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KR102488249B1 - 상이한 가요성의 안내부 및 도구를 구비한 시스템 - Google Patents

상이한 가요성의 안내부 및 도구를 구비한 시스템 Download PDF

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KR102488249B1
KR102488249B1 KR1020177009230A KR20177009230A KR102488249B1 KR 102488249 B1 KR102488249 B1 KR 102488249B1 KR 1020177009230 A KR1020177009230 A KR 1020177009230A KR 20177009230 A KR20177009230 A KR 20177009230A KR 102488249 B1 KR102488249 B1 KR 102488249B1
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사무엘 궉 와이 아우
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인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
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Abstract

폐 카테터와 같은 가요성 안내 튜브를 구비한 로봇 의료 시스템은 목표 구성의 안내 튜브의 형상을 기록할 수 있다. 형상이 생검 니들과 같은 도구의 삽입 또는 제거에 대한 가장 예리한 허용 굽힘부보다 더 예리한 굽힘부를 포함하면, 제어 시스템은 예리한 굽힘부의 임의의 위치를 찾아서, 예리한 굽힘부와 관련된 위치로 안내 튜브를 자동으로 후퇴시킬 수 있다. 팁이 그러한 위치로 후퇴되면, 니들은 카테터 내로 삽입되거나 그로부터 제거될 수 있다. 제어 시스템은 안내 튜브의 목표 구성과 후퇴 구성 사이에서 카테터를 자동으로 이동시킬 수 있다.

Description

상이한 가요성의 안내부 및 도구를 구비한 시스템 {SYSTEM WITH GUIDES AND TOOLS OF DIFFERENT FLEXIBILITY}
관련 출원
본 특허 출원은 2014년 9월 9일자로 출원된 발명의 명칭이 "상이한 가요성의 안내부 및 도구를 구비한 시스템(SYSTEM WITH GUIDES AND TOOLS OF DIFFERENT FLEXIBILITY)"인 미국 가특허 출원 제62/048,210호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이는 본원에서 전체적으로 참조로 통합되었다.
많은 유형의 최소 침습적 의료 시술은 안내 튜브를 목표 부위로 삽입하고, 그 다음 안내 튜브를 통해 하나 이상의 도구를 삽입 및 제거하는 것을 포함한다. 몇몇 시술에서, 안내 튜브는 자연 내강을 따르기에 충분히 가요성일 수 있지만, 도구 또는 도구의 일 부분은 안내 튜브만큼 가요성이지 않을 수 있다. 결과적으로, 도구의 삽입 또는 제거가 어려울 수 있다. 예를 들어, 폐 생검 기구의 원위 단부에서의 생검 니들은 폐 생검 기구를 안내하기 위해 사용되는 폐 카테터보다 더 강성일 수 있다. 폐 생검 중에, 분지 기도를 따르는 폐 카테터는 목표 결절에 도달하기 위해 극한 각도로 구부러질 수 있고, 생검 니들은 카테터 내의 예리한 굽힘부를 통해 밀리거나 삽입되기 어려울 수 있다. 특히, 생검 니들이 카테터를 통해 삽입되고 있을 때, 의사는 카테터 내의 도구 루멘을 따라 니들을 활주시키도록 의도된 삽입력을 인가할 수 있고, 도구 루멘의 벽은 니들이 삽입되고 있을 때 생검 니들을 편향시키거나 심지어 구부리는 힘을 인가할 수 있다. 그러나, 니들의 도구 루멘의 벽과의 상호 작용은 마찰을 일으키고, 니들이 카테터 내로 파고들게 하여, 도구의 삽입을 어렵게 만들 수 있다. 또한, 너무 큰 삽입력은 생검 니들 또는 카테터를 손상시킬 수 있다. 유사하게, 구불구불한 안내 튜브로부터 도구를 제거할 때, 도구의 강성 부분은 잠재적인 손상력을 인가하지 않고서는 예리한 굽힘부를 통해 당기기 어려울 수 있다. 따라서, 가요성 안내 튜브로부터의 도구의 효율적인 삽입 및 제거를 위한 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 로봇 제어식 의료 시스템이 목표 구성의 안내 튜브의 형상을 결정 및 기록할 수 있다. 목표 구성의 가요성 안내 튜브의 형상이 미리 결정된 최소 곡률 반경보다 더 예리한 곡률 반경을 구비한 하나 이상의 굽힘부를 포함하거나, 목표 구성이 도구의 삽입/제거를 위해 달리 부적합하면, 도구를 위한 제어 시스템은 도구 삽입/제거 모드를 활성화하도록 사용자에게 통지할 수 있거나, 도구 삽입/제거 모드를 자동으로 활성화할 수 있다. 도구 삽입/제거 모드에서, 제어 시스템은 도구의 삽입 또는 제거에 적합한 안내 튜브의 구성을 식별한다. 이러한 삽입/제거 구성은, 예를 들어, 안내 튜브의 원위 단부가 목표 구성을 따르며, 최소 허용 반경보다 더 작은 곡률 반경을 갖는 최근위 굽힘부와 관련되는 위치로 다시 당겨지는 구성일 수 있다. 제어 시스템은 도구 삽입/제거 모드에 있을 때, 안내 튜브가 삽입/제거 구성이 될 때까지, 실질적으로 기록된 형상을 따라 안내 튜브의 원위 팁을 자동으로 후퇴시킬 수 있다. 도구는 그 다음 과잉력 또는 손상력을 요구하지 않고서 삽입 또는 제거될 수 있다. 제어 시스템은 그 다음, 예컨대, 삽입된 도구를 포함하는 안내 튜브를 기록된 형상을 따라 다시 목표 구성으로 자동으로 복귀시킬 수 있다. 안내 튜브의 삽입/제거 구성으로부터 목표 구성으로의 복귀를 위해, 도구의 더 강성인 부분, 예컨대, 생검 기구 내의 니들은 안내 튜브의 조향 가능한 섹션 내에 있을 수 있어서, 조향 가능한 섹션은 기록된 형상을 자동으로 추적하고 안내 튜브를 목표 구성으로 복귀시키기 위해 필요한 대로 도구를 구부리거나 휠 수 있다. 도구의 제거는 삽입 프로세스의 역일 수 있다. 특히, 도구를 포함하는 안내 튜브는 도구가 과잉력을 필요로 하지 않고서 제거될 수 있는 경우에, 목표 구성으로부터 삽입/제거 구성으로 후퇴될 수 있다. 따라서, 도구는 큰 삽입/제거력을 요구하지 않고서 그리고 의료 인력이 안내 튜브를 목표 구성과 삽입/제거 구성 사이에서 반복적으로 수동으로 운행시키도록 요구하지 않고서, 도구 또는 안내 튜브를 손상시키지 않고서 사용 전에 삽입되고 사용 후에 제거 또는 교체될 수 있다.
하나의 구체적인 실시예는 조향 가능한 원위 팁을 구비한 안내 튜브, 구동 시스템, 및 제어 로직을 포함하는 의료 시스템이다. 구동 시스템은 안내 튜브의 원위 팁의 피칭 및 요잉을 제어할 수 있고, 안내 튜브의 원위 부분의 형상을 제어할 수 있고, 그리고/또는 삽입 방향을 따른 안내 튜브의 이동을 제어할 수 있다. 제어 로직은 구동 시스템을 작동시키고, 형상 분석 모듈 및 이동 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 형상 분석 모듈은 도구가 쉽게 횡단하기에 너무 예리한 안내 튜브의 목표 구성에서의 굽힘부를 식별할 수 있고, 이동 모듈은 도구가 횡단하기에 너무 예리한 굽힘부와 관련된 위치에 있는 안내 튜브의 원위 팁에 대응할 수 있는 삽입/제거 구성과 목표 구성 사이에서의 안내 튜브의 자동 이동을 위해 구동 시스템을 제어할 수 있다.
