KR20220123076A - 경피 접근을 위한 정렬 기법 - Google Patents

Abstract

인간 해부학적 구조 내의 위치에 대한 경피 접근을 위해 의료 기구를 정렬시키기 위한 기법은 의료 기구의 배향을 결정하는 것, 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치를 결정하는 것, 및 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 기법은 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치를 결정하는 것 및 평면 상의 투영된 위치와 표적 위치 사이의 거리를 나타내는 인터페이스 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다.

Description

경피 접근을 위한 정렬 기법

관련 출원(들)

본 출원은, 그 개시가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2019년 12월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 경피 접근을 위한 정렬 기법(ALIGNMENT TECHNIQUES FOR PERCUTANEOUS ACCESS)인 미국 가출원 제62/956,019호에 대한 우선권을 주장한다.

기술분야

본 개시는 의료 절차의 분야에 관한 것이다.

다양한 의료 절차는 치료 부위에 도달하기 위해 인간 해부학적 구조에 침투하도록 구성된 하나 이상의 장치의 사용을 수반한다. 소정의 수술 프로세스는 치료 부위에 도달하여 요로 결석과 같은 물체를 환자로부터 추출하기 위해 피부 및 환자의 다른 해부학적 구조를 통해 하나 이상의 장치를 삽입하는 것을 수반할 수 있다.

일부 구현예에서, 본 개시는, 의료 시스템의 제어 회로에 의해, 의료 기구의 적어도 일부분의 위치를 나타내는 센서 데이터를 수신하는 단계, 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 의료 기구의 배향을 결정하는 단계, 환자의 장기 내의 표적 위치를 결정하는 단계, 및 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다. 방법은 의료 기구의 배향에 적어도 부분적으로 기초하여, 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치(projected position)를 결정하는 단계, 평면 상의 투영된 위치와 표적 위치 사이의 제1 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들(interface elements)을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하는 단계; 및 인터페이스 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 인터페이스 요소들을 디스플레이하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 실시예에서, 평면을 결정하는 단계는 의료 기구의 진로(heading)가 평면에 수직이도록 평면을 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 의료 기구의 진로가 평면에 수직으로 유지되도록 의료 기구의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 업데이트하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 평면을 결정하는 단계는 의료 기구의 원위 단부와 표적 위치 사이의 라인(line)을 결정하는 단계 및 라인이 평면에 수직이도록 평면을 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 의료 기구의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 유지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 표적 위치를 결정하는 단계는 스코프(scope)로부터의 추가 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초한다. 또한, 평면을 결정하는 단계는 스코프의 진로가 평면에 수직이도록 평면을 결정하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 인터페이스 요소들을 디스플레이하는 단계는 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제2 인터페이스 요소의 중심으로부터 제2 거리에 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제1 인터페이스 요소를 디스플레이하는 단계를 포함한다. 제2 거리는 제1 거리 및 의료 기구의 팁(tip)과 평면 상의 표적 위치 사이의 삽입 거리에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.

일부 실시예에서, 방법은 표적 위치에 대한 의료 기구의 팁의 근접성을 나타내는 진행 표시자(progress indicator)를 디스플레이하는 단계, 의료 기구의 단위 이동에 대한 진행 표시자의 진행 변화량을 나타내는, 진행 표시자에 대한 진행 변화 파라미터(progress change parameter)를 제1 값으로 설정하는 단계, 의료 기구의 팁이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계, 및 의료 기구의 팁이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여, 진행 변화 파라미터를 제2 값으로 설정하는 단계를 추가로 포함한다. 제2 값은 의료 기구의 단위 이동에 대해 제1 값보다 큰 진행 표시자의 진행 변화량과 연관될 수 있다.

일부 구현예에서, 본 개시는, 인간 해부학적 구조에 경피적으로(percutaneously) 접근하도록 구성되는 의료 기구로부터 센서 데이터를 수신하도록 구성되는 통신 인터페이스, 및 통신 인터페이스에 통신가능하게 결합된 제어 회로를 포함하는, 의료 시스템에 관한 것이다. 제어 회로는 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 의료 기구의 배향을 결정하고, 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치를 결정하고, 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하고, 의료 기구의 배향에 적어도 부분적으로 기초하여, 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치를 결정하고; 평면 상의 투영된 위치와 표적 위치 사이의 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 의료 시스템은 인간 해부학적 구조의 내강을 통해 표적 위치에 접근하도록 구성되는 내시경을 추가로 포함한다. 내시경은 통신 인터페이스에 추가 센서 데이터를 제공하도록 구성되는 센서를 포함할 수 있다. 제어 회로는 추가 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 표적 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구의 진로가 평면에 수직이도록 평면을 결정하도록 구성된다. 제어 회로는 의료 기구의 진로가 평면에 수직으로 유지되도록 의료 기구의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 업데이트하도록 추가로 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구의 원위 단부와 표적 위치 사이의 라인을 결정하고 라인이 평면에 수직이도록 평면을 결정함으로써 평면을 결정하도록 구성된다. 제어 회로는 의료 기구의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 유지하도록 추가로 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 시스템은 신호를 생성하도록 구성되는 장치에 결합된 로봇 시스템을 포함하고, 센서 데이터는 신호에 적어도 부분적으로 기초한다. 제어 회로는 로봇 시스템에 대한 좌표 프레임(coordinate frame)에 적어도 부분적으로 기초하여 의료 기구에 대한 좌표 프레임을 결정하고, 하나 이상의 인터페이스 요소들이, 의료 기구에 대한 좌표 프레임에 대해 의료 기구의 이동 방향에 상관된 방향으로 인터페이스 내에서 이동하게 하도록 추가로 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 회로는 위치 변화 파라미터(position change parameter)를 제1 값으로 설정하고, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하고, 위치 변화 파라미터를 제2 값으로 설정하도록 추가로 구성된다. 위치 변화 파라미터는 의료 기구의 단위 이동에 대한 인터페이스 내에서의 하나 이상 인터페이스 요소들의 위치 변화량을 나타낼 수 있다. 제2 값은 의료 기구의 단위 이동에 대해 제1 값보다 큰 인터페이스 내에서의 하나 이상의 인터페이스 요소들의 위치 변화량과 연관될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 회로는 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 나타내는 진행 표시자가 디스플레이되게 하고, 진행 표시자에 대한 진행 변화 파라미터를 제1 값으로 설정하고, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하고, 진행 변화 파라미터를 제2 값으로 설정하도록 추가로 구성된다. 진행 변화 파라미터는 의료 기구의 단위 이동에 대한 진행 표시자의 진행 변화량을 나타낼 수 있다. 제2 값은 의료 기구의 단위 이동에 대해 제1 값보다 큰 진행 표시자의 진행 변화량과 연관될 수 있다.

일부 구현예에서, 본 개시는 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들에 관한 것으로서, 컴퓨터-실행가능 명령어들은, 제어 회로에 의해 실행될 때, 제어 회로로 하여금, 인간 해부학적 구조에 경피적으로 접근하도록 구성되는 의료 기구의 배향을 결정하는 동작, 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치를 결정하는 동작, 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 동작, 의료 기구의 배향에 적어도 부분적으로 기초하여, 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치를 결정하는 동작, 및 평면 상의 투영된 위치와 표적 위치 사이의 제1 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하는 동작을 포함하는 동작들을 수행하게 한다.

일부 실시예에서, 의료 기구의 진로가 평면에 수직이다. 동작들은 의료 기구의 진로가 평면에 수직으로 유지되도록 의료 기구의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 업데이트하는 동작을 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 평면은 의료 기구의 원위 단부와 표적 위치 사이의 라인에 수직이다. 동작들은 의료 기구의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 유지하는 동작을 추가로 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 동작들은 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제2 인터페이스 요소의 중심으로부터 제2 거리에 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제1 인터페이스 요소를 디스플레이하는 동작을 추가로 포함한다. 제2 거리는 제1 거리에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 제2 거리는 의료 기구의 팁과 평면 상의 표적 위치 사이의 삽입 거리에 적어도 부분적으로 추가로 기초할 수 있다.

일부 실시예에서, 동작들은 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 나타내는 진행 표시자가 디스플레이되게 하는 동작, 의료 기구가 제1 시간에 제1 양만큼 표적 위치에 더 가깝게 이동하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 진행 표시자를 제2 양만큼 업데이트하는 동작, 및 의료 기구가 제2 시간에 제1 양만큼 표적 위치에 더 가깝게 이동하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 진행 표시자를 제1 양보다 큰 제3 양만큼 업데이트하는 동작을 추가로 포함한다.

일부 실시예에서, 동작들은 의료 기구의 환경에 대한 다수의 영역들을 나타내는 진행 영역 데이터(progress region data)를 생성하는 동작, 제1 센서 데이터 및 진행 영역 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 다수의 영역들 중에서, 의료 기구가 위치된 영역을 결정하는 동작, 영역에 적어도 부분적으로 기초하여 의료 기구의 상태를 결정하는 동작, 및 상태의 표시가 디스플레이되게 하는 동작을 추가로 포함한다.

일부 구현예에서, 본 개시는, 의료 시스템의 제어 회로에 의해, 환자 내로 경피적으로 삽입되도록 구성되는 니들(needle)로부터 제1 센서 데이터를 수신하는 단계, 제1 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 제어 회로에 의해, 니들의 자세(pose)를 결정하는 단계, 제어 회로에 의해, 환자의 해부학적 내강 내에 적어도 부분적으로 배치된 내시경으로부터 제2 센서 데이터를 수신하는 단계, 제2 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 제어 회로에 의해, 환자의 장기 내의 표적 위치를 결정하는 단계, 제어 회로에 의해, 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 단계, 니들의 자세에 적어도 부분적으로 기초하여, 제어 회로에 의해, 평면 상의 니들의 투영된 위치를 결정하는 단계, 및 평면 상의 투영된 위치와 표적 위치 사이의 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.

일부 실시예에서, 방법은 하나 이상의 인터페이스 요소들을 인터페이스 내에 디스플레이하는 단계, 평면 상에 표현된 치수들 대 인터페이스 상에 표현된 치수들의 스케일링 비(scaling ratio)를 식별하는 단계, 니들이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계; 및 니들이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여, 스케일링 비를 업데이트하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 실시예에서, 방법은 위치 변화 파라미터를 제1 값으로 설정하는 단계, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여, 위치 변화 파라미터를 제2 값으로 설정하는 단계를 추가로 포함한다. 위치 변화 파라미터는 니들의 단위 위치 또는 배향 변화에 대한 인터페이스 내에서의 하나 이상 인터페이스 요소들의 위치 변화량을 나타낼 수 있다. 제2 값은 니들의 단위 위치 또는 배향 변화에 대해 제1 값보다 큰 인터페이스 내에서의 하나 이상의 인터페이스 요소들의 위치 변화량과 연관될 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 시스템은 전자기장 발생기(electromagnetic field generator)에 결합된 로봇 아암(robotic arm)을 포함하고, 제1 센서 데이터는 전자기장 발생기로부터의 전자기장들에 적어도 부분적으로 기초한다. 방법은 로봇 아암과 연관된 로봇 시스템에 대한 월드 좌표 프레임(world coordinate frame)을 결정하는 단계, 월드 좌표 프레임 내에 니들의 자세를 표현하는 단계, 월드 좌표 프레임 내에 평면을 표현하는 단계, 월드 좌표 프레임 내의 니들의 자세에 적어도 부분적으로 기초하여 월드 좌표 프레임 내에 표현된 평면에 대한 표적 좌표 프레임을 결정하는 단계, 표적 좌표 프레임에 적어도 부분적으로 기초하여 니들에 대한 좌표 프레임을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 인터페이스 요소들을, 니들에 대한 좌표 프레임에 대해 니들의 이동 방향에 상관된 방향으로 인터페이스 내에서 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 개시를 요약하기 위해, 소정 태양, 이점 및 특징이 기술되었다. 모든 그러한 이점이 반드시 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아님이 이해되어야 한다. 따라서, 개시된 실시예는 반드시 본 명세서에 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 이점을 달성하지 않고서 본 명세서에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.

다양한 실시예가 예시적인 목적으로 첨부 도면에 도시되어 있고, 어떠한 방식으로도 본 개시의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 상이한 개시된 실시예의 다양한 특징이 조합되어 본 개시의 일부인 추가 실시예를 형성할 수 있다. 도면 전체에 걸쳐, 도면 부호는 참조 요소들 사이의 대응을 나타내기 위해 재사용될 수 있다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른, 본 명세서에서 논의된 기법을 구현하도록 구성된 의료 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 위치 및/또는 배향에 관한 정보를 제공하기 위한 예시적인 인터페이스를 예시한 도면.
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른, 환자 내로 스코프를 삽입하는 것을 보조하도록 배열된 도 1의 의료 시스템의 평면도.
도 4는 하나 이상의 실시예에 따른, 환자 내에서 스코프를 내비게이팅하도록(navigate) 배열된 도 1의 의료 시스템의 평면도.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 환자 내로 니들을 삽입하는 것을 보조하도록 배열된 도 1의 의료 시스템의 평면도.
도 6-1 내지 도 6-11은 하나 이상의 실시예에 따른, 절차 동안 의료 기구의 정렬 및/또는 진행에 관한 정보를 제공하기 위한 예시적인 인터페이스를 예시한 도면.
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 표적 궤적에 대한 의료 기구의 정렬을 결정하고 정렬에 관한 정보를 제시하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 8은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 배향에 관한 정보를 제시하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 9는 하나 이상의 실시예에 따른, 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성에 관한 정보를 제시하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 10은 하나 이상의 실시예에 따른, 기구-정렬 요소와 연관된 위치 변화 파라미터를 설정 및/또는 업데이트하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 11은 하나 이상의 실시예에 따른, 도 1의 로봇 시스템의 예시적인 상세 사항을 예시한 도면.
도 12는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 1의 제어 시스템의 예시적인 상세 사항을 예시한 도면.
도 13-1 내지 도 13-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 자세가 변경됨에 따라 고정되어 유지되는 표현/평면 상으로 의료 기구의 자세를 매핑(mapping)하는 예시적인 기법을 예시한 도면.
도 14-1 내지 도 14-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 자세가 변경됨에 따라 업데이트되는 표현/평면 상으로 의료 기구의 자세를 매핑하는 예시적인 기법을 예시한 도면.
도 15-1 내지 도 15-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 자세가 변경됨에 따라 업데이트되는 표현/평면 상으로 의료 기구의 자세를 매핑하는 다른 예를 예시한 도면.
도 16-1 내지 도 16-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 자세가 변경됨에 따라 업데이트되는 표현/평면 상으로 의료 기구의 자세를 매핑하는 추가 예를 예시한 도면.
도 17은 하나 이상의 실시예에 따른, 인터페이스 내의 인터페이스 요소의 이동에 의료 기구의 이동을 상관시키기 위해 하나 이상의 좌표 프레임을 확립하기 위한 예시적인 기법을 예시한 도면.
도 18은 하나 이상의 실시예에 따른, 인터페이스에 대한 예시적인 적응형 표적설정 기법(adaptive targeting technique)을 예시한 도면.
도 19-1 및 도 19-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 삽입 거리에 기초하여 표적 평면을 스케일링하는 예시적인 기법을 예시한 도면.
도 19-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 표적 위치까지의 의료 기구의 거리에 대한 표적 평면의 스케일링의 예시적인 그래프를 예시한 도면.
도 20은 하나 이상의 실시예에 따른, 사용자가 의료 기구를 내비게이팅하는 것을 보조하기 위해 인터페이스를 통해 제공될 수 있는 예시적인 해부학적 시각화(anatomical visualization)를 예시한 도면.
도 21은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 상태를 결정하기 위해 구현/생성될 수 있는 예시적인 영역을 예시한 도면.
도 22는 하나 이상의 실시예에 따른, 표적 위치까지의 의료 기구의 거리에 대한 진행 백분율의 예시적인 그래프를 예시한 도면.
도 23은 하나 이상의 실시예에 따른, 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치와 평면 상의 표적 위치 사이의 거리를 나타내는 데이터를 생성하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 24는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 단위 이동에 대해 표시된 진행량을 업데이트하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 25는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 단위 배향/이동 변화에 대한 인터페이스 요소의 위치 변화량을 나타내는 위치 변화 파라미터를 업데이트하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 26은 하나 이상의 실시예에 따른, 평면 대 인터페이스의 스케일링 비를 업데이트하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 27은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구에 대한 좌표 프레임을 결정하고/하거나 의료 기구의 이동에 인터페이스 요소의 이동을 상관시키기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.
도 28은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구가 위치된 영역에 기초하여 의료 기구의 상태를 결정하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도.

본 명세서에 제공된 표제는 단지 편의를 위한 것이고, 본 개시의 범주 또는 의미에 반드시 영향을 주는 것은 아니다. 소정의 바람직한 실시예 및 예가 아래에 개시되지만, 발명 요지는 구체적으로 개시된 실시예를 넘어 다른 대안적인 실시예 및/또는 용도로 그리고 그의 변형 및 등가물로 확장된다. 따라서, 본 명세서로부터 발생할 수 있는 청구범위의 범주는 후술되는 특정 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 임의의 방법 또는 프로세스에서, 방법 또는 프로세스의 동작 또는 작동은 임의의 적합한 시퀀스로 수행될 수 있고, 반드시 임의의 특정한 개시된 시퀀스로 제한되지는 않는다. 소정 실시예를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 방식으로 다양한 동작이 다수의 개별 동작으로서 차례로 기술될 수 있지만; 설명의 순서는 이들 동작이 순서에 의존함을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 추가적으로, 본 명세서에 기술된 구조물, 시스템, 및/또는 장치는 통합된 컴포넌트로서 또는 별개의 컴포넌트로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예를 비교하기 위해, 이들 실시예의 소정 태양 및 이점이 기술된다. 모든 그러한 태양 또는 이점이 반드시 임의의 특정 실시예에 의해 달성되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, 다양한 실시예는 반드시 본 명세서에 또한 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 태양 또는 이점을 달성하지 않고서 본 명세서에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.

위치의 소정의 표준 해부학적 용어는 바람직한 실시예와 관련하여 동물, 즉 인간의 해부학적 구조를 지칭하기 위해 본 명세서에 사용될 수 있다. 소정의 공간적으로 상대적인 용어, 예컨대 "외측", "내측", "상부", "하부", "아래", "위", "수직", "수평", "상단부", "저부", 및 유사한 용어는 다른 장치/요소 또는 해부학적 구조물에 대한 하나의 장치/요소 또는 해부학적 구조물의 공간 관계를 기술하기 위해 본 명세서에 사용되지만, 이들 용어는 도면에 예시된 바와 같이, 요소(들)/구조물(들) 사이의 위치 관계를 기술하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에 사용되는 것으로 이해된다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여, 사용 또는 동작 중인 요소(들)/구조물(들)의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 다른 요소/구조물 "위"에 있는 것으로 기술된 요소/구조물이 대상 환자 또는 요소/구조물의 대안적인 배향과 관련하여 그러한 다른 요소/구조물 아래에 또는 옆에 있는 위치를 표현할 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

개요

본 개시는 의사 또는 다른 사용자가 인간 해부학적 구조 내의 위치에 대한 경피 접근을 위해 의료 기구를 정렬시키는 것을 보조하기 위한 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이다. 본 개시의 소정 태양이 신장, 비뇨기과학, 및/또는 신장학 절차, 예컨대 신장 결석 제거/치료 절차의 맥락에서 본 명세서에 상세히 기술되지만, 그러한 맥락은 편의상 그리고 명확함을 위해 제공되고, 본 명세서에 개시된 개념은 임의의 적합한 의료 절차에 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 언급된 바와 같이, 신장/비뇨기 해부학적 구조 및 연관된 의학적 문제 및 절차의 설명은 본 명세서에 개시된 개념의 설명을 보조하기 위해 아래에 제시된다.

요로 결석증으로도 알려진 신장 결석 질환은 "신장 결석", "요로 결석", "신결석", "신장 결석증", 또는 "신석증"으로 지칭되는, 물질의 고체 조각의 요로 내의 형성을 수반하는 비교적 일반적인 의학적 질환이다. 요로 결석은 신장, 요관, 및 방광("방광 결석"으로 지칭됨)에서 형성되고/되거나 발견될 수 있다. 그러한 요로 결석은 농축된 광물의 결과로서 형성되고, 일단 결석이 요관 또는 요도를 통한 소변 흐름을 방해하기에 충분한 크기에 도달하면 상당한 복부 통증을 유발할 수 있다. 요로 결석은 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스테인, 및/또는 다른 화합물로부터 형성될 수 있다.

방광 및 요관으로부터 요로 결석을 제거하기 위해, 의사는 요도를 통해 요로 내로 요관경을 삽입할 수 있다. 전형적으로, 요관경은 그의 원위 단부에서 요로의 시각화를 가능하게 하도록 구성된 내시경을 포함한다. 요관경은 또한 요로 결석을 포획하거나 부수기 위해 쇄석술 메커니즘을 포함할 수 있다. 요관경술 절차 동안, 한 명의 의사/전문가가 요관경의 위치를 제어할 수 있고, 한편 다른 한 명의 의사/전문가가 쇄석술 메커니즘을 제어할 수 있다.

신장으로부터 비교적 큰 결석(즉, "신장 결석")을 제거하기 위해, 의사는, 결석(들)을 부수고 그리고/또는 제거하기 위해 피부를 통해 신장경을 삽입하는 것을 포함하는 경피 신절석술(percutaneous nephrolithotomy, PCNL) 기법을 사용할 수 있다. 신장 결석(들)의 위치를 찾아내는 것은 신장경의 삽입을 위한 표적을 제공하기 위한 형광투시법을 사용하여 달성될 수 있다. 그러나, 형광투시법은 형광투시경 자체의 비용뿐만 아니라 형광투시경을 동작시키기 위한 전문가의 비용으로 인해 신절석술 절차의 비용을 증가시킨다. 형광투시법은 또한 환자를 장기간 동안 방사선에 노출시킨다. 형광투시법에 의해서도, 신장 결석에 접근하기 위한 경피 절개부를 정확하게 형성하는 것이 어렵고 바람직하지 않게 부정확할 수 있다. 또한, 일부 신절석술 기법은 2일 또는 3일의 입원 환자 체류를 수반한다. 요컨대, 소정의 신절석술 기법은 비교적 고가이고 환자에게 문제가 될 수 있다.

일부 구현예에서, 본 개시는 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치에 대한 경피 접근을 위해 의료 기구를 정렬시키는 것을 보조하기 위한 기법 및 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 의료 절차를 수행하기 위해, 의사 또는 다른 사용자는 환자 내의 표적 위치에 접근하기 위해, 예컨대 신장 내에 위치된 신장 결석을 제거하기 위해 의료 기구를 사용할 수 있다. 표적 위치는 원하는 유두(papilla) 또는 신장 내의 다른 위치와 같은, 환자의 해부학적 구조에 접근하기 위한 의료 기구에 대한 원하는 위치를 표현할 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 기법 및 시스템은 의사 또는 다른 사용자가 의료 기구를 적절한 배향으로 정렬시키는 것 및/또는 의료 기구를 표적 위치에 도달하도록 환자 내로 삽입하는 것을 보조하기 위해 의료 기구의 배향/위치에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기법 및 시스템은 표적 궤적/자세에 대한 의료 기구의 현재 배향을 나타내는 시각적 표현, 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 나타내는 시각적 표현, 및/또는 의료 기구 및/또는 절차에 관한 다른 정보를 제공할 수 있다. 표적 궤적은 환자 상의 진입 지점으로부터, 예컨대 환자의 피부 상의 위치로부터 표적 위치에 접근하기 위한 원하는 경로를 표현할 수 있다. 그러한 정보를 제공함으로써, 의사 또는 다른 사용자는 의료 기구를 표적 위치에 도달하도록 정확하게 조종/조작하고, 환자의 해부학적 구조에 대한 손상을 최소화하는 방식으로 의료 절차를 수행할 수 있다.

많은 실시예에서, 기법 및 시스템은 피부, 점막, 및/또는 다른 신체 층 내에 천공부 및/또는 절개부를 형성함으로써 표적 위치에 대한 접근이 달성되는 임의의 절차를 포함할 수 있는 경피 절차의 맥락에서 논의된다. 그러나, 기법 및 시스템은, 예를 들어 최소 침습 절차(예컨대, 복강경술), 비-침습 절차(예컨대, 내시경술), 치료 절차, 진단 절차, 경피 절차, 비-경피 절차, 또는 다른 유형의 절차를 포함하는, 임의의 의료 절차의 맥락에서 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 내시경술 절차는 기관지경술, 요관경술, 위내시경술, 신장경술, 신절석술 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복강경술 절차 또는 다른 절차의 맥락에서, 기법 및 시스템은 제1 의료 기구를 제2 의료 기구/해부학적 위치에 정렬시키기 위해, 예컨대 포트 배치를 안내하기 위해(예컨대, 제1 투관침을 제2 투관침/해부학적 위치에 정렬시키기 위해) 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 진단 절차의 맥락에서, 기법 및 시스템은 전자기 센서가 장착된 초음파 프로브를 해부학적 표적에 정렬시키기 위해 또는 사용자를 해부학적 구조, 예컨대 3차원(3D) 신장 해부학적 구조를 재건하기 위한 일 세트의 표적 배향으로 안내하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 내시경술 절차의 맥락에서, 기법 및 시스템은 마킹된 위치, 예컨대 종양의 위치에서 생검을 수행하면서 기관지경의 위치를 안내하기 위해 사용될 수 있다.

의료 시스템

도 1은 본 개시의 태양에 따른, 다양한 의료 절차를 수행하기 위한 예시적인 의료 시스템(100)을 예시한다. 의료 시스템(100)은 환자(130)에게 절차를 수행하기 위해 의료 기구(120)와 맞물리고/맞물리거나 의료 기구를 제어하도록 구성된 로봇 시스템(110)을 포함한다. 의료 시스템(100)은 또한, 로봇 시스템(110)과 인터페이싱하고, 절차에 관한 정보를 제공하고/하거나, 다양한 다른 동작을 수행하도록 구성된 제어 시스템(140)을 포함한다. 예를 들어, 제어 시스템(140)은 의사(160)를 보조하도록 소정 정보를 제시하기 위한 디스플레이(들)(142)를 포함할 수 있다. 의료 시스템(100)은 환자(130)를 유지시키도록 구성된 테이블(150)을 포함할 수 있다. 시스템(100)은 전자기(electromagnetic, EM) 필드 발생기(field generator)(180)를 추가로 포함할 수 있고, 이는 로봇 시스템(110)의 하나 이상의 로봇 아암(112)에 의해 유지될 수 있거나, 독립형 장치일 수 있다. 예에서, 의료 시스템(100)은 또한, C-아암에 통합되고/되거나 형광투시법-유형 절차를 위한 것과 같은 절차 동안 이미징을 제공하도록 구성될 수 있는 이미징 장치(190)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 이미징 장치(190)는 제거된다.

일부 구현예에서, 의료 시스템(100)은 경피 절차를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 환자(130)가 요로를 통해 제거되기에는 너무 큰 신장 결석을 갖는 경우, 의사(160)는 환자(130) 상의 경피 접근 지점을 통해 신장 결석을 제거하기 위한 절차를 수행할 수 있다. 예시하기 위해, 의사(160)는 의료 기구(120)(예컨대, 스코프)를 요도로부터, 방광을 통해, 요관 위로, 그리고 결석이 위치된 신장 내로 전진시키고 내비게이팅하기 위해 로봇 시스템(110)을 제어하도록 제어 시스템(140)과 상호작용할 수 있다. 제어 시스템(140)은 의사(160)가 의료 기구(120)를 내비게이팅하는 것을 보조하기 위해 의료 기구(120)에 관한 정보, 예컨대 그에 의해 캡처된 실시간 이미지를 디스플레이(들)(142)를 통해 제공할 수 있다.

일단 신장 결석의 부위에(예컨대, 신장의 신배(calyx) 내에) 있게 되면, 의료 기구(120)는 신장에 경피적으로 접근하는 의료 기구(170)를 위한 표적 위치(예컨대, 신장에 접근하기 위한 원하는 지점)를 지정/태깅하는(tag) 데 사용될 수 있다. 신장 및/또는 주변 해부학적 구조에 대한 손상을 최소화하기 위해, 의사(160)는 의료 기구(170)로 신장 내로 진입하기 위한 표적 위치로서 특정 유두를 지정할 수 있다. 그러나, 다른 표적 위치가 지정되거나 결정될 수 있다. 의사가 의료 기구(170)를 특정 유두를 통해 환자(130) 내로 삽입하는 것을 보조하기 위해, 제어 시스템(140)은 기구 정렬 인터페이스(144)를 제공할 수 있고, 이는 표적 궤적(예컨대, 원하는 접근 경로)에 대한 의료 기구(170)의 배향의 정렬을 나타내기 위한 시각화, 표적 위치를 향해 의료 기구(170)를 삽입하는 것의 진행을 나타내기 위한 시각화, 및/또는 다른 정보를 포함할 수 있다. 일단 의료 기구(170)가 표적 위치에 도달하였으면, 의사(160)는 예컨대 경피 접근 지점을 통해 환자(130)로부터 신장 결석을 추출하기 위해 의료 기구(170) 및/또는 다른 의료 기구를 사용할 수 있다.

위의 경피 절차 및/또는 다른 절차가 의료 기구(120)를 사용하는 맥락에서 논의되지만, 일부 구현예에서, 경피 절차는 의료 기구(120)의 보조 없이 수행될 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)은 다양한 다른 절차를 수행하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 많은 실시예가 의사(160)가 의료 기구(170)를 사용하는 것으로 기술하지만, 의료 기구(170)는 대안적으로 의료 시스템(100)의 컴포넌트에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구(170)는 로봇 시스템(110)(예컨대, 하나 이상의 로봇 아암(112))에 의해 유지/조작될 수 있고, 본 명세서에서 논의된 기법은 의료 기구(170)를 표적 위치에 도달하도록 적절한 배향으로 삽입하기 위해 로봇 시스템(110)을 제어하도록 구현될 수 있다.

도 1의 예에서, 의료 기구(120)는 스코프로서 구현되고, 의료 기구(170)는 니들로서 구현된다. 따라서, 논의의 용이함을 위해, 의료 기구(120)는 "스코프(120)" 또는 "루멘(lumen)-기반 의료 기구(120)"로 지칭되고, 의료 기구(170)는 "니들(170)" 또는 "경피 의료 기구(170)"로 지칭된다, 그러나, 의료 기구(120)와 의료 기구(170)는, 예를 들어 스코프(때때로 "내시경"으로 지칭됨), 니들, 카테터(catheter), 가이드와이어, 쇄석기, 바스켓 회수 장치(basket retrieval device), 겸자, 진공, 니들, 메스(scalpel), 이미징 프로브, 조오(jaw), 가위, 파지기, 니들 홀더, 미세 절개기, 스테이플 어플라이어(staple applier), 택커(tacker), 흡입/관주 도구, 클립 어플라이어(clip applier) 등을 포함하는, 적합한 유형의 의료 기구로서 각각 구현될 수 있다. 일부 실시예에서 의료 기구가 조향가능 장치인 반면, 다른 실시예에서 의료 기구가 비-조향가능 장치이다. 일부 실시예에서, 수술 도구는 니들, 메스, 가이드와이어 등과 같은, 인간 해부학적 구조를 통해 천공하거나 삽입되도록 구성된 장치를 지칭한다. 그러나, 수술 도구는 다른 유형의 의료 기구를 지칭할 수 있다.

