KR20230058119A - 로봇으로 제어가능한 필드 발생기 - Google Patents

로봇으로 제어가능한 필드 발생기 Download PDF

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KR20230058119A
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크리스토퍼 케이. 스라맥
엘리프 아이발리
데이빗 버딕 버만
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아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Abstract

특정 양태는 로봇으로 제어 가능한 필드 발생기를 구비하는 시스템 및 이의 응용분야에 관한 것이다. 로봇으로 제어 가능한 필드 발생기의 하나의 응용분야는, 필드 발생기 설치 및 기구 추적을 용이하게 하도록 로봇 아암에 결합된 필드 발생기를 움직이기 위해 로봇 아암을 사용한다. 이러한 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 또 하나의 응용분야는 필드 발생기의 체적 내의 검출된 표적과 삽입 가능한 기구의 정렬을 용이하게 하도록 로봇 아암에 결합된 필드 발생기를 움직이기 위해 로봇 아암을 사용한다. 이러한 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 또 하나의 응용분야는 의료 시스템 내에서 발생되는 왜곡을 검출하도록 로봇 아암에 결합된 필드 발생기를 움직이기 위해서 로봇 아암을 사용한다. 이러한 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 또 하나의 응용분야는 다중 모드 센서 융합을 용이하게 하기 위해서 로봇 아암을 사용한다.

Description

로봇으로 제어가능한 필드 발생기
본원에 개시된 시스템 및 방법은 로봇 의료 시스템을 위한 필드 발생기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 의료 시스템뿐만 아니라 관련 장치, 시스템, 및 방법에서 왜곡을 검출하기 위한, 로봇으로 위치설정가능하고/하거나 제어가능한 필드 발생기에 관한 것이다.
복강경술(laparoscopy) 또는 내시경술(endoscopy)과 같은 의료 절차는 환자의 내부 영역에 접근하고 시각화하는 것을 수반할 수 있다. 복강경술 절차에서, 의료 기구가 복강경 접근 포트를 통해 내부 영역 내로 삽입될 수 있다. 내시경술 절차에서, 얇고 유연한 관 모양의 의료 기구가 환자의 자연적인 오리피스를 통해 내부 영역 안으로 삽입될 수 있다. 의료 기구는 절차 동안 기능을 수행하도록 구성되는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다.
소정 절차에서, 로봇식(robotically-enabled) 의료 시스템이 의료 기구 및 엔드 이펙터(end effector)의 삽입 및/또는 조작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 로봇식 의료 시스템은 절차 동안 기구의 위치설정을 제어하는 데 사용되는 조작기 조립체(manipulator assembly)를 갖는 로봇 아암(robotic arm) 또는 다른 기구 위치설정 장치를 포함할 수 있다.
로봇식 의료 시스템은, 의료 기구에 위치될 수 있는 하나 이상의 위치 센서의 출력에 기초하여 의료 기구의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
로봇 의료 시스템은 시스템의 로봇 아암에 결합(또는 다른 방식으로 안으로 통합)되도록 구성된 전자기(electromagnetic, EM) 필드 발생기를 포함할 수 있다. 이러한 EM 필드 발생기들은, 이들이 로봇 아암을 사용하여 제어되거나 재위치될 수 있으므로, 로봇으로 제어가능하거나 위치설정가능한 것으로 간주될 수 있다. EM 필드 발생기는 하나 이상의 EM 센서의 위치가 결정될 수 있는 자기장을 생성할 수 있다. EM 필드 발생기가 로봇 아암에 결합되기 때문에, EM 필드 발생기의 EM 좌표 프레임과 시스템의 로봇 좌표 프레임 또는 글로벌(global) 좌표 프레임 간의 정합(registration)을 확립하는 데 로봇 아암의 기구학(kinematics)이 사용될 수 있다.
이러한 배열체는 EM 좌표 프레임과 로봇 또는 글로벌 좌표 프레임 간의 관계를 확립하기 위해 사용자 입력이 필요로 할 수 있는 보다 복잡한 정합 단계들에 대한 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 이러한 배열체는 또한, 예를 들어, 로봇 아암에 대응되는 필드 발생기의 설치를 개선함으로써, 의료 기구를 추적함으로써, 시스템의 센서에 영향을 미칠 수 있는 왜곡을 검출함으로써, EM 센서의 위치가 결정되는 정확도를 향상시킬 수 있고, 그리고 추가 양식으로 센서 융합을 촉진할 수 있다.
로봇으로 제어가능한 또는 위치설정가능한 EM 필드 발생기의 이러한 특징 및 다른 특징 및 장점은 아래에서 더 자세히 설명될 것이다. 본 개시내용의 시스템, 방법 및 장치는 각각 혁신적인 여러 양태들을 가지며, 이들 중 어떠한 단일 양태만 오로지 본원에 개시된 바람직한 속성에 원인이 되는 것은 아니다.
개시된 양태는 첨부된 도면과 함께 이하에서 설명될 것이고, 개시된 양태를 제한하지 않고 이를 예시하기 위해 제공되며, 여기에서 유사한 지정은 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은, 일 예시적인 실시형태에 따른, 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트(cart) 기반 로봇 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 2는 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 로봇 시스템의 추가의 양태를 도시한다.
도 3은 일 예시적인 실시형태에 따른, 요관경술을 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 4는 일 예시적인 실시형태에 따른, 혈관 절차를 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 5는 일 예시적인 실시형태에 따른, 기관지경술 절차를 위해 배열된 테이블(table) 기반 로봇 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 6은 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 5의 로봇 시스템의 대안적인 도면을 제공한다.
도 7은 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇 아암(들)을 수납하도록 구성된 예시적인 시스템을 예시한다.
도 8은 일 예시적인 실시형태에 따른, 요관경 절차를 위해 구성된 테이블 기반 로봇 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 9는 일 예시적인 실시형태에 따른, 복강경술 절차를 위해 구성된 테이블 기반 로봇 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 10은 일 예시적인 실시형태에 따른, 피치(pitch) 또는 틸트(tilt) 조절을 갖는 도 5 내지 도 9의 테이블 기반 로봇 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 11은 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 5 내지 도 10의 테이블 기반 로봇 시스템의 테이블과 칼럼(column) 사이의 인터페이스(interface)의 상세한 예시를 제공한다.
도 12는 일 예시적인 실시형태에 따른, 테이블 기반 로봇 시스템의 대안적인 실시형태를 예시한다.
도 13은 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 12의 테이블 기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한다.
도 14는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇 아암이 부착된 테이블 기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한다.
도 15는 일 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 기구 구동기(instrument driver)를 예시한다.
도 16은 일 예시적인 실시형태에 따른, 페어링된(paired) 기구 구동기를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다.
도 17은 일 예시적인 실시형태에 따른, 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 구동기 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한다.
도 18은 일 예시적인 실시형태에 따른, 기구 기반 삽입 아키텍처(insertion architecture)를 갖는 기구를 예시한다.
도 19는 일 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 제어기를 예시한다.
도 20은 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 16 내지 도 18의 기구의 위치와 같은, 도 1 내지 도 10의 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(localization system)을 예시한 블록도를 도시한다.
도 21은 작업 체적(working volume)을 갖는 자기장을 생성하는 예시적인 EM 필드 발생기를 예시한다. 예시적인 실시형태에 따른, EM 필드 발생기의 작업 체적 내에 위치된 예시적인 EM 센서가 또한 도시된다.
도 22a는 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 21의 EM 필드 발생기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시하는 사시도이다.
도 22b 및 도 22c는 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 22a의 로봇 의료 시스템과 연관된 로봇 좌표 프레임을 EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표계와 정합시키는 데 사용될 수 있는 예시적인 정합 단계들을 예시한다.
도 23은 일 예시적인 실시형태에 따른, 시스템의 로봇 아암에 결합된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 실시형태를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시하는 사시도이다.
도 24는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇 아암에 결합되도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 일 실시형태의 사시도이다.
도 25는 일 예시적인 실시형태에 따라, 도 24의 로봇으로 제어가능한 필드 발생기가 로봇 아암의 기구 구동 메커니즘에 결합되도록 구성될 수 있다는 것을 예시한다.
도 26은 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇 아암에 결합하도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 사용하여 로봇 의료 절차를 수행하기 위한 방법의 일 실시형태를 예시하는 흐름도이다.
도 27a 및 도 27b는 일 예시적인 실시형태에 따른, 자동 기구 추적 및 해부학적 특징부들의 매핑을 위해 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 28a 및 도 28b는 일 예시적인 실시형태에 따른, 필드 발생기의 설치 및 배치를 용이하게 하고 이의 작업 체적을 확장하기 위해 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 29는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇 의료 시스템의 로봇 아암에 결합된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 나타내는 블록도이다.
도 30a 및 도 30b는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 센서가 EM 필드 내의 미리 결정된 위치에 위치되도록 EM 필드 발생기를 로봇 아암으로 움직이는(move) 일 실시형태를 예시하는 사시도이다.
도 31a 및 도 31b는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 센서가 EM 필드 내의 미리 결정된 영역 내에 위치되도록 EM 필드 발생기를 로봇 아암으로 움직이는 일 실시형태를 예시하는 사시도이다.
도 32a 및 도 32b는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 센서의 움직임의 경로를 추적하는 경로를 따라서 로봇 아암으로 EM 필드 발생기를 움직이는 일 실시형태를 예시하는 사시도이다.
도 33a 내지 도 33d는 일 예시적인 실시형태에 따른, 경로를 따라 움직이는 EM 센서가 EM 필드의 미리 결정된 영역 내에 위치된 상태로 유지되도록 EM 필드 발생기를 로봇 아암으로 움직이는 일 실시형태를 예시하는 사시도이다.
도 34는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 필드 내의 EM 센서의 결정된 위치에 기초하여 로봇 아암에 결합된 EM 필드 발생기를 움직이기 위한 일 예시적인 방법을 제공하는 흐름도이다.
도 35a 및 도 35b는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 결정된 위치들에 기초하여 로봇 아암을 사용하여 EM 필드 발생기를 일 필드 발생기 위치로 움직이는 일 실시형태를 예시하는 사시도이다.
도 36a 내지 도 36c는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 결정된 위치들에 기초하여 로봇 아암을 사용하여 EM 필드 발생기의 필드 발생기 위치를 재조정하는 일 실시형태를 예시하는 사시도이며, 여기서 복수의 EM 센서들 중 적어도 하나는 움직이고 있다.
도 37은 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 결정된 위치들에 기초하여 로봇 아암에 장착된 EM 필드 발생기를 위한 필드 발생기 위치를 결정하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 38a, 도 38b 및 도 38c는 일 예시적인 실시형태에 따른, 필드 발생기의 작업 체적을 확장하기 위해 로봇 아암으로 움직여질 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 39a 내지 도 39d는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 센서들의 위치들을 검출하고 필드 발생기의 작업 체적을 확장하기 위해 로봇 아암으로 움직여질 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 40a 내지 도 40d는 일 예시적인 실시형태에 따른, 필드 발생기의 확장된 작업 체적 내의 EM 센서들의 위치들을 추적하기 위해 로봇 아암으로 움직여질 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 41a는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 작업 체적을 확장하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 41b는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 작업 체적을 확장하기 위한 또 하나의 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 42a 내지 도 42c는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 표적과 경피적으로 삽입 가능한 기구의 정렬을 용이하게 하도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 구비하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 43a 및 도 43b는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 표적과 필드 발생기 상에 장착된 기구 가이드의 정렬을 용이하게 하도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 구비하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 44a 및 도 44b는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 표적과 기구 가이드의 정렬을 용이하게 하도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 구비하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 45a는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 사용하여 경피적으로 삽입 가능한 기구를 EM 표적과 정렬하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 45b는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 사용하여 경피적으로 삽입 가능한 기구를 위한 기구 가이드를 EM 표적과 정렬하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 46a는 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 왜곡을 검출하기 위해 고정된 EM 위치 센서에 대해 EM 필드 발생기를 움직이는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 46b는 일 예시적인 실시형태에 따른, 도 46a의 EM 필드 발생기의 움직임 동안 로봇 궤적과 EM 센서 궤적의 비교를 예시한다.
도 46c는 일 예시적인 실시형태에 따른, 위치 및 배향의 변화를 설명할 수 있는 EM 왜곡을 검출하기 위해 고정된 EM 위치 센서에 대해 EM 필드 발생기를 움직이는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다.
도 47은 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 왜곡 검출을 위한 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 48은 일 예시적인 실시형태에 따른, EM 왜곡 검출을 위한 또 하나의 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 49a는 일 예시적인 실시형태에 따른, 초음파 프로브(probe)의 영상 장소를 캘리브레이션하기 위한 절차 동안의 부착된 초음파 프로브를 갖는 로봇 의료 시스템을 예시한다.
도 49b는 EM 필드 발생기와 초음파 프로브를 포함하는 로봇 의료 시스템을 예시한다. 초음파 프로브의 영상 평면은 일 예시적인 실시형태에 따라, 로봇 도구 및 EM 센서 위치가 영상 평면에 오버레이될 수 있도록 로봇 좌표 프레임 및 EM 좌표 프레임에 대해 캘리브레이션된다.
도 50은 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇 의료 시스템과 함께 사용되기 위한 초음파 프로브의 영상 평면을 캘리브레이션하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 51a 및 도 51b는 일 예시적인 실시형태에 따른, 로봇 의료 시스템의 로봇 아암에 부착된 깊이 센서를 사용하여 생성된 예시적인 열 및 포인트 맵을 예시한다.
도 51c는 일 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 깊이 센서의 일 실시형태를 예시한다.
1. 개요.
본 개시의 태양은 복강경술과 같은 최소 침습 절차 및 내시경술과 같은 비-침습 절차 둘 모두를 비롯하여 다양한 의료 절차를 수행할 수 있는 로봇식(robotically-enabled) 의료 시스템에 통합될 수 있다. 내시경술 절차 중에서, 시스템은 기관지경술, 요관경술, 위내시경술(gastroscopy) 등을 수행하는 것이 가능할 수 있다.
광범위한 절차를 수행하는 것에 더하여, 시스템은 의사를 보조하기 위한 향상된 영상 및 안내와 같은 추가의 이점을 제공할 수 있다. 추가적으로, 시스템은 다루기 어려운 아암 운동 및 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다. 더욱이, 시스템은, 시스템의 기구들 중 하나 이상이 단일 사용자에 의해 제어될 수 있도록, 개선된 사용 용이성을 갖고서 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다.
다양한 실시형태가 예시의 목적으로 도면과 함께 후술될 것이다. 개시된 개념의 많은 다른 구현예가 가능하고, 개시된 구현예로 다양한 이점이 달성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 참조를 위해 그리고 다양한 섹션을 찾는 데 도움을 주기 위해 표제가 본원에 포함된다. 이들 표제는 그와 관련하여 기술되는 개념의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 그러한 개념은 전체 명세서 전반에 걸쳐 적용될 수 있다.
A. 로봇 시스템 - 카트.
로봇식 의료 시스템은 특정 절차에 따라 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트 기반 로봇식 시스템(10)의 일 실시형태를 예시한다. 기관지경술 동안, 시스템(10)은, 기관지경술을 위한 절차-특정적 기관지경일 수 있는, 조향가능 내시경(13)과 같은 의료 기구를 진단 및/또는 치료 도구를 전달하기 위한 자연 구멍 접근 지점(natural orifice access point)(즉, 본 예에서 테이블 상에 위치된 환자의 입)으로 전달하기 위한 하나 이상의 로봇 아암(12)을 갖는 카트(11)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 접근 지점에 대한 접근을 제공하기 위해 환자의 상체에 근접하게 위치될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암(12)은 접근 지점에 대해 기관지경을 위치시키도록 작동될 수 있다. 도 1의 배열체는 또한, 위장(gastro-intestinal, GI) 절차를 위한 전문화된 내시경인 위내시경으로 GI 절차를 수행할 때 활용될 수 있다. 도 2는 카트의 예시적인 실시형태를 더 상세히 도시한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 일단 카트(11)가 적절하게 위치되면, 로봇 아암(12)은 조향가능 내시경(13)을 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자 안으로 삽입할 수 있다. 도시된 바와 같이, 조향가능 내시경(13)은 적어도 2개의 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내부 리더(leader) 부분 및 외부 시스(sheath) 부분을 포함할 수 있으며, 각각의 부분은 기구 구동기들(28)의 세트로부터의 별개의 기구 구동기에 결합되고, 각각의 기구 구동기는 개별 로봇 아암의 원위 단부에 결합된다. 리더 부분을 시스 부분과 동축으로 정렬하는 것을 용이하게 하는 기구 구동기(28)의 이러한 선형 배열체는, 하나 이상의 로봇 아암(12)을 다른 각도 및/또는 위치로 조작함으로써 공간에서 재위치될 수 있는 "가상 레일"(29)을 생성한다. 본원에 설명되는 가상 레일은 파선을 사용하여 도면에 도시되고, 따라서 파선은 시스템의 임의의 물리적 구조체를 도시하지 않는다. 가상 레일(29)을 따른 기구 구동기(28)의 병진 이동(translation)은 외부 시스 부분에 대해 내부 리더 부분을 삽통식으로 이동시키거나, 환자로부터 내시경(13)을 전진 또는 후퇴시킨다. 가상 레일(29)의 각도는 임상 적용 또는 의사 선호도에 기초하여 조절, 병진 이동, 및 선회될 수 있다. 예를 들어, 기관지경술에서, 도시된 바와 같은 가상 레일(29)의 각도 및 위치는 내시경(13)을 환자의 입 안으로 구부림으로써 발생하는 마찰을 최소화하면서 내시경(13)에 대한 의사 접근을 제공하는 것 사이의 절충을 나타낸다.
내시경(13)은 표적 목적지 또는 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템으로부터의 정확한 커맨드를 사용하여 삽입 후 환자의 기관 및 폐를 따라 지향될 수 있다. 환자의 폐 네트워크(lung network)를 통한 내비게이션(navigation)을 향상시키고/시키거나 원하는 표적에 도달하기 위해, 내시경(13)은 향상된 관절운동 및 더 큰 굽힘 반경을 얻기 위해 외부 시스 부분으로부터 내부 리더 부분을 삽통식으로 연장시키도록 조작될 수 있다. 별개의 기구 구동기(28)의 사용은 또한 리더 부분과 시스 부분이 서로 독립적으로 구동되도록 허용한다.
예를 들어, 내시경(13)은, 예를 들어 환자의 폐 내의 병변 또는 결절과 같은 표적에 생검 니들을 전달하도록 지향될 수 있다. 니들은 병리학자에 의해 분석될 조직 샘플을 얻기 위해 내시경의 길이를 따라 연장되는 작업 채널(working channel)을 따라 전개될 수 있다. 병리학 결과에 따라, 추가 도구가 추가 생검을 위해 내시경의 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 결절을 악성으로 식별한 후에, 내시경(13)은 잠재적인 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경 방식으로 전달할 수 있다. 일부 경우에, 진단 및 치료 처치제(treatment)가 별개의 절차들로 전달될 수 있다. 해당 상황에서, 내시경(13)은 또한 표적 결절의 위치를 "표시"하기 위한 기준점을 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 다른 경우에서, 진단 및 치료 처치제는 동일한 절차 동안 전달될 수 있다.
시스템(10)은 또한 움직임 가능(movable) 타워(tower)(30)를 포함할 수 있으며, 이는 카트(11)에 지원 케이블을 통해 연결되어 카트(11)에 제어부, 전자장치, 유체장치, 광학계, 센서, 및/또는 전력에 대한 지원을 제공할 수 있다. 이러한 기능을 타워(30) 내에 두는 것은 수술 의사 및 그/그녀의 스태프에 의해 더 용이하게 조절 및/또는 재위치될 수 있는 더 작은 폼 팩터(form factor)의 카트(11)를 허용한다. 추가적으로, 카트/테이블과 지원 타워(30) 사이의 기능의 분할은 수술실의 어수선함을 감소시키고, 임상 작업흐름의 개선을 용이하게 한다. 카트(11)는 환자 가까이에 위치될 수 있지만, 타워(30)는 절차 동안 방해가 되지 않도록 원격 위치에 수납될 수 있다.
전술된 로봇 시스템을 지원하기 위해, 타워(30)는, 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브(persistent magnetic storage drive), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive) 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장하는 컴퓨터 기반 제어 시스템의 구성요소(들)를 포함할 수 있다. 이들 명령어의 실행은, 실행이 타워(30)에서 발생하든 카트(11)에서 발생하든, 전체 시스템 또는 이의 하위 시스템(들)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 로봇 시스템의 구성요소로 하여금 관련 캐리지(carriage) 및 아암 마운트(arm mount)를 작동시키고, 로봇 아암을 작동시키고, 의료 기구를 제어하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 로봇 아암의 조인트(joint) 내의 모터는 아암을 소정 자세로 위치시킬 수 있다.
타워(30)는 또한, 내시경(13)을 통해 전개될 수 있는 시스템에 제어된 관주(irrigation) 능력 및 흡인 능력을 제공하기 위해 펌프, 유량계, 밸브 제어부, 및/또는 유체 접근부(fluid access)를 포함할 수 있다. 이러한 구성요소는 또한 타워(30)의 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 일부 실시형태에서, 관주 능력 및 흡인 능력은 별개의 케이블(들)을 통해 내시경(13)에 직접 전달될 수 있다.
타워(30)는 카트(11)에 필터링되고 보호된 전력을 제공하도록 설계되는 전압 및 서지(surge) 보호기를 포함하며, 이로써 카트(11) 내에 전력 변압기 및 다른 보조 전력 구성요소를 배치하는 것을 회피하여, 더 작고 더 움직임 가능 카트(11)를 생성할 수 있다.
타워(30)는 또한 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 전개된 센서들에 대한 지원 장비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타워(30)는 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 광학 센서 또는 카메라로부터 수신된 데이터를 검출, 수신, 및 처리하기 위한 광전자 장비를 포함할 수 있다. 제어 시스템과 조합하여, 이러한 광전자 장비는 타워(30) 내를 비롯하여, 시스템 전체에 걸쳐 전개된 임의의 수의 콘솔(console)에 디스플레이하기 위한 실시간 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 타워(30)는 또한 전개된 전자기(electromagnetic, EM) 센서로부터 수신되는 신호를 수신하고 처리하기 위한 전자 서브시스템을 포함할 수 있다. 타워(30)는 또한 의료 기구 내의 또는 그 상의 EM 센서에 의한 검출을 위한 EM 필드 발생기(field generator)를 수용하고 위치시키는 데 사용될 수 있다.
타워(30)는 또한 시스템의 나머지 부분에서 이용가능한 다른 콘솔, 예컨대 카트의 상부에 장착된 콘솔에 더하여 콘솔(31)을 포함할 수 있다. 콘솔(31)은 의사 조작자를 위한 사용자 인터페이스 및 디스플레이 스크린, 예컨대 터치스크린을 포함할 수 있다. 시스템(10) 내의 콘솔들은 일반적으로 로봇 제어뿐만 아니라 절차의 수술전 및 실시간 정보, 예컨대 내시경(13)의 내비게이션 및 위치결정 정보 둘 모두를 제공하도록 설계된다. 콘솔(31)이 의사가 이용가능한 유일한 콘솔이 아닐 때, 이것은 간호사와 같은 제2 조작자에 의해, 환자의 건강 또는 바이탈(vital) 및 시스템(10)의 작동을 모니터링하는 데 뿐만 아니라, 내비게이션 및 위치결정 정보와 같은 절차-특정적 데이터를 제공하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 콘솔(31)은 타워(30)와 별개인 본체 내에 수용된다.
타워(30)는 하나 이상의 케이블 또는 연결부(미도시)를 통해 카트(11) 및 내시경(13)에 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서, 타워(30)로부터의 지원 기능은 단일 케이블을 통해 카트(11)에 제공되어, 수술실을 간소화하고 정리할 수 있다. 다른 실시형태에서, 특정 기능은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력은 단일 전력 케이블을 통해 카트(11)에 제공될 수 있지만, 제어부, 광학계, 유체장치, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 카트 기반 로봇식 시스템으로부터의 카트(11)의 일 실시형태의 상세한 예시를 제공한다. 카트(11)는 일반적으로 세장형 지지 구조체(14)(흔히 "컬럼(column)"으로 지칭됨), 카트 기부(15), 및 칼럼(14)의 상부에 있는 콘솔(16)을 포함한다. 칼럼(14)은 하나 이상의 로봇 아암(12)(3개가 도 2에 도시됨)의 전개를 지원하기 위한 캐리지(17)(대안적으로 "아암 지지체")와 같은 하나 이상의 캐리지를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 환자에 대한 더 양호한 위치설정을 위해 로봇 아암(12)의 기부를 조절하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 또한, 캐리지(17)가 칼럼(14)을 따라 수직으로 병진 이동하는 것을 허용하는 캐리지 인터페이스(19)를 포함한다.
캐리지 인터페이스(19)는 캐리지(17)의 수직 병진 이동을 안내하기 위해 칼럼(14)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 슬롯(slot)(20)과 같은 슬롯들을 통해 칼럼(14)에 연결된다. 슬롯(20)은 캐리지(17)를 카트 기부(15)에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 유지시키기 위한 수직 병진 이동 인터페이스를 포함한다. 캐리지(17)의 수직 병진 이동은 카트(11)가 로봇 아암(12)의 도달범위를 조절하는 것을 허용하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 및 의사 선호도를 충족시키도록 한다. 유사하게, 캐리지(17) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(12)의 로봇 아암 기부(21)가 다양한 구성으로 경사지는 것을 허용한다.
일부 실시형태에서, 슬롯(20)은 캐리지(17)가 수직으로 병진 이동함에 따라 수직 병진 이동 인터페이스 및 칼럼(14)의 내부 챔버 내로 먼지 및 유체가 유입되는 것을 방지하기 위해 슬롯 표면과 동일 평면상에 있고 그에 평행한 슬롯 커버들로 보완될 수 있다. 슬롯 커버들은 슬롯(20)의 수직 상부 및 저부 부근에 위치된 스프링 스풀들(spring spools)의 쌍을 통해 전개될 수 있다. 커버들은 캐리지(17)가 상향 및 하향으로 수직으로 병진 이동함에 따라 이들의 코일링된(coiled) 상태로부터 연장 및 후퇴되도록 전개될 때까지 스풀들 내에 코일링된다. 스풀들의 스프링-로딩(spring-loading)은 캐리지(17)가 스풀을 향해 병진 이동할 때 커버를 스풀 내로 후퇴시키는 힘을 제공함과 동시에, 또한 캐리지(17)가 스풀로부터 멀어지게 병진 이동할 때 밀폐 시일(tight seal)을 유지시킨다. 커버들은 캐리지(17)가 병진 이동함에 따라 커버의 적절한 연장 및 후퇴를 보장하기 위해, 예를 들어 캐리지 인터페이스(19) 내의 브래킷(bracket)을 사용하여 캐리지(17)에 연결될 수 있다.
칼럼(14)은 내부적으로, 사용자 입력, 예컨대 콘솔(16)로부터의 입력에 응답하여 생성된 제어 신호에 응답하여 기계화된 방식으로 캐리지(17)를 병진 이동시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류(lead screw)를 사용하도록 설계되는, 기어 및 모터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다.
로봇 아암(12)은 일반적으로, 일련의 조인트(24)에 의해 연결되는 일련의 링크장치(linkage)(23)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(21) 및 엔드 이펙터(end effector)(22)를 포함할 수 있으며, 각각의 조인트는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함한다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트는 로봇 아암(12)이 이용가능한 독립적인 자유도(degree of freedom)를 나타낸다. 로봇 아암들(12) 각각은 7개의 조인트를 가질 수 있고, 따라서 7 자유도를 제공할 수 있다. 다수의 조인트는 다자유도를 생성하여, "여분의(redundant)" 자유도를 허용한다. 여분의 자유도를 갖는 것은 로봇 아암들(12)이 상이한 링크장치 위치 및 조인트 각도를 사용하여 공간에서 특정 위치, 배향, 및 궤적으로 이들 각각의 엔드 이펙터(22)를 위치시키는 것을 허용한다. 이는 시스템이 의료 기구를 공간에서 원하는 포인트로부터 위치시키고 지향시키는 것을 허용함과 동시에, 의사가 아암 충돌을 회피하면서 더 우수한 접근을 생성하기 위해 아암 조인트를 환자로부터 떨어진 임상적으로 유리한 위치로 움직이는 것을 허용한다.
카트 기부(15)는 바닥 위에서 칼럼(14), 캐리지(17), 및 로봇 아암(12)의 중량의 균형을 잡는다. 따라서, 카트 기부(15)는 전자장치, 모터, 전력 공급부와 같은 더 무거운 구성요소뿐만 아니라, 카트(11)의 움직임(movement)을 가능하게 하고/하거나 이를 움직이지 못하게 하는 구성요소를 수용한다. 예를 들어, 카트 기부(15)는 절차 전에 카트(11)가 수술실을 용이하게 돌아다니도록 허용하는 롤링가능 휠(rollable wheel)-형상의 캐스터(caster)(25)를 포함한다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(25)는 절차 동안 카트(11)를 제위치로 유지하기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다.
칼럼(14)의 수직 단부에 위치되어, 콘솔(16)은 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스, 및 수술전 데이터 및 수술중 데이터 둘 모두를 의사 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이 스크린 둘 모두(또는 예를 들어 터치스크린(26)과 같은 이중-목적 장치)를 허용한다. 터치스크린(26) 상의 잠재적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 내비게이션 및 매핑 데이터(mapping data), 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 디스플레이 상의 수술중 데이터는 도구로부터 제공되는 광학 정보, 센서로부터의 센서 및 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. 콘솔(16)은 의사가 캐리지(17) 반대편에 있는 칼럼(14)의 측부로부터 콘솔(16)에 접근하게 허용하도록 위치되고 틸팅될 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 카트(11) 뒤로부터 콘솔(16)을 작동시키면서 콘솔(16), 로봇 아암(12), 및 환자를 관찰할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘솔(16)은 또한 카트(11)를 조작하고 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(27)를 포함한다.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시형태를 예시한다. 요관경술 절차에서, 카트(11)는 환자의 요도 및 요관을 통과하도록 설계된 절차-특정적 내시경인 요관경(32)을 환자의 하복부 영역으로 전달하도록 위치될 수 있다. 요관경술에서, 요관경(32)이 환자의 요도와 직접 정렬되어 이 영역 내의 민감한 해부학적 구조에 대한 마찰과 힘을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 요도에 대한 직접적인 선형 접근을 위해 요관경(32)을 위치시키게 허용하도록 테이블의 풋(foot)에 정렬될 수 있다. 테이블의 풋으로부터, 로봇 아암(12)은 요관경(32)을 가상 레일(33)을 따라 요도를 통해 환자의 하복부 내로 직접 삽입할 수 있다.
요도 내로의 삽입 후에, 기관지경술에서와 유사한 제어 기법을 사용하여, 요관경(32)은 진단 및/또는 치료 응용을 위해 방광, 요관, 및/또는 신장 내로 내비게이션될 수 있다. 예를 들어, 요관경(32)은 요관경(32)의 작업 채널을 따라 전개된 레이저 또는 초음파 쇄석술 장치를 사용하여 신장 결석 축적물을 부수기 위해 요관 및 신장 내로 지향될 수 있다. 쇄석술이 완료된 후에, 생성된 결석 파편은 요관경(32)을 따라 전개된 바스켓(basket)을 사용하여 제거될 수 있다.
도 4는 혈관 절차를 위해 유사하게 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시형태를 예시한다. 혈관 절차에서, 시스템(10)은 카트(11)가 조향가능 카테터(steerable catheter)와 같은 의료 기구(34)를 환자의 다리 내의 대퇴 동맥 내의 접근 지점으로 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 대퇴 동맥은 내비게이션을 위한 더 큰 직경뿐만 아니라 환자의 심장으로의 상대적으로 덜 우회하고 사행형인 경로 둘 모두를 나타내며, 이는 내비게이션을 단순화한다. 요관경술 절차에서와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 대퇴부/둔부 영역 내의 대퇴 동맥 접근 지점에 대한 직접적인 선형 접근을 갖는 가상 레일(35)을 제공하는 것을 허용하도록 환자의 다리 및 하복부를 향해 위치될 수 있다. 동맥 내로의 삽입 후에, 의료 기구(34)는 기구 구동기(28)를 병진 이동시킴으로써 지향되고 삽입될 수 있다. 대안적으로, 카트는, 예를 들어 어깨 및 손목 부근의 경동맥 및 상완 동맥과 같은 대안적인 혈관 접근 지점에 도달하기 위해 환자의 상복부 주위에 위치될 수 있다.
B. 로봇 시스템 - 테이블.
로봇식 의료 시스템의 실시형태는 또한 환자의 테이블을 통합할 수 있다. 테이블의 통합은 카트를 제거함으로써 수술실 내의 자본 장비의 양을 감소시키며, 이는 환자에 대한 더 우수한 접근을 허용한다. 도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 이러한 로봇식 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 시스템(36)은 바닥 위에서 플랫폼(platform)(38)("테이블" 또는 "베드(bed)"로 도시됨)을 지지하기 위한 지지 구조체 또는 칼럼(37)을 포함한다. 카트 기반 시스템에서와 매우 유사하게, 시스템(36)의 로봇 아암(39)의 엔드 이펙터는 기구 구동기(42)를 포함하며, 이는 도 5의 기관지경(40)과 같은 세장형 의료 기구를 기구 구동기(42)의 선형 정렬로부터 형성된 가상 레일(41)을 통해 또는 이를 따라 조작하도록 설계된다. 실제로, 형광투시 영상(fluoroscopic imaging)을 제공하기 위한 C-아암이 방출기(emitter) 및 검출기(detector)를 테이블(38) 주위에 배치함으로써 환자의 상복부 영역 위에 위치될 수 있다.
도 6은 논의 목적을 위해 환자 및 의료 기구가 없는 시스템(36)의 대안적인 도면을 제공한다. 도시된 바와 같이, 칼럼(37)은 시스템(36) 내에 링(ring)-형상으로 도시된 하나 이상의 캐리지(43)를 포함할 수 있으며, 이로부터 하나 이상의 로봇 아암(39)이 기초할 수 있다. 캐리지(43)는, 로봇 아암(39)이 환자에게 도달되도록 위치될 수 있는 다양한 유리한 포인트를 제공하기 위해 칼럼(37)의 길이를 따라 연장되는 수직 칼럼 인터페이스(44)를 따라 병진 이동할 수 있다. 캐리지(들)(43)는, 로봇 아암(39)이 예를 들어 환자의 양쪽 측부와 같은 테이블(38)의 다수의 측부에 접근할 수 있도록 허용하기 위해, 칼럼(37) 내에 위치된 기계식 모터를 사용하여 칼럼(37)을 중심으로 회전할 수 있다. 다수의 캐리지를 갖는 실시형태에서, 캐리지는 칼럼 상에 개별적으로 위치될 수 있고, 다른 캐리지와 독립적으로 병진 이동 및/또는 회전할 수 있다. 캐리지(43)가 칼럼(37)을 둘러싸거나 심지어 원형일 필요는 없지만, 도시된 바와 같은 링-형상은 구조적 균형을 유지시키면서 칼럼(37)을 중심으로 하는 캐리지(43)의 회전을 용이하게 한다. 캐리지(43)의 회전 및 병진 이동은 시스템(36)이 내시경 및 복강경과 같은 의료 기구를 환자 상의 상이한 접근 지점으로 정렬시키도록 허용한다. (도시되지 않은) 다른 실시형태에서, 시스템(36)은 그 옆으로 연장되는 바아(bar) 또는 레일 형태의 조절가능 아암 지지체를 갖는 환자 테이블 또는 베드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 로봇 아암(39)은 (예컨대, 엘보우 조인트(elbow joint)를 갖는 쇼울더(shoulder)를 통해) 조절가능 아암 지지체에 부착될 수 있고, 이는 수직으로 조절될 수 있다. 수직 조절을 제공함으로써, 로봇 아암(39)은 유리하게는 환자 테이블 또는 베드 아래에 콤팩트하게 적재되고, 후속하여 절차 동안 상승될 수 있다.
로봇 아암(39)은 로봇 아암(39)에 추가의 구성가능성(configurability)을 제공하기 위해 개별적으로 회전하고/하거나 삽통식으로 연장될 수 있는 일련의 조인트를 포함하는 아암 마운트들(45)의 세트를 통해 캐리지(43) 상에 장착될 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는, 캐리지(43)가 적절하게 회전될 때, 아암 마운트(45)가 (도 6에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 동일한 측부 상에, (도 9에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에, 또는 테이블(38)의 인접한 측부들 상에(미도시) 위치될 수 있도록 캐리지(43) 상에 위치될 수 있다.
칼럼(37)은 테이블(38)에 대한 지지 및 캐리지(43)의 수직 병진 이동을 위한 경로를 구조적으로 제공한다. 내부적으로, 칼럼(37)은 캐리지의 수직 병진 이동을 안내하기 위한 리드 스크류, 및 리드 스크류에 기초하여 캐리지(43)의 병진 이동을 기계화하기 위한 모터를 구비할 수 있다. 칼럼(37)은 또한 캐리지(43) 및 그 상에 장착된 로봇 아암(39)에 전력 및 제어 신호를 전달할 수 있다.
