KR20240021747A - 초음파 안내식 바늘 배치를 위한 의료용 로봇 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 환자 피부의 진입 지점과 환자의 관심 해부학적 부위에서 치료할 병변의 목표 지점에 의해 정해진 궤적을 따라 의료 기기(15)를 안내하기 위한 도구 가이드(14)가 장착된 로봇 아암(13)을 포함하는 의료용 로봇(10)에 관한 것이다. 의료용 로봇은 로봇의 위치, 초음파 프로브의 위치 및 환자 마커(22)의 위치를 결정할 수 있게 하는 초음파 프로브(40) 및 내비게이션 시스템(30)과 협력한다. 로봇은 환자의 적어도 하나의 호흡 사이클 동안 초음파 프로브에 의해 수득된 초음파 이미지로부터 환자 마커의 위치에 따른 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치의 모델을 생성하도록 구성된다. 이렇게 생성된 모델은 의료 기기를 정밀하게 안내하기 위해 환자 마커의 위치에 따라 로봇 아암을 실시간으로 제어할 수 있게 한다.
Description
본 발명은 환자의 관심 해부학적 부분에 하나 이상의 의료 기기를 삽입하는 것을 포함하여 최소 침습 의료 개입(minimally invasive medical intervention) 동안 시술자를 보조하기 위한 로봇 디바이스 분야에 속한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 환자의 관심 해부학적 부분 내 병변의 목표 지점의 움직임을 추적하고, 의료 기기를 목표 지점까지 최적으로 안내하기 위해 로봇의 관절식 아암의 위치를 실시간으로 조정하도록 구성된 의료용 로봇에 관한 것이다. 목표 지점의 움직임은 특히 환자의 호흡이나 의료 기기의 삽입에 의해 생성될 수 있다.
의료 기기를 사용하여 환자의 관심 해부학적 부분의 목표 해부학적 부위에 도달하는 것을 목표로 하는 최소 침습적 개입을 준비하기 위해 시술자는 일반적으로 수술 전 의료 이미지(개입 며칠 전 또는 몇 주 전에 획득됨) 또는 개입 전 의료 이미지(환자가 개입 테이블 상에 있을 때 개입 직전에 획득됨)에 기초하여 개입 계획을 수행한다. 최소 침습적 의료 개입은 특히 기관(organ) 내 종양의 생검 또는 절제를 수행하거나, 척추 성형술 또는 시멘트 성형술을 수행하거나, 심지어 특정 해부학적 부위를 자극하는 것을 목표로 할 수 있다. 관심 해부학적 부분은 예를 들어 폐, 신장, 간, 뇌, 경골, 무릎, 척추골 등일 수 있다. 의료 기기는 바늘, 프로브, 카테터 등일 수 있다.
이 계획 단계 동안 시술자는 치료할 관심 해부학적 부위의 목표 지점을 정한다. 시술자는 또한 환자의 피부에서 의료 기기의 진입 지점을 정한다. 그러면 이 두 지점은 의료 개입을 수행하기 위해 의료 기기가 따라가야 하는 궤적을 정한다. 특히 흉부, 복부 또는 골반 부위에 위치된 연부 기관의 경우, 환자의 호흡과 관련된 움직임 및/또는 의료 기기의 삽입으로 인한 기관의 국부적 변형은 개입 동안 목표 지점을 변위시킨다. 수술 전 또는 개입 전 의료 계획 이미지는 개입 동안 목표 지점의 이러한 변위를 예측하지 못한다. 따라서 목표 지점의 위치(즉, 관심 해부학적 부분에서 치료할 부위의 위치)는 일반적으로 의료 계획 이미지의 수득 동안 및 개입 동안 달라지게 된다. 따라서, 의료 계획 이미지로부터 의료 기기의 삽입을 계획할 때, 의료 기기가 목표 지점에 정확하게 도달하지 못할 위험이 있다.
또한, 의료 기기가 따라가야 할 계획된 궤적을 적절히 조정하지 않는 경우 삽입 동안 의료 기기가 구부러져 목표 지점에 도달하지 못할 위험이 있다.
환자의 호흡으로 인해 발생하는 목표 지점의 변위를 제한하기 위해 의료 기기의 삽입 시 의료 계획 이미지가 수득된 것에 대응하는 호흡 사이클 단계에서 환자의 호흡을 차단하는 것을 생각할 수 있다. 호흡은 국소 마취 하에 의료 개입이 이루어지는 경우 환자에 의해 자발적으로 차단될 수 있고, 또는 그렇지 않고 전신 마취(기계적 환기 중단) 하에서 의료 개입이 이루어지는 경우 시술자에 의해 통제된 방식으로 차단될 수 있다. 그러나 이 해결책은 의료 계획 이미지가 수득된 호흡 사이클 단계와, 개입 동안 환자의 호흡이 차단된 호흡 사이클 단계 사이에 정확한 대응 관계를 얻기 어렵기 때문에 항상 매우 정확한 것은 아니다. 더욱이, 이 해결책은 환자의 호흡이 차단된 동안 수행되어야 하기 때문에 의료 기기를 비교적 빨리 삽입할 것을 전제로 한다.
또한 환자의 호흡 사이클 동안 여러 의료 계획 이미지를 촬영하고, 호흡으로 인해 발생되는 관심 해부학적 부분의 변형과 변위를 가장 적게 받는 궤적을 결정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 의료 기기가 목표 지점에 정확하게 도달하지 못할 위험이 있다.
또한, 개입 시 의료 이미지(의료 기기가 환자의 신체에 삽입될 때 수득된 이미지)를 정기적으로 수득하여 개입 과정 전반에 걸쳐 목표 지점의 위치를 추적할 수 있다. 이러한 의료 이미지는 일반적으로 컴퓨터 단층 촬영, X-선 또는 자기 공명에 의해 수득된다. 그러나 컴퓨터 단층 촬영이나 X-선의 경우 이러한 해결책은 개입 동안 환자와 시술자에게 상당한 방사선 조사가 발생한다는 단점이 있다. 자기 공명 영상의 경우 특정 비자성 재료를 사용해야 하며, 특히 마취제의 경우 특히 제한이 있다. 또한 이 해결책을 사용하려면 개입 과정 전반에 걸쳐 부피가 큰 이미징 디바이스를 사용해야 한다.
또한 초음파 이미지의 도움으로 관심 해부학적 부분 내에서 병변의 위치를 추적하는 것이 알려져 있다. 그러나 초음파 이미지에서 병변이 항상 보이는 것은 아니며, 기존 해결책은 일반적으로 정밀도가 부족하다.
따라서 특히 환자의 호흡 및/또는 의료 기기의 삽입으로 인한 관심 해부학적 부분의 국부적 변형과 관련된 움직임이 개입 동안 목표 지점의 변위를 유발하는 경우 환자의 관심 해부학적 부분 내 치료할 부위의 목표 지점에 의료 기기를 정확하게 삽입하기 위한 해결책을 찾는 것이 여전히 필요하다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점, 특히 위에서 제시한 단점 중 전부 또는 일부를 해결하는 것이다.
이를 위해, 제1 양태에 따르면, 본 발명은 환자의 관심 해부학적 부분의 병변을 치료하기 위해 의료 개입 동안 시술자를 보조하는 의료용 로봇을 제안한다. 의료용 로봇은 의료 기기를 안내하기 위한 도구 가이드를 원위 단부에 포함하는 로봇 아암을 포함한다. 의료용 로봇은 또한 로봇 아암을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 의료용 로봇은 내비게이션 시스템 및 초음파 프로브와 협력하며 시술자에 의해 환자의 관심 해부학적 위치에 위치되도록 구성된다. 제어 유닛은 내비게이션 시스템에 의해 전달된 정보에 기초하여 의료용 로봇에 고정되도록 의도된 로봇 마커의 위치, 환자의 관심 해부학적 부분 근처에 위치되도록 의도된 환자 마커의 위치 및 초음파 프로브에 고정될 프로브 마커의 위치를 임의의 시간에 결정할 수 있도록 구성된다. 모델링 단계 동안, 제어 유닛은 환자의 적어도 하나의 호흡 사이클 동안 초음파 프로브에 의해 수득된 복수의 초음파 이미지를 수신하고, 환자의 호흡 사이클에서 고려되는 순간에 관계없이 환자 마커의 위치에 기초하여 초음파 이미지로부터 병변의 목표 지점의 위치 및 환자 피부의 진입 지점의 위치를 추정하기 위한 모델을 생성하도록 구성된다. 안내 단계 동안 제어 유닛은 모델에서 환자 마커의 위치와 연관된 진입 지점의 위치와 목표 지점의 위치에 의해 정해진 궤적을 따라 의료 기기를 안내하기 위해 환자 마커의 위치에 기초하여 실시간으로 로봇 아암을 제어하도록 구성된다.
본 명세서에서, "위치"라는 용어는 3차원 참조 프레임에서 물체의 위치와 배향을 모두 기술하는 넓은 의미로 이해되어야 한다(영어 문헌에서는 때때로 "포즈"라는 용어가 사용됨). 마커 위치(환자 마커, 로봇 마커 및 프로브 마커)와 또한 목표 지점의 위치 및 진입 지점의 위치는 로봇 참조 프레임 또는 내비게이션 시스템 참조 프레임에서 정해질 수 있다. 로봇 마커의 위치는 내비게이션 시스템의 참조 프레임과 로봇의 참조 프레임 모두에서 알려져 있기 때문에 로봇의 참조 프레임은 내비게이션 시스템의 참조 프레임을 기준으로 정해질 수 있다는 것에 유의해야 한다(로봇 아암의 각 관절은 예를 들어 로봇의 참조 프레임에서 로봇 아암의 각 관절 요소의 위치를 알 수 있게 하는 인코더를 포함하고, 로봇 상의 로봇 마커의 위치는 제어 유닛에 의해 선험적으로 알려져 있다).
