖는다. 로봇 레퍼런스는 적어도 3개의 광마커를 갖는다. 서로에 상대적인 광마커의 각각의 위치는 선험적으로 제어 장치에 의해 알려져 있다. 로봇 레퍼런스와 각각의 광센서 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 로케이팅 디바이스의 광센서는 상기 광마커로부터 나오고 상기 광마커와 상기 광센서 간의 직접적인 경로를 각각의 광센서에 대해 갖는 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 로봇 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하도록 구성된다. 로봇 레퍼런스와 광센서 간의 직접적인 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 광센서는 상기 광마커로부터 나오고 각각의 광센서를 향하여 반사 디바이스에 의해 반사되는 경로를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 로봇 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하도록 구성된다. 제어 장치는 따라서 광센서에 의해 수행된 측정으로부터 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스의 위치를 결정하도록 구성된다.
특정한 실시형태에서, 광학적 내비게이션 시스템은 관절식 암을 포함하는 의료용 로봇을 더 갖는다. 로봇 레퍼런스는 관절식 암의 원위 단부에 배치된다. 의료용 로봇이 관절식 암의 관절 코더를 더 가져서, 의료용 로봇의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스의 위치를 언제든지 결정하는 것을 가능하게 한다. 의료용 로봇은 로봇의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스의 위치를 제어 장치로 전송하도록 구성된다. 제어 장치는 그로부터 환자의 관심 해부학적 조직에 대한, 의료용 로봇의 관절식 암의 원위 단부에 부착된, 의료용 기구의 위치를 추론하도록 구성된다.
특정한 실시형태에서, 환자 레퍼런스 및/또는 로봇 레퍼런스의 광마커는 능동적 마커이고, 광마커로부터 나오는 광학적 방사선은 상기 광마커에 의해 생성되는 적외선 방사선이다.
특정한 실시형태에서, 환자 레퍼런스 및/또는 로봇 레퍼런스의 광마커는 수동적 마커이고, 광마커로부터 나오는 광학적 방사선은 로케이팅 디바이스에 의해 생성되고 상기 광마커에 의해 반사되는 적외선 방사선이다.
제2 양상에 따르면, 본 발명은 수술 개입 동안 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 환자의 관심 해부학적 조직에 배치되도록 의도된 환자 레퍼런스, 그리고 또한 로케이팅 디바이스를 포함하는 광학적 내비게이션 시스템에 의해 구현된다. 서로에 상대적인 광마커의 각각의 위치가 선험적으로 알려져 있다. 로케이팅 디바이스는 적어도 2개의 광센서를 갖는다. 환자 레퍼런스는 적어도 3개의 광마커를 갖는다. 광학적 내비게이션 시스템은 반사 디바이스를 더 갖고 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 반사 디바이스의 위치가 알려져 있다. 방법은,
- 환자 레퍼런스와 각각의 광센서 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 상기 광마커로부터 나오고 상기 광마커와 상기 광센서 간의 직접적인 경로를 각각의 광센서에 대해 갖는 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 환자 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하는 단계,
- 환자 레퍼런스와 광센서 간의 직접적인 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 상기 광마커로부터 나오고 각각의 광센서를 향하여 반사 디바이스에 의해 반사되는 경로를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 환자 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하는 단계,
- 따라서 광센서에 의해 수행되는 측정으로부터, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스의 위치를 결정하는 단계,
- 환자 레퍼런스의 위치를 기반으로 관심 해부학적 조직의 위치를 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 상기 프레임에서 결정하는 단계를 포함한다.
환자의 관심 해부학적 조직의 위치 및 의료용 로봇의 관절식 암의 하나의 단부에 부착된 의료용 기구의 위치설정이 의사에 의한 의료 조치의 실행 전에 발생한다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 치료 또는 수술에 의한 처리 단계를 포함하지 않는다.
특정한 실시형태에서, 본 발명은 단독으로 또는 모든 기술적으로 가능한 조합으로 취해진, 다음의 특징 중 하나 이상의 특징을 더 포함할 수 있다.
특정한 실시형태에서, 방법은 또한,
- 환자 레퍼런스와 각각의 광센서 간의 직접적인 가시선이 이용 가능한 기간 동안, 환자의 호흡 주기 동안 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스가 따르는 이동을 추정하는 단계,
- 환자 레퍼런스와 광센서 간의 직접적인 가시선이 더 이상 이용 가능하지 않은 때에, 한편으로는, 환자 레퍼런스의 광마커로부터 나오고 반사 디바이스에 의해 반사되는 광학적 방사선을 기반으로 광센서에 의해 수행된 측정의 함수로서, 그리고 다른 한편으로는, 환자 레퍼런스의 추정된 이동의 함수로서 환자 레퍼런스의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
특정한 실시형태에서, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치의 결정은 또한 환자 레퍼런스의 방사선 비투과성 마커가 보이는 환자의 관심 해부학적 조직의 의료 이미지를 기반으로 수행된다.
특정한 실시형태에서, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치의 결정은 또한 관심 해부학적 조직의 생물역학적 모델을 기반으로 수행된다.
특정한 실시형태에서, 광학적 내비게이션 시스템은 의료용 로봇의 관절식 암의 원위 단부에 배치되도록 의도된 로봇 레퍼런스를 더 갖는다. 로봇 레퍼런스는 적어도 3개의 광마커를 갖고, 서로에 상대적인 광마커의 각각의 위치는 선험적으로 알려져 있다. 방법은,
- 로봇 레퍼런스와 각각의 광센서 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 상기 광마커로부터 나오고 상기 광마커와 상기 광센서 간의 직접적인 경로를 각각의 광센서에 대해 갖는 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 로봇 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하는 단계,
- 로봇 레퍼런스와 광센서 간의 직접적인 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 상기 광마커로부터 나오고 각각의 광센서를 향하여 반사 디바이스에 의해 반사되는 경로를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커의 위치를 나타내는 매개변수를 로봇 레퍼런스의 각각의 광마커에 대해 측정하는 단계,
- 따라서 광센서에 의해 수행된 측정을 기반으로 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스의 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.