테이블 기부(46)는 도 2에 도시된 카트(11) 내의 카트 기부(15)와 유사한 기능을 하여, 테이블/베드(38), 칼럼(37), 캐리지(43), 및 로봇 아암(39)의 균형을 잡기 위해 더 무거운 구성요소를 수용한다. 테이블 기부(46)는 또한 절차 동안 안정성을 제공하기 위해 강성 캐스터를 통합할 수 있다. 테이블 기부(46)의 저부로부터 전개되어, 캐스터는 기부(46)의 양쪽 측부 상에서 반대 방향들로 연장될 수 있고, 시스템(36)이 움직여질 필요가 있을 때 후퇴될 수 있다.
계속해서 도 6을 참조하면, 시스템(36)은 또한 타워(미도시)를 포함할 수 있으며, 이는 테이블의 형태 인자 및 부피(bulk)를 감소시키기 위해 시스템(36)의 기능을 테이블과 타워 사이에서 분할한다. 이전에 개시된 실시형태에서와 같이, 타워는 처리, 컴퓨팅, 및 제어 능력, 전력, 유체장치, 및/또는 광학 및 센서 처리와 같은 다양한 지원 기능을 테이블에 제공할 수 있다. 타워는 또한, 의사 접근을 개선하고 수술실을 정리하기 위해 환자로부터 멀리 위치되도록 움직임 가능할 수 있다. 추가적으로, 타워 내에 구성요소를 배치하는 것은 로봇 아암(39)의 잠재적인 적재를 위한, 테이블 기부(46) 내의 더 많은 보관 공간을 허용한다. 타워는 또한, 키보드 및/또는 펜던트(pendant)와 같은, 사용자 입력을 위한 사용자 인터페이스뿐만 아니라, 실시간 영상, 내비게이션, 및 추적 정보와 같은 수술전 및 수술중 정보를 위한 디스플레이 스크린(또는 터치스크린) 둘 모두를 제공하는 마스터 제어기(master controller) 또는 콘솔을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 타워는 또한 주입(insufflation)을 위해 사용될 기체 탱크를 위한 홀더를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 테이블 기부는 사용하지 않을 때 로봇 아암을 적재 및 보관할 수 있다. 도 7은 테이블 기반 시스템의 일 실시형태에서 로봇 아암을 적재하는 시스템(47)을 예시한다. 시스템(47)에서, 캐리지(48)는 로봇 아암(50), 아암 마운트(51), 및 캐리지(48)를 기부(49) 내에 적재하기 위해 기부(49) 내로 수직으로 병진 이동될 수 있다. 기부 커버(52)는 병진 이동 및 후퇴되어 개방되어 캐리지(48), 아암 마운트(51), 및 로봇 아암(50)을 칼럼(53) 주위로 전개시킬 수 있고, 사용하지 않을 때 그들을 적재하여 보호하기 위해 폐쇄될 수 있다. 기부 커버(52)는 그의 개구의 에지를 따라 멤브레인(membrane)(54)으로 밀봉되어, 폐쇄될 때 먼지 및 유체 유입을 방지할 수 있다.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블 기반 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 요관경술에서, 테이블(38)은 환자를 칼럼(37) 및 테이블 기부(46)로부터 벗어난 각도로 위치시키기 위한 스위블 부분(swivel portion)(55)을 포함할 수 있다. 스위블 부분(55)은 스위블 부분(55)의 저부 부분을 칼럼(37)으로부터 멀리 위치시키기 위해 피봇 포인트(예컨대, 환자의 머리 아래에 위치됨)를 중심으로 회전 또는 피봇할 수 있다. 예를 들어, 스위블 부분(55)의 피봇팅(pivoting)은 C-아암(미도시)이 테이블(38) 아래의 칼럼(미도시)과 공간을 경합함이 없이 환자의 하복부 위에 위치되도록 허용한다. 캐리지(미도시)를 칼럼(37)을 중심으로 회전시킴으로써, 로봇 아암(39)은 요관경(56)을 가상 레일(57)을 따라 환자의 서혜부 영역 내로 직접 삽입하여 요도에 도달하게 할 수 있다. 요관경술에서, 스터럽(stirrup)(58)이 또한 테이블(38)의 스위블 부분(55)에 고정되어, 절차 동안 환자의 다리의 위치를 지지하고 환자의 서혜부 영역에 대한 명확한 접근을 허용할 수 있다.
복강경술 절차에서, 환자의 복벽 내의 작은 절개부(들)를 통해, 최소 침습 기구가 환자의 해부학적 구조 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시형태에서, 최소 침습 기구는 환자 내의 해부학적 구조에 접근하는 데 사용되는, 샤프트와 같은 세장형 강성 부재를 포함한다. 환자의 복강의 팽창 후에, 기구는 파지, 절단, 절제, 봉합 등과 같은 수술 또는 의료 작업을 수행하도록 지향될 수 있다. 일부 실시형태에서, 기구는 복강경과 같은 스코프를 포함할 수 있다. 도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블 기반 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(36)의 캐리지(43)는 로봇 아암들(39)의 쌍을 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치시키도록 회전되고 수직으로 조절될 수 있어서, 기구(59)가 환자의 양쪽 측부 상의 최소 절개부로 통과되어 그/그녀의 복강에 도달하도록 아암 마운트(45)를 사용하여 위치될 수 있게 한다.
복강경술 절차를 수용하기 위해서, 로봇식 테이블 시스템은 또한 플랫폼을 원하는 각도로 틸팅할 수 있다. 도 10은 피치 또는 틸트 조절을 갖는 로봇식 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시스템(36)은 테이블(38)의 틸트를 수용하여, 테이블의 하나의 부분을 다른 부분보다 바닥으로부터 더 큰 거리를 두고 위치시킬 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는 틸트와 일치하도록 회전할 수 있어서, 로봇 아암(39)이 테이블(38)과 동일한 평면 관계를 유지시키게 한다. 더 급격한 각도를 수용하기 위해, 칼럼(37)은 또한, 칼럼(37)의 수직 연장이 테이블(38)이 바닥에 닿거나 테이블 기부(46)와 충돌하지 않게 하도록 허용하는 삽통 부분(60)을 포함할 수 있다.
도 11은 테이블(38)과 칼럼(37) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한다. 피치 회전 메커니즘(61)은 다자유도로 칼럼(37)에 대해 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 구성될 수 있다. 피치 회전 메커니즘(61)은 칼럼-테이블 인터페이스에서의 직교 축(1, 2)의 위치설정에 의해 가능해질 수 있으며, 각각의 축은 전기 피치 각도 커맨드에 응답하여 별개의 모터(3, 4)에 의해 작동된다. 하나의 스크류(5)를 따른 회전은 하나의 축(1)에서의 틸트 조절을 가능하게 할 것인 한편, 다른 하나의 스크류(6)를 따른 회전은 다른 하나의 축(2)을 따른 틸트 조절을 가능하게 할 것이다. 일부 실시형태에서, 볼 조인트(ball joint)가 다자유도로 칼럼(37)에 대해 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 사용될 수 있다.
예를 들어, 피치 조절은, 하복부 수술을 위해, 테이블을 트렌델렌부르크 자세(Trendelenburg position)로 위치시키려고 할 때, 즉 환자의 하복부를 환자의 상복부보다 바닥으로부터 더 높은 위치에 위치시키려고 할 때 특히 유용하다. 트렌델렌부르크 자세는 환자의 내부 장기가 중력을 통해 그/그녀의 상복부를 향해 미끄러지게 하여, 최소 침습 도구가 들어가서 복강경 전립선절제술과 같은 하복부 수술 또는 의료 절차를 수행할 복강을 비운다.
도 12 및 도 13은 테이블 기반 수술 로봇 시스템(100)의 대안적인 실시형태의 등각도 및 단부도를 예시한다. 수술 로봇 시스템(100)은 테이블(101)에 대해 하나 이상의 로봇 아암(예를 들어, 도 14 참조)을 지지하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 조절가능 아암 지지체(105)를 포함한다. 예시된 실시형태에서, 단일 조절가능 아암 지지체(105)가 도시되어 있지만, 추가 아암 지지체(105)가 테이블(101)의 반대편 측부 상에 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지체(105)는 그것이 테이블(101)에 대해 조절가능 아암 지지체(105) 및/또는 그에 장착된 임의의 로봇 아암의 위치를 조절 및/또는 변경하기 위해 테이블(101)에 대해 움직일 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지체(105)는 1 이상의 자유도로 테이블(101)에 대해 조절될 수 있다. 조절가능 아암 지지체(105)는, 하나 이상의 조절가능 아암 지지체(105) 및 그에 부착된 임의의 로봇 아암을 테이블(101) 아래에 용이하게 적재하는 능력을 포함하는, 시스템(100)에 대한 높은 다용도성을 제공한다. 조절가능 아암 지지체(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 아래의 위치로 상승될 수 있다. 다른 실시형태에서, 조절가능 아암 지지체(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 위의 위치로 상승될 수 있다.
조정 가능한 아암 지지체(105)는, 리프트, 측방향 병진 이동, 틸트 등을 포함하여, 여러 자유도를 제공할 수 있다. 도 12 및 도 13의 예시된 실시형태에서, 아암 지지체(105)는, 도 12에서 화살표로 예시된 4 자유도로 구성된다. 제1 자유도는 z-방향으로의 조절가능 아암 지지체(105)의 조절("Z-리프트")을 허용한다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지체(105)는 테이블(101)을 지지하는 칼럼(102)을 따라 또는 이에 대해 상향 또는 하향으로 움직이도록 구성되는 캐리지(109)를 포함할 수 있다. 제2 자유도는 조절가능 아암 지지체(105)가 틸팅하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지체(105)는 조절가능 아암 지지체(105)가 트렌델렌부르크 자세에서 베드와 정렬되도록 허용할 수 있는 회전 조인트를 포함할 수 있다. 제3 자유도는 조절가능 아암 지지체(105)가 "상향 피봇(pivot up)"하도록 허용할 수 있으며, 이는 테이블(101)의 측부와 조절가능 아암 지지체(105) 사이의 거리를 조절하는 데 사용될 수 있다. 제4 자유도는 테이블의 길이방향 길이를 따른 조절가능 아암 지지체(105)의 병진 이동을 허용할 수 있다.
도 12 및 도 13의 수술 로봇 시스템(100)은 기부(103)에 장착된 칼럼(102)에 의해 지지되는 테이블을 포함할 수 있다. 기부(103) 및 칼럼(102)은 지지 표면에 대해 테이블(101)을 지지한다. 바닥 축(131) 및 지지 축(133)이 도 13에 도시되어 있다.
조절가능 아암 지지체(105)는 칼럼(102)에 장착될 수 있다. 다른 실시형태에서, 아암 지지체(105)는 테이블(101) 또는 기부(103)에 장착될 수 있다. 조절가능 아암 지지체(105)는 캐리지(109), 바아 또는 레일 커넥터(111), 및 바아 또는 레일(107)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 레일(107)에 장착된 하나 이상의 로봇 아암은 서로에 대해 병진 이동되고 움직여질 수 있다.
캐리지(109)는 제1 조인트(113)에 의해 칼럼(102)에 부착될 수 있으며, 이는 캐리지(109)가 (예컨대, 제1 또는 수직 축(123)의 상향 및 하향으로와 같이) 칼럼(102)에 대해 이동되는 것을 허용한다. 제1 조인트(113)는 조절가능 아암 지지체(105)에 제1 자유도(Z-리프트)를 제공할 수 있다. 조절가능 아암 지지체(105)는 조절가능 아암 지지체(105)에 대한 제2 자유도(틸트)를 제공하는 제2 조인트(115)를 포함할 수 있다. 조절가능 아암 지지체(105)는 조절가능 아암 지지체(105)에 대한 제3 자유도("상향 피봇")를 제공할 수 있는 제3 조인트(117)를 포함할 수 있다. 레일 커넥터(111)가 제3 축(127)을 중심으로 회전됨에 따라 레일(107)의 배향을 유지하기 위해 제3 조인트(117)를 기계적으로 구속하는 (도 13에 도시된) 추가 조인트(119)가 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지체(105)는 제4 축(129)을 따라 조절가능 아암 지지체(105)에 대한 제4 자유도(병진 이동)를 제공할 수 있는 제4 조인트(121)를 포함할 수 있다.
도 14는 테이블(101)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 장착된 2개의 조절가능 아암 지지체(105A, 105B)를 갖는 수술 로봇 시스템(140A)의 단부도를 예시한다. 제1 로봇 아암(142A)이 제1 조절가능 아암 지지체(105B)의 바아 또는 레일(107A)에 부착된다. 제1 로봇 아암(142A)은 레일(107A)에 부착되는 기부(144A)를 포함한다. 제1 로봇 아암(142A)의 원위 단부는 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착될 수 있는 기구 구동 메커니즘(instrument drive mechanism)(146A)을 포함한다. 유사하게, 제2 로봇 아암(142B)은 레일(107B)에 부착되는 기부(144B)를 포함한다. 제2 로봇 아암(142B)의 원위 단부는 기구 구동 메커니즘(146B)을 포함한다. 기구 구동 메커니즘(146B)은 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착되도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은 7 이상의 자유도를 갖는 아암을 포함한다. 일부 실시형태에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은, 삽입 축(삽입을 포함하는 1-자유도), 리스트(wrist)(리스트 피치, 요(yaw) 및 롤(roll)을 포함하는 3-자유도), 엘보우(엘보우 피치를 포함하는 1-자유도), 쇼울더(쇼울더 피치 및 요를 포함하는 2-자유도), 및 기부(144A, 144B)(병진 이동을 포함하는 1-자유도)를 포함하는, 8 자유도를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 삽입 자유도는 로봇 아암(142A, 142B)에 의해서 제공될 수 있는 한편, 다른 실시형태에서, 기구 자체는 기구 기반 삽입 아키텍처를 통해 삽입을 제공한다.
C. 기구 구동기 및 인터페이스.
시스템의 로봇 아암의 엔드 이펙터는 (i) 의료 기구를 작동시키기 위한 전기-기계 수단을 통합하는 기구 구동기(대안적으로 "기구 구동 메커니즘" 또는 "기구 장치 조작기(instrument device manipulator)"로 지칭됨), 및 (ii) 모터와 같은 임의의 전기-기계 구성요소가 없을 수 있는 제거가능 또는 탈착가능 의료 기구를 포함할 수 있다. 이러한 이분법(dichotomy)은 의료 절차에 사용되는 의료 기구를 멸균해야 할 필요성, 및 복잡한 기계 조립 및 민감한 전자 장치로 인해 값비싼 자본 장비를 적절하게 멸균할 수 없는 것 때문에 발생될 수 있다. 따라서, 의료 기구는 의사 또는 의사의 스태프에 의한 개별적인 멸균 또는 폐기를 위해 기구 구동기(및 그에 따라 시스템)로부터 탈착, 제거, 및 교환되도록 설계될 수 있다. 대조적으로, 기구 구동기는 변경 또는 멸균될 필요가 없고, 보호를 위해 드레이핑될(draped) 수 있다.
도 15는 예시적인 기구 구동기를 예시한다. 로봇 아암의 원위 단부에 위치되어, 기구 구동기(62)는 구동 샤프트(64)를 통해 의료 기구에 제어된 토크를 제공하기 위해 평행 축으로 배열되는 하나 이상의 구동 유닛(63)을 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)은 기구와 상호작용하기 위한 개별 구동 샤프트(64), 모터 샤프트 회전을 원하는 토크로 변환시키기 위한 기어 헤드(65), 구동 토크를 생성하기 위한 모터(66), 모터 샤프트의 속도를 측정하고 제어 회로부에 피드백을 제공하기 위한 인코더(encoder)(67), 및 제어 신호를 수신하고 구동 유닛을 작동시키기 위한 제어 회로부(68)를 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)은 독립적으로 제어되고 전동화(motorized)되고, 기구 구동기(62)는 의료 기구에 다수의(예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이 4개)의 독립적인 구동 출력부를 제공할 수 있다. 작동 시에, 제어 회로부(68)는 제어 신호를 수신할 것이고, 모터(66)에 모터 신호를 전송할 것이며, 인코더(67)에 의해 측정된 바와 같은 생성된 모터 속도를 원하는 속도와 비교할 것이고, 모터 신호를 변조하여 원하는 토크를 생성할 것이다.
멸균 환경을 필요로 하는 절차의 경우, 로봇 시스템은 기구 구동기와 의료 기구 사이에 있는, 멸균 드레이프(sterile drape)에 연결된 멸균 어댑터(sterile adapter)와 같은 구동 인터페이스를 통합할 수 있다. 멸균 어댑터의 주된 목적은 기구 구동기의 구동 샤프트로부터 기구의 구동 입력부로 각도 운동을, 구동 샤프트와 구동 입력부 사이의 물리적 분리, 및 그에 따라 멸균을 유지하면서, 전달하는 것이다. 따라서, 예시적인 멸균 어댑터는 기구 상의 기구 구동기 및 구동 입력부들의 구동 샤프트들과 정합되도록 의도된 일련의 회전 입력부들 및 출력부들을 포함할 수 있다. 멸균 어댑터에 연결되어, 투명 또는 반투명 플라스틱과 같은 얇은 가요성 재료로 구성된 멸균 드레이프는 기구 구동기, 로봇 아암, (카트 기반 시스템 내의) 카트 또는 (테이블 기반 시스템 내의) 테이블과 같은 자본 장비를 덮도록 설계된다. 드레이프의 사용은 자본 장비가 멸균을 필요로 하지 않는 영역(즉, 비-멸균 영역) 내에 여전히 위치되면서 환자에게 근접하게 위치되도록 허용할 것이다. 멸균 드레이프의 다른 하나의 측부 상에서, 의료 기구는 멸균을 필요로 하는 영역(즉, 멸균 영역)에서 환자와 인터페이싱할 수 있다.
D. 의료 기구.
도 16은 페어링된 기구 구동기를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다. 로봇 시스템과 함께 사용하도록 설계된 다른 기구와 마찬가지로, 의료 기구(70)는 세장형 샤프트(71)(또는 세장형 본체) 및 기구 기부(72)를 포함한다. 의사에 의한 수동 상호작용을 위한 그의 의도된 설계로 인해 "기구 손잡이"로 또한 지칭되는 기구 기부(72)는 일반적으로, 로봇 아암(76)의 원위 단부에서 기구 구동기(75) 상의 구동 인터페이스를 통해 연장되는 구동 출력부(74)와 정합되도록 설계되는 회전가능 구동 입력부(73), 예컨대 리셉터클(receptacle), 풀리(pulley) 또는 스풀을 포함할 수 있다. 물리적으로 연결, 래치 및/또는 결합된 때, 기구 기부(72)의 정합된 구동 입력부들(73)은 구동 출력부들(74)로부터 구동 입력부들(73)로의 토크의 전달을 허용하기 위해 기구 구동기(75)의 구동 출력부들(74)과 회전축들을 공유할 수 있다. 일부 실시형태에서, 구동 출력부(74)는 구동 입력부(73) 상의 리셉터클과 정합되도록 설계된 스플라인(spline)을 포함할 수 있다.
세장형 샤프트(71)는, 예컨대 내시경술에서와 같이, 해부학적 개구 또는 내강, 또는 예컨대 복강경술에서와 같이, 최소 침습 절개부를 통해 전달되도록 설계된다. 세장형 샤프트(71)는 가요성(예컨대, 내시경과 유사한 특성을 가짐) 또는 강성(예컨대, 복강경과 유사한 특성을 가짐)이거나 가요성 부분 및 강성 부분 둘 모두의 맞춤형 조합을 포함할 수 있다. 복강경술을 위해 설계될 때, 강성의 세장형 샤프트의 원위 단부는, 적어도 1 자유도를 갖는 클레비스(clevis)로부터 형성되는 조인트식 리스트(jointed wrist)로부터 연장되는 엔드 이펙터, 및 구동 입력부가 기구 구동기(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 응답하여 회전함에 따라 텐돈(tendon)으로부터의 힘에 기초하여 작동될 수 있는, 예를 들어 파지기 또는 가위와 같은 수술 도구 또는 의료 기구에 연결될 수 있다. 내시경 검사를 위해 설계될 때, 가요성 세장형 샤프트의 원위 단부는, 기구 구동기(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 기초하여 관절식으로 연결되고 벤딩될 수 있는 조종 가능하거나 제어 가능한 벤딩 섹션을 포함할 수 있다.
기구 구동기(75)로부터의 토크는 세장형 샤프트(71)를 따른 텐돈을 사용하여 세장형 샤프트(71)를 따라 전달된다. 당김 와이어(pull wire)와 같은 이들 개별 텐돈은 기구 손잡이(72) 내의 개별 구동 입력부(73)에 개별적으로 고정될 수 있다. 기구 손잡이(72)로부터, 텐돈은 세장형 샤프트(71)를 따른 하나 이상의 당김 루멘(pull lumen)을 따라 지향되고, 세장형 샤프트(71)의 원위 부분에, 또는 세장형 샤프트의 원위 부분에 있는 리스트 내에 고정된다. 복강경술, 내시경술 또는 하이브리드 절차와 같은 수술 절차 동안, 이들 텐돈은 리스트, 파지기, 또는 가위와 같은 원위에 장착된 엔드 이펙터에 결합될 수 있다. 그러한 배열 하에서, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈에 장력을 전달하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 일정 방식으로 작동하게 할 것이다. 일부 실시형태에서, 수술 절차 동안, 텐돈은 조인트가 축을 중심으로 회전하게 하며, 이로써 엔드 이펙터가 하나의 방향 또는 다른 방향으로 움직이게 할 수 있다. 대안적으로, 텐돈은 세장형 샤프트(71)의 원위 단부에서 파지기의 하나 이상의 조오(jaw)에 연결될 수 있으며, 여기에서 텐돈으로부터의 장력은 파지기가 폐쇄되게 한다.
내시경술에서, 텐돈은 접착제, 제어 링, 또는 다른 기계적 고정을 통해 (예컨대, 원위 단부에서) 세장형 샤프트(71)를 따라 위치된 굽힘 또는 관절운동 섹션에 결합될 수 있다. 굽힘 섹션의 원위 단부에 고정식으로 부착될 때, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈을 따라 전달되어, 더 연질인 굽힘 섹션(때때로 관절운동가능 섹션 또는 영역으로 지칭됨)이 구부러지거나 관절운동하게 할 것이다. 비-굽힘 섹션을 따라, 내시경 샤프트의 벽을 따라(또는 그 내측에서) 개별 텐돈을 지향시키는 개별 당김 루멘을 나선형화 또는 나선화하여, 당김 와이어의 장력으로부터 발생하는 반경방향 힘의 균형을 잡는 것이 유리할 수 있다. 나선(spiraling)의 각도 및/또는 그들 사이의 간격은 특정 목적을 위해 변경 또는 조작될 수 있으며, 여기에서 더 조밀한 나선은 하중 힘 하에서의 더 작은 샤프트 압축을 나타내는 한편, 더 적은 양의 나선은 하중 힘 하에서의 더 큰 샤프트 압축을 가져오지만, 굽힘을 제한한다. 스펙트럼의 다른 단부 상에서, 당김 루멘은 원하는 굽힘 또는 관절운동가능 섹션에서의 제어된 관절운동을 허용하기 위해 세장형 샤프트(71)의 길이방향 축에 평행하게 지향될 수 있다.
내시경술에서, 세장형 샤프트(71)는 로봇 절차를 보조하기 위한 다수의 구성요소를 수용한다. 샤프트(71)는 샤프트(71)의 원위 단부에서 수술 영역에 수술 도구(또는 의료 기구), 관주, 및/또는 흡인을 전개시키기 위한 작업 채널을 포함할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 광학 카메라를 포함할 수 있는, 원위 팁(distal tip)에 있는 광학 조립체로/그로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 발광 다이오드와 같은 근위에 위치된 광원으로부터 샤프트(71)의 원위 단부로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용할 수 있다.
기구(70)의 원위 단부에서, 원위 팁은 또한, 진단 및/또는 치료, 관주, 및 흡인을 위한 도구를 수술 부위로 전달하기 위한 작업 채널의 개구를 포함할 수 있다. 원위 팁은 또한, 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡처하기 위한, 섬유경 또는 디지털 카메라와 같은 카메라를 위한 포트를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 원위 팁은 또한, 카메라를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위한 광원을 위한 포트를 포함할 수 있다.
도 16의 예에서, 구동 샤프트 축, 및 그에 따라 구동 입력부 축은 세장형 샤프트(71)의 축에 직교한다. 그러나, 이러한 배열은 세장형 샤프트(71)에 대한 롤 능력을 복잡하게 한다. 구동 입력부(73)를 정지 상태로 유지하면서 세장형 샤프트(71)를 그의 축을 따라 롤링시키는 것은 텐돈이 구동 입력부(73)로부터 연장되고 세장형 샤프트(71) 내의 당김 루멘에 들어감에 따라 텐돈의 바람직하지 않은 엉킴을 야기한다. 그러한 텐돈의 결과적인 엉킴은 내시경술 절차 동안 가요성의 세장형 샤프트(71)의 움직임을 예측하도록 의도된 임의의 제어 알고리즘을 방해할 수 있다.
도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 구동기 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한다. 도시된 바와 같이, 원형 기구 구동기(80)는 그들의 구동 출력부(81)가 로봇 아암(82)의 단부에서 평행하게 정렬되는 4개의 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)는 기구 구동기(80)의 회전 조립체(83) 내에 수용되며, 이는 조립체(83) 내의 구동 유닛들 중 하나에 의해 구동된다. 회전 구동 유닛에 의해 제공되는 토크에 응답하여, 회전 조립체(83)는 회전 조립체(83)를 기구 구동기(80)의 비-회전 부분(84)에 연결하는 원형 베어링을 따라 회전한다. 전력 및 제어 신호가 기구 구동기(80)의 비-회전 부분(84)으로부터, 브러시형 슬립 링 연결부(brushed slip ring connection)(미도시)에 의해 회전을 통해 유지될 수 있는 전기 접촉부를 통해 회전 조립체(83)로 전달될 수 있다. 다른 실시형태에서, 회전 조립체(83)는, 비-회전가능 부분(84)에 통합되어, 그에 따라 다른 구동 유닛에 평행하지 않은 별개의 구동 유닛에 응답할 수 있다. 회전 메커니즘(83)은 기구 구동기(80)가 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)를 단일 유닛으로서 기구 구동기 축(85)을 중심으로 회전시키도록 허용한다.
이전에 개시된 실시형태와 마찬가지로, 기구(86)는 세장형 샤프트 부분(88), 및 기구 구동기(80) 내의 구동 출력부(81)를 수용하도록 구성되는 (리셉터클, 풀리, 및 스풀과 같은) 복수의 구동 입력부(89)를 포함하는 기구 기부(87)(논의 목적을 위해 투명 외부 스킨으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 이전에 개시된 실시형태와 달리, 기구 샤프트(88)는 도 16의 설계에서와 같이 직각이 아니라 구동 입력부(89)의 축에 실질적으로 평행한 축으로 기구 기부(87)의 중심으로부터 연장된다.
기구 구동기(80)의 회전 조립체(83)에 결합될 때, 기구 기부(87) 및 기구 샤프트(88)를 포함하는 의료 기구(86)는 회전 조립체(83)와 조합하여 기구 구동기 축(85)을 중심으로 회전한다. 기구 샤프트(88)가 기구 기부(87)의 중심에 위치되기 때문에, 기구 샤프트(88)는 부착될 때 기구 구동기 축(85)과 동축이다. 따라서, 회전 조립체(83)의 회전은 기구 샤프트(88)가 그 자체의 길이방향 축을 중심으로 회전하게 한다. 더욱이, 기구 기부(87)가 기구 샤프트(88)와 함께 회전함에 따라, 기구 기부(87) 내의 구동 입력부(89)에 연결된 임의의 텐돈은 회전 동안 엉키지 않는다. 따라서, 구동 출력부(81), 구동 입력부(89), 및 기구 샤프트(88)의 축의 평행성은 임의의 제어 텐돈을 엉키게 하지 않고서 샤프트 회전을 허용한다.
도 18은 일부 실시형태에 따른, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구(150)를 예시한다. 기구(150)는 위에서 논의된 기구 구동기들 중 임의의 것에 결합될 수 있다. 기구(150)는 세장형 샤프트(152), 샤프트(152)에 연결되는 엔드 이펙터(162), 및 샤프트(152)에 결합되는 손잡이(170)를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 근위 부분(154) 및 원위 부분(156)을 갖는 튜브형 부재를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 그의 외부 표면을 따라 하나 이상의 채널 또는 홈(158)을 포함한다. 홈(158)은 그를 통해 하나 이상의 와이어 또는 케이블(180)을 수용하도록 구성된다. 따라서, 하나 이상의 케이블(180)이 세장형 샤프트(152)의 외부 표면을 따라 이어진다. 다른 실시형태에서, 케이블(180)은 또한 세장형 샤프트(152)를 통해 이어질 수 있다. (예컨대, 기구 구동기를 통한) 하나 이상의 케이블(180)의 조작이 엔드 이펙터(162)의 작동을 유발한다.
기구 기부로 또한 지칭될 수 있는 기구 손잡이(170)는 일반적으로, 기구 구동기의 부착 표면 상의 하나 이상의 토크 커플러(torque coupler)와 상호 정합되도록 설계된 하나 이상의 기계적 입력부(174), 예컨대 리셉터클, 풀리 또는 스풀을 갖는 부착 인터페이스(172)를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 기구(150)는 세장형 샤프트(152)가 손잡이(170)에 대해 병진 이동될 수 있게 하는 일련의 풀리 또는 케이블을 포함한다. 다시 말하면, 기구(150) 자체가 기구의 삽입을 수용하는 기구 기반 삽입 아키텍처를 포함하여, 그에 의해 기구(150)의 삽입을 제공하기 위한 로봇 아암에 대한 의존성을 최소화한다. 다른 실시형태에서, 로봇 아암이 기구 삽입을 주로 담당할 수 있다.
E. 제어기.
본원에 기술된 로봇 시스템들 중 임의의 것은 로봇 아암에 부착된 기구를 조작하기 위한 입력 장치 또는 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어기는 제어기의 조작이 예컨대 마스터 슬레이브 제어(master slave control)를 통해 기구의 대응하는 조작을 유발하도록 기구와 (예컨대, 통신가능하게, 전자적으로, 전기적으로, 무선으로, 그리고/또는 기계적으로) 결합될 수 있다.
도 19는 제어기(182)의 일 실시형태의 사시도이다. 본 실시형태에서, 제어기(182)는 임피던스 및 어드미턴스 제어(impedance and admittance control) 둘 모두를 가질 수 있는 하이브리드 제어기를 포함한다. 다른 실시형태에서, 제어기(182)는 단지 임피던스 또는 수동 제어(passive control)를 이용할 수 있다. 다른 실시형태에서, 제어기(182)는 단지 어드미턴스 제어를 이용할 수 있다. 하이브리드 제어기임으로 인해, 제어기(182)는 유리하게는 사용 중인 동안 더 낮은 인지 관성(perceived inertia)을 가질 수 있다.
예시된 실시형태에서, 제어기(182)는 2개의 의료 기구의 조작을 허용하도록 구성되고, 2개의 손잡이(184)를 포함한다. 손잡이들(184) 각각은 짐벌(gimbal)(186)에 연결된다. 각각의 짐벌(186)은 위치설정 플랫폼(188)에 연결된다.
도 19에 도시된 바와 같이, 각각의 위치설정 플랫폼(188)은 직선형 조인트(prismatic joint)(196)에 의해 칼럼(194)에 결합되는 선택적 순응형 조립 로봇 아암(selective compliance assembly robot arm, SCARA)(198)을 포함한다. 직선형 조인트(196)는 손잡이들(184) 각각이 z-방향으로 병진 이동되는 것을 허용하여 제1 자유도를 제공하기 위해 칼럼(194)을 따라(예컨대, 레일(197)을 따라) 병진 이동하도록 구성된다. SCARA(198)는 x-y 평면 내에서의 손잡이(184)의 운동을 허용하여, 2의 추가 자유도를 제공하도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 하나 이상의 로드 셀(load cell)이 제어기 내에 위치된다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 로드 셀(미도시)이 짐벌들(186) 각각의 본체에 위치된다. 로드 셀을 제공함으로써, 제어기(182)의 부분들은 어드미턴스 제어 하에서 작동할 수 있어서, 그에 의해 유리하게는 사용 중인 동안 제어기의 인지 관성을 감소시킨다. 일부 실시형태에서, 위치설정 플랫폼(188)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 짐벌(186)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 다른 실시형태에서, 짐벌(186)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 위치설정 플랫폼(188)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 따라서, 일부 실시형태의 경우, 위치설정 플랫폼(188)의 병진 이동 또는 위치 자유도는 어드미턴스 제어에 의존할 수 있는 한편, 짐벌(186)의 회전 자유도는 임피던스 제어에 의존할 수 있다.
F. 내비게이션 및 제어.
전통적인 내시경술은 (예컨대, C-아암을 통해 전달될 수 있는 바와 같은) 형광투시법 및 다른 형태의 방사선 기반 영상 기법의 사용을 수반하여, 조작자 의사에게 관내 안내를 제공할 수 있다. 대조적으로, 본 개시에 의해 고려되는 로봇 시스템은 비방사선 기반 내비게이션 및 위치결정 수단을 제공하여, 방사선에 대한 의사의 노출을 감소시키고 수술실 내의 장비의 양을 감소시킬 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "위치결정"은 기준 좌표계에서 물체의 위치를 결정 및/또는 모니터링하는 것을 지칭할 수 있다. 수술전 매핑, 컴퓨터 비전(computer vision), 실시간 EM 추적, 및 로봇 커맨드 데이터와 같은 기법은 방사선이 없는 수술 환경을 달성하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 방사선 기반 영상 기법이 여전히 사용되는 다른 경우에, 수술전 매핑, 컴퓨터 비전, 실시간 EM 추적, 및 로봇 커맨드 데이터는 방사선 기반 영상 기법만을 통해 획득된 정보를 개선하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
도 20은 예시적인 실시형태에 따른, 기구의 위치와 같은, 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(90)을 예시한 블록도이다. 위치결정 시스템(90)은 하나 이상의 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 컴퓨터 장치들의 세트일 수 있다. 컴퓨터 장치는 위에서 논의된 하나 이상의 구성요소 내의 프로세서(또는 프로세서들) 및 컴퓨터-판독가능 메모리에 의해 구현될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 장치는 도 1에 도시된 타워(30), 도 1 내지 도 4에 도시된 카트(11), 도 5 내지 도 14에 도시된 베드 등 내에 있을 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 위치결정 시스템(90)은 의료 기구의 원위 팁에 대한 위치 데이터(96)를 생성하도록 입력 데이터(91 내지 94)를 처리하는 위치결정 모듈(95)을 포함할 수 있다. 위치 데이터(96)는 기준 프레임(frame of reference)에 대한 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 배향을 나타내는 데이터 또는 논리일 수 있다. 기준 프레임은 환자의 해부학적 구조 또는 알려진 물체, 예컨대 EM 필드 발생기(EM 필드 발생기에 대해서는 아래의 논의 참조)에 대한 기준 프레임일 수 있다.
이제, 다양한 입력 데이터(91 내지 94)가 더 상세히 기술된다. 수술전 매핑은 모델 데이터(91)를 생성하기 위해 위치결정 모듈(95)에 의해 사용될 수 있다. 수술전 매핑은 저 선량 CT 스캔의 집합의 사용을 통해 달성될 수 있다. 수술전 CT 스캔은 3차원 이미지로 재구성되며, 이는, 예컨대 환자의 내부 해부학적 구조의 절결도의 "슬라이스(slice)"로서 시각화된다. 전체적으로 분석될 때, 환자 폐 네트워크와 같은 환자의 해부학적 구조의 해부학적 공동, 공간 및 구조에 대한 이미지 기반 모델이 생성될 수 있다. 중심선 기하학(center-line geometry)과 같은 기법이 CT 이미지로부터 결정되고 근사화되어, 모델 데이터(91)로 지칭되는(수술전 CT 스캔만을 사용하여 생성될 때 "수술전 모델 데이터"로 또한 지칭됨), 환자의 해부학적 구조의 3차원 볼륨(three-dimensional volume)을 개발할 수 있다. 중심선 기하학의 사용은 미국 특허 출원 제14/523,760호에서 논의되며, 이의 내용은 전체적으로 본원에 포함된다. 네트워크 위상 모델(network topological model)이 또한 CT-이미지로부터 도출될 수 있으며, 기관지경술에 특히 적절하다.
일부 실시형태에서, 기구는 위치결정 모듈(95)에 비전 데이터(또는 이미지 데이터)(92)를 제공하기 위한 카메라를 구비할 수 있다. 위치결정 모듈(95)은 하나 이상의 비전 기반(또는 이미지 기반) 위치 추적 모듈 또는 특징부를 가능하게 하도록 비전 데이터(92)를 처리할 수 있다. 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)는 비전 데이터(92)와 함께 사용되어 의료 기구의 컴퓨터 비전 기반 추적을 가능하게 할 수 있다(예컨대, 내시경 전진 또는 내시경의 작업 채널을 통한 기구 전진). 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)를 사용하여, 로봇 시스템은 내시경의 예상 이동 경로에 기초하여 모델로부터 예상 내시경 이미지의 라이브러리(library)를 생성할 수 있으며, 각각의 이미지는 모델 내의 일정 위치에 링크된다. 수술중에, 이러한 라이브러리는, 카메라(예컨대, 내시경의 원위 단부에 있는 카메라)에서 캡처된 실시간 이미지를 이미지 라이브러리 내의 이미지와 비교하여 위치결정을 보조하기 위해 로봇 시스템에 의해 참조될 수 있다.