모델링 단계는 개입 시작 시, 로봇 아암을 관심 해부학적 부분에 더 가까이 가져가기 전에, 그리고 의료 기기를 환자의 신체에 삽입하기 전에 수행된다. 모델링 단계는 호흡 사이클 동안 환자 마커에 대해 목표 지점의 움직임과 진입 지점의 움직임을 모델링하는 데 사용된다. 모델링 단계 동안 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치는 환자 마커의 위치와 상관되고, 이에 따라 환자 마커의 위치에 따라 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 정할 수 있다. 따라서 획득된 모델을 사용하면 호흡 사이클의 임의의 순간에 의료 기기가 목표 지점에 정밀하게 도달하기 위해 따라가야 하는 궤적에 대응하는 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 정할 수 있다.
환자 마커의 위치에 따라 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 모델링하면 내비게이션 시스템을 사용하여 환자 마커의 위치를 실시간으로 추적하고, 환자 마커의 위치와 연관된 진입 지점의 위치와 목표 지점의 위치에 의해 정해진 궤적을 따라 의료 기기를 안내하기 위해 로봇 아암이 취하는 위치를 실시간으로 정하는 것이 가능해진다. 이러한 실시간 추적은 특히 의료 기기의 삽입 전에 이루어질 수 있다.
이러한 배열을 통해 의료 기기의 삽입을 진행하기 위해 호흡 사이클의 임의의 순간에 환자의 호흡을 차단하는 것이 가능해진다. 실제로 환자의 호흡이 차단되는 순간과 관계없이 로봇 아암은 원하는 궤적을 따라 의료 기기의 삽입을 허용하는 올바른 위치에 있게 된다.
더욱이, 개입 동안 환자의 호흡을 차단할 필요가 더 이상 없다. 실제로, 로봇 아암은 원하는 궤적을 따라 의료 기기를 안내하기 위해 로봇 아암의 위치가 지속적으로 조정되도록 실시간으로 이동된다.
따라서 의료 기기는 호흡 사이클 동안 의료 기기가 삽입되는 순간에 관계없이 치료할 부위에 매우 정밀하게 삽입될 수 있다. 의료 기기의 삽입은 일반적으로 시술자에 의해 수행되며, 의료용 로봇의 목적은 시술자에 의한 의료 기기의 삽입을 안내하는 것이다. 그러나 의료 기기의 삽입을 제어 유닛에 의해 자동화하여 제어하는 것을 막을 수 있는 것은 없다.
더욱이, 호흡 사이클 동안 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 모델링하는 것은 초음파 이미지에 기초하여 수행되기 때문에 개입 동안 환자와 시술자가 전리 방사선에 노출되는 일이 없다.
특정 실시예에서, 본 발명은 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 취해진 이하의 특징 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 모델링 단계 동안, 제어 유닛은, 수신된 각각의 초음파 이미지에 대해,
- 상기 초음파 이미지가 초음파 프로브에 의해 수득된 시간에 환자 마커의 위치와 프로브 마커의 위치를 결정하고,
- 초음파 이미지로부터 병변이 보이는 분석 이미지를 획득하고,
- 분석 이미지에서 병변의 목표 지점과 환자 피부의 진입 지점을 결정하고, 이에 따라 목표 지점과 진입 지점은 의료 기기가 따라가야 할 궤적을 정하고,
- 프로브 마커의 위치로부터 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 결정하고,
- 상기 초음파 이미지에 대해 이렇게 결정된 환자 마커의 위치, 목표 지점의 위치 및 진입 지점의 위치 사이의 연관성을 수립하도록 구성된다.
더욱이, 제어 유닛은 환자의 호흡 사이클에 고려되는 순간에 관계없이 복수의 초음파 이미지에 대해 이렇게 획득된 정보로부터 환자 마커의 위치의 함수로서 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 모델링하도록 구성된다.
특정 실시예에서, 안내 단계 동안, 의료 기기의 삽입 시, 제어 유닛은 초음파 프로브에 의해 수득된 새로운 초음파 이미지를 정기적으로 수신하도록 구성된다. 제어 유닛은 상기 새로운 초음파 이미지에 기초하여 모델을 업데이트하도록 추가로 구성된다.
시술자가 의료 기기를 환자의 신체에 삽입하기 시작하자마자, 환자 피부의 진입 지점의 위치가 고정되어 로봇 아암의 움직임을 위한 회전 중심이 된다. 그러나 의료 기기의 삽입 단계 동안 실시간으로 수득된 새로운 초음파 이미지를 사용하여 목표 지점의 위치, 진입 지점의 위치, 및 환자 마커의 위치를 실시간으로 추적하는 것은 여전히 가능하다. 이러한 배열은 의료 기기의 삽입으로 인한 목표 지점의 임의의 움직임을 고려하는 것을 가능하게 한다. 실제로 목표 지점은 삽입 동안 의료 기기가 따라가는 궤적 방향으로 이동할 수 있다(이는 특히 도달할 목표 지점이 연부 기관 내의 병변, 예를 들어, 종양에 있는 경우이다). 초음파 이미지의 도움으로 목표 지점의 위치를 실시간으로 결정하면 이 궤적을 따라 의료 기기를 안내하기 위해 의료 기기가 따라가야 할 궤적과, 또한 로봇 아암의 위치를 실시간으로 업데이트할 수 있다.
따라서 본 발명은 의료 기기의 삽입 후 궤적의 측방 재조정을 최소화하는 것을 가능하게 한다(이러한 궤적의 측방 재조정은 일반적으로 의료 기기가 횡단하는 기관에 외상을 입힌다).
특정 실시예에서, 안내 단계 동안, 의료 기기의 삽입 시, 제어 유닛은 수신된 각각의 새로운 초음파 이미지에 대해 의료 기기의 위치를 결정하고, 의료 기기의 위치에 따라 로봇 아암의 실시간 제어를 조정하도록 추가로 구성된다.
이러한 배열을 사용하면 삽입 동안 의료 기기가 휘어지는 위험을 고려하고, 이에 따라 로봇 아암의 실시간 제어를 조정할 수 있다(그런 경우 의료 기기가 따라가야 할 궤적은 더 이상 진입 지점과 목표 지점 사이의 직선이 아니다).
특정 실시예에서, 분석 이미지는 초음파 이미지에 직접 대응한다. 이는 특히 초음파 이미지에서 병변이 보이는 경우이다.
특정 실시예에서, 제어 유닛은 병변이 보이는 수술 전 또는 개입 전 참조 이미지와 초음파 이미지를 병합함으로써 분석 이미지를 획득하도록 구성된다.
실제로 초음파 이미지에서 병변이 보이지 않는 경우(등에코성 병변) 초음파 이미지에서 직접 목표 지점의 위치를 결정하는 것은 가능하지 않다. 그러면 초음파 이미지는 병변이 보이는 다른 양식의 참조 이미지와 정합되어야 한다. 이는 특히 컴퓨터 단층 촬영, 양전자 방출 단층 촬영 또는 자기 공명 영상에 의해 획득된 수술 전 또는 개입 전 이미지일 수 있다. 그러면 참조 이미지와 초음파 이미지를 병합하면 병변이 보이는 분석 이미지가 제공된다. 정합은 전체 정합(관심 해부학적 부분 전체에 대한 정합) 또는 국부적 정합(관심 해부학적 부분의 특정 부위에 대한 최적화된 정합)일 수 있다. 정합은 강체적으로 (병진 및/또는 회전을 통해) 수행되거나, 비-강체적으로 (변형을 통해) 수행될 수 있다. 정합은 특히 병합될 이미지에 대한 특정 해부학적 부분을 인식하는 것에 기초하는 자동 학습 알고리즘에 의해 구현될 수 있다.
특정 실시예에서, 환자 마커의 방사선 불투과성 요소는 참조 이미지에서 보일 수 있고, 제어 유닛은 초음파 이미지가 초음파 프로브에 의해 수득된 시간에 프로브 마커의 위치에 대한 환자 마커의 위치에 기초하여 정합에 의해 참조 이미지와 초음파 이미지를 병합하도록 구성된다.
특정 실시예에서, 참조 이미지는 컴퓨터 단층 촬영 이미지, 양전자 방출 단층 촬영 이미지, 또는 자기 공명 영상 이미지이다.
특정 실시예에서, 초음파 프로브로부터 수신된 초음파 이미지는 B-모드 초음파 이미지이다.
특정 실시예에서, 제어 유닛은 초당 적어도 15개의 이미지의 속도로 초음파 프로브에 의해 수득된 초음파 이미지를 수신하고 처리하도록 구성된다.
이러한 배열을 사용하면 목표 지점의 위치를 실시간으로 추적하고, 그 결과 의료 기기가 개입 과정 전체에 걸쳐 원하는 궤적을 따라 안내되도록 로봇 아암의 위치를 실시간으로 조정하는 것을 보장할 수 있다.
특정 실시예에서, 의료용 로봇은 시술자가 분석 이미지를 볼 수 있도록 하는 디스플레이 스크린을 포함하는 사용자 인터페이스를 추가로 포함한다.
특정 실시예에서, 사용자 인터페이스는 시술자가 디스플레이 스크린에 표시된 분석 이미지에서 목표 지점 및/또는 진입 지점 및/또는 의료 기기가 횡단해서는 안 되는 해부학적 부위를 식별할 수 있게 하는 입력 수단을 포함한다.