특정한 실시형태에서, 광학적 내비게이션 시스템은 의료용 로봇을 더 갖는다. 의료용 로봇은 로봇 레퍼런스가 배치되는 원위 단부에서 관절식 암을 갖는다. 의료용 로봇이 또한 관절식 암의 관절 코더를 더 가져서, 의료용 로봇의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스의 위치를 언제든지 결정하는 것을 가능하게 한다. 그래서 방법은 환자의 관심 해부학적 조직에 대한, 의료용 로봇의 관절식 암의 원위 단부에 부착된, 의료용 기구의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 비제한적인 예로서 제공되고 도 1 내지 도 10을 참조하여 이루어진, 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 직접적인 가시선이 이용 가능할 때 본 발명에 따른 광학적 내비게이션 시스템의 개략도이고,
도 2는 가시선이 장애물에 의해 차단될 때 본 발명에 따른 광학적 내비게이션 시스템의 개략도이고,
도 3은 3개의 광마커 및 3개의 방사선 비투과성 마커를 가진 환자 레퍼런스의 개략도이고,
도 4는 3개의 광마커를 가진 로봇 레퍼런스의 개략도이고,
도 5는 4개의 광마커를 가진 반사 디바이스의 개략도이고,
도 6은 반사 디바이스에 의해 반사된 광선에 대한 광센서에 의해 수행되는 측정의 함수로서, 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 환자 레퍼런스의 광마커의 위치의 결정의 개략도이고,
도 7은 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 방법의 주요 단계의 개략도이고,
도 8은 환자의 호흡 주기 동안 환자 레퍼런스의 추정된 이동의 개략도이고,
도 9a는 광센서에 의해 수행되는 측정의 함수로서 그리고 환자 레퍼런스의 추정된 이동의 함수로서, 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 환자 레퍼런스의 광마커의 위치의 결정의 개략도이고,
도 9b는 도 9a의 단면도이고,
도 10은 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 방법의 특정한 실시형태의 주요 단계의 개략도이다.
이 도면에서, 여러 도면에 걸쳐서 동일한 참조 부호는 동일하거나 또는 유사한 구성요소를 나타낸다. 명료성의 이유로, 구성요소는 달리 나타내지 않는다면, 반드시 동일한 축척으로 도시되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 광학적 내비게이션 시스템(100)의 예를 개략적으로 도시한다.
도 1에 예시된, 논의되는 예에서, 광학적 내비게이션 시스템(100)은 다음의 주요 구성요소, 즉, 로케이팅 디바이스(40), 제어 장치(43), 환자(20)의 관심 해부학적 조직에 배치되도록 의도된 환자 레퍼런스(21), 및 반사 디바이스(30)를 갖는다. 도 1에 예시된 예에서, 환자(20)는 수술실의 테이블(50) 상에 누워있다.
광학적 내비게이션 시스템(100)의 목적은 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정하여 그로부터 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치를 추론하는 것이다. 이 목적을 위해, 제어 장치(43)는 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스의 위치를 결정하는 것을 가능하게 하는 방법의 단계 중 전부 또는 일부를 구현하도록 구성된다. 제어 장치(43)는 예를 들어, 하나 이상의 프로세서 및 메모리(자기 하드 디스크, 전자 메모리, 광디스크 등)를 구비하며, 컴퓨터 프로그램 제품이 이러한 방법의 상이한 단계를 구현하기 위해 실행될 프로그램 코드 명령어의 세트의 형태로 메모리에 저장된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어 장치(43)는 방법 단계 중 전부 또는 일부를 구현하는 데 적합한, 하나 이상의 프로그래밍 가능한 논리 회로(FPGA, PLD 등) 및/또는 하나 이상의 특수화된 집적 회로(ASIC), 및/또는 이산형 전자 컴포넌트의 세트 등을 갖는다.
도 1에 예시된 바와 같이, 광학적 내비게이션 시스템(100)은 또한 의료용 로봇(10)의 관절식 암(13)의 원위 단부에, 예를 들어, 상기 단부에 부착된 기구 홀더(14) 상에 배치되도록 의도된 로봇 레퍼런스(11)를 포함할 수 있다. 이어서 제어 장치(43)는 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스의 위치를 또한 결정하도록 구성될 수 있다. 로봇 레퍼런스(11)의 위치에 대한, 기구 홀더(14)의 높이에 부착된, 의료용 기구의 위치가 제어 장치(43)에 의해 알려져 있다면, 제어 장치(43)는 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 의료용 기구의 위치를 결정할 수 있다. 그래서 서로에 상대적인 관심 해부학적 조직과 의료용 기구의 각각의 위치는 의료용 로봇(10)으로 하여금 의료용 기구가 관심 해부학적 조직에 대해 최적으로 배치되도록 관절식 암을 구성하게 할 수 있다.
제어 장치(43)는 도 1에 예시된 예의 경우와 같이, 로케이팅 디바이스(40)에 통합될 수 있다. 제어 장치(43)는 또한 로케이팅 디바이스(40)와 별개의 독립체일 수 있거나 또는 의료용 로봇(10)에 통합될 수 있다. 제어 장치(43)가 의료용 로봇(10)에 통합되지 않는다면, 제어 장치(43)는 관심 해부학적 조직의 위치 및/또는 의료용 기구의 위치와 관련된 정보를 의료용 로봇(10)으로 전송하도록 구성될 수 있어서, 의료용 로봇(10)은 의료용 기구가 관심 해부학적 조직에 대해 최적으로 배치되도록 관절식 암(13)을 구성할 수 있다. 이 정보의 전송은 예를 들어, 무선 통신 수단을 통해 수행될 수 있다. 제어 장치(43)가 로케이팅 디바이스(40)에 통합되지 않는다면, 제어 장치(43)는 환자 레퍼런스(21) 및/또는 로봇 레퍼런스(11)의 위치와 관련된 정보를 로케이팅 디바이스(40)로부터 수신하도록 구성된다. 로케이팅 디바이스(40)와 제어 장치(43) 간의 정보의 전송은 예를 들어, 무선 통신 수단을 통해 수행될 수 있다.
도 3은 환자 레퍼런스(21)를 개략적으로 도시한다. 환자 레퍼런스(21)가 적어도 3개의 광마커(26)를 가져서, 환자 레퍼런스(21)의 위치는 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임의 3개의 공간 차원에서 결정될 수 있다. 서로에 상대적인 환자 레퍼런스(21)의 광마커(26)의 각각의 위치는 제어 장치(43)에 의해 선험적으로 알려져 있다. 유리하게는, 각각의 광마커(26)의 기하학적 형상이 또한 제어 장치(43)에 의해 선험적으로 알려져 있을 수 있다. 도 3에 예시된 예에서, 환자 레퍼런스(21)는 구 형상의 3개의 광마커(26)를 갖는다. 구 형상은 광학적 방사선의 반사를 최적화하는 것을 가능하게 한다.
광마커(26)는 수동적이거나 또는 능동적일 수 있다. 수동적 광마커는 또 다른 구성요소, 예를 들어, 로케이팅 디바이스(40)에 의해 방출된 광학적 방사선을 반사시킨다. 수동적 광마커는 예를 들어, 적외선 입체 카메라(이것은 예를 들어, 회사 Northern Digital Inc.에 의해 제작된 Polaris® 내비게이션 시스템에서 사용되는 것임)에 의해 검출 가능한 반사구, 또는 입체 카메라(이것은 예를 들어, 회사 ClaroNav로부터의 MicronTracker® 내비게이션 시스템에서 사용되는 것임)에 의해 보이는 흑색 및 백색 패턴에 대응할 수 있다. 능동적 광마커 자체는 로케이팅 디바이스(40)에 의해 검출 가능한, 광학적 방사선, 예를 들어, 적외선 방사선을 방출한다.