다른 컴퓨터 비전 기반 추적 기법은 특징부 추적을 사용하여 카메라, 및 그에 따라 내시경의 운동을 결정한다. 위치결정 모듈(95)의 일부 특징부는 해부학적 내강에 대응하는 수술전 모델 데이터(91) 내의 원형 기하학적 구조를 식별하고 그들 기하학적 구조의 변화를 추적하여, 어느 해부학적 내강이 선택되었는지뿐만 아니라 카메라의 상대 회전 및/또는 병진 이동 모션을 결정할 수 있다. 위상 맵(topological map)의 사용은 비전 기반 알고리즘 또는 기법을 추가로 향상시킬 수 있다.
다른 컴퓨터 비전 기반 기법인 광학 흐름(optical flow)은 비전 데이터(92) 내의 비디오 시퀀스(video sequence)에서 이미지 픽셀의 변위 및 병진 이동을 분석하여 카메라 움직임을 추론할 수 있다. 광학 흐름 기술의 예는 모션 검출, 객체 분할 계산(object segmentation calculation), 휘도, 모션 보상 인코딩, 스테레오 시차 측정(stereo disparity measurement) 등을 포함할 수 있다. 다수의 반복에 걸친 다수의 프레임의 비교를 통해, 카메라(따라서 내시경)의 움직임과 위치가 결정될 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 수술전 모델에 의해 표현되는 환자의 해부학적 구조에 정합될 수 있는 글로벌 좌표계에서 내시경의 실시간 위치를 생성하기 위해 실시간 EM 추적 및 EM 데이터(93)를 사용할 수 있다. EM 추적에서, 의료 기구(예컨대, 내시경 도구) 내에 하나 이상의 위치 및 배향으로 내장된 하나 이상의 센서 코일을 포함하는 EM 센서(또는 추적기)가 알려진 위치에 위치된 하나 이상의 정적 EM 필드 발생기에 의해 생성되는 EM 필드의 변화를 측정한다. EM 센서에 의해 검출된 위치 정보는 EM 데이터(93)로서 저장된다. EM 필드 발생기(또는 전송기)는 내장된 센서가 검출할 수 있는 저 강도 자기장을 생성하기 위해 환자 가까이에 배치될 수 있다. 자기장은 EM 센서의 센서 코일에 소전류(small current)를 유도하며, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및 각도를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이들 거리 및 배향은, 좌표계 내의 단일 위치를 환자의 해부학적 구조의 수술전 모델 내의 위치와 정렬시키는 기하학적 변환을 결정하기 위해, 수술중에 환자 해부학적 구조(예컨대, 수술전 모델)에 "정합될" 수 있다. 일단 정합되면, 의료 기구의 하나 이상의 위치(예컨대, 내시경의 원위 팁)에 있는 내장된 EM 추적기는 환자의 해부학적 구조를 통한 의료 기구의 진행의 실시간 표시(real-time indication)를 제공할 수 있다.
로봇 커맨드 및 기구학 데이터(94)가 또한 위치결정 모듈(95)에 의해 사용되어, 로봇 시스템에 대한 위치 데이터(96)를 제공할 수 있다. 관절운동 커맨드로부터 발생하는 장치 피치 및 요는 수술전 캘리브레이션 동안 결정될 수 있다. 수술중에, 이들 캘리브레이션 측정치는 알려진 삽입 깊이 정보와 조합하여 사용되어 기구의 위치를 추정할 수 있다. 대안적으로, 이들 계산치는 EM, 비전, 및/또는 위상 모델링과 조합하여 분석되어 네트워크 내의 의료 기구의 위치를 추정할 수 있다.
도 20이 도시하는 바와 같이, 다수의 다른 입력 데이터가 위치결정 모듈(95)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시되어 있지 않지만, 형상-감지 섬유를 이용하는 기구가, 위치결정 모듈(95)이 기구의 위치 및 형상을 결정하는 데 사용할 수 있는 형상 데이터를 제공할 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 입력 데이터(91 내지 94)를 조합(들)으로 사용할 수 있다. 일부 경우에, 그러한 조합은 위치결정 모듈(95)이 입력 데이터(91 내지 94) 각각으로부터 결정된 위치에 신뢰 가중치(confidence weight)를 할당하는 확률적 접근법(probabilistic approach)을 사용할 수 있다. 따라서, (EM 간섭이 있는 경우 그러할 수 있는 바와 같이) EM 데이터가 신뢰할 수 없을 수 있는 경우, EM 데이터(93)에 의해 결정된 위치의 신뢰도가 감소될 수 있고, 위치결정 모듈(95)은 비전 데이터(92) 및/또는 로봇 커맨드 및 기구학 데이터(94)에 더 많이 의존할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본원에서 논의되는 로봇 시스템은 위의 기법들 중 하나 이상의 조합을 통합하도록 설계될 수 있다. 타워, 베드 및/또는 카트에 기반한 로봇 시스템의 컴퓨터 기반 제어 시스템은 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장할 수 있으며, 이는, 실행 시에, 시스템으로 하여금 센서 데이터 및 사용자 커맨드를 수신 및 분석하고, 시스템 전체에 걸쳐 제어 신호를 생성하고, 글로벌 좌표계, 해부학적 맵 등 내에서의 기구의 위치와 같은 내비게이션 및 위치결정 데이터를 디스플레이하게 한다.
2. 로봇으로 제어가능한 필드 발생기
위에서 설명한 것과 같은 로봇 의료 시스템과 함께 사용되도록 구성될 수 있는 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기의 실시형태가 여기에서 설명된다. 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기는 로봇 의료 시스템의 로봇 아암에 결합(또는 다른 방식으로 부착되거나 또는 통합)되도록 구성될 수 있다. 이러한 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기는, 로봇 의료 시스템과 함께 일반적으로 사용되는 다른 EM 필드 발생기에 비해 장점을 제공할 수 있으며, 이 다른 EM 필드 발생기는 일반적으로 EM 필드의 좌표 프레임을 로봇 시스템의 좌표 프레임 또는 글로벌 좌표 프레임과 연관시키기 위해 더 복잡한 정합 단계를 필요로 하고 일반적으로 복잡한 정합 단계를 다시 수행하지 않고서는 절차 중에 재위치될 수 없다.
EM 필드의 좌표 프레임을 로봇 또는 글로벌 좌표 프레임에 정합시키는 데에는, EM 필드 발생기를 로봇 아암에 결합시킴으로써 로봇 아암의 기구학이 사용될 수 있다. 로봇 아암의 기구학을 기반으로 하는 이러한 정합은 자동으로 또는 조작자가 별개의 정합 단계(예컨대, 예를 들어, 도 22b 및 도 22c를 참조하여 아래에 설명된 정합 단계들)를 수행할 필요 없이 발생될 수 있다. 이것은 로봇 의료 시스템과 함께 사용되는 다른 유형의 EM 필드 발생기와 공통적인 더 복잡하거나 사용자 관련 정합에 대한 필요를 제거할 수 있다. 또한, EM 필드 발생기가 로봇 아암에 결합된 상태에서, EM 필드 발생기는 로봇으로 제어 가능하거나 위치 결정 가능하게 될 수 있다. 로봇 아암은 로봇 의료 절차 중에 EM 필드 발생기를 다양한 위치로 물리적으로 움직이기 위해 병진 이동되고, 회전되고 또는 이 둘의 조합이 되도록 커맨드될 수 있다.
아래에서 더 자세히 설명하는 것처럼, 이러한 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기는 여러 가지 장점을 제공할 수 있고 다양한 응용분야에서 유용하다. 예를 들어, 이러한 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기의 사용은, 무엇보다도, EM 필드의 좌표 프레임을 로봇 또는 글로벌 좌표 프레임과 정합시키기 위해 별개의 정합 단계를 수행할 필요를 제거하고, EM 필드 발생기를 로봇 아암으로 움직일 수 있는 기능을 통해 더 넓은 시야를 제공하고, 더 작은 EM 필드 발생기(예컨대, 컴팩트 필드 발생기)의 사용을 허용하고, 로봇 의료 시스템의 설정을 단순화하고, EM 센서의 검출된 위치의 정확도를 높일 수 있다. 이러한 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기에 대한 응용분야는, 예를 들어, 자동 도구 추적, 자동 또는 향상된 필드 발생기 설치, EM 포커싱, 해부학적 매핑 및 기타를 포함할 수 있다.
로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 이러한 기능 및 기타 기능은 일반적으로 로봇 의료 시스템에서 EM 센서 및 EM 필드 발생기의 사용에 대한 간략한 개요를 먼저 제공한 후 아래에서 더 자세히 설명될 것이다.
A. EM 센서 및 EM 필드 발생기의 사용에 대한 간략한 개요
로봇 의료 시스템은 다양한 도구 및 기구의 추적 및 내비게이션을 용이하게 하기 위해 다양한 유형의 위치 센서를 사용할 수 있다. 상술된 바와 같이, 로봇 의료 시스템에 사용될 수 있는 일 유형의 위치 센서는 EM 위치 센서(또한, 여기서는 EM 센서, 비콘 또는 추적기라고 함)이다. 하나 이상의 EM 센서는, 예를 들어, 의료 절차 중에 사용되는 도구 또는 기구의 일부분 상에 제공될 수 있다. EM 센서(들)의 위치(들)는 결정될 수 있고, 대응되는 도구(들) 또는 기구의 위치(들)를 추적하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 EM 센서는 또한, 예를 들어, 절차 동안 환자의 움직임(예컨대, 호흡으로 인한 움직임 또는 다른 유형의 움직임)을 추적하기 위해 환자에게 제공될 수 있다. 도 20과 관련하여 위에서 언급된 바와 같이, 위치결정 시스템(90)은, 다양한 다른 유형의 데이터와 함께, EM 데이터(93)를 사용하여 시스템의 조작자에게 내비게이션 및 안내 정보를 제공할 수 있다.
EM 센서는 저강도 자기장을 생성하도록 구성된 하나 이상의 EM 필드 발생기와 함께 사용된다. EM 센서가 EM 필드 발생기에 의해 생성된 자기장(EM 필드 발생기의 작업 체적(working volume)이라고도 함) 내에 위치될 때, EM 필드 발생기에 대한 EM 센서의 위치가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 20을 참조하여 상술된 바와 같이, EM 센서는 EM 필드 발생기에 의해 생성된 자기장의 변화를 측정하는 하나 이상의 센서 코일을 포함할 수 있다. 자기장은, 예를 들어, EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리와 각도를 결정하기 위해 분석될 수 있는 EM 센서의 센서 코일에 작은 전류를 유도할 수 있다.
일부 실시형태에서, EM 필드 발생기에 대한 EM 센서의 위치(예를 들어, 3차원 위치)가 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 센서의 배향(예컨대, 피치, 요 및/또는 롤)이 또한 결정될 수 있다. 5 자유도(DoF: degree of freedom)의 EM 센서는 EM 센서의 3차원 위치와 EM 센서의 피치 및 요를 제공할 수 있다. 6 DoF EM 센서는 EM 센서의 3차원 위치와 EM 센서의 피치, 요 및 롤을 제공할 수 있다.
도 21은 EM 필드 발생기(202) 및 EM 센서(204)의 실시예를 예시한다. EM 필드 발생기(202)는 자기장을 생성하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, EM 필드 발생기(202)의 자기장은 작업 체적(206)을 갖는다. EM 센서(204)가 EM 필드 발생기(202)에 의해 생성된 자기장의 작업 체적(206) 내에 위치된 때, EM 센서(204)의 위치(또는 위치 및 배향)는 EM 필드 발생기(202)와 연관된 EM 좌표 프레임(208)에 대해 결정될 수 있다. 예를 들어, EM 센서(204)와 EM 좌표 프레임(208)의 원점 사이의 거리 및 각도는, 작업 체적(206) 내의 EM 센서(204)의 위치(예컨대, x, y, z 위치) 및/또는 배향(예컨대, 피치, 요 및/또는 롤)이 결정될 수 있도록, 결정될 수 있다.
예시된 실시형태에서, EM 필드 발생기(202)의 작업 체적(206)은 EM 필드 발생기(202)의 일 측부로부터 돌출된 직사각형 프리즘의 형상을 갖는 것으로 표현된다. 그러나, 이것은 단지 일 유형의 작업 체적(206)을 나타내고, EM 필드 발생기(202)에 대한 다양한 크기, 형상, 및 위치의 작업 체적(206)을 생성하는 EM 필드 발생기(202)가 제공될 수 있다.
도 22a는 도 21의 EM 필드 발생기(202)를 사용하는 예시적인 로봇 의료 시스템(200)을 예시한다. 로봇 의료 시스템(200)은 도 1 내지 도 20을 참조하여 상술된 로봇 의료 시스템과 유사할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 로봇 의료 시스템(200)은 2개의 로봇 아암(212)을 포함하는 카트(210)를 포함한다. 2개의 로봇 아암(212)으로 예시되었지만, 다른 개수의 로봇 아암(212)이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 2(위에서 설명됨)는 3개의 로봇 아암(12)을 포함하는 예시적인 카트(11)를 예시한다. 추가로, 일부 실시형태에서, 로봇 아암(212)은 카트(210)에 부착될 필요가 없다. 일부 실시형태에서, 로봇 아암은, 예를 들어, 도 5 내지 도 10 및 도 14(위에서 설명됨)에 도시된 바와 같이, 베드 또는 환자 플랫폼(215)에 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서, 로봇 의료 시스템(200)은, 카트(210), 환자 플랫폼, 및/또는 시스템의 다른 구성요소에 결합된 로봇 아암(212)을 포함할 수 있다.
로봇 아암(212)은 로봇 좌표 프레임(216)과 연관될 수 있다. 로봇 아암(212)의 알려진 기구학으로 인해, 로봇 아암(212)의 위치(예를 들어, 로봇 아암(212)의 원위 단부의 위치 및/또는 이에 부착된 기구(214)의 위치)는 로봇 좌표 프레임(216)을 참조하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(212)을 구성하는 다양한 링크의 길이가 알려져 있고 로봇 아암(212)의 링크들 사이의 각도가 결정될 수 있기 때문에, 로봇 아암의 위치는 로봇 좌표 프레임(216) 내에서 기구학적으로 한정된다.
일부 실시형태에서, 환자 플랫폼(215) 및 환자에 대한 카트(210)의 위치 및 배향은, 로봇 좌표 프레임(216)이 환자에 또는 환자의 해부학적 구조의 일부분에 정합될 수 있는 글로벌 좌표 프레임으로 간주될 수 있도록, 결정, 설정, 또는 제어될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽 등은 환자, 환자 플랫폼(215), 및/또는 다른 구성요소를 포함하는 글로벌 좌표 프레임 내의 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽 등에 대응될 수 있다.
도 22a에 도시된 바와 같이, 도구 또는 기구(214)(예를 들어, 복강경 또는 내시경 기구)는 로봇 아암(212) 중 하나에 결합될 수 있다. 기구(214)는 의료 절차를 수행하기 위해 환자 안으로 삽입될 수 있다. 단일 기구(214)만이 예시되지만, 다른 실시형태에서 다른 개수의 기구(214)(예를 들어, 2개 이상의 기구)가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 하나 이상의 로봇 아암(212)은 기구(들)(214)를 위치시키고 제어하는 데 사용가능하다. 조작자(미도시)는 제어기를 사용하여 로봇 아암(들)(212) 및 기구(214)를 제어할 수 있다.
예시된 실시형태에서, 기구(214)는 이의 원위 단부에 위치된 EM 센서(204)를 포함한다. 또한, 예시된 실시형태는 환자의 호흡에 의해 야기되는 모션과 같은 환자의 움직임 또는 모션을 추적하는 데 사용될 수 있는 환자의 가슴에 부착된 제2 EM 센서(204)를 포함한다.
도 22a는, 일부 실시형태에서, 필드 발생기(202)의 작업 체적(206)이 의료 절차가 수행되는 환자의 해부학적 구조의 일부분과 오버랩되도록, EM 필드 발생기(202)가 환자에 대해 위치될 수 있다는 것을 예시한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 의료 절차가 수행되는 환자의 해부학적 구조의 일부분은 의료 부위로 지칭될 수 있고, 이 부위는 생검, 내시경 검사, 수술, 치료 등을 포함하여 임의의 의료 절차가 수행될 수 있는 부위를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 필드 발생기(202)는, 작업 체적(206)이 환자에 대해 위치되도록, 스탠드 또는 다른 지지 구조체(미도시)에 의해서 지지될 수 있다. 다른 실시형태에서, EM 필드 발생기(202)는 환자 플랫폼(215)에 의해 지지되거나, 이에 부착되거나, 작동 환경 내의 다른 구성요소(예를 들어, 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 상술된 카트(30))에 통합되거나 이에 의해 지지될 수 있다.
도 21을 참조하여 상술된 바와 같이, EM 센서(204)가 EM 필드 발생기(202)의 작업 체적(206) 내에 위치될 때, EM 좌표 프레임(208) 내의 EM 센서(204)의 위치가 결정될 수 있다. 그러나 EM 좌표 프레임(208) 내의 EM 센서(204)의 위치를 결정하는 것은, EM 좌표 프레임(208)이 로봇 좌표 프레임(216) 또는 글로벌 좌표 프레임(이는 위에서 언급된 바와 같이 로봇 좌표 프레임(216)일 수 있음)에 정합되지 않는 한, 특별히 유용하지 않을 수 있다. 따라서, EM 좌표 프레임(208)을 로봇 좌표 프레임(216)에 관련시키는 정합 단계가 종종 요구된다.
도 22a의 예시된 로봇 의료 시스템(200)과 같은 일부 로봇 의료 시스템에서, EM 좌표 프레임(208)을 로봇 좌표 프레임(216)에 정합시키는 것은 조작자가 정합을 달성하기 위해 특정 단계를 수행할 것을 요구할 수 있다. 정합 프로세스는 절차에 단계를 추가할 수 있고, 절차 시간을 증가시킬 수 있다. 도 22b 및 도 22c는 로봇 의료 시스템(200)과 연관된 로봇 좌표 프레임(216)을 EM 필드 발생기(202)와 연관된 EM 좌표계(208)에 정합하는 데 사용될 수 있는 예시적인 정합 단계들 또는 절차를 예시한다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 이러한 유형의 정합 단계들 또는 절차들을 수행할 필요성은, 예를 들어 도 23에 도시된 바와 같이 로봇 아암에 부착된 EM 필드 발생기를 로봇 의료 시스템에 제공함으로써 제거되거나 감소될 수 있다.
도 22b는 로봇 의료 시스템(200)과 연관된 로봇 좌표 프레임(216)을 EM 필드 발생기(202)와 연관된 EM 좌표계(208)에 정합시키는 데 사용될 수 있는 예시적인 정합 절차를 예시한다. 정합을 달성하기 위해, 로봇 좌표 프레임(216)과 EM 좌표 프레임(208) 내의 복수의 포인트들이 식별된다. 로봇 좌표 프레임(216) 및 EM 좌표 프레임(208) 각각내의 복수의 포인트들이 식별되면, 정합 알고리즘은 2개의 좌표 프레임 사이의 변환을 결정할 수 있다. 도 22b의 정합 절차는 로봇 시스템의 로봇 아암들(212) 중 하나, EM 필드 발생기(202), EM 프로브(203), 및 정합 고정구(registration fixture)(205)를 사용한다. 예시된 실시형태에서, 정합 고정구(205)는 정육면체 - 정육면체는 정육면체의 꼭짓점에 위치된 기준 또는 마커를 구비함 - 를 포함한다. 따라서, 예시된 실시형태에서, 정합 고정구(205)는 8개의 기준을 포함한다. 정합 고정구(205)를 위해 다른 수의 기준 및 다른 형상이 또한 사용될 수 있다. 고정 위치에 위치된 정합 고정구(205)로, 조작자는 로봇 아암(212)이 정합 고정구(205)의 각각의 기준을 터치하도록 커맨드할 수 있다. 로봇 좌표 프레임(216) 내의 각각의 기준의 위치가 이와 같이 결정될 수 있다. 다음으로, 조작자는 EM 프로브(203)로 각각의 기준을 터치할 수 있다. EM 프로브(203)는 필드 발생기(202)에 대해 잘 한정된 팁 위치를 갖는 핸드헬드 EM 센서(204)를 포함할 수 있다. EM 프로브(203)로 각각의 기준을 터치함으로써, EM 좌표 프레임(208) 내의 각각의 기준의 위치가 결정될 수 있다. 로봇 좌표 프레임(216) 및 EM 좌표 프레임(208) 각각 내에서 이제 알려진 동일한 포인트(정합 고정구(205)의 기준)로, 정합 알고리즘은 2개의 좌표 프레임 사이의 변환을 결정할 수 있다.
도 22c는 로봇 의료 시스템(200)과 연관된 로봇 좌표 프레임(216)을 EM 필드 발생기(202)와 연관된 EM 좌표계(208)에 정합시키는 데 사용될 수 있는 다른 예시적인 정합 절차를 예시한다. 이러한 정합 절차는 로봇 시스템의 로봇 아암들(212) 중 하나, EM 필드 발생기(202), 및 로봇 아암(212)의 엔드 이펙터에 부착된 EM 센서(204)를 사용한다. 로봇 아암(212)의 엔드 이펙터에 부착된 EM 센서(204)로, 조작자는 로봇 아암(212)이 정합 궤적(207)을 통해 움직이거나 이를 추적하도록 커맨드할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 정합 궤적(207)은 정육면체의 형상을 포함하지만, 다양한 형상을 포함하는 다른 정합 궤적이 사용될 수 있다. 정합 궤적(207)을 따른 다양한 포인트(예를 들어, 정육면체 형상의 꼭짓점)에서, 로봇 좌표 프레임(216)에서의 엔드 이펙터의 위치 및 EM 좌표 프레임(208)에서의 EM 센서(204)의 위치가 기록될 수 있다. 로봇 좌표 프레임(216)과 EM 좌표 프레임(208) 내의 충분한 복수의 포인트들이 식별되면, 정합 알고리즘은 2개의 좌표 프레임 사이의 변환을 결정할 수 있다.
도 22a에 예시된 시스템(200)과 같은 로봇 시스템에서, 도 22b 및 도 22c를 참조하여 상술된 절차들 중 하나와 같은 정합 절차는, EM 좌표 프레임(208) 및 로봇 좌표 프레임(216)을 정합시키기 위한 절차를 시작하기 전에 수행될 수 있다.
다양한 단점이 이러한 유형의 정합과 연관된다. 예를 들어, 이러한 정합은 지루하고 시간 소비적일 수 있다. 이러한 정합은 일반적으로, 사용자 입력을 요구하거나 로봇 의료 절차를 시작하기 전에 수행될 필요가 있을 수 있으므로, 자동으로 고려되지 않는다. 또한, 이러한 정합은, 예를 들어, 조작자가 기준에 따라 정확히 내비게이션하지 않는 경우, 시스템에 부정확성을 가져올 수 있다. 추가로, 이러한 정합은 EM 필드 발생기(202)의 위치가 절차 동안 고정된 상태로 유지될 것을 요구한다. EM 필드 발생기(202)가 움직여지는 경우(예를 들어, 수술실에서 누군가에 의해 우발적으로 부딪히거나, 환자에 대한 접근을 허용하도록 이동됨), 정합은 관계를 다시 설정하기 위해서 다시 수행되어야 한다. 이는, 예를 들어, 형광투시 C-arm에 대한 접근을 허용하기 위해 EM 필드 발생기(202)가 움직여질 필요가 있을 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다. 이 경우에, EM 필드 발생기(202)는 제거될 수 있고, C-arm은 하나 이상의 이미지를 캡처하기 위한 위치로 옮겨질 수 있고, 다음으로, C-arm은 제거될 수 있고, EM 필드 발생기(202)는 제 위치로 다시 올 수 있으며, 조작자가 EM 좌표 프레임의 로봇 또는 글로벌 좌표 프레임으로의 정합 단계들을 재실행하게 한다.
아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 이러한 유형의 정합에 대한 필요성은, 예를 들어, 도 23 내지 도 25에 도시된 바와 같이, 로봇 아암에 직접 결합될 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 사용을 통해 감소되거나 제거될 수 있다. 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 로봇 아암에 결합함으로써, 로봇으로 제어가능한 필드 발생기와 로봇 아암 사이의 관계 또는 정합이 기구학적으로 결정될 수 있고, 따라서 로봇 좌표 프레임(216) 내에 EM 좌표 프레임(208)을 배치할 수 있다.
또한, 도 22b 및 도 22c를 참조하여 설명된 것과 같은 정합 절차를 사용하는 이전 시스템에서 절차 동안 EM 필드 발생기(202)의 위치가 고정된 상태로 유지되어야 하므로, 관련 의료 부위를 커버하기에 충분히 큰 크기를 갖는 작업 체적(206)을 생성하기 위해 물리적으로 더 크고 때로는 더 번거로운 EM 필드 발생기(202)를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 일부 상황 또는 응용분야에서, 이것은 환자에 대해 EM 필드 발생기(202)를 설정하고 위치시키는 데 어려움을 증가시킬 수 있다. 일부 상황이나 응용분야에서, 이것은 절차 중에 환자 주변의 사용 가능한 공간을 제한하고/하거나, 증가된 설정 시간을 요구할 수 있다. 예를 들어, 도 22 내지 도 25에 도시된 바와 같이, 로봇 아암에 직접 결합될 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 사용은 도 22a에 도시된 바와 같이 EM 필드 발생기(202)와 연관된 이러한 제한들 중 하나 이상을 감소시키거나 제거할 수 있다.
B. 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 개요
도 23은 로봇 아암(212)에 결합된 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기(302)의 실시형태를 포함하는 로봇 의료 시스템(300)의 실시형태를 예시한다. 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합하는 것은, 예를 들어, (1) EM 필드 발생기(302)의 EM 좌표 프레임(308)과 로봇 아암(212)의 기구학에 기초한 로봇 좌표 프레임(216) 사이의 더 정확하고/하거나 더 간단한 정합을 허용하는 것, 및/또는 (2) EM 필드 발생기(302)의 위치가 로봇 아암(212)을 사용하여 움직여지거나 재조정되는 것을 허용하는 것을 포함하여, 여러 이점을 제공할 수 있다.
도 22a의 로봇 의료 시스템(200)과 유사하게, 도 23의 로봇 의료 시스템(300)에서, 로봇 아암(212)은 로봇 좌표 프레임(216)과 연관될 수 있다. 로봇 아암(212)의 알려진 기구학으로 인해, 로봇 아암(212)의 위치는 로봇 좌표 프레임(216)을 참조하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(212)을 구성하는 다양한 링크의 길이가 알려져 있고, 로봇 아암(212)의 링크들 사이의 각도가 결정될 수 있기 때문에, 로봇 아암(212)의 위치는 로봇 좌표 프레임(216) 내에서 기구학적으로 한정된다. 추가로, 로봇 의료 시스템(300)의 일부 실시형태의 경우, 환자 플랫폼(215) 및 환자에 대한 카트(210)의 위치 및 배향은, 로봇 좌표 프레임(216)이 환자 또는 환자의 해부학적 구조의 일부분에 정합될 수 있는 글로벌 좌표 프레임으로 간주될 수 있도록, 결정, 설정 또는 제어될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽 등은 환자, 환자 플랫폼(215), 및/또는 다른 구성요소를 포함하는 글로벌 좌표 프레임 내의 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽 등에 대응될 수 있다. 이렇게 하는 것은 조작자가 환자의 해부학적 구조 내에서 내비게이션할 수 있는 능력을 촉진할 수 있다. 더 구체적인 실시예로서, 로봇 시스템(300)이 카트 - 이로부터 연장되는 로봇 아암(212)을 구비함 - 를 포함하는 기관지경 또는 요관경 절차 동안, 카트는 베드에 평행하게 위치될 수 있다. 베드와 카트는 공통 중력 벡터를 갖는다(즉, 둘 다 천장으로 위로 지향). 이 정보를 사용하여, 시스템은 사용자가 기관지경이나 요관경을 드라이빙할 때 어느 방향이 위쪽(전방) 또는 아래쪽(후방)인지를 사용자에게 보여줄 수 있고, 공간 컨텍스트를 제공할 수 있다. 비뇨기과 응용분야의 경우, 사용자는 경피적 접근을 위한 표적 선택 중에 요관경이 후방 잔(posterior calyx)에 있는지 전방 잔(anterior calyx)에 있는지를 식별할 필요가 있을 수 있다. 시스템의 배향이 알려져 있기 때문에, 시스템은 이러한 내비게이션을 용이하게 하기 위해 해부학상 컨텍스트를 제공할 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, EM 필드 발생기(302)는 로봇 아암들(212) 중 하나에 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)는 로봇 아암(212)의 원위 단부에 결합 또는 부착되지만, EM 필드 발생기(302)는 다른 위치(예컨대, 아암의 말단과 근위 말단 사이의 위치)에서 로봇 아암(212)에 결합 또는 부착될 수 있다. 아래에 설명된 도 24 및 25는 EM 필드 발생기(302)의 보다 상세한 실시형태를 예시하고, 일부 실시형태에서 이것이 어떻게 로봇 아암(212)에 결합될 수 있는지를 도시한다. EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합하기 위한 다른 방법 및 메커니즘이 또한 가능하다. 또한, 일부 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)는 로봇 아암(212) 자체에 통합될 수 있다(예를 들어, 여기에 또는 내부에 있는 구성요소일 수 있음). 예를 들어, EM 필드 발생기(302)는 로봇 아암(212)의 링크들 중 하나(예컨대, 최원위 링크) 또는, 예를 들어, 로봇 아암(212)의 원위 단부에 위치된 기구 구동기 또는 기구 구동 메커니즘 안으로 통합될 수 있다. EM 필드 발생기(302)가 통합될 수 있는 예시적인 기구 구동기(62, 75, 83, 146)가 도 14 내지 도 17에 도시되지만, 이러한 실시예는 제한적이지 않다.
EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합함으로써, 로봇 아암(212)의 기구학은 EM 필드 발생기(302)의 EM 좌표 프레임(308)과 로봇 좌표 프레임(216) 및/또는 글로벌 좌표 프레임 간의 정합을 제공하는 데 사용될 수 있다. 즉, 로봇 아암(212)의 기구학(이는 위에서 언급된 바와 같이 알려짐)은 EM 필드 발생기(302)의 EM 좌표 프레임(308)을 로봇 좌표 프레임(216) 또는 글로벌 좌표 프레임에 관련시키는 데 사용될 수 있다. 이는 도 22a의 로봇 시스템(200)과 같은 별개의 EM 필드 발생기(202)를 포함하는 로봇 의료 시스템에 비해 하나 이상의 장점을 제공할 수 있다.
하나의 장점은, EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합함으로써, 별개의 정합 단계(이는 위에서 언급된 바와 같이 사용자 입력을 요구할 수 있음)에 대한 필요성이 제거될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 로봇 의료 시스템(300)에 의해서, EM 좌표 프레임(308)을 로봇 좌표 프레임(216) 또는 글로벌 좌표 프레임에 정합시키기 위해, 도 22b 및 도 22c를 참조하여 설명된 정합 단계들과 같은 별개의 정합 단계를 수동으로 수행할 필요가 없을 수 있다. 로봇 의료 시스템(300)에서, 이러한 정합은, 단순히 EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 부착함으로써, 자동으로 발생될 수 있다(예를 들어, 시스템에 의해 수행될 수 있음). 로봇 의료 시스템(300)은 EM 좌표 프레임(308) 및 로봇 좌표 프레임(216) 또는 글로벌 좌표 프레임을 관련시키기 위해 로봇 아암(212)의 알려진 기구학을 사용할 수 있다.
EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합함으로써 달성될 수 있는 또 다른 장점은 EM 좌표 프레임(308)과 로봇 좌표 프레임(216) 사이의 정합 정확도가 향상될 수 있다는 것이다. 상술된 바와 같이, 도 22a의 로봇 시스템(200)과 같은 시스템에서, 정합 단계는, 예를 들어, 수동 정합 단계 동안 내비게이션의 부정확성으로 인해, 시스템에 부정확성을 도입할 수 있다. 로봇 의료 시스템(300)에서, EM 좌표 프레임(308)과 로봇 좌표 프레임(216) 사이의 정합의 정확도는 주로 로봇 아암(212)의 기구학의 정확도에 의해 결정된다. 이들이 알려지고 잘 정의될 때, EM 좌표 프레임(308)과 로봇 좌표 프레임(216) 사이의 정합은 매우 정확할 수 있다.
EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합하는 것을 포함하는 일부 실시형태에 의해서 제공되는 추가 장점은 EM 필드 발생기(302)의 위치가 로봇 아암(212)을 사용하여 조정될 수 있다는 것일 수 있다. 이것은 그 자체로 하나 이상의 장점을 제공할 수 있다. 우선, 로봇 아암(212)은 EM 필드 발생기(302)를 움직이거나 재위치시키기 위해서 사용될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 조작자가 EM 필드 발생기(302)의 자기장의 작업 체적(306)의 위치를 조정하는 것을 허용할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 로봇 아암(212)은, 예를 들어, 기구(214)가 신체를 통해 움직일 때, 이의 모션을 추적하도록 EM 필드 발생기(302)를 움직이기 위해서 사용될 수 있다. 추가로, EM 필드 발생기(302)는 환자에 대한 접근을 용이하게 하기 위해, 예를 들어, 형광 투시 C-arm이 환자에 접근하는 것을 허용하기 위해, 로봇 아암(212)에 의해서 움직여지거나 재위치될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(212)은 EM 필드 발생기(302)를 방해되지 않도록 움직이는 데 사용될 수 있다. 또한, 로봇 아암(212)이 EM 필드 발생기(302)를 움직일 때, 로봇 아암(212)의 기구학에 의해 결정되는 로봇 좌표 프레임(216)과 EM 좌표 프레임(308) 사이의 관계는 알려진 상태이다. 따라서, EM 필드 발생기(302)의 움직임 후에 EM 좌표 프레임(308)을 로봇 좌표 프레임(216)에 재정합시킬 필요가 없을 수 있다.
EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합함으로써 달성가능한 또 하나의 장점은 EM 센서(204)의 결정된 위치의 증가된 정확도를 포함할 수 있는데, 이는 EM 필드 발생기(302)와 EM 센서(204) 사이의 배향 및 거리가 정확도를 향상시키기 위해 조정될 수 있기 때문이다. 예를 들어, EM 센서(204)의 결정된 위치의 정확도는 작업 체적(306)의 가장자리에 가까워질수록 감소될 수 있다. EM 센서(204)가 작업 체적(306)의 가장자리에 더 가까운 것으로 결정되는 경우, 로봇 아암(212)은, EM 센서(204)가 작업 체적(306)의 중심에 더 가깝게(또는 작업 체적(306)의 가장자리로부터 더 멀리) 위치되도록, EM 필드 발생기(302)를 움직일 수 있으며, 여기서 결정된 위치의 정확도는 증가될 수 있다. 또 하나의 실시예로서, 로봇 아암(212)은, EM 센서(204)에 초점을 맞추고 이의 위치를 더 가깝게 추적하기 위해(여기서 EM 포커싱이라 함) EM 센서(204)에 더 가깝게 EM 필드 발생기(302)를 움직일 수 있다.
추가로, 로봇 아암(212)이 별개의 정합 단계를 요구하지 않으면서 EM 필드 발생기(302)의 위치를 쉽게 조정할 수 있기 때문에, 일반적으로 고정식 EM 필드 발생기를 사용하는 다른 로봇 시스템(예컨대, 로봇 시스템(200))과 비교할 때, 더 작은 EM 필드 발생기가 사용될 수 있다. 고정식 EM 필드 발생기가 사용되는 경우, 이는, 의료 부위를 커버하도록 충분히 큰 작업 체적을 제공할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 이렇더라도, 이는, 의료 부위에 접근하기 위해 내비게이션되는 환자의 해부학적 구조의 부분과 같은, 환자의 해부학적 구조의 부분을 모두 커버하지 않을 수 있다. EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 결합함으로써, 일부 경우에 더 작은 작업 체적을 가질 수 있는 더 작은 EM 필드 발생기가 사용될 수 있으며, 이는 작업 체적(306)의 위치가 로봇 아암(202)으로 EM 필드 발생기(302)를 움직임으로써 조정될 수 있기 때문이다. 일부 실시형태에서, 이것은 컴팩트 필드 발생기(cFG)의 사용을 허용할 수 있다. 그러나, 콤팩트한 필드 발생기의 사용이 요구되지 않고, 일부 실시형태에서, 더 큰 필드 발생기가 로봇 아암에 결합될 수 있다.