따라서 시술자는 초음파 프로브에 의해 수득된 제1 초음파 이미지와 연관된 분석 이미지에 대응하는 개입 전 이미지에 대해 사용자 인터페이스를 사용하여 개입하는 것을 계획할 수 있다(분석 이미지는 병변이 초음파 이미지에서 보이는 경우 바로 초음파 이미지일 수 있고, 또는 다른 경우 병변이 보이는 다른 양식의 수술 전 이미지와 초음파 이미지의 정합을 통한 융합 이미지일 수 있다). 그러면 이 제1 이미지에서 시술자가 정한 목표 지점과 진입 지점은 이하의 분석 이미지에서 제어 유닛에 의해 자동으로 결정된다. 목표 지점의 추적은 특히 여러 연속 초음파 이미지의 움직임을 추적하는 방법에 의해, "반점(speckle)" 변형 분석에 의해, 또는 인공 지능 알고리즘("반점"은 이미지의 순간적 질감에 나타나고 거친 외관을 주는 작고 빠르게 변하는 스팟 세트를 나타냄)에 의해 구현될 수 있다. 초음파 이미지에서 병변이 보이지 않는 경우, 분석 이미지에서 목표 지점을 추적하는 것을 돕기 위해 초음파 이미지에서 보이는 병변에 가까운 해부학적 구조부(예를 들어, 혈관)의 움직임을 추적하는 것이 유리하다.
특정 실시예에서, 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린 상에서 환자 신체의 실제 이미지와 분석 이미지를 중첩시키기 위한 증강 현실 디바이스를 포함한다.
증강 현실 디바이스를 사용하면 삽입 동안 환자의 신체에서 이동하는 3차원 병변과, 또한 의료 기기의 진행 상황을 중첩시킬 수 있다. 이는 예를 들어 환자 위의 개입 테이블에 위치된 스크린이거나, 또는 그 밖에 마스크, 헬멧 또는 증강 현실 안경일 수 있다. 이러한 유형의 디스플레이는 시술자가 환자의 관심 해부학적 부분을 공간적으로 표현하는 것을 용이하게 한다.
특정 실시예에서, 제어 유닛은 병변이 보이는 참조 이미지와 초음파 이미지를 비교하고, 초음파 프로브에 의해 수득된 초음파 이미지가 병변이 위치된 해부학적 부위를 포함하도록 초음파 프로브가 이동되어야 하는 방향을 시술자에게 지시하도록 구성된다.
참조 이미지는, 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영, 양전자 방출 단층 촬영 또는 자기 공명 영상에 의해 획득된 수술 전 또는 개입 전 이미지이다. 초음파 프로브가 이동되어야 하는 방향은 예를 들어 사용자 인터페이스의 디스플레이 스크린에서 시술자에게 지시된다. 다른 예에 따르면, 초음파 프로브가 이동되어야 하는 방향은 광 신호에 의해 또는 초음파 프로브의 햅틱 피드백(진동)에 의해 또는 그 밖에 증강 현실 디스플레이에서 시술자에게 지시될 수 있다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 위에서 설명된 실시예 중 임의의 실시예에 따른 의료용 로봇을 포함하는 의료 디바이스에 관한 것이고, 또한 의료용 로봇과 협력하도록 의도된 내비게이션 시스템 및 초음파 프로브에 관한 것이다.
본 발명은 비제한적인 예로서 주어지고 도 1 내지 도 15를 참조하여 주어진 이하의 설명을 읽을 때 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 의료용 로봇, 내비게이션 시스템 및 프로브를 포함하는 본 발명에 따른 의료 디바이스의 개략도이다.
도 2는 의료용 로봇의 로봇 아암의 개략도이다.
도 3은 로봇 아암의 단부에 부착되도록 의도된 도구 가이드의 개략도이다.
도 4는 도구 가이드의 단부에 의료 기기를 유지하는 디바이스를 보여주는 도구 가이드를 도시한다.
도 5는 도구 가이드 상에 의료 기기의 위치, 및 또한 내비게이션 시스템에 의해 검출 가능한 "로봇 마커"를 형성하는 요소를 보여주는 도구 가이드를 도시한다.
도 6은 환자의 관심 해부학적 부분 근처에 위치되도록 의도된 "환자 마커"의 개략도이다.
도 7은 초음파 프로브에 부착되도록 의도된 "프로브 마커"의 개략도이다.
도 8은 (초음파 이미지에서 병변이 보이는 경우) 모델링 단계 동안, 그런 다음 의료 기기의 삽입 전에 로봇 아암의 실시간 제어 단계 동안 제어 유닛에 의해 구현되는 방법의 주요 단계의 개략도이다.
도 9는 시술자가 이미지 상에서 목표 지점 및/또는 진입 지점 및/또는 위험 부위 및 또한 치료 파라미터를 식별할 수 있게 하는 사용자 인터페이스의 개략도이다.
도 10은 수술 전 또는 개입 전 이미지(도면의 a) 부분), 초음파 이미지(도면의 b) 부분), 및 수술 전 또는 개입 전 이미지와 초음파 이미지의 정합을 통한 융합 이미지(도면의 c) 부분)의 개략도이다.
도 11은 (병변이 초음파 이미지에 보이지 않는 경우) 수술 전 또는 개입 전 이미지에 기초한 계획 단계 동안, 그런 다음 모델링 단계 동안 제어 유닛에 의해 구현되는 방법의 주요 단계의 개략도이다.
도 12는 환자의 호흡 사이클 동안 환자 마커의 추정된 움직임의 개략도이다.
도 13은 시간에 따른 환자 마커의 위치를 추적하는 개략도이다.
도 14는 환자 마커의 위치에 따라 목표 지점의 위치를 모델링하는 것에 기초하여 로봇 아암의 위치를 실시간으로 조정하는 개략도이다.
도 15는 의료 기기의 삽입 단계 동안 제어 유닛에 의해 구현되는 방법의 주요 단계의 개략도이다.
이들 도면에서 여러 도면에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 명료함을 위해 달리 명시되지 않는 한, 표시된 요소가 반드시 동일한 축척으로 그려진 것은 아니다.
도 1은 의료용 로봇, 내비게이션 시스템 및 프로브를 포함하는 본 발명에 따른 의료 디바이스의 개략도이다.
도 2는 의료용 로봇의 로봇 아암의 개략도이다.
도 3은 로봇 아암의 단부에 부착되도록 의도된 도구 가이드의 개략도이다.
도 4는 도구 가이드의 단부에 의료 기기를 유지하는 디바이스를 보여주는 도구 가이드를 도시한다.
도 5는 도구 가이드 상에 의료 기기의 위치, 및 또한 내비게이션 시스템에 의해 검출 가능한 "로봇 마커"를 형성하는 요소를 보여주는 도구 가이드를 도시한다.
도 6은 환자의 관심 해부학적 부분 근처에 위치되도록 의도된 "환자 마커"의 개략도이다.
도 7은 초음파 프로브에 부착되도록 의도된 "프로브 마커"의 개략도이다.
도 8은 (초음파 이미지에서 병변이 보이는 경우) 모델링 단계 동안, 그런 다음 의료 기기의 삽입 전에 로봇 아암의 실시간 제어 단계 동안 제어 유닛에 의해 구현되는 방법의 주요 단계의 개략도이다.
도 9는 시술자가 이미지 상에서 목표 지점 및/또는 진입 지점 및/또는 위험 부위 및 또한 치료 파라미터를 식별할 수 있게 하는 사용자 인터페이스의 개략도이다.
도 10은 수술 전 또는 개입 전 이미지(도면의 a) 부분), 초음파 이미지(도면의 b) 부분), 및 수술 전 또는 개입 전 이미지와 초음파 이미지의 정합을 통한 융합 이미지(도면의 c) 부분)의 개략도이다.
도 11은 (병변이 초음파 이미지에 보이지 않는 경우) 수술 전 또는 개입 전 이미지에 기초한 계획 단계 동안, 그런 다음 모델링 단계 동안 제어 유닛에 의해 구현되는 방법의 주요 단계의 개략도이다.
도 12는 환자의 호흡 사이클 동안 환자 마커의 추정된 움직임의 개략도이다.
도 13은 시간에 따른 환자 마커의 위치를 추적하는 개략도이다.
도 14는 환자 마커의 위치에 따라 목표 지점의 위치를 모델링하는 것에 기초하여 로봇 아암의 위치를 실시간으로 조정하는 개략도이다.
도 15는 의료 기기의 삽입 단계 동안 제어 유닛에 의해 구현되는 방법의 주요 단계의 개략도이다.
이들 도면에서 여러 도면에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 명료함을 위해 달리 명시되지 않는 한, 표시된 요소가 반드시 동일한 축척으로 그려진 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 의료용 로봇(10)을 개략적으로 도시한다. 의료용 로봇(10)은 개입 테이블(21) 상에 위치된 환자(20)의 관심 해부학적 부분에 대한 의료 개입 동안 시술자를 보조하는 데 사용된다.
예로서, 환자의 관심 해부학적 부분 내의 병변을 치료하기 위해 최소 침습적 또는 경피적 방식으로 수행되는 의료 개입이 고려된다. 이러한 유형의 개입은 일반적으로 시술자가 관심 해부학적 부분(예를 들어, 간, 폐, 신장 등)의 목표 해부학적 부위(병변, 예를 들어, 종양)에 도달하기 위해 환자의 신체에 특정 깊이까지 하나 이상의 의료 기기(예를 들어, 바늘, 프로브, 카테터 등)를 삽입할 것을 요구한다.