도 4는 로봇 레퍼런스(11)를 개략적으로 도시한다. 로봇 레퍼런스(11)가 적어도 3개의 광마커(16)를 가져서, 로봇 레퍼런스(11)의 위치는 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임의 3개의 공간 차원에서 결정될 수 있다. 서로에 상대적인 로봇 레퍼런스(11)의 광마커(16)의 각각의 위치는 제어 장치(43)에 의해 선험적으로 알려져 있다. 유리하게는, 각각의 광마커(16)의 기하학적 형상이 또한 제어 장치(43)에 의해 선험적으로 알려져 있을 수 있다. 도 4에 예시된 예에서, 로봇 레퍼런스(11)는 구 형상의 3개의 광마커(16)를 갖는다. 환자 레퍼런스(21)의 광마커(26)의 능동적 또는 수동적 특성에 관하여 위에서 언급되었던 것은 또한 로봇 레퍼런스(11)의 광마커(16)에 적용된다.
서로에 상대적인 로봇 레퍼런스(11)의 광마커(16)의 각각의 위치는 서로에 상대적인 환자 레퍼런스(21)의 광마커(26)의 각각의 위치와 상이하다. 이러한 배열은 로케이팅 디바이스(40)가 환자 레퍼런스(21)와 로봇 레퍼런스(11)를 구별하게 한다.
도 1에 예시된 바와 같이, 로케이팅 디바이스(40)는 예를 들어, 적외선 방사선 장에서 또는 가시광선 장에서 작동하는 입체 카메라의 2개의 센서에 대응하는 적어도 2개의 광센서(41)를 갖는다. 설명의 나머지에서, 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41) 및 광학적 내비게이션 시스템(100)의 다양한 광마커(16, 21)가 적외선 유형의 광학적 방사선과 함께 작동하도록 설계된다는 것, 즉, 전자기 방사선의 파장이 780 ㎚ 내지 1 ㎜에서 변경된다는 것이 비제한적인 예로서 고려된다. 그러나, 본 발명에 따른 광학적 내비게이션 시스템(100)이 또한 가시광선(전자기 방사선의 파장이 380 ㎚ 내지 780 ㎚에서 변경됨)의 장에서 또는 자외선 방사선(전자기 방사선의 파장이 10 ㎚ 내지 380 ㎚에서 변경됨)의 장에서 작동하도록 설계될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
종래의 방식에서 그리고 도 1에 예시된 바와 같이, 직접적인 가시선이 환자 레퍼런스(21)와 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41) 간에 이용 가능할 때(즉, 환자 레퍼런스(21)와 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41) 간에 장애물이 없을 때, 또는 즉, 적외선 방사선이 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)와 로케이팅 디바이스(40)의 각각의 광센서(41) 간의 직선에 해당하는 직접적인 경로(22)를 따를 수 있을 때), 각각의 광마커(26)의 위치는 상기 광마커(26)와 광센서(41) 간의 상기 직접적인 경로(22)에 대응하는 적외선의 이동 시간의 함수로서(적외선 방사선의 속도는 광의 속도와 동일한 것으로 알려져 있음), 그리고/또는 상기 광센서(41)의 상기 적외선의 도래각의 함수로서 결정될 수 있다.
예를 들어, 광학적 내비게이션 시스템(100)에서 사용되는 광마커(26)가 수동적 마커일 때, 광센서(41)는 적외선 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다. 이어서 이 적외선 방사선은 다양한 광마커(26)에 의해 광센서(41)를 향하여 반사된다. 광센서(41)는 이 반사된 적외선 방사선을 수신하도록 구성된다. 그래서 광마커(26)와 광센서(41) 간의 거리는, 적외선이 상기 광센서(41)와 상기 광마커(26) 간을 왕복하는 데 걸리는 시간의 절반에 광의 속도를 곱한 것과 같다. 각각의 광마커(26)와 각각의 광센서(41) 간의 거리를 앎으로써 그리고 선험적으로 환자 레퍼런스(21) 상의 서로에 대한 광마커(26)의 배열을 앎으로써, 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정하는 것이 가능하다.
또 다른 예에 따르면, 광학적 내비게이션 시스템(100)에서 사용되는 광마커(26)가 능동적 마커일 때, 각각의 광센서(41)는 광마커(26)에 의해 직접적으로 생성되는 적외선 방사선의 상기 광센서(41)에서의 도래각을 결정하도록 구성된다. 각각의 광마커(26)에 대해, 각각의 광센서(41)에서의 도래각을 앎으로써 그리고 선험적으로 환자 레퍼런스(21) 상의 서로에 대한 광마커(26)의 배열을 앎으로써, 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정하는 것이 가능하다.
마찬가지로, 직접적인 가시선이 로봇 레퍼런스(11)와 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41) 간에 이용 가능할 때 로케이팅 디바이스(40)는 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 결정할 수 있다.
환자 레퍼런스(21)의 위치로부터 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하는 것이 가능해야 한다. 이 목적을 위해 그리고 도 3에 예시된 바와 같이, 환자 레퍼런스(21)는 방사선 비투과성 마커(27)를 가질 수 있다. 서로에 상대적인 방사선 비투과성 마커(27)의 각각의 위치는 선험적으로 제어 장치(43)에 의해 알려져 있다. 유리하게는, 방사선 비투과성 마커(27)의 기하학적 형상이 또한 선험적으로 제어 장치(43)에 의해 알려져 있을 수 있다. 바람직하게는, 환자 레퍼런스(21)는 적어도 3개의 방사선 비투과성 마커(27)를 갖는다. 그래서 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치는 레퍼런스의 상기 프레임 내 환자 레퍼런스(21)의 위치의 함수로서 그리고 환자 레퍼런스(21)의 방사선 비투과성 마커(27)가 보이는 환자의 관심 해부학적 조직의 의료 이미지의 함수로서 결정될 수 있다. 의료 이미지는 실제로 환자 레퍼런스(21)의 위치에 대한 관심 해부학적 조직의 위치에 관한 정보를 제공한다. 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 환자 레퍼런스(21)의 위치를 앎으로써, 그로부터 이 레퍼런스의 프레임 내 관심 해부학적 조직의 위치를 추론하는 것이 가능하다.