EM 필드 발생기(302)는, 로봇 아암(212)에 결합된 때, 전술된 EM 필드 발생기(202)와 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 도 23의 시스템(300)의 예시된 실시형태에서, 하나 이상의 기구(214)는 이의 원위 단부에 그리고/또는 기구(214)의 다른 부분에 위치된 하나 이상의 EM 센서(들)(204)를 포함할 수 있다. 추가로, 예시된 실시형태는 환자의 호흡에 의해 야기되는 모션을 추적하는 데 사용될 수 있는 환자의 가슴에 부착된 제2 EM 센서(204)를 포함한다. EM 센서(204)가 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(206) 내에 위치될 때, EM 좌표 프레임(308) 내의 EM 센서(204)의 위치가 결정될 수 있다.
추가로, EM 좌표 프레임(308)이 로봇 아암(212)의 기구학을 사용하여 로봇 좌표 프레임(216)에 정합될 수 있기 때문에, 로봇 좌표 프레임(216) 또는 글로벌 좌표 프레임 내의 EM 센서(204)의 위치가 결정될 수 있다. EM 필드 발생기(302)를 로봇 아암(212)에 물리적으로 연결함으로써, EM 좌표 프레임(308) 및 로봇 좌표 프레임(216) 또는 글로벌 좌표 프레임은, EM 센서(204)의 위치가 로봇 좌표 프레임(216) 또는 글로벌 좌표 프레임 내에서 결정될 수 있도록, 함께 링크될 수 있다.
예를 들어, 도 23의 예시된 실시형태에서, 로봇 의료 시스템(300)은 EM 필드를 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기(302)를 포함할 수 있다. 로봇 의료 시스템(300)은 로봇 아암(212)을 포함할 수 있다. 제1 로봇 아암(212)은 EM 필드 발생기(302)에 결합될 수 있고, EM 필드 발생기(302)를 움직이게끔 관절식으로 연결되도록 구성될 수 있다. 로봇 의료 시스템(300)은 또한, EM 필드 내의 EM 센서(204)의, EM 필드 발생기(302)와 연관된 EM 좌표 프레임(302)에서의 위치를 결정하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(들)는 또한 로봇 좌표 프레임 내의 EM 필드 발생기(302)의 위치를 결정하는 것에 기초하여 제1 로봇 아암(212)과 연관된 로봇 좌표 프레임(216)과 EM 좌표 프레임(308) 사이의 정합을 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 상술된 바와 같이, 로봇 아암(212)의 기구학을 사용함으로써 달성될 수 있다. 정합에 기초하여, 프로세서(들)는 로봇 좌표 프레임(216)에서의 EM 센서(204)의 위치를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
다른 예로서, 도 23의 예시된 실시형태에서, 로봇 의료 시스템(300)은 제어기 또는 제어 회로를 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 로봇 아암(212)의 움직임을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 로봇 아암(212)은 제어 회로로부터 커맨드를 수신하는 것에 응답하여 관절운동하도록 구성될 수 있다. EM 필드 발생기(302)는, EM 필드 발생기가 또한 제어 회로로부터의 하나 이상의 커맨드에 응답하여 움직이도록, 로봇 아암(212)에 결합될 수 있다.
로봇 아암(212)에 결합된 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기(302) 외에, 도 23의 로봇 시스템(300)의 예시된 실시형태는, 별개의 EM 필드 발생기(202)를 포함하는 도 22a를 참조하여 상술된 로봇 시스템(200), 또는 본 출원 전체에 걸쳐서 또는 다른 곳에서 설명된 다른 로봇 의료 시스템과 많은 면에서 유사할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시형태에서, 로봇 의료 시스템(300)은 2개의 로봇 아암(212)을 포함하는 카트(210)를 포함한다. 로봇 시스템(300)은, 2개의 로봇 아암(212)으로 예시되지만, 다른 개수의 로봇 아암(212)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 2(위에서 설명됨)는 3개의 로봇 아암(12)을 포함하는 예시적인 카트(11)를 예시한다. 추가로, 일부 실시형태에서, 로봇 아암(212)은 카트(210)에 부착될 필요가 없다. 일부 실시형태에서, 로봇 아암은, 예를 들어, 도 5 내지 도 10 및 도 14(위에서 설명됨)에 도시된 바와 같이, 베드 또는 환자 플랫폼(215)에 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서, 로봇 의료 시스템(300)은, 카트(210), 환자 플랫폼, 및/또는 시스템의 다른 구성요소에 결합된 복수의 로봇 아암(212)(예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 6개 이상의 로봇 아암(212))을 포함할 수 있다.
더욱이, 로봇 시스템(300)은 도 23에서, 단일 도구 또는 기구(214)(예를 들어, 복강경 또는 내시경 기구)가 로봇 아암들(212) 중 하나에 결합된 상태로 예시되지만, 다른 실시형태에서 다른 수의 기구(214)(예를 들어, 복강경, 내시경 및 카메라를 포함하는 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 6개 이상의 기구)가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 24는 EM 필드 발생기(302)의 실시형태를 예시한다. 예시된 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)는, EM 필드 발생기(302)가 로봇 아암(212)에 부착될 수 있도록, 로봇 아암에 위치될 수 있는 기구 구동 메커니즘(402)에 연결되게끔 구성된다. 도 16을 참조하여 상술된 바와 같이, 기구 구동 메커니즘(402)과 같은 기구 구동 메커니즘은 로봇 의료 시스템에 의한 사용을 위한 다양한 도구 또는 기구에 부착되도록 구성된 인터페이스(404)로 구성될 수 있다. EM 필드 발생기(302)는 기구 구동 메커니즘(402)의 인터페이스(404)에 결합되도록 구성된 대응되는 인터페이스(320)로 구성될 수 있다. 이런 방식으로, EM 필드 발생기(302)는 로봇 시스템의 다른 로봇 도구 또는 기구와 유사한 방식으로 로봇 아암(212)에 결합될 수 있다.
예를 들어, EM 필드 발생기(302)의 인터페이스(320)는, 기구 구동 메커니즘(402)의 인터페이스(404) 상의 하나 이상의 대응되는 커넥터(406)에 결합되도록 구성된 하나 이상의 커넥터(322)를 포함할 수 있다. 이러한 배열체는 조작자가 EM 필드 발생기(302)를 기구 구동 메커니즘(402)에 쉽게 제거가능하게 결합하는 것을 허용할 수 있다.
예시된 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)는 하우징(324)을 포함한다. 하우징(234)의 근위 단부(326)는 기구 구동 메커니즘(402)에 결합되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 근위 단부(326)는 인터페이스(320) 및 커넥터(322)를 포함할 수 있다. 하우징(324)은 근위 단부(326)로부터 원위 단부(328)까지 연장될 수 있다. 원위 단부(328)는 자기장을 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기 유닛(330)을 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 원위 단부(328)는 EM 필드 발생기 유닛(330)을 고정하도록 구성된 클립(332)을 포함한다. EM 필드 발생기 유닛(330)을 고정하기 위한 다른 메커니즘 또는 방법이 가능하다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 예시된 바와 같이, EM 필드 발생기 유닛(330)은 하우징(324)으로부터 제거될 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 필드 발생기 유닛(330)은 하우징(324) 안으로 통합된다. 예시된 실시형태에서, EM 필드 발생기 유닛(330)은 cFG를 포함하지만, 다른 유형의 필드 발생기가 또한 사용될 수 있다.
하우징(326)의 크기 및 형상은, EM 필드 발생기 유닛(330)과, EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암 사이의 기구학적 관계가 알려지도록, EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임과 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임 사이의 기구학적 정합이 결정될 수 있도록, 결정되거나 선택될 수 있다.
예시된 실시형태에서, EM 필드 발생기 유닛(330)은 하나 이상의 커넥터(334)를 포함한다. 커넥터(334)는, 로봇 시스템이 EM 필드 발생기 유닛과 통신할 수 있도록, EM 필드 발생기 유닛(330)을 로봇 시스템에 전기적으로 연결할 수 있다. 다른 실시형태에서, EM 필드 발생기(302) 및 기구 구동 메커니즘(402)의 인터페이스들(320, 404) 사이에 전기적 연결부가 만들어질 수 있다.
도 25는, 일 실시형태에 따라 EM 필드 발생기(302)가 어떻게 기구 구동 메커니즘(402)에 부착될 수 있는지를 예시한다. 예시된 실시형태에서, 기구 구동 메커니즘(402)은 멸균 드레이프(sterile drape)로 덮인 것으로 도시된다. 멸균 어댑터(410)가 기구 구동 메커니즘(402)의 인터페이스(404) 위에 위치되는 것으로 도시된다. EM 필드 발생기(302)의 인터페이스(320)는, EM 필드 발생기(302)가 멸균 어댑터(410)를 사이에 위치시킨 상태로 기구 구동 메커니즘(402)에 결합되도록, 멸균 어댑터(410)에 부착될 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, EM 필드 발생기 유닛(330)은 멸균 드레이프로 덮일 수도 있다.
도 26은 로봇 아암에 결합(또는 그렇지 않으면 이에 연결 또는 통합)되도록 구성된 EM 필드 발생기를 사용하여 로봇 의료 절차를 수행하기 위한 방법(500)의 실시형태를 도시하는 흐름도이다. 예시된 실시형태에서, 방법은 블록 502에서 시작된다. 블록 502는 제1 로봇 아암에 결합된 EM 필드 발생기로 EM 필드를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. EM 필드는 EM 좌표 프레임과 연관될 수 있다. 다음으로, 방법(500)은 블록 504로 이동되며, 여기서 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임과 EM 좌표 프레임 사이의 정합이 결정된다. 정합은 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 EM 필드 발생기의 위치를 결정하는 것에 기초할 수 있다. 블록 506에서, EM 좌표 프레임 내의 EM 센서의 위치가 결정된다. 블록 508에서, 방법은 블록 504에서 결정된 정합에 기초하여 로봇 좌표 프레임에서의 EM 센서의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 방법(500)은, 예를 들어, 도 25에 도시된 바와 같이, EM 필드 발생기를 제1 로봇 아암에 제거 가능하게 결합하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 방법(500)은 또한, 선택적으로, 제1 로봇 아암으로 EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함할 수 있다. EM 필드 발생기를 움직이는 단계는, 절차를 용이하게 하도록 필요에 따라 EM 필드의 작업 체적이 배치될 수 있고/있거나 EM 필드 발생기가 의료 절차 중에 환자에 대한 접근을 허용하게끔 방해가 되지 않도록 움직일 수 있다는 점에서 유용할 수 있다. EM 센서에 대한 EM 필드 발생기의 위치를 조정하기 위해 제1 로봇 아암으로 EM 필드 발생기를 움직이는 단계는 또한, EM 필드 좌표 프레임 내의(그리고 대응되게 정합을 통해 로봇 좌표 프레임에서의) EM 센서의 결정된 위치의 정확도를 향상시킬 수 있다.
방법(500)은 또한, 제2 로봇 아암에 결합된 의료 기구를 움직이는 단계를 포함할 수 있으며, 로봇 좌표 프레임은 또한 제2 로봇 아암과 연관된다. EM 센서는, EM 센서의 결정된 위치에, 적어도 부분적으로, 기초하여 제2 기구의 내비게이션 안내가 결정될 수 있도록, 의료 기구 상에 위치될 수 있다.
C. 로봇으로 제어가능한 필드 발생기에 대한 예시적인 응용분야
위에서 논의된 이점들 중 하나 이상을 제공하는 것 외에도, 로봇 아암에 결합되거나 다른 방식으로 통합된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기가 로봇 의료 절차 중에 다양한 기능을 가능하게 하고, 용이하게 하고/하거나, 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 섹션은, 예를 들어, 정적 또는 고정 필드 발생기를 포함하는 다른 로봇 시스템보다 유리할 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기에 대한 몇 가지 예시적 응용분야를 간략하게 설명한다.
i. 필드 발생기 설정 및 기구 추적
상술된 바와 같이 로봇 아암에 결합되거나 이에 통합된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기는 필드 발생기 설치 및 기구 추적을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 이 섹션에서 이러한 개념을, 제한하지 않으면서, 예시하기 위해 몇 가지 예가 제공된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, EM 필드 발생기의 "설치"는 절차를 용이하게 하기 위해 EM 필드 발생기를 어디에 위치시킬지를 결정하는 것을 말한다. 이 위치는, 예를 들어, 하나 이상의 EM 센서의 결정된 위치에 기초할 수 있다. 일부 경우에, 예를 들어, 하나 이상의 EM 센서가 절차 중에 움직일 때, 위치가 절차 중에 조정될 수 있다. 도 21 및 도 22a를 참조하여 위에서 언급된 바와 같이, EM 필드 발생기(202)는, 필드 발생기(202)의 작업 체적(206)이 의료 절차가 수행되는 환자의 해부학적 구조의 일부분(예를 들어, 의료 부위)과 오버랩되도록, 환자에 대해 위치될 것이다. EM 필드 발생기(202)는 스탠드 또는 다른 지지 구조체, 예컨대, 환자 플랫폼(215)에 의해서 지지될 수 있다. 일단 위치되면, EM 필드 발생기(202)와 연관된 EM 좌표 프레임(208)을 로봇 좌표 프레임(216)에 정합시키기 위해 정합 단계들(도 22b 및 도 22c를 참조하여 설명된 것과 같은)이 수행될 것이다. 또한, 절차 동안, EM 필드 발생기(202)는 일반적으로 움직여지지 않았으며, 이는 움직임이 수동으로 수행될 필요가 있고, EM 필드 발생기(202)와 연관된 EM 좌표 프레임(208)을 로봇 좌표 프레임(216)에 재정합시키기 위해 정합 단계들이 반복될 것을 요구하기 때문이다. 시스템의 로봇 아암을 사용하여 재위치될 수 있는 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기는, 시스템이 EM 필드 발생기를 위치시킬 위치를 결정할 수 있게 함으로써, 그리고 시스템의 로봇 아암을 사용하여 EM 필드 발생기를 해당 위치로 움직임으로써 설치 절차를 용이하게 한다. 또한, 절차 중에 EM 센서를 포함하는 도구 및 기구의 위치가 변경될 때, 시스템은, EM 필드 발생기가 유리한 위치에 위치된 상태로 유지되도록, EM 필드 발생기의 위치를 조정할 수 있다.
도 28a 및 도 28b는, 로봇으로 제어되는 EM 필드 발생기(302)(예를 들어, 도 23 내지 도 25를 참조하여 위에서 설명됨)가 의료 절차에 사용되는 다양한 도구 및 장치의 설정 및 위치 결정을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다는 것을 보여주는 소개용 실시예를 예시한다. 추가적인 실시예는 아래에서 더 자세히 설명될 것이다. 도 28a는 3개의 EM 위치 센서(204)뿐만 아니라 로봇 아암(212)에 결합된 EM 필드 발생기(302)를 예시한다. EM 위치 센서(204)는, 예를 들어, 의료 기구(예컨대, 내시경, 복강경 및/또는 기타 유형의 수술 도구) 상에 또는 환자 상에 직접 위치될 수 있다(예컨대, 환자의 움직임이나 호흡을 추적하도록 구성된 EM 패치 센서). 예시의 편의를 위해, 의료 기구는 예시되지 않는다.
도 28a에 도시된 바와 같이, 시스템은 EM 센서(204)의 위치를 식별하기 위해 로봇 아암(212)을 사용하여 EM 필드 발생기(302)를 움직이도록 구성될 수 있다. 이러한 움직임은 EM 필드 발생기(302)의 병진 이동, 회전, 및/또는 진동을 포함할 수 있다. 도 28a에서, 예시적인 원형 경로가 예시된다. EM 센서(202)의 위치가 결정되면, 로봇 아암(212)은 비교적 개선된 위치(본원에서 "작업 위치"로 지칭됨), 또는, 예를 들어, 도 28b에 도시된 바와 같이, EM 센서들(204)이 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 위치되는 집중화(centralized) 위치에 EM 필드 발생기(302)를 재위치시키기 위해서 움직여질 수 있다. 이것은, 시스템이 EM 필드 발생기(302)를 자동으로 위치시킬 작업 또는 중앙 위치를 결정할 수 있으므로, 설치를 용이하게 할 수 있다. 관련된 양태에서, 하나 이상의 EM 센서(204)의 위치는, EM 필드 발생기에 의해 달성 가능한 움직임 또는 진동의 범위, 의료 절차 단계, 및/또는 환자의 해부학상 특징에 기초하여 EM 센서들(204)의 비교적 개선된 배열을 달성하도록 조정될 수 있다.
일부 실시형태에서, 시스템은 EM 센서들(204)의 위치 및/또는 배향을 찾고 결정한 다음, 해당 위치들의 도심(centroid) 또는 기하학적 중심 또는 하나 이상의 위치에 의해 한정된 형상을 컴퓨팅한다. EM 필드 발생기(302)는, 로봇 아암(212)을 사용하여, 작업 체적(306)의 중심이, 예를 들어, EM 센서들(204)의 위치들의 결정된 도심과 정렬되도록 위치될 수 있다.
또한, 도 28a는, EM 필드 발생기(302)가 작업 체적(306)의 기능적 크기를 증가시킬 수 있다는 것을 예시한다. 예를 들어, EM 센서들(204)이 모두 작업 체적(306) 내에 들어갈 수 없도록 분리된 경우, 시스템은, 모든 EM 센서(204)를 추적하기에 충분히 큰 기능적 작업 체적(306)을 생성하기 위해 EM 필드 발생기를 (스캐닝 모션으로) 움직일 수 있다. 일부 실시형태에서, 시스템은, 특정 EM 센서(204)가 작업 체적(306) 내에 지속적으로 위치되는 상태로 유지되는 한편, 다른 EM 센서(204)가 때때로 작업 체적(306) 내부에 있고 때때로 외부에 있도록, 특정 EM 센서(204)를 우선시할 수 있다.
본원에서 사용되는 "기구 추적"은 일반적으로 EM 센서의 모션을 추적하거나 추종하기 위해 로봇 아암을 사용하여 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기를 움직이는 것을 의미한다. 위에서 언급된 바와 같이, 이전 시스템은 일반적으로 EM 센서의 모션을 추적하거나 추종하도록 움직여질 수 없는(또는 재정합을 회피하기 위해 움직여지지 않는) 고정된 EM 필드 발생기의 사용을 포함했다. 이러한 시스템에서, EM 센서가 EM 필드 발생기의 작업 체적 외부로 움직여지는 경우, EM 센서는, 이것이 작업 체적 안으로 다시 움직여질 때까지 더 이상 검출될 수 없을 것이다. 로봇 아암으로 움직여질 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기는 EM 필드 발생기가 움직여지거나 달리 조정되어 하나 이상의 기구 센서의 모션을 추적하는 것을 허용함으로써 기구 추적을 용이하게 할 수 있다. 따라서, EM 센서가 EM 필드 발생기의 작업 체적 외부로 움직이게 하는 대신, EM 필드 발생기는, EM 센서가 작업 체적 내에 위치되도록 EM 센서와 함께 움직여질 수 있어, EM 센서의 지속적인 추적을 용이하게 한다.
도 27a 및 도 27b는 도 23 내지 도 25를 참조하여 상술된 EM 필드 발생기(302)와 같은 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 사용하여 용이하게 될 수 있는 자동 기구 추적의 소개용 실시형태를 예시한다. 특히, 도 27a 및 도 27b는, 요관경(502)이 환자 오리피스를 통해, 요관을 통해, 그리고 신장 안으로 로봇으로 내비게이션되는 요관경 절차와 같은 예시적인 의료 절차 동안의 자동 기구 추적의 예를 예시한다. 요관경 절차가 예시되지만, 자동 기구 추적은, 내시경 및/또는 복강경 절차를 포함하여, 다른 유형의 절차에서 사용될 수 있다. 도 27a는 이전 또는 제1 시간/단계(예를 들어, 요관경(502)의 삽입 직후)에서의 절차를 예시하고, 도 27b는 이후 또는 제2 시간/단계(예를 들어, 요관경(502)의 원위 팁이 신장으로 내비게이션된 후)에서의 절차를 예시한다.
도 27a 및 도 27b에 예시된 바와 같이, 요관경(502)은, 요관경(502)을 조작하고, 예를 들어, 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이 이의 삽입을 수행하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암(212)에 결합될 수 있다. 도 27a 및 도 27b에서, EM 필드 발생기(302)는 EM 필드 발생기(302)의 위치(및 대응하여, EM 필드 발생기(302)에 의해 생성된 자기장의 작업 체적(306)의 위치)를 조정하기 위해 움직여지도록 구성된 제3 로봇 아암(212)에 결합된다. 상술된 바와 같이, EM 필드 발생기(302)는 로봇 아암(212)에 부착되기 때문에, EM 필드 발생기(302)와 연관된 EM 좌표 프레임은, EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암(212)의 기구학을 통해 로봇 아암(212)과 연관된 로봇 좌표 프레임에 자동으로 정합될 수 있다.
도 27a 및 도 27b에 도시된 바와 같이, 시스템은 요관경(502)의 위치를 자동으로 추적하게끔 대응되는 로봇 아암(212)으로 EM 필드 발생기(302)를 움직이도록 구성될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 요관경(502)은 이의 원위 팁에 위치된 EM 센서(204)를 포함한다. 상술된 바와 같이, EM 센서(204)가 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 위치된 때, EM 센서(204)의 위치는 EM 좌표 프레임에 대해 결정될 수 있다. 또한, EM 좌표 프레임은 로봇 좌표 프레임에 정합될 수 있기 때문에, 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서(204)의 위치가 또한 결정될 수 있다.
요관경(502)이 환자 안으로 더 삽입됨에 따라, EM 필드 발생기가 부착된 로봇 아암(212)은, 위치 센서(204)가 EM 필드 발생기의 작업 체적(306) 내에 위치된 상태로 남아 있게끔, EM 필드 발생기를 자동으로 재위치시키도록 움직여지거나 조정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 요관경(502)의 이러한 자동 추적은, EM 필드 발생기(302)가 움직여지거나 조정되어 EM 센서(204)가 작업 체적(306)의 중심에 위치된 상태로 남아 있도록, 구성되지만, 이것이 모든 실시형태에서 반드시 그럴 필요는 없다. 추가로, 일부 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)의 배향은 EM 센서(204)에 대해 조정되어 이의 위치를 결정할 때 최적의 또는 개선된 정확도를 제공할 수 있다.
이러한 유형의 자동 추적은 요관경(502)의 위치가 절차(예를 들어, 삽입으로부터 신장 내 작업까지) 전체에 걸쳐서 추적되는 것을 유리하게 허용할 수 있다. 이것은 정적 또는 고정 필드 발생기를 사용하는 로봇 시스템에서는 가능하지 않을 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 정적 또는 고정 필드 발생기는, 이의 작업 체적이 주요 의료 부위(예컨대, 신장)에 중심을 두도록, 설정되는 경우가 많다. 이러한 위치에서, 작업 체적은 요관을 통한 삽입 및 내비게이션의 커버리지를 제공할 만큼 충분히 확장되지 않을 수 있다. 따라서, 정적 또는 고정 필드 발생기를 사용하는 시스템에서, 조작자는 기구를 필드 발생기의 작업 체적 안으로 내비게이션할 때까지 EM 기반 내비게이션을 활용하지 못할 수 있다. 필드 발생기가 움직여질 때마다 정합 단계가 재수행되어야 하므로, 의료 부위에 대한 기구의 삽입 및 내비게이션 동안 기구를 추종하도록 정적 또는 고정 필드 발생기를 움직이는 것은 또한 일반적으로 가능하지 않으며, 이는 비실용적이고, 의료 절차 중에 지연을 야기하여, 잠재적으로 절차의 결과에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.
그러나, 도 27a 및 도 27b에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(212)이 필요에 따라 EM 필드 발생기(302)를 재위치시킬 수 있기 때문에, 로봇으로 제어되는 EM 필드 발생기(302)는 요관경(502)의 위치를 삽입으로부터 신장 내 작업까지 쉽게 추적할 수 있고, 로봇 아암(212)의 기구학은 EM 좌표 프레임과 로봇 좌표 프레임 사이의 연속 정합을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 27a 및 도 27b에 도시된 자동 기구 추적을 사용하여 달성될 수 있는 추가적인 장점은 개선된 해부학적 매핑(mapping)이다. 기구가 환자의 해부학적 구조를 통해 내비게이션될 때, 기구 상의 EM 센서의 위치는 해부학적 맵을 작성하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 기관지경 검사의 경우에, EM 센서를 포함하는 기관지경이 환자의 기도를 통해 내비게이션될 때, EM 센서의 결정된 위치들은 환자의 폐의 맵을 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 정적 또는 고정 EM 필드 발생기의 경우, 이는 EM 필드 발생기의 작업 체적 내의 영역에서만 가능하다. 그러나, 로봇 아암(212)이 EM 필드 발생기(302)를 재위치시키는 것을 허용하는 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기(302)의 사용을 통해, 해부학적 맵을 생성하는 능력이 증가된다.
도 27a 및 도 27b의 실시예를 사용하여, EM 센서(204)의 위치는 삽입(도 27a)으로부터 신장 내(도 27b)까지 결정되어, 환자의 요로의 일반적으로 완전한 해부학적 맵을 생성할 수 있다. 반대로, 정적 필드 발생기가 신장에 중심을 둔 이의 작업 체적과 함께 사용된 경우, 환자의 요관을 매핑하는 데 사용될 수 있는 EM 센서 데이터가 사용가능하지 않을 수 있다. 따라서, 본원에 설명된 바와 같이 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기(302)의 사용은 EM 센서 데이터를 사용하여 해부학적 매핑을 생성하는 능력을 확장할 수 있어, 보다 완전한 해부학적 맵으로 이어질 수 있다.
도 29는 로봇 아암(212)에 장착된 로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기(302)를 포함하는, 도 22a에 예시된 실시예와 같은 로봇 의료 시스템(300)을 나타내는 블록도이다. 도 29(및 또한 도 23)에 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 하나 이상의 로봇 아암(212)을 포함할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 시스템(300)은 제1 로봇 아암(212) 및 제2 로봇 아암(212)을 포함하지만, 다른 실시형태에서 다른 개수의 로봇 아암(예컨대, 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯, 또는 여섯 이상)이 포함될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 로봇 아암(212)은 EM 필드 발생기(302)에 결합된다. 상술된 바와 같이, EM 필드 발생기(302)는 제1 로봇 아암(212)에 부착 또는 결합될 수 있거나, 제1 로봇 아암(212) 자체에 직접적으로 통합될 수 있다. EM 필드 발생기(302)는 작업 체적(306)을 갖는 EM 필드를 생성하도록 구성되며, 이 작업 체적 내의 EM 센서(204)의 위치가 EM 좌표 프레임(308)에 대해 결정될 수 있다. 제1 로봇 아암(212)은 EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 아암(212)은 EM 필드 발생기(302)의 위치 및 이에 대응하여 EM 필드의 작업 체적(306)의 위치를 재조정하기 위해 움직여질 수 있다(예를 들어, 포즈(pose) 또는 형상을 변경함).
제1 로봇 아암(212)(및 시스템의 다른 로봇 아암(212))은 상술된 바와 같이 로봇 좌표 프레임(216)과 연관된다. 아암(212)의 기구학적 위치에 기초하여, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 필드 발생기(302)의 위치가 결정될 수 있다. 이는 EM 좌표 프레임(308)과 로봇 좌표 프레임(216) 사이의 정합 또는 매핑이 상술된 바와 같이 결정되는 것을 허용한다. 도 29(및 또한 도 23)에 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 하나 이상의 EM 센서(204)를 포함할 수 있다. EM 센서(204)의 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 결정될 수 있고, 이전에 설명된 정합을 사용하여 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑될 수 있다.
도 29(및 도 23)에서, EM 센서들(204) 중 하나는 의료 기구(214) 상에 위치된다. 의료 기구(214)는, 일부 실시형태에서, 제2 로봇 아암(212)에 결합될 수 있다. 이것은 제2 로봇 아암(212)이 의료 기구(214)를 조작하고 제어하는 것을 허용할 수 있다. 제2 로봇 아암(212)이 의료 기구(214)를 조작하고 제어함에 따라, 의료 기구(214)의 위치는 EM 센서(204)의 결정된 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 도 29에 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 또한 추적될 수 있는 추가 EM 센서(204)를 포함할 수 있다.
도 29의 블록도는 시스템(300)이 프로세서(380) 및 메모리(382)를 포함할 수 있다는 것을 추가로 예시한다. 메모리(382)는, 프로세서(380)에 의해 실행될 때, 시스템(300)의 다양한 기능, 예를 들어, EM 좌표 프레임(308)에서 로봇 좌표 프레임(216)으로의 정합 및 매핑을 결정하고 사용하는 것, EM 필드 발생기(302)의 설치, 및 이 섹션 및 본 출원 전반에 걸쳐 설명된 바와 같은 의료 기구(214)의 추적을 가능하게 할 수 있는 명령을 저장하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(380)는 제1 로봇 아암(212) 및 EM 필드 발생기(302)와 통신할 수 있고, EM 필드 발생기(302)에 의해 생성된 EM 필드 내의 하나 이상의 EM 센서(204)의 위치를 결정하도록, 그리고 EM 센서(204)의 결정된 위치에 기초하여 제1 로봇 아암(212)의 움직임을 커맨드함으로써 EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정하도록 구성될 수 있다. EM 센서(204)의 결정된 위치에 기초한 제1 로봇 아암(212)의 커맨드된 움직임은, EM 필드 발생기(302)의 위치를 설정하기 위해 또는 EM 센서(204)가 절차 동안 움직일 때 이의 위치를 추적하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 프로세서(302)는 먼저 EM 좌표 프레임(308)에 대한 EM 센서(204)의 위치를 결정하도록, 그리고 다음으로 해당 위치를 로봇 좌표 프레임(216)으로 매핑하도록 구성된다. 상술된 바와 같이, 이것은, 예를 들어, (i) EM 필드 발생기(302)와 연관된 EM 좌표 프레임(308)에 대한 EM 필드 내의 EM 센서(204)의 위치를 결정함으로써, (ii) 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 필드 발생기의 위치를 결정하는 것에 기초하여 제1 로봇 아암(212)과 연관된 로봇 좌표 프레임(216)과 EM 좌표 프레임(308) 사이의 정합을 결정함으로써, 그리고 (iii) 정합에 기초하여, 로봇 좌표 프레임(216)에서의 EM 센서(204)의 위치를 결정함으로써 달성될 수 있다. 단계 (ii)에서 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 필드 발생기(302)의 위치를 결정하는 것은 제1 로봇 아암(212)의 기구학에 기초할 수 있다.
도 30a 내지 도 33d는, 필드 발생기 설치 및 기구 추적을 용이하게 하기 위해 EM 센서(204)의 결정된 위치에 기초하여 제1 로봇 아암(204)으로 EM 필드 발생기(302)를 움직이는 다양한 예 또는 이에 대한 접근법을 예시한다.
도 30a 및 도 30b는, EM 센서가 EM 필드 내의 미리 결정된 위치에 위치되도록 EM 필드 발생기를 로봇 아암으로 움직이는 예를 예시하는 사시도이다. 이것은, 예를 들어, 필드 발생기 설치 중에 발생될 수 있고, 유리하게는 EM 센서(204)에 대해 EM 필드 발생기(302)를 위치시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 센서(204)가 EM 필드의 작업 체적(306)과 함께 미리 결정된 위치에 위치되도록 EM 필드 발생기(302)를 설치하거나 정렬하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 여러 가지 이유로 유용할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 이것은 EM 센서(204)를 중심으로 EM 필드의 작업 체적(306)을 센터링할 수 있다. 이것은, EM 센서(204)가 움직이는 경우, 이것이 작업 체적(306) 외부로 움직이지 않으면서 움직일 수 있어 여전히 추적될 수 있는 것을 보장하는 데 도움이 될 수 있다. 다른 실시예로서, 이것은 EM 센서(204)의 결정된 위치의 정확도를 증가시킬 수 있는데, 이는, 일부 경우에, EM 필드 내의 EM 센서(204)의 위치를 결정하는 능력이 작업 체적(306)의 말단에서보다 작업 체적(306)의 중심을 향하여 더 정확할 수 있기 때문이다. 따라서, 일부 실시형태에서, 미리 결정된 위치는 작업 체적(306)의 중심을 포함하고, EM 필드 발생기(302)는, EM 센서(204)가 도 30a 및 도 30b에 도시된 바와 같이 작업 체적(306)의 중심에 위치되도록, 움직여진다.
도 30a 및 도 30b에서, 미리 결정된 위치(384)는 작업 체적(306)의 중심이고, 도면에서 x로 표시된다. 도 30a는, EM 센서(204)가 미리 결정된 위치(384)에 위치되도록 EM 필드 발생기(302)를 움직이기 전, 제1 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도 30a에 도시된 바와 같이, EM 센서(204)는 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 위치되지만, 미리 결정된 위치(384)에 위치되지 않는다. EM 센서(204)를 미리 결정된 위치(384)에 위치시키기 위해, EM 필드 발생기(302)는 도시된 화살표 방향으로 움직여져야 하며, 이는 작업 체적(306) 및 미리 결정된 위치(384)의 대응되는 움직임을 야기한다. 도 30b는, EM 센서(204)의 결정된 위치에 기초하여 EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정하여 EM 센서(204)가 EM 필드 내의 미리 결정된 위치(384)에 위치되도록 한 후, 제2 상태에 있는 시스템을 예시한다. 이러한 실시예에서, EM 필드 발생기(302)는 이의 위치가 EM 센서(204)에 대해 조정되었기 때문에 이제는 "설치"된 것으로 간주될 수 있다. 특히, EM 필드 발생기(302)의 움직임은 EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암(212)으로 달성될 수 있다. 또한, EM 센서(204)의 위치 및 미리 결정된 위치(384)와 같은 EM 좌표 프레임 내의 포인트들은, 모든 위치(예컨대, EM 센서 위치, 미리 결정된 위치(384), 및 EM 필드 발생기(302)의 위치)가 단일 공간(예컨대, 로봇 좌표 프레임)에서 처리될 수 있도록, 로봇 아암의 기구학에 기초한 정합을 사용하여 로봇 좌표 프레임으로 매핑될 수 있다.
도 30a 및 도 30b에서, EM 필드의 작업 체적(306) 내의 미리 결정된 위치(384)는 작업 체적(306)의 중심을 포함한다. 그러나, 이것은 모든 실시형태에서 그럴 필요는 없으며, 작업 체적(306) 내의 다른 미리 결정된 위치(384)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 가능한 미리 결정된 위치(384)는, EM 필드 발생기(302)가 EM 센서(204)를 계속 추적하기 위해 재위치될 필요가 있기 전에 EM 센서(204)가 작업 체적(306)을 완전히 가로질러 움직여질 수 있도록, 작업 체적(306)의 하나의 극단에 위치된 위치를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)는, EM 센서(204)가 특정 미리 결정된 위치보다는 EM 필드의 작업 체적(306)의 미리 결정된 영역 또는 일부분 내에 위치되도록, 위치될 수 있다. 도 31a 및 도 31b는, EM 센서(204)가 작업 체적(306) 내의 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되도록 로봇 아암(212)으로 EM 필드 발생기(302)를 움직이는 실시예를 예시하는 사시도이다. 도 31a 및 도 31b에서, 작업 체적(386)의 서브섹션을 나타내는 미리 결정된 영역(386)이 예시된다. 도면에서, 작업 체적(306) 및 미리 결정된 영역(386)은 직사각형 프리즘으로서 표현된다. 그러나, 이것은 단지 하나의 예일 뿐이고, 작업 체적 및 미리 결정된 영역(386)에 대한 다른 형상이 가능하다. 또한, 미리 결정된 영역(386)의 형상은 작업 체적(306)의 형상에 대응될 필요가 없다. 예를 들어, 작업 체적(306)은 직사각형 프리즘의 형상을 포함할 수 있고, 미리 결정된 영역(386)은 작업 체적(306) 내의 구의 형상을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미리 결정된 영역(386)은 EM 센서(204)의 위치가 증가된 정확도로 결정될 수 있는 작업 체적(306)의 일부분을 나타낼 수 있고, 이와 같이, EM 센서(204)가 미리 결정된 영역(386) 내에 있도록 EM 센서(204)에 대해 EM 필드 발생기(302)를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미리 결정된 영역(386)은 작업 체적(306)의 전체를 포함할 수 있다.
도 31a는, EM 센서(204)가 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되도록 EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정하기 전, 제1 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, EM 센서(204)는 EM 필드의 작업 체적(306) 내에 위치되지만, 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되지 않는다. EM 센서(204)가 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되도록 작업 체적(306)을 위치시키기 위해, EM 필드 발생기(302)는, 이것이 부착된 로봇 아암(212)을 사용하여, 예시된 화살표 방향으로 움직여질 수 있다. 이러한 모션은 작업 체적(306) 및 미리 결정된 영역(386)의 대응되는 움직임을 야기한다. 도 31b는, EM 센서(204)가 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되도록 EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정한 후, 제2 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, EM 필드 발생기(302)는, EM 센서(204)가 이제 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되도록, 로봇 아암(212)을 사용하여 움직여졌다. 이전과 마찬가지로, 위에서 설명된 정합은, 모든 위치가 단일 공간에 표시될 수 있도록, 아암의 기구학에 기초하여 EM 좌표 프레임 내의 포인트들을 로봇 좌표 프레임 내의 대응되는 포인트들에 매핑할 수 있다.