일부 실시예에서, 스코프(120) 및/또는 니들(170)과 같은 의료 기구는, 다른 장치로 송신될 수 있는 센서 데이터를 생성하도록 구성된 센서를 포함한다. 예에서, 센서 데이터는 의료 기구의 위치/배향을 나타낼 수 있고/있거나 의료 기구의 위치/배향을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서는 전도성 재료의 코일을 가진 전자기(EM) 센서를 포함할 수 있다. 여기서, EM 필드 발생기(180)와 같은 EM 필드 발생기가 의료 기구 상의 EM 센서에 의해 검출되는 EM 필드를 제공할 수 있다. 자기장은 EM 센서의 코일 내에 소전류(small current)를 유도할 수 있고, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및/또는 각도/배향을 결정하기 위해 분석될 수 있다. 또한, 의료 기구는 카메라, 거리 센서, 레이더 장치, 형상 감지 섬유, 가속도계, 자이로스코프, 가속도계, 위성-기반 위치확인 센서(예컨대, GPS(global positioning system)), 무선-주파수 송수신기 등과 같은, 센서 데이터를 생성하도록 구성된 다른 유형의 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 센서가 의료 기구의 원위 단부 상에 위치되고, 한편 다른 실시예에서 센서가 의료 기구 상의 다른 위치에 위치된다. 일부 실시예에서, 의료 기구 상의 센서는 센서 데이터를 제어 시스템(140)에 제공할 수 있고, 제어 시스템(140)은 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정/추적하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법을 수행할 수 있다.

용어 "스코프" 또는 "내시경"은 그들의 넓고 통상적인 의미에 따라 본 명세서에 사용되고, 이미지 생성, 관찰, 및/또는 캡처링 기능을 갖고 임의의 유형의 장기, 공동, 내강, 챔버, 및/또는 신체의 공간 내로 도입되도록 구성된 임의의 유형의 세장형 의료 기구를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 스코프 또는 내시경에 대한 본 명세서의 언급은 (예컨대, 요로에 접근하기 위한) 요관경, 복강경, (예컨대, 신장에 접근하기 위한) 신장경, (예컨대, 기관지와 같은 기도에 접근하기 위한) 기관지경, (예컨대, 결장에 접근하기 위한) 결장경, (예컨대, 관절에 접근하기 위한) 관절경, (예컨대, 방광에 접근하기 위한) 방광경, 보어스코프(borescope) 등을 지칭할 수 있다.

스코프는 해부학적 구조의 이미지를 캡처하기 위해 환자의 해부학적 구조 내로 삽입되도록 구성된 튜브형이고/이거나 가요성인 의료 기구를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프는 광학 카메라와 같은 이미징 장치를 포함할 수 있는, 광학 조립체 및 스코프의 원위 단부로/로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다. 카메라/이미징 장치는 신장의 표적 신배/유두와 같은, 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 스코프는 발광 다이오드와 같은, 근위에 위치된 광원으로부터 스코프의 원위 단부로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용하도록 추가로 구성될 수 있다. 스코프의 원위 단부는 카메라/이미징 장치를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위해 광원을 위한 포트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프는 로봇 시스템(110)과 같은 로봇 시스템에 의해 제어되도록 구성된다. 이미징 장치는 광섬유, 섬유 어레이, 및/또는 렌즈를 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트는 스코프의 팁의 이동이 이미징 장치에 의해 캡처되는 이미지에 대한 변화를 생성하게 하도록 스코프의 팁과 함께 이동할 수 있다.

스코프는 스코프가 인간 해부학적 구조 내에서 조향될 수 있도록, 예컨대 스코프의 적어도 원위 부분과 관련하여 관절운동가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프는 예를 들어, X, Y, Z 좌표 이동뿐만 아니라, 피치(pitch), 요(yaw), 및 롤(roll)을 포함하는 5 또는 6 자유도(degree of freedom)로 관절운동되도록 구성된다. 스코프의 위치 센서(들)는 마찬가지로 그들이 생성/제공하는 위치 정보와 관련하여 유사한 자유도를 가질 수 있다. 스코프는 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내측 리더(leader) 부분 및 외측 시스(sheath) 부분을 포함할 수 있고, 이는 스코프를 삽통식으로 연장시키도록 조작될 수 있다. 스코프는, 일부 경우에, 강성 또는 가요성 튜브를 포함할 수 있고, 외측 시스, 카테터, 삽입기(introducer), 또는 다른 루멘-유형 장치 내에서 통과되도록 치수설정될 수 있거나, 그러한 장치 없이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프는 의료 기구(예컨대, 쇄석기, 바스켓팅 장치(basketing device), 겸자 등)의 전개, 관주, 및/또는 스코프의 원위 단부에서의 수술 영역에 대한 흡인을 위한 작업 채널(working channel)을 포함한다.

로봇 시스템(110)은 의료 절차의 실행을 적어도 부분적으로 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 로봇 시스템(110)은 특정 절차에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 로봇 시스템(110)은 절차를 수행하기 위해 스코프(120)와 맞물리고/맞물리거나 스코프를 제어하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암(112)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 로봇 아암(112)은 조인트(joint)에 결합된 다수의 아암 세그먼트(arm segment)를 포함할 수 있고, 이는 다중 이동도(degree of movement)를 제공할 수 있다. 도 1의 예에서, 로봇 시스템(110)은 환자(130)의 다리에 근접하게 위치되고, 로봇 아암(112)은 환자(130)의 요도와 같은 접근 지점 내로의 접근을 위해 스코프(120)와 맞물리고 스코프를 위치시키도록 작동된다. 로봇 시스템(110)이 적절하게 위치될 때, 스코프(120)는 로봇 아암(112)을 사용하여 로봇으로, 의사(160)에 의해 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자(130) 내로 삽입될 수 있다. 로봇 아암(112)은 또한, 치료 부위 부근에, 예컨대 환자(130)의 신장에 대한 근접성 내에 위치될 수 있는 EM 필드 발생기(180)에 연결될 수 있다.

로봇 시스템(110)은 또한 하나 이상의 로봇 아암(112)에 결합된 지지 구조물(114)을 포함할 수 있다. 지지 구조물(114)은 제어 전자장치/회로, 하나 이상의 전원, 하나 이상의 공압장치, 하나 이상의 광원, 하나 이상의 액추에이터(actuator)(예컨대, 하나 이상의 로봇 아암(112)을 이동시키기 위한 모터), 메모리/데이터 저장소, 및/또는 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 구조물(114)은, 입력, 예컨대 로봇 시스템(110)을 제어하기 위한 사용자 입력을 수신하고/하거나 출력, 예컨대 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface, GUI), 로봇 시스템(110)에 관한 정보, 절차에 관한 정보 등을 제공하도록 구성된 입력/출력(I/O) 장치(들)(116)를 포함한다. I/O 장치(들)(116)는 디스플레이, 터치스크린, 터치패드, 프로젝터, 마우스, 키보드, 마이크, 스피커 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 시스템(110)은 로봇 시스템(110)이 절차를 위해 적절하거나 원하는 위치에 위치될 수 있도록 이동가능하다(예컨대, 지지 구조물(114)이 휠을 포함함). 다른 실시예에서, 로봇 시스템(110)은 고정형 시스템이다. 또한, 일부 실시예에서, 로봇 시스템(112)은 테이블(150)에 통합된다.

로봇 시스템(110)은 제어 시스템(140), 테이블(150), EM 필드 발생기(180), 스코프(120), 및/또는 니들(170)과 같은, 의료 시스템(100)의 임의의 컴포넌트에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 시스템은 제어 시스템(140)에 통신가능하게 결합된다. 일례에서, 로봇 시스템(110)은 동작을 수행하기 위해, 예컨대 특정 방식으로 로봇 아암(112)을 위치시키고, 스코프(120)를 조작하는 등을 위해 제어 시스템(140)으로부터 제어 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 이에 응답하여, 로봇 시스템(110)은 동작을 수행하기 위해 로봇 시스템(110)의 컴포넌트를 제어할 수 있다. 다른 예에서, 로봇 시스템(110)은 환자(130)의 내부 해부학적 구조를 묘사하는 이미지를 스코프(120)로부터 수신하고/하거나, 이어서 디스플레이(들)(142) 상에 디스플레이될 수 있는 그러한 이미지를 제어 시스템(140)에 송신하도록 구성된다. 또한, 일부 실시예에서, 로봇 시스템(110)은 제어 시스템(140)과 같은, 의료 시스템(100)의 컴포넌트에, 그로부터 유체, 광학계, 전력 등이 수용되도록 허용하는 방식으로 결합된다. 로봇 시스템(110)의 예시적인 상세 사항이 도 11을 참조하여 아래에서 더 상세히 논의된다.

제어 시스템(140)은 의료 절차를 수행하는 것을 보조하기 위해 다양한 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 로봇 시스템(110)에 결합되고, 환자(130)에게 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템(110)과 협력하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(140)은 (예컨대, 로봇 시스템(110) 및/또는 스코프(120)를 제어하고, 스코프(120)에 의해 캡처된 이미지(들)를 수신하는 등을 위해) 무선 또는 유선 접속을 통해 로봇 시스템(110)과 통신하고, 하나 이상의 유체 채널을 통해 로봇 시스템(110)에 유체를 제공하고, 하나 이상의 전기 접속부를 통해 로봇 시스템(110)에 전력을 제공하고, 하나 이상의 광섬유 또는 다른 컴포넌트를 통해 로봇 시스템(110)에 광학계를 제공하는 등을 할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 니들(170) 및/또는 내시경(120)으로부터(로봇 시스템(110)을 통해 그리고/또는 니들(170) 및/또는 내시경(120)으로부터 직접) 센서 데이터를 수신하기 위해 니들(170) 및/또는 스코프(170)와 통신할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 테이블(150)과 통신하여 테이블(150)을 특정 배향으로 위치시키거나 달리 테이블(150)을 제어할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 EM 필드 발생기(180)와 통신하여 환자(130) 주위의 EM 필드의 발생을 제어할 수 있다.

제어 시스템(140)은 의사(160) 또는 다른 사람이 의료 절차를 수행하는 것을 보조하도록 구성된 다양한 I/O 장치를 포함한다. 이러한 예에서, 제어 시스템(140)은 스코프(120)를 제어하기 위해, 예컨대 환자(130) 내에서 스코프(120)를 내비게이팅하기 위해 의사(160) 또는 다른 사용자에 의해 이용되는 I/O 장치(들)(146)를 포함한다. 예를 들어, 의사(160)는 I/O 장치(들)(146)를 통해 입력을 제공할 수 있고, 이에 응답하여, 제어 시스템(140)은 스코프(120)를 조작하도록 로봇 시스템(110)에 제어 신호를 송신할 수 있다. I/O 장치(들)(146)가 도 1의 예에서 제어기로서 예시되어 있지만, I/O 장치(들)(146)는 터치스크린, 터치 패드, 마우스, 키보드 등과 같은 다양한 유형의 I/O 장치로서 구현될 수 있다.

또한 도 1에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(140)은 절차에 관한 다양한 정보를 제공하기 위한 디스플레이(들)(142)를 포함할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 디스플레이(들)(142)는 의사(160)가 니들(170)을 조작하는 것을 보조하기 위해 기구 정렬 인터페이스(144)를 제시할 수 있다. 디스플레이(들)(142)는 또한 스코프(120)에 관한 정보를 (예컨대, 기구 정렬 인터페이스(144) 및/또는 다른 인터페이스를 통해) 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(140)은 스코프(120)에 의해 캡처된 실시간 이미지를 수신하고, 디스플레이(들)(142)를 통해 실시간 이미지를 디스플레이할 수 있다. 예시적인 기구 정렬 인터페이스가 도 2에 예시되어 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어 시스템(140)은 환자(130)와 연관된 의료용 모니터 및/또는 센서로부터 신호(예컨대, 아날로그, 디지털, 전기, 음향/음파, 공압, 촉각, 수압 등)를 수신할 수 있고, 디스플레이(들)(142)는 환자(130)의 건강 또는 환경에 관한 정보를 제시할 수 있다. 그러한 정보는, 예를 들어 심박수(예컨대, ECG, HRV 등), 혈압/혈류량, 근육 생체-신호(예컨대, EMG), 체온, 혈중 산소 포화도(예컨대, SpO₂), CO₂, 뇌파(예컨대, EEG), 환경 및/또는 국소 또는 심부 체온 등을 포함하는, 의료용 모니터를 통해 디스플레이되는 정보를 포함할 수 있다.

제어 시스템(140)의 기능을 용이하게 하기 위해, 제어 시스템(140)은 다양한 컴포넌트(때때로 "서브시스템"으로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(140)은 제어 전자장치/회로뿐만 아니라, 하나 이상의 전원, 공압장치, 광원, 액추에이터, 메모리/데이터 저장 장치, 및/또는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은, 실행될 때, 다양한 동작이 구현되게 하는 실행가능 명령어를 저장하도록 구성된 컴퓨터-기반 제어 시스템을 포함하는 제어 회로를 포함한다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 도 1에 도시된 것과 같이 이동가능하지만, 다른 실시예에서, 제어 시스템(140)은 고정형 시스템이다. 다양한 기능 및 컴포넌트가 제어 시스템(140)에 의해 구현되는 것으로 논의되지만, 이러한 기능 및/또는 컴포넌트들 중 임의의 것이 로봇 시스템(110), 테이블(150), 및/또는 EM 발생기(180)(또는 심지어 스코프(120) 및/또는 니들(170))와 같은 다른 시스템 및/또는 장치에 통합되고/되거나 그에 의해 수행될 수 있다. 제어 시스템(140)의 예시적인 상세 사항이 도 12를 참조하여 아래에서 더 상세히 논의된다.

이미징 장치(190)는 하나 이상의 x-선 또는 CT 이미지와 같은, 절차 동안 환자(130)의 하나 이상의 이미지를 캡처/생성하도록 구성될 수 있다. 예에서, 이미징 장치(190)로부터의 이미지는 의사(160)가 절차를 수행하는 것을 보조하기 위해 환자(130) 내의, 스코프(120) 및/또는 니들(170)과 같은 의료 기구 및/또는 해부학적 구조를 관찰하도록 실시간으로 제공될 수 있다. 이미징 장치(190)는 (예컨대, 환자(130) 내의 조영제에 의한) 형광투시법 또는 다른 유형의 이미징 기법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 도 1에 도시되어 있지만, 많은 실시예에서, 이미징 장치(190)는 절차를 수행하기 위해 구현되지 않고/않거나 (C-아암을 포함하여) 이미징 장치(190)는 제거된다.

의료 시스템(100)의 다양한 컴포넌트는 무선 및/또는 유선 네트워크를 포함할 수 있는 네트워크를 통해 서로 통신가능하게 결합될 수 있다. 예시적인 네트워크는 하나 이상의 개인 영역 네트워크(PAN), 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN), 인터넷 영역 네트워크(IAN), 셀룰러 네트워크, 인터넷 등을 포함한다. 또한, 일부 실시예에서, 의료 시스템(100)의 컴포넌트는 하나 이상의 지원 케이블, 튜브 등을 통해 데이터 통신, 유체/기체 교환, 전력 교환 등을 위해 연결된다.

의료 시스템(100)은 의사가 절차(예컨대, 기구 추적, 기구 정렬 정보 등)를 수행하는 것을 보조하기 위한 안내를 제공하는 것, 의사가 다루기 어려운 아암 움직임 및/또는 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행할 수 있게 하는 것, 한 명의 의사가 하나 이상의 의료 기구로 절차를 수행할 수 있게 하는 것, (예컨대, 형광투시법 기법과 연관된) 방사선 노출을 회피하는 것, 절차가 단일-수술 설정으로 수행될 수 있게 하는 것, (예컨대, 신장 결석을 제거하기 위해) 물체를 더욱 효율적으로 제거하기 위한 연속적인 흡입을 제공하는 것 등과 같은, 다양한 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템(100)은 의사가 해부학적 구조(예컨대, 주요 장기, 혈관 등)에 대한 출혈 및/또는 손상을 최소화하면서 표적 해부학적 특징부에 접근하기 위해 다양한 의료 기구를 사용하는 것을 보조하기 위한 안내 정보를 제공할 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)은 방사선에 대한 의사 및 환자 노출을 감소시키고/시키거나 수술실 내의 장비의 양을 감소시키기 위해 비-방사선-기반 내비게이션 및/또는 위치결정 기법을 제공할 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)은 독립적으로 이동가능할 수 있는, 적어도 제어 시스템(140)과 로봇 시스템(110) 사이에 분배되는 기능을 제공할 수 있다. 그러한 기능의 분배 및/또는 이동성은 제어 시스템(140) 및/또는 로봇 시스템(110)이 특정 의료 절차에 최적인 위치에 배치되는 것을 가능하게 할 수 있고, 이는 환자 주위의 작업 영역을 최대화하고/하거나, 의사가 절차를 수행하기 위한 최적화된 위치를 제공할 수 있다.

다양한 기법 및 시스템이 로봇-보조식 절차(예컨대, 의료 시스템(100)을 적어도 부분적으로 사용하는 절차)로서 구현되는 것으로 논의되지만, 기법 및 시스템은 다른 절차에서, 예컨대 완전-로봇 의료 절차, 인간-전용 절차(예컨대, 로봇 시스템이 없음) 등에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템(100)은 의료 기구를 보유/조작하는 의사가 없는 절차(예컨대, 완전-로봇 절차)를 수행하는 데 사용될 수 있다. 즉, 스코프(120) 및 니들(170)과 같은, 절차 동안 사용되는 의료 기구는 의료 시스템(100)의 컴포넌트, 예컨대 로봇 시스템(110)의 로봇 아암(들)(112)에 의해 각각 보유/제어될 수 있다.

예시적인 인터페이스

도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 위치 및/또는 배향에 관한 정보 및/또는 의료 절차에 관한 다른 정보를 제공하기 위한 예시적인 기구-정렬 인터페이스(200)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 기구-정렬 인터페이스(200)(때때로 "기구-정렬 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)(200")로 지칭됨)는 스코프와 같은 제1 의료 기구에 의해 캡처된 이미지(들)(212)를 제공하기 위한 스코프 섹션(210), 및 니들과 같은 제2 의료 기구의 배향에 관한 정보를 제공하기 위한 정렬 섹션(220)을 포함할 수 있다. 스코프 섹션(210) 및 정렬 섹션(220)이 동일한 기구-정렬 인터페이스(200)에 포함되는 것으로 예시되어 있지만, 일부 실시예에서, 기구-정렬 인터페이스(200)는 섹션들(210, 220) 중 하나만을 포함한다. 예를 들어, 정렬 섹션(220)은 기구-정렬 인터페이스(200)의 일부로서 포함될 수 있고, 스코프 섹션(210)은 추가 인터페이스 내에 포함될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 스코프 섹션(210) 및/또는 정렬 섹션(220)은, 예컨대 정렬 섹션(220)이 스코프 섹션(212)의 적어도 일부분 상에 오버레이된(overlaid) 상태, 스코프 섹션(212)에 정렬 섹션(220)과 상이한 형태로 정렬 정보가 제시되는 상태 등으로, 증강 또는 가상 현실 인터페이스 내에서 구현될 수 있다. 도 2의 예에서, 기구-정렬 인터페이스(200)는 스코프 및 다른 의료 기구를 사용하는 절차에 대한 정보를 제공한다. 그러나, 기구-정렬 인터페이스(200)는 스코프 없이 수행되는 절차와 같은 다른 유형의 절차에 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 이미지(들)(212)는 제시되지 않을 수 있고/있거나 스코프 섹션(210)은 제거될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 스코프 섹션(212)은 내강 또는 다른 해부학적 구조 내에서 내비게이팅하도록 구성된 스코프를 위한 이미지(들)(212)를 제공한다. 이러한 예에서, 이미지(들)(212)는 공동(214) 및 공동들(214) 중 하나 내에 위치된 신장 결석(216)을 포함하는, 신장의 내부 부분을 묘사한다. 여기서, 신장 결석(216)은 유두에 근접하게 신배 내에 위치된다. 그러나, 이미지(들)(212)는 환자 내의 스코프의 위치에 따라 임의의 인간 해부학적 구조를 묘사할 수 있다. 이미지(들)(212)는 비디오와 같은 실시간 이미지를 포함할 수 있다.

정렬 섹션(220)은 표적 궤적에 대한 의료 기구의 배향의 정렬 및/또는 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 나타내기 위한 정렬-진행 시각화(230)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 정렬-진행 시각화(230)는 의료 기구의 배향을 표현하는 기구-정렬 요소(232)(때때로 "기구-정렬 아이콘(232)" 또는 "니들-정렬 아이콘(232)"으로 지칭됨) 및 표적 궤적과 연관된 정렬 마킹(234)을 포함한다. 이러한 예에서, 기구-정렬 요소(232)는 의료 기구의 배향의 변화에 기초하여 정렬 마킹(234(C))("경계 마킹(234(C))"으로도 지칭됨)에 의해 정의된 영역 내에서 이동할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구가 틸팅됨(tilted)에 따라, 기구-정렬 요소(232)는 영역 내에서 위치를 변경할 수 있다. 예에서, 정렬 마킹(234(A))은 표적 위치/궤적/자세를 표현할 수 있다.

일부 실시예에서, 하나의 방향으로의 의료 기구의 틸트는, 불스-아이 스피릿 유형 수준기(bull's-eye spirit type of level)와 유사하게, 반대 방향으로의 기구-정렬 요소(232)의 이동을 유발할 것이다. 예를 들어, 의료 기구가 우측으로 틸팅되면, 기구-정렬 요소(232)는 좌측으로 이동할 수 있다. 다른 실시예에서, 의료 기구의 틸트는 동일한 틸트 방향으로의 기구-정렬 요소(232)의 이동을 유발할 것이다. 예를 들어, 의료 기구가 우측으로 틸팅되면, 기구-정렬 요소(232)는 우측으로 이동할 수 있다. 어떤 경우에도, 의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬될 때, 기구 정렬 요소(232)는 정렬 마킹(234)과 정렬된 배열로(예컨대, 정렬 마킹(234(A)) 내에 또는 그 상에 중심설정되는 것과 같이, 정렬 마킹(234)과 중심설정되어) 디스플레이될 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 기구의 단위 배향 변화에 대한 기구-정렬 요소(232)의 위치 변화량(예컨대, 기구-정렬 요소(232)의 감도)은 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성에 기초한다. 예를 들어, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동함에 따라, 기구 정렬 요소(232)는 의료 기구의 배향의 동일한 변화량에 대해 더 크거나 더 작은 이동으로 구현될 수 있다. 예시하기 위해, 의료 기구가 표적 위치로부터 제1 거리에 있을 때, 기구-정렬 인터페이스(200)는 의료 기구의 단위 배향 변화에 응답하여 기구-정렬 요소(232)의 위치를 제1 양만큼 변경할 수 있다. 의료 기구가 표적 위치로부터 (예컨대, 표적 위치에 더 가까운) 제2 거리에 있을 때, 기구-정렬 인터페이스(200)는 의료 기구의 동일한 단위 배향 변화에 응답하여 기구-정렬 요소(232)의 위치를 제2 양(예컨대 더 크거나 더 작은 양)만큼 변경할 수 있다.

일부 실시예에서, 기구-정렬 요소(232)의 감도를 변경하는 것은 의사가 의료 기구로 표적 위치에 도달하는 것을 추가로 보조할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 의료 기구가 표적으로부터 더 멀리 있을 때, 의료 기구를 배향시키는 데에 더 낮은 정확성이 필요할 수 있다. 반면에, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동함에 따라, 의료 기구를 배향시키는 데에 더 높은 정확성이 요구될 수 있다. 다시 말해서, 의료 기구가 표적에 더 가깝게 이동함에 따라, 의사는 실제로 표적에 도달하기 위해 의료 기구의 배향을 더 정확하게 조정할 필요가 있을 수 있다. 이와 같이, 기구-정렬 요소(232)의 감도를 변경함으로써, 의사는 비교적 작을 수 있는 표적 위치에 도달하기 위해 의료 기구를 더 정확하게 조종할 수 있다.

정렬-진행 시각화(230)는 또한 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 나타내기 위한 진행 바아(progress bar)(236)를 포함할 수 있다. 도 2의 예에서, 진행 바아(236)는 경계 마킹(234(C)) 둘레에 제시된다. 그러나, 진행 바아(236)는 정렬-진행 시각화(230)의 측부와 같은, 기구-정렬 인터페이스(200) 내의 임의의 위치에 제시될 수 있다. 진행 바아(236)는 표적 위치에 대한, 의료 기구에 대한 현재 위치 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 아래의 예에서 논의되는 바와 같이, 진행 바아(236)는 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동함에 따라 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 의료 기구가 표적 위치에 도달하였으면, 기구-정렬 인터페이스(200)는, 예컨대 진행 바아(236) 상의 표시로, 의료 기구가 표적 위치에 도달하였다는 표시를 제공할 수 있다. 유사한 방식으로, 일부 실시예에서, 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입되면, 기구-정렬 인터페이스(200)는, 예컨대 진행 바아(236) 상의 표시로, 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입되었다는 표시를 제공할 수 있다. 도 2의 예에서, 진행 바아(236)는 의료 기구가 아직 환자 내로 삽입되지 않았음을 나타낸다(예컨대, 의료 기구는 환자의 피부 상에 또는 달리 환자의 외부에 있음).

일부 실시예에서, 정렬-진행 시각화(230)는 의료 기구에 관한 배향 및 진행 정보를 관찰하기 위한 단일 시각화를 포함한다. 예를 들어, 의료 기구의 배향 및 표적 위치로의 기구의 진행에 관한 정보는 조합된 시각화로 디스플레이될 수 있다. 그러한 조합된 시각화는 의사 또는 다른 사용자가 의료 기구를 조작하면서 단일 항목과의 시각적 접촉을 유지하고 여러 디스플레이, 인터페이스, 시각화 등을 관찰하기 위한 의사의 눈 또는 신체의 이동으로 인해 발생할 수 있는 의료 기구의 의도하지 않은 이동을 회피하도록 허용할 수 있다. 이와 같이, 조합된 시각화는 의사 또는 다른 사용자가 환자 내의 표적 위치에 도달하기 위해 의료 기구를 더 정확하게 조작하도록 허용할 수 있다.

도 2의 예에서, 정렬-진행 시각화(230)의 다양한 컴포넌트는 원형 형상으로 제시된다. 그러나, 정렬-진행 시각화(230)의 임의의 컴포넌트는 임의의 다른 형상과 같은 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 정렬 마킹(234), 기구-정렬 요소(232), 및/또는 진행 바아(236)는 직사각형 형상 또는 임의의 다른 형상으로 제시될 수 있다. 일부 구현예에서, 기구-정렬 요소(232)는 기포(air bubble)를 표현하는 버블 표현을 포함한다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 기구-정렬 인터페이스(200)는 절차의 상이한 시기/단계와 연관된 상이한 시각화들 사이에서 내비게이팅하기 위한 내비게이션 표현(240)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신장 결석을 제거하는 것과 연관된 절차는 다양한 시기/단계를 포함할 수 있고, 그러한 시기/단계 중 하나는 표적 위치에 도달하기 위해 의료 기구를 정렬시키고 환자 내로 삽입하는 것을 포함한다. 그러한 시기/단계를 위해, 기구-정렬 인터페이스(200)는 의사가 그러한 시기/단계를 수행하는 것을 보조하기 위해 도 2에 도시된 정보를 디스플레이할 수 있다. 의사는 내비게이션 표현(240) 내의 "back" 또는 "next" 텍스트를 선택함으로써 이전 또는 다음 시기/단계를 위한 상이한 시각화 또는 인터페이스로 이동할 수 있다. 또한, 기구-정렬 인터페이스(200)는 메뉴에 액세스하기 위한 시각적 표현(250)을 포함할 수 있고, 이는 다른 유형의 절차 또는 다른 정보와 연관된 인터페이스/정보에 대한 액세스를 가능하게 할 수 있다.

많은 실시예가 2차원(2D) 표현을 포함하는 기구-정렬 인터페이스의 맥락에서 논의되고 예시되지만, 일부 실시예에서, 기구-정렬 인터페이스는 3차원(3D) 표현을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기구-정렬 인터페이스는 평면 및 평면 상의 왜곡된 라인을 제시하여 오정렬을 나타내고, 왜곡/변경되도록 구성되는 평면의 형상/형태를 가진 평면을 제시하여 오정렬을 나타내는 등을 할 수 있다.

일부 실시예에서, 기구-정렬 인터페이스(200) 및/또는 본 명세서에서 논의된 임의의 다른 인터페이스는 표적설정 데이터 및/또는 인터페이스 데이터에 기초한다. 예를 들어, 평면 상의 표적 위치에 대해 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치를 나타내는 표적설정/인터페이스 데이터가 생성될 수 있다. 표적/인터페이스 데이터는, 예컨대 표적 궤적과 연관된 정렬 마킹(234)에 대한 의료 기구의 배향을 표현하는 기구-정렬 요소(232)를 위치시키기 위해, 정렬-진행 시각화(230)를 디스플레이하는 데 사용될 수 있다.

의료 시스템을 사용한 예시적인 절차

도 3 내지 도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 경피 절차를 수행하도록 배열된 도 1의 의료 시스템(100)의 평면도를 예시한다. 이들 예에서, 의료 시스템(100)은 스코프(120) 및 니들(170)의 보조에 의해 환자(130)로부터 신장 결석을 제거하기 위해 수술실 내에 배열된다. 그러한 절차의 많은 실시예에서, 환자(130)는, 도 1에 예시된 것과 같이, 환자(130)의 등 또는 옆구리에 접근하기 위해 환자(130)가 측면으로 약간 틸팅되어 있는 변형된 앙와위(supine position)로 위치된다. 그러나, 환자(130)는 다른 방식, 예컨대 앙와위, 복와위(prone position) 등으로 위치될 수 있다. 환자(130)의 해부학적 구조를 관찰함에 있어서 예시의 용이함을 위해, 도 3 내지 도 5는 다리를 벌린 채로 앙와위에 있는 환자(130)를 예시한다. 또한, 예시의 용이함을 위해, 이미징 장치(190)(C-아암 포함)는 제거되었다.