방사선 비투과성 마커(27)는 예를 들어, 의료 이미지(예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영, 3차원 회전 혈관 촬영, 자기 공명 영상, 초음파 등)에서 보이는 세라믹 볼 또는 금속 볼일 수 있다. 환자(20)의 의료 이미지는 환자 레퍼런스(21)에 의해 획득된다. 이 의료 이미지에는 이전에 획득되었고 개입 계획 데이터를 포함하는 동일한 환자의 또 다른 이미지가 등록될 수 있거나 또는 이 의료 이미지는 개입을 계획하도록 직접적으로 사용될 수 있다. 계획된 개입은 관심 해부학적 조직(예를 들어, 간, 폐 또는 신장) 내 종양의 절제(예를 들어, 무선주파수, 마이크로파, 전기 천공, 레이저, 한랭 요법, 초음파에 의함)일 수 있다. 계획된 개입은 또한 뇌로의, 척추(예를 들어, 척추성형술 및 시멘트 성형술을 위함)로의 또는 또 다른 뼈 구조체(예를 들어, 무릎)로의 의료용 기구의 삽입일 수 있다. 계획은 환자의 피부 내 진입점과 관심의 해부학적 조직 내 목표점(종양 내) 간에 의료용 기구(예를 들어, 니들)가 따라가는 경로를 결정하는 것을 포함한다. 일단 환자의 관심 해부학적 조직의 위치가 로케이팅 디바이스의 레퍼런스의 프레임 내에서 결정된다면, 이 계획 데이터로부터 의료용 기구가 이 레퍼런스의 프레임에서 취해야 하는 위치를 추론하는 것이 가능하다.
도 2에 예시된 바와 같이, 장애물(60)이 환자 레퍼런스(21)와 로케이팅 디바이스(40)의 센서(41) 간의 가시선을 절단하는 경우에 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정할 때 문제가 발생한다(그리고 도 2에 예시되지는 않지만, 장애물이 로봇 레퍼런스(11)와 로케이팅 디바이스의 센서(41) 간의 가시선을 교차하는 경우에 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 결정할 때 유사한 문제가 발생한다).
이 문제를 극복하기 위해, 본 발명은 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 위치가 제어 장치(43)에 의해 알려진 반사 디바이스(30)를 사용하는 것을 제안한다.
반사 디바이스(30)의 위치가 예를 들어, 선험적으로 알려져 있고 제어 장치(43)의 메모리에 저장된다. 도 5에 예시된 바와 같이 변형예에서, 반사 디바이스(30)는 적어도 3개의 광마커(36)를 갖는다. 서로에 상대적인 광마커(36)의 각각의 위치는 선험적으로 제어 장치(43)에 의해 알려져 있다. 유리하게는, 각각의 광마커(36)의 기하학적 형상이 또한 선험적으로 제어 장치(43)에 의해 알려져 있을 수 있다. 그래서 반사 디바이스(30)의 위치는 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41)의 도움으로 제어 장치(43)에 의해 결정될 수 있다. 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 반사 디바이스(30)는 예를 들어, 개입 테이블(50)에 고정되고, 반사 디바이스(30)의 위치는 환자의 관심 해부학적 조직이 결정되는 시간 동안 변경되지 않는다.
반사 디바이스(30)는 예를 들어, 그 자체가 구리 또는 납 층으로 덮인, 얇은 금속(예를 들어, 알루미늄 또는 은) 시트가 상부에 접착된 유리판에 해당한다. 대안적으로, 유리판은 얇은 금박으로 덮일 수 있다. 반사 디바이스(30)는 적외선을 집광하는 것을 가능하게 하는 평평한 거울 또는 오목 거울일 수 있다. 논의되는 예에서, 반사 디바이스(30)는 직사각형 형상의 평평한 거울이다. 도 5에 예시된 바와 같이, 광마커(36)는 반사 디바이스(30)에 의해 형성된 직사각형의 각각의 코너에 배치될 수 있다.
도 2 및 도 6에 예시된 바와 같이, 환자 레퍼런스(21)와 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 장애물(60)에 의해 차단될 때, 광센서(41)는 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)에 대해, 상기 광마커(26)로부터 나오고 각각의 광센서(41)를 향하여 반사 디바이스(30)에 의해 반사된 경로(23)를 따르는 적외선을 기반으로(그리고 상기 광마커(26)와 상기 광센서(41) 간의 직접적인 경로(22)에 대응하는 적외선을 기반으로 하지 않음), 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(26)의 위치를 나타내는 매개변수를 측정하도록 구성된다. 표현 "마커의 위치를 나타내는 매개변수"는 예를 들어, 광센서와 광마커 간의 적외선의 이동 시간, 또는 광센서(41)에서의 적외선의 도래각을 의미하는 것으로 이해된다.
예를 들어, 도 6에 예시된 바와 같이, 반사 디바이스(30)에 의해 반사되고 환자 레퍼런스(21)의 광마커(26)로부터 나오는 적외선(23)의 도래각이 각각의 광센서(41)에 대해 알려져 있다면 그리고 반사 디바이스(30)의 위치가 알려져 있다면, 상기 광마커(26)의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 적외선(23)이 반사 디바이스(30)에 대해 수직이고 반사 지점(28)을 통과하는 직선(δ)에 대한 반사각(θ)을 형성함으로써 반사 디바이스(30) 내 반사 지점(28)에서 반사된다는 것에 유의해야 한다. 이 반사각(θ)은 입사 광선 및 반사 광선에 대해 동일하다. 도 6에서, 직선(δ) 및 적외선(23)을 포함하는 평면 내 광센서(41)에서의 적외선(23)의 도래각은 각(φ)에 대응한다. 광센서(41)에서의 도래각(φ) 및 반사 디바이스(30)의 위치가 알려져 있다면, 반사각(θ)의 값을 결정하는 것이 가능하다. 따라서 반사각은 2개의 광센서(41)와 각각 연관된 적외선에 대해 결정될 수 있다. 광마커(26)의 위치는 2개의 적외선의 교차점에 대응한다.
광마커(26)의 위치가 또한 한편으로는 적외선(23)의 도래각의 함수로서 그리고 다른 한편으로는 광마커(26)와 광센서(41) 간의 적외선(23)의 이동 시간의 함수로서(이 이동 시간이 결정될 수 있다는 가정 하에) 광센서(41)로부터 결정될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
도 7은 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위해 제어 장치(43)에 의해 구현되는 방법의 주요 단계를 개략적으로 도시한다.
방법(200)은 장애물이 환자 레퍼런스(21)와 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41) 간의 직접적인 가시선을 차단하는지를 검출하는 제1 단계를 포함한다.
직접적인 가시선이 이용 가능하다면(장애물 없음), 방법(200)은 환자 레퍼런스(21)의 광마커(26)와 광센서(41) 간의 직접적인 경로(22)를 따르는 적외선을 기반으로 광센서(41)에 의해 측정이 수행되는 단계(201)를 포함한다.
가시선이 차단된다면(장애물의 존재), 방법(200)은 환자 레퍼런스(21)의 광마커(26)와 광센서(41) 간의, 반사 디바이스(30) 상의 반사를 포함하는, 간접적인 경로를 따르는 적외선(23)을 기반으로 광센서(41)에 의해 측정이 수행되는 단계(202)를 포함한다.