도 31a 내지 도 31b 및 도 32a 내지 도 32b의 실시예들은 EM 센서(204)에 대한 EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정하는 것을 관여시킨다. 일부 실시형태에서, 시스템은, 추가적으로 또는 대안적으로, EM 필드 내의 EM 센서(204)의 배향을 결정할 수 있고, EM 센서(204)의 결정된 배향에 기초하여 제1 로봇 아암(212)의 움직임을 커맨드함으로써 EM 필드 발생기(302)의 배향 및 위치 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 특정 경우에, EM 센서(204)의 위치가 작업 체적(306) 내에서 결정될 수 있는 정확도는 EM 필드 발생기(302)에 대한 EM 센서(204)의 배향에 의해 좌우되거나 영향을 받을 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 프로세서(380)는, EM 필드 내의 EM 센서(204)의 결정된 위치의 정확도를 증가시키기 위해 EM 센서의 결정된 배향에 기초하여 EM 필드 발생기의 배향 및 위치 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된다. 이것은, 예를 들어, EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암(212)을 사용하여 EM 센서(204)에 대해 EM 필드 발생기(302)의 피치, 요 및/또는 롤을 조정하는 것을 관여시킬 수 있다.
상술된 바와 같이, 도 31a 내지 도 31b 및 도 32a 내지 도 32b의 실시예들은 일반적으로, 절차를 위해 EM 필드 발생기(302)를 설치하기 위해 EM 센서(204)의 결정된 위치에 대한 EM 필드 발생기(302)의 위치를 결정하는 것에 관한 것이었다. 이러한 설치는, EM 필드 발생기(302)의 위치가 로봇적으로 조정될 수 있도록, 이를 로봇 아암(212)에 장착함으로써 용이해진다. EM 필드 발생기(302)의 위치의 로봇식 조정은 또한, 절차 중에 하나 이상의 EM 센서(204)가 움직일 때 발생될 수 있는 기구 추적을 용이하게 한다. 전술된 바와 같이, 하나 이상의 EM 센서(204)는 절차 중에 움직여지는 의료 도구 또는 기구 상에 위치될 수 있다. EM 센서(204)는 이러한 도구의 움직임의 추적을 허용할 수 있다. 다음의 실시예에서 설명되는 바와 같이, EM 센서(204)의 움직임이 검출됨에 따라, EM 필드 발생기(302)를 위한 새로운 위치가 결정될 수 있고, EM 필드 발생기(302)는 자신이 부착된 로봇 아암(212)을 사용하여 움직여질 수 있다.
도 32a 및 도 32b는, EM 센서(204)의 움직임의 경로(388)를 추적하는 경로(390)를 따라서 로봇 아암(212)으로 EM 필드 발생기(302)를 움직이는 실시예를 예시하는 사시도이다. 이러한 방식으로, 필드 발생기(302)의 경로(390)는 EM 센서(204)의 경로(388)를 추적하거나, 추종하거나, 반영(mirror)한다. 도 32a 및 도 32b의 실시예에서, 시스템은, EM 센서(204)가 경로(388)를 따라 움직여짐에 따라, EM 센서(204)가 미리 결정된 위치(384)(예시된 실시예에서, 작업 체적(306)의 중심)에 위치된 상태로 유지되도록, EM 필드 발생기(302)의 위치를 유지하도록 구성된다.
의료 절차 동안, 의료 기구(도 23 및 도 29의 의료 기구(214)와 같은)는 의료 기구 상에 배치된 EM 센서(204)를 포함하며, 환자의 해부학적 구조를 통해 내비게이션될 수 있다. EM 센서(204)(및 대응되는 기구(214))의 이러한 모션은 경로(388)에 의해서 표현된다. 도 32a는 경로(388)를 따라 제1 위치에 위치된 EM 센서(204)를 구비하는 시스템을 예시한다. EM 필드 발생기(302)가 정지 상태로 유지되는 동안 EM 센서(204)가 경로(388)를 따라 계속 가는 경우, EM 센서(204)는 더 이상 작업 체적(306) 내의 미리 결정된 위치(384)에 위치되지 않을 것이다. EM 센서(204)를 작업 체적(306) 내의 미리 결정된 위치(384)에 유지하기 위해, EM 필드 발생기(302)는 대응되는 경로(390)를 따라 움직여져야 한다. 이러한 방식으로, EM 필드 발생기(302)는 EM 센서(204)의 움직임을 추적하거나 추종한다. 도 32b는 EM 센서(204)의 경로(388)를 따른 EM 센서의 움직임 후의 시스템을 예시한다. EM 필드 발생기(302)가 또한 대응되는 경로(390)를 따라 움직였기 때문에, EM 센서(204)는 작업 체적(306) 내의 미리 결정된 위치(384)에 위치된 상태로 남아 있다. 이것은 EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암(212)과 함께 EM 필드 발생기를 움직임으로써 가능해진다.
일부 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)에 의한 EM 센서(204)의 추적은 직접적인 대응 관계를 가질 필요는 없다. 예를 들어, EM 필드 발생기(302)의 경로(390)는 EM 센서(204)의 경로(388)에 직접적으로 대응될 필요는 없다. 도 33a 내지 도 33d는 일 실시예를 예시한다.
도 33a 내지 도 33d는 경로(388)를 따라 움직이는 EM 센서(204)가 작업 체적(306)의 미리 결정된 영역(386) 내에 위치된 상태로 유지되도록 로봇 아암(212)으로 EM 필드 발생기(302)를 움직이는 예를 예시하는 사시도이다. 도시되는 바와 같이, 이 실시예에서, EM 필드 발생기(302)는 EM 센서(204)의 움직임을 추적하지만, EM 센서(204)의 경로(388)에 직접적으로 대응되는 경로를 따라 움직여지지 않는다. 이 실시예에서, 시스템은, EM 센서(204)가 작업 체적(306)의 미리 결정된 영역(386)의 경계 또는 외부로 움직여질 때 EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(380)는, EM 센서(204)가 EM 필드의 작업 체적(306)의 미리 결정된 영역(386) 내에 위치된 상태로 남아 있도록, EM 센서(204)를 포함하는 의료 기구(214)의 움직임 동안에 제1 로봇 아암(212)으로 EM 필드 발생기(302)의 움직임을 커맨드하게끔 구성될 수 있다.
도 33a는 제1 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, EM 센서(204)는 작업 체적(306)의 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되고, 경로(388)를 따라 이동된다. 도 33b는 제2 상태의 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, EM 센서(204)는 경로(204)를 따라 계속 가지만, 여전히 미리 결정된 영역(386) 내에 위치된다. EM 센서(204)가 여전히 미리 결정된 영역(386) 내에 위치되기 때문에, EM 필드 발생기(302)는 아직 움직여지지 않았다. 도 33c는, EM 센서(204)가 미리 결정된 영역(386)의 가장자리 또는 경계에 도달된 제3 상태를 예시한다. EM 필드 발생기(302)가 정지 상태를 유지하는 동안 EM 센서(204)가 경로(388)를 따라 계속 가는 경우, EM 센서(204)는 미리 결정된 영역(386) 외부로 움직일 것이다. 미리 결정된 영역(386) 내에 EM 센서(204)를 유지하기 위해, EM 필드 발생기(302)는 예시된 화살표의 방향으로 움직여져야 한다. 이러한 움직임은, 예를 들어, 프로세서(380)에 의해서 결정될 수 있으며, 프로세서는 EM 필드 발생기(302)를 움직이도록 로봇 아암(212)에 커맨드할 수 있다. 도 33d는, EM 필드 발생기(302)가 움직여진 후, 제4 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, 움직임은, EM 센서(204)가 경로(388)를 따라 계속 가는 경우에도, EM 센서(204)가 미리 결정된 영역(386) 내에 다시 한 번 위치되도록, EM 필드 발생기(302)를 재위치시킬 수 있다. 이런 방식으로, EM 필드 발생기(302)는, EM 필드 발생기(302)의 움직임이 도 32a 및 도 32b의 실시예에서와 같이 EM 센서(204)의 움직임에 직접적으로 대응되지 않더라도, EM 센서(204)의 움직임을 추적하거나 추종하도록 다시 한 번 움직여진다.
도 34는 EM 필드 내의 EM 센서의 결정된 위치에 기초하여 로봇 아암에 결합된 EM 필드 발생기를 움직이기 위한 예시적인 방법(400)을 제공하는 흐름도이다. 방법(400)은, 예를 들어, 필드 발생기 설치 및 기구 추적을 제공하도록 프로세서(380)에 의해 실행될 수 있다. 방법(400)은 블록 401에서 시작되며, 이는 제1 로봇 아암에 결합된 EM 필드 발생기에 의해서 생성된 EM 필드의 작업 체적 내의 의료 기구의 EM 센서의 위치를 결정하는 단계를 관여시킨다. EM 센서의 위치는 EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임에 대해 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 센서의 위치는, 상술된 바와 같이 로봇 아암의 기구학에 기초하여 결정된 정합을 적용함으로써 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임에 대해 추가로 결정될 수 있다.
방법(400)은 블록 403을 포함하며, 여기에서 의료 기구가 움직여진다. 의료 기구의 움직임은 이의 위에 위치된 EM 센서의 대응되는 움직임을 야기한다. 일부 실시형태에서, 의료 기구는 수동으로 제어되는 기구를 포함하고, 의료 기구의 움직임은 수동으로 달성된다. 다른 실시형태에서, 의료 기구는 로봇으로 제어가능한 기구를 포함한다. 예를 들어, 의료 기구는 제2 로봇 아암에 결합될 수 있고, 의료 기구를 움직이는 단계는 제2 로봇 아암으로 기구를 움직이는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 로봇 아암으로 기구를 움직이는 단계는 제2 로봇 아암을 관절운동시키는 단계를 포함한다. 의료 기구는 기구 구동 메커니즘에 결합될 수 있고, 제2 로봇 아암으로 의료 기구를 움직이는 단계는 기구 구동 메커니즘으로 의료 기구를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 기구의 움직임은, 기구에 부착된 EM 센서의 위치가 움직였다고 판단함으로써 검출될 수 있다.
방법(400)은 블록 405를 포함하며, 이는, 의료 기구의 움직임에 응답하여, EM 센서가 EM 필드 발생기의 작업 체적 내에 위치된 상태로 남아 있게끔 EM 필드 발생기를 움직이도록 제1 로봇 아암에게 커맨드하는 단계를 관여시킨다. 예를 들어, 의료 기구의 움직임이 EM 센서를 작업 체적 외부로 움직이는 경우, EM 필드 발생기는 EM 필드의 작업 체적 내에 EM 센서를 유지하기 위해 제1 로봇 아암을 사용하여 재위치될 수 있다.
일부 실시형태에서, EM 필드 발생기를 움직이도록 제1 로봇 아암에게 커맨드하는 단계는 EM 필드 발생기로 하여금 의료 기구의 움직임을 추적하게 한다. 예를 들어, EM 필드 발생기를 움직이도록 제1 로봇 아암에게 커맨드하는 단계는, EM 센서가 도 31a 내지 도 31b 및 도 33a 내지 도 33d의 실시예들에 도시된 바와 같이 EM 필드의 작업 체적의 미리 결정된 영역 내에 위치되거나 위치된 상태로 남아 있도록, EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, EM 필드 발생기를 움직이도록 제1 로봇 아암에게 커맨드하는 단계는, EM 센서가 도 30a 내지 도 30b 및 도 32a 내지 도 32b의 실시예들에 도시된 바와 같이 EM 필드의 작업 체적 내의 미리 결정된 위치에 있거나 위치된 상태로 남아 있도록, EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법(400)은 EM 필드 내의 EM 센서의 배향을 결정하는 단계, 및 EM 센서의 결정된 배향에 기초하여 제1 로봇 아암의 움직임을 커맨드함으로써 EM 필드 발생기의 배향 및 위치 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, EM 필드의 배향 및 위치 중 적어도 하나를 조정하는 단계는 EM 필드의 작업 체적 내의 EM 센서의 결정된 위치의 정확도를 증가시킬 수 있다.
추가로, 방법(400)은, EM 센서를 계속해서 추적하고 이에 따라 EM 필드 발생기의 위치를 조정하기 위해 파선(407)으로 표시된 루프로서 수행될 수 있다. 즉, 복수의 이산적인 시간 단계에서, EM 센서의 위치는 결정될 수 있고, 새롭게 결정된 각각의 위치에 기초하여 EM 필드 발생기가 재조정될 수 있다.
위에서 제공된 실시예들은, 도 23 및 도 29에 도시된 시스템(300)과 같은 로봇 시스템이 하나의 EM 센서(204)에 대해 EM 필드 발생기(302)를 설치하기 위해 그리고/또는 하나의 EM 센서(204)의 움직임을 추적하기 위해 로봇 아암(312)을 사용하여 EM 필드 발생기(302)를 움직이도록 구성될 수 있다는 것을 보여주었다. 그러나, 시스템(300)은 하나의 EM 센서(204)를 갖는 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 프로세서(380)는 EM 필드 내의 복수의 EM 센서들(204)의 위치를 결정하도록, 복수의 EM 센서들(204)의 결정된 위치들에 기초하여 EM 필드 발생기(302)를 위한 발생기 위치를 결정하도록, 그리고 EM 필드 발생기(302)를 이 발생기 위치로 움직이도록 제1 로봇 아암(212)에 커맨드하도록 구성될 수 있다. 즉, 시스템(300)은 복수의 EM 센서들(204)에 기초한 EM 필드 발생기 설치 및 추적을 위해 구성될 수 있다. 복수의 EM 센서들(204)에 기초하는 실시예들이 도 35a 내지 도 37과 관련하여 제공된다.
도 35a 및 도 35b는 EM 필드 내의 복수의 EM 센서들(204)의 결정된 위치들에 기초하여 로봇 아암(212)을 사용하여 EM 필드 발생기(302)를 필드 발생기 위치로 움직이는 일 실시예를 예시하는 사시도이다. 이전의 실시예들과 유사한 일부 방식으로, 이것은 필드 발생기 설치 중에 발생될 수 있고, 유리하게는 복수의 EM 센서들(204)에 대해 EM 필드 발생기(302)를 위치시키는 데 사용될 수 있다.
도 35a는 제1 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, 제1 상태에서, 복수의 EM 센서들(204)은 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 위치된다. 그러나, 예시된 바와 같이, 복수의 EM 센서들(204)은 작업 체적(306) 내 중심에 있지 않다. 복수의 EM 센서들(204)을 작업 체적(306) 내 중심에 두기 위해, 필드 발생기 위치(392)가 결정될 수 있다. 필드 발생기 위치(392)는, 복수의 EM 센서들(204)을 작업 체적 내 중심에 두도록 EM 필드 발생기(302)가 움직여질 수 있는 위치를 나타낼 수 있다. 예시된 실시형태에서, 발생기 위치(392)는 x로 표현된다. EM 필드 발생기(302)는 도시된 화살표의 방향으로 움직여져야 하며, 작업 체적(306)의 대응되는 움직임이 발생기 위치(392)에 도달되게 한다.
발생기 위치(392)는 복수의 EM 센서들(302)의 결정된 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(380)는 복수의 EM 센서들(204)에 대한 결정된 위치들의 도심을 결정하는 단계에 기초하여 발생기 위치(392)를 결정하도록 구성된다. 발생기 위치(392)는 다음으로, 복수의 EM 센서들(204)의 위치들의 도심이 작업 체적(306) 내의 미리 결정된 위치(예컨대, 중앙 또는 기타 원하는 위치)에 위치되도록 EM 필드 발생기(302)가 움직여져야 하는 위치를 찾음으로써 결정될 수 있다. 이전과 같이, 복수의 EM 센서들의 결정된 위치들은 EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암(212)의 기구학에 기초하여 이전에 설명된 정합을 사용하여 로봇 좌표 프레임 안으로 매핑될 수 있다.
도 35b는 EM 필드 발생기(302)의 위치를 발생기 위치(392)로 조정한 후, 제2 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, 복수의 EM 센서들(204)은 이제 작업 체적(206)의 중심에 더 가깝게 위치된다. 따라서, 시스템은 복수의 EM 센서들(204)에 대한 EM 필드 발생기(302)의 설치 및 위치설정을 용이하게 할 수 있다. 이 실시예는 복수의 EM 센서들(204)을 작업 체적(306) 내에서 "센터링"하는 것을 설명했지만, 발생기 위치(392)는 작업 체적(306) 내의 다른 위치들에 복수의 EM 센서들을 위치시키도록 결정될 수 있다.
도 36a, 도 36b 및 도 36c는 작업 체적(306) 내의 복수의 EM 센서들(204)의 결정된 위치에 기초하여 로봇 아암(212)을 사용하여 EM 필드 발생기(302)의 필드 발생기 위치(392)를 재조정하는 실시예를 예시하는 사시도이며, 여기서 복수의 EM 센서들(204) 중 적어도 하나는 움직이고 있다. 예를 들어, 프로세서(380)는 EM 센서들(204) 중 적어도 하나의 움직임을 검출하도록, 검출된 움직임에 기초하여 EM 필드 발생기(302)를 위한 새로운 발생기 위치(392)를 결정하도록, 그리고 EM 필드 발생기(302)를 새로운 발생기 위치(392)로 움직이게끔 제1 로봇 아암(212)에 커맨드하도록 구성될 수 있다.
도 36a에 도시된 바와 같이, EM 센서들(204) 중 하나는 경로(388)를 따라 움직이고 있다. 이러한 움직임에 기초하여 필드 발생기(302)의 위치를 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 조정되지 않는 경우, EM 센서(204)는 경로를 따라 작업 체적(306) 외부에 있는 위치로 움직여질 수 있으며, 이 위치에서 EM 센서(204)의 추적이 상실될 수 있다.
따라서, 도 36b에 도시된 바와 같이, 새로운 필드 발생기 위치(392)는 복수의 EM 센서들(204)의 위치들에 기초하여, 그리고 경로(388)를 따른 하나의 EM 센서(204)의 움직임을 고려하여, 결정될 수 있다. 새로운 필드 발생기 위치(392)는, 예를 들어, 복수의 EM 센서들(204)의 위치들의 현재 도심에 기초할 수 있다. 도시된 바와 같이, EM 필드 발생기(302)는 새로운 발생기 위치(392)에 도달되기 위해 예시된 화살표 방향으로 움직여질 필요가 있을 것이다. 도 36c는 새로운 필드 발생기 위치(392)로의 움직임 후의 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, 복수의 EM 센서들(204)의 위치들은 이제 작업 체적(306) 내에서 다시 중심에 놓인다. 이것은 유리하게, 복수의 EM 센서들(204)의 위치들이 서로 멀어지게 움직이더라도 가능한 한 오랫동안 작업 체적(306) 내에 위치된 상태로 남아 있도록, 작업 체적(306)의 위치를 최적화하기 위해 EM 필드 발생기(302)의 위치가 지속적으로 조정되는 것을 허용할 수 있다.
도 37은, EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 결정된 위치들에 기초하여 로봇 아암에 장착된 EM 필드 발생기를 위한 필드 발생기 위치를 결정하기 위한 예시적인 방법(410)을 예시하는 흐름도이다. 방법(410)은 블록 411에서 시작되며, 이는 제1 로봇 아암에 결합된 EM 필드 발생기로 EM 필드를 생성하는 단계를 관여시킨다.
방법(410)의 블록 413에서, 실시형태는 EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 위치들을 결정할 수 있다. 이것은, EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임에 대한 EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 위치들을 결정함으로써, 로봇 좌표 프레임 내의 EM 필드 발생기의 위치를 결정하는 것에 기초하여 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임과 EM 좌표 프레임 사이의 정합을 결정함으로써, 그리고 정합에 기초하여, 로봇 좌표 프레임에서 복수의 EM 센서들의 위치들을 결정함으로써 달성될 수 있다. 로봇 좌표 프레임 내의 EM 필드 발생기의 위치의 결정은 제1 로봇 아암의 기구학에 기초할 수 있다.
블록 415에서, 방법(410)은 복수의 EM 센서들의 결정된 위치들에 기초하여 EM 필드 발생기를 위한 발생기 위치를 결정하는 단계를 관여시킨다. 발생기 위치를 결정하는 단계는 복수의 EM 센서들(204)의 위치들의 도심을 결정하는 단계에 기초할 수 있다. EM 필드 발생기 위치는, EM 필드의 작업 체적 내에 복수의 EM 센서들을 바람직하게 위치시킬, 그리고 EM 필드 발생기가 움직여 갈 수 있는 위치일 수 있다.
블록 417은 EM 필드 발생기를 발생기 위치로 움직이도록 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 시스템은 제1 로봇 아암을 사용하여 EM 필드 발생기를 발생기 위치로 움직일 수 있다. EM 필드 발생기가 움직여짐에 따라, 작업 체적의 위치가 EM 센서들의 위치들에 대해 재위치된다.
파선(419)으로 예시된 바와 같이, 방법(410)은 도 36a 내지 도 36c를 참조하여 상술된 바와 같이 EM 필드 발생기의 위치를 계속적으로 조정하기 위한 루프로서 수행될 수 있다. 예를 들어, 방법(410)은 또한, 복수의 EM 센서들 중 적어도 하나의 움직임을 검출하는 단계, 검출된 움직임에 기초하여 EM 필드 발생기를 위한 새로운 발생기 위치를 결정하는 단계, 및 EM 필드 발생기를 새로운 발생기 위치로 움직이도록 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계를 포함할 수 있다.
ii. 확장된 작업 체적으로 필드 발생기 설정 및 기구 추적
이전 섹션에서는, 필드 발생기 설치 및 기구 추적을 용이하게 하기 위해 시스템의 로봇 아암과 함께 움직여질 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함한 로봇 의료 시스템이 논의되었다. 일부 실시예에서, 예를 들어, EM 필드 발생기에 의해 생성된 EM 필드의 작업 체적 내에 움직이는 EM 센서를 유지하도록, EM 센서를 추적하기 위해 EM 필드 발생기가 로봇 아암으로 움직여질 수 있다는 것이 예시되었습니다. EM 필드 발생기 및 이에 대응되게 EM 필드의 작업 체적을 움직이게 함으로써, 본원에 설명된 시스템은 "확장된" 작업 체적을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 즉, EM 필드 발생기와 작동 체적을 재위치시킴으로써, 고정식 필드 발생기의 작동 체적보다 더 큰 영역에 걸쳐서 EM 센서들의 위치들이 검출되고 결정될 수 있다.
이 섹션은, 로봇 아암으로 EM 필드 발생기를 움직임으로써 EM 필드 발생기의 작업 체적을 "확장"하는 개념에 대해 자세히 설명하는 추가적인 실시예를 제공한다. 특히, 실시예는, 무엇보다도, EM 필드 발생기의 작업 체적 내에 동시에 피팅(fit)하기에는 너무 멀리 이격된 EM 센서들이, EM 필드 발생기를 움직임으로써, EM 센서들의 위치들을 검출함으로써, 그리고 EM 센서들의 검출된 위치들을 로봇 좌표 프레임에 매핑함으로써 추적될 수 있는 방법을 보여준다. 이것은 EM 센서들이 고정 작업 체적 외부로 움직여지면 이들의 "추적을 상실"할 수 있는 고정 필드 발생기를 활용하는 이전 시스템에 비해 상당한 이점을 제공한다. 그러나 도 23 및 도 29의 예시적인 시스템(300)을 참조한 본 섹션의 실시예는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 포함하는 다른 시스템으로도 구현될 수 있다.
시스템(300)이 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306)을 확장하는 방법을 보여주기 위해 상이한 단계에서 시스템(300)을 예시하는 도 38a 내지 도 38c를 참조하여 제1 실시예가 이제 설명될 것이다. 제1 단계에 있는 시스템의 일부 구성요소를 예시하는 도 38a에 도시된 바와 같이, 시스템은, EM 센서(204)의 위치가 전술된 바와 같이 EM 좌표 프레임(308)에 대해 결정될 수 있는 작업 체적(306)을 갖는 EM 필드를 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기(302)를 포함한다. EM 필드 발생기(302)는, EM 필드 발생기(302)의 위치를 조정하도록 움직이게끔 구성된 로봇 아암(212)에 결합된다. 로봇 아암(212)이 EM 필드 발생기(302)를 움직임에 따라, EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306)의 위치도 움직여진다.
도 38a는 또한 2개의 EM 센서(204A 및 204B)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 제1 단계에서, 2개의 EM 센서(204A, 204B) 중 어느 것도 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 위치되지 않고, 따라서 EM 센서들(204A, 204B)의 위치들은 제1 단계에서 결정가능하지 않다. 또한, 2개의 EM 센서(204A, 204B)는, 둘 다 동시에 작업 체적(306) 내에 위치될 수 없도록, 충분히 멀리 떨어져 위치된다. 따라서, 도 38b 및 도 38c에 도시되는 바와 같이, EM 센서들(204A, 204B)의 위치들을 추적하기 위해, EM 필드 발생기(302)는, 로봇 아암(212)을 사용하여, EM 필드 발생기의 작업 체적(306)을 "확장"하도록 각각의 EM 센서(204A, 204B)가 결정되고 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 매핑될 수 있는 상이한 위치로 움직여질 수 있다.
예를 들어, EM 필드 발생기(302), 및 EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암(212)과 통신하는 시스템(300)의 프로세서(380)는 EM 필드 발생기(302)를, EM 센서(204)가 작업 체적(306) 내에 위치되는 제1 위치로 움직이도록 구성될 수 있다. 제1 위치에 있는 EM 필드 발생기(302)로, 프로세서(380)는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 작업 체적(306) 내의 제1 EM 센서(204A)의 위치를 결정할 수 있고, 제1 위치에 있는 EM 필드 발생기(302)를 구비하는 로봇 아암의 기구학에 기초하여 제1 EM 센서(204A)의 위치를 로봇 좌표 프레임(216)으로 매핑할 수 있다. 다음으로, 프로세서(380)는 로봇 아암(212)이 EM 필드 발생기(302)를, 제2 EM 센서(204B)가 작업 체적 내에 위치되는 제2 위치로 움직이게 할 수 있다. 그리고, 제2 위치에 있는 EM 필드 발생기(302)로, 프로세서(380)는 EM 좌표 프레임(308)에 대한 작업 체적(306) 내의 제2 EM 센서(204B)의 위치를 결정할 수 있고, 제2 위치에 있는 EM 필드 발생기(302)를 구비하는 로봇 아암(212)의 기구학에 기초하여 제2 EM 센서(204B)의 위치를 로봇 좌표 프레임(216)으로 매핑할 수 있다. 이러한 방식으로, 두 EM 센서(204A, 204B)의 위치들은 로봇 좌표 프레임(216) 내에 제시될 수 있다.
도 38b는 예시적인 제2 단계에 있는 시스템을 예시하며, 여기서 EM 필드 발생기(302)는 로봇 아암(212)에 의해, 제1 EM 센서(204A)가 작업 체적(306) 내에 위치되는 제1 위치로 움직여졌다. 이 위치에 있는 EM 필드 발생기(302)로, EM 센서(204A)의 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 결정될 수 있고, 이 위치는 다음으로 전술된 로봇 아암(212)의 기구학에 기초한 정합을 사용하여 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑될 수 있다. 도 38b에서, EM 센서(204A)는, 이의 위치가 초기에 EM 좌표 프레임(308)에서 결정되지만, 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑되었다는 것을 나타내기 위해 검은색으로 음영처리되었다.
도 38c는 예시적인 제3 단계에 있는 시스템을 예시하며, 여기서 EM 필드 발생기(302)는 로봇 아암(212)에 의해, 제2 EM 센서(204B)가 작업 체적(306) 내에 위치되는 제2 위치로 움직여졌다. 이 위치에 있는 EM 필드 발생기(302)로, EM 센서(204B)의 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 결정될 수 있고, 이 위치는 다음으로 전술된 로봇 아암(212)의 기구학에 기초한 정합을 사용하여 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑될 수 있다. 이전과 같이, EM 센서(204B)는, 이의 위치가 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑되었다는 것을 나타내기 위해 검은색으로 음영처리되었다. EM 센서(204A)는 또한, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 위치를 나타내기 위해 여전히 검은색으로 음영처리되어 있다.
도 38c를 고려하면, EM 센서들(204A, 204B)이 충분히 멀리 떨어져 있어 둘 다 동시에 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 피팅될 수 없더라도, 두 EM 센서(204A, 204B)의 위치들이 로봇 좌표 프레임(216) 내에 동시에 또는 실질적으로 동시에 표현될 수 있다는 것을 알 수 있다. 일부 실시형태에서, 프로세서(380)는, 제1 및 제2 EM 센서(204A, 204B)의 위치들을 빈번하게 업데이트하고(예컨대, 약 40 ㎐ 또는 더 작거나 더 큰 시간 단계에서) 추적하기 위해 제1 위치와 제2 위치 사이에서 EM 필드 발생기(302)를 앞뒤로 움직이도록 추가로 구성된다.
또한, 도 38a 내지 도 38c를 참조하여 설명된 실시예는 제1 위치(도 38b) 및 제2 위치(도 38c)에 있는 EM 필드 발생기(302)를 간단하게 설명하는 것으로 제시되었다. 실제로, 시스템은 연속적으로 또는 거의 연속적으로 EM 필드 내에 위치된 임의의 EM 센서들(204)을 검출하고, 해당 위치들을 로봇 좌표 프레임(216)으로 매핑하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(380)는 로봇 아암(212)을 사용하여 EM 필드 발생기(302)를 움직이도록 구성될 수 있고, EM 센서가 작업 체적(306) 내에서 검출된 때, 프로세서(380)는 (i) EM 좌표 프레임(308)에 대한 작업 체적(306) 내의 EM 센서(204)의 위치를 결정하도록, 그리고 (ii) EM 센서(204)의 위치를 제1 로봇 아암(212)의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 매핑하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, EM 센서들(204)의 초기 위치들이 알려지지 않을 수 있다. EM 센서들(204)을 측위(locate)하기 위해, 시스템은, 로봇 아암(212)을 사용하여 EM 필드 발생기(302)를 탐색 경로 또는 궤적을 따라(예컨대, 미리 결정된 경로/패턴 또는 동작 범위를 따라) 움직이도록 구성될 수 있다. 탐색 경로는 치료 체적 내에 EM 센서들을 위치시키기 위해 작업 체적(306)보다 더 큰 치료 체적을 통해 작업 체적(306)을 스윕(sweep)하도록 구성될 수 있다. 치료 체적을 통해 스윕함으로써, 치료 체적 내의 임의의 EM 센서들(204)의 초기 위치들이 결정될 수 있다.
도 39a 내지 도 39d는, EM 센서들(204)의 위치들을 검출하기 위해 탐색 경로(510)를 따라 로봇 아암(212)으로 움직여질 수 있는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기(302)를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 도 39a의 실시예에서, 2개의 EM 센서(204A, 204B)의 초기 위치들은 알려져 있지 않다. EM 센서들(204A, 204B)의 위치들을 식별하기 위한 노력으로, 도 39a는 EM 필드 발생기(302)가 로봇 아암(212)을 사용하여 움직여질 예시적인 탐색 경로(510)를 예시한다. 예시된 실시형태에서, 탐색 경로(510)는, EM 센서(204)가 예상되는 치료 체적 또는 치료 부위를 가로질러 작업 체적(306)을 스윕하도록 구성된 일반적으로 사인파 경로를 포함한다. 도 39a에 예시된 탐색 경로(510)는 예시로서 제공되고, 상이한 형상을 포함하는 임의의 수의 경로들이 가능하다.
도 39b는, EM 필드 발생기(302)가 탐색 경로(510)를 따라 움직여지는, 제2 단계에서의 시스템을 예시한다. 도 39b에 예시된 제2 단계에서, 제1 EM 센서(204A)는 이제 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 위치되고 검출 가능하다. EM 센서(204A)의 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 결정될 수 있고, 이 위치는 다음으로 전술된 로봇 아암(212)의 기구학에 기초한 정합을 사용하여 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑될 수 있다. 도 39b에서, EM 센서(204A)는, 이의 위치가 초기에 EM 좌표 프레임(308)에서 결정되지만, 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑되었다는 것을 나타내기 위해 검은색으로 음영처리되었다. EM 필드 발생기(302)는 탐색 경로(510)를 따라 계속 갈 수 있다.
도 39c는, EM 필드 발생기(302)가 탐색 경로(510)를 따라 더욱 추가로 움직여지는, 제3 단계에서의 시스템을 예시한다. 도 39c에 예시된 제3 단계에서, 제2 EM 센서(204B)는 이제 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적(306) 내에 위치되고 검출 가능하다. EM 센서(204B)의 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 결정될 수 있고, 이 위치는 다음으로 전술된 로봇 아암(212)의 기구학에 기초한 정합을 사용하여 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑될 수 있다. 도 39b에서, EM 센서(204B)는, 이것이 로봇 좌표 프레임(216)에 매핑되었다는 것을 나타내기 위해 검은색으로 음영처리되었다. EM 필드 발생기(302)는 탐색 경로(510)를 따라 계속 갈 수 있다. EM 센서(204A)의 위치는 또한, 로봇 좌표 프레임에 매핑된 위치를 나타내기 위해 검은색으로 음영처리되어 도시된다.
도 39d는, EM 필드 발생기(302)가 탐색 경로(510)를 완료한 제4 단계에 있는 시스템을 예시한다. 도시된 바와 같이, 모든 EM 센서들(204)(예시된 실시예에서, EM 센서들(204A, 204B))의 위치들이 식별되었고, 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 매핑되었다. 일부 실시형태에서, 시스템은 EM 센서들(204)의 위치들을 식별하기 위해 절차의 시작에서 탐색 경로(510)를 추종하도록 구성된다. 탐색 경로(510)는 임의의 새로운 EM 센서(204)가 도입되었는지 여부를 결정하기 위해 주기적으로 반복될 수 있다.
일부 실시형태에서, EM 센서들(204)의 초기 위치들은 다른 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들어, EM 센서(204)가 로봇으로 제어가능한 기구 상에 포함된 때, 시스템은 로봇의 기구학에 기초하여 EM 센서(204)의 초기 위치를 추정하거나 결정할 수 있다. 시스템의 로봇 구성요소에 결합되지 않은 EM 센서(204)의 경우, 일부 실시형태에서, 사용자는 EM 센서(204)의 초기 위치를 시스템에 표시하거나 입력할 수 있다(예컨대, 사용자 입력 장치, 제어기, 그래픽 사용자 인터페이스 등을 통해). 예를 들어, 호흡을 추적하기 위해 환자의 가슴에 배치된 EM 패치 센서의 경우, EM 패치 센서를 배치하는 사용자는 패치 센서가 배치된 위치를 시스템에 나타낼 수 있다.
전술된 바와 같이, 일부 예에서, 로봇 좌표 프레임(216) 안으로의 EM 센서(204)의 매핑된 위치가 센서의 라이브(live) 위치를 나타내지 않을 수 있다. 따라서, EM 센서의 초기 위치가 결정된 후, 시스템은 EM 센서(204)의 위치를 계속 추적하기 위해 EM 필드 발생기(302)가 움직여질 수 있는 새로운 추적 경로를 결정할 수 있다. 추적 경로는, 예를 들어, 탐색 경로보다 더 짧을 수 있으며, 이는 EM 센서(204) 위치의 더 빠른 또는 더 빈번한 재매핑을 허용할 수 있다. 일 실시예가 도 40a 내지 도 40d를 참조하여 설명된다.
도 40a 내지 도 40d는 도 39a 내지 도 39d의 실시예를 계속하고, EM 필드 발생기(302)에 대한 예시적인 추적 경로(512)를 추가로 예시한다. 추적 경로(512)는 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 센서(204)의 결정된 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 추적 경로(512)는, EM 필드 발생기(302)가 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 센서들(204)의 결정된 위치들 사이에서 앞뒤로 움직여져, 이 위치들이 빈번하게 재매핑되고 빈번하게 업데이트될 수 있도록, 결정될 수 있다. 예를 들어, EM 필드 발생기(302)가 로봇 아암(212)을 사용하여 추적 경로를 따라 움직여짐에 따라, 프로세서(380)는 (i) EM 좌표 프레임(308)에 대한 작업 체적(306) 내의 EM 센서들(204)의 위치들을 재결정하도록, (ii) 로봇 아암(212)의 기구학적 포즈에 기초하여 EM 센서들(204)의 위치들을 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 재매핑하도록, 그리고 (iii) 업데이트된 추적 경로(510)를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 40a에 도시된 바와 같이, 추적 경로(512)는 탐색 경로(510)(도 39a 내지 도 39d)보다 더 짧을 수 있다. 이는 EM 필드 발생기의 불필요한 움직임(공간 내 다른 객체와 충돌을 일으킬 수 있음)을 제한할 수 있고 EM 센서가 작업 체적(306) 내에 위치되지 않는 시간을 제한하므로, 유리할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 추적 경로(512)는, EM 센서들(204A, 204B) 각각이 작업 체적(306) 내에서 검출되고 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 재매핑될 수 있는 위치들 사이에서 EM 필드 발생기(302)를 앞뒤로 움직이는 라인을 포함한다. 추적 경로(512)를 위한 다른 형상이 또한 가능하다.