도 1은 예리한 굽힘부를 갖는 폐 카테터를 통해 생검 니들을 전개하는데 실패한 시도를 도시한다.
도 2는 폐 카테터를 포함하는 의료 시스템의 하나의 구현예의 블록 선도이다.
도 3a 및 도 3b는 가요성 기구의 원위 팁의 대안적인 구현예를 도시한다.
도 4는 가요성 안내 튜브를 통해 도구를 전개하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
도 5a는 목표 구성으로 전개된 빈 안내 튜브를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 목표 구성으로부터 삽입 또는 제거 구성으로의 빈 안내 튜브의 후퇴를 도시한다.
도 5c는 도구가 삽입된 후의 도 5b의 삽입 또는 제거 구성의 안내 튜브를 도시한다.
도 5d는 도 5c의 삽입 또는 제거 구성과 도 5a의 목표 구성 사이에서의 도구를 포함하는 안내 튜브의 운행을 도시한다.
도 5e는 안내 튜브가 목표 구성으로 복귀된 후에 의료 시술에서 사용하기 위해 추가로 삽입되는 도구를 도시한다.
도 6은 가요성 안내 튜브로부터 도구를 제거하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
도면은 설명의 목적으로 예를 도시하고, 발명 자체는 아니다. 상이한 도면들 내에서의 동일한 도면 부호의 사용은 유사하거나 동일한 항목을 표시한다.
많은 최소 침습적 의료 시술은 안내 튜브를 목표 부위로 삽입하고, 그 다음 안내 튜브를 통해 하나 이상의 도구를 삽입 및 제거하는 것을 포함한다. 이러한 시술들 중 일부에서, 안내 튜브는 자연 내강을 따르며, 안내 튜브의 원위 팁을 목표 배향으로 목표 위치에 위치시키기에 충분히 가요성이다. 안내 튜브는 그의 목표 위치로 조향된 후에, 본원에서 목표 구성으로 지칭되는 것을 갖고, 목표 구성에서, 안내 튜브는 뒤틀림이 없거나 최소의 뒤틀림으로 자연 내강의 형상에 일치하는 형상을 가질 수 있다. 안내 튜브를 목표 구성으로 조향하는 것은 전형적으로 의사의 시간 및 주의를 요구할 수 있는 프로세스이다. 예를 들어, 의사는 안내 튜브의 조향 가능한 부분을 제어하기 위해 제어 장치, 예컨대, 조이스틱을 사용할 수 있고, 안내 튜브의 원위 팁의 시야로부터의 또는 외부 촬영 또는 감지 장치의 시야로부터의 비디오 영상에 기초하여 안내 튜브의 삽입을 위한 경로를 선택할 수 있다. 안내 튜브가 목표 구성에 있으면, 의사는 도구의 원위 팁이 안내 튜브의 원위 단부로부터 연장할 때까지 안내 튜브를 통해 도구를 삽입하기를 시도할 수 있고, 이때 도구는 신체 조직 샘플을 수집하는 것과 같은 의료 시술에서 사용될 수 있다. 그러나, 목표 구성의 안내 튜브의 형상은 도구의 삽입이, 불편함, 또는 도구, 안내 튜브, 또는 환자에게 손상을 일으킬 위험이 없이는, 어렵거나 불가능하도록 될 수 있다.
도 1은 안내 튜브가 카테터(110)의 원위 팁이 결절(122)을 향하는 목표 구성으로 기도(120)를 통해 전개되는 폐 카테터(110)인 상황을 도시한다. 카테터(110)는 생검 니들(130) 또는 다른 의료용 프로브와 같은 도구의 안내를 위한 적어도 하나의 도구 루멘을 갖는 가요성 안내 튜브일 수 있다. 카테터(110)는 특히, 예컨대, 카테터(110)의 원위 팁(114)의 피칭 및 요잉을 제어할 수 있는 작동식 원위 섹션(112)을 갖는 조향 가능한 장치일 수 있다. 원위 섹션(112)은, 예를 들어, 원위 섹션(112)으로부터 카테터(110)의 길이를 따라 구동 메커니즘(도시되지 않음)으로 연장하는 케이블 또는 줄(도시되지 않음)을 당김으로써 제어될 수 있다. 카테터(110)는 또한 팁(114)의 피칭 및 요잉, 원위 섹션(112)의 형상, 또는 기도(120)을 통해 삽입되는 카테터(110)의 길이를 제어하기 위해 구동 시스템을 작동시키는 컴퓨터화된 제어 시스템을 사용하여 조향 가능할 수 있다.
의사와 같은 사용자는 먼저 환자의 기관계로 팁(114)을 도입함으로써 폐 카테터(110)를 전개할 수 있다. 하나의 구현예에서, 생검 기구(130)는 카테터(110)의 초기 전개 중에 카테터(110) 내에 있지 않다. 예를 들어, 제거 가능한 카메라 시스템(도시되지 않음)이 카테터(110)의 초기 전개 중에 카테터(110)의 메인 루멘 또는 도구 루멘 내에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 카테터(110)는 생검 니들(130)과 같은 도구에 대해 이용 가능한 메인 루멘을 떠나는 영구적인 관측 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 각 경우에, 의사와 같은 사용자는 팁(114)의 시야를 제공하는 관측 시스템을 통해 기관계를 관찰할 수 있거나, 기도(120)에 대한 원위 팁(114)의 위치를 식별하기 위해 외부 센서 시스템을 사용할 수 있다. 사용자는 그 다음 원위 팁(114)의 피칭 및 요잉과 삽입 축을 따른 카테터(110)의 이동을 제어하기 위해 조이스틱과 같은 마스터 제어기를 조작할 수 있고, 그러한 방식으로 원위 팁(114)을 기도(120) 내의 결절(122)의 생검을 위한 목표 구성으로 운행시킬 수 있다. 운행 중에, 컴퓨터 시스템이 원위 팁(114)의 피칭, 요잉, 및 삽입 이동을 조정할 수 있거나, 카테터(110)의 이동의 일부 또는 전부가 직접적인 수동 또는 촉각적 제어 하에 있을 수 있다. 예를 들어, 본원에서 전체적으로 참조로 통합된, 발명의 명칭이 "가요성 의료 기구(Flexible Medical Instrument)"인 공동 출원된 미국 특허 출원(출원 번호 미정, 대리인 문서 번호 ISRG04890/US) 참조. 도 1은 목표 구성에 도달하기 위해 사용되는 기술과 무관한, 목표 구성에 도달한 후의 카테터(110)를 도시한다.
생검 니들(130)은 대체로 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 재료로부터 만들어진 더 순응성인 섹션(134)의 원위 단부에 부착된 스테인리스강과 같은 재료로 만들어질 수 있는 니들 섹션(132)을 포함한다. 대체로, 섹션(132)은 카테터(110) 또는 섹션(134)보다 더 강성이거나, 덜 가요성이거나, 덜 순응성일 수 있고, 섹션(134)은 적어도 카테터(110)만큼 가요성이거나 순응성일 수 있다. 카테터(110)의 목표 구성은 많은 굽힘부를 포함할 수 있고, 도 1에서, 카테터(110)는 생검 니들(130)의 팁 또는 니들 섹션(132)이 허용 불가능하게 큰 삽입력의 인가가 없이는 굽힘부(116)를 횡단할 수 없을 정도의 곡률 반경 및 각도 크기를 구비한 굽힘부(116)를 갖는다. 결과적으로, 니들 섹션(132)은 카테터(110) 내의 도구 루멘의 내부 벽에 대해 박힐 수 있다. 더 가요성인 니들 섹션(132)이 니들 섹션(132)이 굽힘부(116)와 같은 예리한 굽힘부를 더 쉽게 횡단하는 것을 허용하도록 채용될 수 있지만, 니들 섹션(132)을 더 가요성으로 또는 유연하게 만드는 것은 생검 샘플을 취하는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 대체로, 도구는 그의 의도된 의료 작업을 수행하기 위해 강성을 요구하여, 생검 니들(130)과 같은 도구(130)가 안내 튜브(110)의 원위 팁까지 완전히 전진될 수 없는 안내 튜브(110)의 구성이 발생할 수 있다.