도 3 내지 도 5가 환자(130)로부터 신장 결석을 제거하기 위해 경피 절차를 수행하기 위한 의료 시스템(100)의 사용을 예시하지만, 의료 시스템(100)은 다른 방식으로 신장 결석을 제거하고/하거나 다른 절차를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 환자(130)는 절차를 위해 요구되는 대로 다른 위치로 배열될 수 있다. 다양한 동작이 의사(160)에 의해 수행되는 것으로 도 3 내지 도 5 및 본 개시 전체에 걸쳐 기술된다. 이들 동작은 직접 의사(160)에 의해, 의사의 지시를 받는 사용자, 다른 사용자(예컨대, 전문가), 이들의 조합, 및/또는 임의의 다른 사용자에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

신장의 해부학적 구조는, 도 3 내지 도 5에 적어도 부분적으로 예시된 바와 같이, 본 개념의 태양에 관련된 소정의 의료 절차와 관련하여 참조를 위해 본 명세서에 기술된다. 신장은 일반적으로 후복막 공간 내에서 좌측 및 우측에 위치된 2개의 콩-형상의 장기를 포함한다. 성인의 경우, 신장은 일반적으로 길이가 약 11 cm이다. 신장은 쌍을 이룬 신동맥으로부터 혈액을 수용하고; 혈액은 쌍을 이룬 신정맥으로 빠져나간다. 각각의 신장은 요관에 부착되고, 이는 배출된 소변을 신장으로부터 방광으로 운반하는 관이다. 방광은 요도에 부착된다.

신장은 전형적으로 복강 내에서 비교적 높게 위치되고, 약간 비스듬한 각도로 후복막 위치에 놓인다. 간의 위치로 인한, 복강 내에서의 비대칭은 전형적으로 우측 신장이 좌측 신장보다 약간 더 낮고 더 작게 하고, 좌측 신장보다 약간 더 중앙에 배치되게 한다. 각각의 신장의 상부에 부신이 있다. 신장의 상부 부분은 11번 및 12번 늑골에 의해 부분적으로 보호된다. 각각의 신장은, 그의 부신과 함께, 2개의 지방 층에 의해 둘러싸인다: 신근막(renal fascia)과 신피막(renal capsule) 사이에 존재하는 신장주위 지방(perirenal fat) 및 신근막 위에 있는 신장곁 지방(pararenal fat).

신장은 다양한 체액 구획의 부피, 유체 삼투질농도, 산-염기 균형, 다양한 전해질 농도, 및 독소 제거의 제어에 참여한다. 신장은 소정 물질을 분비하고 다른 물질을 재흡수함으로써 여과 기능을 제공한다. 소변으로 분비되는 물질의 예는 수소, 암모늄, 칼륨 및 요산이다. 또한, 신장은 또한 호르몬 합성 등과 같은 다양한 다른 기능을 수행한다.

신장의 오목한 가장자리 상의 리세스된 영역(recessed area)이 신문(renal hilum)이고, 여기서 신동맥이 신장으로 들어가고 신정맥과 요관이 나간다. 신장은 강인한 섬유질 조직인 신피막에 의해 둘러싸이고, 이는 그 자체가 신장주위 지방, 신근막, 및 신장곁 지방에 의해 둘러싸인다. 이들 조직의 전방(앞쪽) 표면은 복막이고, 한편 후방(뒤쪽) 표면은 복횡근막이다.

신장의 기능적 물질 또는 실질(parenchyma)은 2개의 주요 구조로 나뉜다: 외측 신피질(renal cortex) 및 내측 신수질(renal medulla). 이들 구조는, 신추체(renal pyramid)로 불리는 수질의 일부분을 둘러싸는 신피질을 각각 포함하는, 복수의 원추-형상의 신엽(renal lobe)의 형상을 취한다. 신추체들 사이에, 신주(renal column)로 불리는 피질의 돌기가 있다. 신장의 소변-생성 기능적 구조인 네프론(nephron)이 피질 및 수질에 걸쳐 있다. 네프론의 초기 여과 부분은 신소체(renal corpuscle)이고, 이는 피질 내에 위치된다. 그 뒤로, 피질로부터 수질 추체로 깊게 통과하는 세뇨관(renal tubule)이 이어진다. 신피질의 일부인 수질 방사선(medullary ray)은 단일 집합관으로 배출하는 세뇨관의 집합이다.

각각의 추체의 팁 또는 유두는 소변을 각각의 소신배(minor calyx)로 비우고; 소신배는 대신배(major calyx)로 비우고, 대신배는 신우(renal pelvis)로 비우고, 이는 요관으로 이행된다. 문(hilum)에서, 요관과 신정맥은 신장에서 빠져나가고 신동맥은 들어간다. 림프절을 가진 림프 조직 및 문 지방(hilar fat)이 이들 구조를 둘러싼다. 문 지방은 신동(renal sinus)으로 불리는 지방-충전 공동과 인접해 있다. 신동은 집합적으로 신우 및 신배를 포함하고, 이들 구조를 신수질 조직으로부터 분리한다.

도 3 내지 도 5는 환자(130)의 해부학적 구조의 다양한 특징부를 도시한다. 예를 들어, 환자(130)는 요관(320)을 통해 방광(330)에 유체적으로 연결된 신장(310), 및 방광(330)에 유체적으로 연결된 요도(340)를 포함한다. 신장(310(A))의 확대도에 도시된 바와 같이, 신장(310(A))은 신배(신배(312) 포함), 신유두("유두(314)"로도 지칭되는 신유두(314) 포함), 및 신추체(신추체(316) 포함)를 포함한다. 이들 예에서, 신장 결석(318)은 유두(314)에 근접하게 위치된다. 그러나, 신장 결석(318)은 신장(310(A)) 내의 다른 위치 또는 다른 곳에 위치될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 경피 절차에서 신장 결석(318)을 제거하기 위해, 의사(160)는 환자(130) 내로의 스코프(120)(도 3에 예시되지 않음)의 전달을 개시하기 위해 로봇 시스템(110)을 테이블(150)의 측부/풋(foot)에 위치시킬 수 있다. 특히, 로봇 시스템(110)은 환자(130)의 발에 대한 근접성 내에서 테이블(150)의 측부에 위치되고 환자(130)의 요도(340)에 대한 직접 선형 접근을 위해 정렬될 수 있다. 예에서, 환자(130)의 둔부는 로봇 시스템(110)을 위치시키기 위한 기준 지점으로서 사용된다. 일단 위치되면, 로봇 아암(112(B), 112(C))과 같은, 로봇 아암들(112) 중 하나 이상은 환자(130)의 다리들 사이에 도달하도록 외향으로 신장될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(112(B))은, 도 3에 도시된 바와 같이, 연장되어 요도(340)에 대한 선형 접근을 제공하도록 제어될 수 있다. 이러한 예에서, 의사(160)는 의료 기구(350)를 이러한 직접 선형 접근 경로(때때로 "가상 레일(virtual rail)"로 지칭됨)를 따라 요도(340) 내로 적어도 부분적으로 삽입한다. 의료 기구(350)는 스코프(130)를 수용하도록 구성된 루멘-유형 장치를 포함하여, 스코프(120)를 환자(130)의 해부학적 구조 내로 삽입하는 것을 보조할 수 있다. 로봇 아암(112(B))을 환자(130)의 요도(340)에 정렬시키고/시키거나 의료 기구(350)를 사용함으로써, 영역 내의 민감한 해부학적 구조에 대한 마찰 및/또는 힘이 감소될 수 있다. 의료 기구(350)가 도 3에 예시되어 있지만, 일부 실시예에서, 의료 기구(350)는 사용되지 않는다(예컨대, 스코프(120)는 요도(340) 내로 직접 삽입될 수 있음).

의사(160)는 또한 절차를 위한 치료 부위 부근에 로봇 아암(112(A))을 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(112(A))은 환자(130)의 절개 부위 및/또는 신장(310)에 대한 근접성 내에 위치될 수 있다. 로봇 아암(112(A))은 절차 동안 스코프(120) 및/또는 니들(170)의 위치를 추적하는 것을 보조하기 위해 EM 필드 발생기(180)에 연결될 수 있다. 로봇 아암(112(A))이 환자(130)에 비교적 가깝게 위치되지만, 일부 실시예에서, 로봇 아암(112(A))은 다른 곳에 위치되고/되거나 EM 필드 발생기(180)는 테이블(150)에 통합된다(이는 로봇 아암(112(A))이 도킹된 위치에 있도록 허용할 수 있음). 이러한 예에서, 절차의 이러한 시점에, 로봇 아암(112(C))은 도 3에 도시된 바와 같이 도킹된 위치에서 유지된다. 그러나, 로봇 아암(112(C))은 로봇 아암(112(A) 및/또는 112(C))의 위에서 논의된 기능들 중 임의의 것을 수행하기 위해 일부 실시예에서 사용될 수 있다.

로봇 시스템(110)이 적절하게 위치되고/되거나 의료 기구(350)가 요도(340) 내로 적어도 부분적으로 삽입되면, 스코프(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 환자(130) 내로 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 의사(160)는 스코프(120)를 로봇 아암(112(C))에 연결하고/하거나 스코프(120)를 의료 기구(350) 및/또는 환자(130) 내에 적어도 부분적으로 위치시킬 수 있다. 스코프(120)는 절차 전 또는 절차 동안과 같은 임의의 시간에(예컨대, 로봇 시스템(110)을 위치시킨 후에) 로봇 아암(112(C))에 연결될 수 있다. 의사(160)는 이어서 환자(130) 내에서 스코프(120)를 내비게이팅하기 위해, I/O 장치(들)(146)와 같은 제어 시스템(140)과 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 의사(160)는 요도(340), 방광(330), 요관(320(A))을 통해, 그리고 신장(310(A))까지 스코프(120)를 내비게이팅하기 위해 로봇 아암(112(C))을 제어하도록 I/O 장치(들)(146)를 통해 입력을 제공할 수 있다.

도시된 바와 같이, 제어 시스템(140)은 의사(160)가 스코프(120)를 제어하는 것을 보조하기 위해 스코프(120)에 의해 캡처된 실시간 이미지(412)를 관찰하도록 디스플레이(들)(142)를 통해, 도 2의 기구-정렬 인터페이스(200)와 같은 기구-정렬 인터페이스(410)를 제시할 수 있다. 의사(160)는 이미지(412)에 묘사된 바와 같은 신장 결석(318)의 위치를 찾아내도록 스코프(120)를 내비게이팅할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 스코프(120)의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 위치결정 기법을 사용할 수 있고, 이는 스코프(120)를 제어하는 것을 또한 보조하도록 디스플레이(들)(142)를 통해(도 4에서 디스플레이(들)(142) 상에 예시되지 않음) 의사(160)에 의해 관찰될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 의사(160)가 스코프(120)를 제어하는 것을 보조하기 위해, 환자(130)의 내부 해부학적 구조의 x-선 이미지와 같은 다른 유형의 정보가 디스플레이(들)(142)를 통해 제시될 수 있다.

신장 결석(318)의 위치를 찾아낸 때, 의사(160)는 신장 결석(318)의 궁극적인 추출을 위해 신장(310(A))에 진입하도록 니들(170)에 대한 위치를 식별할 수 있다. 예를 들어, 혈관 또는 다른 바람직하지 않은 신장(310(A))의 해부학적 구조 및/또는 신장(310(A))을 둘러싸는 해부학적 구조와 부딪히는 것을 회피하고/하거나 출혈을 최소화하기 위해, 의사(160)는 니들(170)을 신배의 축과 정렬시키려고 할 수 있다(예컨대, 신배의 중심을 통해 신배에 정면으로 도달하려고 할 수 있음). 그렇게 하기 위해, 의사(160)는 표적 위치로서 유두를 식별할 수 있다. 이러한 예에서, 의사(160)는 신장 결석(318) 부근에 있는 유두(314)의 위치를 찾아내고 유두(314)를 표적 위치로서 지정하기 위해 스코프(120)를 사용한다. 유두(314)를 표적 위치로서 지정하는 일부 실시예에서, 의사(160)는 유두(314)와 접촉하도록 스코프(120)를 내비게이팅할 수 있고, 제어 시스템(140)은 스코프(120)의 위치(예컨대, 스코프(120)의 단부의 위치)를 결정하기 위해 위치결정 기법을 사용할 수 있으며, 제어 시스템(140)은 스코프(120)의 위치를 표적 위치와 연관시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 의사(160)는 스코프(120)가 유두(314)에 대해 특정 거리 내에 있도록 내비게이팅하고(예컨대, 유두(314)의 전방에 파킹함(park)), 표적 위치가 스코프(120)의 시야 내에 있음을 나타내는 입력을 제공할 수 있다. 제어 시스템(140)은 표적 위치의 위치를 결정하기 위해 이미지 분석 및/또는 다른 위치결정 기법을 수행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스코프(120)는 유두(314)를 표적 위치로서 마킹하기 위한 기준점을 전달할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 의사(160)는 표적 위치 내로의 삽입을 위해 니들(170)을 위치시킴으로써 절차를 진행할 수 있다. 일부 실시예에서, 의사(160)는, 예컨대 환자(130)의 해부학적 구조에 관한 지식, 이전에 수행한 절차로부터의 경험, CT/x-선 이미지 또는 환자(130)의 다른 수술전 정보의 분석 등에 기초하여, 절개 부위에서 환자(130) 상에 니들(170)을 배치하기 위한 그 또는 그녀의 최상의 판단을 사용할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 니들(170)을 환자(130) 상에 배치하기 위한 위치에 관한 정보를 제공할 수 있다. 의사(160)는 폐, 흉막, 결장, 척추주위근, 늑골, 늑간 신경 등과 같은, 환자(130)의 주요 해부학적 구조를 피하려고 시도할 수 있다. 일부 예에서, 제어 시스템(140)은 니들(170)을 환자(130) 상에 배치하기 위한 위치에 관한 정보를 제공하도록 CT/x-선/초음파 이미지를 사용할 수 있다.

어떤 경우에도, 제어 시스템(140)은 의사(160)가 표적 위치(즉, 유두(314))에 도달하는 것을 보조하기 위해 니들(170)을 삽입하기 위한 표적 궤적(502)을 결정할 수 있다. 표적 궤적(502)은 표적 위치에 접근하기 위한 원하는 경로를 표현할 수 있다. 표적 궤적(502)은 의료 기구(예컨대, 니들(170), 스코프(120) 등)의 위치, 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치, 환자의 위치 및/또는 배향, 환자의 해부학적 구조(예컨대, 표적 위치에 대한 환자 내의 장기의 위치) 등에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 예에서, 표적 궤적(502)은 유두(314) 및 니들(170)을 통과하는(예컨대, 니들(170)의 팁으로부터 유두(314), 예컨대 유두(314)의 축 상의 지점을 통해 연장되는) 직선을 포함한다. 그러나, 표적 궤적(502)은 곡선과 같은 다른 형태를 취할 수 있고/있거나 다른 방식으로 정의될 수 있다. 일부 예에서, 니들(170)은 니들(170)이 직선형 방식으로 삽입됨에 따라 만곡되도록 구성된 가요성 베벨-팁(bevel-tip) 니들로 구현된다. 그러한 니들은 늑골 또는 다른 해부학적 구조와 같은 특정 해부학적 구조 주위에서 조향하는 데 사용될 수 있다. 여기서, 제어 시스템(140)은 사용자를 안내하기 위한, 예컨대 니들 궤적의 편차를 보상하기 위한 또는 사용자를 표적 궤적 상에서 유지시키기 위한 정보를 제공할 수 있다.

도 5의 예가 유두(314)를 통해 동축으로 연장되는 표적 궤적(502)을 예시하지만, 표적 궤적(502)은 다른 위치, 각도, 및/또는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 표적 궤적은 둔부를 피하기 위해 사용될 수 있는, 유두를 통한 비-동축 각도를 가진, 예컨대 도 5에 도시된 신장 결석(318) 아래에 위치된 유두를 통한 하극(lower pole) 접근 지점으로 구현될 수 있다.

제어 시스템(140)은 기구-정렬 인터페이스(410)를 통해 정렬-진행 시각화(504)를 제공하기 위해 표적 궤적(502)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 정렬-진행 시각화(504)는 표적 궤적(502)에 대한 니들(170)의 배향을 나타내는 기구 정렬 요소(506)를 포함할 수 있다. 의사(160)는 정렬-진행 시각화(504)를 관찰하고, 니들(170)을 적절한 배향(즉, 표적 궤적(502))으로 배향시킬 수 있다. 정렬될 때, 의사(160)는 니들(170)을 표적 위치에 도달하도록 환자(130) 내로 삽입할 수 있다. 정렬-진행 시각화(504)는 표적 위치에 대한 니들(170)의 근접성을 나타내는 진행 시각화(508)("진행 바아(508)"로도 지칭됨)를 제공할 수 있다. 이와 같이, 기구-정렬 인터페이스(410)는 의사(160)가 니들(170)을 표적 위치에 도달하도록 정렬 및/또는 삽입하는 것을 보조할 수 있다.

일단 니들(170)로 표적 위치에 도달되었으면, 의사(160)는 니들(170)에 의해 그리고/또는 니들(170)을 통해 생성된 경로 내로, 전력 카테터, 진공, 신장경 등과 같은 다른 의료 기구를 삽입할 수 있다. 의사(160)는 신장 결석(318)을 부수고 신장(310(A))으로부터 신장 결석의 조각을 제거하기 위해 다른 의료 기구 및/또는 스코프(120)를 사용할 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 기구의 위치는 지점/지점 세트로 표현될 수 있고/있거나 의료 기구의 배향은 축/평면에 대한 각도/오프셋으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구의 위치는 좌표계 내의 지점/지점 세트의 좌표(들)(예컨대, 하나 이상의 X, Y, Z 좌표)로 표현될 수 있고/있거나 의료 기구의 배향은 좌표계에 대해 축/평면에 대한 각도(예컨대, X-축/평면, Y-축/평면, 및/또는 Z-축/평면에 대한 각도)로 표현될 수 있다. 여기서, 의료 기구의 배향의 변화는 축/평면에 대한 의료 기구의 각도의 변화에 대응할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 의료 기구의 배향은 요, 피치, 및/또는 롤 정보로 표현된다.

일부 실시예에서, 궤적은 자세를 지칭한다. 예를 들어, 의료 기구의 궤적은 의료 기구의 위치 및 배향 둘 모두를 포함하는/나타내는 의료 기구의 자세를 지칭할 수 있다. 유사하게, 표적 궤적은 원하는 경로의 위치 및 배향 둘 모두를 포함하는/나타내는 표적 자세를 지칭할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 궤적은 배향 또는 위치 중 어느 하나를 지칭한다.

로봇 시스템(110)의 특정 로봇 아암이 도 3 내지 도 5의 맥락에서 특정 기능을 수행하는 것으로 예시되어 있지만, 로봇 아암들(112) 중 임의의 것이 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 또한, 임의의 추가 로봇 아암 및/또는 시스템이 절차를 수행하도록 사용될 수 있다. 또한, 로봇 시스템(110)은 절차의 다른 부분을 수행하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템(110)은 니들을 환자(130) 내로 정렬 및/또는 삽입하도록 제어될 수 있다. 예시하기 위해, 로봇 아암들(112) 중 하나는 니들(170)을 적절한 위치에 위치시키고, 니들(170)을 표적 궤적과 정렬시키고/시키거나, 니들(170)을 표적 위치에 삽입하기 위해 니들(170)과 맞물리고/맞물리거나 니들을 제어할 수 있다. 제어 시스템(140)은 그러한 처리를 수행하기 위해 위치결정 기법을 사용할 수 있다. 이와 같이, 일부 실시예에서, 경피 절차는 의료 시스템(100)으로 전체적으로 또는 부분적으로(예컨대, 의사(160)의 보조가 있거나 없이) 수행될 수 있다.

예시적인 기구 시각화

도 6-1 내지 도 6-11은 하나 이상의 실시예에 따른, 절차 동안 의료 기구의 정렬 및/또는 진행에 관한 정보를 제공하기 위한 예시적인 인터페이스를 예시한다. 예시적인 인터페이스는 환자(130)로부터 신장 결석(662)을 제거하기 위해 의료 시스템(100)을 사용하는 맥락에서 예시된다. 특히, 의사(160)가 신장 결석(662)을 추출하기 위해 환자(130) 내로 니들(170)을 삽입하는 것을 보조하기 위한 시각화가 제공될 수 있다. 그러나, 시각화는 다른 의료 시스템과 함께 사용하기 위해 그리고/또는 다른 의료 절차를 수행하기 위해 디스플레이될 수 있다. 예시의 용이함을 위해, 인터페이스의 일부 특징부는 도 6-1 내지 도 6-11 각각에 예시되지 않는다. 예를 들어, 정렬 마킹(634(B))은 도 6-2 내지 도 6-11에 예시되지 않는다.

도 6-1은 의사(160)가 니들(170)을 표적 궤적(670)과 정렬시키는 것을 보조하기 위한 시각화를 가진 예시적인 기구-정렬 인터페이스(600)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 기구-정렬 인터페이스(600)는 환자(130)의 신장(660) 내에 위치된 스코프(120)에 의해 캡처된 이미지(들)(612)를 제공하기 위한 스코프 섹션(610), 및 니들(170)의 배향 및/또는 위치에 관한 정보를 제공하기 위한 정렬 섹션(620)을 포함할 수 있다. 여기서, 이미지(들)(612)는 신장(660) 및 신장(660) 내에 위치된 신장 결석(662)의 내부 부분을 묘사한다. 정렬 섹션(620)은 표적 궤적(670)에 대한 니들(170)의 배향의 정렬 및/또는 표적 위치(664)(예컨대, 유두 상의 위치)에 대한 니들(170)의 근접성을 나타내기 위한 정렬-진행 시각화(630)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 정렬-진행 시각화(630)는 표적 궤적(670)에 대한 니들(170)의 배향을 표현하는 기구-정렬 요소(632) 및 표적 궤적(670)을 표현하는 정렬 마킹(634)과, 표적 위치(664)에 대한 니들(170)의 근접성을 나타내는 진행 바아(636)("진행 표현(636)"으로도 지칭됨)를 포함한다. 기구-정렬 인터페이스(600)는 또한 절차의 상이한 시기/단계와 연관된 상이한 시각화들 사이에서 내비게이팅하기 위한 내비게이션 표현(640) 및/또는 메뉴 및/또는 다른 옵션에 액세스하기 위한 시각적 표현(650)을 포함할 수 있다. 기구-정렬 요소(632) 및 정렬 마킹(634)이 특정 형상 및 크기로 예시되어 있지만, 기구-정렬 요소(632) 및 정렬 마킹(634)은 다른 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다.

도 6-1의 예에서, 의사는 니들(170)을 환자(130) 상에 위치시키고, 기구-정렬 인터페이스(600)를 사용하여 니들(170)을 표적 궤적(670)과 정렬시키려고 시도한다. 특히, 의사(160)는 하나 이상의 손(680)을 사용하여 니들(170)을 보유하고, 제어 시스템(140)을 통해 기구-정렬 인터페이스(600)를 관찰하면서 니들(170)의 배향(예컨대, 니들(170)의 틸트)을 조정할 수 있다. 여기서, 니들(170)의 배향은 표적 궤적(670)과 정렬되어 있지 않다(out of alignment). 이와 같이, 기구-정렬 인터페이스(600)는 기구-정렬 요소(632)가 중심 정렬 마킹(634(A))과 정렬되어 있지 않은 것으로 예시한다(예컨대, 기구-정렬 요소(632)는 중심 정렬 마킹(634(A)) 내에 위치되지 않음).

일부 실시예에서, 기구-정렬 요소(632)는 경계 정렬 마킹(634(C))의 영역 내에서(예컨대, 경계 정렬 마킹(634(C))의 제한부 내에서) 이동할 수 있다. 기구 정렬 요소(632)는 니들(170)이 표적 궤적(670)과 덜 정렬됨에 따라 경계 정렬 마킹(634(C))에 더 가깝게 이동하고, 니들(170)이 표적 궤적(670)과 더 정렬됨에 따라 중심 정렬 마킹(634(A))에 더 가깝게 이동할 수 있다. 도 6-1의 예에서, 기구-정렬 인터페이스(600)는 또한 니들(170)이 표적 궤적(670)과 정렬되어 있지 않음을 나타내는 텍스트 "Tilt the needle to move bubble to center"를 제공한다. 기구-정렬 인터페이스(600)의 시각화는 의사(160)가 니들(170)을 표적 위치(664)에 대한 니들(170)의 삽입을 위한 적절한 배향으로 정렬시키기 위해 니들(170)을 틸팅시키는 것을 보조할 수 있다.

일부 실시예에서, 니들(170)이 표적 궤적(670)과 실질적으로 정렬되어 있지 않으면, 기구-정렬 요소(632)는 도 6-2에 도시된 바와 같이, 그러한 정렬-이탈(out-of-alignment) 구성의 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 니들(170)이 임계량(예컨대, 오정렬 임계치) 초과만큼 표적 궤적(670)과 정렬되어 있지 않으면, 진행 바아(636)는 도시된 바와 같이, 그러한 정렬-이탈 표시를 제공하기 위해 특정 색상/채움 패턴으로 강조되고, 윤곽형성되고/되거나 부분적으로/완전히 채워질 수 있다. 예시하기 위해, 진행 바아(636)는 적색으로 채워질 수 있다(예컨대, 폐쇄된 적색 링). 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 기구-정렬 요소(632)는 도 6-2에 또한 도시된 바와 같이, 변형된 형상으로 경계 마킹(634(C))과 접촉하여 디스플레이될 수 있다. 여기서, 기구-정렬 요소(632)는 기구-정렬 요소(632)가 경계 마킹(634(C))에 대한 근접성 내에서 이동함에 따라 그의 초기 원형 형태로 디스플레이되고, 니들(170)이 더 정렬되어 있지 않게 오정렬 임계치를 넘어 이동함에 따라 변형된 형상으로 전이될 수 있다. 그러한 전이 시각화는 표면과 접촉하게 되는 액체 내의 기포와 유사하게 보일 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 니들(170)이 임계량 초과만큼 표적 궤적과 정렬되어 있지 않음을 나타내기 위해 기구-정렬 인터페이스(600) 내에 텍스트 또는 다른 표시가 제공될 수 있다. 어느 경우든, 그러한 정렬-이탈 표시는 니들(170)이 표적 궤적(670)과 실질적으로 축외에 있음을 의사(160)가 관찰하는 것을 보조할 수 있다. 진행 바아(636)가 도 6-2에서 실질적인 정렬-이탈 표시를 제공하기 위해 특정 강조, 윤곽형성, 및/또는 채움 패턴으로 예시되어 있지만, 일부 실시예에서 진행 바아(636)는 그러한 변화 없이 구현될 수 있다. 여기서, 기구-정렬 요소(632)는 실질적인 정렬-이탈 표시를 제공하기 위해 변형된 형상으로 디스플레이될 수 있다.

니들(170)이 표적 궤적(670)과 정렬될 때, 기구-정렬 요소(632)는 도 6-3에 도시된 바와 같이, 정렬 마킹(634)과 정렬된 방식으로 디스플레이될 수 있다. 예를 들어, 기구-정렬 요소(632)는 중심 정렬 마킹(634(A)) 내에 그리고/또는 그와 동심으로 디스플레이될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 중심 정렬 마킹(634(A))은 니들(170)이 표적 궤적(670)과 정렬되어 있음을 나타내기 위해 (예컨대, 글로우(glow) 시각화, 특정 색상 등으로) 강조될 수 있다. 또한, 기구-정렬 인터페이스(600)는 도 6-3에 도시된 바와 같이, 텍스트 "Aligned"와 같은, 정렬을 나타내기 위한 텍스트를 디스플레이할 수 있다. 강조된 정렬 마킹(634(A)) 및 텍스트가 도 6-3에 제시되어 있지만, 일부 실시예에서 그러한 시각화들 중 단지 하나가 제시된다. 또한, 그러한 정렬을 나타내기 위해 다른 시각화가 사용될 수 있다.

이러한 예에서, 의사(160)는 도 6-4 내지 도 6-6에 도시된 바와 같이, 니들(170)이 표적 궤적(670)과 정렬될 때 니들(170)을 삽입한다. 여기서, 진행 바아(636)는 표적 위치(664)에 대한 니들(170)의 근접성(예컨대, 거리)의 표시를 제공한다. 특히, 진행 바아(636)는 경계 마킹(634(C)) 둘레에 시계방향 방식으로 채워질 수 있다. 제어 시스템(140)은 니들(170)의 위치 및/또는 표적 위치(664)/스코프(120)의 위치를 추적하기 위해 위치결정 기법을 사용함으로써 표적 위치(664)에 대한 니들(170)의 근접성을 결정할 수 있다.

일부 실시예에서, 니들(170)이 표적 위치(664)에 더 가깝게 이동함에 따라, 기구-정렬 요소(632)의 이동량이 변경될 수 있다(예컨대, 기구-정렬 요소(632)의 감도가 변경될 수 있음). 예를 들어, 제어 시스템(140)은 니들(170)이 표적 위치(664)로부터 비교적 멀리(예컨대, 표적 위치(664)에 대해 일정 거리 밖에) 있을 때, 기구-정렬 요소(632)에 대한 위치 변화 파라미터를 초기에 제1 값으로 설정할 수 있다. 위치 변화 파라미터는 니들(170)의 단위 이동에 대한 기구-정렬 요소(632)의 위치 변화량을 나타낼 수 있다. 니들(170)이 표적 위치(664)에 더 가깝게 이동함에 따라, 위치 변화 파라미터는 니들(170)의 동일한 단위 이동에 대해 제1 값보다 크거나 작은 위치 변화량과 연관된 값과 같은 제2 값으로 업데이트될 수 있다.

위치 변화 파라미터를 업데이트하는 하나의 예시에서, 니들(170)이 환자(130)의 피부 상에 위치될 때, 위치 변화 파라미터는 초기 값으로 설정될 수 있다. 초기 값은 기구-정렬 요소(632)가 예를 들어 5도만큼의 니들(170)의 배향 변화에 응답하여 제1 픽셀 수만큼 이동하게 할 수 있다. 니들(170)이 표적 위치(664)에 더 가깝게 이동함에 따라, 위치 변화 파라미터는 기구-정렬 요소(632)가 5도만큼의 니들(170)의 배향 변화에 응답하여 제2 픽셀 수만큼 이동하게 하는 더 큰 값으로 업데이트될 수 있고, 여기서 제2 픽셀 수는 제1 픽셀 수보다 크다. 위치 변화 파라미터는 니들(170)이 표적 위치(664)에 더 가깝게 이동함에 따라 임의의 횟수로 업데이트될 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 의사가 니들(170)을, 직경이 4 내지 8 mm일 수 있는 신배와 같은 비교적 작은 표적에 도달하도록 정렬시키는 것을 보조할 수 있다.

니들(170)이 표적 위치(664)에 도달한 때, 기구-정렬 인터페이스(600)는 도 6-7에 예시된 바와 같이, 표적 위치(664)에 도달되었다는 표시를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 진행 바아(636)는 경계 마킹(634(C))의 주연부 둘레를 완전히 채울 수 있다. 일부 실시예에서, 진행 바아(636)는 표적 위치(664)에 도달되었음을 나타내기 위해 특정 색상/채움 패턴으로 강조되고, 윤곽형성되고/되거나 완전히 채워질 수 있다. 예를 들어, 진행 바아(636)는 녹색으로 채워질 수 있다(예컨대, 폐쇄된 녹색 링). 추가적으로 또는 대안적으로, 기구-정렬 인터페이스(600)는, 또한 도시된 바와 같이, 텍스트 "You reached the target"을 제공하는 것과 같이, 표적 위치(664)에 도달되었다는 텍스트를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 6-7에 도시된 바와 같이, 신장(660)의 내부 부분을 묘사하는 이미지(612)는 또한 니들(170)이 표적 위치(664)에 도달하였다는 시각적 확인을 제공할 수 있다.