단계(203)에서, 환자 레퍼런스(21)의 위치는 광센서(41)에 의해 수행되는 측정을 기반으로 결정된 광마커(26)의 위치로부터 결정된다.
단계(204)에서, 관심 해부학적 조직의 위치는 환자 레퍼런스(21)의 위치로부터 결정된다(204).
광센서(41)는 예를 들어, 환자 레퍼런스(21) 및/또는 로봇 레퍼런스(11)가 위치되는 것으로 가정되는 작업 공간으로부터 직접적으로 나오는 적외선(23)과 함께 자동적으로 작동하도록 구성된다. 이러한 적외선이 검출되지 않는다면, 제어 장치(43)는, 반사 디바이스(30)에 의해 반사된 적외선(23)을 기반으로 작동하도록 광센서(41)를 구성한다.
따라서, 직접적인 가시선이 이용 가능하지 않을 때에도, 언제든지 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하는 것이 가능하다.
환자 레퍼런스(21)의 위치의 결정에 관하여 방금 위에서 설명된 것은 또한 장애물이 로봇 레퍼런스(11)와 로케이팅 디바이스(40)의 센서(41) 간의 가시선을 차단할 때 로봇 레퍼런스(11)의 결정에 적용된다.
게다가, 특정한 실시형태에서, 의료용 로봇(10)이 관절식 암(13)의 높이에서 관절 인코더를 가져서, 의료용 로봇(10)의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 언제든지 결정하는 것을 가능하게 한다. 의료용 로봇(10)은 의료용 로봇(10)의 레퍼런스의 프레임 내 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 제어 장치(43)로 전송하도록 구성된다. 제어 장치(43)는 그로부터 환자(20)의 관심 해부학적 조직에 대하여, 의료용 로봇(10)의 관절식 암(13)의 원위 단부에 부착된, 의료용 기구의 위치를 추론하도록 구성된다.
이 목적을 위해, 예를 들어, 예비 설정 단계 동안, 의료용 로봇(10)의 관절식 암(13)이 미리 규정된 이동을 실행하여 로봇 레퍼런스(11)가 의료용 로봇(10)과 광학적 내비게이션 시스템(100)의 공통 작업 공간에 분포되는 상이한 캘리브레이션 위치를 차지하게 한다는 것이 가능하다. 로봇 레퍼런스(11)가 차지한 각각의 캘리브레이션 위치에 대해, 제어 장치(43)는 한편으로는 관절 인코더로부터 그리고 다른 한편으로는 로봇 레퍼런스(11)의 광마커(16)로부터 위치 정보를 수신한다. 의료용 로봇(10)의 레퍼런스의 프레임 및 로케이팅 디바이스(40)의 레퍼런스의 프레임은 상이한 캘리브레이션 위치를 매칭하고 엄격한 등록을 하나씩 계산함으로써 재조정(등록)될 수 있다.
환자가 호흡할 때, 환자의 관심 해부학적 조직(그리고 더 구체적으로 관심 해부학적 조직 내 타깃 구역)은 호흡 운동을 따른다. 관심 해부학적 조직에 배치된 마커와 내비게이션 시스템의 광센서 간의 가시선이 장애물에 의해 차단되는 기간 동안에도, 광학적 내비게이션 시스템(100)의 도움으로 시간이 지남에 따라 관심 해부학적 조직의 위치를 따르는 것이 가능해야 한다.
도 8은 환자의 수개의 호흡 주기를 포함하는 시간 동안 환자 레퍼런스(21)의 이동을 개략적으로 도시한다. 이동은 2개의 좌표(x 및 y)를 가진 시스템에 도시된다. 따라서 각각의 축(x 또는 y)은 환자 레퍼런스(21)의 이동 성분에 대응한다.
예를 들어, 논의되는 시간 동안, 직접적인 가시선은 항상 환자 레퍼런스(21)와 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41) 간에 이용 가능하다. 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)의 위치는 시간 동안 수개의 순간에 결정된다. 그래서 예를 들어, 환자의 호흡 주기 동안, 선택된 2개의 성분 상의, 환자 레퍼런스(21)의 평균 이동에 대응하는 추정된 이동(24)을 논의되는 시간 동안 결정하는 것이 가능하다. 설명의 나머지에서, 간략함을 위해 환자 레퍼런스(21)의 추정된 이동(24)이 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)가 따르는 이동과 실질적으로 동일하다고 여겨진다. 실제로, 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)가 특정한 이동을 수행할 수 있고, 그래서 환자 레퍼런스의 이동이 다양한 광센서의 이동의 결과에 대응할 것이다(그래서 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)에 대한 추정된 이동을 고려하는 것이 가능할 것이다).
도 9a 및 도 9b는 가시선이 장애물에 의해 차단될 때 환자 레퍼런스(21)의 광마커(26)의 위치가 상기 광마커(26)의 추정된 이동(24)의 함수로서 결정될 수 있는 방식을 개략적으로 도시한다. 도 9b는 광마커(26)로부터 나오고 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 적외선(23), 그리고 또한 반사 디바이스(30)에 대해 수직이고 반사 지점(28)을 통과하는 직선(δ)을 포함하는 평면에서 도 9a의 2차원 표현이다.
도 9a 및 도 9b에 예시된 바와 같이, 가시선이 더 이상 환자 레퍼런스(21)와 광센서(41) 간에 이용 가능하지 않을 때, 한편으로는, 환자 레퍼런스(21)의 상기 광마커(26)로부터 나오고 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 광선(23)을 기반으로 광센서(41)에 의해 수행되는 측정의 함수로서, 그리고 다른 한편으로는, 광마커(26)의 추정된 이동(24)의 함수로서 광마커(26)의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 도 9b에 예시된 바와 같이, 광마커(26)의 추정된 이동(24)은 적외선(23) 및 직선(δ)을 포함하는 평면에 속하는 2개의 직교 성분(x 및 y)으로 분해된다. 적외선(23)이 반사 디바이스(30) 내 반사 지점(28)에서 반사되어, 직선(δ)에 대한 반사각(θ)을 형성한다. 이 반사각(θ)은 입사 광선 및 반사 광선에 대해 동일하다. 적외선(23)은 광센서(41)에서 도래각(φ)을 형성한다.
광센서(41)에서의 도래각(φ) 및 반사 디바이스(30)의 위치가 알려져 있다면, 반사각(θ)의 값을 결정하는 것이 가능하다. 그래서 광마커의 위치가 광마커(26)의 추정된 이동(24)을 따르는 경로와 적외선(23)의 교차점에 대응하기 때문에, 광마커(26)의 위치를 결정하는 것이 가능하다.
또 다른 예에 따르면, 광마커(26)와 광센서(41) 간의 적외선(23)의 이동 시간이 알려져 있다면, 즉, 상기 적외선이 이동하는 거리가 알려져 있다면, 반사 디바이스(30)에서 반사하는 적외선(23)이 상기 거리를 이동함으로써 광센서(41)에 도달하는 광마커(26)의 추정된 이동(24)을 따르는 경로에 오직 단일의 지점이 있기 때문에, 광마커(26)의 위치를 결정하는 것이 또한 가능하다.