의료용 로봇(10)은 베이스(11)를 포함한다. 고려된 예에서, 의료용 로봇(10)의 베이스(11)에는 의료용 로봇(10)이 병진 및/또는 회전 운동에 의해 여러 방향으로 이동할 수 있도록 하는 전동 바퀴가 장착되어 있다.
의료용 로봇(10)은 관절식 로봇 아암(13)을 추가로 포함하고, 로봇 아암의 일 단부는 베이스(11)에 연결된다. 로봇 아암(13)의 타 단부에는 의료 기기(15), 예를 들어, 바늘, 프로브, 카테터, 전극 등을 안내하도록 의도된 도구 가이드(14)가 고정되어 있다. 의료용 로봇(10)은 시술자가 의료 개입 동안 의료 기기(15)를 위치, 유지 또는 안내하는 것을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 그러면 의료용 로봇(10)은 시술자의 제3의 손 역할을 한다.
의료용 로봇(10)은 로봇 아암(13)의 움직임을 제어하도록 구성된 제어 유닛(12)을 포함한다. 제어 유닛(12)은 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(122) 및 메모리(121)(자기 하드 디스크, 전자 메모리, 광 디스크 등)를 포함하고, 메모리에는 로봇 아암(13)을 위치시키기 위한 방법의 다양한 단계를 구현하기 위해 실행되는 프로그램 코드 명령어 세트의 형태의 컴퓨터 프로그램 제품이 저장되어 있다. 또한 메모리(121)를 통해 이 방법을 구현하는 데 사용되는 이미지 및 기타 정보(특히 내비게이션 정보)를 기록할 수 있다.
의료용 로봇(10)은 또한 시술자가 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 초음파 이미지 또는 다른 의료 이미지(예를 들어, 관심 해부학적 부분의 수술 전 또는 개입 전 참조 이미지, 또는 초음파 이미지를 참조 이미지와 정합하여 획득된 융합 이미지)를 볼 수 있게 하는 디스플레이 스크린을 포함하는 사용자 인터페이스(19)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스는 또한 시술자가 디스플레이 스크린에 표시된 이미지에서 목표 지점 및/또는 진입 지점 및/또는 의료 기기(15)가 횡단해서는 안 되는 해부학적 부위를 식별할 수 있게 하는 입력 수단(키보드, 마우스, 터치 스크린 등)을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린 상에서 환자 신체의 실제 이미지와 초음파 이미지(또는 융합 이미지)를 중첩시키기 위한 증강 현실 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 디바이스는 시술자가 관심 해부학적 부분을 공간적으로 표현하는 것을 용이하게 한다.
의료용 로봇(10)은 초음파 프로브(40) 및 내비게이션 시스템(30)과 협력하며 시술자에 의해 환자의 관심 해부학적 부분에 위치되도록 구성된다. 의료용 로봇(10)은 내비게이션 시스템(30) 및 초음파 프로브(40)와 데이터를 교환하기 위해 제어 유닛(12)에 연결된 통신 모듈을 포함한다. 내비게이션 시스템(30)과 초음파 프로브(40)는 또한 각각 의료용 로봇(10)의 제어 유닛(12)과 데이터를 교환하기 위해 통신 모듈을 포함한다. 제어 유닛(12), 내비게이션 시스템(30) 및 초음파 프로브 간에 수립된 통신은 유선 통신이거나 무선 통신일 수 있다. 단순화를 위해 통신 모듈은 도 1에 도시되어 있지 않다.
고려된 예에서, 내비게이션 시스템(30)은 광학 내비게이션 시스템이다. 내비게이션 시스템(30)은 적외선 복사선 범위에서 동작하는 입체 카메라의 두 센서에 대응하는 두 개의 광학 센서(31)를 포함한다. 고려된 예에서, 내비게이션 시스템(30)은 가시광 범위에서 동작하는 카메라(32)를 추가로 포함한다.
제어 유닛(12)은 내비게이션 시스템(30)에 의해 전달된 정보로부터 의료용 로봇(10)에 고정되도록 의도된 로봇 마커(18)의 위치, 환자(20)의 관심 해부학적 부분 근처에 위치되도록 의도된 환자 마커(22)의 위치, 및 초음파 프로브(40)에 고정되도록 의도된 프로브 마커(41)의 위치를 임의의 시간에 결정할 수 있도록 구성된다.
본 명세서에서, "위치"라는 용어는 일반적으로 3차원 좌표계인 주어진 참조 프레임에서 물체의 위치와 배향의 조합에 대응한다. 영어 문헌에서는 공간에서 물체의 위치와 배향의 조합을 나타내기 위해 "포즈"라는 용어가 사용된다.
제어 유닛(12)은 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 초음파 이미지를 초음파 프로브(40)로부터 수신하도록 구성된다.
초음파 프로브(40)로부터 수신된 초음파 이미지와 내비게이션 시스템(30)으로부터 수신된 정보는 주어진 순간에 환자 마커(22)의 위치와 병변의 위치를 상관시킬 수 있기 위해 제어 유닛(12)에 의해 시간적으로 동기화된다.
종래에, 초음파 프로브(40)는 하나 이상의 음파 송신기-수신기 요소(압전 재료, 용량성 전자 트랜스듀서)를 포함한다. 초음파 프로브는 간접 압전 효과에 의해 초음파를 생성한다. 파동이 해부학적 구조부를 만날 때마다 이 파동의 일부가 반사 또는 산란("반점")에 의해 에코 형태로 되돌아온다. 그러면 이 에코는 직접적인 압전 효과에 의해 전류로 변환된 다음 이미지로 재구성된다. 초음파 이미지의 재구성은 주로 프로브의 송신기-수신기 요소의 수, 크기 및 위치(측방 및 길이 방향 해상도), 방출 펄스의 지속시간 및 에코 시간(축 방향 및/또는 깊이 해상도)에 의존한다. 그런 다음 수신된 에코의 에너지는 회색 레벨로 인코딩된다. 에너지가 높을수록 대응하는 이미지 부분(픽셀)이 더 백색이 된다. 이 회색조 인코딩은 "밝기"라고 불리고, 연관된 초음파 모드는 "B-모드"라고 불린다. 초음파 프로브(40)가 생성하는 이미지는 2차원 이미지이거나, 3차원 이미지일 수 있다. 바람직하게는, 초음파 프로브(40)는 초당 적어도 15개의 이미지의 빈도로 이미지를 생성할 수 있다.
고려된 예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(13)은 3차원 공간의 임의의 위치에 의료 기기(15)를 위치시키고/시키거나 이동시키는 것을 가능하게 하는 6개의 자유도를 부여하는 6개의 회전형 관절(131 내지 136)을 포함한다. 유리하게는, 로봇 아암(13)의 관절(131 내지 135)은 정렬되지 않고 서로에 대해 오프셋되어 있어서, 로봇 아암(13)의 더 많은 수의 가능한 구성을 허용한다. 각 관절은 각도 위치를 실시간으로 알 수 있도록 하는 적어도 하나의 인코더를 포함한다. 그러면 로봇 아암(13)의 구성은 관절(131 내지 136)에 의해 취해진 일련의 파라미터 값(예를 들어 각 관절에 대한 회전 각도의 값)에 대응한다. 회전형 관절(136)은 도구 가이드(14)의 주축을 중심으로 회전하는 것에 대응한다. 그러나 의료 기기의 대칭 축을 중심으로 회전을 수행할 필요는 없다는 점에 유의해야 한다(실제로 의료 기기를 안내하고 해제하는 데는 5개의 자유도로 충분하다). 이러한 추가적인 자유도는 여분의 상황 하에 있을 수 있게 하고, 도구 가이드(14)의 주어진 위치에 대해 로봇 아암(13)의 무한한 수의 가능한 구성을 가질 수 있게 한다. 이러한 여분의 상황은 환자 위치나 수술실 구성과 관련된 제약 조건에 맞추는 데 특히 유용하다. 이러한 여분의 상황은 특히 환자의 외부 포락선과 마커 위치에 맞출 수 있게 하고; 예를 들어, 로봇 아암의 구성이 마커 중 하나를 숨기는 경우, 의료 기기(15)에 대해 동일한 궤적을 유지하면서 로봇 아암(13)의 다른 구성을 채택하는 것이 가능하다.
고려된 예에서 도 3에 도시된 바와 같이, 도구 가이드(14)는 플랜지(17)에 의해 로봇 아암(13)에 고정된다. 도구 가이드는 도 3에서 점선으로 표시된 주축(145)을 포함한다. 도구 가이드(14)는 제어 유닛(12)이 도구 가이드(14)에 가해지는 힘을 결정할 수 있도록 힘 센서(16)에 결합된다. 이러한 힘은 특히 로봇 아암(13)을 수동으로 변위시킬 때 시술자에 의해 가해질 수 있다. 이 힘은 또한 환자의 신체가 의료 기기(15)를 통해 도구 가이드(14)에 가해지는 힘에 대응할 수 있다.