일부 구현예에서, 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 삽입되면, 기구-정렬 인터페이스(600)는 도 6-8에 도시된 바와 같이, 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 삽입된다는 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 진행 바아(636)는 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 삽입됨을 나타내기 위해 특정 색상/채움 패턴으로 강조되고, 윤곽형성되고/되거나 부분적으로/완전히 채워질 수 있다. 예시하기 위해, 진행 바아(636)는 적색(예컨대, 폐쇄된 적색 링) 및/또는 니들(170)이 실질적으로 정렬되어 있지 않은 경우(예컨대, 도 6-2의 경우)와 상이한 색상으로 채워질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기구-정렬 인터페이스(600)는 텍스트 "You inserted beyond the target. Please retract."를 제공하는 것과 같이, 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 삽입된다는 텍스트를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 임계 거리를 초과할 때 및/또는 니들(170)이 스코프(120)에 대해 특정 거리 내에 있을 때 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 삽입된 것으로 결정할 수 있다.

일부 실시예에서, 도 6-8에 도시된 바와 같이, 신장(660)의 내부 부분을 묘사하는 이미지(612)는 또한 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 삽입되었다는 시각적 확인을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 스코프(120)의 시야는 니들(170)이 신장(660)에 진입하는(예컨대, 니들(170)이 스코프(120)의 시야 위 또는 아래에 삽입될 수 있는) 위치를 포함하지 않을 수 있다. 여기서, 진행 바아(636)는 니들(170)이 표적 위치(664)를 넘어 삽입됨을 의사(160)에게 알리는 데 특히 도움이 될 수 있다.

일부 절차에서, 니들(170)이 표적 위치(664)에 도달하였으면, 의료 기구(638)는, 도 6-9에 도시된 바와 같이, 니들(170) 위로 그리고/또는 니들(170) 대신에 삽입될 수 있다. 의료 기구(638)는 신장(660)으로부터 신장 결석(662)을 추출하는 것을 보조하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구(638)는 카테터(예컨대, 전력 카테터), 진공 튜브, 신장경, 또는 임의의 다른 의료 기구를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 확장 기구(예컨대, 와이어, 튜브, 시스 등)가 의료 기구(638)의 삽입을 위한 충분한 공간을 제공하기 위해 표적 위치(664)로의 경로를 확장시키도록 사용될 수 있다.

의료 기구(638) 및/또는 스코프(120)(및/또는 일부 경우에, 니들(170))는 신장(660)으로부터의 신장 결석(662)의 추출을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 스코프(120)는, 도 6-10에 도시된 바와 같이, 신장 결석(662)을 조각으로 부수기 위한 도구(예컨대, 레이저, 절단 기구 등)를 전개할 수 있고, 의료 기구(638)는 신장(660)으로부터 조각을 흡입할 수 있다. 일부 구현예에서, 스코프(120)(및/또는 의료 기구(638))는 신장(660)으로부터 조각을 제거하는 것을 보조하기 위해 관주를 제공할 수 있다. 도 6-10의 예에서, 이미지(612)는 신장 결석(662)이 신장(660)으로부터 제거되고 있다는 시각적 확인을 제공한다.

일부 실시예에서, 환자(130)의 피부 상의 니들(170)의 정렬로 복귀할 때(예컨대, 도 6-2), 니들(170)이 그것이 표적 궤적(670)과 실질적으로 정렬되어 있지 않을 때 삽입되면, 기구- 정렬 인터페이스(600)는 도 6-11에 도시된 바와 같이, 니들(170)을 후퇴시키기 위한 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(140)은 니들이 (도 6-2를 참조하여 논의된 것과 유사한) 임계량 초과만큼 표적 궤적(670)과 정렬되어 있지 않은 것으로 결정할 수 있다. 또한, 제어 시스템(140)은 니들(170)이 표적 궤적(670)과 실질적으로 정렬되어 있지 않을 때 니들(170)이 특정 거리를 넘어 환자(130) 내로 삽입된 것으로 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 진행 바아(636)는 니들(170)이 삽입되고 실질적으로 정렬되어 있지 않음을 나타내기 위해 특정 색상/채움 패턴으로 강조되고, 윤곽형성되고/되거나 부분적으로/완전히 채워질 수 있다. 예시하기 위해, 진행 바아(636)는 적색(예컨대, 폐쇄된 적색 링) 및/또는 니들(170)이 단지 실질적으로 정렬되어 있지 않은 경우(예컨대, 도 6-2의 경우)와 상이한 색상으로 채워질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 기구-정렬 인터페이스(600)는 텍스트 "Retract and reinsert the needle with the appropriate orientation"을 제공하는 것과 같이, 니들(170)이 실질적으로 정렬되어 있지 않고 후퇴될 필요가 있다는 텍스트를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 6-11의 표시는 표적 위치(664)에 도달하기 위해 니들(170)에 대해 이루어질 수 있는 조정이 없는 것으로 결정될 때 제시될 수 있다.

정렬 및 진행 정보가 도 6-1 내지 도 6-11에 특정 표시로 예시되어 있지만, 가청, 시각, 햅틱 등을 포함하는 다른 표시가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(140)은 니들(170)의 정렬 및/또는 진행을 나타내기 위한 제어 시스템(140)과 연관된 I/O 장치를 통해 소리 및/또는 햅틱 피드백을 제공할 수 있다(예컨대, 니들(170)이 표적 궤적(670)과 정렬될 때 제1 소리, 니들(170)이 초기에 삽입될 때 제2 소리, 니들(170)이 표적 궤적(664)의 중간에 있을 때 제3 소리, 니들(170)이 표적 위치(664)에 도달한 때 제3 소리 등). 또한, 논의된 표시들 중 임의의 것은 상이한 형태(예컨대, 상이한 형상, 크기, 색상 등)로 예시되고/되거나 기구-정렬 인터페이스(600) 내의 상이한 위치에 제시될 수 있다.

일부 구현예에서, 진행 바아(636)는 경계 마킹(634) 둘레에 예시된 원형 바아 대신에, 직선형 진행 바아를 포함할 수 있고, 이는 기구-정렬 인터페이스(600) 내의 임의의 위치에 위치될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 표적 위치(664)에 대한 니들(170)의 근접성을 나타내기 위해 진행 바아(636)를 채우는 대신에, 니들(170)의 현재 위치는 아이콘으로(예컨대, 니들(170)이 환자(130) 내로 아직 삽입되지 않고/않거나 표적 위치(664)에 도달하였음을 나타내는 상부 위치에 있는 아이콘으로) 진행 바아(636) 상에 디스플레이될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 표적 위치(664)까지의 진행 백분율이 기구-정렬 인터페이스(600)를 통해 제시될 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 중심 정렬 마킹(634(A)), 경계 마킹(634(C)), 및/또는 기구-정렬 요소(632)의 크기는 니들(170)을 표적 위치(664)로 삽입하는 진행을 나타내도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 중심 정렬 마킹(634(A))의 직경은 중심 정렬 마킹(634(A))이 기구-정렬 요소(632)와 동일한 직경에 도달할 때까지 니들(170)이 삽입됨에 따라 감소할 수 있다.

예시적인 흐름도

도 7 내지 도 10은 본 명세서에서 논의된 하나 이상의 기법을 수행하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도를 예시한다. 프로세스와 연관된 다양한 동작은 제어 시스템(140), 로봇 시스템(110), 테이블(150), EM 필드 발생기(180), 스코프(120), 및/또는 니들(170)과 같은, 본 명세서에서 논의된 장치들/시스템들 중 임의의 것 또는 이들의 조합에서 구현되는 제어 회로에 의해 수행될 수 있다.

도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 표적 궤적에 대한 의료 기구의 정렬을 결정하고 표적 궤적에 대한 의료 기구의 정렬에 관한 정보를 제시하기 위한 프로세스(700)의 예시적인 흐름도를 예시한다. 블록(702)에서, 프로세스(700)는 하나 이상의 의료 기구로부터 센서 데이터를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 시스템과 같은 장치/시스템의 제어 회로는 스코프, 니들, 또는 임의의 다른 의료 기구와 같은 하나 이상의 의료 기구로부터 통신 인터페이스를 통해 센서 데이터를 수신할 수 있다. 센서 데이터는 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있다.

블록(704)에서, 프로세스(700)는 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 해부학적 랜드마크, 의료 기구의 위치, 또는 임의의 다른 위치/표적과 같은, 환자 내의 표적 위치를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 적어도 부분적으로 환자 내에 배치된 의료 기구로부터의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 표적 위치를 결정할 수 있다.

블록(706)에서, 프로세스(700)는 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 하나 이상의 의료 기구로부터의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법을 사용할 수 있다.

블록(708)에서, 프로세스(700)는 표적 위치에 접근하기 위한 표적 궤적을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 환자 내의 표적 위치에 경피적으로 접근하기 위한 표적 궤적을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 적어도 부분적으로 환자 내에 배치된 의료 기구로부터의 센서 데이터, 환자의 외부에 위치된(또는 부분적으로 삽입된) 의료 기구로부터의 센서 데이터, 표적 위치의 위치 등에 적어도 부분적으로 기초하여 표적 궤적을 결정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 표적 궤적은 표적 궤적을 지정하기 위해 인터페이스를 통한 사용자 제공 입력에 기초하여 결정될 수 있다. 예에서, 표적 궤적은 하나 이상의 해부학적 평면/축에 대해 정의될 수 있다.

블록(710)에서, 프로세스(700)는 표적 궤적에 대한 의료 기구의 배향의 정렬을 나타내는 기구-정렬 요소를 포함하는 인터페이스를 표현하는 사용자 인터페이스 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 니들의 배향을 표현하는 니들-정렬 아이콘과 같은, 의료 기구의 배향을 표현하는 기구-정렬 요소를 포함하는 인터페이스(예컨대, 기구-정렬 인터페이스)를 표현하는 사용자 인터페이스 데이터를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터페이스 내에서의 기구-정렬 요소의 위치설정은 표적 궤적에 대한 의료 기구의 배향의 정렬을 나타낼 수 있다.

블록(712)에서, 프로세스(700)는 인터페이스의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 사용자 인터페이스 데이터를 송신함으로써, 디스플레이 장치를 통해 인터페이스의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 사용자 인터페이스 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 인터페이스를 디스플레이할 수 있다. 어느 경우든, 인터페이스는 의료 기구의 배향을 표현하는 기구-정렬 요소를 포함할 수 있다.

블록(714)에서, 프로세스(700)는 의료 기구의 배향의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 기구-정렬 요소의 위치를 업데이트하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구의 배향에 대한 변화를 결정하고, 의료 기구의 배향의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 의료 기구와 연관된 기구-정렬 요소의 위치를 업데이트할 수 있다.

블록(714)의 일부 실시예에서, 제어 회로는 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성에 적어도 부분적으로 기초하여 기구-정렬 요소의 위치를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구의 배향이 단위 측정치만큼 변경된 것으로 결정하고 의료 기구가 표적 위치에 대한 사전결정된 근접성 밖에 있는 것으로 결정하는 것에 응답하여, 제어 회로는 인터페이스 내의 기구-정렬 요소의 위치를 제1 양만큼 업데이트할 수 있다. 또한, 의료 기구의 배향이 단위 측정치만큼 변경된 것으로 결정하고 의료 기구가 표적 위치에 대한 사전결정된 근접성 내에 있는 것으로 결정하는 것에 응답하여, 제어 회로는 인터페이스 내의 기구-정렬 요소의 위치를 제2 양만큼 업데이트할 수 있다.

도 8은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 배향에 관한 정보를 제시하기 위한 프로세스(800)의 예시적인 흐름도를 예시한다. 블록(802)에서, 프로세스(800)는 의료 기구의 배향을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구로부터의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 인간 해부학적 구조에 경피적으로 접근하도록 구성된 의료 기구의 배향을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구의 배향을 결정하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법을 사용할 수 있다.

블록(804)에서, 프로세스(800)는 의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬되어 있는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는, 의료 기구의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 의료 기구의 배향이 표적 위치에 경피적으로 접근하기 위해 결정된 표적 궤적과 정렬되어 있는지 여부를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구의 배향의 하나 이상의 좌표 및/또는 각도를 표적 궤적의 하나 이상의 좌표 및/또는 각도와 비교하고, 하나 이상의 임계치가 충족되는지(예컨대, 의료 기구의 배향의 하나 이상의 좌표 및/또는 각도가 표적 궤적의 하나 이상의 좌표 및/또는 각도에 대해 특정 수의 좌표 및/또는 도(degree) 내에 있음)를 결정할 수 있다. 예에서, 정렬은 위치 오차 및/또는 각도 오차(예컨대, X, Y, Z, 요, 피치, 롤)와 관련하여 그리고/또는 임의의 좌표 프레임과 관련하여 결정될 수 있다.

의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬되어 있는 것으로 결정되면, 프로세스(800)는 블록(806)으로 진행할 수 있다. 대조적으로, 의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬되지 않은 것으로 결정되면, 프로세스(800)는 블록(808)으로 진행할 수 있다.

블록(806)에서, 프로세스(800)는 의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬되어 있다는 표시의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 데이터를 송신함으로써, 인터페이스 내에, 의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬되어 있다는 표시의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬되어 있다는 표시를 인터페이스 내에 디스플레이할 수 있다. 일부 실시예에서, 기구-정렬 요소는 의료 기구의 배향이 표적 궤적과 정렬되어 있음을 나타내기 위해 하나 이상의 정렬 마킹과 정렬된 배열로(예컨대, 마킹 상에 중심설정되어) 디스플레이된다.

블록(808)에서, 프로세스(800)는 의료 기구의 배향이 임계량 초과만큼 표적 궤적과 정렬되어 있지 않은지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는, 의료 기구의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 의료 기구의 배향이 임계량 초과만큼 표적 궤적과 정렬되어 있지 않은지 여부를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구의 배향의 하나 이상의 좌표 및/또는 각도를 표적 궤적의 하나 이상의 좌표 및/또는 각도와 비교할 수 있다.

의료 기구의 배향이 임계량 초과만큼 표적 궤적과 정렬되어 있지 않은 것으로 결정되면, 프로세스(800)는 블록(810)으로 진행할 수 있다. 대조적으로, 의료 기구의 배향이 임계량 초과만큼 표적 궤적과 정렬되어 있지 않은 것이 아닌 것으로 결정되면, 프로세스(800)는 블록(812)으로 진행할 수 있다.

블록(810)에서, 프로세스(800)는 경계 마킹에 그리고/또는 변형된 형태로 기구-정렬 요소의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 데이터를 송신함으로써, 경계 마킹에 대한 사전결정된 근접성 내에 그리고/또는 변형된 형상으로 기구-정렬 요소의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 경계 마킹에 대한 사전결정된 근접성 내에 그리고/또는 변형된 형상으로 기구-정렬 요소를 인터페이스 내에 디스플레이할 수 있다.

블록(812)에서, 프로세스(800)는 정렬되어 있지 않은 위치로 기구-정렬 요소의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 데이터를 송신함으로써, 정렬 마킹과 정렬되지 않은 위치에 기구-정렬 요소의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 정렬 마킹과 정렬되지 않은 위치에 기구-정렬 요소를 디스플레이할 수 있다.

블록(814)에서, 프로세스(800)는 의료 기구가 인간 해부학적 구조 내로 삽입되는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구로부터의 센서 데이터 및/또는 환자의 위치 및/또는 배향에 관한 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 의료 기구가 적어도 부분적으로 환자 내에 배치되는지 여부를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구가 특정량만큼 환자 내로 삽입되는지 여부를 결정할 수 있다.

의료 기구가 인간 해부학적 구조 내로 삽입된 것으로 결정되면, 프로세스(800)는 블록(816)으로 진행할 수 있다. 대조적으로, 의료 기구가 인간 해부학적 구조 내로 삽입되지 않은 것으로 결정되면, 프로세스(800)는 블록(818)으로 진행할 수 있다.

블록(816)에서, 프로세스(800)는 의료 기구를 후퇴시키기 위한 표시의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 데이터를 송신함으로써, 의료 기구를 후퇴시키기 위한 표시의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 의료 기구를 후퇴시키기 위한 표시를 디스플레이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 블록(810 및/또는 812)과 연관된 정보의 디스플레이(예컨대, 기구-정렬 요소)를 유지할 뿐만 아니라 의료 기구를 후퇴시키기 위한 표시를 제공할 수 있다.

블록(818)에서, 프로세스(800)는 정보의 디스플레이를 유지하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구의 현재 배향 및/또는 위치에 관한 텍스트 또는 다른 시각화의 디스플레이(예컨대, 블록(810 및/또는 812)에서 제시된 정보)를 유지할 수 있다. 블록(818)이 예시되어 있지만, 일부 실시예에서, 다른 동작 또는 프로세스가 수행될 수 있다.

도 9는 하나 이상의 실시예에 따른, 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성에 관한 정보를 제시하기 위한 프로세스(900)의 예시적인 흐름도를 예시한다. 블록(902)에서, 프로세스(900)는 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구로부터의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 환자 내의 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구의 위치를 결정하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법을 사용할 수 있다.

블록(904)에서, 프로세스(900)는 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성의 표시의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 데이터를 송신함으로써, 인터페이스 내에, 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성의 표시의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성의 표시를 인터페이스 내에 디스플레이할 수 있다.

블록(906)에서, 프로세스(900)는 의료 기구가 표적 위치에 도달하였는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구로부터의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 의료 기구가 환자 내의 표적 위치에 도달하였는지 여부를 결정할 수 있다.

의료 기구가 표적 위치에 도달한 것으로 결정되면, 프로세스(900)는 블록(908)으로 진행할 수 있다. 대조적으로, 의료 기구가 표적 위치에 도달하지 않은 것으로 결정되면, 프로세스(900)는 다시 블록(902)으로 진행할 수 있다.

블록(908)에서, 프로세스(900)는 의료 기구가 표적 위치에 도달하였다는 표시의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 데이터를 송신함으로써, 인터페이스 내에, 의료 기구가 표적 위치에 도달하였다는 표시의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 의료 기구가 표적 위치에 도달하였다는 표시를 인터페이스 내에 디스플레이할 수 있다.

블록(910)에서, 프로세스(900)는 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입되는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구로부터의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입되는지 여부를 결정할 수 있다.

의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입된 것으로 결정되면, 프로세스(900)는 블록(912)으로 진행할 수 있다. 대조적으로, 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입되지 않는 것으로 결정되면, 프로세스(900)는 다시 블록(902)으로 진행할 수 있다. 프로세스(900)가 도 9의 예에서 다시 블록(902)으로 진행하는 것으로 예시되어 있지만, 일부 실시예에서, 프로세스(900)는 다시 블록(906), 블록(908), 또는 다른 블록으로 진행할 수 있다.

블록(912)에서, 프로세스(900)는 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입된다는 표시의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 데이터를 송신함으로써, 인터페이스 내에, 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입된다는 표시의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 소정의 사용 사례에 따라, 디스플레이 장치는 의료 기구가 표적 위치를 넘어 삽입된다는 표시를 인터페이스 내에 디스플레이할 수 있다. 프로세스(900)는 이어서 다시 블록(902)으로 진행할 수 있다.

도 10은 하나 이상의 실시예에 따른, 기구-정렬 요소와 연관된 위치 변화 파라미터를 설정 및/또는 업데이트하기 위한 프로세스(1000)의 예시적인 흐름도를 예시한다. 블록(1002)에서, 프로세스(1000)는 의료 기구의 단위 이동과 연관된 위치 변화 파라미터를 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 위치 변화 파라미터를, 기구-정렬 요소의 특정 위치 변화량을 나타내는 초기 값으로 설정할 수 있다. 위치 변화 파라미터는 의료 기구의 단위 이동(예컨대, 단위 배향 변화)에 대한 인터페이스 내에서의 기구-정렬 요소의 위치 변화량을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 초기 값은 환자의 외부에 그리고/또는 표적 위치에 대한 사전결정된 근접성 밖에 위치되는 의료 기구와 연관된 사전결정된 또는 디폴트 값을 포함한다. 예를 들어, 위치 변화 파라미터는 환자 내로의 의료 기구의 삽입 전에 의료 기구가 정렬되고 있을 때 초기 값으로 설정될 수 있다.

블록(1004)에서, 프로세스(1000)는 의료 기구의 배향의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 기구-정렬 요소의 위치를 변경하기 위해 위치 변화 파라미터를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구의 배향이 변경된 것으로 결정하고, 이에 응답하여, 기구-정렬 요소의 위치를 변경하기 위해 위치 변화 파라미터를 사용할 수 있다(예컨대, 기구-정렬 요소에 적용하기 위한 위치 변화량을 식별하기 위해 위치 변화 파라미터의 값을 사용함).

블록(1006)에서, 프로세스(1000)는 의료 기구가 표적 위치에 더 가까운지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구의 최종 위치와 비교하여 의료 기구가 표적 위치에 더 가까운지 여부를 결정할 수 있다. 그러한 결정은 의료 기구로부터의 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 의료 기구가 표적 위치에 대한 사전결정된 근접성 내에 있는지를 결정할 수 있다.

의료 기구가 표적 위치에 더 가까운 것으로 결정되면, 프로세스(1000)는 블록(1008)으로 진행할 수 있다. 대조적으로, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝지 않은 것으로 결정되면, 프로세스(1000)는 다시 블록(1004)으로 진행하고 이전에 설정된 위치 변화 파라미터를 계속 사용할 수 있다.

블록(1008)에서, 프로세스(1000)는 위치 변화 파라미터를 업데이트하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 회로는 의료 기구의 단위 이동에 대해 더 많거나 더 작은 위치 변화와 연관된 다른 값으로 위치 변화 파라미터를 업데이트할 수 있다. 일부 실시예에서, 블록(1008)은 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동함에 따라 위치 변화 파라미터를 1회 이상 업데이트하기 위해 임의의 횟수로 구현될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 블록(1008)은 의료 기구가 표적 위치에 대한 사전결정된 근접성 내에 있을 때 한 번 구현될 수 있다. 여기서, 프로세스(1000)는 블록(1008)을 구현한 후에 블록(1004)으로 복귀하지 않을 수 있다.

예시적인 로봇 시스템

도 11은 하나 이상의 실시예에 따른, 로봇 시스템(110)의 예시적인 상세 사항을 예시한다. 이러한 예에서, 로봇 시스템(110)은 이동가능한 카트-기반 로봇식 시스템(cart-based robotically-enabled system)으로 예시되어 있다. 그러나, 로봇 시스템(110)은 고정형 시스템으로서 구현되고, 테이블에 통합되고, 기타 등등일 수 있다.

로봇 시스템(110)은 세장형 섹션(114(A))(때때로 "칼럼(column)(114(A))"으로 지칭됨) 및 기부(114(B))를 포함하는 지지 구조물(114)을 포함할 수 있다. 칼럼(114(A))은 하나 이상의 로봇 아암(112)(3개가 도 11에 도시됨)의 전개를 지원하기 위한 캐리지(carriage)(1102)(대안적으로 "아암 지지부(1102)"로 지칭됨)와 같은 하나 이상의 캐리지를 포함할 수 있다. 캐리지(1102)는 환자에 대한 위치설정을 위해 로봇 아암(112)의 기부를 조정하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트(arm mount)를 포함할 수 있다. 캐리지(1102)는 또한 캐리지(1102)가 칼럼(114(A))을 따라 수직으로 병진하도록 허용하는 캐리지 인터페이스(1104)를 포함한다. 캐리지 인터페이스(1104)는 캐리지(1102)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(114(A))의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 슬롯(slot)(1106)과 같은 슬롯을 통해 칼럼(114(A))에 연결된다. 슬롯(1106)은 캐리지(1102)를 기부(114(B))에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 유지시키기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함한다. 캐리지(1102)의 수직 병진은 로봇 시스템(110)이 로봇 아암(112)의 도달범위를 조정하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 의사 선호도 등을 충족시키도록 허용한다. 유사하게, 캐리지(1102) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(112)의 로봇 아암 기부(1108)가 다양한 구성으로 경사지도록 허용한다. 칼럼(114(A))은 내부적으로, 사용자 입력, 예컨대 I/O 장치(들)(116)로부터의 입력에 응답하여 생성된 제어 신호에 응답하여 기계화된 방식으로 캐리지(1102)를 병진시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류(lead screw)를 사용하도록 설계되는, 기어 및/또는 모터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 슬롯(1106)은 캐리지(1102)가 수직으로 병진함에 따라 수직 병진 인터페이스 및/또는 칼럼(114(A))의 내부 챔버 내로 먼지 및/또는 유체가 유입되는 것을 방지하기 위해 슬롯 표면과 동일 평면상에 있고/있거나 그에 평행한 슬롯 커버(들)로 보완될 수 있다. 슬롯 커버는 슬롯(1106)의 수직 상부 및 저부 부근에 위치된 스프링 스풀들(spring spools)의 쌍을 통해 전개될 수 있다. 커버는 캐리지(1102)가 상향 및 하향으로 수직으로 병진함에 따라 그들의 코일링된(coiled) 상태로부터 연장 및 후퇴되도록 전개될 때까지 스풀 내에 코일링될 수 있다. 스풀의 스프링-로딩(spring-loading)은 캐리지(1102)가 스풀을 향해 병진할 때 커버를 스풀 내로 후퇴시키는 힘을 제공함과 동시에, 또한 캐리지(1102)가 스풀로부터 멀어지게 병진할 때 밀폐 시일(tight seal)을 유지시킬 수 있다. 커버는 캐리지(1102)가 병진함에 따라 커버의 적절한 연장 및 후퇴를 보장하기 위해, 예를 들어 캐리지 인터페이스(1104) 내의 브래킷(bracket)을 사용하여 캐리지(1102)에 연결될 수 있다.

기부(114(B))는 바닥과 같은 표면 위에서 칼럼(114(A)), 캐리지(1102), 및/또는 아암(112)의 중량의 균형을 잡을 수 있다. 따라서, 기부(114(B))는 하나 이상의 전자장치, 모터, 전력 공급부 등과 같은 더 무거운 컴포넌트뿐만 아니라, 이동을 가능하게 하고/하거나 로봇 시스템(110)을 움직이지 못하게 하는 컴포넌트를 수용할 수 있다. 예를 들어, 기부(114(B))는 로봇 시스템(110)이 절차를 위해 수술실을 돌아다니도록 허용하는 롤링가능 휠(rollable wheel)(1116)("캐스터(caster)(1116)"로도 지칭됨)을 포함할 수 있다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(1116)는 절차 동안 로봇 시스템(110)을 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다. 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(110)은 또한 로봇 시스템(110)을 조종하고/하거나 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(1118)를 포함한다.

로봇 아암(112)은 일반적으로, 일련의 조인트(1114)에 의해 연결되는 일련의 링크장치(linkage)(1112)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(1108) 및 엔드 이펙터(end effector)(1110)를 포함할 수 있다. 각각의 조인트(1114)는 독립적인 액추에이터를 포함할 수 있고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함할 수 있다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트(1114)는 로봇 아암(112)이 이용가능한 독립적인 자유도를 표현한다. 예를 들어, 아암들(112) 각각은 7개의 조인트를 갖고, 따라서 7 자유도를 제공할 수 있다. 그러나, 임의의 수의 조인트가 임의의 자유도로 구현될 수 있다. 예에서, 다수의 조인트는 다수의 자유도를 생성하여, "여분의(redundant)" 자유도를 허용할 수 있다. 여분의 자유도는 로봇 아암(112)이 상이한 링크장치 위치 및/또는 조인트 각도를 사용하여 공간에서 특정 위치, 배향, 및/또는 궤적으로 그들 각각의 엔드 이펙터(1110)를 위치시키도록 허용한다. 일부 실시예에서, 엔드 이펙터(1110)는 의료 기구, 장치, 물체 등과 맞물리고/맞물리거나 그것을 제어하도록 구성될 수 있다. 아암(112)의 이동의 자유는 로봇 시스템(110)이 의료 기구를 공간에서 원하는 지점으로부터 위치시키고/시키거나 지향시키도록 허용하고/하거나 의사가 아암 충돌을 회피하면서 접근을 생성하기 위해 아암(112)을 환자로부터 떨어진 임상적으로 유리한 위치로 이동시키도록 허용할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(110)은 또한 I/O 장치(들)(116)를 포함할 수 있다. I/O 장치(들)(116)는 디스플레이, 터치스크린, 터치패드, 프로젝터, 마우스, 키보드, 마이크, 스피커, 제어기, (예컨대, 제스처 입력을 수신하기 위한) 카메라, 또는 입력을 수신하고/하거나 출력을 제공하기 위한 다른 I/O 장치를 포함할 수 있다. I/O 장치(들)(116)는 터치, 음성, 제스처, 또는 임의의 다른 유형의 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. I/O 장치(들)(116)는 칼럼(114(A))의 수직 단부(예컨대, 칼럼(114(A))의 상부)에 위치되고/되거나 사용자 입력을 수신하기 위한 그리고/또는 출력을 제공하기 위한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, I/O 장치(들)(116)는 입력을 수신하고 수술전 및/또는 수술중 데이터를 의사에게 제공하기 위한 터치스크린(예컨대, 이중-목적 장치)을 포함할 수 있다. 예시적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 내비게이션, 및/또는 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 매핑 데이터, 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 예시적인 수술중 데이터는 도구/기구, 센서로부터 제공되는 광학 정보, 및/또는 센서로부터의 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. I/O 장치(들)(116)는 의사가 캐리지(1102) 반대편에 있는 칼럼(114(A))의 측부와 같은 다양한 위치로부터 I/O 장치(들)(116)에 접근하게 허용하도록 위치되고/되거나 틸팅될 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 로봇 시스템(110) 뒤로부터 I/O 장치(들)(116)를 동작시키면서 I/O 장치(들)(116), 로봇 아암(112), 및/또는 환자를 관찰할 수 있다.

로봇 시스템(110)은 다양한 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템(110)은 하나 이상의 제어 전자장치/회로, 전원, 공압장치, 광원, 액추에이터(예컨대, 로봇 아암(112)을 이동시키기 위한 모터), 메모리, 및/또는 (예컨대, 다른 장치와 통신하기 위한) 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 메모리는, 제어 회로에 의해 실행될 때, 제어 회로로 하여금 본 명세서에서 논의된 동작들 중 임의의 것을 수행하게 하는 컴퓨터-실행가능 명령어를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리는, 제어 회로에 의해 실행될 때, 제어 회로로 하여금 로봇 아암(112)의 조작에 관한 입력 및/또는 제어 신호를 수신하게 하고, 이에 응답하여, 로봇 아암(112)을 특정 배열로 위치되도록 그리고/또는 엔드 이펙터(1110)에 연결된 의료 기구를 내비게이팅하도록 제어하게 하는 컴퓨터-실행가능 명령어를 저장할 수 있다.