일단 각각의 광마커(26)의 위치가 결정된다면, 환자 레퍼런스(21)의 위치가 또한 결정될 수 있다. 그래서 특히 관심 해부학적 조직의 위치가 의료 이미지 상의 환자 레퍼런스의 위치에 대해 규정될 수 있다면, 그로부터 관심 해부학적 조직의 위치를 추론하는 것이 가능하다.
환자 레퍼런스(21)의 위치 및 환자 레퍼런스(21)가 따르는 추정된 이동(24)의 함수로서 관심 해부학적 조직의 위치의 결정을 최적화하기 위해 관심 해부학적 조직의 생물역학적 모델을 사용하는 것이 또한 가능하다. 다양한 해부학적 구조체(근육, 힘줄, 뼈 구조체, 장기, 혈관망 등)의 변형 및 이 다양한 구조체 간의 기계적 상호작용을 생물역학적 모델의 형태로 모델링하는 것이 실제로 가능하다. 그래서 생물역학적 모델은 환자 레퍼런스(21)가 따르는 이동의 함수로서 관심 해부학적 조직이 따르는 이동을 더 잘 규정하는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 10은 도 7을 참조하여 설명된 방법(200)의 특정한 실시형태를 개략적으로 도시한다. 특히, 환자 레퍼런스의 광마커(26)의 위치를 직접적인 가시선에서 측정하는 단계(201)는 환자의 적어도 하나의 호흡 주기를 포함하는 시간 동안 수개의 상이한 순간에 반복된다. 도 8을 참조하여 이전에 설명된 바와 같이, 이것은 환자의 호흡 주기 동안 환자 레퍼런스(21)의 이동을 추정하는 것을 단계(205)에서 가능하게 한다. 이어서 이 추정된 이동(24)이 단계(203)에서 사용되어 가시선이 더 이상 이용 가능하지 않을 때(도 9a 및 도 9b를 참조하여 이전에 설명된 바와 같음) 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정한다. 이어서 환자의 관심 해부학적 조직의 위치가 환자 레퍼런스(21)의 위치로부터 단계(204)에서 결정될 수 있다.
따라서 본 발명은 직접적인 가시선이 환자 레퍼런스(21)와 광학적 내비게이션 시스템(100)의 로케이팅 디바이스(40)의 광센서(41) 간에 이용 가능하지 않을 때에도 광학적 내비게이션 시스템(100)의 도움으로 환자의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다.
특정한 실시형태에서 그리고 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 로케이팅 디바이스(40)는 개입 동안 의료용 기구의 삽입 깊이를 결정하기 위해 이미지를 제어 장치(43)에 공급하는 카메라(42)를 또한 가질 수 있다. 개입 이미지는 카메라(42)에 의해 연속적으로 촬영된다. 의료용 로봇(10)이 개입 계획에 따라 환자에 대해 배치될 때, 의사가 의료용 기구(예를 들어, 니들)를 환자의 관심 해부학적 조직에 삽입하여 타깃 구역(예를 들어, 종양)에 도달한다. 카메라(42)로부터의 이미지는 의료용 기구를 검출하도록 구성되는 제어 장치(43)에 의해 분석된다. 의료용 기구의 총 길이 및 도달될 타깃 구역의 위치를 앎음으로써, 제어 장치(43)는 의료용 기구의 삽입 깊이를 결정할 수 있고 기구가 타깃 구역에 도달했을 때를 결정할 수 있다. 타깃 구역에 도달될 때, 의사의 주의를 위한 메시지가 예를 들어, 제어 스크린 상에 디스플레이된다. 메시지는 음향 신호를 동반할 수 있다.
특정한 실시형태에서, 로케이팅 디바이스(40)의 카메라(42)에 의해 제공된 이미지가 제어 장치(43)에 의해 분석되어 의사의 손(장갑을 끼거나 또는 끼지 않음)에 의해 이루어지는 제스처를 인지하고, 상기 제스처는 의료용 로봇(10)을 위해(예를 들어, 미리 결정된 위치에서 의료용 로봇의 관절식 암을 구성하기 위해, 의료용 로봇의 기저부를 미리 결정된 위치로 이동시키기 위해, 의료용 로봇의 임의의 이동을 급하게 중단시키기 위해 등) 의도된 특정한 명령과 연관된다. 의사에 의해 이루어지는 제스처가 환자 레퍼런스(21)와 광센서(41) 간의 가시선을 방해할 수 있지만, 반사 디바이스(30)는 그럼에도 불구하고 본 발명에 따른 광학적 내비게이션 시스템(100)이 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정하게 한다.
수개의 반사 디바이스(30)가 사용되어 광마커로부터 나오는 광학적 방사선을 따르는 상이한 경로의 수를 증가시킬 수 있다는 것에 유의해야 한다. 특정한 실시형태에서, 광학적 내비게이션 시스템(100)은 유리하게는 쌍으로 직교하여 배열된 3개의 상이한 반사 디바이스를 갖는다. 직접적인 가시선이 이용 가능하지 않을 때, 환자 레퍼런스(21)의 위치는 하나 이상의 반사 디바이스에 의해 반사된 광선으로부터 결정될 수 있다.