고려된 예에서 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도구 가이드(14)는 나사(143)에 의해 플랜지(17)에 고정되도록 의도된 베이스(142)가 있는 몸체(141), 및 또한 서로에 대해 이동될 수 있는 두 부분을 포함하는 유지 시스템(146)을 포함한다. 유지 시스템(146)은 베이스(142)의 반대쪽 도구 가이드(14)의 몸체(141) 단부에 의료 기기(15)를 유지하도록 의도된다. 유지 시스템(146)의 두 이동 부분은 의료 기기(15)를 잠그거나 해제하기 위해 기어, 캠, 나사산이 반대인 나사 및/또는 선형 액추에이터와 같은 구동 시스템에 의해 구동될 수 있다. 이때 선형 액추에이터는 가역적이거나(도구 가이드(14)의 유지 시스템(146)은 제어 유닛(12)의 명령에 따라 자동으로 또는 수동으로 열릴 수 있음) 또는 비가역적일 수 있다(도구 가이드(14)의 유지 시스템(146)은 제어 유닛의 명령에 따라 자동으로만 열릴 수 있음). 도구 가이드(14)는 예를 들어 다양한 직경의 의료 기기를 안내할 수 있게 한다. 예를 들어, 이러한 가이드를 사용하면 직경이 11 내지 21 게이지인 의료 기기를 안내할 수 있다. 게이지는 바늘, 프로브 또는 카테터와 같은 의료 기기의 외부 직경을 정하는 데 일반적으로 사용되는 측정 단위이다(11 게이지는 2.946mm의 외부 직경에 해당하고, 21 게이지는 0.812mm의 외부 직경에 해당한다).
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도구 가이드(14)는 광학 마커(181)를 수용하도록 의도된 스터드(stud)(144)를 포함한다. 유리하게는, 도구 가이드(14)는 도구 가이드(14)의 위치가 내비게이션 시스템(30)의 참조 프레임의 3차원 공간에서 결정될 수 있도록 적어도 3개의 광학 마커(181)를 포함한다. 서로에 대해 도구 가이드(14)의 광학 마커(181)의 각 위치는 내비게이션 디바이스(30) 및/또는 제어 유닛(12)에 의해 선험적으로 알려져 있다. 유리하게는, 각각의 광학 마커(181)의 기하 형상도 또한 선험적으로 알려질 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, 광학 마커(181)는 구형 형상이다.
도구 가이드(14)에 존재하는 일련의 광학 마커(181)는 로봇 마커(18)에 해당한다.
적어도 3개의 광학 마커(181)를 사용하면 평면과 이 평면에 수직인 z 축과, 평면 내에 있는 x 및 y 축을 갖는 직접 직교 3차원 참조 프레임을 정할 수 있어서 참조 프레임은 직접적이다. 따라서 이는 도구 가이드(14)를 나타내는 광학 마커(181)로부터 형성된 참조 프레임의 위치와 배향을 결정할 수 있게 한다. 3개의 축(x, y 및 z)을 사용하면 6개의 자유도, 즉 각 축(x, y 또는 z)을 따른 병진 운동과, 각 축을 중심으로 한 회전 운동을 정할 수 있다.
광학 마커(181)는 수동형 또는 능동형일 수 있다. 수동형 광학 마커는 예를 들어 내비게이션 시스템(30)과 같은 다른 요소에 의해 방출되는 광학 복사선을 반사한다. 수동형 광학 마커는 예를 들어 적외선 입체 카메라(예를 들어, Northern Digital Inc.에서 제조한 Polaris® 내비게이션 시스템에 사용된 것)로 검출할 수 있는 반사 구체에 대응하거나 또는 입체 카메라(예를 들어 ClaroNav의 MicronTracker® 내비게이션 시스템에 사용되는 것)에 보이는 흑백 패턴에 대응할 수 있다. 능동형 광학 마커 자체는 내비게이션 시스템(30)이 검출할 수 있는 광학 복사선, 예를 들어, 적외선 복사선을 방출한다.
그러나, 3차원 특징적인 기하 형상을 갖는 단일 광학 마커가 일련의 구형 광학 마커(181) 대신에 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 6은 환자(20)의 관심 해부학적 부분 근처에 위치되도록 의도된 환자 마커(22)를 개략적으로 도시한다. 고려된 예에서, 환자 마커(22)는, 환자 마커(22)의 위치가 내비게이션 시스템(30)의 참조 프레임의 3차원 공간에서 결정될 수 있도록 4개의 광학 마커(23)를 포함한다. 서로에 대해 환자 마커(22)의 광학 마커(23)의 각 위치는 내비게이션 시스템(30) 및/또는 제어 유닛(12)에 의해 선험적으로 알려져 있다. 유리하게는, 각각의 광학 마커(23)의 기하 형상은 또한 선험적으로 알려질 수 있다. 도 6에 도시된 예에서, 광학 마커(23)는 구형 형상이다. 구형 형상을 사용하면 광학 복사선의 반사를 최적화할 수 있다. 도구 가이드(14)의 광학 마커(181)의 능동 또는 수동 유형에 대해 위에서 언급한 내용은 환자 참조(22)의 광학 마커(23)에 대해서도 적용된다. 여기서도 4개의 구형 광학 마커(23) 대신에 3차원 특징적인 기하 형상을 갖는 단일 광학 마커를 사용하는 것을 생각할 수 있다.
선택적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 환자 마커(22)는 또한 의료 이미징 디바이스(예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영, 자기 공명, 초음파, 단층 촬영, 양전자 방출 등)에 의해 수득된 의료 이미지에서 볼 수 있는 방사선 불투과성 마커(24)를 포함할 수 있다. 서로에 대해 방사선 불투과성 마커(24)의 각 위치는 내비게이션 디바이스(30) 및/또는 제어 유닛(12)에 의해 선험적으로 알려져 있다. 유리하게는, 방사선 불투과성 마커(24)의 기하 형상도 또한 선험적으로 알려질 수 있다. 고려된 예에서, 환자 마커(22)는 4개의 방사선 불투과성 마커(24)를 포함한다. 방사선 불투과성 마커(24)는 예를 들어 세라믹 비드일 수 있다. 그러나 3차원의 특징적인 기하 형상을 갖는 단일 방사선 불투과성 마커가 4개의 구형 방사선 불투과성 마커(24) 대신에 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
도 7은 내비게이션 시스템(30)이 초음파 프로브(40)의 위치를 결정할 수 있게 하기 위해 초음파 프로브(40)에 고정되도록 의도된 프로브 마커(41)를 개략적으로 도시한다. 고려된 예에서, 프로브 마커(40)는 프로브 마커(40)의 위치가 내비게이션 시스템(30)의 참조 프레임의 3차원 공간에서 결정될 수 있도록 3개의 광학 마커(42)를 포함한다. 서로에 대해 프로브 마커(40)의 광학 마커(42)의 각 위치는 내비게이션 시스템(30) 및/또는 제어 유닛(12)에 의해 선험적으로 알려져 있다. 유리하게는, 각 광학 마커(42)의 기하 형상도 또한 선험적으로 알려질 수 있다. 도 7에 도시된 예에서, 광학 마커(42)는 구형 형상이다. 구형 형상을 사용하면 광학 복사선의 반사를 최적화할 수 있다. 도구 가이드(14)의 광학 마커(181)의 능동 또는 수동 유형에 대해 위에서 언급한 내용은 또한 프로브 참조(40)의 광학 마커(42)에도 적용된다. 여기서도 3개의 구형 광학 마커(42) 대신에 3차원의 특징적인 기하 형상을 갖는 단일 광학 마커를 사용하는 것을 생각할 수 있다.
나머지 설명 부분에서는 비제한적인 예로서 내비게이션 시스템(30)의 광학 센서(31)와 다양한 광학 마커(181, 23, 42)가 적외선 유형의 광학 복사선과 함께 동작하도록 설계된 것으로 고려된다. 또한 광학 마커(181, 23, 42)는 수동 마커인 것으로 고려된다. 광학 센서(31)는 적외선 복사선을 방출하도록 구성된다. 이 적외선 복사선은 다양한 광학 마커(181, 23, 42)에 의해 광학 센서(31)를 향해 반사된다. 광학 센서(31)는 반사된 적외선 복사선을 수신하도록 구성된다. 그러면 내비게이션 시스템(30)은 적외선이 상기 광학 센서(31)와 상기 광학 마커(181, 23, 42) 사이를 왕복하는 데 걸리는 시간을 측정함으로써 광학 마커(181, 23, 42)와 광학 센서(31) 사이의 거리를 결정할 수 있다. 각 광학 마커(181, 23, 42)와 각 광학 센서(31) 사이의 거리를 알고, 로봇 마커(18), 환자 마커(22), 및 프로브 마커(41)에서 서로에 대한 광학 마커(181, 23, 42)의 배열을 선험적으로 알면, 내비게이션 시스템(30)의 참조 프레임에서 로봇 마커(18), 환자 마커(22) 및 프로브 마커(41)의 위치를 결정하는 것이 가능하다.
본 발명은 광학 내비게이션 시스템을 사용하여 설명된다는 점에 유의해야 한다. 그러나 변형예에서 광학 내비게이션 시스템 대신에 전자기 내비게이션 시스템을 사용하는 것을 막을 수 있는 것은 없다. 이 경우, 내비게이션 시스템(환자 마커(22), 로봇 마커(18) 및 프로브 마커(41))에 의해 검출 가능한 다양한 "마커"는 생성된 전자기장에서 내비게이션 시스템에 의해 위치를 결정할 수 있는 전자기 센서에 대응할 수 있다.
고려된 예에서, 의료용 로봇(10)의 제어 유닛(12)은 내비게이션 시스템(30)의 참조 프레임에서 로봇 마커(18)의 현재 위치에 대한 정보를 내비게이션 시스템(30)으로부터 수신하도록 구성된다. 이제, 의료용 로봇(10)의 제어 유닛(12)은 (관절(131 내지 136)의 인코더를 통해) 의료용 로봇(10)의 참조 프레임에서 로봇 마커(18)의 현재 위치를 알고 있다. 따라서 제어 유닛(12)은 내비게이션 디바이스(30)의 참조 프레임의 위치로부터 의료용 로봇(10)의 참조 프레임의 위치를 정하기 위해 수행될 변환을 결정할 수 있다.