카테터(110)를 통해 생검 니들(130)을 수동으로 삽입하는 의사는 니들(130)이 굽힘부(116)에 도달할 때 니들(130)의 삽입에 대한 저항이 크게 증가하는 것을 느낄 수 있고, 그 다음 카테터(110)가 목표 구성에 있는 동안 니들(130)이 카테터(110)를 통해 완전히 전개될 수 없음을 알 수 있다. 유사하게, 의사가 생검 니들(130)과 같은 도구를 포함하는 카테터(110)와 같은 안내 튜브를 예리한 굽힘부를 포함하는 목표 구성으로 운행시키면, 의사는 예리한 굽힘부(116)가 도구의 제거를 중단시키는 것을 발견할 수 있다. 하나의 구현예에서, 의사는 생검 니들(130)과 같은 도구가 허용 불가능한 힘 또는 위험이 없이는 카테터(110)와 같은 안내 튜브를 통해 추가로 전진 또는 후퇴될 수 없는 상황에 직면할 수 있고, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 안내 튜브의 자동화된 이동을 수행하는 삽입/제거 제어 모드를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 카테터(110)를 위한 제어 시스템은 도구(130)가 삽입되어 있는 카테터(110)가 목표 구성으로 자동으로 복귀되기 전에, 카테터(110)를 니들(130)이 삽입될 수 있는 도구 삽입 구성으로 자동으로 부분적으로 후퇴시킬 수 있다. 유사하게, 카테터(110)를 위한 제어 시스템은 생검 니들(130)을 포함하는 카테터(110)를 니들(130)이 제거될 수 있는 도구 제거 구성으로 자동으로 후퇴시킬 수 있고, 카테터(110)는 교체 도구의 삽입을 위해 준비되어 유지될 수 있다. 대체로, 삽입 구성은 제거 구성과 동일할 수 있거나 상이할 수 있고, 삽입/제거 구성은 본원에서 삽입 구성 또는 제거 구성인 구성을 지칭하도록 사용된다.
사람 사용자가 도구의 삽입 또는 제거에서의 문제를 식별하게 하는 것에 대한 대안으로서, 폐 카테터와 같은 안내 튜브를 위한 제어 시스템은 도구가 허용 불가능한 힘 또는 허용 불가능한 위험을 요구하지 않고서 안내 튜브의 목표 구성을 따라 삽입 또는 제거될 수 있는 지를 결정하기 위해 목표 구성의 안내 튜브의 형상을 측정 및 평가할 수 있다. 목표 구성이 도구의 삽입 또는 제거에 부적합하면, 제어 시스템은 의사에게 통지할 수 있고, 도구의 삽입 또는 제거에 대해 적합한 도구 삽입/제거 구성을 결정할 수 있다. 의사는 그 다음 삽입/제거 제어 모드를 사용하는 것을 선택할 수 있거나, 제어 시스템은 사람이 개입할 필요가 없이 삽입/제거 제어 모드로 자동으로 절환할 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 의료 시스템(200)의 하나의 구체적인 구현예를 개략적으로 도시한다. 도시된 실시예에서, 시스템(200)은 폐 카테터(210), 조향 구동 메커니즘(220), 삽입 구동 메커니즘(230), 제어 로직(240), 작업자 인터페이스(250), 및 센서 시스템(260)을 포함한다.
카테터(210)는 생검 니들 또는 관측 시스템과 같은 교환 가능한 프로브를 수용할 수 있는 도구 루멘을 포함하는 하나 이상의 루멘을 갖는 대체로 가요성인 장치이다. 가요성 카테터는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 가요성 또는 저마찰 재료의 내층 또는 외층을 구비한 직조 와이어 튜브와 같은 브레이딩 구조물을 사용하여 만들어질 수 있다. 하나의 실시예에서, 카테터(210)는 폴리에텔 블록 아미드(페박스(Pebax))와 같은 재료의 브레이딩 재킷 및 리플로우 (즉, 용융에 의해 융합된) 재킷에 의해 함께 유지되는 루멘들 또는 튜브들의 다발을 포함한다. 조향 가능한 원위 섹션(216)(예컨대, 도 3a 또는 도 3b에 도시되고 아래에서 추가로 설명되는 바와 같은 구조물)이 카테터(210)의 원위 단부의 일부를 형성할 수 있다.
위에서 기술된 바와 같은 카테터(210)는 교환 가능한 프로브 시스템을 위한 적어도 하나의 도구 루멘을 포함하고, 당김 와이어, 센서 라인, 조명 섬유, 또는 영구적인 관측 시스템을 위한 또는 유체 또는 약품의 작용 부위로의 도입 또는 그로부터의 제거를 위한, 더 작은 루멘을 추가로 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 카테터(210)는 조향 구동 메커니즘(220)에 부착된 근위 섹션(212), 및 근위 섹션(212)으로부터 연장하는 원위 섹션(214)을 갖는다. 도시된 구현예에서, 원위 섹션(214)은 조향 구동 메커니즘(220)으로부터 근위 섹션(212) 및 원위 섹션(214)을 통해 연장하며, 조향 가능한 원위 세그먼트(216)에 연결되는 당김 와이어를 통해 작동될 수 있는 기계식 구조물을 갖는 조향 가능한 섹션(216)을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기계식 요소들은 카테터(210)의 길이를 따라 어디에서나 구동 줄 또는 다른 메커니즘을 사용하여 유사하게 굴절 또는 작동될 수 있다.
폐 또는 기도 내에서 수행되는 시술을 위한 카테터(210)의 전체 길이는 약 60 내지 80cm 또는 그 이상일 수 있고, 원위 섹션(214)은 약 15cm 길이이고, 조향 가능한 세그먼트(216)는 약 4 내지 5cm 길이이다. 원위 섹션(214)은 근위 섹션(212)보다 더 작은 직경을 가질 수 있다. 의료 시술 중에, 근위 섹션(212)의 일부 및 원위 섹션(214)의 전부는 환자의 기도와 같은 자연 내강을 따라 삽입될 수 있다. 원위 섹션(214)에 대한 더 작은 직경은 근위 섹션(212)에 대해서는 너무 작은 내강 내에서의 원위 섹션(214)의 사용을 허용할 수 있지만, 근위 섹션(212)에 대한 더 큰 직경은 원위 섹션(214) 내에 끼워질 수 없는 전자기 감지 코일(262)과 같은 더 많거나 더 큰 구조물 또는 장치의 근위 섹션(212) 내에서의 수동 조작 또는 포함을 용이하게 할 수 있다.
조향 가능한 세그먼트(216)는 원격 제어 가능하고, 특히 작동 줄, 예컨대, 당김 와이어를 사용하여 제어될 수 있는 피칭 및 요잉을 갖는다. 조향 가능한 세그먼트(216)는 원위 섹션(214)의 전부 또는 일부를 형성할 수 있고, 작동 줄에 대한 적합한 연결부를 구비한 페박스와 같은 가요성 재료의 다중 루멘 튜브로서 간단히 구현될 수 있다. 조향 가능한 세그먼트(216)는 조향 구동 메커니즘(220)이 작동 줄을 당길 때 작동 또는 굽힘을 조향 가능한 세그먼트(216)로 격리시키는 것을 보조하기 위해 카테터(210)의 잔여부보다 더 가요성일 수 있다. 카테터(210)는 또한 작동이 근위 섹션(212)을 구부리거나 (조향 가능한 세그먼트(216) 이외의 원위 섹션(214)의 임의의 부분을 구부리는) 것을 방지하기 위해 작동 줄에 대해 보덴(Bowden) 케이블을 사용하는 것과 같이 추가의 특징부 또는 구조물을 채용할 수 있다. 그러나, 카테터(210)의 전체는 자연 내강, 예컨대, 기도의 형상을 따르거나 그에 일치하기에 충분한 순응성 및 충분히 작은 최소 곡률 반경을 가져야 한다.