Claims (17)

  1. 환자(20)의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 광학적 내비게이션 시스템(100)으로서,
    - 적어도 2개의 광센서(41)를 가진 로케이팅 디바이스(40),
    - 제어 장치(43),
    - 적어도 3개의 광마커(26)를 가진 환자 레퍼런스(patient reference)(21)로서, 서로에 상대적인 상기 광마커(26)의 각각의 위치는 선험적으로 상기 제어 장치(43)에 의해 알려져 있고, 상기 환자(20)의 상기 관심 해부학적 조직에 배치되도록 의도되는, 환자 레퍼런스
    를 포함하되, 상기 광학적 내비게이션 시스템(100)은,
    - 상기 광학적 내비게이션 시스템(100)이 상기 반사 디바이스(30)를 더 갖고 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 반사 디바이스의 위치가 상기 제어 장치(43)에 의해 결정될 수 있고,
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 각각의 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 상기 광센서(41)는 상기 광마커(26)로부터 나오고 각각의 광센서(41)에 대해 상기 광마커(26)와 상기 광센서(41) 간의 직접적인 경로(22)를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(26)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)에 대해 측정하도록 구성되고,
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 장애물(60)에 의해 차단될 때, 상기 광센서(41)는 상기 광마커(26)로부터 나오고 각각의 광센서(41)를 향하여 상기 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 경로(23)를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(26)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)에 대해 측정하도록 구성되고,
    - 상기 제어 장치(43)는 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 환자 레퍼런스(21)의 위치를 상기 광센서(41)에 의해 수행된 측정으로부터 결정하고, 그로부터 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 관심 해부학적 조직의 위치를 추론하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학적 내비게이션 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사 디바이스(30)는 적어도 3개의 광마커(36)를 갖고, 서로에 상대적인 상기 광마커(36)의 각각의 위치는 선험적으로 상기 제어 장치(43)에 의해 알려져 있는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 장치(43)는,
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 각각의 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 이용 가능한 기간 동안, 상기 환자(20)의 호흡 주기 동안 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 환자 레퍼런스(21)가 따르는 이동(24)을 추정하도록,
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 더 이상 이용 가능하지 않은 때에, 한편으로는, 상기 환자 레퍼런스(21)의 상기 광마커(26)로부터 나오고 상기 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 상기 광학적 방사선을 기반으로 상기 광센서(41)에 의해 수행된 측정의 함수로서, 그리고 다른 한편으로는, 상기 환자 레퍼런스(21)의 추정된 이동(24)의 함수로서 상기 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정하도록
    구성되는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환자 레퍼런스(21)는 적어도 3개의 방사선 비투과성 마커(27)를 더 갖고, 서로에 상대적인 상기 방사선 비투과성 마커(27)의 각각의 위치는 선험적으로 상기 제어 장치(43)에 의해 알려져 있는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  5. 제4항에 있어서, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 관심 해부학적 조직의 위치는 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 환자 레퍼런스(21)의 위치의 함수로서, 그리고 상기 환자 레퍼런스(21)의 상기 방사선 비투과성 마커(27)가 보이는 상기 환자의 상기 관심 해부학적 조직의 의료 이미지의 함수로서 결정되는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  6. 제5항에 있어서, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 관심 해부학적 조직의 위치는 또한 상기 관심 해부학적 조직의 생물역학적 모델의 함수로서 결정되는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 쌍으로 직교하는 3개의 반사 디바이스(30)를 갖는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 의료용 로봇(10)의 관절식 암(13)의 원위 단부에 배치되도록 의도된 로봇 레퍼런스(robot reference)(11)를 더 갖고, 상기 로봇 레퍼런스(11)는 적어도 3개의 광마커(16)를 갖고, 서로에 상대적인 상기 광마커(16)의 각각의 위치는 선험적으로 상기 제어 장치(43)에 의해 알려져 있고,
    - 상기 로봇 레퍼런스(11)와 각각의 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 상기 광센서(41)는 상기 광마커(16)로부터 나오고 상기 광마커와 상기 광센서(41) 간의 직접적인 경로를 각각의 광센서에 대해 갖는 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(16)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 로봇 레퍼런스(11)의 각각의 광마커(16)에 대해 측정하도록 구성되고,
    - 상기 로봇 레퍼런스(11)와 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 상기 광센서(41)는 상기 광마커(16)로부터 나오고 각각의 광센서(41)를 향하여 상기 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 경로를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(16)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 로봇 레퍼런스(11)의 각각의 광마커(16)에 대해 측정하도록 구성되고,
    - 상기 제어 장치(43)는 따라서 상기 광센서(41)에 의해 수행된 측정을 기반으로 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 결정하도록 구성되는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  9. 제8항에 있어서, 관절식 암(13)을 가진 의료용 로봇(10)을 더 갖고, 상기 로봇 레퍼런스(11)는 상기 관절식 암(13)의 원위 단부에 배치되고, 상기 의료용 로봇(10)이 상기 관절식 암(13)의 관절 인코더를 더 가져서, 상기 의료용 로봇(10)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 언제든지 결정하는 것을 가능하게 하고, 상기 의료용 로봇(10)은 상기 의료용 로봇(10)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 상기 제어 장치(43)로 전송하도록 구성되고, 상기 제어 장치(43)는 그로부터 상기 환자(20)의 상기 관심 해부학적 조직에 대한, 상기 의료용 로봇(10)의 상기 관절식 암(13)의 상기 원위 단부에 부착된, 의료용 기구의 위치를 추론하도록 구성되는, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 환자 레퍼런스(21) 및/또는 상기 로봇 레퍼런스(11)의 상기 광마커(26, 16)는 능동적 마커이고, 상기 광마커(26, 16)로부터 나오는 상기 광학적 방사선은 상기 광마커(26, 16)에 의해 생성되는 적외선 방사선인, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 환자 레퍼런스(21) 및/또는 상기 로봇 레퍼런스(11)의 상기 광마커(26, 16)는 수동적 마커이고, 상기 광마커(26, 16)로부터 나오는 상기 광학적 방사선은 상기 로케이팅 디바이스(40)에 의해 생성되고 상기 광마커(26, 16)에 의해 반사되는 적외선 방사선인, 광학적 내비게이션 시스템(100).
  12. 환자(20)의 관심 해부학적 조직의 위치를 결정하기 위한 방법(200)으로서, 상기 방법(200)은 광학적 내비게이션 시스템(100)에 의해 구현되고, 상기 광학적 내비게이션 시스템은,
    - 적어도 2개의 광센서(41)를 가진 로케이팅 디바이스(40),
    - 적어도 3개의 광마커(26)를 가진 환자 레퍼런스(21)로서, 서로에 상대적인 상기 광마커(26)의 각각의 위치가 선험적으로 알려져 있고, 상기 환자(20)의 상기 관심 해부학적 조직에 배치되도록 의도되는, 상기 환자 레퍼런스(21)를 포함하되,
    상기 방법은 상기 광학적 내비게이션 시스템(100)이 반사 디바이스(30)를 더 갖고 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 반사 디바이스의 위치가 알려져 있는 것을 특징으로 하고, 상기 방법(200)은,
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 각각의 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 상기 광마커(26)로부터 나오고 상기 광마커(26)와 상기 광센서(41) 간의 직접적인 경로(22)를 각각의 광센서(41)에 대해 갖는 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(26)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 환자 레퍼런스(21)의 각각의 광마커(26)에 대해 측정하는 단계(201),
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 장애물(60)에 의해 차단될 때, 상기 광마커(26)로부터 나오고 각각의 광센서(41)를 향하여 상기 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 경로(23)를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(26)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 환자 레퍼런스(20)의 각각의 광마커(26)에 대해 측정하는 단계(202),
    - 따라서 상기 광센서(41)에 의해 수행되는 측정을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정하는 단계(203),
    - 상기 환자 레퍼런스(21)의 위치를 기반으로 상기 관심 해부학적 조직의 위치를 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임에서 결정하는 단계(204)
    를 포함하는, 방법(200).