제어 유닛(12)은 또한 내비게이션 시스템(30)의 참조 프레임에서 환자 마커(22)의 위치와 프로브 마커(41)의 위치에 대한 정보를 내비게이션 시스템(30)으로부터 수신하도록 구성된다. 그러면 제어 유닛(10)은 의료용 로봇(10)의 참조 프레임에서 환자 마커(22)의 위치와 프로브 마커(41)의 위치를 정할 수 있다.
주어진 시간에 프로브 마커(41)의 위치를 알면, 이 시간에 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 초음파 이미지에서 시각적 요소의 위치를 결정할 수 있다. 이러한 시각적 요소는 특히 치료할 병변에 도달할 목표 지점이거나 또는 환자 피부에서 의료 기기의 진입 지점일 수 있다. 목표 지점과 진입 지점은 의료 기기(15)가 따라가야 할 궤적을 정한다. 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치가 알려지면, 즉 의료 기기(15)가 따라가야 할 궤적이 정해지면 제어 유닛은 도구 가이드(14)가 정해진 궤적을 따라 의료 기기(15)를 안내할 수 있게 하는 구성으로 로봇 아암(13)을 자동으로 이동시킬 수 있다.
그러나 위에서 설명한 바와 같이 환자의 호흡과 관련된 움직임은 목표 지점을 변위시킬 수 있다. 따라서, 환자의 호흡 사이클의 주어진 순간에 의료 기기(15)가 따라가야 할 궤적은 호흡 사이클의 다른 순간에서의 것과 동일하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 제어 유닛(12)은 수술 절차에 앞서 모델링 단계 동안, 환자(20)의 적어도 하나의 호흡 사이클 동안 환자 마커(22)의 움직임을 모델링하도록 구성된다. 모델링 단계 동안, 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치는 환자 마커(22)의 위치와 상관된다. 따라서 환자 마커의 위치에 따라 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 정하는 것이 가능하다. 그리하여 이렇게 획득된 모델링은 환자 마커(22)의 위치로부터 호흡 사이클의 임의의 순간에 목표 지점에 정확하게 도달하기 위해 의료 기기(15)가 따라가야 할 궤적에 대응하는 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 정하는 것을 가능하게 한다.
목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치가 환자 마커(22)의 위치의 함수로서 모델링되면, 내비게이션 시스템(30)의 도움으로 환자 마커(22)의 위치를 실시간으로 추적함으로써 환자 마커(22)의 위치와 연관된 진입 지점의 위치와 목표 지점의 위치에 의해 정해진 궤적을 따라 의료 기기(15)가 안내되도록 로봇 아암(13)이 취해야 하는 위치를 실시간으로 정하는 것이 가능하게 된다. 이러한 실시간 추적은 특히 의료 기기(15)의 삽입 전 안내 단계 동안 발생할 수 있다. 로봇 아암(13)은 원하는 궤적을 따라 의료 기기를 안내하도록 로봇 아암의 위치가 지속적으로 조정되도록 실시간으로 이동된다.
도 8은 모델링 단계 동안, 그런 다음 의료 기기(15)의 삽입 전 로봇 아암의 실시간 제어 단계 동안 제어 유닛(12)에 의해 구현되는 방법의 주요 단계를 개략적으로 나타낸다.
모델링 단계 동안, 제어 유닛(12)은 환자(20)의 적어도 하나의 호흡 사이클 동안 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 복수의 초음파 이미지를 수신하도록 구성된다. 이에 따라 모델링 단계 전체에 걸쳐 이하의 단계를 반복한다:
- 초음파 이미지를 수득하는 단계(201)(초음파 이미지는 병변이 보이는 분석 이미지에 해당함),
- 상기 초음파 이미지가 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 순간에 환자 마커(22)의 위치와 프로브 마커(41)의 위치를 결정하는 단계(202),
- 분석 이미지에서 병변의 목표 지점과 환자 피부(20)의 진입 지점을 결정하는 단계(204)(목표 지점과 진입 지점은 의료 기기(15)가 따라가야 할 궤적을 정한다),
- 프로브 마커(41)의 위치로부터 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 결정하는 단계(205), 및
- 상기 초음파 이미지에 대해 이렇게 결정된 환자 마커(22)의 위치, 목표 지점의 위치 및 진입 지점의 위치 간을 연관시키는 단계(206).
모델링 단계의 종료 시, 제어 유닛(12)은 환자의 호흡 사이클에서 고려되는 순간에 관계없이, 다양한 초음파 이미지에 대해 이렇게 획득된 정보에 기초하여, 환자 마커(22)의 위치의 함수로서 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치에 대해 모델링(207)을 수행하도록 구성된다.
그런 다음, 안내 단계 동안, 제어 유닛(12)은 로봇 아암(13)을 실시간으로 제어하도록 구성된다. 이를 위해, 매 순간마다 제어 유닛(12)은 이하의 단계를 수행한다:
- 환자 마커(22)의 위치를 결정하는 단계(301),
- 모델링을 사용하여 환자 마커(22)의 위치와 연관된 진입 지점의 위치와 목표 지점의 위치를 결정하는 단계(302), 및
- 이렇게 결정된 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치에 의해 정해진 궤적에 따라 도구 가이드(14)에 의해 의료 기기(15)가 안내되도록 도구 가이드(14)의 위치를 조정하기 위해 로봇 아암(13)을 변위시키는 단계(303).
병변의 목표 지점과 환자 피부의 진입 지점의 1차 결정은 예를 들어 초기에 제1 분석 이미지에 대해 수행된다. 그런 다음, 이후 여러 연속 분석 이미지에서 움직임을 추적하는 알고리즘을 구현하여 예를 들어 반점(파동 산란으로 인해 이미지 상의 일련의 변동 스팟)의 변형 분석의 도움으로 또는 인공 지능 알고리즘에 의해 각각의 새로운 분석 이미지에서 목표 지점과 진입 지점을 결정할 수 있다.
목표 지점과 진입 지점의 1차 결정은 그래픽 인터페이스(19)를 사용하여 시술자에 의해 수행될 수 있다. 도 9는 시술자가 분석 이미지에서 치료할 부위(50)의 목표 지점(51) 및/또는 환자 피부의 진입 지점(52) 및/또는 피해야 할 위험 구역(예를 들어, 뼈 또는 혈관) 및 또한 치료 파라미터를 식별할 수 있게 하는 사용자 인터페이스를 도시한다. 이 단계는 기계 학습 알고리즘에 의해 특정 해부학적 부위(관심 해부학적 부분, 치료할 병변, 위험 구역 등)를 분할함으로써 용이하게 될 수 있다.
대안적으로, 목표 지점과 진입 지점의 1차 결정은 인공 지능 알고리즘에 의해 자동으로 구현될 수 있다.
그러나 예를 들어 병변의 특성은 병변이 초음파 이미지에서는 보이지 않는 (또는 거의 보이지 않는) 것을 의미하기 때문에 치료할 병변이 초음파 이미지에서는 보이지 않을 수 있다. 이 경우, 병변이 보이는 개입 전 참조 이미지(즉, 개입 직전 또는 개입 시작 시 수득된 이미지) 또는 수술 전 이미지(즉, 개입 며칠 전 또는 몇 주 전에 수득된 이미지)를 사용해야 한다. 이는 특히 컴퓨터 단층 촬영 이미지, 양전자 방출 단층 촬영 이미지 또는 자기 공명 영상 이미지일 수 있다. 참조 이미지는 2차원 이미지이거나 3차원 이미지일 수 있다. 그런 다음 목표 지점과 진입 지점의 1차 결정은 제1 초음파 이미지에 대해 수행되는 것이 아니라 참조 이미지에 대해 수행될 수 있다. 여기서도 목표 지점과 진입 지점의 1차 결정은 시술자에 의해 (예를 들어, 도 9에 도시된 그래픽 인터페이스(19)에 의해) 수행되거나, 또는 그렇지 않고 인공 지능 알고리즘에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 그런 다음 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 초음파 이미지는 초음파 이미지와 참조 이미지의 병합에 대응하는 분석 이미지를 형성하기 위해 참조 이미지와 정합될 수 있다. 그러면 목표 지점과 진입 지점이 분석 이미지에서 보일 수 있다.
대안적으로, 목표 지점과 진입 지점의 1차 결정은 참조 이미지에 대해 수행되는 것이 아니라 제1 분석 이미지에 대해 수행될 수 있다.
도 10은 초음파 이미지와 참조 이미지의 정합과 병합으로 인한 분석 이미지(도 10의 c) 부분)를 형성하기 위해 초음파 이미지(도 10의 b) 부분)를 정합하기 위해 수술 전 또는 개입 전 참조 이미지(도 10의 a) 부분)를 사용하는 것을 개략적으로 도시한다. 참조 이미지에는 치료할 병변(50)과 목표 지점(51)을 볼 수 있다. 고려된 예에서 참조 이미지는 컴퓨터 단층 촬영에 의해 수득된다. 한편, 치료할 병변(50)은 초음파 이미지에서는 거의 보이지 않는다. 치료할 병변(50)과 목표 지점(51)은 초음파 이미지와 참조 이미지의 정합을 통한 분석 이미지에서는 보이게 된다.