일부 실시예에서, 로봇 시스템(110)은 스코프(120)와 같은 의료 기구와 맞물리고/맞물리거나 의료 기구를 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 로봇 아암(112)은 스코프(예컨대, 스코프의 시스 및/또는 리더)의 위치, 배향, 및/또는 팁 관절운동을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(112)은 세장형 이동 부재를 사용하여 스코프(120)를 조작하도록 구성될/구성가능할 수 있다. 세장형 이동 부재는 하나 이상의 당김 와이어(pull wire)(예컨대, 당김 또는 밀어냄 와이어(push wire)), 케이블, 섬유, 및/또는 가요성 샤프트를 포함할 수 있다. 예시하기 위해, 로봇 아암(112)은 스코프(120)의 팁을 편향시키기 위해 스코프(120)에 결합된 다수의 당김 와이어를 작동시키도록 구성될 수 있다. 당김 와이어는 임의의 적합한 또는 바람직한 재료, 예컨대 스테인리스 강, 케블라(Kevlar), 텅스텐, 탄소 섬유 등과 같은 금속 및/또는 비-금속 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(120)는 세장형 이동 부재에 의해 인가되는 힘에 응답하여 비선형 거동을 나타내도록 구성된다. 비선형 거동은 스코프(120)의 강직성 및 압축성뿐만 아니라, 상이한 세장형 이동 부재들 사이의 슬랙(slack) 또는 강직성의 변동에 기초할 수 있다.

예시적인 제어 시스템

도 12는 하나 이상의 실시예에 따른, 제어 시스템(140)의 예시적인 상세 사항을 예시한다. 예시된 바와 같이, 제어 시스템(140)은 하기 컴포넌트, 장치, 모듈, 및/또는 유닛(본 명세서에서 "컴포넌트"로 지칭됨) 중 하나 이상을 개별적으로/독립적으로 그리고/또는 조합으로/집합적으로 포함할 수 있다: 제어 회로(1202), 데이터 저장소/메모리(1204), 하나 이상의 통신 인터페이스(1206), 하나 이상의 전력 공급 유닛(1208), 하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210), 및/또는 하나 이상의 휠(1212)(예컨대, 캐스터 또는 다른 유형의 휠). 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 제어 시스템(140)의 컴포넌트들 중 하나 이상의 적어도 일부를 수용하거나 포함하도록 구성되고/되거나 치수설정된 하우징/인클로저를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 제어 시스템(140)은 하나 이상의 휠(1212)로 이동가능한 카트-기반 시스템으로서 예시된다. 일부 경우에, 적절한 위치에 도달한 후에, 하나 이상의 휠(1212)은 제어 시스템(140)을 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다. 그러나, 제어 시스템(140)은 고정형 시스템으로서 구현되고, 다른 시스템/장치에 통합되고, 기타 등등일 수 있다.

제어 시스템(140)의 소정 컴포넌트가 도 12에 예시되어 있지만, 도시되지 않은 추가 컴포넌트가 본 개시에 따른 실시예에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 일부 실시예에서, 소정의 예시된 컴포넌트가 생략될 수 있다. 제어 회로(1202)가 도 12의 도면에서 별개의 컴포넌트로서 예시되어 있지만, 제어 시스템(140)의 나머지 컴포넌트들 중 임의의 것 또는 전부가 제어 회로(1202) 내에 적어도 부분적으로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 제어 회로(1202)는 다양한 소자(능동 및/또는 수동), 반도체 재료 및/또는 면적, 층, 영역, 및/또는 그의 부분, 도체, 리드, 비아, 접속부 등을 포함할 수 있고, 여기서 제어 시스템(140) 및/또는 그의 부분(들)의 다른 컴포넌트들 중 하나 이상은 그러한 회로 컴포넌트/장치 내에/그에 의해 적어도 부분적으로 형성되고/되거나 구현될 수 있다.

제어 시스템(140)의 다양한 컴포넌트는 제어 회로(1202)의 일부일 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 소정의 접속 회로/장치/특징부를 사용하여 전기적으로 그리고/또는 통신가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 접속 특징부(들)는 제어 시스템(140)의 다양한 컴포넌트/회로 중 적어도 일부의 장착 및/또는 상호접속을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 인쇄 회로 보드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로(1202), 데이터 저장소/메모리(1204), 통신 인터페이스(들)(1206), 전력 공급 유닛(들)(1208), 및/또는 입력/출력(I/O) 컴포넌트(들)(1210) 중 둘 이상은 서로 전기적으로 그리고/또는 통신가능하게 결합될 수 있다.

예시된 바와 같이, 메모리(1204)는 위치결정 컴포넌트(1214), 표적/궤적 컴포넌트(1216), 및 본 명세서에서 논의된 다양한 기능을 용이하게 하도록 구성된 사용자 인터페이스 컴포넌트(1218)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 위치결정 컴포넌트(1214), 표적/궤적 컴포넌트(1216), 및/또는 사용자 인터페이스 컴포넌트(1218)는 하나 이상의 동작을 수행하기 위해 제어 회로(1202)에 의해 실행가능한 하나 이상의 명령어를 포함할 수 있다. 많은 실시예가 제어 회로(1202)에 의해 실행가능한 하나 이상의 명령어를 포함하는 컴포넌트(1214 내지 1218)의 맥락에서 논의되지만, 컴포넌트들(1214 내지 1218) 중 임의의 것은 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 하나 이상의 필드-프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 하나 이상의 프로그램-특정 표준 제품(ASSP), 하나 이상의 복합 프로그래머블 로직 장치(CPLD) 등과 같은, 하나 이상의 하드웨어 로직 컴포넌트로서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 또한, 컴포넌트(1214 내지 1218)가 제어 시스템(140) 내에 포함되는 것으로 예시되어 있지만, 컴포넌트들(1214 내지 1218) 중 임의의 것은 로봇 시스템(110), 테이블(150), 또는 다른 장치/시스템과 같은 다른 장치/시스템 내에 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 유사하게, 제어 시스템(140)의 다른 컴포넌트들 중 임의의 것은 다른 장치/시스템 내에 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.

위치결정 컴포넌트(1214)는 의료 기구와 같은 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하고/하거나 추적하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 위치결정 컴포넌트(1214)는 하나 이상의 의료 기구에 대한 위치/배향 데이터(1220)를 생성하기 위해 입력 데이터(예컨대, 의료 기구로부터의 센서 데이터, 환자의 해부학적 구조에 관한 모델 데이터, 환자의 위치 데이터, 수술전 데이터, 로봇 명령 및/또는 운동학 데이터 등)를 처리할 수 있다. 위치/배향 데이터(1220)는 기준 프레임(frame of reference)에 대한 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있다. 기준 프레임은 환자의 해부학적 구조, 알려진 물체(예컨대, EM 필드 발생기), 좌표계/좌표 공간 등에 대한 기준 프레임일 수 있다. 일부 구현예에서, 위치/배향 데이터(1220)는 의료 기구의 원위 단부(및/또는 일부 경우에 근위 단부)의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있다.

일부 실시예에서, 위치결정 컴포넌트(1214)는 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 수술전 데이터를 처리할 수 있다. 수술전 데이터(때때로 "매핑 데이터"로 지칭됨)는 저 선량 CT 스캔과 같은 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔을 수행함으로써 생성될 수 있다. 스캔으로부터의 수술전 CT 이미지는 3차원 이미지로 재구성될 수 있고, 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/또는 구조에 대한 이미지-기반 모델이 생성될 수 있다. 중심선 기하학(center-line geometry)이 CT 이미지로부터 결정되고/되거나 근사화되어, 모델 데이터로 지칭되는(수술전 CT 스캔만을 사용하여 생성될 때 "수술전 모델 데이터"로도 지칭됨), 환자의 해부학적 구조의 3차원 볼륨(three-dimensional volume)을 개발할 수 있다. 중심선 기하학의 예시적인 사용은, 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 제14/523,760호에서 논의된다. 네트워크 위상 모델(network topological model)이 또한 CT-이미지로부터 도출될 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 위치결정 컴포넌트(1214)는 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 비전(vision)-기반 기법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구에는 비전 데이터의 형태로 센서 데이터를 제공하기 위해, 카메라, 거리 센서(때때로 "깊이 센서"로 지칭됨), 레이더 장치 등이 장착될 수 있다. 위치결정 컴포넌트(1214)는 의료 기구의 비전-기반 위치 추적을 용이하게 하기 위해 비전 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어, 수술전 모델 데이터는 의료 기구(예컨대, 내시경)의 컴퓨터 비전-기반 추적을 가능하게 하기 위해 비전 데이터와 함께 사용될 수 있다. 예에서, 수술전 모델 데이터를 사용하여, 제어 시스템(140)은 스코프의 예상 이동 경로에 기초하여 예상 내시경 이미지의 라이브러리(library)를 생성할 수 있고, 이때 각각의 이미지는 모델 내의 일정 위치에 링크된다. 수술중에, 이러한 라이브러리는, 스코프(예컨대, 내시경의 원위 단부에 있는 카메라)에서 캡처된 실시간 이미지 및/또는 다른 비전 데이터를 이미지 라이브러리 내의 것과 비교하여 위치결정을 보조하기 위해 제어 시스템(140)에 의해 참조될 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 다른 유형의 비전-기반 기법이 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 위치결정 컴포넌트(1214)는 이미지 센서(예컨대, 카메라 또는 다른 센서), 및 그에 따라, 이미지 센서와 연관된 의료 기구의 움직임을 결정하기 위해 특징부 추적을 사용할 수 있다. 일부 경우에, 위치결정 컴포넌트(1214)는 해부학적 내강에 대응하는 수술전 모델 데이터 내의 원형 기하학적 구조를 식별하고 그들 기하학적 구조의 변화를 추적하여, 어느 해부학적 내강이 선택되었는지뿐만 아니라 의료 기구의 상대 회전 및/또는 병진 운동을 결정할 수 있다. 위상 맵(topological map)의 사용은 또한 비전-기반 알고리즘 또는 기법을 향상시킬 수 있다. 또한, 위치결정 컴포넌트(1214)는 비전 데이터 내의 비디오 시퀀스에서 이미지 픽셀의 변위 및/또는 병진을 분석하여 카메라 이동을 추정하기 위해 다른 컴퓨터 비전-기반 기법인 광학 흐름(optical flow)을 사용할 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 걸쳐 다수의 프레임을 비교함으로써, 위치결정 컴포넌트(1214)는 이미지 센서(및 그에 따라 내시경)의 이동 및 위치를 결정할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 위치결정 컴포넌트(1214)는 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 전자기 추적을 사용할 수 있다. 예를 들어, 위치결정 컴포넌트(1214)는 수술전 모델 또는 다른 모델에 의해 표현될 수 있는, 환자의 해부학적 구조에 정합될 수 있는 좌표계/좌표 공간에서 의료 기구의 실시간 위치를 결정하기 위해 실시간 EM 추적을 사용할 수 있다. EM 추적에서, 하나 이상의 센서 코일을 포함하는 EM 센서(또는 추적기)는 의료 기구(예컨대, 스코프, 니들 등) 내에 하나 이상의 위치 및/또는 배향으로 내장될 수 있다. EM 센서는 알려진 위치에 위치된 하나 이상의 정적 EM 필드 발생기에 의해 생성된 EM 필드의 변화를 측정할 수 있다. EM 센서에 의해 검출된 위치 정보는 EM 데이터로서 저장될 수 있다. 위치결정 컴포넌트(1214)는 의료 기구와 같은 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 EM 데이터를 처리할 수 있다. EM 필드 발생기(또는 전송기)는 EM 센서가 검출할 수 있는 저 강도 자기장을 생성하기 위해 환자에 가깝게(예컨대, 사전결정된 거리 내에) 배치될 수 있다. 자기장은 EM 센서의 센서 코일 내에 소전류를 유도할 수 있고, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및/또는 각도를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이들 거리 및/또는 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, 내시경, 니들 등의 원위 팁)에 있는 EM 센서(예컨대, 내장된 EM 추적기)는 환자의 해부학적 구조를 통한 의료 기구의 위치 및/또는 배향의 실시간 표시를 제공할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 위치결정 컴포넌트(1214)는 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 로봇 명령 및/또는 운동학 데이터를 사용할 수 있다. 로봇 명령 및/또는 운동학 데이터는 수술전 교정 동안 및/또는 절차 동안 사용되는 것과 같은 관절운동 명령으로부터 생성되는 (예컨대, 로봇 아암의) 피치 및/또는 요를 나타낼 수 있다. 수술중에, 교정 측정치는 알려진 삽입 깊이 정보와 조합하여 사용되어 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 추정할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이들 계산치는 EM, 비전, 및/또는 위상 모델링과 조합하여 분석되어 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 추정할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 위치결정 컴포넌트(1214)는 물체의 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 다른 유형의 데이터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 위치결정 컴포넌트(1214)는 의료 기구 상에 내장된, 형상 감지 섬유(예컨대, 의료 기구의 위치/형상에 관한 형상 데이터를 제공할 수 있음), 가속도계, 자이로스코프, 위성-기반 위치확인 센서(예컨대, GPS(global positioning system)), 무선-주파수 송수신기 등으로부터의 센서 데이터를 분석할 수 있다. 그러한 데이터는 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있다.

일부 실시예에서, 위치결정 컴포넌트(1214)는 입력 데이터를 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 위치결정 컴포넌트(1214)는 신뢰도 가중치가 다수의 형태의 입력 데이터로부터 결정된 위치/배향에 할당되는 확률적 접근법을 사용할 수 있다. 예시하기 위해, EM 데이터가 (EM 간섭이 있는 경우일 수 있는 바와 같이) 신뢰할 수 없다면, EM 데이터는 비교적 낮은 신뢰도 값과 연관될 수 있고, 비전 데이터, 로봇 명령 및 운동학 데이터 등과 같은 다른 형태의 입력 데이터에 의존할 수 있다.

표적/궤적 컴포넌트(1216)는 인간 해부학적 구조 및/또는 좌표 공간/좌표계 내의 표적 위치의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 표적 위치는 인간 해부학적 구조 및/또는 좌표 공간/좌표계 내의 지점/지점 세트를 표현할 수 있다. 예를 들어, 표적/궤적 컴포넌트(1216)는 좌표계 내의 표적 위치에 대한 하나 이상의 지점을 식별하고, 하나 이상의 지점에 대한 좌표(예컨대, 각각의 지점에 대한 X, Y, Z 좌표)를 식별하고, 좌표를 표적 위치와 연관시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 표적/궤적 컴포넌트(1216)는 표적 위치의 위치를 결정하기 위해 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스코프는 표적 위치와 접촉하거나 표적 위치에 대한 근접성 내에 있도록(예컨대, 표적 위치의 전방에 파킹됨) 내비게이팅될 수 있다. 위치결정 컴포넌트(1214)는 스코프의 위치(예컨대, 스코프의 단부의 위치) 및/또는 스코프의 시야 내의 물체의 위치를 결정하기 위해 위치결정 기법을 사용할 수 있다. 표적/궤적 컴포넌트(1216)는 스코프의 위치(예컨대, 스코프의 좌표)를 표적 위치와 연관시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 스코프는 표적 위치를 마킹하기 위한 기준점을 전달할 수 있고, 기준점의 위치가 결정될 수 있다.

표적 위치는 인간 해부학적 구조 및/또는 좌표 공간/좌표계 내의 고정된 또는 이동가능한 지점(들)을 표현할 수 있다. 예를 들어, 유두가 초기에 표적 위치로서 지정되면, 절차가 진행되고 유두가 (예컨대, 의료 기구의 삽입으로 인해) 이동함에 따라, 표적 위치에 대한 좌표가 결정되고 업데이트될 수 있다. 여기서, (유두에 대한 근접성 내에 있을 수 있는) 스코프의 위치는 시간 경과에 따라 추적되고, 표적 위치의 좌표를 업데이트하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 표적/궤적 컴포넌트(1216)는 표적 위치의 위치를 추정/예측할 수 있다. 여기서, 표적 위치는 예측된 위치로 표현될 수 있다. 예를 들어, 표적/궤적 컴포넌트(1216)는 인간 해부학적 구조가 이동함에 따라 표적 위치의 좌표를 예측하기 위해 알고리즘을 사용할 수 있다. 예측된 좌표는 표적 궤적을 결정하는 데 사용될 수 있다.

표적/궤적 컴포넌트(1216)는 또한 의료 기구 또는 다른 물체에 대한 표적 궤적을 결정하도록 구성될 수 있다. 표적 궤적은 표적 위치에 접근하기 위한 원하는 경로를 표현할 수 있다. 표적 궤적은 의료 기구(들)(예컨대, 니들, 스코프 등)의 위치, 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치, 환자의 위치 및/또는 배향, 환자의 해부학적 구조(예컨대, 표적 위치에 대한 환자 내의 장기의 위치) 등과 같은 다양한 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 표적 궤적은 의료 기구의 위치 및/또는 환자의 피부 상의 위치로부터 환자 내의 표적 위치의 위치까지/위치를 통해 연장되는 라인을 포함할 수 있다. 예에서, 의사는 인간 해부학적 구조의 이미지 또는 모델을 분석하고, 예컨대 환자의 내부 해부학적 구조의 이미지 상에 라인을 그림으로써 표적 궤적을 지정하기 위한 입력을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 표적/궤적 컴포넌트(1216)는 초기에 표적 궤적을 계산하고/하거나 절차 전체에 걸쳐 표적 궤적을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 표적 위치가 절차 동안 이동함에 따라, 표적 궤적은 표적 위치의 위치의 변화로 인해 업데이트될 수 있다. 표적 위치가 추정되는 예에서, 표적 궤적은 표적 위치에 도달하기 위한 추정된 경로를 표현할 수 있다.

일부 실시예에서, 표적 궤적 및/또는 의료 기구의 궤적은 하나 이상의 해부학적 평면/축에 대해 정의/표현될 수 있다. 예를 들어, 궤적은 관상/시상/횡단 평면(들) 또는 다른 평면/축에 대한 각도로서 정의/표현될 수 있다(예컨대, 20도 두미(cranial-caudal) 각도, 10도 내외(medial-lateral) 각도 등). 예시하기 위해, 제어 시스템(140)은 EM 필드 발생기에 대한 의료 기구의 자세 및/또는 EM 필드 발생기에 대한 표적의 위치를 결정할 수 있다. 제어 시스템(140)은 또한 로봇 운동학에 기초하여 로봇 시스템에 대한 EM 필드 발생기의 자세를 결정할 수 있다. 일부 경우에, 제어 시스템(140)은 로봇 시스템이 베드(bed)에 평행한 것으로 추정/결정할 수 있다. 그러한 정보에 기초하여, 제어 시스템(140)은 베드 상의 환자에 대해 해부학적 평면에 대한 각도와 같은, 해부학적 평면에 대한 의료 기구의 궤적 및/또는 표적 궤적을 결정할 수 있다.

사용자 인터페이스 컴포넌트(1218)는 하나 이상의 사용자 인터페이스("하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)"로도 지칭됨)를 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스 컴포넌트(1218)는 의료 기구의 배향 및/또는 위치를 나타내기 위한 하나 이상의 시각화를 포함하는 기구-정렬 인터페이스(1224)를 표현하는 사용자 인터페이스 데이터(1222)를 생성할 수 있다. 사용자 인터페이스 컴포넌트(1228)는, 기구-정렬 인터페이스(1224) 내에, 표적 궤적에 대한 의료 기구의 배향의 정렬 및/또는 표적 위치에 대한 의료 기구의 근접성을 나타내는 하나 이상의 시각화를 제시하기 위해, 의료 기구에 관한 위치/배향 데이터(1220), 표적 위치에 관한 정보, 및/또는 표적 궤적에 관한 정보를 사용할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스 컴포넌트(1228)는 기구-정렬 인터페이스(1224) 내에 정보를 제시하기 위해, 스코프에 의해 캡처된 이미지와 같은 비전 데이터를 사용할 수 있다. 예에서, 정보는 스코프로부터의 이미지 상에 오버레이될 수 있다(예컨대, 증강 이미지 뷰). 사용자 인터페이스 컴포넌트(1228)는 기구-정렬 인터페이스(1224)의 디스플레이를 위해 하나 이상의 디스플레이(142) 및/또는 다른 디스플레이(들)에 사용자 인터페이스 데이터(1222) 또는 다른 데이터를 제공할 수 있다.

하나 이상의 통신 인터페이스(1206)는 하나 이상의 장치/센서/시스템과 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 통신 인터페이스(1206)는 네트워크를 통해 무선 및/또는 유선 방식으로 데이터를 송신/수신할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따른 네트워크는 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN)(예컨대, 인터넷), 개인 영역 네트워크(PAN), 인체 영역 네트워크(BAN) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 통신 인터페이스(1206)는 블루투스, Wi-Fi, 근접 무선 통신(NFC) 등과 같은 무선 기술을 구현할 수 있다.

하나 이상의 전력 공급 유닛(1208)은 제어 시스템(140)(및/또는 일부 경우에, 로봇 시스템(110))을 위한 전력을 관리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 전력 공급 유닛(1208)은 리튬-기반 배터리, 납-산 배터리, 알칼리 배터리, 및/또는 다른 유형의 배터리와 같은 하나 이상의 배터리를 포함한다. 즉, 하나 이상의 전력 공급 유닛(1208)은 전원을 제공하고/하거나 전력 관리 기능을 제공하도록 구성된 하나 이상의 장치 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 하나 이상의 전력 공급 유닛(1208)은 교류(AC) 또는 직류(DC) 주 전원에 결합되도록 구성된 주 전력 커넥터를 포함한다.

하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210)는 입력을 수신하고/하거나 출력을 제공하기 위한, 예컨대 사용자와 인터페이싱하기 위한 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210)는 터치, 음성, 제스처, 또는 임의의 다른 유형의 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 예에서, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210)는 장치/시스템의 제어에 관한 입력을 제공하기 위해, 예컨대 로봇 시스템(110)을 제어하고, 로봇 시스템(110)에 부착된 스코프 또는 다른 의료 기구를 내비게이팅하고, 테이블(150)을 제어하고, 형광투시법 장치(190)를 제어하는 등을 위해 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210)는 데이터를 디스플레이하도록 구성된 하나 이상의 디스플레이(142)(때때로 "하나 이상의 디스플레이 장치(142)"로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 디스플레이(142)는 하나 이상의 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 LED 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전자 종이 디스플레이, 및/또는 임의의 다른 유형(들)의 기술을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 디스플레이(142)는 입력을 수신하고/하거나 데이터를 디스플레이하도록 구성된 하나 이상의 터치스크린을 포함한다. 또한, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210)는 터치스크린, 터치 패드, 제어기, 마우스, 키보드, 웨어러블 장치(예컨대, 광학 머리-장착식 디스플레이), 가상 또는 증강 현실 장치(예컨대, 머리-장착식 디스플레이) 등을 포함할 수 있는 하나 이상의 I/O 장치(146)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210)는 오디오 신호에 기초하여 소리를 출력하도록 구성된 하나 이상의 스피커(1226) 및/또는 소리를 수신하고 오디오 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 마이크(1228)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 I/O 컴포넌트(1210)는 콘솔(console)을 포함하거나 콘솔로서 구현된다.

도 12에 도시되지 않지만, 제어 시스템(140)은 의료 기구(예컨대, 스코프), 의료 기구를 통해 전개될 수 있는 장치 등에 제어된 관주 및/또는 흡인 능력을 제공하기 위해 하나 이상의 펌프, 유량계, 밸브 제어부, 및/또는 유체 접근 컴포넌트와 같은 다른 컴포넌트를 포함하고/하거나 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 관주 및 흡인 능력은 별개의 케이블(들)을 통해 의료 기구로 직접 전달될 수 있다. 또한, 제어 시스템(140)은 로봇 시스템(110)과 같은 다른 장치에 필터링되고/되거나 보호된 전력을 제공하도록 설계된 전압 및/또는 서지(surge) 보호기를 포함하여, 로봇 시스템(110) 내에 전력 변압기 및 다른 보조 전력 컴포넌트를 배치하는 것을 회피하여, 더 작고 더 이동가능한 로봇 시스템(110)을 생성할 수 있다.

제어 시스템(140)은 또한 의료 시스템(100) 전체에 걸쳐 전개된 센서에 대한 지원 장비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(140)은 광학 센서 및/또는 카메라로부터 수신된 데이터를 검출, 수신, 및/또는 처리하기 위한 광-전자 장비를 포함할 수 있다. 그러한 광-전자 장비는 제어 시스템(140)을 포함하여, 임의의 수의 장치/시스템에 디스플레이하기 위한 실시간 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 제어 시스템(140)은 전개된 전자기(EM) 센서로부터 수신되는 신호를 수신하고/하거나 처리하기 위한 전자 서브시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 또한 의료 기구 내의 또는 그 상의 EM 센서에 의한 검출을 위한 EM 필드 발생기를 수용하고 위치시키는 데 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 시스템(140)은 하나 이상의 케이블 또는 연결부(도시되지 않음)를 통해, 로봇 시스템(110), 테이블(150), 및/또는 의료 기구, 예컨대 스코프(120) 및/또는 니들(170)에 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 시스템(140)으로부터의 지원 기능은 단일 케이블을 통해 제공되어, 수술실을 간소화하고 정리할 수 있다. 다른 구현예에서, 특정 기능은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력이 단일 전력 케이블을 통해 제공될 수 있지만, 제어부, 광학계, 유체장치, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수 있다.

용어 "제어 회로"는 그의 넓고 통상적인 의미에 따라 본 명세서에 사용되고, 하나 이상의 프로세서, 처리 회로, 처리 모듈/유닛, 칩, 다이(예컨대, 하나 이상의 능동 및/또는 수동 소자 및/또는 접속 회로를 포함하는 반도체 다이), 마이크로프로세서, 마이크로-제어기, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컴퓨터, 중앙 처리 유닛, 그래픽 처리 유닛, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 프로그래머블 로직 장치, 상태 기계(예컨대, 하드웨어 상태 기계), 로직 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 회로 및/또는 동작 명령어의 하드 코딩에 기초하여 신호(아날로그 및/또는 디지털)를 조작하는 임의의 장치의 임의의 집합을 지칭할 수 있다. 제어 회로는 단일 메모리 장치, 복수의 메모리 장치, 및/또는 장치의 내장 회로로 구현될 수 있는 하나 이상의 저장 장치를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 데이터 저장소는 판독-전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래시 메모리, 캐시 메모리, 데이터 저장 레지스터, 및/또는 디지털 정보를 저장하는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 제어 회로가 하드웨어 상태 기계(및/또는 소프트웨어 상태 기계로 구현됨), 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 로직 회로를 포함하는 실시예에서, 임의의 연관된 동작 명령어를 저장하는 데이터 저장 장치(들)/레지스터(들)는 상태 기계, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 로직 회로를 포함하는 회로에 내장되거나 회로 외부에 있을 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

용어 "메모리"는 그의 넓고 통상적인 의미에 따라 본 명세서에 사용되고, 임의의 적합한 또는 바람직한 유형의 컴퓨터-판독가능 매체를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 매체는 임의의 적합한 또는 바람직한 컴퓨터-판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 다른 유형의 데이터를 포함하는, 임의의 기술, 레이아웃, 및/또는 데이터 구조(들)/프로토콜을 사용하여 구현되는 하나 이상의 휘발성 데이터 저장 장치, 비-휘발성 데이터 저장 장치, 제거가능 데이터 저장 장치, 및/또는 제거불가능 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따라 구현될 수 있는 컴퓨터-판독가능 매체는 상변화 메모리, 정적 랜덤-액세스 메모리(SRAM), 동적 랜덤-액세스 메모리(DRAM), 다른 유형의 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 다른 광학 저장소, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 컴퓨팅 장치에 의한 액세스를 위해 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 임의의 다른 비-일시적 매체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 소정의 맥락에서 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 컴퓨터-판독가능 매체는 일반적으로 변조된 데이터 신호 및 반송파와 같은 통신 매체를 포함하지 않을 수 있다. 이와 같이, 컴퓨터-판독가능 매체는 일반적으로 비-일시적 매체를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

예시적인 표적 평면 및 투영된 위치

본 명세서의 다양한 기법은 의료 기구의 배향/위치 및/또는 표적 궤적/위치에 관한 정보를 제공/생성한다. 많은 예에서, 그러한 기법은 환자로부터 신장 결석 또는 다른 물체의 제거를 용이하게 하기 위해, 니들, 카테터 등과 같은 다른 의료 장치와 랑데부(rendezvous)하는 스코프의 맥락에서 논의된다. 그러나, 기법은 다른 맥락에서 구현될 수 있다. 논의의 용이함을 위해, 많은 예가 니들을 언급할 것이지만; 위에서 언급된 바와 같이, 다른 의료 기구가 구현될 수 있다.

하나의 예시에서, 위의 예에서 유사하게 논의된 바와 같이, 의사는 신장 결석이 위치된 신장 내의 위치로 스코프를 내비게이팅할 수 있다. 스코프는 유두와 접촉하도록 내비게이팅되고/되거나 달리 유두에 근접하게 위치될 수 있다. 의사는 이어서 신장에 경피적으로 진입하기 위해 니들을 위한 표적 위치로서 스코프의 위치를 정합시키기 위한 입력을 제공할 수 있다. 니들에는 니들의 배향/위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 센서 데이터를 제공하기 위한 EM 센서 또는 다른 유형의 센서가 장착될 수 있다. 니들의 위치/배향 및/또는 표적(즉, 유두)의 위치는 2D 표현/평면, 3D 표현 등과 같은 표현에 매핑될/표현 상에 투영될 수 있다.

매핑은 현재 니들 자세와 표적 위치 사이의 오차/차이(때때로 "표적설정 오차" 또는 "궤적 정렬 오차"로 지칭됨)를 추정/결정하기 위해 사용될 수 있다. 표적설정 오차는 표적 궤적/자세(예컨대, 의료 기구에 대한 원하는/이상적인 궤적/자세)에 대한 각도 오차를 표현하는 각도 표적설정 오차 및/또는 표적 위치에 대한 위치 오차를 표현하는 위치 표적설정 오차를 포함할 수 있다. 예에서, 각도 표적설정 오차 및/또는 위치 표적설정 오차는 표적설정 데이터에서 표현/표시될 수 있다. 표적 위치에 대한 니들의 정렬/진행에 관한 정보를 생성/제공하기 위해 표적설정 데이터가 사용될 수 있다. 이는 사용자가 니들을 표적 위치에 도달하도록 삽입하는 것을 보조할 수 있다. 예를 들어, 표적설정 데이터는 본 명세서에서 논의된 사용자 인터페이스들 중 임의의 것을 제시하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 본 명세서에서 논의된 기법들 중 하나 이상은 절차 동안 이동을 겪을 수 있는 표적 위치와 같은 이동 표적(때때로 "라이브 표적(live target)"으로 지칭됨)을 위해 구현될 수 있다. 예에서, 스코프 및/또는 환자의 해부학적 구조의 위치로 그리고/또는 그에 기초하여 설정되는 표적 위치는 니들이 삽입될 때 해부학적 움직임 및/또는 조직 변형으로 인해 이동할 수 있다. 일부 경우에, 표적(예컨대, 유두)의 위치는 니들이 삽입됨에 따라, 예컨대 추적된 스코프 자세를 사용하고/하거나 다른 위치결정 기법을 수행하여 실시간으로 업데이트될 수 있다.