도 3a는 조향 가능한 세그먼트(216)가 도 2의 카테터(210) 내에서 프로브 시스템을 위한 메인 루멘(312)의 원위 단부를 형성하며, 작동 줄(330) 및 도 3a에 도시되지 않은 형상 센서를 위한 더 작은 루멘을 포함하는 튜브(310)로부터 만들어지는 하나의 구체적인 실시예를 도시한다. 특히, 카테터(210)를 통해 후방으로 연속되는 메인 루멘(312)은 조향 가능한 세그먼트(216)의 원위 팁(314)에서의 개방부를 갖고, 메인 루멘(312)을 통해 삽입되는 생검 니들과 같은 도구가 의료 시술 중에 조직과 상호 작용하도록 원위 팁(314)을 지나 연장할 수 있다. 도시된 실시예에서, 4개의 줄(330)이 줄(330)의 위치에 의해 정의되는 피칭 및 요잉 방향에서 기구(110)를 조향하는 것을 용이하게 하도록 90°로 이격되며 루멘(312)을 둘러싸서 위치된다. 조향 가능한 세그먼트(316)의 내부 구조를 더 잘 도시하기 위해 도 3a에서 도시되지 않은 리플로우 재킷이 또한 튜브(310)를 덮을 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 튜브(310)는 일련의 굴곡부(320)를 생성하도록 절결 또는 성형된다. 줄(330)은 조향 가능한 세그먼트(216)의 원위 팁(314)에 연결되고, 조향 구동 메커니즘(220)으로 후방으로 연장한다. 줄(330)은 와이어, 케이블, 보덴 케이블, 하이포튜브, 또는 조향 구동 메커니즘(220)으로부터 원위 팁(314)으로 힘을 전달할 수 있으며 조향 구동 메커니즘(220)이 줄(330)을 당길 때 근위 섹션(212)의 굽힘을 제한할 수 있는 임의의 다른 구조물일 수 있다. 작동 시에, 줄(330)들 중 임의의 하나를 더 강하게 당기는 것은 조향 가능한 세그먼트(216)가 그러한 줄(330)의 방향으로 구부러지게 하는 경향이 있다. 반복되는 굽힘을 수용하기 위해, 튜브(310)는 손상이 거의 없거나 전혀 없이 반복적으로 구부러질 수 있는 금속 합금인 니티놀(Nitinol)과 같은 재료로 만들어질 수 있다.
도 3a에 도시된 조향 가능한 섹션(216)의 구현예는 원위 팁(314)의 시야로부터 뷰(view), 예컨대, 입체 뷰를 사용자에게 제공할 수 있는 관측 시스템의 카메라 또는 다른 요소를 포함하지 않는다. 그러나, 관측 시스템을 포함하는 프로브가, 예를 들어, 기도와 같은 자연 내강을 따른 카테터(210)의 운행 중에, 사용자에게 뷰를 제공하기 위해 메인 루멘(312)을 통해 삽입될 수 있다. 관측 프로브가 생검 니들과 같은 다른 도구 또는 프로브와의 교체를 위해 제거될 수 있다. 대안적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 조향 가능한 섹션(216)은 생검 니들과 같은 프로브가 관측 구성요소(340)가 작동 중인 동안 메인 루멘(312) 내에 상주할 수 있도록, 관측 시스템의 영구적인 구성요소(340)를 포함할 수 있다. 관측 구성요소(340)는, 예를 들어, 카메라 시스템, 조명 시스템, 또는 카테터(210)의 원위 단부와 근위 단부 사이에서 조명 또는 영상 광을 운반하는 광섬유의 단부를 포함할 수 있다.
원위 조향 가능한 세그먼트(216)를 작동시키기 위해 줄(330)을 당기는, 도 2의 조향 구동 메커니즘(220)은 액추에이터(222), 예컨대, 전기 모터의 운동을 카테터(210)를 통해 이어지며 원위 조향 가능한 세그먼트(216)에 연결되는 줄(330)의 이동 또는 장력으로 변환하는 기계식 시스템 또는 전달부(224)를 포함한다. 따라서, 원위 조향 가능한 세그먼트(216)의 이동 및 자세는 조향 구동 메커니즘(220) 내의 액추에이터(222)에 대한 각각의 작동 신호의 컴퓨터화된 선택 또는 발생을 통해 제어될 수 있다. 조향 가능한 세그먼트(216)의 작동에 추가하여, 조향 구동 메커니즘(220)은 액추에이터(222) 및 전달부(224)를 통해 동력을 받을 수 있는 카테터(210)의 근위 단부의 회전 또는 롤링과 같은 카테터(210)의 다른 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 가요성 샤프트 기구에 대해 공지되어 있는 후단부 메커니즘 또는 전달부는 대체로 조향 구동 메커니즘(220)에 대해 사용되거나 변형될 수 있다. 예를 들어, 가요성 기구를 위한 몇몇 공지된 구동 시스템이 발명의 명칭이 "순응성 수술 장치(Compliant Surgical Device)"인 미국 특허 출원 공개 제2010/0331820호에 설명되어 있고, 이는 본원에서 전체적으로 참조로 통합되었다. 조향 구동 메커니즘(220)은 카테터(210)를 작동시키는 것에 추가하여, 구동 메커니즘(220)의 구조물이 그러한 작동 중에 방해되지 않도록, 카테터(210) 내에서의 프로브의 제거 및 교체를 허용해야 한다.
도 2에 도시된 구현예에서, 조향 구동 메커니즘(220)은 삽입 방향을 따라 조향 구동 메커니즘(220) 및 카테터(210)를 이동시키기 위해 사용되는 액추에이터(232) 및 기계식 시스템(234)을 포함하는 삽입 구동 메커니즘(230) 상에 장착된다. 기계식 시스템(234)은 슬라이드 또는 트랙을 포함할 수 있고, 그 위에 조향 구동 메커니즘(220)이 이동 가능하게 장착된다. 액추에이터(232)는 제어 로직(240)이 선택 또는 발생시키는 작동 신호에 따라 조향 구동 메커니즘(220) 및 카테터(210)의 이동을 일으키는 구동 모터일 수 있다.
제어 로직(240)은 원위 조향 가능한 세그먼트(216)를 작동시키고 카테터(210)의 원위 팁의 피칭 및 요잉을 제어하기 위해 필요한 대로 줄을 선택적으로 당기도록 조향 구동 메커니즘(220) 내의 액추에이터(222)를 제어하고, 카테터(210)의 원위 팁의 삽입 방향으로의 이동을 제어하도록 액추에이터(232)를 제어한다. 대체로, 제어 로직(240)은 사용자, 예컨대, 외과의, 내과의, 또는 작업자 인터페이스(250)를 사용하는 다른 사람 사용자로부터의 명령에 응답하여 작동하고, 사용자는 관측 시스템이 제공하는 뷰 또는 센서 시스템(260)으로부터의 측정에 응답하여 인터페이스(250)를 작동시킬 수 있다. 제어 로직(240)은 작업자 인터페이스(250) 및 센서 시스템(260)으로부터의 신호를 해석하고 액추에이터(222, 232)에 대한 작동 신호를 발생시키기 위해 적합한 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 장치 특이적 인터페이스 하드웨어를 구비한 범용 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있다.