도 40a는, 제1 EM 센서(204A)가 작업 체적(306) 내에 위치되는 추적 경로(512)의 제1 단부에 위치된 EM 필드 발생기(302)를 예시한다. 이 위치에서, 제1 EM 센서(204A)의 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 검출될 수 있고, 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 재매핑될 수 있다. 도 40b는, 제2 EM 센서(204B)가 작업 체적(306) 내에 위치되는 추적 경로(512)의 제2 단부에 위치된 EM 필드 발생기(302)를 예시한다. 이 위치에서, 제2 EM 센서(204B)의 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 검출될 수 있고, 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 재매핑될 수 있다. 도 40a 및 도 40b에서, EM 센서들(204A, 204B)은 이들의 위치들이 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 매핑되었다는 것을 나타내기 위해 검은색으로 음영처리된다(예를 들어, EM 필드 발생기(302)가 도 39a 내지 도 39d의 이전 실시예에서 설명된 바와 같이 탐색 경로(510)를 따라 움직여짐에 따라 검출될 때).
도 40c는, 로봇 좌표 프레임 안으로의 EM 센서(204A)의 매핑된 위치가 어떻게 라이브가 아닐 수 있는지를 예시한다. 예를 들어, 도 40c에 도시된 바와 같이, 제1 EM 센서(204A)가 작업 체적(306) 내에 위치되지 않도록 EM 필드 발생기(302)가 추적 경로(512)의 제2 단부에 위치되는 동안, 제1 EM 센서(204A)는 EM 센서(204A')로서 표시된 새로운 위치로 움직여질 수 있다. 특히, EM 센서(204A)의 이전 매핑된 위치가 여전히 도시된다(검은색으로 음영처리됨). 이 위치에서, 시스템은 EM 센서(204A)가 EM 센서(204A')의 새로운 위치로 움직였다고 아직 결정하지 않았다. 일부 실시형태에서, 각각의 센서(204)는 시스템이 센서들을 식별하고 구별할 수 있도록 시스템의 전용 포트에 연결된다. 센서들을 구별하기 위한 다른 메커니즘 및 방법이 또한 가능하다.
그러나, 도 40d는, EM 필드 발생기(302)가 추적 경로(512)를 따라 다시 움직여짐에 따라, EM 센서(204A')의 새로운 위치를 검출할 수 있다는 것을 예시한다. 이 위치에서, 제1 EM 센서(204A')의 새로운 위치는 EM 좌표 프레임(308)에 대해 검출될 수 있고, 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 재매핑될 수 있다. EM 센서(204A')의 새로운 위치가 로봇 좌표 프레임(216)에 재매핑되었다는 것을 나타내기 위해, 이것은 도 40d에서 검은색으로 음영처리되었다.
도 40d는 또한, EM 센서(204A')의 새로운 위치에 기초하여 새로운 추적 경로(512')가 결정될 수 있다는 것을 예시한다. 따라서, EM 센서(204)가 움직여짐에 따라, EM 센서(204)의 새로운 위치가 로봇 좌표 프레임(216) 안으로 재매핑될 수 있고, 업데이트된 추적 경로(512')가 결정될 수 있다. 이 프로세스는, 로봇 아암(212)으로 EM 필드 발생기(302)를 움직임으로써, 그리고 로봇 아암(212)의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임 안으로 검출된 EM 센서(204)의 위치를 매핑함으로써 가능해진 확장된 작업 체적 내에서 다양한 EM 센서(204)의 추적을 유익하게 허용하기 위해 절차 전체에 걸쳐 반복될 수 있다.
도 41a는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 작업 체적을 확장하기 위한 예시적인 방법(600)을 예시하는 흐름도이다. 예를 들어, 방법(600)은 도 38a 내지 도 38c를 참조하여 상술된 기능을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 방법(600)은 블록 601에서 시작되며, 여기서 EM 필드 발생기는 제1 위치로 움직여진다. 제1 위치는, EM 필드 발생기의 작업 체적 내에서 EM 센서가 검출되는 위치일 수 있다. EM 필드 발생기는 자신이 부착된 로봇 아암을 사용하여 움직여질 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 필드 발생기를 제1 위치로 움직이는 단계는 탐색 또는 추적 경로를 따라 EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함한다.
방법은 블록 602로 진행된다. 블록 602에서, 제1 EM 센서의 위치는 EM 좌표 프레임에 대해 결정된다. EM 좌표 프레임은 EM 필드 발생기의 EM 필드와 연관된다. 다음으로, 블록 603에서, EM 좌표 프레임 내의 EM 센서의 위치(블록 602에서 결정됨)가 로봇 좌표 프레임에 매핑된다. 로봇 좌표 프레임은, 예를 들어, EM 필드 발생기가 결합된 로봇 아암 및 시스템의 다른 로봇 구성요소와 연관된다. EM 센서의 위치를 로봇 좌표 프레임에 매핑하는 단계는 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초할 수 있으며, 이는 이전에 언급된 바와 같이 EM 필드 발생기가 로봇 아암에 결합되어 있기 때문에 EM 좌표 프레임과 로봇 좌표 프레임 사이의 관계를 확립한다.
다음으로, 방법(600)은 블록 604로 진행될 수 있다. 블록 604에서, EM 필드 발생기는 작업 체적 내에서 제2 EM 센서가 검출되는 제2 위치로 움직여진다. 이전과 마찬가지로, EM 필드 발생기는 자신이 부착된 로봇 아암을 사용하여 제2 위치로 움직여질 수 있다. 블록 605에서, 제2 EM 센서의 위치는 EM 좌표 프레임에 대해 결정될 수 있다. 다음으로, 블록 606에서, EM 좌표 프레임 내의 제2 EM 센서의 위치(블록 605에서 결정됨) 는, 다시 로봇 아암의 기구학에 기초한 정합을 사용하여, 로봇 좌표 프레임에 매핑된다. 마지막으로, 라인(607)은, 방법(600)이 제1 및 제2 EM 센서의 위치들을 로봇 좌표 프레임 안으로 계속해서 재검출하고 재매핑하기 위해서 루프로서 수행될 수 있다는 것을 예시한다.
도 41b는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기의 작업 체적을 확장하기 위한 예시적인 방법(610)을 예시하는 흐름도이다. 방법(610)은 블록 611에서 시작되며, 이는 EM 필드 발생기를 EM 필드 발생기가 부착된 로봇 아암으로 움직이는 단계를 관여시킨다. 블록 612에서, EM 센서가 EM 필드 발생기의 작업 체적 내에서 검출될 때마다, EM 센서의 위치는 EM 좌표 프레임에 대해 결정될 수 있다. 블록 613에서, EM 센서의 위치는 로봇 좌표 프레임에 매핑될 수 있다. 매핑은 이전에 설명된 바와 같이 로봇 아암의 기구학에 기초할 수 있다. 마지막으로, 라인(614)은, 방법(610)이 제1 및 제2 EM 센서의 위치들을 로봇 좌표 프레임 안으로 계속해서 재검출하고 재매핑하기 위해서 루프로서 수행될 수 있다는 것을 예시한다.
iii. 경피적으로 삽입 가능한 기구와 EM 표적의 정렬
로봇으로 제어가능한 EM 필드 발생기(302)는 또한, 신체 안으로 내시경으로 삽입된 다른 도구와 경피적으로 삽입된 도구의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 27b에 도시된 바와 같이, 요관경(502)은 신장 내의 위치로 내시경적으로 안내될 수 있다. 조작자는 다음으로 요관경(502)과 만나도록 니들(또는 다른 기구)을 경피적으로 삽입하기를 원할 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)는 니들(또는 다른 기구)이 삽입될 수 있는 니들 가이드(예를 들어, 채널, 튜브 또는 다른 구조체)를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, EM 필드 발생기(302)는 니들 가이드 등이 전진되고/되거나 위치될 수 있는 공간을 한정할 수 있다. 예를 들어, 니들 가이드는 이를 통해 삽입된 니들에 대해 단지 1 자유도(삽입 및/또는 후퇴)만을 허용하도록 구성될 수 있다. EM 필드 발생기(302)는, 니들이 니들 가이드를 통해 삽입될 때, 이것이 EM 센서(204)를 직접적으로 향해서 가이드되도록, 요관경 상의 EM 센서(204)와 정렬될 수 있다. 이러한 사용 사례 중 하나는, 피부의 니들-천공을 통해 내부 장기 또는 기타 조직에 대해 접근하는 경피적 절차이다. 로봇 엔드 이펙터에 단단히 부착되고 로봇 엔드 이펙터에 대해 알려진 변형(강체 정의)을 갖는 니들은 따라서 환자 신체 내부의 EM 비콘(표적)과 로봇으로 정렬될 수 있다. 다음으로, 니들은, 로봇으로 정렬된 궤적을 따라 피부를 통해 삽입될 수 있다.
도 42a 내지 도 42c는, EM 표적(204A)과 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)의 정렬을 용이하게 하도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기(302)를 구비하는, 도 23 및 도 29의 시스템(300)과 같은, 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)는, 예를 들어, 니들, 액세스 시스(access sheath), 복강경 기구, 또는 다른 유형의 경피적으로 삽입 가능한 기구를 포함할 수 있다. 도 42a 내지 도 42c의 실시예에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)를 신체 안으로 특정 위치에 정확하게 삽입하는 것이 바람직할 수 있다. 경피적 삽입을 용이하게 하기 위해, EM 표적(204A)(EM 센서일 수 있음)은 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)를 위한 원하는 위치에서 신체 내에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)는 또한, 그 위에 위치된 EM 센서(204B)를 포함할 수 있다.
도 42a의 예시된 실시형태에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)는 로봇으로 제어가능한 기구일 수 있다. 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)는 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)를 위치시키고 삽입하도록 구성된 제2 로봇 아암(212B)에 부착된 것으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)는 축(502)을 따라 연장된다. 일반적으로, 축(502)을 따라 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)를 삽입하는 것이 바람직하다. 그러나, 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)를 정확하게 삽입하기 위해서, 축(502)은 EM 표적(204A)과 정렬되어야 한다.
따라서, 시스템의 프로세서(380)는 EM 필드 발생기(302)와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 위치들을, EM 필드 발생기(302)가 부착된 제1 로봇 아암(212A)의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임(216) 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(380)는, 정합에 기초하여, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 표적(204A)의 위치를 결정하도록 추가로 구성될 수 있고, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 표적(204A)의 위치에 기초하여, 프로세서는 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)의 축(502)을 EM 표적과 정렬하기 위해 제2 로봇 아암(212B)을 움직이도록 구성될 수 있다. 마지막으로, 프로세서(380)는, 제2 로봇 아암(212B)을 사용하여 축(502)을 따라 EM 표적(204A)을 향해 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)를 삽입하도록 구성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 정합은 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 필드 발생기(302)의 위치에 기초하여 결정될 수 있고, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 필드 발생기의 위치는 제1 로봇 아암(212A)의 기구학적 포즈에 기초하여 결정될 수 있다. 프로세서(380)는, EM 좌표 프레임(308) 내의 EM 표적(204A)의 위치를 결정함으로써, 그리고, 정합을 사용하여, EM 좌표 프레임(308) 내의 EM 표적(204A)의 위치를 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 표적(204A)의 위치로 매핑함으로써, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 표적(204A)의 위치를 결정하도록 더 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, EM 표적(204A)은, 신체를 통해 내비게이션되는 내시경과 같이, 환자 안으로 삽입을 위해 구성된 다른 로봇 의료 기구 상에 위치된 EM 센서일 수 있다. 이러한 로봇 의료 기구는 로봇 의료 기구를 제어하도록 구성된 제3 로봇 아암에 결합될 수 있다.
도 42a는, 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)의 축(502)이 EM 표적(204A)과 정렬되지 않은 제1 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도 42b는 축(502)의 EM 표적(204A)과의 정렬 후 제2 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도 42c는 제3 상태에 있는 시스템을 예시하며, 경피적으로 삽입 가능한 기구(214)의 축(502)을 따른 삽입 및 EM 표적(204A)과의 만남을 도시한다.
도 43a 및 도 43b는, EM 표적(204A)과 필드 발생기(302) 상에 장착된 기구 가이드(520)의 정렬을 용이하게 하도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기(302)를 구비하는, 도 23 및 도 29의 시스템(300)과 같은 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 기구 가이드(520)는, 경피적으로 삽입 가능한 기구가 환자 안으로 삽입되는 동안 축(522)을 따라 이 가이드를 통해 삽입될 수 있도록 구성될 수 있다. 기구 가이드(520)는, 축(522)이 EM 표적(204)과 정렬될 때 경피적으로 삽입 가능한 기구가 EM 표적(204)을 향해 가이드될 수 있도록, 경피적으로 삽입 가능한 기구의 모션을 단지 축(522)을 따른 모션에 한정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 기구 가이드(520)는 EM 필드 발생기(302)에 제거가능하게 결합된다. 다른 실시형태에서, 기구 가이드(520)는 EM 필드 발생기(302)에 영구적으로 결합되거나 통합될 수 있다. 관련된 양태에서, 기구 가이드(520)가 도 43a 및 도 43b의 실시예와 상이한 형상/곡선 및/또는 길이를 갖도록 구성될 수 있다는 것이 주의된다.
전술된 실시예와 유사하게, 기구 가이드(520)의 축(522)은 EM 표적(204)과 정렬되어 경피적으로 삽입 가능한 기구를 EM 표적(20A)을 향해 가이드할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(380)는 EM 필드 발생기(308)와 연관된 EM 좌표 프레임(308) 내의 위치들을, 제1 로봇 아암(212)의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임(216) 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(380)는 또한, 정합에 기초하여, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 표적(204)의 위치를 결정할 수 있고, 로봇 좌표 프레임(216) 내의 EM 표적(204)의 위치에 기초하여, 프로세서(280)는 기구 가이드(520)의 삽입 축(522)을 EM 표적(204)과 정렬하기 위해 제1 로봇 아암(212)의 움직임을 야기할 수 있다.
도 43a는, 기구 가이드(520)의 축(522)이 EM 표적(204)과 정렬되지 않은 제1 상태에 있는 시스템을 예시한다. 도 43b는 축(522)의 EM 표적(204)과의 정렬 후 제2 상태에 있는 시스템을 예시한다. 제2 상태에 있는 시스템의 경우, 경피적으로 삽입 가능한 기구는 기구 가이드(520)를 통해 축(522)을 따라 EM 표적(204)을 향해 삽입될 수 있다.
시스템은 또한, 경피적으로 삽입 가능한 기구를 포함할 수 있다. 경피적으로 삽입 가능한 기구는, 니들, 액세스 시스(access sheath), 복강경 기구, 또는 또 하나의 유형의 경피적으로 삽입 가능한 기구를 포함할 수 있다. 경피적으로 삽입 가능한 기구는 축을 따라 연장된다. 일부 실시형태에서, 시스템은, 경피적으로 삽입 가능한 기구에 결합되고 이를 움직이도록 구성된 제2 로봇 아암을 포함한다. 이러한 경우에, 프로세서는, 제2 로봇 아암을 사용하여 경피적으로 삽입 가능한 기구의 축을 삽입 축과 정렬하도록, 그리고 제2 로봇 아암을 사용하여 EM 표적(204)을 향해 삽입 축을 따라 기구 가이드를 통해 경피적으로 삽입 가능한 것을 삽입하도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구는 기구 가이드(520)를 통해 수동으로 삽입되는 기구를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, EM 표적(204)은 환자 안으로 삽입되도록 구성된 의료 기구에 위치된 EM 센서를 포함한다. 로봇 의료 기구는 내시경일 수 있다. 시스템은, 로봇 의료 기구에 결합되고, 이를 제어하도록 구성된 제3 로봇 아암을 포함할 수 있다.
도 44a 및 도 44b는 기구 가이드(530)와 EM 표적(204)의 정렬을 용이하게 하도록 구성된 로봇으로 제어가능한 필드 발생기(302)를 구비하는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 이 실시예는, 기구 가이드(530)가 EM 필드 발생기(302)가 아니라 제2 로봇 아암(212B)에 결합된다는 점을 제외하고, 도 43a 및 도 43b의 실시예와 유사하다. 유사한 방식으로, 프로세서(380)는 EM 필드 발생기(302)와 연관된 EM 좌표 프레임(308) 내의 위치들을, EM 필드 발생기(302)가 부착된 제1 로봇 아암(212A)의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임(216) 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(380)는, 정합에 기초하여, 로봇 좌표 프레임 내의 EM 표적(204)의 위치를 추가로 결정할 수 있고, 로봇 좌표 프레임 내의 EM 표적의 위치에 기초하여, 기구 가이드의 삽입 축(532)을 EM 표적(204)과 정렬하기 위해 제2 로봇 아암(212B)을 움직일 수 있다. 도 44a는 기구 가이드(530)의 축(532)의 EM 표적(204)과의 정렬 전의 시스템을 예시하고, 도 44b는 정렬 후의 시스템을 예시한다. 도 44b에 예시된 위치에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구는 기구 가이드(530)를 통해 EM 표적(204)을 향해 삽입될 수 있다.
일부 실시형태에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구는 경피적으로 삽입 가능한 기구를 움직이도록 구성된 제3 로봇 아암에 결합된다. 이러한 경우에, 프로세서는, 제3 로봇 아암을 사용하여 경피적으로 삽입 가능한 기구의 축을 기구 가이드(530)의 삽입 축(532)과 정렬하도록, 그리고 제3 로봇 아암을 사용하여 EM 표적(204)을 향해 삽입 축(532)을 따라 기구 가이드(530)를 통해 경피적으로 삽입 가능한 것을 삽입하도록 추가로 구성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구는 기구 가이드(530)를 통해 수동으로 삽입될 수 있다.
시스템은 또한, 환자 안으로의 삽입을 위해 구성된 로봇 의료 기구를 포함할 수 있다. EM 표적(204)은 로봇 의료 기구 상의 EM 센서를 포함할 수 있다. 로봇 의료 기구는 로봇 의료 기구를 제어하도록 구성된 다른 로봇 아암에 결합될 수 있다.
도 45a는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 사용하여 경피적으로 삽입 가능한 기구를 EM 표적과 정렬하기 위한 방법(700)을 예시하는 흐름도이다. 방법(700)은, EM 좌표 프레임 내의 위치를 로봇 좌표 프레임 내의 위치로 매핑하는 정합이 결정되는 블록 701에서 시작된다. 정합은 전술된 바와 같이 EM 필드 발생기가 부착된 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 결정될 수 있다.
다음으로, 블록 702에서, 정합에 기초하여 로봇 좌표 프레임에서의 EM 표적의 위치가 결정될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 이것은 EM 필드 발생기에 의해 생성된 EM 필드 내의 EM 표적의 위치를 결정하는 단계, 및 해당 위치를 로봇 좌표 프레임에 매핑하는 단계를 관여시킬 수 있다.
EM 표적의 결정된 위치에 기초하여, 블록 703에서, 경피적으로 삽입가능한 기구의 축이 EM 표적과 정렬된다. 일 실시예가 상술된 도 42b에 도시된다. 마지막으로, 블록 704에서, 경피적으로 삽입 가능한 기구는 EM 표적을 향해 축을 따라 삽입될 수 있다. 일 실시예가 이전에 설명된 도 42c에 도시된다.
도 45b는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 사용하여 경피적으로 삽입 가능한 기구를 위한 기구 가이드를 EM 표적과 정렬하기 위한 방법(710)을 예시하는 흐름도이다. 블록 711에서, 방법(700)은 EM 좌표 프레임 내의 위치를 로봇 좌표 프레임 내의 위치로 매핑하는 정합을 결정하는 것을 관여 시킨다. 블록 712에서, 정합에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 EM 표적의 위치가 결정된다. 그리고 마지막으로, 블록 713에서, 방법(700)은 도구 가이드의 축을 EM 표적과 정렬하는 단계를 관여시킨다. 실시예들은, EM 필드 발생기의 기구 가이드를 도시하는 도 43a 및 도 43b, 및 제2 로봇 아암에 장착된 기구 가이드를 도시하는 도 44a 및 도 44b를 참조하여 위에서 설명되었다.
iv. 왜곡 검출
로봇으로 제어되는 EM 필드 발생기(302)는 또한 왜곡 검출을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 정적 EM 센서가 관심 영역, 예를 들어, 니들 삽입 부위, 생검 부위, 또는 EM 필드 발생기의 작업 체적 내의 임의의 정적 위치에 있는 동안, 로봇으로 제어되는 EM 필드 발생기는 움직이도록 커맨드될 수 있다. EM 필드 발생기(302)는 자신이 부착된 로봇 아암(212)에 의해서 움직여질 수 있고, 커맨드된 로봇 모션(로봇 좌표 프레임 내)은 기록된 EM 센서 궤적(EM 좌표 프레임 내)과 비교될 수 있다. 2개의 궤적 사이의 차이는 EM 필드 발생기(302)의 작업 체적 내의 EM 신호의 왜곡의 척도 또는 표시자일 수 있다. 모션이 알려져 있거나 제한된 불확실성을 갖는 비-정적(non-static) EM 센서와 함께 유사한 원리가 사용될 수 있다. 왜곡 검출의 정확도는 EM 센서 모션/위치에 대한 지식의 불확실성에 따라 달라지거나 이에 의해서 제한될 수 있다.
예를 들어, 도 46a는 EM 왜곡을 검출하기 위해 고정된 EM 위치 센서(204)에 대해 EM 필드 발생기(302)를 움직이는 로봇 의료 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, EM 필드 발생기(302)는 제1 로봇 아암(212)에 결합될 수 있다. EM 필드 발생기(302)는 EM 필드를 생성하도록 구성될 수 있고, 예시된 EM 센서(204)와 같은 EM 센서의 위치가 EM 좌표 프레임을 참조하여 결정될 수 있는 EM 좌표 프레임과 연관된다. 제1 로봇 아암(212)은 EM 필드 발생기(302)를 재위치시키기 위해 움직이도록 구성될 수 있다. 제1 로봇 아암(212)은 로봇 좌표 프레임과 연관될 수 있다. 상술된 바와 같이, 로봇 좌표 프레임 내의 로봇 아암(212)의 모션은 아암의 알려진 기구학으로 인해 알려져 있다. 따라서 EM 필드 발생기(302)는 제1로봇 아암(212)에 결합되므로, 로봇 좌표 프레임(212) 내의 EM 필드 발생기(302)의 위치는 또한, 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 결정될 수 있다. 위에서 더 자세히 설명된 바와 같이, 이러한 관계는 로봇 좌표 프레임에 대한 EM 필드의 EM 좌표 프레임 내의 EM 센서(204)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 정합을 설정할 수 있다.
도 46a의 예시된 실시형태에서, EM 필드 내의 EM 왜곡을 결정하거나 검출하기 위해, EM 센서(204)는 고정된 그리고 정지된 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, EM 센서(204)는, 환자 플랫폼 또는 다른 움직이지 않는 장비와 같은 움직이지 않는 객체에 부착될 수 있다. 일부 실시형태에서, EM 센서(204)는 로봇으로 제어되는 의료 기구와 같은 의료 기구 상에 위치된다. 이러한 경우라면, 도 46a 내지 도 47을 참조하여 설명된 바와 같은 왜곡 검출 단계 동안, 의료 기구는, EM 센서(204)의 위치가 고정되고 정지된 상태로 남아 있도록 정지된 상태로 남아 있을 수 있다.
EM 왜곡을 검출하기 위해, 제1 로봇 아암(212)(및, 확장하여, EM 필드 발생기(302))과 통신하는 프로세서는 제1 로봇 아암(212)이 로봇 궤적(850)을 따라 EM 필드 발생기(302)를 움직이게 하도록 구성될 수 있다. 도 46a에서, 로봇 궤적(850)은 파선으로 표시되고, 시스템은, EM 필드 발생기(302)가 로봇 궤적(850)을 따라 대략 중간에 위치되도록, 움직임을 통해 대략 중간에 예시된다. 일부 실시형태에서, 로봇 궤적(850)을 따른 제1 로봇 아암(212)에 의한 EM 필드 발생기(302)의 움직임은 제어기 또는 다른 사용자 인터페이스를 사용하여 모션을 커맨드할 수 있는 의사와 같은 조작자의 지시 또는 제어 하에 달성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 로봇 궤적(850)을 따른 제1 로봇 아암(212)에 의한 EM 필드 발생기(302)의 움직임은, 예를 들어, 시스템에 의해 작동되는 자동 EM 왜곡 검출 프로세스의 일부로서, 자동으로 제공될 수 있다.
도 46a에서, 이러한 실시예에서, EM 필드 발생기(302)가 로봇 궤적(850)을 따라 움직이는 것, 및 이것이 상술된 바와 같이 EM 센서(204)가 정지 또는 고정된 상태로 유지되는 동안 발생되는 것을 인식하는 것이 중요하다. 도 46a는 또한, EM 센서 궤적(852)을 예시하며, 이는 도면에서 일점쇄선으로서 표현된다. 그러나 EM 센서 궤적(852)은, 위에서 언급된 바와 같이, 고정된 상태로 유지되는 EM 센서(204)의 물리적 움직임의 결과가 아니다. 오히려, EM 센서 궤적(852)은 정지된 EM 센서(204)에 대한 EM 필드 발생기(302)의 움직임으로 인해 발생된다. 예를 들어, 제1 로봇 아암(212)이 로봇 궤적(850)을 따라 EM 필드 발생기(302)를 움직이므로, EM 필드 발생기(302)와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 EM 센서의 위치가 기록되어, EM 궤적(852)을 생성한다.
따라서, 로봇 궤적(850)은 제1 로봇 아암(212)에 의한 EM 필드 발생기(302)의 움직임에 의해서 야기된다. 로봇 궤적(850)은 모션 동안 제1 로봇 아암(212)의 알려진 기구학적 움직임에 기초하여 검출, 결정 및/또는 기록될 수 있다. 대조적으로, EM 센서 궤적(852)은 정지된 EM 센서(204)에 대한 EM 필드 발생기(302)의 움직임에 의해 야기된다. EM 센서 궤적(852)은, EM 필드 발생기(302)가 움직이고 EM 센서(204)가 정지 상태로 유지될 때, EM 필드 발생기(302)의 EM 필드 내의 EM 센서(204)를 검출하는 것에 기초하여 검출, 결정 및/또는 기록될 수 있다.
EM 센서(204)가 제1 로봇 아암(212)에 의한 EM 필드 발생기(302)의 움직임 동안 고정된 상태로 남아 있기 때문에, 임의의 EM 왜곡이 없는 경우, 로봇 궤적(850)이 EM 센서 궤적(852)에 대응될 것으로 예상될 수 있다. 이것은 EM 필드 발생기(302)의 움직임이 움직이는 EM 필드 발생기(302)와 정적인 EM 센서(204) 사이의 상대적인 모션과 매칭되어야 하기 때문이다. 따라서, 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852) 사이의 차이는 EM 왜곡이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 일부 실시형태에서, 분석은 또한 EM 왜곡의 정도 또는 심각도의 척도를 제공할 수 있다.
도 46b는 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852)의 비교를 예시한다. 이러한 예에서 각 궤적의 시작점들은 정렬되었지만, 이것이 모든 실시형태에서 반드시 필요한 것은 아니다. 도 46b에 도시된 바와 같이, 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852)이 정확히 대응되지 않는다는 것이 명백하다. EM 왜곡을 검출하기 위해 궤적들 간의 차이(들)가 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 검출된 EM 왜곡은 고정된 EM 센서(204)의 위치에서의 EM 왜곡을 나타낸다.
로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852) 사이의 모든 차이가 반드시 EM 왜곡에 의해 야기되는 것은 아니다. 예를 들어, 로봇 시스템은, 제조 공차, 모터 제어 제한, 센서 정확도 등을 포함하여, 다양한 이유 때문에 완전한 정확도로 로봇 모션을 결정하지 못할 수 있다. 따라서, 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852) 사이의 차이들 중 일부는 로봇 모션 결정의 부정확성에 의해 야기될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 로봇 모션 결정의 부정확성은, 예를 들어, 서브밀리미터 범위로 작을 수 있다. 유사하게, EM 필드 발생기(302)는 필드 내에서 결정된 EM 센서 위치의 해상도를 감소시킬 수 있는 EM 잡음에 노출될 수 있다. 이것은 EM 센서 궤적(852)의 부정확한 기록으로 이어질 수 있으며, EM 왜곡에 직접적으로 기인하지 않는 차이를 야기할 수 있다. 그러나 다시, EM 필드 발생기는, EM 센서 노이즈가, 일부 실시형태에서, 약 1밀리미터 이하가 되도록, 구성되거나 선택될 수 있다. 따라서, 로봇 시스템의 일부 실시형태의 경우, 로봇 모션의 결정에서의 부정확성 및 또한 EM 필드 내의 EM 센서 위치 기록에서의 부정확성은 약 1밀리미터 이하의 잠재적인 부정확성으로 이어질 수 있다.
따라서, EM 왜곡의 존재를 결정하기 위해, 다른 인자로 인한 기여를 배제하거나 감소시키기 위해 선택된 임계치에 대해 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852) 사이의 차이를 분석하는 것이 유익할 수 있다. 일부 실시형태에서, 임계치는, 예를 들어, 1밀리미터, 1.25밀리미터, 1.5밀리미터, 1.75밀리미터, 2밀리미터, 2.25밀리미터, 2.5밀리미터, 2.75밀리미터, 또는 3밀리미터 이상일 수 있다. 많은 경우에, 임계치가 제1 로봇 아암의 모션과 연관된 오차 인자 또는 EM 센서 또는 발생기 노이즈와 연관된 오차 인자 중 하나 또는 둘 모두보다 크도록 임계치를 설정하는 것이 유리하다.
로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852)을 비교하는 것은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852)의 형상들은 도 46b에 도시된 바와 같이 직접적으로 비교될 수 있다. 형상들은, 이들이 얼마나 밀접하게 대응되는지 결정하기 위해서 분석될 수 있고, 형상들 사이의 편차가 임계치를 초과하는 경우, 시스템은 EM 왜곡이 존재하는지 및/또는 EM 왜곡 정도를 결정할 수 있다. 다른 실시형태에서, 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852)을 분석하여 이들 간의 차이를 결정하는 것은 로봇 궤적(850)을 따른 복수의 포인트들을 EM 센서 궤적(852)을 따른 대응되는 복수의 포인트들과 비교하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 복수의 포인트들은 제1 로봇 아암(212)을 사용하는 EM 필드 발생기(302)의 움직임과 연관된 시간에 대해 결정된다. 예를 들어, 움직임의 시작 시(예컨대, t = 0에서) 로봇 궤적(850) 상의 포인트는 EM 센서 궤적(852) 상의 대응되는 포인트와 비교될 수 있다. 다음으로, 후속 포인트들은 이후 이산 시간 단계들에서 비교될 수 있다.
일부 실시형태에서, EM 왜곡이 검출되는 경우, 시스템은 제1 로봇 아암(212)으로 EM 필드 발생기(302)를 EM 왜곡을 감소시키는 위치에 재위치시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 시스템은 로봇 궤적(850)과 EM 센서 궤적(852) 사이의 차이가 감소되는 로봇 궤적(850)을 따른 위치에 EM 필드 발생기(302)를 위치할 수 있다.
일부 실시형태에서, 이것은, EM 왜곡을 감소시킬 수 있는 위치를 식별하기 위한 노력으로 제2 로봇 궤적을 따라 EM 필드 발생기(302)를 움직임으로써 달성될 수 있다. 따라서, EM 필드 발생기(302)는 제1 로봇 궤적(850)과 상이한 제2 로봇 궤적을 따라 움직여질 수 있다. 예를 들어, EM 필드 발생기(302)는, 제1 로봇 궤적(850)을 따라 커버된 것과 상이한 공간을 통해 제2 로봇 궤적을 따라 움직여질 수 있다. 전과 같이, 이것은 EM 센서(204)가 정지된 상태로 유지되는 동안 행해진다. 제2 로봇 궤적은 제2 및 대응되는 EM 센서 궤적과 함께 기록될 수 있다. 이러한 궤적들은, EM 왜곡을 감소시키는 위치가 결정될 수 있는지 결정하기 위해서 분석될 수 있다. 만약 그렇다면, EM 필드 발생기(302)는, 로봇 아암(212)을 사용하여, 해당 위치로 움직여질 수 있다. 만약 그렇지 않은 경우, EM 왜곡을 감소시키는 EM 필드 발생기(302)를 위한 적절한 위치가 찾아질 수 있을 때까지 추가적인 로봇 궤적이 시도될 수 있다.
도 46a 및 도 46b에 관하여 위에서 설명된 실시예에서, 로봇 궤적(850)은 글로벌 로봇 기준 프레임에 대해 정의되었으나, EM 센서 궤적(852)은 EM 필드 발생기 좌표 프레임에 대해 정의된다. 이러한 경우에, 로봇 궤적(850)을 EM 센서 궤적(852)과 비교하기 위해서, EM 필드 발생기 좌표 프레임은 글로벌 로봇 기준계에 정합되어야 한다. 이것은, 예를 들어, 상술된 바와 같이, EM 필드 발생기(302)가 로봇 아암(212)에 부착되어, 글로벌 로봇 기준 프레임과 EM 필드 발생기 좌표 프레임 사이의 기구학적 관계를 설정하기 때문에, 달성될 수 있다.
더욱이, 도 46a 및 도 46b와 관련하여 위에서 설명된 실시예는, EM 센서(204)에 대한 EM 필드 발생기(302)의 위치만이 변경되었고 상대적인 배향에 대해서는 변경되지 않았다는 가정 하에, 이해 및 예시의 용이성을 위해, 다소 단순화된다. 보다 복잡한 예에서, EM 센서(204)에 대한 EM 필드 발생기(302)의 위치 및 배향 모두가 변경될 수 있고, EM 센서(204)의 검출된 위치(및/또는 배향)는 EM 왜곡이 존재하는지(및/또는 그 정도)를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이러한 경우에, EM 왜곡의 결정은, 도 46c에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(212)이 부착된 카트와 연관된 글로벌 기준 프레임(854)에 대해 이루어질 수 있으며, 이 도면은 로봇 아암(212)이 EM 센서(204)에 대한 EM 필드 발생기(302)의 위치 및 배향을 변경하는 로봇 궤적(850)을 따라 움직일 때 EM 필드 발생기(302)가 부착된 로봇 아암(212)을 예시한다. 카트 및 EM 센서(204)가 움직이지 않고 있기 때문에, 글로벌 기준 프레임(854)에 대해 측정된 임의의 검출된 위치 및/또는 배향 변화는 왜곡(및 무시할 수 있는 기구학적 오차)으로 인한 것일 것이다.
EM 왜곡은 EM 필드 발생기의 작업 체적 내에 위치된 일부 또는 모든 구성 요소에 의해서 유발될 수 있다. 따라서, 다른 구성요소에 대한 최적 또는 바람직한 위치를 찾기 위해 다른 구성요소를 움직이면서 유사한 프로세스가 수행될 수 있다.
도 47은 EM 왜곡 검출을 위한 예시적인 방법(800)을 예시하는 흐름도이다. 방법(800)은 도 46a 및 도 46c에 관하여 상술된 프로세스와 많은 면에서 유사하다. 방법(800)은 이전에 설명된 시스템과 같은 로봇 의료 시스템을 사용하여 수행될 수 있으며, 여기서 EM 필드는 일반적으로 시스템의 로봇 아암에 대한 부착을 통해 로봇으로 제어가능하다.
방법(800)은 블록 801에서 시작된다. 블록 801은, EM 센서가 한 위치에 정지된 상태로 유지되는 동안, 로봇 궤적을 따라 제1 로봇 아암으로 제1 로봇 아암에 결합된 EM 필드 발생기를 움직이는 것을 관여시킬 수 있다. 상술된 바와 같이, 로봇 궤적은, EM 필드 발생기가 부착된 아암의 기구학에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 로봇 궤적은, 예를 들어, 로봇 아암이 부착된 카트와 연관될 수 있는 글로벌 기준 프레임에 대해 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 블록 801은 로봇 의료 시스템의 프로세서(들)에 의해서 수행된다. 예를 들어, 프로세서는 로봇 궤적을 따른 EM 필드 발생기의 움직임을 야기하는 커맨드를 제1 로봇 아암에 전송하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, EM 센서는, EM 필드 발생기가 로봇 궤적을 따라 움직이는 동안, 결정 가능한 위치에 고정될 수 있다.
블록 802에서, EM 필드 발생기가 로봇 궤적을 따라 움직일 때 EM 센서에 의해 생성된 센서 데이터에 기초하여 EM 필드 발생기와 연관된 EM 필드 내의 EM 센서의 EM 센서 궤적이 검출될 수 있다. 이런 방식으로, 그리고 이전에 언급된 바와 같이, EM 궤적은, EM 필드 발생기가 로봇 궤적에 따라 로봇 아암에 의해서 움직여질 때와 동일한 기간 동안 EM 필드 내의 EM 센서의 기록된 위치일 수 있다.
블록 803에서, 로봇 궤적과 EM 센서 궤적은 이들 사이의 차이(들)를 결정하기 위해서 분석된다. 분석은, 무엇보다도 특히, 궤적들의 형상들을 비교하는 단계 및/또는 궤적들을 따른 복수의 이산 포인트를 비교하는 단계를 포함하여, 다수의 방법으로 수행될 수 있다. 이러한 비교는 위치 및/또는 배향의 변화를 고려할 수 있다.