정합은 예를 들어 초음파 이미지와 함께 관심 해부학적 부분의 컴퓨터 단층 촬영 이미지를 강체 방식으로 (병진 및 회전을 통해) 또는 비-강체 방식으로 (변형을 통해) 전체적으로 정합(해부학적 부분 전체에 대한 정합)하거나 또는 국부적으로 정합(관심 구역에 최적화된 정합)하도록 훈련된 자동 학습 알고리즘의 도움으로 제어 유닛(12)에 의해 구현된다. 이러한 정합을 통한 이미지는 분석 이미지 또는 융합 이미지라고 불린다.
환자 마커(22)의 방사선 불투과성 요소가 참조 이미지에서 볼 수 있는 경우, 초음파 이미지가 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 순간에 프로브 마커(41)의 위치에 대한 환자 마커(22)의 위치에 기초하여 강제 방식 정합이 또한 이루어질 수 있다.
도 11은 초음파 이미지에서 병변이 보이지 않는 경우 수술 전 또는 개입 전 참조 이미지에 기초한 계획 단계 동안, 그런 다음 모델링 단계 동안 구현되는 주요 단계를 개략적으로 나타낸다.
계획 단계는 특히 수술 전 또는 개입 전 참조 이미지를 수득하는 단계(101) 및 그런 다음 참조 이미지에서 목표 지점(51)과 진입 지점(52)을 결정하는 단계(102)를 포함한다.
모델링 단계는 도 8을 참조하여 설명한 단계와 실질적으로 동일한 단계를 포함한다. 모델링 단계 동안 수신된 각각의 초음파 이미지에 대해, 제어 유닛(12)은 참조 이미지와 초음파 이미지를 정합하여 분석 이미지를 생성하는 단계(203)를 구현하도록 추가로 구성된다. 그런 다음 목표 지점과 진입 지점을 결정하는 것(204)은 참조 이미지와 초음파 이미지의 정합을 통한 분석 이미지에 대해 수행된다(반면, 도 8의 경우 분석 이미지는 초음파 이미지에 직접 대응한다).
초음파 이미지에서 병변이 보이지 않는 경우 분석 이미지에서 목표 지점을 추적하는 것을 보조하기 위해 병변에 가깝고 초음파 이미지에서 보이는 해부학적 구조부(예를 들어, 혈관)의 움직임을 추적하는 것이 유리할 수 있다.
목표 지점과 진입 지점의 1차 결정이 참조 이미지에 대해 수행되는 것이 아니라 제1 분석 이미지에 대해 수행되는 경우 단계(102)는 선택 사항일 수 있다는 점에 유의해야 한다.
분석 이미지에서 목표 지점(51)과 진입 지점(52)이 결정되면, 각각의 위치는 내비게이션 시스템(30)의 참조 프레임에 강체 방식 정합을 통해 결정되거나, 또는 의료용 로봇(10)의 참조 프레임에서 초음파 프로브(40)의 송신기-수신기 요소의 위치에 대한 프로브 마커(41)의 알려진 위치에 의해 결정될 수 있다.
도 12 내지 도 14는 환자 마커(22)의 위치의 함수로서 목표 지점(51)과 진입 지점(52)의 위치를 모델링하는 단계(207)를 도시한다.
도 12는 환자의 여러 호흡 사이클에 대응하는 미리 결정된 지속시간을 기록하는 기간 동안 환자 마커(22)가 따라가는 움직임의 기록을 예로서 도시한다. 각 지점은 내비게이션 시스템(30)의 좌표계의 평면(XY)에서 시간 경과에 따라 환자 마커(22)가 취한 위치에 대응한다(환자 마커(22)의 움직임은 또한 의료용 로봇(10)의 참조 프레임에도 표시될 수 있음). 이 예에서, 환자 마커(22)의 움직임은 주로 축(54)을 따라 일어난다는 것을 볼 수 있다.
환자 마커(22)의 움직임은 환자의 호흡에 의해 발생되는 환자의 흉곽의 움직임을 나타낸다. 마커의 움직임을 더 잘 해석하고 환자의 호흡 사이클과 유사하게 하려면 시간에 따른 마커의 진동 운동을 설명하는 1차원 곡선을 얻는 것이 바람직하다. 이 1차원 곡선을 얻는 방법에는 여러 가지가 있다. 예를 들어, 마커의 움직임이 주로 수직이라고 생각하고, 그 결과 Y 축만을 고려하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이 경우 마커의 움직임 진폭의 일부가 손실된다. 또 다른 예에 따르면, 마커의 위치에 대한 주요 구성요소 분석을 수행하는 것을 생각할 수 있다. 마커의 위치는 특히 마커의 움직임의 주축(54)에 대응하는 주요 구성요소를 따라 표시될 수 있다.
도 13은 주축(54)을 따라 기록 기간 동안 시간에 따라 환자 마커(22)의 움직임을 설명하는 곡선(55)을 도시한다. 축(54)을 따른 환자 마커(22)의 위치(MP)는 세로좌표에 표시되어 있고, 시간(t)은 가로좌표에 표시된다. 기록 기간은 환자(20)의 여러 호흡 사이클을 포함한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 환자(20)의 흉곽의 높은 위치는 호흡 사이클에서 흡기의 종료에 대응한다. 이는 또한 시간에 따른 환자 마커(22)의 위치를 설명하는 곡선(55)의 최대값에 대응한다. 환자(20)의 흉곽의 낮은 위치는 호흡 사이클에서 호기의 종료에 대응한다. 이는 또한 시간에 따른 환자 마커(22)의 위치를 설명하는 곡선(55)의 최소값에 대응한다.
모델링 단계 동안, 제어 유닛(12)은 각 분석 이미지에 대해 목표 지점의 위치, 진입 지점의 위치 및 환자 마커의 위치를 결정한다. 그런 다음 이들 위치는 환자 마커의 위치의 함수로서 시간 경과에 따른 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 모델링하기 위해 서로 상관될 수 있다.
도 14는 호흡 사이클의 흡기 기간 동안 환자 마커(MP)의 위치의 함수로서 목표 지점(C)의 위치에 대한 모델(56)을 예로서 도시한다.
환자 마커의 위치에 기초하여 시간에 따른 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 모델링함으로써, 의료 기기(15)가 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치에 의해 정해진 궤적을 따라 도구 가이드(14)에 의해 안내되는 방식으로 도구 가이드(14)가 지속적으로 위치되도록 로봇 아암(13)이 취해야 하는 구성을 실시간으로 결정하는 것이 가능해진다. 로봇 아암(13)의 위치에 대한 이러한 실시간 조정(303)은 환자 마커(22)의 위치를 실시간으로 추적하고, 환자 마커의 위치의 함수로서 목표 지점의 위치와 진입 지점의 위치를 추정할 수 있게 하는 모델을 사용함으로써 간단히 수행될 수 있다. 그러면 안내 단계 동안 로봇 아암(13)의 위치를 실시간으로 조정하기 위해 더 이상 초음파 이미지를 수득할 필요가 없다.
따라서, 의료 기기의 삽입을 진행하기 위해 호흡 사이클 동안 임의의 시간에 환자의 호흡을 차단하는 것이 가능해진다. 실제로 환자의 호흡이 차단되는 시간에 관계없이 로봇 아암은 원하는 궤적을 따라 의료 기기의 삽입을 허용하는 올바른 위치에 있게 된다.
개입 동안 환자의 호흡을 차단할 필요가 더 이상 없다. 실제로 모델의 도움으로 로봇 아암을 안내하는 단계는 의료 기기의 삽입 동안 계속될 수 있다. 그런 다음 로봇 아암은 원하는 궤적을 따라 의료 기기를 안내하기 위해 로봇 아암의 위치가 지속적으로 조정되도록 실시간으로 제어된다. 그러나 의료 기기의 삽입 동안 환자 피부의 진입 지점의 위치는 고정되어 로봇 아암의 움직임을 위한 회전 중심이 된다는 점에 유의해야 한다.
안내 단계는 모델링 단계 동안 생성된 모델에 전적으로 기초하여 수행될 수 있다. 따라서 안내 단계 동안 초음파 이미지를 수득할 필요가 없다.
그러나 의료 기기의 삽입으로 인한 목표 지점의 임의의 변위를 고려하는 것이 유리할 수 있다. 실제로 목표 지점은 삽입 동안 의료 기기가 따라가는 궤적 방향으로 이동할 수 있다(이는 특히 도달할 목표 지점이 연부 기관 내의 병변, 예를 들어, 종양에 있는 경우이다). 그런 다음 모델을 실시간으로 업데이트하여, 의료 기기가 따라가야 할 궤적을 조정하기 위해 목표 지점의 위치를 추정하고, 또한 이 궤적을 따라 의료 기기를 안내하기 위해 로봇 아암의 위치를 추정하는 것을 생각할 수 있다.
도 15는 의료 기기(15)의 삽입 동안 안내 단계 동안 제어 유닛(12)에 의해 구현되는 방법의 주요 단계를 개략적으로 도시한다. 제어 유닛(12)은 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 새로운 초음파 이미지를 수신하도록 구성된다. 이에 따라 각각의 새로운 이미지에 대해 이하의 단계를 반복한다:
- 초음파 이미지를 수득하는 단계(401),
- 상기 초음파 이미지가 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 순간에 환자 마커(22)의 위치와 프로브 마커(41)의 위치를 결정하는 단계(402),
- 초음파 이미지와 참조 이미지로부터 분석 이미지를 생성하는 단계(403)(병변이 초음파 이미지에서 직접 보이는 경우 이 단계는 선택 사항이라는 점에 유의해야 한다),
- 분석 이미지 및 프로브 마커(41)의 위치로부터, 목표 지점의 위치, 진입 지점의 위치 및 의료 기기(15)의 위치를 결정하는 단계(404),
- 모델링 단계 동안 초기에 생성된 모델을 업데이트하는 단계(405), 및
- 업데이트된 모델에 기초하여 로봇 아암(13)의 위치를 조정하는 단계(406).