도시된 실시예에서, 제어 로직(240)은 카테터(210)의 사용을 위한 상이한 프로세스 또는 모드를 구현하는 복수의 모듈(241, 242, 243, 244, 245)을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "모듈"이라는 용어는 하드웨어(예컨대, 집적 회로 또는 다른 회로와 같은 프로세서) 및 소프트웨어(예컨대, 펌웨어, 프로그래밍, 또는 객체 코드와 같은 기계 또는 프로세서 실행 가능 지시, 명령, 또는 코드)의 조합을 지칭한다. 하드웨어와 소프트웨어의 조합은 하드웨어 단독(즉, 소프트웨어 요소가 없는 하드웨어 요소), 하드웨어에서 호스팅되는 소프트웨어(예컨대, 메모리에 저장되어, 프로세서에서 실행되거나 해석되는 소프트웨어), 또는 하드웨어 및 하드웨어에서 호스팅되는 소프트웨어를 포함한다.
운행 모듈(241)은 사용자가 카테터(210)를 목표 위치 또는 구성으로 조향하는 동안 채용될 수 있다. 운행 모듈(241)은 작업자 인터페이스(250)로부터의 제어 신호를 해석 또는 변환하여 액추에이터(222, 232)에 대한 작동 신호를 발생시키도록 작용할 수 있다. 작업자 인터페이스(250)는 관측 시스템, 디스플레이, 키보드, 조이스틱, 발 페달, 마우스와 같은 포인팅 장치, 또는 수술 환경에 대해 맞춰지거나 최적화될 수 있는 유사한 I/O 하드웨어와 같은 표준 입력/출력 하드웨어를 포함할 수 있다. 대체로, 작업자 인터페이스(250)는 사용자에게 정보를 제공하고, 사용자로부터 지시를 수신한다. 예를 들어, 작업자 인터페이스(250)는 시스템(200)의 상태를 표시하며, 시스템(200) 내에서 이루어진 영상 및 측정을 포함하는 데이터를 사용자에게 제공할 수 있다. 사용자가, 예컨대, 조이스틱 또는 유사한 마스터 제어기를 사용하여 작업자 인터페이스(250)를 통해 제공할 수 있는 한 가지 유형의 지시는 원위 조향 가능한 세그먼트(216)의 원하는 피칭, 요잉, 및 삽입 이동을 표시한다. 그러한 입력을 사용하여, 제어 로직(240)은 구동 메커니즘(220, 230) 내의 액추에이터(222, 232)에 대한 작동 신호를 발생시킬 수 있다. 사용자로부터의 다른 지시는 제어 로직(240)의 작동 모드를 선택할 수 있다.
형상 측정 모듈(242)이, 예를 들어, 카테터(210)의 의료 시술을 위한 목표 구성으로의 운행 중에 또는 그 후에, 카테터(210)의 형상을 측정 또는 기록하도록 채용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 운행 모듈(241)을 채용하고, 카테터(210)를 목표 구성으로 운행시키기 위해 작업자 인터페이스(250)를 사용한 후에, 형상 측정 모듈(242)은 카테터(210)의 적어도 원위 부분의 형상을 표시하는 형상 데이터(249)를 결정 및 기록하도록 채용될 수 있다. 도 2의 구현예에서, 광섬유 형상 센서(264)가 카테터(210)의 전체 길이 또는 원위 부분을 따라 연장할 수 있어서, 형상 측정 모듈(242)은 광섬유 상에서 전달되는 광의 간섭의 측정을 사용하고, 카테터(210)의 적어도 일 부분의 형상을 결정하고, 형상 데이터(249)를 제어 로직(240)이 채용하는 메모리 또는 다른 자장소 내에 저장할 수 있다. 광섬유 격자를 사용하는 그러한 형상 센서는 발명의 명칭이 "광섬유 형상 센서(Fiber Optic Shape Sensor)"인 미국 특허 제7,720,322호에 추가로 설명되어 있고, 이는 본원에서 전체적으로 참조로 통합되었다. 다른 구현예는 카테터(210)의 원위 부분의 형상을 감지하기 위한 다른 시스템을 사용할 수 있다. 하나의 구현예에서, 원위 조향 가능 섹션(216)은 가장 큰 굽힘 능력을 갖고, 도구의 삽입에 대해 너무 예리한 굽힘부는 카테터(210)가 목표 구성에 있을 때 원위 조향 가능 섹션(216)에서 또는 그 부근에서 전적으로 또는 가장 일반적일 수 있다.
형상 분석 모듈(243)이, 특히 카테터(210) 내의 도구의 삽입 또는 제거와 같은 작업을 위해, 형상 데이터(249)를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 카테터(210)의 전개된 형상을 따라 생검 니들과 같은 도구를 삽입하기를 원할 때, 형상 분석 모듈(243)은 형상 데이터(249) 및 가능하게는 도구가 횡단하기에는 너무 예리한 카테터(210) 내의 임의의 굽힘부를 식별하기 위한 도구에 관한 데이터를 사용할 수 있다. 더 일반적으로, 형상 분석 모듈(243)은 카테터(210)가 목표 구성을 갖는 동안 특정 도구가 카테터(210)를 통해 전개되거나 그로부터 제거될 수 있는 지를 결정하고, 전체적으로 카테터(210)의 또는 그러한 특정 도구에 대한 삽입 또는 제거 구성을 식별할 수 있다. 자동 후퇴 모듈(244)이 그 다음 카테터(210)의 원위 팁(216)을 다시 형상 데이터(249)에 의해 표시되는 형상을 따라 카테터(210)의 목표 구성으로부터 삽입 또는 제거 구성으로 자동으로 (즉, 사용자 조향이 없이) 이동시키기 위해 채용될 수 있다. 예를 들어, 후퇴 모듈(244)은 특정 도구가 과도한 힘 또는 위험이 없이 카테터(210)의 원위 팁으로 삽입될 수 있을 수 있기에만 충분히 멀리 카테터(210)를 자동으로 후퇴시킬 수 있다. 복귀 모듈(245)이 그 다음 형상 데이터(249)가 표시하는 경로를 따라 원위 팁을 조향함으로써 카테터(210)를 목표 구성으로 자동으로 복귀시킬 수 있다. 분리된 모듈들이 도 2에 도시되어 있지만, 복수의 모듈의 기능들은 단일 모듈, 예컨대, 자동 후퇴/복귀 모듈 내로 조합될 수 있다.
도 4는 목표 구성의 안내 튜브를 횡단할 수 없거나 횡단하는 것이 허용되지 않을 수 있는 도구를 구비한 안내 튜브의 사용을 위한 프로세스(400)의 흐름도이다. 명확한 예를 제공하기 위해, 프로세스(400)는 때때로 도 2의 구조 및 도 5a 내지 도 5e에 도시된 구성을 참조하여 본원에서 설명되지만, 더 일반적으로, 프로세스(400)는 도 2에 도시된 특정 하드웨어 또는 도 5a 내지 도 5e의 특정 구성으로 제한되지 않는다. 프로세스(400)는 안내 튜브, 예컨대, 카테터(210)가 도 5a에 도시된 바와 같은 목표 구성으로 조향되는 블록(410)에서 시작한다. 예를 들어, 사용자는 시스템(200)의 운행 모듈(241)에 의해 구현되는 운행 모드를 활성화하고, 그 다음 환자의 기도를 통해 카테터(210)를 유도하기 위해 필요한 대로 사용자 인터페이스(250)를 제어할 수 있다. 그러한 운행은 따라야 하는 기도의 분지부를 선택하고, 결절(122)까지 선택된 기도를 따르도록 카테터(210)의 원위 섹션(216)의 피칭 및 요잉을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 안내 튜브는 운행 블록(410)의 수행 중에 비어 있을 수 있거나, 안내 튜브가 영구적인 관측 시스템을 지니지 않으면 관측 시스템과 같은 프로브를 포함할 수 있다.