도 13 내지 도 16은 하나 이상의 실시예에 따른, 인터페이스 데이터를 제공하기 위해 니들 자세를 표현 상에 매핑하고 그러한 매핑을 사용하는 예시적인 기법을 예시한다. 이들 예에서, 좌측의 이미지는 (신장(1302/1402/1502/1602)을 포함하는) 환자의 해부학적 구조뿐만 아니라, 표적 위치(1304/1404/1504/1604) 및 니들(1306/1406/1506/1606)의 자세를 묘사한다. 한편, 우측의 이미지는 표적 위치(1304/1404/1504/1604)에 대한 니들(1302/1402/1502/1602)의 자세를 나타내기 위해 인터페이스를 통해 제공될 수 있는 하나 이상의 인터페이스 요소(1308/1408/1508/1608)를 묘사한다. 예를 들어, 도 13-1 내지 도 13-3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 인터페이스 요소(1308)는 니들(1306)을 표현하는 기구 정렬 요소(1308(A)) 및 표적 위치(1304)를 표현하는 정렬 마킹(1308(B))을 포함할 수 있다. 일반적으로, 니들(1306)이 표적 위치(1304)와 정렬될 때, 기구 정렬 요소(1308(A))는 정렬 마킹(1308(B)/1308(C))과 정렬된 배열로(예컨대, 정렬 마킹(1308(B)) 내에 중심설정되어) 디스플레이될 수 있다. 도 13 내지 도 16에서, 표적 위치(1304/1404/1504/1604)는 신장 결석(1312/1412/1512/1612)을 제거하기 위해 사용될 수 있는 스코프(1310/1410/1510/1610)에 의해 지정될 수 있다.

도 13-1 내지 도 13-3은 니들(1306)의 자세가 변경됨에 따라 고정되어 유지되는 표현/평면(1320)(때때로 "표적 평면(1320)"으로 지칭됨) 상으로 니들(1306)의 자세를 매핑하는 예시적인 기법을 예시한다. 도 13-1에 도시된 바와 같이, 사용자는 니들을 초기 위치(1322)에, 예컨대 환자의 피부 상의 삽입 부위 상에 위치시키거나 니들(1306)의 원위 단부를 일정 위치에 달리 고정시킬 수 있다. 라인(1324)이 이어서 니들(1306)의 원위 단부(예컨대, 니들 팁)와 표적 위치(1304) 사이에서 결정될 수 있다. 평면(1320)은 라인(1324)이 평면(1320)에 수직이고 평면(1320)이 표적 위치(1304)를 포함하도록 결정될 수 있다. 투영된 위치(1326)가 이어서 평면(1320) 상에 니들(1306)에 대해 결정될 수 있다. 예를 들어, 니들(1306)의 위치는 니들(1306)의 현재 배향/진로에 기초하여 평면(1320) 상에 투영될 수 있다. 투영된 위치(1326)는, 만약 니들(1306)이 현재 배향/진로로 평면(1320)에 삽입될 경우의, 평면(1320)과의 니들(1306)의 교차점을 표현할 수 있다. 도시된 바와 같이, 니들(1306)에 대한 표적 궤적/자세는 라인(1324) 및/또는 라인(1328)을 포함할 수 있다. 표적 궤적/자세는 표적 위치(1304)에 성공적으로 도달/정렬되도록 따라야 하는 궤적/자세를 표현할 수 있다. 또한, 일부 경우에, 표적 궤적은 라인(1324)과 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 스코프(1310)의 진로를 포함할 수 있다.

투영된 위치(1326)는 하나 이상의 인터페이스 요소(1308)를 제시하는 데 사용될 수 있고, 따라서 사용자는 표적 위치(1304)에 대한 니들(1306)의 정렬을 관찰할 수 있다. 예를 들어, 정렬 마킹(1308(B))은 평면(1320) 상의 표적 위치(1304)를 표현할 수 있고, 기구 정렬 요소(1308(A))는 평면(1320) 상의 니들(1306)의 투영된 위치(1326)를 표현할 수 있다. 정렬 마킹(1308(B))에 대한 기구 정렬 요소(1308(A))의 위치는 표적 위치(1304)에 대한 니들(1306)의 정렬을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 13-1 내지 도 13-3에 도시된 바와 같이, 니들(1306)의 배향이 표적 자세(1328)와 정렬되도록 변경됨(예컨대, 사용자가 니들(1306)을 틸팅시킴)에 따라, 기구 정렬 요소(1308(A))는 정렬 마킹(1308(B))에 더 가깝게/그 내에서 이동한다. 도 13-3은 표적 자세(1328)와 정렬된 니들(1306)(즉, 표적 위치(1304)와 정렬된 투영된 위치(1326))을 예시한다. 일부 예에서, 하나 이상의 인터페이스 요소(1308)의 위치설정은 각도 표적설정 오차; 즉, 니들(1306)의 배향과 표적 자세(1328) 사이의 차이를 표현한다.

일부 경우에, 도 13-1 내지 도 13-3의 인터페이스 내의 하나 이상의 인터페이스 요소(1308)의 위치를 용이하게 하기 위해, 평면(1320)이 인터페이스에 매핑될 수 있다. 즉, 평면(1320) 상의 위치는 인터페이스 내의 위치에 매핑될 수 있다. 예를 들어, 평면(1320) 상의 특정 위치는 외측 정렬 마킹(1308(C))과 연관될 수 있어서, 투영된 위치(1326)가 평면(1320) 상의 특정 위치에 대한 근접성 내에 위치되면, 기구 정렬 요소(1308(A))는 정렬 마킹(1308(C)) 부근에 위치될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 평면(1320)의 배향은 니들(1306)의 자세가 변경됨에 따라 고정되어 유지될 수 있다. 예를 들어, 절차의 니들-삽입 단계 동안(예컨대, 표적 위치(1304)에 도달하려는 시도로 니들(1306)을 삽입하는 동안), 니들(1306)의 배향/위치가 변경되더라도, 평면(1320)의 배향은 동일하게 유지될 수 있다. 이와 같이, 평면(1320)은 일반적으로 니들(1306)의 초기 고정된 위치에 기초하여 공식화되는 고정된 평면을 표현한다. 일부 경우에, 평면(1320)은 니들(1306)의 원위 단부가 비교적 고정된 위치에, 예컨대 환자의 피부 상에 초기에 위치될 때 결정될 수 있다. 고정된 위치는 위치가 고정됨(예컨대, 니들 정렬 인터페이스로 스위칭함, 특정 아이콘을 선택함 등), 니들 팁이 비교적 정지된 위치에 있는 상태에서 니들(1320)의 배향 이동의 임계량 미만임 등을 나타내는 사용자 입력에 기초하여 검출될 수 있다. 그러나, 경우에 따라, 평면(1320)은 니들(1306)의 새로운 고정된 위치(예컨대, 고정된 팁 지점에 대한 배향 이동), 새로운 고정된 니들 위치를 나타내는 사용자에 의해 제공된 입력 등을 검출한 것에 기초하여 업데이트될 수 있다.

도 14-1 내지 도 14-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 니들(1406)의 자세가 변경됨에 따라 업데이트되는 표현/평면(1420) 상으로 니들(1406)의 자세를 매핑하는 예시적인 기법을 예시한다. 이러한 예에서, 사용자는 니들(1406)의 팁의 위치를 변경함이 없이 니들(1406)의 배향을 변경한다. 도 14-1에 도시된 바와 같이, 사용자는 니들을 초기 위치(1422)에 위치시킬 수 있다. 평면(1420)은 니들(1406)의 진로(1424)가 평면(1420)에 수직이고 평면(1420)이 표적 위치(1404)를 포함하도록 결정될 수 있다. 투영된 위치(1426)가 이어서 니들(1406)의 현재 배향/진로에 기초하여 평면(1420) 상에 니들(1406)에 대해 결정될 수 있다.

니들(1406)에 대한 표적 궤적/자세는 다양한 방식으로 결정될 수 있다. 하나의 예시에서, 표적 궤적/자세는 니들(1406)의 원위 단부와 표적 위치(1404) 사이의 라인(1428)일 수 있다/라인을 포함할 수 있다. 라인(1428)이 기준으로서 사용될 때, 하나 이상의 인터페이스 요소(1408)는 니들(1406)에 대한 각도 오차(예컨대, 니들(1406)의 자세와 라인(1428) 사이의 각도 차이)를 표현할 수 있다. 다른 예시에서, 표적 궤적/자세는, 니들(1406)의 초기 진로에 평행하고 표적 위치(1404)를 통과하는 라인(1430)일 수 있다/라인을 포함할 수 있다(예컨대, 라인(1430)은 평면(1420)에 수직일 수 있음). 라인(1430)이 기준으로서 사용될 때, 하나 이상의 인터페이스 요소(1408)는 니들(1406)에 대한 위치 오차(예컨대, 니들(1406)의 투영된 위치(1426)와 표적 위치 사이의 평면(1420) 상의 위치 차이)를 표현할 수 있다. 예에서, 표적 궤적/자세는 스코프(1410)의 진로를 포함한다/진로와 정렬된다. 어떤 경우에도, 표적 궤적은 니들(1406)의 자세가 변경됨에 따라 업데이트될 수 있다.

투영된 위치(1426)는 하나 이상의 인터페이스 요소(1408)를 제시하는 데 사용될 수 있고, 따라서 사용자는 표적 위치(1404)에 대한 니들(1406)의 정렬을 관찰할 수 있다. 예를 들어, 정렬 마킹(1408(B))은 표적 위치(1404)를 표현할 수 있고, 기구 정렬 요소(1408(A))는 니들(1406)의 투영된 위치(1426)를 표현할 수 있다. 정렬 마킹(1408(B))에 대한 기구 정렬 요소(1408(A))의 위치는 표적 위치(1404)에 대한 니들(1406)의 정렬을 나타낼 수 있다. 이러한 예에서, 사용자는 니들(1406)의 팁을 초기 위치(1422)에 고정된 상태로 남겨두고 니들(1406)의 배향을 변경한다. 도 14-1 내지 도 14-3에 도시된 바와 같이, 니들(1406)의 배향이 (니들(1406)이 이동함에 따라 변경되는) 표적 궤적(1428/1430)과 정렬되도록 변경됨에 따라, 기구 정렬 요소(1408(A))는 정렬 마킹(1408(B))에 더 가깝게/그 내에서 이동한다. 도 14-3은 표적 자세(1428/1430)와 정렬된 니들(1406)(즉, 투영된 위치(1426)가 표적 위치(1404)와 정렬됨)을 예시한다. 이와 같이, 인터페이스가 일반적으로 표적 궤적에 대한 니들(1406)의 각도 및 위치 오차 둘 모두를 제공하지만, 사용자는 각도 오차를 관찰하기 위해 인터페이스를 사용하고 있는데, 이는 사용자가 팁 위치를 변경함이 없이 니들(1406)의 배향을 변경하고 있기 때문이다.

도 13-1 내지 도 13-3을 참조하여 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 평면(1420)은 인터페이스 내의 적절한 위치에 그리고/또는 서로에 대해 하나 이상의 인터페이스 요소(1408)를 디스플레이하기 위해 인터페이스에 매핑될 수 있다.

도 15-1 내지 도 15-3은 니들(1506)의 자세가 변경됨에 따라 업데이트되는 표현/평면(1520) 상으로 니들(1506)의 자세를 매핑하는 다른 예를 예시한다. 이러한 예에서, 사용자는 니들(1506)의 배향을 변경함이 없이 니들(1506)의 팁의 위치를 변경한다. 도 15-1에 도시된 바와 같이, 평면(1520)은 도 14-1 내지 도 14-3을 참조하여 논의된 것과 유사한 방식으로 결정될 수 있다. 특히, 사용자는 니들을 초기 위치(1522)에 위치시킬 수 있다. 평면(1520)은 이어서 니들(1506)의 진로(1524)가 평면(1520)에 수직이고 평면(1520)이 표적 위치(1504)를 포함하도록 결정될 수 있다. 투영된 위치(1526)가 니들(1506)의 현재 배향/진로에 기초하여 평면(1520) 상에 니들(1506)에 대해 결정될 수 있다.

도 14-1 내지 도 14-3에서 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 니들(1506)에 대한 표적 궤적/자세는 (i) 니들(1506)의 원위 단부와 표적 위치(1504) 사이의 라인(1528), 및/또는 (ii) 니들(1506)의 초기 자세에 평행하고 표적 위치(1504)를 통과하는 라인(1530)이도록/라인을 포함하도록 결정될 수 있다. 표적 궤적은 니들(1506)의 자세가 변경됨에 따라 업데이트될 수 있다.

투영된 위치(1526)는 하나 이상의 인터페이스 요소(1508)를 제시하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 정렬 마킹(1508(B))에 대한 기구 정렬 요소(1508(A))의 위치는 표적 위치(1504)에 대한 니들(1506)의 정렬을 나타낼 수 있다. 이러한 예에서, 사용자는 니들(1506)의 배향을 변경함이 없이 니들(1506)의 팁의 위치를 변경한다. 도 15-1 내지 도 15-3에 도시된 바와 같이, 니들(1506)의 위치가 표적 궤적(1530)과 정렬되도록 변경됨에 따라, 기구 정렬 요소(1508(A))는 정렬 마킹(1508(B)) 내에서 이동한다. 이와 같이, 인터페이스가 일반적으로 표적 궤적(1528/1530)에 대한 니들(1506)의 각도 및 위치 오차 둘 모두를 제공하지만, 사용자는 표적 궤적(1530)에 대한 니들(1506)의 위치 오차를 관찰하기 위해 인터페이스를 사용하고 있는데, 이는 사용자가 배향을 변경함이 없이 위치를 변경하고 있기 때문이다. 여기서, 사용자는 표적 위치(1504)를 스캔하기 위해 니들(1506)을 사용할 수 있다.

도 14-1 내지 도 14-3을 참조하여 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 평면(1520)은 인터페이스 내의 적절한 위치에 그리고/또는 서로에 대해 하나 이상의 인터페이스 요소(1508)를 디스플레이하기 위해 인터페이스에 매핑될 수 있다.

도 16-1 내지 도 16-3은 니들(1606)의 자세가 변경됨에 따라 업데이트되는 표현/평면(1620) 상으로 니들(1606)의 자세를 매핑하는 다른 예를 예시한다. 이러한 예에서, 사용자는 니들(1606)의 팁의 위치를 변경하고, 니들(1606)의 배향을 변경한다. 도 16-1에 도시된 바와 같이, 평면(1620)은 도 14-1 내지 도 14-3을 참조하여 논의된 것과 유사한 방식으로 결정될 수 있다. 특히, 사용자는 니들을 초기 위치(1622)에 위치시킬 수 있다. 평면(1620)은 이어서 니들(1606)의 진로(1624)가 평면(1620)에 수직이고 평면(1620)이 표적 위치(1604)를 포함하도록 결정될 수 있다. 투영된 위치(1626)가 니들(1606)의 현재 배향/진로에 기초하여 평면(1620) 상에 니들(1606)에 대해 결정될 수 있다.

도 14-1 내지 도 14-3에서 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 니들(1606)에 대한 표적 궤적/자세는 (i) 니들(1606)의 원위 단부와 표적 위치(1604) 사이의 라인(1628), 및/또는 (ii) 니들(1606)의 자세에 평행하고 표적 위치(1604)를 통과하는 라인(1630)이도록/라인을 포함하도록 결정될 수 있다. 표적 궤적은 니들(1606)의 자세가 변경됨에 따라 업데이트될 수 있다.

투영된 위치(1626)는 하나 이상의 인터페이스 요소(1608)를 제시하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 정렬 마킹(1608(B))에 대한 기구 정렬 요소(1608(A))의 위치는 표적 위치(1604)에 대한 니들(1606)의 정렬을 나타낼 수 있다. 이러한 예에서, 사용자는 니들(1406)의 팁의 위치를 변경하고, 니들(1606)의 배향을 변경한다. 도 16-1 내지 도 16-3에 도시된 바와 같이, 니들(1606)의 위치가 표적 궤적(1628/1630)과 정렬되도록 변경됨에 따라, 기구 정렬 요소(1608(A))는 정렬 마킹(1608(B)) 내에서 이동한다. 이와 같이, 사용자는 일반적으로 니들(1406)의 위치 오차 및 각도 오차 둘 모두를 관찰하기 위해 인터페이스를 사용하고 있는데, 이는 사용자가 위치 및 배향을 변경하고 있기 때문이다.

도 14-1 내지 도 14-3을 참조하여 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 평면(1620)은 인터페이스 내의 적절한 위치에 그리고/또는 서로에 대해 하나 이상의 인터페이스 요소(1608)를 디스플레이하기 위해 인터페이스에 매핑될 수 있다.

다양한 예가 니들의 팁을 기준 지점으로서 사용하여 평면 상에 니들의 위치를 투영하는 맥락에서 논의되지만, 일부 예에서, 니들의 근위 단부/팁, 니들의 중간 부분 등과 같은 니들의 다른 부분이 평면 상에 투영될 수 있다. 예를 들어, 도 13-1의 예로 돌아가면, 니들(1306)의 근위 단부가 (니들(1306)의 팁 대신에) 평면(1320) 상에 투영될 수 있어서, 투영된 라인은 니들(1306)의 근위 단부를 포함하고 표적 궤적(1324)에 평행하다. 여기서, 평면(1320) 상의 니들(1306)의 근위 단부의 투영된 위치는 표적 위치(1304) 위에 있을 것이다(그리고 인터페이스 요소(1308(A))는 도 13-1의 상부 좌측 코너에서 인터페이스 내에 위치될 것임). 일부 실시예에서, 평면 상의 니들 또는 다른 의료 기구의 투영된 위치는 하나 이상의 투영 기하학 기법을 사용하여 결정될 수 있다. 또한, 다양한 2D 표현/평면이 묘사되어 있지만, 3D 표현과 같은 다른 유형의 표현이 구현될 수 있다.

본 명세서에서 논의된 바와 같이, 표적 평면을 결정하기 위해 다양한 기법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 표적 평면은 스코프의 진로에 기초할 수 있어서, 스코프의 진로는 평면에 수직이다. 일부 경우에, 스코프의 진로는 또한 표적 궤적을 표현할 수 있다. 이와 같이, 일부 경우에, 이는 사용자가 스코프 진로와 동축으로 표적 부위에 접근하기 위해 니들 또는 다른 의료 기구를 정렬하는 것을 보조할 수 있다.

예시적인 좌표 프레임

위에서 언급된 바와 같이, 의료 기구는 표적 위치에 도달하도록 구현될 수 있다. 니들을 사용하는 일부 해결책에서, 의료 기구의 특정 유형의 이동은 잘 정의되지 않을 수 있는데, 이는 의료 기구의 특성(예컨대, 니들의 원통형 형태), 사용되는 센서의 유형, 및/또는 의료 기구의 자세를 추적하는 시스템의 특성으로 인해 그러할 수 있다. 이와 같이, 효과적인/직관적인 방식으로 인터페이스 내의 인터페이스 요소의 이동에 니들의 이동을 상관시키는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 그러한 해결책은 니들이 사용자에 대해 우측으로 틸팅될 때 니들 표시자가 인터페이스 내에서 상향으로 이동하게 할 수 있다. 이는 사용자가 니들을 조작하기 위해 인터페이스를 관찰할 때 방향을 잃게 할 수 있다.

도 17은 인터페이스 내의 인터페이스 요소의 이동에 의료 기구의 이동을 상관시키기 위해 하나 이상의 좌표 프레임을 확립하기 위한 예시적인 기법을 예시한다. 일반적으로, 기법은 의료 기구에 대한 좌표 프레임을 결정하고 의료 기구에 대한 좌표 프레임을 사용하여 의료 기구의 정렬/진행에 관한 정보를 제공하기 위해 로봇 시스템에 관한 정보를 사용할 수 있다. 예를 들어, 기법은 의료 기구가 사용자에 의해 어떻게 보유되고 있는지에 상관시키는 방식으로 사용자 인터페이스에 의료 기구 이동을 매핑함으로써(예컨대, 사용자에 대해 니들을 좌측/우측으로 틸팅시킬 때 인터페이스 내에서 니들에 대한 인터페이스 아이콘을 좌측/우측으로 이동시키고, 사용자에 대해 니들을 상향/하향으로 틸팅시킬 때 인터페이스 내에서 인터페이스 아이콘을 상향/하향으로 이동시키는 등) 본능적인 눈과 손의 협응을 달성하는 것을 보조할 수 있다. 이는 사용자가 의료 기구를 정렬시키는 것을 보조할 수 있다.

예시하기 위해, 위에서 언급된 바와 같이, 의사는 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템(110)을 구현할 수 있다. 로봇 시스템(110)은 EM 필드 발생기(180)에, 예컨대 로봇 아암(112(A))에 결합될 수 있다. EM 필드 발생기(180)는 니들(도 17에 예시되지 않음)과 같은 의료 기구 상의 EM 센서에 의해 검출되는 EM 필드를 제공할 수 있다. 의료 기구로부터의 센서 데이터에 기초하여, 의료 기구의 자세는 EM 필드 발생기(180)의 좌표 프레임(1702)에 대해 결정될 수 있다. 또한, 좌표 프레임(1704)("월드 좌표 프레임(1704)"으로도 지칭됨)은 로봇 아암(112(A))의 캐리지 인터페이스(1104)/기부 또는 로봇 시스템(110)의 임의의 다른 컴포넌트에 고정된 것과 같이, 로봇 시스템(110)에 대해 결정될 수 있다. 의료 기구의 자세는 이어서 월드 좌표 프레임(1704) 내에 표현될 수 있다. 예에서, 의료 기구의 자세는 로봇 시스템(110)(예컨대, 로봇 아암(112(A)))에 대한 전방 운동학을 사용하여 좌표 프레임(1702)과 월드 프레임(1704) 사이의 변환(예컨대, 동차 변환(homogeneous transformation))에 기초하여 월드 좌표 프레임(1704) 내에 표현될 수 있다.

또한, 환자(예시되지 않음) 내의 표적 위치(1706)는 본 명세서에서 논의된 기법들 중 임의의 것을 사용하여 EM 필드 발생기(180)의 좌표 프레임(1702)에 대해 결정될 수 있다. 평면(1708)("표적 평면(1708)"으로도 지칭됨)이 이어서 표적 위치(1706)에 기초하여 결정될 수 있다. 평면(1708)은 이어서, 예컨대 의료 기구의 자세가 월드 좌표 프레임(1704) 내에 표현되는 것과 유사한 방식으로, 월드 좌표 프레임(1704) 내에 표현될 수 있다. 좌표 축(1710)이 이어서 표적 평면(1708)에 대해 결정될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구가 월드 좌표 프레임(1704)의 z-축에 평행하지 않을 것이라는 가정/추정이 이루어질 수 있고, 이는 표적 평면(1708) 상의 좌표 축(예컨대, y-축)을 정의하는 데 사용될 수 있다. 월드 좌표 프레임(1704)의 z-축과 의료 기구의 진로(z-축) 사이에서 외적(cross product)이 수행되어 표적 평면(1708) 상의 다른 좌표 축(예컨대, y-축)을 정의할 수 있다. 일단 2개의 축이 정의되면, 제3 축은 새롭게 획득된/결정된 축과 의료 기구의 진로 사이에서 외적을 수행함으로써 정의될 수 있다. 도 17은 평면(1708)의 3D 표현(중간 이미지) 및 평면(1708)의 2D 표현(저부 이미지)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 의료 기구의 투영된 위치(1712)가 좌표 축(1710)의 원점으로서 평면(1708) 상에 도시된다. 또한, 표적 위치(1706)는 표적 평면(1706) 상에 버블로 표현된다.

일단 좌표 프레임(1710)이 표적 평면(1708)에 대해 결정되면, 의료 기구에 대한 좌표 프레임이 결정될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구에 대한 좌표 프레임은 표적 평면(1708)으로부터 직접 병진할 수 있는데, 이는 의료 기구의 진로와 표적 평면 법선이 서로의 미러 이미지일 수 있기 때문이다. 이와 같이, 의료 기구에 대한 좌표 프레임은 표적 평면(1708)에 대한 좌표 프레임의 역(inverse)일 수 있다.

예에서, 좌표 프레임들, 축들, 및/또는 다른 요소들 중 하나 이상을 생성하기 위해 하기 수학적 단계들 중 하나 이상이 수행될 수 있다:

예시적인 적응형 표적설정

도 18 및 도 19는 하나 이상의 실시예에 따른, 다양한 예시적인 적응형 표적설정 기법("적응형 스케일링(adaptive scaling)"으로도 지칭됨)을 예시한다. 일부 실시예에서, 의료 기구가 표적 위치로부터 비교적 멀리 떨어져 있을 때(예컨대, 임계치 밖), 일정량의 표적설정 오차가 허용될 수 있다. 그러나, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동함에 따라, 표적설정 오차는 표적 위치에 대한 접근을 용이하게 하기 위해 더 작아질 필요가 있을 수 있다(예컨대, (유두의 크기와 같은) 해부학적 표적의 크기, 해부학적 표적의 크기보다 작은 크기, 또는 다른 크기). 이와 같이, 예에서, 적응형 표적설정 기법은 인터페이스 내의 하나 이상의 인터페이스 특징부가, 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게(또는 그로부터 더 멀리 떨어지게) 이동함에 따라(예컨대, 의료 기구가 삽입됨에 따라) 상이한 방식으로 기능할 수 있도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구 팁이 표적 위치에 비교적 가깝게 위치될 때, 표적 궤적으로부터의 상대적으로 적은 편차가, 의료 기구가 표적 위치로부터 더 멀리 떨어져 있을 때와 비교하여, 인터페이스 내의 표적 중심으로부터 기구 위치 특징부의 상대적으로 더 큰 이동을 유발할 수 있다. 이는 의료 기구가 표적 위치로부터 더 멀리 있을 때 의사가 의료 기구를 더 큰 양의 허용오차로 표적 위치와 정렬시키는 것을 보조하고/하거나, 의료 기구가 표적 위치에 접근함에 따라 의사가 의료 기구를 표적 위치와 더 정확하게 정렬시키는 것을 보조할 수 있다.

도 18-1은 니들(1820)을 소정 자세(1821)로 보유하거나 달리 유지시키는 사용자를 도시하고, 여기서 니들(1820)은 자세(1821)와 연관된 소정의 축방향 배향으로 배향된다. 도 18-1a의 이미지(1824)는 니들(1820)의 팁을 신추체(1825)를 통해 표적 위치(1826)(예컨대, 신배 천공 위치)로 전진시키려는 시도로 사용자가 니들(1820)을 삽입하는 의료 절차와 관련된다. 예를 들어, 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 관련 시스템의 제어 회로는 니들 팁의 현재 위치(1828) 및/또는 니들(1820)의 배향에 기초하여 표적 니들 궤적(1822)을 결정하도록 구성될 수 있다. 예에서, 표적 궤적(1822)은 도시된 바와 같이, 니들 팁 위치(1828)와 표적 위치(1826) 사이의 직접(또는 간접/사행형(tortuous)) 경로와 연관될 수 있다. 따라서, 관련 의료 절차의 이상적인 구현예는 사용자가 표적 니들 궤적(1822)으로부터 가능한 한 적게 벗어나는 방식으로 니들(1820)을 표적 위치(1826)에 삽입하는 것을 수반할 수 있다.

도 18-1b는 본 명세서에 기술된 바와 같은 의료 절차와 관련하여 구현될 수 있는 소정의 사용자 인터페이스 특징부를 도시한다. 예를 들어, 관련 시스템의 제어 회로는 본 명세서에 도시되고 기술된 바와 같은 소정의 시각적 특징부를 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하도록 구성될 수 있고, 여기서 그러한 특징부(들)의 소정 특성은 검출된 니들 위치(들), 결정된 니들 표적 니들 궤적(들), 결정된 표적 위치(들), 및/또는 하나 이상의 위치 센서 또는 다른 위치 결정 수단/메커니즘(들)을 사용하여 도출된 다른 정보에 적어도 부분적으로 기초하고/하거나 그로 결정된다.

도 18-1b에 도시된 사용자 인터페이스 특징부는 니들 위치, 궤적 등의 변화에 응답하여 그의 하나 이상의 특성과 관련하여 동적으로 조정될 수 있는 소정 특징부를 포함하는 정렬 시각화 요소(1830)를 포함할 수 있다. 도 18-1b의 예시된 예에서, 정렬 시각화 요소(1830)는 버블-유형 형상 또는 형태, 또는 임의의 다른 형상 또는 형태를 가질 수 있는 기구 위치 특징부(1832)("기구-정렬 요소(1832)"로도 지칭됨)를 포함한다. 예를 들어, 기구 위치 특징부(1832)는 버블 수준기 또는 다른 수준측량 기구 장치와 유사한 이미지를 시각적으로 떠올리게 하도록 구성될 수 있다. 정렬 시각화 요소(1830)는 정렬 표적 특징부(1831)("정렬 마킹(1831)"으로도 지칭됨)를 추가로 포함할 수 있고, 이는 일반적으로 정렬 시각화 요소(1830) 및/또는 그의 하나 이상의 특징부의 축방향 중심과 연관될 수 있는 중심 표적 위치(1836) 둘레의 경계를 정의하는 형상 또는 형태로 표현될 수 있다. 완전한 원형 경계로서 예시되어 있지만, 정렬 표적 특징부(1831)는 표적 중심(1836) 둘레의 반경방향 경계를 시각적으로 나타내는 단속적인 원 또는 임의의 다른 형상 또는 형태일 수 있다.

일부 실시예에서, 정렬 시각화 요소(1830)는 하나 이상의 십자형 특징부(1833)를 추가로 포함하고, 이는 표적 중심(1836)을 사용자에게 나타내고/내거나 사용자를 표적 중심으로 시각적으로 지향시키는 역할을 할 수 있다. 예에서, 십자형 특징부(1833)는 표적 중심(1836)에서 교차한다. 일부 실시예에서, 정렬 시각화 요소(1830)는 외측 경계 특징부(1834)("경계 마킹(1834)"으로도 지칭됨)를 추가로 포함하고, 여기서 외측 경계는 기구 위치 특징부(1832)에 대한 시각적 및/또는 강조된 경계를 제공할 수 있다. 제어 회로는 기구 위치 특징부(1832)의 반경방향 거리를 표적 중심(1836)으로부터 외측 경계 특징부(1834)의 외측 또는 내측 한계로 제한하도록 구성될 수 있다. 그러나, 일부 구현예에서, 기구 위치 특징부(1832)는 외측 경계(1834) 밖으로 벗어나도록 허용될 수 있고, 여기서 외측 경계는 기구 위치 특징부(1832)가 표적 중심(1836) 및/또는 정렬 표적 경계(1831)로부터 이탈한 정도와 관련하여 사용자에게 시각적 표시를 제공한다.

