KR20200007896A

KR20200007896A - 생검 장치 및 시스템

Info

Publication number: KR20200007896A
Application number: KR1020197036764A
Authority: KR
Inventors: 케이시 틸 랜디; 리안 제프리 코널리; 제프리 윌리엄 드래퍼; 더글라스 브루스 둘; 돈 에이. 타나카
Original assignee: 아우리스 헬스, 인코포레이티드
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: CN110831498B; WO2018208994A1; US20180325499A1; KR102695556B1; JP7677608B2; JP2023171877A; EP3621520A4; CN110831498A; JP2020520691A; AU2018265018B2; EP3621520A1; KR20240035632A; US11529129B2; KR102643758B1; US20230190244A1; AU2018265018A1

Abstract

특정 측면은 생검 패턴을 사용하는 생검을 위한 생검 장치, 시스템 및 기술에 관한 것이다. 일부 측면은 의료 기구의 원위 부분을 생검 패턴의 한 개 이상의 샘플 위치로 이동시키고 상기 생검 패턴 내 샘플 위치로부터 조직 샘플을 취득하기 위해 상기 기구를 안내하는 것에 관한 것이다. 일부 측면은 생검 패턴을 취득하고 해부학적 특징과 같은 다양한 요소들에 기초하여 생검 패턴 안에 샘플 위치를 조정하는 것에 관한 것이다.

Description

생검 장치 및 시스템

본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 의료 시술에 관한 것이고, 보다 상세하게는 생검 시스템 및 장치에 관한 것이다.

많은 시술은 환자의 인체 내 항행 및 조직 부위와의 상호 작용을 요구한다. 예를 들어, 기관지경술은 의사가 환자의 기관지와 세기관지와 같은 폐 기도의 내부 상태를 검사하도록 허용하는 의료 시술이다. 의료 시술 동안 기관지경으로 알려진 세경 연성 관형 도구는 환자의 입 안으로 삽입되어 환자의 목구멍 안으로 환자의 폐 기도를 따라 이후 진단 및/또는 치료를 위해 식별된 목표 조직 부위를 향해 내려갈 수 있다. 기관지경은 목표 조직 부위까지 경로를 제공하는 내부 내강 ("작업 채널")을 가질 수 있으며, 카테터(catheter)와 다양한 의료 도구가 상기 작업 채널을 통해 목표 조직 부위로 삽입될 수 있다. 일부 상황의 경우, 목표 조직 부위의 생검을 시행하기 위해 작업 채널을 통해 도구가 삽입될 수 있다.

관련 출원과의 상호 참조 본 출원은 2017년 5월 12일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 62/505,777호에 대한 이익을 주장하며, 상기 가출원의 전문이 참조로써 본 명세서에 병합된다.

본 발명의 시스템, 방법 및 장치는 각각 여러 개의 혁신적인 측면을 가지며, 이들 중 단일의 하나가 본 명세서에 개시된 원하는 속성들에 대해 단독으로 책임지지 않는다.

한 측면은 조직 부위에서 한 개 이상의 생검 샘플 세트를 취득하는 것을 지원하도록 구성된 시스템에 관한 것이고, 상기 시스템은 한 개 이상의 생검 샘플을 수집할 수 있는 기구; 상기 기구의 움직임을 제어하도록 구성된 액추에이터; 실행 가능한 명령어가 저장된 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리; 및 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리와 통신하는 한 개 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 상기 시스템이 적어도 조직 부위 내 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하는 생검 패턴에 접근하고; 상기 생검 패턴에 따라 기구의 움직임을 산출하고; 및 상기한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 위치로 기구를 이동시키도록 구성된다.

일부 구현은 사용자로부터 정보를 수신하도록 구성된 사용자 입력 장치를 더 포함할 수 있다. 일부 구현은 생검 패턴을 보여주도록 구성된 사용자 인터페이스 화면을 더 포함할 수 있다.

일부 구현에서, 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 시스템이 적어도 사용자로부터의 정보를 기초하여 생검 패턴 또는 상기 한 개 이상의 위치까지 기구의 움직임을 나타내는 경로를 조정하도록 구성된다.