프로세스(400)의 하나의 구현예에서, 의사는 목표 구성으로의 운행 후에 그러나 안내 튜브 내에 도구를 삽입하기 전에, 버튼을 누르거나 안내 튜브와 관련된 의료 시스템의 삽입/제거 모드를 달리 활성화한다. 프로세스(400)의 블록(415)은 목표 구성의 안내 튜브의 형상을 표시하는 형상 데이터를 결정 및 기록한다. 안내 튜브의 형상을 측정하기 위한 많은 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 카테터(210)는 본원에서 전체적으로 참조로 통합된, 발명의 명칭이 "광섬유 형상 센서(Fiber Optic Shape Sensor)"인 미국 특허 출원 공개 제2009/0324161호에 설명되어 있는 바와 같이 사용될 수 있는 광섬유 격자 센서(264)를 포함한다. 광섬유 격자 센서에 의해, 도 5a의 목표 구성의 카테터(210)의 전부 또는 원위 부분의 형상이 측정될 수 있다. 대안적으로, 카테터(210)의 형상은 프로세스(410) 중에 기구(210)의 원위 팁의 그의 목표 구성으로의 운행 또는 이동을 추적함으로써 결정될 수 있다. 카테터(210)의 측정되거나 달리 결정된 형상은 기록, 예컨대, 카테터(210)를 위한 제어 시스템(240) 내의 메모리 또는 다른 저장소 내에 저장될 수 있다. 예를 들어, 결정된 형상은 임의의 원하는 형식으로 형상 데이터(249)로서 기록될 수 있다.
형상 데이터는 도구의 삽입이 금지된 목표 구성 내의 임의의 위치 또는 목표 구성의 섹션을 식별하기 위해 결정 블록(420) 내에서 분석될 수 있다. 예를 들어, 형상 분석 모듈(243)은 너무 큰 것으로 간주되는 삽입력의 인가가 없이는 원하는 도구가 횡단하기에 너무 예리한 안내 튜브의 목표 구성에서의 임의의 굽힘부의 위치를 식별할 수 있다. 예리한 굽힘부는, 예를 들어, 특정 거리 또는 각도보다 더 많이 연장하며, 최소 허용 굽힘 반경보다 더 작은 곡률 반경을 갖는 카테터(210)의 섹션일 수 있다. 예를 들어, 형상 분석 모듈(243)은 형상 데이터와 관련된 일련의지점들 각각에서 곡률 반경을 결정하고, 각각의 결정된 곡률 반경을 특정 도구에 대한 최소 허용 곡률 반경에 비교할 수 있다. 최소 허용 굽힘 반경은 삽입되는 도구에 따라 선택될 수 있고, 예를 들어, 도구와 안내 튜브 사이의 마찰 계수, 도구의 중요 섹션의 강성 및 길이, 안내 튜브의 강성, 안내 튜브를 지지하는 조직의 강성, 및 다른 인자에 의존할 수 있다. 대안적으로, 안내 튜브의 섹션이 문제가 있는 지를 표시하는 "실험 표"가 개발될 수 있고, 도구의 가요성 또는 도구가 손상이 없이 수용할 수 있는 최소 곡률 반경, 안내 튜브의 섹션의 곡률 반경, 안내 튜브의 강성, 및 안내 튜브의 섹션을 둘러싸는 조직의 강성과 같은 인자에 의해 인덱싱될 수 있다. 더 일반적으로, 형상 분석 모듈(243)은 형상 데이터의 각각의 섹션을 평가하고 문제 섹션을 결정 또는 식별하기 위해 임의의 원하는 기준을 사용할 수 있다. 대체로, 섹션을 통해 도구를 밀거나 당기는 것이 허용 불가능한 수준의 힘을 요구하면 섹션은 문제이고, 허용 불가능한 수준의 삽입력은, 예를 들어, 환자에 대한 위험, 안내 튜브 또는 도구에 대한 손상의 위험, 또는 도구의 사용의 편의성에 기초하여 선택될 수 있다. 도 5a 내지 도 5e는 굽힘부(116)인 단일 섹션만이 안내 튜브를 통한 도구의 삽입에 대한 문제인 상황을 도시한다. 더 일반적으로, 0개, 1개, 또는 복수의 문제 섹션이 발견될 수 있다. 형상 분석 모듈(243)은 안내 튜브의 삽입 또는 제거 구성을 임의의 문제 섹션을 포함하지 않는 목표 구성의 가장 긴 근위 부분인 것으로 결정할 수 있다.
결정 블록(420)이 전체 목표 구성이 도구의 삽입에 대해 허용 가능하다고 결정하면, 블록(425)이 수행될 수 있고, 이때 도구는 안내 튜브가 도 5d에 도시된 바와 같은 목표 구성에 유지되는 동안 안내 튜브의 원위 팁으로 삽입되고, 도구는 도 5e를 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이 사용될 수 있다.
결정 블록(420)이 안내 튜브의 목표 구성이 도구의 삽입에 대해 허용 불가능하다고 결정하면, 예컨대, 목표 구성이 도구의 삽입에 대해 너무 예리한 굽힘부를 포함하면, 의사 또는 다른 사용자는 통지받을 수 있고, 버튼을 누르거나 안내 튜브를 식별된 삽입 구성으로 후퇴시키는 것을 달리 선택할 수 있다. 도 4에서, 블록(430)은 안내 튜브의 원위 팁을 허용 가능한 구성과 관련된 위치, 예컨대, 목표 구성의 안내 튜브의 최근위 문제 섹션 또는 도 5b에 도시된 바와 같은 도구에 대해 너무 예리한 최근위 굽힘부 직전의 위치로 다시 후퇴시킨다. 따라서, 블록(430)은 안내 튜브를 도 5a의 목표 구성으로부터 도 5b에 도시된 바와 같은 삽입 또는 제거 구성으로 이동시킨다. 대체로, 안내 튜브는, 예를 들어, 단지 부분적으로 후퇴되고, 즉, 완전히 제거되지 않고, 이는 안내 튜브 내의 가장 예리한 굽힘부가 목표 구성의 원위 단부에 가까울 것으로 예상될 수 있기 때문이다. 블록(430)에서의 안내 튜브의 후퇴는 자동으로, 즉, 사용자가 안내 튜브를 조향할 필요가 없이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 시스템(200)에서, 사용자 또는 제어 로직(240)은 그 자신의 주도로, 작업자 인터페이스(240)로부터의 제어 신호를 사용하지 않거나 필요로 하지 않고서, 형상 데이터(249)로부터 액추에이터(222, 232)에 대한 작동 신호를 자동으로 발생시키는 후퇴 모듈(244)과 결합할 수 있다.