본 개시의 일부 구현예에 따르면, 기구 위치 특징부(1832)는 표적 위치(1826)와 교차하는 평면(1827) 내에 놓인 결정된 니들 투영 지점(1829)과의 사이의 거리(D _P )에 기초하고/하거나 그를 대표하는, 표적 중심(1836)으로부터의 거리(d _t )에 제시될 수 있다. 예를 들어, 평면(1827)은 니들(1820)의 진로/자세에 실질적으로 직교하는 표적 진입 평면일 수 있다. 그러나, 투영된 위치(1829)와 표적 위치(1826) 사이의 거리(D _P )는 표적 위치(1826)와 교차하는 임의의 평면과 관련될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 투영된 니들 위치(1829)는 니들(1820)이 표적 평면(1827)과 교차할 때까지 현재 궤적(1823)을 따라 삽입되는 경우의, 니들(1820)의 팁에 대해 투영된 위치/자리를 표현할 수 있다. 그러나, 표적 위치로부터의 투영된 편차 거리에 관한 본 개시의 태양은 표적 위치로부터의 니들 또는 다른 장치의 임의의 투영된 거리를 표현할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 18-1b를 참조하면, 기구 위치 특징부(1832)와 표적 중심(1836) 사이의 거리(d _t )는 투영된 편차 거리(D _P )에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.

본 개시의 도 18-1b 및/또는 다른 도면을 참조하는 것과 같이, 본 명세서에 개시된 일부 실시예와 관련하여, 사용자 인터페이스의 정렬 시각화 요소와 관련하여 기구 위치 특징부(1832)와 표적 중심 사이의 거리(d _t )가 참조된다. 거리(d _t )가 정렬 시각화 요소(1830)의 하나 이상의 다른 시각적 특징부의 크기에 대한 상대 치수로서 해석/표현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 기구 위치 특징부와 표적 중심(1836) 사이의 거리(d _t )의 변화가 본 명세서에 기술되는 경우, 그러한 참조된 거리는 사용자 인터페이스 디스플레이 상에 표현된 바와 같은 실제 거리의 변화를 지칭할 수 있고/있거나, 정렬 시각화 요소(1830)의 하나 이상의 다른 시각적 특징부의 치수(들)에 대한 기구 위치 특징부(1832)와 표적 중심(1836) 사이의 거리의 변화를 지칭할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 기구 위치 특징부(1832)와 표적 중심(1836) 사이의 거리(d _t )의 변화는 기구 위치 특징부(1832)와 표적 중심(1836) 사이의 실제 거리(d _t )를 변경함으로써 그리고/또는 정렬 시각화 요소(1830)의 특징부들 중 하나 이상과 연관된 치수, 예컨대 정렬 표적 특징부(1831)의 직경/치수(d ₁ ), 기구 위치 특징부(1832)의 직경/치수(d ₂ ), 외측 경계 특징부(1834)의 직경/치수(d ₃ ), 및/또는 십자형 특징부(들)(1833)의 길이 및/또는 위치를 변경함으로써 시각적으로 표현될 수 있다. 따라서, 정렬 시각화 사용자 인터페이스 요소의 기구 위치 특징부와 표적 중심 사이의 거리의 변화/변경에 관한 본 명세서의 설명은 기구 위치 특징부(1832)와 표적 중심(1836) 사이의 거리(d _t )를 변경하는 것, 및/또는 도 18-1b에 도시된 다른 치수들 중 임의의 것을 예컨대 비례 방식으로 축소 또는 확대하는 것을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

도 18-2a는 변경된 위치/자세(1821b)에서 니들(1820)을 보유하는 사용자를 도시한다. 예를 들어, 도 18-2a의 이미지(1837)는 표적 위치(1826)를 향한 니들(1820)의 추가 삽입과 연관된 자세(1821b)로 니들(1821)을 표현할 수 있다. 즉, 도 18-2a에서, 니들 지점 위치(1828b)와 표적 위치(1826) 사이의 거리(D _I-2 )는 도 18-1a에 도시된 거리(D _I )보다 짧을 수 있다. 도 18-2b는 정렬 시각화 요소(1830)의 수정된 버전을 도시하고, 여기서 기구 위치 특징부(1832)의 거리(d _tb )는 니들(1820)의 현재 위치/자세(1821b)를 표현하도록 수정되었다.

도 18-2a에 도시된 바와 같이, 제어 회로는 표적 니들 궤적(1822b) 및/또는 니들 팁 위치(1828b)와 표적 위치(1826) 사이의 현재 삽입 거리(D _I-2 )를 결정할 수 있다. 제어 회로는 투영된 니들 위치(1829b)와 표적 위치(1826) 사이의 현재 투영된 편차를 표현하는 표적 편차 거리(D _P-2 )를 결정하도록 구성될 수 있다.

도 18-2b의 이미지와 관련하여, 일부 예에서, 정렬 시각화 요소(1830)는 중심 표적 위치(1836)로부터 거리(d _tb )에 기구 위치 특징부(1832)를 제시하도록 구성될 수 있고, 여기서 그러한 거리(d _tb )는 현재 투영된 편차 거리(D _P-2 )에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 일부 구현예에서, 거리(d _tb )는 투영된 편차 거리(D _P )에 대한 투영된 편차 거리(D _P-2 )와의 사이의 차이에 비례하는, 도 18-1b의 거리(d _t )에 대한 관계를 가질 수 있다. 즉, 표적 중심(1836)으로부터의 기구 위치 특징부(1832)의 거리의 변화는 자세(1821)와 자세(1821b) 사이의 투영된 편차 거리의 변화에 대해 대체로 선형일 수 있다.

일부 구현예에서, 표적 중심(1836)으로부터의 기구 위치 특징부(1832)의 거리의 변화는 자세(1821)와 자세(1821b) 사이의 투영된 편차 거리의 변화에 대해 대체로 비선형일 수 있다. 예를 들어, 투영된 편차 거리의 변화가 기구 위치 특징부(1832)와 표적 중심(1836) 사이의 거리의 변화를 유발하는 정도는 삽입 거리(D _I /D _I-2 )에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 즉, 거리(d _t /d _tb )를 결정할 때, 제어 회로는 적어도 부분적으로, 그러한 결정이 거리(D _I /D _I-2 )에 기초하게 할 수 있다. 예를 들어, 거리(d _tb )는, 가능하게는 다른 승수(들) 중에서도, 투영된 편차 거리(D _P-2 )와 삽입 거리(D _I-2 )의 곱에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 구현예에서, 그러한 기구 위치 특징부 거리(d _tb ) 결정은 하나 이상의 삽입 거리 파라미터를 사용하여 제어 회로에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 그러한 파라미터(들)는 상대적으로 더 짧은 삽입 거리에 대해 더 큰 값을 가질 수 있다(예컨대, 기구 위치 특징부 거리에 대한 더 큰 증가/감소를 유발함). 즉, 삽입 거리 파라미터(들)는 삽입 거리와 대체로 반비례 관계를 가질 수 있어서, 파라미터(들)는 삽입 거리가 감소함에 따라 기구 위치 특징부 거리(d _t ) 결정에 대한 더 큰 효과를 갖는다. 여기서, 사용자가 니들 팁을 표적 위치(1826)에 비교적 가까운 위치에 삽입할 때, 표적 니들 궤적으로부터의 상대적으로 적은 편차가 표적 중심(1836)으로부터 기구 위치 특징부(1832)의 상대적으로 더 큰 이동을 유발할 수 있다. 도 18-1a 및 도 18-2a에 도시된 다양한 거리는 직접 벡터 거리일 수 있거나 임의의 적합한 또는 바람직한 기준 평면 또는 축에 대한 벡터 성분 치수/거리일 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

일부 예에서, 기구 위치 특징부(1832)는 그러한 요소(1830)의 외측에 제시됨이 없이 정렬 시각화 요소(1830) 내에 제시된다. 예를 들어, 정렬 시각화 요소(1830)에 의해 표현되는 치수는 니들(1820)과 표적 위치(1826) 사이의 거리의 함수로서 선형으로 변경될 수 있고, 여기서 기구 위치 특징부(1832)의 위치는 비교적 큰 정렬 오차에 대해서도 정렬 시각화 요소(1830) 내에 위치될 수 있다. 예시하기 위해, 기구 위치 특징부(1832)의 위치는 정렬 오차가 비교적 클 때 상이한 거리에 대해 동일할 수 있는데, 이는 기구 위치 특징부(1832)가 (일부 경우에) 정렬 시각화 요소(1830) 내에만 디스플레이되고, 그것이 정렬 시각화 요소(1830)의 외측에 위치될 경우 크롭되기(cropped) 때문이다. 이와 같이, 일부 경우에, 니들(1820)이 표적 위치(1826)에 더 가깝게 이동함에 따라, 정렬 시각화 요소(1830)가 동일하게 보이더라도, 정렬 시각화 요소(1830)와 연관된 물리적 표현은 더 작아진다. 예에서, 사용자 인터페이스(예컨대, 정렬 시각화 요소(1830) 및/또는 다른 요소)는 변경되지 않는다. 니들(1820)이 표적 위치(1826)에 더 가깝게 이동함에 따라 픽셀 공간에서의 오차 또는 거리는 더 작은 오차에 대응할 수 있다. 예시하기 위해, 표적 궤적에 대한 니들(1820)의 2 mm 오차는 니들(1820)이 표적 위치(1826)로부터 비교적 멀리 있을 때 중요하지 않을 수 있지만, 니들(1820)이 표적 위치(1826)에 더 가깝게 이동함에 따라 중요해질 수 있다.

도 19-1 내지 도 19-3은 의료 기구의 삽입 거리에 기초하여 표적 평면을 스케일링하는 예시적인 기법을 예시한다. 도 19-1 및 도 19-2에서, 좌측의 이미지(1902, 1904)는 (신장(1906)을 포함하는) 환자의 해부학적 구조뿐만 아니라, 표적 위치(1908) 및 니들(1910)의 자세를 묘사한다. 또한, 중간의 이미지(1912, 1914)는 (예컨대, 표적까지의 거리로 스케일링된 물리적 치수에 대응하는) 평면(1916)("표적 평면(1916)"으로도 지칭됨) 상의 표적 표현을 묘사한다. 표적 평면(1916)은 정의된 직경을 가진 원과 연관될/원을 포함할 수 있고, 여기서 원은 표적 위치(1908) 상에 중심설정될 수 있다. 이미지(1912, 1914)는 일반적으로 사용자에게 제시되지 않지만, 논의의 용이함을 위해 여기서 제공된다. 또한, 우측의 이미지(1918, 120)는 니들(1910)의 현재 자세를 나타내기 위해 (예컨대, 고정된 사용자 인터페이스 치수에 대응하는) 하나 이상의 인터페이스 요소(1922)를 묘사한다. 인터페이스 요소(1922(A))는 니들(1910)을 표현할 수 있고, 인터페이스 요소(1922(B))는 표적 위치(1908)를 표현할 수 있고, 인터페이스 요소(1922(C))는 경계를 표현할 수 있다. 도 19-1 및 도 19-2는 또한 신장 결석(1926)을 제거하는 것을 보조하기 위한 스코프(1924)를 예시한다.

도 19-1에 도시된 바와 같이, 니들(1910)의 팁이 표적 위치(1908)로부터 더 멀리 있을 때, 표적 평면(1916) 상의 표적 표현은 비교적 클 수 있다. 표적 표현은 하나 이상의 인터페이스 요소(1922)(예컨대, 하나 이상의 인터페이스 요소(1922)의 치수)를 표현할 수 있다. 논의의 용이함을 위해, 표적 표현은 표적 평면(1916)과 연관된/표적 평면 상에 투영된 것으로 예시되지만; 표적 표현의 특징부는 표적 표현을 표적 평면(1916)과 연관시킴이/표적 평면에 투영함이 없이 다른 방식으로 구현될 수 있다.

도 19-2에 도시된 바와 같이, 니들(1910)의 팁이 표적 위치(1908)에 더 가깝게 이동함에 따라, 표적 표현은 이미지(1914)에 예시된 바와 같이 크기가 변경될 수 있다. 예를 들어, 표적 평면(1916) 상의 표적 표현의 하나 이상의 치수가 감소될 수 있어서, 표적 평면(1916) 상의 더 작은 영역이 하나 이상의 인터페이스 요소(1922)에 대응한다. 이와 같이, 표적 평면(1916) 내에 표현된 치수 대 인터페이스 내에 표현된 치수의 스케일링 비가 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 표적 표현의 중심 요소(1928)는 유두의 크기와 같은, 해부학적 표적의 크기와 동일하거나 그보다 작도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 니들(1910)의 팁이 표적 위치(1908)에 대해 임계 거리에 있을 때, 중심 요소(1928)는 해부학적 표적과 동일한(또는 그보다 작은) 크기이도록 업데이트될 수 있다.

도 19-3은 표적 위치(1908)까지의 니들(1910)의 거리(예컨대, 삽입 거리)에 대한 표적 평면(1916)의 스케일의 예시적인 그래프(1930)를 예시한다. 특히, y-축은 니들(1910)의 팁과 표적 위치(1908) 사이의 거리를 표현하는 반면, x-축은 표적 평면(1916) 상의 표적 표현의 크기(즉, 표적 평면(1916) 상의 거리 대 인터페이스 상의 거리의 스케일링 비)를 표현한다. 도시된 바와 같이, 니들(1910)이 표적 위치(1908)에 더 가깝게 이동함에 따라, 표적 평면(1916) 상의 거리와 인터페이스 내의 대응하는 거리 사이의 관계(예컨대, 스케일링 비)가 업데이트될 수 있다. 선형 관계가 도 19-3에 예시되어 있지만, 다른 유형의 관계가 구현될 수 있다(예컨대, 비-선형, 단차형 등).

일부 경우에, 도 19-1 내지 도 19-3(및 본 명세서의 다른 곳)의 맥락에서 논의된 스케일링 기법은 사용자가 니들(1910)을 (비교적 작을 수 있는) 표적 위치(1908)에 도달하도록 정확하게 삽입하는 것을 보조하기 위해 적응형 표적설정을 구현할 수 있다. 예를 들어, 그러한 스케일링 기법은 표적 궤적으로부터의 상대적으로 적은 편차를 유발하여 니들(1910)이 표적 위치로부터 더 멀리 있을 때 인터페이스 내의 표적 중심으로부터 기구 위치 특징부의 더 작은 이동을 생성하고, 표적 궤적으로부터의 상대적으로 적은 편차를 유발하여 니들(1910)이 표적 위치에 비교적 가깝게 위치될 때 표적 중심으로부터 기구 위치 특징부의 상대적으로 더 큰 이동을 생성할 수 있다. 예에서, 하나 이상의 인터페이스 요소(1922)의 치수(들)는 니들(1910)이 삽입됨에 따라 인터페이스 내에서 변경되지 않을 수 있다(예컨대, 각각의 인터페이스 요소(1922)는 동일한 크기/형상을 유지할 수 있음). 그러나, 다른 예에서, 하나 이상의 인터페이스 요소(1922)의 치수(들)는 인터페이스 내에서 변경될 수 있다.

일부 실시예에서, 본 명세서에서 논의된 기법들 중 하나 이상은, 예컨대 표적 궤적 및/또는 표적 위치에 대한 의료 기구의 정렬/위치를 나타내기 위한 요소를 포함하는 인터페이스를 제공함으로써, 표적 위치에 대한 경피 접근의 복잡성을 감소시킬 수 있다. 예에서, 인터페이스는 의사 또는 다른 사용자가 의료 기구를 수동으로 조작하는 것을 보조할 수 있다. 그러한 기법은 형광투시법 또는 초음파와 같은 다른 기법과 비교하여, 의료 기구로 표적 위치에 정확하게 도달하는 의사 또는 다른 사용자의 능력을 향상시킬 수 있다.

예시적인 해부학적 시각화

도 20은 하나 이상의 실시예에 따른, 사용자가 의료 기구를 내비게이팅하는 것을 보조하기 위해 인터페이스를 통해 제공될 수 있는 예시적인 해부학적 시각화(2000)를 예시한다. 이러한 예에서, 의료 기구는 니들로서 구현되지만; 의료 기구는 다른 기구로서 구현될 수 있다. 일부 경우에, 시각화(2000)는 사용자가, 신추체/유두와 동축으로 정렬되는 것과 같이, 동축으로 표적 위치에 접근하기 위해 니들을 적절한 배향으로 정렬시키는 것을 보조할 수 있고, 이는 (예컨대, 니들의 오버슈트(overshoot)로 인해 발생할 수 있는) 주변 해부학적 구조를 손상시키는 것을 회피하고/하거나 접근 경로 내로 삽입되는 기구(예컨대, 카테터 또는 다른 기구)에 대한 더 큰 유연성을 제공할 수 있다.

도시된 바와 같이, 시각화(2000)는 니들의 니들 표현(2002) 및 환자의 해부학적 구조, 예컨대 신배 네트워크 및/또는 환자와 연관된 다른 해부학적 구조의 해부학적 표현(2004)을 포함한다. 해부학적 표현(2004)은 본 명세서에서 논의된 인터페이스들 중 임의의 것과 같은 인터페이스 내에 2D 또는 3D 표현으로서 제시될 수 있다. 시각화(2000)는 또한 니들이 (표적 위치 표현(2008)으로 표현된) 표적 위치에 도달하기 위해 그 내에서 체류하여야 하는 표적 영역을 표현하는 표적 영역 표현(2006)을 포함한다. 표적 영역 표현(2006)은 (도시된 바와 같은) 2D 원추, 3D 원추 등과 같은, 2D 또는 3D 표현으로서 제시될 수 있다. 표적 위치 및 표적 영역은 (시각화(200) 내에 요소(2010)로 표현된) 스코프 및/또는 다른 요소의 배향/위치에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 예에서, 표적 영역은 표적 위치를 지정하기 위해 신장 내에 위치된 스코프의 원위 단부와 정렬되어, 스코프의 원위 단부에 수직인 라인(2012)(예컨대, 스코프의 진로를 표현하는 라인)이 표적 위치 및 표적 영역의 중심을 통해 연장된다. 라인(2012)은 일부 경우에 표적 궤적을 표현할 수 있고, 이는 시각화(2000) 내에 제시될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 예에서, 스코프가 이동함에 따라, 표적 영역 표현(2006) 및/또는 표적 위치 표현(2008)은 스코프의 원위 단부와의 정렬을 유지하도록 업데이트될 수 있다. 표적 위치 표현(2008)은 (도시된 바와 같은) 2D 라인, 3D 구체/표면 등과 같은, 2D 또는 3D 표현으로서 제시될 수 있다. 예에서, 표적 위치 표현(2008)은 해부학적 표적과 연관된다(예컨대, 4 또는 6 mm일 수 있는 유두의 크기로 스케일링됨/그를 표현함). 또한, 시각화(2000)는 니들의 진로를 표현하는 라인(2014)을 포함할 수 있다.

다양한 요소가 시각화의 맥락에서 논의되지만, 일부 경우에, 그러한 요소는 제시되지 않을 수 있고, 단지 표적 위치(2008)에 대한 니들(2000)의 현재 자세를 평가하는 데 사용하기 위해 결정/생성될 수 있다. 예를 들어, 표적 영역 및/또는 해부학적 표현/모델은 표적 영역 시각화(2006) 및/또는 해부학적 표현(2004)을 디스플레이함이 없이 니들의 현재 자세를 평가하기 위해 결정되고 사용될 수 있다.

예시적인 기구 상태 및 영역

도 21은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 상태(때때로 "진행 상태"로 지칭됨)를 결정하기 위해 구현/생성될 수 있는 예시적인 영역(2102)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 영역(2102)은 신장 결석(2108)의 제거를 보조하기 위해 신장(2106)에 접근하는 니들(2104)의 맥락에서 논의된다. 여기서, 스코프(2110)는 니들(2104)에 의한 경피 접근을 위해 표적 위치(2112)를 지정하도록 구현된다. 그러나, 영역(2102)은 다른 상황/의료 절차의 맥락에서 구현될 수 있다. 예에서, 니들(2104)의 상태는 표적 위치(2112)에 대한 니들(2104)의 위치/진행을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상태는 니들(2104)이 삽입되고 있고 아직 표적 위치(2112)에 도달하지 않았음/표적 위치를 통과하지 않았음을 나타내는 진행-중(in-progress) 상태, 니들(2104)이 삽입되고 있고 표적 궤적/자세와 정렬됨을 나타내는 진행-중 및 정렬 상태, 니들(2104)의 현재 배향을 고려할 때 표적 위치(2112)에 도달할 수 없음을 나타내는 표적-도달불가능 상태, 니들(2104)이 표?? 위치(2112)에 도달하였음을 나타내는 표적-도달 상태, 니들(2104)이 표적 위치(2112)를 넘어 삽입되었음을 나타내는 표적-통과 상태 등을 포함할 수 있다. 니들(2104)의 상태는 인터페이스를 통해 표시를 제공하고/하거나 다른 처리를 수행하기 위한 것과 같은 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 영역(2102)은 표적 위치(2112) 및/또는 스코프(2110)의 위치/배향에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 제1 영역(2102(A))은 표적 평면 및/또는 스코프(2110)의 위치/배향에 기초하여 결정될 수 있다. 여기서, 영역(2102(A))은 스코프(2110)의 원위 단부에 수직인 라인(2114)과 정렬되는 원추 형상의 영역을 포함한다. 그러나, 영역(2102(A))은 다른 형태/형상을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 니들(2104)은 또한 라인(2114)과 정렬된다. 영역(2102(A))은 표적 위치(2112)에 도달하는 것이 가능한 상태(예컨대, 진행-중 상태, 진행-중 및 정렬 상태 등)와 연관될 수 있다. 예를 들어, 니들(2104)이 (예컨대, 니들(2104)의 팁 및/또는 임의의 다른 부분에 대해) 영역(2102(A)) 내에 위치될 때, 니들(2104)을 표적 위치(2112)와 정렬하는 것이 가능함을 나타내는 표시가 인터페이스를 통해 제공될 수 있다. 또한, 니들이 라인(2114)(예컨대, 표적 자세/궤적)과 정렬되면, 니들(2104)은 니들(2104)이 표적 위치(2112)와 정렬됨을 나타내는 상태(예컨대, 진행-중 및 정렬 상태)와 연관될 수 있다. 예에서, 니들(2104)이 영역(2102(A)) 내에 위치될 때, 진행 표시자는 표적 위치(2112)에 대한 니들(2104)의 근접성을 나타낼 수 있고/있거나 니들(2104)이 삽입되고 있는 진행 중임을 나타낼 수 있다.

또한, 제2 영역(2102(B))은 스코프(2110)의 원위 단부와 정렬되고 그로부터 연장될 수 있다. 여기서, 영역(2102(B))은 특정 형태; 즉 (도 21에 부분적으로 예시된) 표적 평면과 정렬되는 직선을 가진 반원을 포함한다. 그러나, 영역(2102(B))은 다른 형태/형상을 포함할 수 있다. 영역(2102(B))은 표적 위치(2112)에 도달된 상태와 연관될 수 있다. 예를 들어, 니들(2104)의 팁이 영역(2102(B)) 내에 위치될 때, 표적 위치(2112)에 도달된 것으로 결정될 수 있다. 예에서, 그러한 상태를 나타내는 표시가 인터페이스를 통해 디스플레이될 수 있다. 하나의 예시에서, 니들(2104)이 표적 위치(2112)에 도달하였음을 나타내는 진행 표시자가 디스플레이될 수 있다. 예에서, 영역(2102(B))은 표적 위치(2112)의 일정량의 오버슈트를 허용할 수 있다. 또한, 예에서, 영역(2102(B))의 치수 및 형상은 표적 위치와 연관된 인간 해부학적 구조의 치수 및/또는 형상, 예컨대 유두의 평균 크기(일정량의 허용오차를 가짐), 다른 장기/해부학적 특징부의 크기/형상 등에 기초하여 결정될 수 있다. 예에서, 영역(2102(A) 및/또는 2102(B))은 표적 영역(예컨대, 니들(2104)이 표적 위치(2112)에 도달하기 위해 그 내에서 체류하여야 하는 영역)을 표현한다.

또한, 도 21에 또한 도시된 바와 같이, 제3 영역(2102(C))은 제1 및 제2 영역(2102(A), 2102(B))의 외측에 있는 영역을 포함할 수 있다. 영역(2102(C))은 표적 위치(2112)에 도달할 수 없거나, 표적 위치(2112)가 통과되었거나, 니들(2104)이 달리 표적 영역에 위치되지 않은 상태와 연관될 수 있다. 예를 들어, 니들(2104)의 팁이 영역(2102(C)) 내에 위치될 때, 니들(2104)의 현재 자세를 고려할 때 표적 위치(2112)에 도달할 수 없는 것으로, 표적 위치(2112)가 통과된 것으로(예컨대, 니들(2104)이 표적 위치(2112)를 실질적으로 오버슈팅함), 또는 니들(2104)이 달리 표적 영역에 위치되지 않은 것으로 결정될 수 있다. 예에서, 그러한 상태를 나타내는 표시가 인터페이스를 통해 디스플레이될 수 있다. 이는 의사가 이러한 지점에서 니들 궤적을 보정하는 것이 가능하지 않을 수 있고/있거나 의사가 특정량만큼 표적 위치(2112)를 오버슈팅하였기 때문에, 의사가 니들(2104)을 삽입하는 것을 중단하고/하거나 후퇴시켜야 함을 나타낼 수 있다. 하나의 예시에서, 니들(2104)이 영역(2102(C))으로 넘어가면, 기구-정렬 요소는 변형된 상태로 디스플레이될 수 있고/있거나 다른 표시가 제공될 수 있다.

예시적인 적응형 진행 표시

본 명세서의 다양한 예에서 논의된 바와 같이, 표적 위치로의 의료 기구의 근접성/진행은 사용자 인터페이스에 또는 달리 표시될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 정보는 선형 방식으로 표시되어, 표적 위치에 더 가까워지는/표적 위치로부터 더 멀어지는 단위 이동에 대해 표시되는 진행량은 특정 진행 변화량에 의해 일관되게 표현될 수 있다. 예시하기 위해, 의료 기구의 팁과 표적 위치 사이의 거리의 각각의 10 mm 변화는 (예컨대, 의료 기구를 표적 위치에 삽입하는 진행을 나타내기 위해) 인터페이스 내에 디스플레이되는 5% 진행 변화에 대응할 수 있다. 여기서, 그러한 진행 변화는 의료 기구가 표적 위치에 도달할 때까지 각각의 10 mm 변화에 대해 구현될 수 있다.

다른 실시예에서, 단위 이동에 대해 표시되는 진행량을 조정하기 위해 하나 이상의 적응형 진행 표시 기법이 수행될 수 있다. 하나의 예시에서, 도 22의 그래프(2200)에 도시된 바와 같이, 단위 위치 변화에 대해 표시되는 진행 변화량은 의료 기구와 표적 위치 사이의 거리에 기초할 수 있다. 이러한 예시에서, 150 mm 내지 75 mm의 범위 내의 삽입 거리는 비-선형 진행 표시와 연관될 수 있다. 예를 들어, 150 mm 내지 75 mm 범위 내의 표적 위치에 대한 근접성의 각각의 1 mm 변화는 표시될 진행량을 증가시킬 수 있다(예컨대, 150 mm 내지 140 mm의 변화는 진행의 1% 변화와 연관될 수 있고, 140 mm 내지 130 mm의 변화는 진행의 2% 변화와 연관될 수 있는 등). 또한, 이러한 예시에서, 진행 변화는 75 mm로부터 표적 위치까지의 그리고/또는 표적 위치를 지난 변화에 대해 선형으로 될 수 있다. 그러한 적응형 기법을 구현함으로써, 인터페이스 내의 진행 변화는 의료 기구가 표적 위치로부터 비교적 멀리 있을 때 최소일 수 있고, 이는 의사가 많은 진행 변화를 보지 않고서 삽입 부위를 재위치시키거나 달리 선택하도록 허용할 수 있다. 또한, 이는 의료 기구가 표적 위치에 접근함에 따라 의사가 삽입을 늦추게 하여, 표적 위치에 도달하기 전에 더 정확한 니들 정렬을 달성할 수 있다.

도 22 및 위의 예시는 적응형 진행 표시를 위한 많은 예시적인 기법들 중 하나를 기술한다. 이와 같이, 구간적 선형 함수, 지수 함수 등과 같은 다른 선형 또는 비-선형 진행 표시가 구현될 수 있다.

진행/정렬 정보를 결정/제시하기 위해 본 명세서에서 다양한 기법이 논의되지만, 그러한 기법에 더하여 또는 대안적으로 다양한 다른 기법이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프는 관심 대상의 유두의 전방에 파킹되는 것과 같이, 표적 위치에 대한 근접성 내에 위치될 수 있다. 여기서, 스코프에 의해 캡처된 이미지는, 예컨대 해부학적 움직임이 최소이고/이거나 스코프가 적절한 시야로 파킹될 때의 경우에, 표적 위치에 도달되었다는 시각적 확인을 제공하기 위해 인터페이스를 통해 제시될 수 있다. 예에서, 의료 기구의 진행 상태를 결정하기 위해 스코프로부터의 이미지가 분석될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 표적 위치에 도달되었음을 확인하는 것을 보조하기 위해 본 명세서에서 논의된 진행 정보 중 임의의 것이 스코프에 의해 캡처된 이미지에 더하여 또는 대안적으로 제시될 수 있다. 그러한 진행 정보는 상당한 해부학적 움직임이 있고, 유두 또는 다른 해부학적 구조가 스코프의 카메라에 대해 가압되는 등일 때 특히 유용할 수 있다. 예에서, 그러한 진행 정보는 스코프에 의해 획득된 이미지를 증강시킬 수 있다. 또한, 그러한 진행 정보는 의료 기구가 신장 내로 삽입되었는지를 확인하기 위해 신장 내에서 검색하도록 스코프를 내비게이팅하는 것을 회피할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 니들과 같은 의료 기구의 현재 위치는 스코프의 이미지 뷰 상에 오버레이될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 의료 기구에는 임피던스-감지-전극이 장착될 수 있고, 임피던스 신호는 의료 기구 전극이 접촉하는 매체를 분류하기 위해 사용될 수 있다. 예에서, 임피던스 신호가 소변으로 분류되면, 표적에 도달된 것으로 결정될 수 있다(예컨대, 표적-도달 상태가 결정될 수 있음).

예시적인 흐름도

도 23 내지 도 28은 본 명세서에서 논의된 하나 이상의 기법을 수행하기 위한 프로세스의 예시적인 흐름도를 예시한다. 프로세스와 연관된 다양한 동작/블록은 제어 시스템(140), 로봇 시스템(110), 테이블(150), EM 필드 발생기(180), 스코프(120), 및/또는 니들(170)과 같은, 본 명세서에서 논의된 장치들/시스템들 중 임의의 것 또는 이들의 조합에서 구현되는 제어 회로에 의해 수행될 수 있다.

도 23은 하나 이상의 실시예에 따른, 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치와 평면 상의 표적 위치 사이의 거리를 나타내는 데이터를 생성하기 위한 프로세스(2300)의 예시적인 흐름도를 예시한다.

블록(2302)에서, 프로세스(2300)는 하나 이상의 의료 기구로부터 센서 데이터를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 사용 사례에 따라, 제어 시스템과 같은 장치/시스템의 제어 회로는 스코프, 니들, 또는 임의의 다른 의료 기구와 같은 하나 이상의 의료 기구로부터 통신 인터페이스를 통해 센서 데이터를 수신할 수 있다. 센서 데이터는 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 나타내고/내거나 결정하는 데 사용될 수 있다.