블록 804에서, 궤적들 사이의 차이와 임계치 사이의 비교에 기초하여 EM 센서의 위치에서의 EM 왜곡이 검출될 수 있다. 임계치는, EM 왜곡 이외의 인자, 예를 들어, 로봇 모션을 기록하거나 결정하는 데서의 오차 및/또는 EM 필드 내 EM 센서 위치를 검출하는 데서의 오차에 의해서 야기되는 기여를 감소시키거나 배제하도록 선택되거나 결정될 수 있다.
도 48은 EM 왜곡 검출을 위한 또 하나의 예시적인 방법(900)을 예시하는 흐름도이다. 방법(900)은 이전에 설명된 시스템과 같은 로봇 의료 시스템을 사용하여 수행될 수 있으며, 여기서 EM 필드는 일반적으로 시스템의 로봇 아암에 대한 부착을 통해 로봇으로 제어가능하다. 방법(900)은 블록 901에서 시작되며, 여기서 제1 로봇 아암이 EM 필드 발생기에 결합된다. EM 필드 발생기는 EM 필드를 생성하도록 구성되고, EM 좌표 프레임과 연관된다. 제1 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임과 연관되고, 결합된 EM 필드 발생기의 위치는 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내에서 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 위치는, 로봇 아암이 부착된 카트와 연관된 좌표 프레임과 같은 글로벌 좌표 프레임에 대해 추가로 결정될 수 있다. EM 필드 발생기의 EM 필드의 작업 체적 내 EM 센서의 위치는 상술된 바와 같이 아암의 포즈에 기초하여 결정될 수 있고 로봇 좌표 프레임(또는 글로벌 좌표 프레임) 안으로 매핑될 수 있다.
블록 902에서, EM 필드 발생기가 EM 센서에 대한 제1 EM 필드 발생기 위치에 있는 상태에서, 방법(900)은 EM 필드 발생기가 제1 위치에 있는 상태에서의 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 EM 좌표 프레임과 로봇 좌표 프레임 사이의 제1 정합을 결정하는 단계, 및 제1 정합에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서의 제1 EM 센서 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
블록 903에서, 방법(900)은, 제1 로봇 아암을 사용하여 EM 센서에 대한 제1 EM 필드 발생기 위치로부터 제2 EM 필드 발생기 위치로 EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함하며, EM 센서는 움직이는 동안 정지된 상태를 유지한다. 일부 실시형태에서, 제1 로봇 아암에 의한 EM 필드 발생기의 움직임은 제어기 또는 다른 사용자 인터페이스를 사용하여 모션을 커맨드할 수 있는 의사와 같은 조작자의 지시 또는 제어 하에 달성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 로봇 궤적을 따른 제1 로봇 아암에 의한 EM 필드 발생기의 움직임은, 예를 들어, 시스템에 의해 작동되는 자동 EM 왜곡 검출 프로세스의 일부로서, 자동으로 제공될 수 있다.
블록 904에서, EM 필드 발생기가 제2 EM 필드 발생기 위치에 있는 상태에서, EM 필드 발생기가 제2 EM 필드 발생기 위치에 있는 상태에서의 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 EM 좌표 프레임과 로봇 좌표 프레임 사이의 제2 정합이 결정되고, 제2 정합에 기초하여 로봇 좌표 프레임(또는 글로벌 좌표 프레임) 내의 EM 센서의 제2 EM 센서 위치가 또한 결정된다. EM 필드 발생기가 움직여졌기 때문에 2차 정합이 필요하고, 제2 위치에서 로봇 아암의 새로운 기구학 포즈는 로봇 좌표 프레임과 EM 좌표 프레임 사이의 새로운 관계를 확립하는 데 사용된다.
블록 905에서, 방법(900)은 제1 EM 센서 위치와 제2 EM 센서 위치 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함한다. EM 센서가 움직이지 않았기 때문에, 결정된 위치들이 동일할 것으로 예상될 수 있다. 그러나, 로봇 아암과 EM 필드 발생기(또는 움직여진 다른 구성 요소)의 상이한 위치들로 인해 야기되는 EM 왜곡은 결정된 위치들이 달라질 수 있게 한다. 일부 실시형태에서, 배향의 변경이 또한 고려될 수 있다. 블록 906에서, 차이와 임계치 사이의 비교(예컨대, 임계치를 초과하는 차이)에 기초하여 EM 왜곡이 검출될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 다른 인자가 차이에 기여할 수 있다. 이전과 마찬가지로, 이러한 다른 비-EM 왜곡 요인의 기여도를 감소시키도록 임계치가 선택되거나 결정될 수 있다.
임계치에 대해 검토될 때, 임계치를 초과하는 차이는 EM 왜곡이 존재하는 것을 나타낼 수 있다. 그러나, 두 개의 EM 필드 발생기 위치(및/또는 배향)만 테스트함으로써, 가장 정확한 위치의 결정을 제공한 위치를 결정하기가 어려울 수 있다. 따라서, 다음 연관된 단계들을 반복함으로써 복수의 다른 EM 필드 발생기 위치(및/또는 배향)를 계속 테스트하는 것이 유리할 수 있다: 로봇 아암을 사용하여 EM 필드 발생기를 새로운 위치로 움직이는 단계, 로봇 아암의 기구학에 기초한 EM 필드 발생기의 새로운 위치에 기초하여 로봇 좌표 정합에 대한 새로운 EM을 결정하는 단계, 및 새롭게 결정된 정합에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서의 위치를 결정하는 단계.
일부 실시형태에서, 이 프로세스는 복수의 위치에서 왜곡을 결정함으로써 EM 왜곡의 맵을 구축하기 위해 계속될 수 있다. 다른 위치로부터 최소 변동을 갖는 EM 센서 위치의 결정을 제공하는 EM 필드 발생기의 위치는 낮은 EM 왜곡을 갖는 것으로 결정될 수 있는 한편, 다른 위치로부터 가장 큰 변화를 갖는 EM 센서 위치의 결정을 제공하는 EM 필드 발생기의 위치는 높은 EM 왜곡을 갖는 것으로 결정될 수 있다. 이런 방식으로, 시스템 또는 조작자는 EM 왜곡을 감소시키도록 EM 필드 발생기 및 다른 구성요소를 가장 잘 배치하는 방법을 결정할 수 있다.
위에서 설명된 방법을 사용하여 검출된 EM 왜곡(및 일반적으로 EM 왜곡)은 정적이거나 동적일 수 있다. 정적 EM 왜곡은 변하지 않고, 대응되는 수정 값을 적용함으로써 EM 측정으로부터 결정되고 제거될 수 있다. 정적 EM 왜곡은 일반적으로 움직이지 않아 절차 중에 변경되지 않는 수술실 내의 객체를 포함하여 다수의 인자와 지구 자기장과 같은 더 큰 스케일의 인자에 의해서 야기될 수 있다. 동적 EM 왜곡은 절차가 진행되는 동안 변경되는 인자에 의해서 야기된다. 이들은 수술실을 통해 움직일 수 있는 다른 구성요소(또는 심지어 사람)뿐만 아니라 시스템의 움직이는 로봇 구성요소들 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 왜곡 검출은 정적 왜곡을 검출하고 이를 수정하기 위해서 뿐만 아니라 동적 왜곡을 감소시키는 움직이는 구성요소의 최적 위치를 찾기 위해서 사용될 수 있다.
v. 다중 모드 센서 융합
로봇으로 제어되는 EM 필드 발생기(302)는 또한 다중 모드 센서 융합을 허용하는 데 유용할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 다중 모드 센서 융합은 시너지 방식으로 단일 절차 동안 다양한 센서 유형들의 동시 또는 공동 사용을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(212)에 견고하게 장착된 EM 필드 발생기(302)로, EM 감지 기술은 로봇 아암(212) 상에 또는 로봇 시스템에 장착된 다른 영상 및 감지 양식에 정합될 수 있다. 로봇 아암, 카트 또는 기부에 부착된 다른 영상 및 감지 양식 또는 이의 일부와 EM 감지 양식의 정합은, 예를 들어, 단순화된 디스플레이(여기서 복수의 감지 양식으로부터의 데이터는 통일된 방식으로 함께 디스플레이될 수 있음), 증강현실, 또는 기타를 제공하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이 섹션에서, 다중 모드 기능을 제공하기 위해 EM 감지 기술이 초음파 기술과 함께 사용될 수 있는 실시예들이 설명된다. 이것은, 예를 들어, 초음파 이미지에서 니들 팁(니들 팁이 EM 센서를 포함하는 경우)의 정확한 식별을 허용할 수 있다. 일반적으로, 아티팩트(artifact)가 이미지를 왜곡할 수 있으므로, 초음파 이미지에서 니들 팁을 결정하는 것은 간단하지 않을 수 있다. 로봇 좌표 프레임과 같은 단일 공간에 EM 필드 및 초음파의 영상 평면을 정합하는 것은 초음파 이미지에서 니들 팁의 결정을 촉진할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 초음파 프로브는 아래에서 자세히 설명되는 것처럼 로봇 아암에 강체적으로 장착될 수 있다. EM 필드 발생기(302)의 좌표 프레임에 대하여 초음파 영상 평면이 기구학적으로 알려져 있는 경우, 니들 내부의 EM 센서는 실시간으로 추적되고 초음파 이미지(들) 상에 오버레이될 수 있다.
초음파 프로브를 로봇 아암에 부착하는 것은 초음파 프로브의 영상 평면의 정합 또는 캘리브레이션을 촉진할 수 있다. 초음파 프로브의 영상 평면의 캘리브레이션은 일반적으로 서로 다른 세 개의 알려진 위치로부터 서로 다른 세 개의 초음파 이미지를 캡처하는 것을 요구할 수 있다. 대응되는 알려진 위치와 함께 세 개의 초음파 이미지는 영상 평면을 캘리브레이션하기 위해서 사용될 수 있다. 기존에는, 외과용 로봇 시스템에 사용되는 초음파 프로브를 캘리브레이션하기 위해 추가 장비가 필요했다. 예를 들어, 세 개의 초음파 이미지가 캡처되는 위치들을 결정하기 위해 외부 위치 추적 시스템들이 설정되어야 할 것이다. 구체적인 실시예로서, 광학 센서들(예컨대, 적외선 LED)이 초음파 프로브에 부착할 수 있다. Optitrack과 같은 위치 추적 시스템은, 초음파 프로브에 부착되어 이의 위치를 결정하는 데 사용되는 광학 센서들의 위치들을 검출할 수 있다. 수술용 로봇 설정에서, 이것은, 추가 장비가 필요하기 때문에 불리할 수 있다.
초음파 프로브를 로봇 아암에 부착함으로써, 초음파 프로브의 위치는, 로봇 아암에 부착된 EM 필드 발생기에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 아암의 기구학에 기초하여 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임에 대해 쉽게 결정될 수 있다. 이러한 기부 위치에서 베이스 초음파 이미지는 캡처될 수 있다. 다음으로 로봇 아암은 초음파 프로브를, 제1 초음파 이미지가 캡처되는 제1 위치로 움직일 수 있고, 제1 위치는 아암의 기구학에 기초하여 결정될 수 있다. 다음으로 로봇 아암은 초음파 프로브를, 제2 초음파 이미지가 캡처되는 제2 위치로 움직일 수 있고, 제2 위치는 제2 위치에서의 아암의 기구학에 기초하여 결정될 수 있다. 세 개의 이미지(베이스, 제1, 및 제2) 및 위치(베이스, 제1, 및 제2)는, 기존 위치 추적 장비와 같은 임의의 외부 또는 추가 장비를 요구하지 않으면서 초음파 프로브의 영상 평면을 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다.
도 49a는 초음파 프로브의 영상 장소를 캘리브레이션하기 위한 절차 동안의 로봇 아암(212)에 부착된 초음파 프로브(1050)를 갖는 로봇 의료 시스템을 예시한다. 예시된 실시형태에서, 로봇 아암(212)은 초음파 프로브(1050)에 결합된다. 예를 들어, 초음파 프로브(1050)는 로봇 아암(212)의 원위 단부 또는 아암 상에 위치된 기구 장치 조작기(Instrument Device Manipulator, IDM)에 부착될 수 있다. 로봇 아암(212)은 초음파 프로브(1050)의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성된다. 로봇 아암(212)은 또한, 전술된 바와 같이 로봇 좌표 프레임과 연관된다. 도 49a의 예시된 실시형태에서, 3개의 위치 Bi, Bj 및 Bk가 예시된다. 로봇 아암(212)은 초음파 프로브(212)를 이러한 3개의 위치들 사이에서 움직이도록 움직인다. 각각의 위치에서, 아암의 기구학은 로봇 좌표 프레임에서 초음파 프로브의 위치를 결정하기 위해서 사용될 수 있다.
제1 위치 Bi에서, 초음파 프로브(1050)는 제1 이미지를 캡처할 수 있다. 초음파 프로브(1050)는 다음으로 로봇 아암(212)을 사용하여 제2 위치 Bj로 움직여진다. 제2 위치 Bj에서, 제2 초음파 이미지는 초음파 프로브(1050)로 캡처된다. 초음파 프로브(1050)는 다음으로 로봇 아암(212)을 사용하여 제3 위치 Bj로 움직여진다. 제3 위치 Bj에서, 제3 초음파 이미지는 초음파 프로브(1050)로 캡처된다. 시스템은 제1 초음파 프로브 위치에서 초음파 프로브를 갖는 제1 로봇 아암의 제1 기구학 및 제1 초음파 이미지, 제2 초음파 프로브 위치에서 초음파 프로브를 갖는 제1 로봇 아암의 제2 기구학 및 제2 초음파 이미지, 및 제2 초음파 프로브 위치에서 초음파 프로브를 갖는 제1 로봇 아암의 제3 기구학 및 제3 초음파 이미지에 기초하여 로봇 좌표 프레임에 대해 초음파 프로브(1050)의 영상 평면을 캘리브레이션할 수 있다.
영상 평면이 캘리브레이션되고 로봇 좌표 프레임에 정합된 상태에서, 로봇 시스템은 복수의 감지 양식을 동시에 이용할 수 있다. 도 49b는 예시적인 다중 모드 로봇 시스템을 예시한다. 도 49b에 도시된 바와 같이, 로봇 시스템은 제1 로봇 아암(212A), 제2 로봇 아암(212B), 및 제3 로봇 아암(212C)을 포함할 수 있다. 로봇 아암들은, 공통 로봇 좌표 프레임과 각각 연관되도록, 카트, 환자 플랫폼, 또는 다른 공통 구조체에 부착될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 영상 평면이 캘리브레이션된 초음파 프로브(1050)는 제1 로봇 아암(212A)에 부착된다. EM 필드 발생기(302)는 제2 로봇 아암(212B)에 부착된다. EM 필드 발생기(302)는 EM 센서(204)와 같은 EM 센서들의 위치들이 결정될 수 있는 EM 필드를 생성하도록 구성된다. 상술된 로봇 좌표 프레임 정합 절차에 EM을 사용하여, 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서(204)의 위치가 결정될 수 있다. 초음파 프로브의 영상 평면이 또한 로봇 좌표 프레임에 정합되었기 때문에, EM 센서(204)의 위치 및 영상 평면은 둘 다 공통 공간(로봇 좌표 프레임) 내에서 결정되고, 따라서 둘 다 도 49b에 도시된 바와 같이 공통 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있다.
도 49b에서, EM 센서(204)는 환자의 치료 영역 안으로 삽입되는 스코프(scope)의 원위 단부 상에 위치될 수 있다. 스코프는 상이한 로봇 아암에 부착되고 이에 의해서 제어되는 로봇으로 제어되는 의료 기구일 수 있다. 또는, 스코프는 수동으로 제어되는 스코프일 수 있다. 도 49b는 또한, 니들과 같은 의료 기구가 제3 로봇 아암(212C)에 부착될 수 있다는 것을 예시한다. 제3 로봇 아암(212C)에 강체적으로 부착될 수 있는 니들의 위치는 또한 로봇 좌표 프레임에 대해 결정될 수 있다. 따라서, 니들의 위치는 또한, 영상 평면 및 EM 센서 데이터와 함께 디스플레이될 수 있다. 이러한 방식으로, 다양한 센서 기술은 단일 로봇 시스템에 융합될 수 있고, 단일 절차 중에 동시에 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 스코프와 니들의 랑데부는 로봇 데이터, 초음파 데이트(ultrasound date), 및 EM 데이터에 의해 촉진되며, 이는 랑데부의 정확도를 향상시킬 수 있고, 포괄적이고 개선된 작동 경험을 제공할 수 있다.
도 50은 로봇 의료 시스템과 함께 사용되기 위한 초음파 프로브의 영상 평면을 캘리브레이션하기 위한 예시적인 방법(1000)을 예시하는 흐름도이다. 방법(1000)은 블록 1001에서 시작되며, 여기서 초음파 프로브가 제1 로봇 아암에 결합된다. 제1 로봇 아암은 초음파 프로브의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되고, 제1 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임과 연관된다. 블록 1002에서, 초음파 프로브는 제1 로봇 아암을 사용하여 제1 초음파 프로브 위치로 움직여진다. 제1 초음파 프로브 위치는, 초음파 프로브의 영상 평면을 캘리브레이션하기 위해 사용될 제1 초음파 이미지가 캡처될 위치일 수 있다. 제1 위치는 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 결정될 수 있다. 블록 1003에서, 제1 초음파 프로브 위치에 위치된 초음파 프로브로 제1 초음파 이미지. 블록 1004에서, 초음파 프로브는 제1 로봇 아암을 사용하여 제2 초음파 프로브 위치로 움직여진다. 제2 초음파 프로브 위치는 블록 1005에서 발생되는 제2 이미지가 캡처될 수 있는 위치일 수 있다. 제2 이미지는 또한, 초음파 프로브의 영상 평면을 캘리브레이션하는 데에 사용될 수 있다. 제2 위치는 아암의 기구학에 기초하여 결정될 수 있다. 화살표(1006)에 의해서 예시된 바와 같이, 블록들 1004 및 1005는, 예를 들어, 도 49a에 도시된 바와 같이, 제3 위치에서 제3 이미지를 캡처하기 위해 반복될 수 있다. 일부 실시형태에서, 이러한 단계는, 추가 위치에서 추가 이미지를 캡처하면서, 추가로 반복될 수 있다.
블록 1007에서, 제1 초음파 프로브 위치에서 초음파 프로브를 갖는 제1 로봇 아암의 제1 기구학 및 제1 초음파 이미지, 제2 초음파 프로브 위치에서 초음파 프로브를 갖는 제1 로봇 아암의 제2 기구학 및 제2 초음파 이미지, 및 제3 초음파 프로브 위치에서 초음파 프로브를 갖는 제1 로봇 아암의 제3 기구학 및 제3 초음파 이미지에 기초하여, 로봇 좌표 프레임에 대한 초음파 프로브의 영상 평면은 캘리브레이션될 수 있다. 캘리브레이션된 때, 영상 평면은 로봇 좌표 프레임에 대해 결정될 수 있고, 로봇 좌표 프레임에 대해서도 결정될 수 있는 다른 감지 양식(예컨대, EM)과 함께 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법(1000)은 또한, EM 필드 발생기를 제2 로봇 아암에 결합하는 단계를 포함할 수 있으며, EM 필드 발생기는 EM 필드를 생성하도록 구성되고, EM 필드 발생기는 EM 좌표 프레임과 연관되고, 로봇 좌표 프레임과 연관된 제2 로봇 아암은 EM 필드 발생기의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성된다. 방법(1000)은 또한, 제2 로봇 아암의 기구학에 기초하여 EM 필드 좌표 프레임과 로봇 좌표 프레임 사이의 정합을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 이전에 설명된 바와 같이 달성될 수 있다. 제1 및 제2 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임 내의 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 관계를 한정하는 환자 플랫폼 또는 카트에 부착될 수 있다. 이것은 EM 필드 발생기와 초음파 프로브가 모두 로봇 좌표 프레임 내로 옮겨지는 것을 허용할 수 있다. 방법(1000)은 또한, EM 필드 내에 EM 센서를 위치시키는 단계, 및 정합에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 방법(1000)은 또한, 초음파 프로브의 영상 평면을 디스플레이하는 단계, 및, 예를 들어, 도 49b에 도시된 바와 같이 초음파 프로브의 디스플레이된 영상 평면 상에, 결정된 EM 센서 위치의 표시를 오버레이하는 단계를 포함할 수 있다.
다중 모드 기능이 EM 및 초음파와 관련하여 설명되었지만, 다른 양식이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 로봇 아암에 깊이 센서가 부착될 수 있다. 깊이 센서는 환자의 위치, 베드 또는 플랫폼, 절차 중에 사용되는 형광투시 C-arm, 및/또는 수술 공간의 기타 아이템을 글로벌 로봇 기준 프레임에 정합하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 이러한 위치들은, 도 51a 및 도 51b 각각에 도시된 바와 같이, 히트 맵(heat map) 또는 포인트 클라우드(point cloud)로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 도 51c에 도시된 바와 같은 깊이 센서 카메라는 이의 시야 내의 객체까지의 거리를 측정하도록 구성될 수 있다. 깊이 센서에 대한 캘리브레이션(예를 들어, 깊이 센서의 출력을 로봇 좌표 프레임 또는 글로벌 좌표 프레임에 정합하는 것)은 상술된 초음파 프로브의 캘리브레이션과 동일한 방식으로 진행될 수 있다. 일반적으로, 깊이 센서는 픽셀 및 깊이 정보와 관련하여 제조업체에 의해서 캘리브레이션된다. 예를 들어, 본원에 설명되는 바와 같이, 로봇 시스템과 함께 사용되기 위해, 로봇 프레임에 대한 깊이 센서의 포즈를 캘리브레이션하는 것이 필요할 수 있으며, 이는, 위에서 언급된 바와 같이, 이전에 설명된 초음파 프로브에 대해서와 유사한 방식으로 달성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 로봇 의료 시스템은 복수의 상이한 센서 기능을 서로 조합하여 활용할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 초음파 프로브, 카메라 또는 깊이 센서, 및 EM 필드 발생기를 포함할 수 있으며, 이들 각각의 출력은 캘리브레이션되고, 로봇 또는 글로벌 좌표 프레임에 정합될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 초음파 프로브는 환자의 신체 내부에 대해 영상 데이터를 제공할 수 있다. 유사하게, 카메라 또는 깊이 센서는 외부 해부학적 구조(external anatomy), 예를 들어, C-arm과 같이 수술실에 위치된 외부 장치뿐만 아니라 환자의 위치에 대한 이미지 또는 기타 정보를 제공할 수 있다. 이것은, 환자가 로봇 좌표 프레임에 대해 어디에 있는지를 아는 것이, 예를 들어, 니들 삽입 부위를 시스템이 식별하는 것을 허용할 수 있으므로 유리할 수 있다. 또한, 로봇 좌표 프레임과 관련하여 수술실에 있는 다른 아이템, 예컨대, C-arm의 위치를 아는 것은, 왜곡을 야기할 수 있는 객체가 필드 발생기에 가까워진 때를 시스템이 아는 것을 허용할 수 있다.
3. 구현 시스템 및 용어.
본원에 개시된 구현예는 로봇으로 제어가능한 필드 발생기를 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공한다.
본원에 사용되는 바와 같은 용어 "결합하다", "결합하는", "결합된" 또는 단어 결합하다의 다른 변형은 간접적인 연결 또는 직접적인 연결을 나타낼 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소에 "결합된" 경우, 제1 구성요소는 다른 구성요소를 통해 제2 구성요소에 간접적으로 연결되거나 제2 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있다.
어구가 참조하는 본원에 기술된 특정 컴퓨터-구현 프로세스 및 기능은 프로세서-판독가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령어로서 저장될 수 있다. 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체를 지칭한다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM) 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체가 유형적(tangible)이고 비일시적일 수 있다는 것에 유의해야 한다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "코드"는 컴퓨팅 장치 또는 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.
본원에 개시된 방법은 기술된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법 단계 및/또는 동작은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 서로 교환될 수 있다. 다시 말하면, 기술되는 방법의 적절한 작동을 위해 특정 순서의 단계 또는 동작이 요구되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 수정될 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "복수"는 2개 이상을 나타낸다. 예를 들어, 복수의 구성요소는 2개 이상의 구성요소를 나타낸다. 용어 "결정하는"은 매우 다양한 동작을 포함하며, 따라서 "결정하는"은 계산, 컴퓨팅, 처리, 도출, 조사, 검색(예컨대, 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조에서의 검색), 확인 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 수신(예컨대, 정보를 수신함), 액세스(예컨대, 메모리의 데이터에 액세스함) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 해석, 선택, 선정, 설정 등을 포함할 수 있다.
어구 "~에 기초한"은, 달리 명백히 명시되지 않는 한, "단지 ~에 기초한"을 의미하지는 않는다. 다시 말하면, 어구 "~에 기초한"은 "단지 ~에 기초한" 및 "적어도 ~에 기초한" 둘 모두를 기술한다.
개시된 구현예의 이전의 설명은 당업자가 본원에 개시된 본 발명을 제조하거나 사용하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이들 구현예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 용이하게 명백해질 것이고, 본원에서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 구현예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 당업자가 다수의 대응하는 대안적인 그리고 동등한 구조적 상세사항, 예컨대 도구 구성요소를 체결, 장착, 결합, 또는 맞물리게 하는 동등한 방식, 특정 작동 운동을 생성하기 위한 동등한 메커니즘, 및 전기 에너지를 전달하기 위한 동등한 메커니즘을 채용할 수 있을 것임이 인식될 것이다. 따라서, 본원의 개시내용은 본원에 명시적으로 설명된 구현예에 한정되도록 의도되는 것이 아니라, 본원에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범주를 부여 받을 것이다.

Claims (148)

  1. 로봇 의료 시스템(robotic medical system)으로서,
    전자기(electromagnetic, EM) 필드 발생기에 결합되도록 구성되고, 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 구성된 제1 로봇 아암; 및
    하나 이상의 프로세서를 포함하며, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임에서 상기 EM 필드 내의 EM 센서의 EM 위치를 결정하도록;
    상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임에서 상기 EM 필드 발생기의 위치를 결정하도록;
    상기 EM 필드 발생기의 상기 위치에 기초하여 상기 EM 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 정합(registration)을 결정하도록; 그리고
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임에서 상기 EM 센서의 위치를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 제1 로봇 아암의 기구학(kinematics)에 기초하여 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기는 컴팩트 필드 발생기(compact field generator, cFG)를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 상기 EM 필드 발생기에 제거 가능하게 결합되도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    의료 기구의 움직임을 제어하도록 구성된 제2 로봇 아암을 더 포함하고,
    상기 로봇 좌표 프레임은 상기 제2 로봇 아암과 추가로 연관된, 로봇 의료 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 움직임 가능한 카트(cart)에 결합된, 로봇 의료 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 의료 절차 동안 환자를 지지하도록 구성된 환자 플랫폼에 결합된, 로봇 의료 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 EM 센서는 상기 의료 기구 상에 위치된, 로봇 의료 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 의료 절차 동안 환자에 대한 접근을 허용하게끔 상기 제1 로봇 아암으로 하여금 상기 EM 필드 발생기를 움직이게 하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제1 로봇 아암으로 하여금 상기 EM 센서에 대해 상기 EM 필드 발생기를 새로운 위치로 움직이게 하도록; 그리고
    상기 EM 필드 발생기와 연관된 상기 EM 좌표 프레임에서 상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 새로운 EM 위치를 결정하도록 추가로 구성되며, 상기 새로운 EM 위치는 상기 EM 위치에 비해 향상된 정확도를 갖는, 로봇 의료 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 로봇 아암으로 하여금, 상기 제1 로봇 아암의 상기 위치 및 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치에 기초하여 상기 EM 필드 발생기의 작업 체적(working volume) 내 중심에 상기 EM 센서를 두도록 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  12. 로봇 의료 절차를 수행하기 위한 방법으로서,
    제1 로봇 아암에 결합된 전자기(EM) 필드 발생기로 EM 필드를 생성하는 단계 - 상기 EM 필드는 EM 좌표 프레임과 연관됨 -;
    상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 위치를 결정하는 단계;
    상기 EM 필드 발생기의 상기 결정된 위치에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 상기 로봇 좌표 프레임과 상기 EM 좌표 프레임 사이의 정합을 결정하는 단계;
    상기 EM 좌표 프레임 내의 EM 센서의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임에서 상기 EM 센서의 상기 위치를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 결정하는 단계는 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기를 상기 제1 로봇 아암에 제거 가능하게 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암으로 하여금 상기 EM 필드 발생기를 움직이게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암으로 하여금 상기 EM 필드 발생기를 움직이게 하는 단계는, 상기 제1 로봇 아암으로 하여금 상기 EM 필드 발생기를, 의료 절차 동안 환자에 대한 접근을 허용하는 위치로 움직이게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암으로 하여금 상기 EM 필드 발생기를 움직이게 하는 단계는, 상기 EM 필드 좌표 프레임 내의 상기 EM 센서를 추적할 때의 향상된 정확도와 연관된 새로운 위치에 대해 상기 EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암으로 하여금 상기 EM 필드 발생기를 움직이게 하는 단계는, 상기 EM 필드 발생기의 작업 체적 내 중심에 상기 EM 센서를 두는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제12항에 있어서, 제2 로봇 아암에 결합된 의료 기구를 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 로봇 좌표 프레임은 상기 제2 로봇 아암과 연관된, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 움직임 가능한 카트에 결합된, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 로봇 의료 절차 동안 환자를 지지하게끔 구성된 환자 플랫폼에 대해 상기 움직임 가능한 카트를, 로봇 좌표 프레임과 상기 환자 플랫폼 사이에 공지된 공간적 관계가 존재하도록 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 상기 로봇 의료 절차 동안 환자를 지지하도록 구성된 환자 플랫폼에 결합된, 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 EM 센서는 상기 의료 기구 상에 위치된, 방법.
  24. 제12항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기는 컴팩트 필드 발생기(cFG)를 포함하는, 방법.
  25. 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서, 상기 명령어들은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 전자기(EM) 필드 발생기의 위치를 결정하게 하고 - 상기 EM 필드 발생기는 상기 제1 로봇 아암에 결합됨 -;
    상기 EM 필드 발생기의 상기 결정된 위치에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 상기 로봇 좌표 프레임과 EM 좌표 프레임 사이의 정합을 결정하게 하고 - 상기 EM 좌표 프레임은 상기 EM 발생기에 의해 생성된 EM 필드와 연관됨 -;
    상기 EM 좌표 프레임 내의 EM 센서의 위치를 결정하게 하고; 그리고
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임에서 상기 EM 센서의 상기 위치를 결정하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  26. 제25항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기는 컴팩트 필드 발생기(cFG)를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암은 상기 EM 필드 발생기에 제거 가능하게 결합되도록 구성된, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  28. 제25항에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 명령어들은, 실행될 때, 추가로 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    의료 기구의 움직임을 제어하도록 구성된 제2 로봇 아암을 제어하게 하고,
    상기 로봇 좌표 프레임은 상기 제2 로봇 아암과 추가로 연관된, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 움직임 가능한 카트에 결합된, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 의료 절차 동안 환자를 지지하도록 구성된 환자 플랫폼에 결합된, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  31. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드를 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기에 결합된, 그리고 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 구성된 제1 로봇 아암;
    환자 안으로 삽입을 위해 구성된 의료 기구 - 상기 의료 기구는 EM 센서를 포함함 -; 및
    하나 이상의 프로세서를 포함하며, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 위치를 결정하도록; 그리고
    상기 EM 센서의 상기 결정된 위치에 기초하여 상기 제1 로봇 아암의 움직임을 커맨딩(commanding)함으로써 상기 EM 필드 발생기의 위치를 조정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  32. 제1항에 있어서, 상기 EM 센서의 상기 결정된 위치에 기초하여 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 조정하는 것은 상기 EM 센서로 하여금 상기 EM 필드 내의 미리 결정된 위치에 위치되게 하는, 로봇 의료 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 상기 EM 필드 내의 상기 미리 결정된 위치는 상기 EM 필드의 작업 체적의 중심을 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  34. 제1항에 있어서, 상기 EM 센서의 상기 결정된 위치에 기초하여 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 조정하는 것은, 상기 EM 센서가 상기 EM 필드의 작업 체적의 미리 결정된 영역 내에 위치되도록, 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 조정하는 것을 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  35. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 배향을 결정하도록; 그리고
    상기 EM 센서의 상기 결정된 배향에 기초하여 상기 제1 로봇 아암의 움직임을 커맨딩함으로써 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치 및 배향 중 적어도 하나를 조정하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 상기 결정된 위치의 정확도를 증가시키기 위해 상기 EM 센서의 상기 결정된 배향에 기초하여 상기 EM 필드 발생기의 상기 배향 및 위치 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  37. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 의료 기구의 움직임 동안에, 상기 EM 센서가 상기 EM 필드의 작업 체적 내에 위치되게끔 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 상기 제1 로봇 아암의 움직임을 커맨드하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암을 통한 상기 EM 필드 발생기의 상기 움직임이 상기 의료 기구의 상기 움직임을 추적하는, 로봇 의료 시스템.
  39. 제37항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 EM 센서가 상기 EM 필드의 상기 작업 체적의 미리 결정된 영역 내에 위치되도록, 상기 의료 기구의 움직임 동안 상기 EM 필드 발생기를 움직이게끔 상기 제1 로봇 아암의 움직임을 커맨드하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  40. 제37항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 EM 센서가 상기 EM 필드의 상기 작업 체적 내의 미리 결정된 위치에 위치되도록, 상기 의료 기구의 움직임 동안 상기 EM 필드 발생기를 움직이게끔 상기 제1 로봇 아암의 움직임을 커맨드하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  41. 제40항에 있어서, 상기 미리 결정된 위치는 상기 EM 필드의 상기 작업 체적의 중심을 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  42. 제37항에 있어서, 제2 로봇 아암을 더 포함하고,
    상기 의료 기구는 상기 제2 로봇 아암에 결합되고,
    상기 하나 이상의 프로세서는 상기 제2 로봇 아암으로 상기 의료 기구의 움직임을 커맨드하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  43. 제42항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 아암은 카트 및 환자 플랫폼 중 하나에 결합되고, 상기 환자 플랫폼은 의료 절차 동안 환자를 지지하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 카트 및 상기 환자 플랫폼 중 하나에 결합된 제3 로봇 아암을 더 포함하는 로봇 의료 시스템.
  45. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임에 대한 상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 상기 위치를 결정하도록;
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 위치를 결정하는 것에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임과 상기 EM 좌표 프레임 사이의 정합을 결정하도록; 그리고
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임에서 상기 EM 센서의 상기 위치를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  46. 제45항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  47. 로봇 의료 방법으로서,
    제1 로봇 아암에 결합된 전자기(EM) 필드 발생기에 의해서 생성된 EM 필드의 작업 체적 내의 의료 기구의 EM 센서의 위치를 결정하는 단계;
    상기 의료 기구를 움직이는 단계; 및
    상기 의료 기구를 움직이는 단계에 응답하여, 상기 EM 센서가 상기 EM 필드 발생기의 상기 작업 체적 내에 위치된 상태로 유지되게끔 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계를 포함하는 로봇 의료 방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 의료 기구는 제2 로봇 아암에 결합되고,
    상기 의료 기구를 움직이는 단계는 상기 제2 로봇 아암으로 상기 의료 기구를 움직이는 단계를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 제2 로봇 아암으로 상기 기구를 움직이는 단계는 상기 제2 로봇 아암을 관절운동시키는 단계를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  50. 제48항에 있어서,
    상기 의료 기구는 기구 구동 메커니즘(instrument drive mechanism)에 결합되고,
    상기 제2 로봇 아암으로 상기 의료 기구를 움직이는 단계는 상기 기구 구동 메커니즘으로 상기 의료 기구를 작동시키는 단계를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  51. 제47항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에게 커맨드하는 단계는 상기 EM 필드 발생기로 하여금 상기 의료 기구의 움직임을 추적하게 하는, 로봇 의료 방법.
  52. 제47항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계는, 상기 EM 센서가 상기 EM 필드의 상기 작업 체적의 미리 결정된 영역 내에 위치되도록 상기 EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  53. 제47항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계는, 상기 EM 센서가 상기 EM 필드의 상기 작업 체적 내의 미리 결정된 위치에 위치되도록 상기 EM 필드 발생기를 움직이는 단계를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  54. 제47항에 있어서,
    상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 배향을 결정하는 단계; 및
    상기 EM 센서의 상기 결정된 배향에 기초하여 상기 제1 로봇 아암의 움직임을 커맨딩함으로써 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치 및 배향 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 더 포함하는 로봇 의료 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 EM 필드의 상기 배향 및 위치 중 상기 적어도 하나를 조정하는 단계는 상기 EM 필드의 상기 작업 체적 내의 상기 EM 센서의 상기 결정된 위치의 정확도를 증가시키는, 로봇 의료 방법.
  56. 제47항에 있어서,
    EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임에 대한 상기 EM 필드의 상기 작업 체적 내의 상기 EM 센서의 상기 위치를 결정하는 단계;
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 위치를 결정하는 것에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임과 상기 EM 좌표 프레임 사이의 정합을 결정하는 단계; 및
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임에서 상기 EM 센서의 상기 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 로봇 의료 방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 결정하는 단계는 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하는, 로봇 의료 방법.