사용자는 그 다음 도구를 안내 튜브 내로 수동으로 삽입할 수 있다. 블록(435)에서, 도구는 안내 튜브가 도 5c에 도시된 바와 같은 삽입 구성에 유지되는 동안 안내 튜브의 원위 팁으로 삽입된다. 더 일반적으로, 생검 니들(130)의 팁은 원위 팁(114)을 지나 삽입될 수 있거나, 원위 팁(114)에 못 미칠 수 있다. 니들이 안내 튜브의 원위 팁으로 가장 양호하게 삽입되는 지, 안내 튜브의 원위 팁을 지나 삽입되는 지, 또는 안내부의 원위 팁에 못 미쳐서 삽입되는 지의 여부는 도구의 중요 섹션의 강성 또는 최소 곡률 반경 및 안내 튜브의 조향 가능한 섹션이 도구의 중요 섹션에 인가할 수 있는 작동력의 양과 같은 인자에 의존할 수 있다. 예를 들어, 생검 니들과 같은 도구가 그가 안내 튜브의 작동되는 피칭 및 요잉에 의해 구부러질 수 있기에 충분히 부드러울 때, 니들은 카테터의 팁으로 삽입될 수 있고, 카테터-니들 결합체는 자동 또는 수동으로 기록된 경로를 따라 목표 구성으로 단순히 진행할 수 있다. 니들이 매우 강성이면, 시스템은 카테터-니들 결합체가 기록된 경로에 의해 전방으로 여전히 진행할 수 있도록 적당한 카테터-니들 강성을 유지하기 위해 니들이 카테터의 원위 팁을 지나 (또는 그에 못 미쳐) 얼마나 많이 삽입될 필요가 있는 지를 사용자에게 추천할 수 있다. 카테터-니들 결합체가 이전에 기록된 경로를 따르기에 너무 강성이면, 사용자는 여전히 카테터를 수동으로 구동할 수 있다. 위에서 기술된 바와 같이, 삽입 구성으로의 후퇴는 도구가 삽입되도록 허용하고, 그러한 시점에서, 목표 구성으로 복귀하기 위한 접근이 선택될 수 있다.
블록(440)의 수행은, 많은 상황에서, 도 5d에 도시된 바와 같이 도구가 기록된 형상 데이터에 의해 표시된 목표 구성으로 다시 삽입되면서, 안내 튜브를 자동으로 복귀시킬 수 있다. 카테터(210)는 조향 가능한 원위 섹션(216)의 작동이 대체로 도구(130)의 근위 단부에 인가되는 삽입력으로부터 생성된 카테터(210)의 벽으로부터의 힘에 비교할 때, 도구(130)의 더 강성인 섹션(132)을 더 양호하게 구부릴 수 있으므로, 도구(130)를 문제 섹션 또는 타이트한 굽힘부(116)를 통해 취할 수 있다. 도구를 구비한 안내 튜브가 목표 구성에 도달하면, 블록(445)이 목표 부위에서 도구를 사용하기 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 생검 니들과 같은 도구는 도 5e에 도시된 바와 같이 조직(예컨대, 샘플)과 상호 작용하도록 안내 튜브의 원위 팁을 넘어 연장될 수 있다.
안내 튜브 내의 예리한 굽힘부 또는 문제 섹션은 또한 안내 튜브보다 덜 가요성인 적어도 일 부분을 갖는 도구를 제거할 때 문제가 될 수 있다. 도 6은 도구가 도구에 대해 허용되는 최소 곡률 반경보다 더 작은 곡률 반경으로 구부러지지 않고서는 횡단하기에 너무 예리한 굽힘부를 포함하는 목표 구성으로 전개되는 안내 튜브로부터의 도구의 제거를 위한 프로세스(600)의 흐름도이다. 프로세스(600)는 최근위 문제 섹션 직전의 위치, 예컨대, 너무 예리한 최근위 굽힘부와 관련된 위치로 안내 튜브 및 도구를 다시 복귀시키는 블록(610)의 수행에서 시작한다. 그러한 위치에 있으면, 블록(620)의 수행은 안내 튜브의 원위 팁이 삽입/제거 구성에 유지되는 동안 도구를 제거 및 교체할 수 있다. 교체 도구가 제거된 도구의 곡률 반경과 동일하거나 더 작은 최소 허용 곡률 반경을 갖는다고 가정하면, 블록(620)의 수행은 안내 튜브를 동일한 위치에 남길 수 있다. 예를 들어, 조직 샘플을 취한 생검 니들은 목표 부위에서 제2 조직 샘플을 취하기 위해 사용될 수 있는 동일한 유형의 새로운 생검 니들로 교체될 수 있다. 단계(630)는 그 다음 안내 튜브 및 삽입된 교체 도구를 다시 안내 튜브의 목표 구성으로 자동으로 운행시키기 위해 기록된 형상 데이터를 사용할 수 있다. 블록(640)의 수행은 그 다음 목표 부위에서 교체 도구를 사용할 수 있다.
위에서 개시된 바와 같은 자동 후퇴 및 복귀는 유사한 수동 절차에 비해 장점을 가질 수 있다. 특히, 카테터를 통해 생검 니들을 전개하는 의사는 생검 니들이 카테터의 단부로 삽입될 수 있는 일정 위치로 카테터를 수동으로 후퇴시킬 수 있다. 대체로, 수동 후퇴는 자동화된 프로세스보다 더 오래 걸리고, 대체로 정확히 필요한 것보다 더 많이 안내 튜브를 후퇴시킬 것이다. 의사는 그 다음 또한 생검 니들을 구비한 카테터를 다시 목표 위치 및 구성으로 수동으로 운행시킬 수 있다. 수동 왕복 시술은 시간이 오래 걸릴 수 있고, 의사가 흔히 동일한 부위에 대해 복수의 생검을 행할 필요가 있으며, 이는 의사가 동일한 기도 또는 기도들을 통해 카테터를 복수 회 운행시키도록 요구하기 때문에, 오류에 대한 기회를 생성한다. 자동 후퇴 및 복귀 프로세스는 의사 제어식 이동보다 시간이 덜 걸릴 수 있다. 아울러, 이러한 시술은 의사에 의해 제어된다면, 의사를 위한 관측 시스템을 요구할 수 있고, 그러므로 영구적인 관측 시스템이 없는 카테터에서 수행하기가 어렵거나 불가능하다. 영구적인 관측 시스템을 구비한 카테터는 자동 후퇴 및 복귀가 더 작은 기도 내에 맞춰지는 더 작은 카테터의 사용을 허용할 수 있도록, 관측 시스템을 위한 공간을 허용하기 위해, 더 클 것으로 예상되거나, 더 작은 메인 루멘을 가질 것으로 예상될 수 있다. 아울러, 카테터가 관측 시스템을 갖더라도, 생검되는 결절이 점액 기도 내에서와 같이 카메라 또는 다른 관측 시스템이 효과적이지 않은 영역 내에 위치되면, 또는 결절이 카테터가 끼워지지 않는 작은 내강 내에 위치되면, 의사 제어식 왕복 운동은 카테터 및 생검 니들이 목표화된 위치 및 구성으로 복귀하는 것을 보장할 수 없다.
위에서 설명된 몇몇 구현예는 생검 니들을 위한 카테터 또는 다른 안내 튜브가 예리한 굽힘부를 포함할 때에도, 생검 니들의 팁에서의 삽입력 또는 굽힘의 허용된 양만을 요구하는 강건하고, 신뢰 가능하며, 반복 가능한, 정밀한 생검 프로세스를 효율적으로 제공할 수 있다. 생검 시술 중의 후퇴 및 복귀를 위한 자동화된 운행은 기록된 형상 데이터에 기초할 수 있고, 특히 복수의 샘플이 동일한 결절로부터 취해질 필요가 있을 때, 상당한 양의 시간을 절약할 수 있다. 생검 시술에서 요구되는 작업력 또한 1명을 초과하는 의사를 요할 수 있는 생검 작업에 비교할 때 감소될 수 있다. 예를 들어, 종래의 시술에서, 1명의 의사가 기관지경을 운행하는 것을 담당할 수 있고, 다른 의사가 니들의 전개를 제어한다. 본원에서 설명되는 시스템 및 절차에서, 1명의 의사가 충분할 수 있고, 이는 생검 니들을 삽입하기 위해 요구되는 힘의 양이 감소될 수 있기 때문이다. 동일한 기도를 따른 반복되는 후퇴 및 복귀의 자동화는 또한 그러한 생검 중에 생성되는 사람 오류를 감소시킬 수 있다.