블록(2304)에서, 프로세스(2300)는 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 해부학적 랜드마크, 의료 기구의 위치, 또는 임의의 다른 위치/표적과 같은, 환자 내의 표적 위치를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 적어도 부분적으로 환자 내에 배치된 의료 기구(예컨대, 스코프 또는 다른 의료 기구)로부터의 센서 데이터에 기초하여 표적 위치를 결정할 수 있다.

블록(2306)에서, 프로세스(2300)는 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 하나 이상의 의료 기구로부터의 센서 데이터에 기초하여 하나 이상의 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로는 위치 및/또는 배향을 결정하기 위해 하나 이상의 위치결정 기법을 사용할 수 있다. 예에서, 의료 기구의 위치 및 배향은 의료 기구의 자세로 지칭될 수 있다.

2308에서, 프로세스(2300)는 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일례에서, 제어 회로는, 의료 기구의 센서 데이터에 기초하여, 의료 기구의 진로가 평면에 수직이도록 평면을 결정할 수 있다. 다른 예에서, 제어 회로는, 의료 기구의 센서 데이터에 기초하여, 의료 기구의 원위 단부와 표적 위치 사이의 라인을 결정하고, 라인이 평면에 수직이도록 평면을 결정할 수 있다. 또 다른 예에서, 제어 회로는, 스코프로부터의 센서 데이터에 기초하여, 스코프의 진로가 평면에 수직이도록 평면을 결정할 수 있다.

2310에서, 프로세스(2300)는 의료 기구의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 업데이트하거나 평면의 배향을 유지하는 것을 포함할 수 있다. 일례에서, 제어 회로는 니들의 진로가 평면에 수직으로 유지되도록 니들의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 업데이트할 수 있다. 다른 예에서, 제어 회로는 니들의 배향이 변경됨에 따라 평면의 일정한/고정된 배향을 유지할 수 있다. 또 다른 예에서, 제어 회로는 스코프의 진로가 평면에 수직으로 유지되도록 스코프의 배향이 변경됨에 따라 평면의 배향을 업데이트할 수 있다.

2312에서, 프로세스(2300)는 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구의 배향/위치에 기초하여 평면 상의 의료 기구의 투영된 위치를 결정할 수 있다. 예에서, 투영된 위치는 의료 기구의 팁에 관한 것일 수 있지만; 투영된 위치는 의료 기구의 후방/근위 단부, 의료 기구의 중간 부분, 또는 다른 부분과 같은, 의료 기구의 다른 부분에 관한 것일 수 있다.

블록(2314)에서, 프로세스(2300)는 평면 상의 투영된 위치와 표적 위치 사이의 거리(예컨대, 투영된 편차 거리)를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소를 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구의 배향을 표현하는 기구-정렬 요소 및/또는 표적 위치를 표현하는 정렬 마킹을 표현하는 사용자 인터페이스 데이터를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터페이스 내에서의 정렬 마킹 및/또는 다른 특징부에 대한 기구-정렬 요소의 위치설정은 표적 궤적에 대한 의료 기구의 정렬을 나타낼 수 있다.

블록(2316)에서, 프로세스(2300)는 인터페이스 데이터에 기초하여 하나 이상의 인터페이스 요소의 디스플레이를 유발하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 사용자 인터페이스 데이터를 송신함으로써, 디스플레이 장치를 통해 인터페이스의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 인터페이스 데이터에 기초하여 인터페이스를 디스플레이할 수 있다. 일부 경우에, 인터페이스는 제2 인터페이스 요소의 중심으로부터 일정 거리에 제1 인터페이스 요소를 제시하고, 여기서 거리는 평면 상의 투영된 위치와 표적 위치 사이의 거리 및/또는 의료 기구의 팁과 평면 상의 표적 위치 사이의 삽입 거리에 기초한다.

도 24는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 단위 이동에 대해 표시된 진행량을 업데이트하기 위한 프로세스(2400)의 예시적인 흐름도를 예시한다.

블록(2402)에서, 프로세스(2400)는 표적 위치에 대한 의료 기구의 팁 및/또는 표적 위치에 대한 의료 기구의 또 다른 부분의 근접성을 나타내는 진행 표시자가 디스플레이되게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 인터페이스 데이터를 송신함으로써, 디스플레이 장치를 통해 진행 표시자의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 인터페이스 데이터에 기초하여 진행 표시자를 디스플레이할 수 있다.

블록(2404)에서, 프로세스(2400)는 진행 표시자에 대한 진행 변화 파라미터를 제1 값으로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 진행 변화 파라미터를 제1 값으로 설정할 수 있고, 여기서 진행 변화 파라미터는 의료 기구의 단위 이동(예컨대, 표적 위치에 대한 의료 기구의 팁의 근접성의 단위 변화)과 관련하여 진행 표시자의 진행 변화량을 나타낸다.

블록(2406)에서, 프로세스(2400)는 의료 기구의 팁이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구의 팁이 의료 기구로부터의 센서 데이터에 기초하여 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다(제1 시간/인스턴스). 예에서, 제어 회로는 의료 기구가 제1 양만큼 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다.

블록(2408)에서, 프로세스(2400)는 진행 표시자를 업데이트하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 진행 변화 파라미터에 기초하여 진행 표시자를 업데이트하고(제1 시간/인스턴스)/하거나 의료 기구의 팁이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다.

블록(2410)에서, 프로세스(2400)는 진행 변화 파라미터를 제2 값으로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구의 팁이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 것에 기초하여 진행 변화 파라미터를 제2 값으로 설정할 수 있다. 제2 값은 의료 기구의 단위 이동에 대해 제1 값보다 큰 진행 표시자의 진행 변화량과 연관될 수 있다.

블록(2412)에서, 프로세스(2400)는 의료 기구의 팁이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구의 팁이 의료 기구로부터의 센서 데이터에 기초하여 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다(제2 시간/인스턴스). 예에서, 제어 회로는 의료 기구가 제1 양만큼 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다.

블록(2414)에서, 프로세스(2400)는 진행 표시자를 업데이트하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 진행 변화 파라미터에 기초하여 진행 표시자를 업데이트하고(제2 시간/인스턴스)/하거나 의료 기구의 팁이 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다. 예에서, 진행 표시자는 블록(2408)에 표시된 것과 상이한 진행 변화량을 나타내도록 업데이트될 수 있다.

도 25는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 단위 배향/이동 변화에 대한 인터페이스 요소의 위치 변화량을 나타내는 위치 변화 파라미터를 업데이트하기 위한 프로세스(2500)의 예시적인 흐름도를 예시한다.

블록(2502)에서, 프로세스(2500)는 위치 변화 파라미터를 제1 값으로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 위치 변화 파라미터를 제1 값으로 설정할 수 있고, 여기서 위치 변화 파라미터는 의료 기구의 단위 이동/배향 변화에 대한 인터페이스 내에서의 하나 이상의 인터페이스 요소의 위치 변화량을 나타낼 수 있다.

블록(2504)에서, 프로세스(2500)는 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구(예컨대, 니들)의 팁이 의료 기구로부터의 센서 데이터에 기초하여 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다.

블록(2506)에서, 프로세스(2500)는 위치 변화 파라미터를 제2 값으로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 위치 변화 파라미터를 제2 값으로 설정할 수 있고, 여기서 제2 값은 의료 기구의 단위 이동/배향 변화에 대해 제1 값보다 큰 인터페이스 내에서의 하나 이상의 인터페이스 요소의 위치 변화량과 연관된다. 예에서, 위치 변화 파라미터는 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 것에 기초하여 제2 값으로 설정될 수 있다.

도 26은 하나 이상의 실시예에 따른, 평면(예컨대, 표적 평면) 대 인터페이스의 스케일링 비를 업데이트하기 위한 프로세스(2600)의 예시적인 흐름도이다.

블록(2602)에서, 프로세스(2600)는 평면 상에 표현된 치수 대 인터페이스 상에 표현된 치수의 스케일링 비를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 표적 평면에 대한 치수 대 인터페이스에 대한 치수의 스케일링 비를 결정할 수 있다.

블록(2604)에서, 프로세스(2600)는 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구(예컨대, 니들)의 팁이 의료 기구로부터의 센서 데이터에 기초하여 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정할 수 있다.

블록(2606)에서, 프로세스(2600)는 스케일링 비를 업데이트하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 의료 기구가 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 것에 기초하여 스케일링 비를 업데이트할 수 있다. 스케일링 비는 감소되거나 증가될 수 있다. 스케일링 비는 인터페이스 내에서 하나 이상의 인터페이스 요소를 이동시키는/표현하는 데 사용될 수 있다.

도 27은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구에 대한 좌표 프레임을 결정하고/하거나 의료 기구의 이동에 인터페이스 요소의 이동을 상관시키기 위한 프로세스(2700)의 예시적인 흐름도를 예시한다.

블록(2702)에서, 프로세스(2500)는 로봇 아암과 연관된 로봇 시스템에 대한 월드 좌표 프레임을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템은 전자기장 발생기에 결합된 로봇 아암을 포함하고, 전자기장 발생기로부터의 전자기장의 검출에 기초하여 센서 데이터를 생성하도록 구성된 니들 또는 다른 의료 기구를 포함할 수 있다. 제어 회로는 로봇 시스템에 대한 좌표 프레임을 결정할 수 있다.

블록(2704)에서, 프로세스(2700)는 월드 좌표 프레임 내에 의료 기구의 자세를 표현하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 니들로부터의 센서 데이터에 기초하여 니들의 자세를 결정하고/하거나 월드 좌표 프레임 내에 니들의 자세를 표현할 수 있다.

블록(2706)에서, 프로세스(2700)는 월드 좌표 프레임 내에 평면을 표현하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 표적 위치 및/또는 니들의 자세에 기초하여 표적 평면을 결정하고/하거나 월드 좌표 프레임 내에 표적 평면을 표현할 수 있다.

블록(2708)에서, 프로세스(2700)는 월드 좌표 프레임 내에 표현된 평면에 대한 표적 좌표 프레임을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 월드 좌표 프레임 내의 니들의 자세에 기초하여 표적 평면에 대한 표적 좌표 프레임을 결정할 수 있다.

블록(2710)에서, 프로세스(2700)는 의료 기구에 대한 좌표 프레임을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 표적 좌표 프레임에 기초하여 니들에 대한 좌표 프레임을 결정할 수 있다.

블록(2712)에서, 프로세스(2700)는 의료 기구에 대한 좌표 프레임에 대해 의료 기구의 이동 방향에 상관된 방향으로 인터페이스 내에서 하나 이상의 인터페이스 요소를 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 하나 이상의 인터페이스 요소가 니들에 대한 좌표 프레임에 대해 니들의 이동 방향에 상관된 방향으로 이동하도록 하나 이상의 인터페이스 요소가 인터페이스 내에서 이동하게/업데이트되게 할 수 있다. 예에서, 이는 니들을 사용자에 대해 좌측/우측으로 틸팅시킬 때 인터페이스 내에서 좌측/우측으로, 니들을 사용자에 대해 상향/하향으로 틸팅시킬 때 인터페이스 내에서 상향/하향으로 등으로 이동함에 따라 사용자가 인터페이스 요소를 관찰하도록 허용할 수 있다.

도 28은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구가 위치된 영역에 기초하여 의료 기구의 상태를 결정하기 위한 프로세스(2800)의 예시적인 흐름도를 예시한다.

블록(2802)에서, 프로세스(2800)는 의료 기구의 환경에 대한 다수의 영역을 나타내는 진행 영역 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 니들로부터의 센서 데이터 및/또는 스코프로부터의 센서 데이터에 기초하여 진행 영역 데이터를 생성할 수 있다. 진행 영역 데이터는 환경 내의 다수의 영역을 나타낼 수 있고, 여기서 각각의 영역은 상태와 연관될 수 있다.

블록(2804)에서, 프로세스(2800)는 다수의 영역 중에서, 의료 기구가 위치된 영역을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는, 니들로부터의 센서 데이터 및/또는 진행 영역 데이터에 기초하여, 니들이 위치된 영역을 결정할 수 있다.

블록(2806)에서, 프로세스(2800)는 영역에 기초하여 의료 기구의 상태를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 니들이 위치된 영역에 기초하여 니들의 상태를 결정할 수 있다. 그러한 상태는 니들이 (예컨대, 표적 위치에 도달하는 것과 연관된) 표적 영역 내에 있는지, 니들이 표적 궤적/자세와 정렬되어 있는지, 니들이 표적 영역 외측에 있는지, 니들이 표적 위치에 도달하였는지, 니들이 표적 위치를 통과하였는지 등을 나타낼 수 있다.

블록(2808)에서, 프로세스(2800)는 상태의 표시가 디스플레이되게 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 예컨대 제어 시스템과 연관된 디스플레이 장치로 사용자 인터페이스 데이터를 송신함으로써, 디스플레이 장치를 통해 진행/정렬 표시의 디스플레이를 유발할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 인터페이스 데이터에 기초하여 진행/정렬 표시를 디스플레이할 수 있다. 예에서, 의료 기구의 상태 및/또는 인터페이스를 통해 제공된 그러한 상태의 표시는 의료 기구가 예컨대 상이한 영역으로 이동함으로써 위치/배향을 변경함에 따라 업데이트될 수 있다.

추가 실시예

실시예에 따라, 본 명세서에 기술된 프로세스들 또는 알고리즘들 중 임의의 것의 소정의 동작, 이벤트, 또는 기능은 상이한 시퀀스로 수행될 수 있고, 추가되거나, 병합되거나, 완전히 생략될 수 있다. 따라서, 소정 실시예에서, 프로세스의 실행을 위해 모든 기술된 동작 또는 이벤트가 필요하지는 않다.

구체적으로 달리 언급되지 않는 한 또는 사용된 바와 같은 맥락 내에서 달리 이해되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 조건부 언어, 예컨대, 그 중에서도, "할 수 있다", "할 수 있을 것이다", "할 수도 있을 것이다", "할 수도 있다", "예컨대" 등은 그의 통상적인 의미로 의도되고 일반적으로, 소정 실시예가 소정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하는 반면, 다른 실시예가 소정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하지 않음을 전달하도록 의도된다. 따라서, 그러한 조건부 언어는 일반적으로, 특징부, 요소 및/또는 단계가 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행될 것인지 여부를, 입안자 입력 또는 촉구를 가지고 또는 이를 가짐이 없이, 결정하기 위한 로직을 하나 이상의 실시예가 필연적으로 포함한다는 것, 또는 이들 특징부, 요소, 및/또는 단계가 하나 이상의 실시예에 대해 요구되는 임의의 방식으로 있다는 것을 의미하도록 의도되지 않는다. 용어 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등은 동의어이고, 그들의 통상적인 의미로 사용되고, 포괄적으로 개방형 방식으로 사용되며, 추가의 요소, 특징부, 동작, 작동 등을 배제하지 않는다. 또한, 용어 "또는"은 그의 포괄적인 의미로 사용되어(그리고 그의 배타적인 의미로 사용되지 않음), 예를 들어 요소의 목록을 연결하기 위해 사용될 때, 용어 "또는"이 목록 내의 요소들 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미하도록 한다. 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 어구 "X, Y, 및 Z 중 적어도 하나"와 같은 접속 언어는, 항목, 용어, 요소 등이 X, Y, 또는 Z일 수 있음을 전달하는 데 일반적으로 사용되는 바와 같은 맥락으로 이해된다. 따라서, 그러한 접속 언어는 일반적으로, 소정 실시예가 각각 존재하기 위해 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나, 및 Z 중 적어도 하나를 필요로 한다는 것을 의미하도록 의도되지 않는다.

실시예의 위의 설명에서, 다양한 특징부가 때때로 본 개시를 간소화하고 다양한 본 발명의 태양들 중 하나 이상의 이해를 돕기 위해 단일 실시예, 도면, 또는 그의 설명에서 함께 그룹화된다는 것이 인식되어야 한다. 그러나, 본 개시의 이러한 방법은 임의의 청구항이 그러한 청구항에서 명백하게 인용되는 것보다 많은 특징부를 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서의 특정 실시예에서 예시되고/되거나 기술된 임의의 컴포넌트, 특징부, 또는 단계는 임의의 다른 실시예(들)에 적용되거나 그와 함께 사용될 수 있다. 또한, 컴포넌트, 특징부, 단계, 또는 컴포넌트, 특징부, 또는 단계의 그룹이 각각의 실시예에 필요하거나 필수적이지는 않다. 따라서, 본 개시의 범주는 전술된 특정 실시예에 의해 제한되어야 하는 것이 아니라, 하기의 청구범위의 타당한 판독에 의해서만 결정되어야 하는 것으로 의도된다.

소정의 서수 용어(예컨대, "제1" 또는 "제2")는 참조의 용이함을 위해 제공될 수 있고 반드시 물리적 특성 또는 순서를 의미하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 구조물, 컴포넌트, 동작 등과 같은 요소를 변형시키는 데 사용되는 서수 용어(예컨대, "제1", "제2", "제3" 등)는 반드시 임의의 다른 요소에 대한 그러한 요소의 우선 순위 또는 순서를 나타내는 것이 아니라, 오히려 일반적으로 유사하거나 동일한 명칭을 갖는(그러나 서수 용어의 사용을 위한) 다른 요소로부터 그러한 요소를 구별할 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 부정 관사("a" 및 "an")는 "하나"보다는 "하나 이상"을 나타낼 수 있다. 또한, 조건 또는 이벤트에 "기초하여" 수행되는 동작은 또한 명시적으로 언급되지 않은 하나 이상의 다른 조건 또는 이벤트에 기초하여 수행될 수 있다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 예시적인 실시예가 속하는 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 통상적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어가 관련 기술의 맥락에서의 그들의 의미와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본 명세서에서 명확히 그렇게 정의되지 않는 한 이상화된 또는 과도하게 공식적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 또한 이해되어야 한다.

공간적으로 상대적인 용어 "외측", "내측", "상부", "하부", "아래", "위", "수직", "수평" 및 유사한 용어는 도면에 예시된 바와 같이 하나의 요소 또는 컴포넌트와 다른 요소 또는 컴포넌트 사이의 관계를 기술하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 동작 시에 장치의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시된 장치가 뒤집힌 경우, 다른 장치 "아래" 또는 "밑"에 위치된 장치는 다른 장치 "위"에 배치될 수 있다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 하부 및 상부 위치 둘 모두를 포함할 수 있다. 장치는 또한 다른 방향으로 배향될 수 있고, 따라서 공간적으로 상대적인 용어는 배향에 따라 상이하게 해석될 수 있다.

달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "더 적은", "더 많은", "더 큰" 등과 같은 비교적인 및/또는 정량적인 용어는 균등의 개념을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, "더 적은"은 가장 엄격한 수학적 의미에서 "더 적은"뿐만 아니라, "더 적거나 같은"을 의미할 수 있다.

Claims (30)

1. 의료 시스템의 제어 회로에 의해,
   의료 기구의 적어도 일부분의 위치를 나타내는 센서 데이터를 수신하는 단계;
   상기 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 의료 기구의 배향을 결정하는 단계;
   환자의 장기 내의 표적 위치를 결정하는 단계;
   상기 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 단계;
   상기 의료 기구의 상기 배향에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 평면 상의 상기 의료 기구의 투영된 위치(projected position)를 결정하는 단계;
   상기 평면 상의 상기 투영된 위치와 상기 표적 위치 사이의 제1 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들(interface elements)을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하는 단계; 및
   상기 인터페이스 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 하나 이상의 인터페이스 요소들을 디스플레이하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 평면을 결정하는 단계는 상기 의료 기구의 진로(heading)가 상기 평면에 수직이도록 상기 평면을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 의료 기구의 상기 진로가 상기 평면에 수직으로 유지되도록 상기 의료 기구의 상기 배향이 변경됨에 따라 상기 평면의 배향을 업데이트하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 평면을 결정하는 단계는 상기 의료 기구의 원위 단부와 상기 표적 위치 사이의 라인(line)을 결정하는 단계 및 상기 라인이 상기 평면에 수직이도록 상기 평면을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 의료 기구의 상기 배향이 변경됨에 따라 상기 평면의 배향을 유지하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 표적 위치를 결정하는 단계는 스코프(scope)로부터의 추가 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하고, 상기 평면을 결정하는 단계는 상기 스코프의 진로가 상기 평면에 수직이도록 상기 평면을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 인터페이스 요소들을 디스플레이하는 단계는 상기 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제2 인터페이스 요소의 중심으로부터 제2 거리에 상기 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제1 인터페이스 요소를 디스플레이하는 단계를 포함하고, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리 및 상기 의료 기구의 팁(tip)과 상기 평면 상의 상기 표적 위치 사이의 삽입 거리에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 표적 위치에 대한 상기 의료 기구의 팁의 근접성을 나타내는 진행 표시자(progress indicator)를 디스플레이하는 단계;
   상기 의료 기구의 단위 이동에 대한 상기 진행 표시자의 진행 변화량을 나타내는, 상기 진행 표시자에 대한 진행 변화 파라미터(progress change parameter)를 제1 값으로 설정하는 단계;
   상기 의료 기구의 상기 팁이 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계; 및
   상기 의료 기구의 상기 팁이 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 진행 변화 파라미터를, 상기 의료 기구의 상기 단위 이동에 대해 상기 제1 값보다 큰 상기 진행 표시자의 진행 변화량과 연관된 제2 값으로 설정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
9. 의료 시스템으로서,
   인간 해부학적 구조에 경피적으로(percutaneously) 접근하도록 구성되는 의료 기구로부터 센서 데이터를 수신하도록 구성되는 통신 인터페이스; 및
   상기 통신 인터페이스에 통신가능하게 결합된 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
   상기 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 의료 기구의 배향을 결정하고;
   상기 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치를 결정하고;
   상기 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하고;
   상기 의료 기구의 상기 배향에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 평면 상의 상기 의료 기구의 투영된 위치를 결정하고; 및
   상기 평면 상의 상기 투영된 위치와 상기 표적 위치 사이의 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하도록 구성되는, 의료 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 의료 시스템은 상기 인간 해부학적 구조의 내강을 통해 상기 표적 위치에 접근하도록 구성되는 내시경을 추가로 포함하고, 상기 내시경은 상기 통신 인터페이스에 추가 센서 데이터를 제공하도록 구성되는 센서를 포함하고;
    상기 제어 회로는 상기 추가 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 표적 위치를 결정하도록 구성되는, 의료 시스템.
11. 제9항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 의료 기구의 진로가 상기 평면에 수직이도록 상기 평면을 결정하도록 구성되는, 의료 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 의료 기구의 상기 진로가 상기 평면에 수직으로 유지되도록 상기 의료 기구의 상기 배향이 변경됨에 따라 상기 평면의 배향을 업데이트하도록 추가로 구성되는, 의료 시스템.
13. 제9항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 의료 기구의 원위 단부와 상기 표적 위치 사이의 라인을 결정하고 상기 라인이 상기 평면에 수직이도록 상기 평면을 결정함으로써 상기 평면을 결정하도록 구성되는, 의료 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 의료 기구의 상기 배향이 변경됨에 따라 상기 평면의 배향을 유지하도록 추가로 구성되는, 의료 시스템.
15. 제9항에 있어서, 상기 의료 시스템은 신호를 생성하도록 구성되는 장치에 결합된 로봇 시스템을 포함하고, 상기 센서 데이터는 상기 신호에 적어도 부분적으로 기초하고, 상기 제어 회로는,
    상기 로봇 시스템에 대한 좌표 프레임(coordinate frame)에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 의료 기구에 대한 좌표 프레임을 결정하고; 및
    상기 하나 이상의 인터페이스 요소들이, 상기 의료 기구에 대한 상기 좌표 프레임에 대해 상기 의료 기구의 이동 방향에 상관된 방향으로 인터페이스 내에서 이동하게 하도록 추가로 구성되는, 의료 시스템.
16. 제9항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 의료 기구의 단위 이동에 대한 인터페이스 내에서의 상기 하나 이상 인터페이스 요소들의 위치 변화량을 나타내는 위치 변화 파라미터(position change parameter)를 제1 값으로 설정하고;
    상기 의료 기구가 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하고; 및
    상기 위치 변화 파라미터를, 상기 의료 기구의 상기 단위 이동에 대해 상기 제1 값보다 큰 상기 인터페이스 내에서의 상기 하나 이상의 인터페이스 요소들의 위치 변화량과 연관된 제2 값으로 설정하도록 추가로 구성되는, 의료 시스템.
17. 제9항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 표적 위치에 대한 상기 의료 기구의 근접성을 나타내는 진행 표시자가 디스플레이되게 하고;
    상기 의료 기구의 단위 이동에 대한 상기 진행 표시자의 진행 변화량을 나타내는, 상기 진행 표시자에 대한 진행 변화 파라미터를 제1 값으로 설정하고;
    상기 의료 기구가 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하고; 및
    상기 진행 변화 파라미터를, 상기 의료 기구의 상기 단위 이동에 대해 상기 제1 값보다 큰 상기 진행 표시자의 진행 변화량과 연관된 제2 값으로 설정하도록 추가로 구성되는, 의료 시스템.
18. 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들로서,
    상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은, 제어 회로에 의해 실행될 때, 상기 제어 회로로 하여금,
    인간 해부학적 구조에 경피적으로 접근하도록 구성되는 의료 기구의 배향을 결정하는 동작;
    상기 인간 해부학적 구조 내의 표적 위치를 결정하는 동작;
    상기 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 동작;
    상기 의료 기구의 상기 배향에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 평면 상의 상기 의료 기구의 투영된 위치를 결정하는 동작; 및
    상기 평면 상의 상기 투영된 위치와 상기 표적 위치 사이의 제1 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하는 동작
    을 포함하는 동작들을 수행하게 하는, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
19. 제18항에 있어서, 상기 의료 기구의 진로가 상기 평면에 수직인, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
20. 제19항에 있어서, 상기 동작들은,
    상기 의료 기구의 상기 진로가 상기 평면에 수직으로 유지되도록 상기 의료 기구의 상기 배향이 변경됨에 따라 상기 평면의 배향을 업데이트하는 동작을 추가로 포함하는, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
21. 제18항에 있어서, 상기 평면은 상기 의료 기구의 원위 단부와 상기 표적 위치 사이의 라인에 수직인, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
22. 제21항에 있어서, 상기 동작들은,
    상기 의료 기구의 상기 배향이 변경됨에 따라 상기 평면의 배향을 유지하는 동작을 추가로 포함하는, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
23. 제18항에 있어서, 상기 동작들은,
    상기 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제2 인터페이스 요소의 중심으로부터 제2 거리에 상기 하나 이상의 인터페이스 요소들 중 제1 인터페이스 요소를 디스플레이하는 동작을 추가로 포함하고, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리에 적어도 부분적으로 기초하는, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
24. 제23항에 있어서, 상기 제2 거리는 상기 의료 기구의 팁과 상기 평면 상의 상기 표적 위치 사이의 삽입 거리에 적어도 부분적으로 추가로 기초하는, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
25. 제18항에 있어서, 상기 동작들은,
    상기 표적 위치에 대한 상기 의료 기구의 근접성을 나타내는 진행 표시자가 디스플레이되게 하는 동작;
    상기 의료 기구가 제1 시간에 제1 양만큼 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 진행 표시자를 제2 양만큼 업데이트하는 동작; 및
    상기 의료 기구가 제2 시간에 상기 제1 양만큼 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 진행 표시자를 상기 제1 양보다 큰 제3 양만큼 업데이트하는 동작을 추가로 포함하는, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
26. 제18항에 있어서, 상기 동작들은,
    상기 의료 기구의 환경에 대한 다수의 영역들을 나타내는 진행 영역 데이터(progress region data)를 생성하는 동작;
    제1 센서 데이터 및 상기 진행 영역 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 다수의 영역들 중에서, 상기 의료 기구가 위치된 영역을 결정하는 동작;
    상기 영역에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 의료 기구의 상태를 결정하는 동작; 및
    상기 상태의 표시가 디스플레이되게 하는 동작을 추가로 포함하는, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들.
27. 의료 시스템의 제어 회로에 의해, 환자 내로 경피적으로 삽입되도록 구성되는 니들(needle)로부터 제1 센서 데이터를 수신하는 단계;
    상기 제1 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제어 회로에 의해, 상기 니들의 자세(pose)를 결정하는 단계;
    상기 제어 회로에 의해, 상기 환자의 해부학적 내강 내에 적어도 부분적으로 배치된 내시경으로부터 제2 센서 데이터를 수신하는 단계;
    상기 제2 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제어 회로에 의해, 상기 환자의 장기 내의 표적 위치를 결정하는 단계;
    상기 제어 회로에 의해, 상기 표적 위치를 포함하는 평면을 결정하는 단계;
    상기 니들의 상기 자세에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제어 회로에 의해, 상기 평면 상의 상기 니들의 투영된 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 평면 상의 상기 투영된 위치와 상기 표적 위치 사이의 거리를 나타내는 하나 이상의 인터페이스 요소들을 표현하는 인터페이스 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
28. 제27항에 있어서,
    상기 하나 이상의 인터페이스 요소들을 인터페이스 내에 디스플레이하는 단계;
    상기 평면 상에 표현된 치수들 대 상기 인터페이스 상에 표현된 치수들의 스케일링 비(scaling ratio)를 식별하는 단계;
    상기 니들이 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계; 및
    상기 니들이 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 스케일링 비를 업데이트하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
29. 제27항에 있어서,
    상기 니들의 단위 위치 또는 배향 변화에 대한 인터페이스 내에서의 상기 하나 이상 인터페이스 요소들의 위치 변화량을 나타내는 위치 변화 파라미터를 제1 값으로 설정하는 단계;
    의료 기구가 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계; 및
    상기 의료 기구가 상기 표적 위치에 더 가깝게 이동한 것으로 결정하는 단계에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 위치 변화 파라미터를, 상기 니들의 상기 단위 위치 또는 배향 변화에 대해 상기 제1 값보다 큰 상기 인터페이스 내에서의 상기 하나 이상의 인터페이스 요소들의 위치 변화량과 연관된 제2 값으로 설정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
30. 제27항에 있어서, 상기 의료 시스템은 전자기장 발생기(electromagnetic field generator)에 결합된 로봇 아암(robotic arm)을 포함하고, 상기 제1 센서 데이터는 상기 전자기장 발생기로부터의 전자기장들에 적어도 부분적으로 기초하고, 상기 방법은,
    상기 로봇 아암과 연관된 로봇 시스템에 대한 월드 좌표 프레임(world coordinate frame)을 결정하는 단계;
    상기 월드 좌표 프레임 내에 상기 니들의 상기 자세를 표현하는 단계;
    상기 월드 좌표 프레임 내에 상기 평면을 표현하는 단계;
    상기 월드 좌표 프레임 내의 상기 니들의 상기 자세에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 월드 좌표 프레임 내에 표현된 상기 평면에 대한 표적 좌표 프레임을 결정하는 단계;
    상기 표적 좌표 프레임에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 니들에 대한 좌표 프레임을 결정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 인터페이스 요소들을, 상기 니들에 대한 상기 좌표 프레임에 대해 상기 니들의 이동 방향에 상관된 방향으로 인터페이스 내에서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
    

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