수신된 각각의 새로운 초음파 이미지에 대해 의료 기기의 위치를 결정하면 삽입 동안 의료 기기의 임의의 휘어짐을 검출하고, 필요한 경우 로봇 아암의 실시간 제어를 적절히 조정할 수 있다.
초음파 프로브(40)가 올바른 위치에 있지 않으면 병변이 초음파 프로브의 시야 내에 있지 않을 수 있다. 그러면 병변이 초음파 프로브의 시야 내에 있도록 초음파 프로브가 이동되어야 하는 방향에 대한 정보를 시술자에게 제공할 수 있는 것이 유리하다.
이를 위해, 제어 유닛(12)은 병변이 보이는 참조 이미지와 초음파 이미지를 비교하고, 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 초음파 이미지가 병변이 위치된 해부학적 부위를 포함하도록 초음파 프로브(40)가 이동되어야 하는 방향을 시술자에게 지시하도록 구성될 수 있다. 이 지시는 예를 들어 광 지시기에 의해 또는 초음파 프로브의 햅틱 피드백 모듈에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 이 지시는 그래픽 인터페이스(19)를 통해 시술자에게 제공될 수 있다.
위의 설명은 다양한 특징과 장점으로 인해 본 발명이 설정된 목적을 달성한다는 것을 명확하게 보여준다.
특히, 의료용 로봇(10)은 호흡 정보를 사용하여 시술자의 특별한 조작 없이도 실시간으로 병변의 위치를 정밀하게 추적할 수 있도록 도구 가이드(14)를 위치시킨다.
의료 기기(15)의 삽입 동안 병변(특히 연부 기관)이 궤적 방향으로 이동할 수 있다. 초음파 이미지에서 병변의 위치를 실시간으로 결정하고, 이 병변의 위치를 환자 마커(22)의 위치와 상관시킴으로써 로봇 아암에 의해 삽입된 의료 기기(15)의 궤적을 실시간으로 업데이트할 수 있다. (보통 관심 해부학적 부분에 외상을 주는) 측방 궤적 재조정이 최소화된다. 의료 기기의 삽입 동안 의료 기기의 위치를 추적함으로써 의료 기기의 임의의 휘어짐을 보상할 수 있다.
로봇 아암(13)의 위치에 대한 실시간 제어는 초음파 이미지에 의해 수행된다. 따라서 환자와 의료진은 개입 동안 전리 방사선에 노출되지 않는다.
초음파 이미지에서 거의 보이지 않거나 보이지 않는 병변은 최상의 가시성을 제공하는 이미징 양식을 사용하여 정합에 의해 검출될 수 있다.
Claims (15)
- 환자(20)의 관심 해부학적 부분의 병변을 치료하기 위해 의료 개입 동안 시술자를 보조하는 의료용 로봇(10)으로서,
상기 의료용 로봇(10)은 의료 기기(15)를 안내하도록 의도된 도구 가이드(14)를 원위 단부에 포함하는 로봇 아암(13), 및 상기 로봇 아암(13)을 제어하도록 구성된 제어 유닛(12)을 포함하고, 상기 의료용 로봇(10)은 내비게이션 시스템(30) 및 초음파 프로브(40)와 협력하며 시술자에 의해 환자의 관심 해부학적 부분에 위치되도록 구성되고, 상기 제어 유닛(12)은 상기 내비게이션 시스템(30)에 의해 전달된 정보에 기초하여 상기 의료용 로봇(10)에 부착될 로봇 마커(18)의 위치, 환자(20)의 관심 해부학적 부분 근처에 위치될 환자 마커(22)의 위치, 및 상기 초음파 프로브(40)에 부착될 프로브 마커(41)의 위치를 임의의 시간에 결정할 수 있도록 구성되고,
- 모델링 단계 동안, 상기 제어 유닛(12)은 환자의 적어도 하나의 호흡 사이클 동안 상기 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 복수의 초음파 이미지를 수신하고, 환자의 호흡 사이클에서 고려되는 순간에 관계없이, 상기 환자 마커(22)의 위치에 기초하여 상기 초음파 이미지로부터 병변의 목표 지점의 위치와 환자(20)의 피부의 진입 지점의 위치를 추정하는 모델을 생성하도록 구성되고,
- 안내 단계 동안 상기 제어 유닛(12)은 상기 도구 가이드(14)가 상기 모델에서 상기 환자 마커(22)의 위치와 연관된 진입 지점의 위치와 목표 지점의 위치에 의해 정해진 궤적을 따라 상기 의료 기기(15)를 안내할 수 있게 하도록 상기 환자 마커(22)의 위치에 기초하여 실시간으로 상기 로봇 아암(13)을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 의료용 로봇(10). - 제1항에 있어서, 상기 모델링 단계 동안, 상기 제어 유닛(12)은,
- 수신된 각각의 초음파 이미지에 대해,
o 상기 초음파 이미지가 상기 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 시간에 상기 환자 마커(22)의 위치와 상기 프로브 마커(41)의 위치를 결정하고,
o 상기 초음파 이미지로부터 상기 병변이 보이는 분석 이미지를 획득하고,
o 상기 분석 이미지에서 상기 병변의 목표 지점과 환자(20)의 피부의 진입 지점을 결정하고, 이에 따라 상기 목표 지점과 상기 진입 지점은 상기 의료 기기(15)가 따라가야 할 궤적을 정하고,
o 상기 프로브 마커(41)의 위치로부터 상기 목표 지점의 위치와 상기 진입 지점의 위치를 결정하고,
o 상기 초음파 이미지에 대해 이렇게 결정된 상기 환자 마커(22)의 위치, 상기 목표 지점의 위치 및 상기 진입 지점의 위치 사이의 연관성을 수립하고,
- 환자의 호흡 사이클에서 고려되는 순간에 관계없이 상기 복수의 초음파 이미지에 대해 이렇게 얻어진 정보로부터 상기 환자 마커(22)의 위치의 함수로서 상기 목표 지점의 위치와 상기 진입 지점의 위치를 모델링하도록 구성된, 의료용 로봇(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 안내 단계 동안 상기 의료 기기(15)의 삽입 시, 상기 제어 유닛(12)은 상기 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 새로운 초음파 이미지를 정기적으로 수신하고, 상기 새로운 초음파 이미지에 기초하여 상기 모델을 업데이트하도록 구성된, 의료용 로봇(10).
- 제3항에 있어서, 상기 안내 단계 동안 상기 의료 기기(15)의 삽입 시, 상기 제어 유닛(12)은 각각의 새롭게 수신된 초음파 이미지에 대해, 상기 의료 기기(15)의 위치를 결정하고, 상기 의료 기기(15)의 위치에 기초하여 상기 로봇 아암(13)의 실시간 제어를 조정하도록 추가로 구성된, 의료용 로봇(10).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석 이미지는 초음파 이미지이고, 상기 병변은 상기 초음파 이미지에서 보이는, 의료용 로봇(10).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 병변이 보이는 수술 전 또는 개입 전 참조 이미지와 상기 초음파 이미지를 병합하여 상기 분석 이미지를 획득하도록 구성된, 의료용 로봇(10).
- 제6항에 있어서, 상기 환자 마커(22)의 방사선 불투과성 요소(24)는 상기 참조 이미지에서 볼 수 있고, 상기 제어 유닛(12)은 상기 초음파 이미지가 상기 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 시간에 상기 프로브 마커(41)의 위치에 대한 상기 환자 마커(22)의 위치에 기초하여 정합에 의해 상기 참조 이미지와 상기 초음파 이미지를 병합하도록 구성된, 의료용 로봇(10).
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 참조 이미지는 컴퓨터 단층 촬영 이미지, 양전자 방출 단층 촬영 이미지 또는 자기 공명 영상 이미지인, 의료용 로봇(10).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초음파 프로브(40)로부터 수신된 초음파 이미지는 B-모드 초음파 이미지인, 의료용 로봇(10).
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(12)은 상기 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 초음파 이미지를 초당 적어도 15개의 이미지의 속도로 수신하고 처리하도록 구성된, 의료용 로봇(10).
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시술자가 상기 분석 이미지를 볼 수 있게 하는 디스플레이 스크린을 포함하는 사용자 인터페이스(19)를 추가로 포함하는, 의료용 로봇(10).
- 제11항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 상기 시술자가 상기 디스플레이 스크린에 표시된 분석 이미지에서 목표 지점 및/또는 진입 지점 및/또는 상기 의료 기기(15)가 횡단해서는 안 되는 해부학적 부위를 식별할 수 있게 하는 입력 수단을 포함하는, 의료용 로봇(10).
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 상기 디스플레이 스크린 상에서 상기 환자의 신체의 실제 이미지와 상기 분석 이미지를 중첩시키기 위한 증강 현실 디바이스를 포함하는, 의료용 로봇(10).
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(12)은 상기 병변이 보이는 참조 이미지와 초음파 이미지를 비교하고, 상기 초음파 프로브(40)에 의해 수득된 초음파 이미지가 상기 병변이 위치된 해부학적 부위를 포함하도록 상기 초음파 프로브(40)가 이동되어야 하는 방향을 상기 시술자에게 지시하도록 구성된, 의료용 로봇(10).
- 의료 디바이스로서, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 의료용 로봇(10), 및 상기 의료용 로봇(10)과 협력하는 내비게이션 시스템(30) 및 초음파 프로브(40)를 포함하는, 의료 디바이스.
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