상기 발명의 몇몇 실시예는 컴퓨터 판독 가능 매체, 예컨대, 광 또는 자기 디스크, 메모리 카드, 또는 연산 장치가 본원에서 설명되는 특정 프로세스를 수행하기 위해 실행할 수 있는 지시를 포함하는 다른 고체 상태 저장소와 같은 비일과성 매체 내에서 구현될 수 있다. 그러한 매체는 아울러 서버 또는 데이터 및 실행 가능한 지시의 다운로드를 제공하는 인터넷과 같은 네트워크에 연결된 다른 장치일 수 있거나 그 안에 포함될 수 있다.
특정 구현예가 개시되었지만, 이러한 구현예는 예일 뿐이고, 제한으로서 취해져서는 안 된다. 개시된 구현예의 특징들의 다양한 적응 및 조합이 다음의 청구범위의 범주 내에 있다.

Claims (26)

  1. 시스템으로서,
    가요성 안내 튜브;
    가요성 안내 튜브에 결합되어 가요성 안내 튜브의 적어도 일 부분을 이동시키도록 구성된 구동 시스템; 및
    구동 시스템을 작동시키는 제어 로직
    을 포함하고,
    제어 로직은,
    가요성 안내 튜브의 제1 구성에서, 가요성 안내 튜브를 통해 삽입되도록 구성된 도구가 횡단할 수 없는 하나 이상의 굽힘부를 구비한 가요성 안내 튜브의 하나 이상의 섹션을 식별하도록 구성된 형상 분석 모듈; 및
    사용자에 의한 수동 조향 없이 가요성 안내 튜브를 제2 구성으로 자동으로 이동시키도록 구동 시스템에 명령하도록 구성된 이동 모듈 - 제2 구성은 도구가 횡단할 수 없는 하나 이상의 굽힘부를 포함하지 않음 -
    을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 도구가 횡단할 수 없는 하나 이상의 굽힘부를 구비한 가요성 안내 튜브의 하나 이상의 섹션을 식별하는 것은 섹션이 임계 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 갖는지를 결정하는 것을 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 가요성 안내 튜브는 카테터를 포함하고, 도구는 생검 니들을 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 도구는 가요성 안내 튜브의 최소 허용 곡률 반경보다 더 큰 최소 허용 곡률 반경을 구비한 부분을 포함하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 이동 모듈은 가요성 안내 튜브를 제1 구성으로부터 제2 구성으로 자동으로 이동시키도록 구성된 후퇴 모듈을 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 이동 모듈은 가요성 안내 튜브를 제2 구성으로부터 제1 구성으로 자동으로 이동시키도록 구성된 복귀 모듈을 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 가요성 안내 튜브는 형상 센서를 포함하는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 형상 센서가 광섬유 형상 센서인, 시스템.
  9. 명령어를 저장한 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    명령어는 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 컴퓨팅 장치로 하여금
    가요성 안내 튜브의 제1 구성의 하나 이상의 문제 섹션을 식별하게 하고 - 하나 이상의 문제 섹션 각각은 가요성 안내 튜브에 의해 수납되도록 구성된 도구가, 가요성 안내 튜브가 제1 구성에 있는 동안에, 횡단하는 데 어려움을 갖는 가요성 안내 튜브의 부분에 대응함 -;
    수동 조향 없이 가요성 안내 튜브를 제1 구성으로부터, 가요성 안내 튜브의 원위 팁이 하나 이상의 문제 섹션 중 최근위 섹션에 대한 근위의 위치에 있는 제2 구성으로 자동으로 이동시키도록 제어 시스템의 도구 삽입/제거 모드를 활성화하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  10. 제9항에 있어서, 가요성 안내 튜브는 가요성 안내 튜브가 제2 구성에 있는 동안 도구를 수납하도록 구성되어 있는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  11. 제10항에 있어서, 도구는 가요성 안내 튜브의 루멘에 수납가능한, 컴퓨터 판독가능 매체.
  12. 제11항에 있어서, 명령어는 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 컴퓨팅 장치로 하여금 도구가 가요성 안내 튜브의 루멘 내에 배치되어 있는 동안 가요성 안내 튜브를 제2 구성으로부터 제1 구성으로 이동시키게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  13. 제12항에 있어서, 가요성 안내 튜브의 이동은 컴퓨터 제어식 구동 시스템에 의해 수행되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서, 명령어는 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 컴퓨팅 장치로 하여금 가요성 안내 튜브의 섹션의 곡률 반경이 도구의 일 부분에 대해 허용되는 최소 곡률 반경보다 작은지를 결정함으로써 하나 이상의 문제 섹션을 식별하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  16. 제9항에 있어서, 제2 구성의 가요성 안내 튜브의 일 부분의 형상이 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 일 부분의 형상과 실질적으로 동일한, 컴퓨터 판독가능 매체.
  17. 제9항에 있어서, 명령어는 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 컴퓨팅 장치로 하여금 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 형상을 결정함으로써 하나 이상의 문제 섹션을 식별하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  18. 제17항에 있어서, 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 형상을 결정하는 것은 광섬유 형상 센서 및 가요성 안내 튜브의 원위 팁의 추적되는 이동 중 적어도 하나를 사용하여 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 형상을 측정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  19. 제9항에 있어서, 도구는 생검 니들을 포함하고, 가요성 안내 튜브는 카테터를 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  20. 제9항에 있어서, 제1 구성은 가요성 안내 튜브가 자연 내강 내에 배치되어 있고 가요성 안내 튜브의 원위 단부가 생검 부위에 위치하는 구성을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  21. 명령어를 저장한 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    명령어는 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 컴퓨팅 장치로 하여금
    가요성 안내 튜브의 제1 구성의 하나 이상의 문제 섹션을 식별하게 하고 - 하나 이상의 문제 섹션 각각은 가요성 안내 튜브에 의해 수납되도록 구성된 도구가, 가요성 안내 튜브가 제1 구성에 있는 동안에, 횡단하는 데 어려움을 갖는 가요성 안내 튜브의 부분에 대응함 -;
    도구 삽입 모드를 활성화하도록 사용자에게 통지하게 하고 - 도구 삽입 모드는 도구의 삽입에 적합한 가요성 안내 튜브의 제2 구성을 식별하는 것을 포함함 -;
    수동 조향 없이 가요성 안내 튜브를 제1 구성으로부터 제2 구성으로 자동으로 이동시키도록 구동 시스템에 명령하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  22. 제21항에 있어서, 제2 구성에서, 가요성 안내 튜브의 원위 팁이 하나 이상의 문제 섹션 중 최근위 섹션에 대한 근위의 위치에 있어 가요성 안내 튜브가 제2 구성에 있는 동안 가요성 안내 튜브 내로 도구의 수납을 가능하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  23. 제21항에 있어서, 명령어는 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 컴퓨팅 장치로 하여금 가요성 안내 튜브의 섹션의 곡률 반경이 도구의 일 부분에 대해 허용되는 최소 곡률 반경보다 작은지를 결정함으로써 하나 이상의 문제 섹션을 식별하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  24. 제21항에 있어서, 제2 구성의 가요성 안내 튜브의 제1 부분의 형상이 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 제2 부분의 형상과 실질적으로 동일한, 컴퓨터 판독가능 매체.
  25. 제21항에 있어서, 명령어는 컴퓨팅 장치에 의해 실행될 때 컴퓨팅 장치로 하여금 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 형상을 결정함으로써 하나 이상의 문제 섹션을 식별하게 하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
  26. 제25항에 있어서, 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 형상을 결정하는 것은 광섬유 형상 센서 및 가요성 안내 튜브의 원위 팁의 추적되는 이동 중 적어도 하나를 사용하여 제1 구성의 가요성 안내 튜브의 형상을 측정하는 것을 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
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