  13. 제12항에 있어서,
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 각각의 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 이용 가능한 기간 동안, 상기 환자(20)의 호흡 주기 동안 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 환자 레퍼런스(21)가 따르는 이동(24)을 추정하는 단계(205),
    - 상기 환자 레퍼런스(21)와 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 더 이상 이용 가능하지 않은 때에, 한편으로는, 상기 환자 레퍼런스(21)의 상기 광마커(26)로부터 나오고 상기 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 상기 광학적 방사선을 기반으로 상기 광센서(41)에 의해 수행된 측정의 함수로서, 그리고 다른 한편으로는, 상기 환자 레퍼런스(21)의 추정된 이동(24)의 함수로서 상기 환자 레퍼런스(21)의 위치를 결정하는 단계(203)
    를 더 포함하는, 방법(200).
  14. 제13항에 있어서, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 관심 해부학적 조직의 위치의 결정(204)은 또한 상기 환자 레퍼런스(21)의 방사선 비투과성 마커(27)가 보이는 상기 환자(20)의 상기 관심 해부학적 조직의 의료 이미지를 기반으로 수행되는, 방법(200).
  15. 제14항에 있어서, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 관심 해부학적 조직의 위치의 결정(204)은 또한 상기 관심 해부학적 조직의 생물역학적 모델을 기반으로 수행되는, 방법(200).
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 내비게이션 시스템(100)은 의료용 로봇(10)의 관절식 암(13)의 원위 단부에 배치되도록 의도된 로봇 레퍼런스(11)를 더 갖고, 상기 로봇 레퍼런스(11)는 적어도 3개의 광마커(16)를 갖고, 서로에 상대적인 상기 광마커(16)의 각각의 위치는 선험적으로 알려져 있고, 방법(200)은,
    - 상기 로봇 레퍼런스(11)와 각각의 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 이용 가능할 때, 상기 광마커(16)로부터 나오고 상기 광마커(16)와 상기 광센서(41) 간의 직접적인 경로를 각각의 광센서(41)에 대해 갖는 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(16)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 로봇 레퍼런스(11)의 각각의 광마커(16)에 대해 측정하는 단계,
    - 상기 로봇 레퍼런스(11)와 광센서(41) 간의 직접적인 가시선이 장애물에 의해 차단될 때, 상기 광마커(16)로부터 나오고 각각의 광센서(41)를 향하여 상기 반사 디바이스(30)에 의해 반사되는 경로를 가진 광학적 방사선을 기반으로, 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 광마커(16)의 위치를 나타내는 매개변수를 상기 로봇 레퍼런스(11)의 각각의 광마커(16)에 대해 측정하는 단계,
    - 따라서 상기 광센서(41)에 의해 수행된 측정을 기반으로 상기 로케이팅 디바이스(40)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 결정하는 단계
    를 더 포함하는, 방법(200).
  17. 제16항에 있어서, 상기 광학적 내비게이션 시스템(100)은 관절식 암(13)을 가진 의료용 로봇(10)을 더 갖고, 상기 로봇 레퍼런스(11)는 상기 관절식 암(13)의 원위 단부에 배치되고, 상기 의료용 로봇(10)이 상기 관절식 암(13)의 관절 인코더를 더 가져서, 상기 의료용 로봇(10)의 상기 레퍼런스의 프레임 내 상기 로봇 레퍼런스(11)의 위치를 언제든지 결정하는 것을 가능하게 하고, 상기 방법(200)은 상기 환자(20)의 상기 관심 해부학적 조직에 대한, 상기 의료용 로봇(10)의 상기 관절식 암(13)의 상기 원위 단부에 부착된, 의료용 기구의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법(200).
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3124071B1 (fr) * 2021-06-16 2023-12-22 Quantum Surgical Robot médical pour le placement d’instruments médicaux sous guidage échographique
FR3124072B1 (fr) * 2021-06-16 2023-10-20 Quantum Surgical Robot équipé d’une sonde échographique pour le guidage temps-réel d’interventions percutanées
WO2023154301A2 (en) * 2022-02-08 2023-08-17 Mobius Imaging, Llc Resilient drape assemblies with guides for use with surgical robots
CN117653069B (zh) * 2024-01-31 2024-05-14 北京理工大学 一种脑部图像微波检测系统、方法、设备及存储介质

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2617823A1 (en) * 2005-08-03 2007-02-15 Nomir Medical Technologies, Inc. Near infrared microbial elimination laser systems (nimels) for use with medical devices
CN101528469A (zh) * 2006-08-24 2009-09-09 惠普开发有限公司 使用掩蔽的显影剂的光学数据记录用光活化对比系统
DE102007021183B4 (de) * 2007-05-05 2012-09-06 Ziehm Imaging Gmbh Vorrichtung zur Verwendung bei einem Kalibrierverfahren für eine Röntgendiagnostikeinrichtung sowie zugehöriges Kalibrierverfahren
WO2012143826A1 (en) * 2011-04-22 2012-10-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Patient localization system
CN102866433B (zh) * 2011-07-05 2015-11-25 科沃斯机器人有限公司 探测自移动机器人周边障碍物的探测装置及自移动机器人
US9511243B2 (en) * 2012-04-12 2016-12-06 University Of Florida Research Foundation, Inc. Prevention of setup errors in radiotherapy
KR101371384B1 (ko) * 2013-01-10 2014-03-07 경북대학교 산학협력단 트랙킹 시스템 및 이를 이용한 트랙킹 방법
IL229527A (en) * 2013-11-21 2015-06-30 Elbit Systems Ltd A wide-field medical tracking system
EP3188660A4 (en) * 2014-07-23 2018-05-16 Kineticor, Inc. Systems, devices, and methods for tracking and compensating for patient motion during a medical imaging scan
EP3197382A4 (en) * 2014-09-24 2018-06-13 7D Surgical Inc. Tracking marker support structure and surface registration methods employing the same for performing navigated surgical procedures
US11278354B2 (en) * 2015-09-10 2022-03-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for using tracking in image-guided medical procedure
CN109952070B (zh) * 2016-10-05 2022-02-01 纽文思公司 手术导航系统及相关方法
CN106802658B (zh) * 2017-03-21 2019-09-20 厦门大学 一种全自动高精度室内快速定位方法
CN109303544B (zh) * 2017-07-27 2021-04-02 香港理工大学 一种多尺度混合视力障碍分析仪及其分析方法
US11432877B2 (en) * 2017-08-02 2022-09-06 Medtech S.A. Surgical field camera system that only uses images from cameras with an unobstructed sight line for tracking
US10999493B2 (en) * 2017-12-22 2021-05-04 Medtech S.A. Scialytic light navigation
CN110051436B (zh) * 2018-01-18 2020-04-17 上海舍成医疗器械有限公司 自动化协同工作组件及其在手术器械中的应用
CN108186117A (zh) * 2018-02-28 2018-06-22 安徽大中润科技有限公司 一种分布式光学定位跟踪系统及方法
CN109464196B (zh) * 2019-01-07 2021-04-20 北京和华瑞博医疗科技有限公司 采用结构光影像配准的手术导航系统及配准信号采集方法
CN109938809A (zh) * 2019-03-13 2019-06-28 付立功 一种目标点定位导航系统和方法

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