  58. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드를 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기;
    상기 EM 필드 발생기에 결합된, 그리고 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 구성된 제1 로봇 아암; 및
    상기 EM 필드 발생기 및 상기 제1 로봇 아암과 통신하는 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 위치들을 결정하도록;
    상기 복수의 EM 센서들의 상기 결정된 위치들에 기초하여 상기 EM 필드 발생기를 위한 발생기 위치를 결정하도록; 그리고
    상기 EM 필드 발생기를 상기 결정된 발생기 위치로 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  59. 제58항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 복수의 EM 센서들을 위해 상기 결정된 위치들의 도심(centroid)을 결정하는 것에 기초하여 상기 발생기 위치를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  60. 제58항에 있어서,
    환자 안으로의 삽입을 위해 구성된 세장형 샤프트(elongated shaft)를 포함하는 의료 기구를 더 포함하고,
    상기 복수의 EM 센서들 중 적어도 하나는 상기 세장형 샤프트 상에 위치된, 로봇 의료 시스템.
  61. 제60항에 있어서,
    제2 로봇 아암을 더 포함하고,
    상기 제2 로봇 아암은, 상기 제2 로봇 아암이 상기 의료 기구를 움직일 수 있도록 상기 의료 기구에 결합된, 로봇 의료 시스템.
  62. 제61항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암은 로봇 의료 절차 동안 환자를 지지하도록 구성된 환자 플랫폼 또는 카트에 결합된, 로봇 의료 시스템.
  63. 제60항에 있어서, 상기 EM 센서들 중 적어도 하나는, 상기 환자 상에 위치된, 그리고 상기 환자의 호흡 또는 다른 움직임을 추적하도록 구성된 패치 센서를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  64. 제58항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임에 대한 상기 EM 필드 내의 상기 복수의 EM 센서들의 상기 위치들을 결정하도록;
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 위치를 결정하는 것에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임과 상기 EM 좌표 프레임 사이의 정합을 결정하도록; 그리고
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임에서 상기 EM 센서의 상기 위치를 결정하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  65. 제64항에 있어서, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치를 결정하는 것은 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하는, 로봇 의료 시스템.
  66. 제58항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서들은,
    상기 EM 센서들 중 적어도 하나의 움직임을 검출하도록; 그리고
    상기 검출된 움직임에 기초하여 상기 EM 필드 발생기를 위한 새로운 발생기 위치를 결정하도록; 그리고
    상기 EM 필드 발생기를 상기 새로운 발생기 위치로 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  67. 로봇 의료 절차 중에 전자기(EM) 필드 발생기를 위치시키기 위한 방법으로서,
    제1 로봇 아암에 결합된 EM 필드 발생기로 EM 필드를 생성하는 단계;
    상기 EM 필드 내의 복수의 EM 센서들의 위치들을 결정하는 단계;
    상기 복수의 EM 센서들의 상기 결정된 위치들에 기초하여 상기 EM 필드 발생기를 위한 발생기 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 EM 필드 발생기를 상기 발생기 위치로 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계를 포함하는 방법.
  68. 제67항에 있어서, 상기 복수의 EM 센서들을 위한 상기 결정된 위치들의 도심을 결정하는 단계에 기초하여 상기 발생기 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  69. 제67항에 있어서, 상기 복수의 EM 센서들 중 적어도 하나는 의료 기구의 세장형 샤프트 상에 위치되는, 방법.
  70. 제69항에 있어서, 상기 의료 기구는 제2 로봇 아암에 결합되는, 방법.
  71. 제70항에 있어서, 상기 EM 센서들 중 적어도 하나는, 환자 상에 위치된, 그리고 상기 환자의 호흡 또는 다른 움직임을 추적하도록 구성된 패치 센서를 포함하는, 방법.
  72. 제67항에 있어서,
    전자기(EM) 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임에 대한 상기 EM 필드 내의 상기 복수의 EM 센서들의 상기 위치들을 결정하는 단계;
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 발생기 위치를 결정하는 것에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임과 상기 EM 좌표 프레임 사이의 정합을 결정하는 단계; 및
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임에서 상기 복수의 EM 센서들의 상기 위치들을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  73. 제68항에 있어서, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 발생기 위치를 결정하는 단계는 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하는, 방법.
  74. 제67항에 있어서,
    상기 복수의 EM 센서들 중 적어도 하나의 움직임을 검출하는 단계;
    상기 검출된 움직임에 기초하여 상기 EM 필드 발생기를 위한 새로운 발생기 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 EM 필드 발생기를 상기 새로운 발생기 위치로 움직이도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨딩하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  75. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드를 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기;
    상기 EM 필드 발생기에 결합된, 그리고 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 구성된 제1 로봇 아암;
    축을 따라 연장되는 경피적으로 삽입 가능한 기구;
    상기 경피적으로 삽입 가능한 기구에 결합된, 그리고 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구를 움직이도록 구성된 제2 로봇 아암;
    환자 내에 위치되도록 구성된 EM 표적; 및
    상기 EM 필드 발생기 및 상기 제1 로봇 아암과 통신하는 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 위치들을, 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하도록,
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 위치를 결정하도록,
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치에 기초하여, 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구의 축을 상기 EM 표적과 정렬하기 위해 상기 제2 로봇 아암을 움직이도록, 그리고
    상기 제2 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 표적을 향한 상기 축을 따라 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구의 삽입을 야기하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  76. 제75항에 있어서,
    상기 정합은 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치에 기초하여 결정되고,
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치는 상기 제1 로봇 아암의 상기 기구학적 포즈에 기초하여 결정되는, 로봇 의료 시스템.
  77. 제76항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는
    상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 위치를 결정하고,
    상기 정합을 사용하여, 상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치로 매핑함으로써 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  78. 제75항에 있어서,
    상기 환자 안으로의 삽입을 위해 구성된 로봇 의료 기구; 및
    상기 로봇 의료 기구에 결합된, 그리고, 상기 로봇 의료 기구를 제어하도록 구성된 제3 로봇 아암을 더 포함하고,
    상기 EM 표적은 상기 로봇 의료 기구 상에 위치된 EM 센서를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  79. 제75항에 있어서, 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구는 니들(needle), 액세스 시스(access sheath), 및 복강경 기구 중 하나를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  80. 로봇 의료 시스템으로서,
    삽입 축을 따라 경피적으로 삽입 가능한 기구를 가이드하도록 구성된 기구 가이드 - 상기 기구 가이드는 전자기(EM) 필드 발생기 상에 위치되도록 구성되고, 상기 EM 필드 발생기는 EM 필드를 생성하도록 구성됨 -;
    상기 EM 필드 발생기에 결합되도록 구성된 제1 로봇 아암 - 상기 제1 로봇 아암은 상기 EM 필드 발생기 및 상기 기구 가이드를 움직이도록 추가로 구성됨 -; 및
    하나 이상의 프로세서를 포함하며, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    환자 내에 위치된 EM 표적을 결정하도록,
    상기 EM 필드와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 위치들을, 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈와 연관된 로봇 좌표 프레임 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하도록,
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 위치를 결정하도록, 그리고
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치에 기초하여, 상기 기구 가이드의 상기 삽입 축을 상기 EM 표적과 정렬시키도록 상기 제1 로봇 아암을 움직이도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  81. 제80항에 있어서,
    축을 따라 연장되는 경피적으로 삽입 가능한 기구와 결합되도록 구성된 제2 로봇 아암을 더 포함하고, 상기 제2 로봇 아암은 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구를 움직이도록 추가로 구성되고,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제2 로봇 아암을 사용하여 상기 삽입 축과 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구의 축을 정렬하도록, 그리고
    상기 제2 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 표적을 향해 상기 삽입 축을 따라 상기 기구 가이드를 통해 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구를 삽입하도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  82. 제81항에 있어서,
    로봇 의료 기구와 결합되도록 구성된 제3 로봇 아암을 더 포함하고, 상기 제3 로봇 아암은, 상기 로봇 의료 기구가 상기 환자 안으로 삽입되는 동안 상기 로봇 의료 기구를 제어하도록 추가로 구성되며, 상기 EM 표적은 상기 로봇 의료 기구에 배치된 EM 센서를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  83. 제80항에 있어서,
    상기 정합은 상기 로봇 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 위치에 기초하여 결정되고,
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치는 상기 제1 로봇 아암의 상기 기구학적 포즈에 기초하여 결정되는, 로봇 의료 시스템.
  84. 제83항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 결정하도록 구성되며, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치의 결정은,
    상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 위치를 결정하도록; 그리고
    상기 정합에 기초하여, 상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치로 매핑하도록 구성됨으로써 수행되는, 로봇 의료 시스템.
  85. 제80항에 있어서, 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구는 니들, 액세스 시스, 및 복강경 기구 중 하나를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  86. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드 발생기에 결합되고 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 구성된 제1 로봇 아암 - 상기 EM 필드 발생기는 EM 필드를 생성하도록 구성됨 -;
    기구 가이드를 움직이기 위해 결합되도록 구성된 제2 로봇 아암 - 상기 기구 가이드는 삽입 축을 따라 경피적으로 삽입 가능한 기구를 가이드하도록 구성됨 -; 및
    하나 이상의 프로세서를 포함하며, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    환자 내에 위치된 EM 표적을 결정하도록,
    상기 EM 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 위치들을, 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하도록,
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 위치를 결정하도록, 그리고
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치에 기초하여, 상기 기구 가이드의 상기 삽입 축을 상기 EM 표적과 정렬시키도록 상기 제2 로봇 아암을 움직이도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  87. 제86항에 있어서,
    상기 경피적으로 삽입 가능한 기구에 결합하고 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구를 움직이도록 구성된 제3 로봇 아암을 더 포함하고, 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구는 축을 따라 연장되고,
    상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제3 로봇 아암을 사용하여 상기 삽입 축과 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구의 축을 정렬하도록, 그리고
    상기 제3 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 표적을 향해 상기 삽입 축을 따라 상기 기구 가이드를 통해 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구를 삽입하도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  88. 제87항에 있어서,
    로봇 의료 기구에 결합되어 상기 로봇 의료 기구를 제어하도록 구성된 제4 로봇 아암을 더 포함하고, 상기 로봇 의료 기구는 상기 환자 안으로 삽입되도록 구성되고,
    상기 EM 표적은 상기 로봇 의료 기구 상에 위치된 EM 센서를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  89. 제86항에 있어서,
    상기 정합은 상기 로봇 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 위치에 기초하여 결정되고,
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치는 상기 제1 로봇 아암의 상기 기구학적 포즈에 기초하여 결정되는, 로봇 의료 시스템.
  90. 제89항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 결정하도록 구성되며, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치의 결정은,
    상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 위치를 결정하도록; 그리고
    상기 정합을 사용하여, 상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치로 매핑하도록 구성되는 것에 기초하여 수행되는, 로봇 의료 시스템.
  91. 제86항에 있어서, 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구는 니들, 액세스 시스, 및 복강경 기구 중 하나를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  92. 로봇 의료 방법으로서,
    제1 로봇 아암에 결합된 전자기(EM) 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 위치들을, 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하는 단계,
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 EM 표적의 위치를 결정하는 단계,
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치에 기초하여, 경피적으로 삽입 가능한 기구의 축을 상기 EM 표적과 정렬하기 위해 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구에 결합된 제2 로봇 아암을 움직이는 단계, 및
    상기 제2 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 표적을 향한 상기 축을 따라 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구의 삽입을 야기하는 단계를 포함하는 로봇 의료 방법.
  93. 제92항에 있어서, 상기 정합을 결정하는 단계는, 상기 로봇 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치에 기초하여 상기 정합을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 필드 발생기의 상기 위치는 상기 제1 로봇 아암의 상기 기구학적 포즈에 기초하여 결정되는, 로봇 의료 방법.
  94. 제93항에 있어서, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 결정하는 단계는,
    상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 정합을 사용하여, 상기 EM 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치를 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치로 매핑하는 단계를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  95. 제92항에 있어서,
    상기 로봇 의료 기구에 결합된, 그리고 상기 로봇 의료 기구를 제어하도록 구성된 제3 로봇 아암을 사용하여 환자 내의 로봇 의료 기구를 내비게이션하는 단계를 더 포함하고,
    상기 EM 표적은 상기 로봇 의료 기구 상에 위치된 EM 센서를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  96. 제92항에 있어서, 상기 경피적으로 삽입 가능한 기구는 니들, 액세스 시스, 및 복강경 기구 중 하나를 포함하는, 로봇 의료 방법.
  97. 로봇 의료 방법으로서,
    제1 로봇 아암에 결합된 전자기(EM) 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 위치들을, 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하는 단계,
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 EM 표적의 위치를 결정하는 단계, 및
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치에 기초하여, 상기 EM 필드 발생기 상에 위치된 기구 가이드의 삽입 축을 상기 EM 표적과 정렬시키도록 상기 제1 로봇 아암을 움직이는 단계를 포함하고, 상기 기구 가이드는 상기 삽입 축을 따라 경피적으로 삽입 가능한 기구를 가이드하도록 구성된, 로봇 의료 방법.
  98. 로봇 의료 방법으로서,
    제1 로봇 아암에 결합된 전자기(EM) 필드 발생기와 연관된 EM 좌표 프레임 내의 위치들을, 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 로봇 좌표 프레임 내의 위치들로 매핑하는 정합을 결정하는 단계,
    상기 정합에 기초하여, 상기 로봇 좌표 프레임 내의 EM 표적의 위치를 결정하는 단계, 및
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 표적의 상기 위치에 기초하여, 상기 제2 로봇 아암에 결합된 기구 가이드의 삽입 축을 상기 EM 표적과 정렬시키도록 상기 제2 로봇 아암을 움직이는 단계를 포함하는 로봇 의료 방법.
  99. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드 발생기에 결합되고 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 구성된 제1 로봇 아암 - 상기 EM 필드 발생기는, EM 좌표 프레임에 대한 EM 센서의 위치가 결정될 수 있는 작업 체적을 갖는 EM 필드를 생성하도록 구성됨 -; 및
    하나 이상의 프로세서를 포함하며, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록; 그리고
    상기 작업 체적 내에서 EM 센서가 검출될 때:
    (i) 상기 EM 좌표 프레임에 대한 상기 작업 체적 내의 상기 EM 센서의 위치를 결정하도록, 그리고
    (ii) 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임 안으로 상기 EM 센서의 상기 위치를 매핑하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  100. 제99항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 필드 발생기를 탐색 경로를 따라 움직이도록 구성되며, 상기 탐색 경로는 상기 작업 체적보다 더 큰 치료 체적을 통해 상기 작업 체적을 스윕하여 상기 치료 체적 내의 EM 센서들을 측위(locate)하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  101. 제100항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 센서들의 상기 결정된 위치들에 기초하여 추적 경로를 결정하도록;
    상기 EM 센서들의 상기 위치들을 추적하도록 상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 추적 경로를 따라 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록; 그리고
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 추적 경로를 따라 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  102. 제101항에 있어서, 상기 EM 필드 발생기가 상기 추적 경로를 따라 움직여질 때, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    (i) 상기 EM 좌표 프레임에 대한 상기 작업 체적 내의 상기 EM 센서들의 상기 위치들을 재결정하도록,
    (ii) 상기 EM 센서들의 상기 위치들을 상기 제1 로봇 아암의 상기 기구학적 포즈에 기초하여 상기 로봇 좌표 프레임 안으로 재매핑(re-map)하도록, 그리고
    (iii) 업데이트된 추적 경로를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  103. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드 발생기에 결합되고 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 구성된 제1 로봇 아암 - 상기 EM 필드 발생기는, EM 좌표 프레임에 대한 EM 센서의 위치가 결정될 수 있는 작업 체적을 갖는 EM 필드를 생성하도록 구성됨 -; 및
    하나 이상의 프로세서를 포함하며, 상기 하나 이상의 프로세서는,
    (i) 제1 위치에 상기 EM 필드 발생기가 있는 경우:
    상기 EM 좌표 프레임에 대한 상기 작업 체적 내의 제1 EM 센서의 위치를 결정하도록, 그리고
    상기 EM 필드 발생기가 상기 제1 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임 안으로 상기 제1 EM 센서의 상기 위치를 매핑하도록,
    (ii) 상기 EM 필드 발생기를 제2 위치로 움직이도록; 그리고
    (iii) 상기 제2 위치에 상기 EM 필드 발생기가 있는 경우:
    상기 EM 좌표 프레임에 대한 상기 작업 체적 내의 제2 EM 센서의 위치를 결정하도록, 그리고
    상기 EM 필드 발생기가 상기 제2 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 제2 EM 센서의 위치를 상기 로봇 좌표 프레임 안으로 매핑하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  104. 제103항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 제1 EM 센서 및 상기 제2 EM 센서가 상기 EM 필드 발생기의 상기 작업 체적 내에 동시에 위치되지 않도록, 상기 제1 로봇 아암을 움직이게끔 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  105. 제103항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 및 제2 EM 센서의 상기 위치들을 추적하기 위해 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  106. 방법으로서,
    제1 로봇 아암을 사용하여 상기 제1 로봇 아암 상에 위치된 전자기(EM) 필드 발생기를 움직이는 단계; 및
    작업 체적 내에서 EM 센서가 검출될 때:
    (i) EM 좌표 프레임에 대한, 상기 EM 필드 발생기에 의해 생성된 EM 필드의 작업 체적 내의 상기 EM 센서의 위치를 결정하는 단계, 및
    (ii) 상기 제1 로봇 아암의 기구학적 포즈에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임 안으로 상기 EM 센서의 상기 위치를 매핑하는 단계를 포함하는 방법.
  107. 방법으로서,
    (i) 제1 로봇 아암에 결합된 전자기(EM) 필드 발생기가 제1 위치에 있는 경우,
    상기 EM 좌표 프레임에 대한, 상기 EM 필드 발생기에 의해 생성된 EM 필드의 작업 체적 내의 제1 EM 센서의 위치를 결정하는 단계,
    상기 EM 필드 발생기가 상기 제1 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 제1 로봇 아암과 연관된 로봇 좌표 프레임 안으로 상기 제1 EM 센서의 상기 위치를 매핑하는 단계,
    (ii) 상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 필드 발생기를 제2 위치로 움직이는 단계; 및
    (iii) 상기 제2 위치에 상기 EM 필드 발생기가 있는 경우:
    상기 EM 좌표 프레임에 대한 상기 작업 체적 내의 제2 EM 센서의 위치를 결정하는 단계,
    상기 EM 필드 발생기가 상기 제2 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 제2 EM 센서의 위치를 상기 로봇 좌표 프레임 안으로 매핑하는 단계를 포함하는 방법.
  108. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드를 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기에 결합된 제1 로봇 아암;
    EM 센서; 및
    프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    상기 EM 센서가 한 위치에 유지되는 동안 로봇 궤적을 따라 상기 EM 필드 발생기의 움직임을 야기하도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드를 전송하도록;
    상기 EM 필드 발생기가 상기 로봇 궤적을 따라 움직이는 기간에 대응하여 상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 EM 센서 궤적을 검출하도록;
    상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 차이를 결정하기 위해 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적을 분석하도록; 그리고
    상기 차이와 임계치 사이의 비교에 기초하여 상기 위치에서 EM 왜곡을 검출하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  109. 제108항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제1 로봇 아암에 대응되는 기구학적 데이터에 기초하여 상기 로봇 궤적을 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  110. 제108항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 제1 로봇 아암의 움직임과 연관된 오차 인자 또는 EM 센서 노이즈와 연관된 오차 인자 중 적어도 하나에 기초하여 상기 임계치를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  111. 제108항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 로봇 궤적의 형상과 상기 EM 센서 궤적의 형상의 비교에 기초하여 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  112. 제108항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 로봇 궤적을 따른 복수의 포인트들과 상기 EM 센서 궤적을 따른 대응되는 복수의 포인트들의 비교에 기초하여 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이를 결정하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  113. 제112항에 있어서, 상기 복수의 포인트들 각각은 상기 EM 필드 발생기의 상기 움직임과 연관된 시간에 대해 결정되는, 로봇 의료 시스템.
  114. 제108항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 위치에서 상기 EM 왜곡을 검출하면, 상기 위치에서 상기 EM 왜곡을 감소시키게끔 상기 제1 로봇 아암으로 상기 EM 필드 발생기를 재위치시키도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  115. 제114항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 위치에서 상기 EM 왜곡을 감소시키게끔 상기 제1 로봇 아암으로 상기 EM 필드 발생기를 재위치시키도록 구성되기 위해서,
    상기 EM 센서가 상기 위치에 남아 있는 동안 제2 로봇 궤적을 따라 상기 EM 필드 발생기의 움직임을 야기하게끔 상기 제1 로봇 아암에 추가적 커맨드를 전송하도록;
    상기 EM 필드 발생기가 상기 제2 로봇 궤적을 따라 움직이는 기간에 대응하여 상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 제2 EM 센서 궤적을 검출하도록;
    상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적 사이의 차이를 결정하기 위해 상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적을 분석하도록; 그리고
    상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이를 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이와 비교하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  116. 제115항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이가 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이보다 더 적은 때, 상기 제2 로봇 궤적을 따른 일 포인트에 상기 EM 필드 발생기를 위치시키도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  117. 로봇 시스템의 한 세트의 하나 이상의 프로세서에 의해서 수행되는 방법으로서,
    전자기(EM) 센서가 한 위치에 유지되는 동안 EM 필드 발생기를 제1 위치로부터 제2 위치로 움직이도록 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계;
    상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 움직이는 상기 EM 필드 발생기와 연관된 로봇 궤적을 결정하는 단계;
    EM 필드 내의 상기 EM 센서의 EM 센서 궤적을 검출하는 단계 - 상기 EM 센서 궤적은 상기 EM 필드 발생기가 상기 로봇 궤적을 따라 움직인 기간과 연관됨 -;
    상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 차이를 결정하는 단계; 및
    상기 차이와 왜곡 임계치의 비교에 기초하여 상기 위치에서 EM 왜곡을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  118. 제117항에 있어서, 상기 로봇 궤적을 결정하는 단계는 상기 제1 로봇 아암에 대응하는 기구학적 데이터를 사용하는 것에도 추가로 기초하는, 방법.
  119. 제117항에 있어서, 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 움직이는 상기 EM 필드 발생기와 연관된 상기 로봇 궤적을 결정하는 단계는, 상기 제1 로봇 아암의 움직임과 연관된 오차 인자를 보상하는 단계를 포함하는, 방법.
  120. 제117항에 있어서, 상기 EM 센서 궤적을 검출하는 단계는 EM 센서 노이즈와 연관된 에러 인자를 보상하는 단계를 포함하는, 방법.
  121. 제117항에 있어서, 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이를 결정하는 단계는, 상기 로봇 궤적의 형상을 상기 EM 센서 궤적의 형상에 비교하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  122. 제117항에 있어서, 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이를 결정하는 단계는, 상기 로봇 궤적을 따른 복수의 포인트들을 상기 EM 센서 궤적을 따른 대응되는 복수의 포인트들에 비교하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  123. 제122항에 있어서, 상기 복수의 포인트들 각각은 상기 EM 필드 발생기의 상기 움직임과 연관된 시간에 대해 결정되는, 방법.
  124. 제117항에 있어서, 상기 위치에서 상기 EM 왜곡이 검출된 때, 상기 위치에서 상기 EM 왜곡을 감소시키도록 상기 제1 로봇 아암으로 상기 EM 필드 발생기를 재위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  125. 제117항에 있어서,
    상기 EM 센서가 상기 위치에 유지되는 동안 제2 로봇 궤적을 따라 상기 EM 필드 발생기의 움직임을 야기하도록 상기 제1 로봇 아암에 커맨드하는 단계;
    상기 EM 필드 내의 상기 EM 센서의 제2 EM 센서 궤적을 검출하는 단계 - 상기 제2 EM 센서 궤적은 상기 EM 필드 발생기가 상기 제2 로봇 궤적을 따라 움직인 기간과 연관됨 -;
    상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적 사이의 차이를 결정하기 위해 상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적을 분석하는 단계; 및
    상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이를 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이와 비교하는 단계를 더 포함하는 방법.
  126. 제125항에 있어서, 상기 제2 로봇 궤적과 상기 제2 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이가 상기 로봇 궤적과 상기 EM 센서 궤적 사이의 상기 차이보다 더 적은 때, 상기 제2 로봇 궤적을 따른 일 포인트에 상기 EM 필드 발생기를 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  127. 로봇 의료 시스템으로서,
    전자기(EM) 필드를 생성하도록 구성된 EM 필드 발생기에 결합된 제1 로봇 아암 - 상기 제1 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임과 연관되고, 상기 EM 필드 발생기는 EM 좌표 프레임과 연관됨 -;
    EM 센서; 및
    상기 제1 로봇 아암과 통신하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    상기 EM 필드 발생기가 상기 EM 센서의 위치에 대한 제1 EM 필드 발생기 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 EM 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 제1 정합을 결정하도록;
    상기 제1 정합에 기초하여 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 센서의 제1 EM 센서 위치를 결정하도록;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 센서에 대한 상기 제1 EM 필드 발생기 위치로부터 제2 EM 필드 발생기 위치로 상기 EM 필드 발생기를 움직이도록;
    상기 EM 필드 발생기가 상기 EM 센서의 상기 위치에 대한 상기 제2 EM 필드 발생기 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 EM 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 제2 정합을 결정하도록, 그리고
    상기 제2 정합에 기초하여 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 센서의 제2 EM 센서 위치를 결정하도록;
    상기 제1 EM 센서 위치와 상기 제2 EM 센서 위치 사이의 차이를 결정하도록; 그리고
    상기 차이와 임계치 사이의 비교에 기초하여 상기 위치에서 EM 왜곡을 검출하도록 구성된, 로봇 의료 시스템.
  128. 제127항에 있어서, 상기 프로세서는 위치 왜곡을 결정하도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  129. 제127항에 있어서, 상기 프로세서는 배향 왜곡을 결정하도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  130. 제127항에 있어서, 상기 임계치는 상기 제1 로봇 아암의 모션과 연관된 오차 인자 또는 EM 센서 노이즈와 연관된 오차 인자 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는, 로봇 의료 시스템.
  131. 방법으로서,
    전자기(EM) 필드 발생기를 제1 로봇 아암에 결합하는 단계 - 상기 EM 필드 발생기는 EM 좌표 프레임과 연관된 EM 필드를 생성하도록 구성되고, 상기 제1 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임과 연관됨 -;
    상기 EM 필드 발생기가 EM 센서의 위치에 대한 제1 EM 필드 발생기 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 EM 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 제1 정합을 결정하는 단계;
    상기 제1 정합에 기초하여 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 센서의 제1 EM 센서 위치를 결정하는 단계;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 EM 센서에 대한 상기 제1 EM 필드 발생기 위치로부터 제2 EM 필드 발생기 위치로 상기 EM 필드 발생기를 움직이는 단계 - 상기 EM 센서는 상기 움직임 동안 정지된 상태를 유지함 -;
    상기 EM 필드 발생기가 상기 EM 센서의 상기 위치 및 상기 제2 EM 필드 발생기 위치에 있는 상태에서의 상기 제1 로봇 아암의 기구학에 기초하여 상기 EM 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 제2 정합을 결정하는 단계;
    상기 제2 정합에 기초하여 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 EM 센서의 제2 EM 센서 위치를 결정하는 단계;
    상기 제1 EM 센서 위치와 상기 제2 EM 센서 위치 사이의 차이를 결정하는 단계; 및
    상기 차이가 임계치를 초과하는 것에 기초하여 상기 위치에서 EM 왜곡을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  132. 로봇 의료 시스템으로서,
    초음파 프로브(probe)에 결합된 제1 로봇 아암 - 상기 제1 로봇 아암은 상기 초음파 프로브의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되며, 상기 제1 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임과 연관됨 -;
    상기 제1 로봇 아암 및 상기 초음파 프로브와 통신하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 초음파 프로브를 제1 초음파 프로브 위치로 움직이도록;
    상기 제1 초음파 프로브 위치에 위치된 상기 초음파 프로브로 제1 초음파 이미지를 캡처하도록;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 초음파 프로브를 제2 초음파 프로브 위치로 움직이도록;
    상기 제2 초음파 프로브 위치에 위치된 상기 초음파 프로브로 제2 초음파 이미지를 캡처하도록;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 초음파 프로브를 제3 초음파 프로브 위치로 움직이도록;
    상기 제3 초음파 프로브 위치에 위치된 상기 초음파 프로브로 제3 초음파 이미지를 캡처하도록; 그리고
    상기 로봇 좌표 프레임에 대한 상기 초음파 프로브의 영상 평면을 캘리브레이션하도록 구성되며, 상기 캘리브레이션은,
    상기 제1 초음파 프로브 위치에서 상기 초음파 프로브를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제1 기구학 및 상기 제1 초음파 이미지,
    상기 제2 초음파 프로브 위치에서 상기 초음파 프로브를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제2 기구학 및 상기 제2 초음파 이미지, 및
    상기 제3 초음파 프로브 위치에서 상기 초음파 프로브를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제3 기구학 및 상기 제3 초음파 이미지에 기초하는, 로봇 의료 시스템.
  133. 제132항에 있어서,
    전자기(EM) 필드를 생성하도록 구성되고 전자기(EM) 좌표 프레임과 연관된 EM 필드 발생기;
    상기 EM 필드 발생기의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되고 상기 로봇 좌표 프레임과 연관된 제2 로봇 아암을 추가로 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 EM 필드 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 정합을 상기 제2 로봇 아암의 기구학에 기초하여 결정하도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  134. 제133항에 있어서, 상기 제1 및 제2 로봇 아암은 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 관계를 한정하는 환자 플랫폼 또는 카트에 부착된, 로봇 의료 시스템.
  135. 제133항에 있어서, 상기 EM 필드 내의 검출 가능한 EM 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서 위치를 상기 정합에 기초하여 결정하도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  136. 제135항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 초음파 프로브의 상기 영상 평면을 디스플레이하도록; 그리고
    상기 초음파 프로브의 상기 디스플레이된 영상 평면 상에 상기 결정된 EM 센서 위치의 표시를 오버레이하도록 추가로 구성된, 로봇 의료 시스템.
  137. 방법으로서,
    초음파 프로브를 제1 로봇 아암에 결합하는 단계 - 상기 제1 로봇 아암은 상기 초음파 프로브의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되며, 상기 제1 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임과 연관됨 -;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 초음파 프로브를 제1 초음파 프로브 위치로 움직이는 단계;
    상기 제1 초음파 프로브 위치에 위치된 상기 초음파 프로브로 제1 초음파 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 초음파 프로브를 제2 초음파 프로브 위치로 움직이는 단계;
    상기 제2 초음파 프로브 위치에 위치된 상기 초음파 프로브로 제2 초음파 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 초음파 프로브를 제3 초음파 프로브 위치로 움직이는 단계;
    상기 제3 초음파 프로브 위치에 위치된 상기 초음파 프로브로 제3 초음파 이미지를 캡처하는 단계; 및
    상기 로봇 좌표 프레임에 대한 상기 초음파 프로브의 영상 평면을 캘리브레이션하는 단계를 포함하며, 상기 캘리브레이션은,
    상기 제1 초음파 프로브 위치에서 상기 초음파 프로브를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제1 기구학 및 상기 제1 초음파 이미지,
    상기 제2 초음파 프로브 위치에서 상기 초음파 프로브를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제2 기구학 및 상기 제2 초음파 이미지, 및
    상기 제3 초음파 프로브 위치에서 상기 초음파 프로브를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제3 기구학 및 상기 제3 초음파 이미지에 기초하는, 방법.
  138. 제137항에 있어서,
    전자기(EM) 필드 발생기를 제2 로봇 아암에 결합하는 단계 - 상기 EM 필드 발생기는 EM 필드를 생성하도록 구성되고, 상기 EM 필드 발생기는 EM 좌표 프레임과 연관되고, 상기 제2 로봇 아암은 상기 EM 필드 발생기의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되고, 상기 제2 로봇 아암은 상기 로봇 좌표 프레임과 연관됨 -; 및
    상기 EM 필드 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 정합을 상기 제2 로봇 아암의 기구학에 기초하여 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  139. 제138항에 있어서, 상기 제1 및 제2 로봇 아암은 상기 로봇 좌표 프레임 내의 상기 제1 로봇 아암과 제2 로봇 아암 사이의 관계를 한정하는 환자 플랫폼 또는 카트에 부착된, 방법.
  140. 제138항에 있어서,
    상기 EM 필드 내에 EM 센서를 위치시키는 단계; 및
    상기 정합에 기초하여 상기 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  141. 제140항에 있어서,
    상기 초음파 프로브의 상기 영상 평면을 디스플레이하는 단계; 및
    상기 초음파 프로브의 상기 디스플레이된 영상 평면 상에 상기 결정된 EM 센서 위치의 표시를 오버레이하는 단계를 더 포함하는 방법.
  142. 로봇 의료 시스템으로서,
    제1 영상 장치에 결합된 제1 로봇 아암 - 상기 제1 로봇 아암은 상기 제1 영상 장치의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되며, 상기 제1 로봇 아암은 로봇 좌표 프레임과 연관됨 -;
    상기 제1 로봇 아암 및 상기 제1 영상 장치와 통신하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 제1 영상 장치를 제1 위치로 움직이도록;
    상기 제1 위치에 위치된 상기 제1 영상 장치로 제1 이미지를 캡처하도록;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 제1 영상 장치를 제2 위치로 움직이도록;
    상기 제2 위치에 위치된 상기 제1 영상 장치로 제2 이미지를 캡처하도록;
    상기 제1 로봇 아암을 사용하여 상기 제1 영상 장치를 제3 위치로 움직이도록;
    상기 제3 위치에 위치된 상기 제1 영상 장치로 제3 이미지를 캡처하도록; 그리고
    상기 로봇 좌표 프레임을 대해 상기 제1 영상 장치를 캘리브레이션하도록 구성되며, 상기 캘리브레이션은
    상기 제1 위치에서 상기 제1 영상 장치를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제1 기구학 및 상기 제1 이미지,
    상기 제2 위치에서 상기 제1 영상 장치를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제2 기구학 및 상기 제2 이미지, 및
    상기 제3 위치에서 상기 제1 영상 장치를 구비하는 상기 제1 로봇 아암의 제3 기구학 및 상기 제3 이미지에 기초하는, 로봇 의료 시스템.
  143. 제142항에 있어서,
    제2 영상 장치에 결합된 제2 로봇 아암을 더 포함하고, 상기 제2 로봇 아암은 상기 제2 영상 장치의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되며, 상기 제2 로봇 아암은 상기 로봇 좌표 프레임과 연관되고;
    상기 프로세서는 상기 제2 로봇 아암 및 상기 제2 영상 장치와 통신하며, 상기 프로세서는,
    상기 제2 로봇 아암을 사용하여 상기 제2 영상 장치를 제1 위치로 움직이도록;
    상기 제1 위치에 위치된 상기 제2 영상 장치로 제1 이미지를 캡처하도록;
    상기 제2 로봇 아암을 사용하여 상기 제2 영상 장치를 제2 위치로 움직이도록;
    상기 제2 위치에 위치된 상기 제2 영상 장치로 제2 이미지를 캡처하도록;
    상기 제2 로봇 아암을 사용하여 상기 제2 영상 장치를 제3 위치로 움직이도록;
    상기 제3 위치에 위치된 상기 제2 영상 장치로 제3 이미지를 캡처하도록; 그리고
    상기 로봇 좌표 프레임을 대해 상기 제2 영상 장치를 캘리브레이션하도록 구성되며, 상기 캘리브레이션은
    상기 제1 위치에서 상기 제2 영상 장치를 구비하는 상기 제2 로봇 아암의 제1 기구학 및 상기 제1 이미지,
    상기 제2 위치에서 상기 제2 영상 장치를 구비하는 상기 제2 로봇 아암의 제2 기구학 및 상기 제2 이미지, 및
    상기 제3 위치에서 상기 제2 영상 장치를 구비하는 상기 제2 로봇 아암의 제3 기구학 및 상기 제3 이미지에 기초하는, 로봇 의료 시스템.
  144. 제142항에 있어서, 상기 제1 영상 장치는 초음파 프로브, 카메라 또는 깊이 센서 중 하나를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  145. 제144항에 있어서, 상기 제2 영상 장치는 초음파 프로브, 카메라 또는 깊이 센서 중 하나를 포함하는, 로봇 의료 시스템.
  146. 제143항에 있어서,
    전자기(EM) 필드를 생성하도록 구성되고 전자기(EM) 좌표 프레임과 연관된 EM 필드 발생기;
    상기 EM 필드 발생기의 위치를 조정하기 위해 움직이도록 구성되고 상기 로봇 좌표 프레임과 연관된 제3 로봇 아암을 더 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 EM 필드 좌표 프레임과 상기 로봇 좌표 프레임 사이의 정합을 상기 제3 로봇 아암의 기구학에 기초하여 결정하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  147. 제146항에 있어서, 상기 EM 필드 내의 검출 가능한 EM 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 로봇 좌표 프레임 내의 EM 센서 위치를 상기 정합에 기초하여 결정하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
  148. 제147항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 제1 영상 장치 또는 상기 제2 영상 장치로부터의 이미지를 디스플레이하도록; 그리고
    상기 디스플레이된 이미지 상에 상기 결정된 EM 센서 위치의 표시를 오버레이하도록 더 구성된, 로봇 의료 시스템.
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