일부 구현은 한 개 이상의 위치 센서의 세트를 더 포함할 수 있고, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 상기 시스템이 적어도 (1) 위치 센서 세트의 적어도 한 개의 위치 또는 (2) 위치 센서 세트로부터 수신한 데이터 신호를 기초하여 상기 기구의 원위 단부의 위치를 산출하고; 및 상기 산출된 위치를 기초하여 한 개 이상의 위치까지 움직임을 제어하도록 구성된다.

일부 구현에서, 위치 센서 세트 중에 적어도 한 개는 기구의 원위 단부의 카메라를 포함한다. 일부 구현에서, 위치 센서 세트 중 적어도 한 개는 기구의 원위 단부에 초음파 변환기(ultrasound transducer)를 포함한다. 일부 구현에서, 초음파 변환기는 방사형 주사(radial-scanning) 또는 선 주사(linear-scanning) 변환기를 포함한다. 일부 구현에서, 위치 센서 세트 중에 적어도 한 개는 기구의 원위 단부에 전자기 (EM) 센서를 포함한다. 일부 구현에서, 위치 센서 세트 중에 적어도 한 개는 X-선 형광증배관(x-ray image intensifier) 및 X-선 촬상 장치를 포함한다.

일부 구현에서, 상기 기구는 조직 부위를 도달하도록 구성된 스코프를 포함하고; 상기 액추에이터는 상기 스코프의 움직임을 제어하도록 구성되며; 및 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 상기 시스템이 적어도 생검 패턴에 따라 스코프의 움직임을 산출하고; 및 액추에이터가 스코프를 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 위치로 이동시키도록 구성된다.

일부 구현에서, 상기 기구는 조직 부위를 도달하도록 구성된 스코프; 및 수집 장치를 포함하고, 상기 수집 장치는 (1) 스코프 안에 제거할 수 있게 위치되고 또는 (2) 스코프를 통과해 한 개 이상의 생검 샘플을 수집하도록 구성된다. 일부 구현에서, 상기 스코프는 내시경이다. 일부 구현에서, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 상기 시스템이 적어도 스코프를 제1 위치로 위치시키고, 제1 샘플의 수신을 확인하며, 및 제1 샘플의 수신을 확인하면 그에 대응하여 스코프를 제2 위치로 위치시키도록 더 구성된다.

일부 구현에서, 상기 기구는 한 개 이상의 생검 샘플을 얻도록 구성된 수집 장치를 포함하고, 상기 액추에이터는 수집 장치의 움직임을 제어하도록 구성되며; 및 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 시스템이 적어도 생검 패턴에 따라 수집 장치의 움직임을 산출하고; 및 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 위치로 수집 장치를 이동시키도록 구성된다.

일부 구현에서, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 시스템이 적어도 상기 수집 장치를 작동시켜서 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 위치로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 취득하도록 더 구성된다. 일부 구현에서, 상기 수집 장치는 바늘을 포함한다. 일부 구현에서, 상기 수집 장치는 수집 장치의 원위 단부에 마커(marker)를 더 포함하고; 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 상기 시스템이 적어도: 상기 마커의 움직임에 따라 수집 장치의 움직임을 결정하고; 및 상기 수집 장치의 움직임에 따라 한 개 이상의 샘플 위치를 조정하도록 더 구성된다.

일부 구현에서, 생검 패턴은 적어도 2차원에 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함한다. 일부 구현에서, 상기 생검 패턴은 조직 부위의 모양과 맞는 모양으로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함한다. 일부 구현에서, 생검 패턴은 중심이 상기 조직 부위 안에 있는 모양으로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함한다. 일부 구현에서, 생검 패턴은 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하고 이 중 적어도 한 개는 상기 조직 부위의 중심에 대응된다. 일부 구현에서, 상기 생검 패턴은 원형 또는 격자무늬로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함한다. 일부 구현에서, 상기 생검 패턴은 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 더 포함한다.

또 다른 측면은 조직 부위에서 한 개 이상의 생검 샘플을 취득하는 것을 지원하도록 구성된 장치에 관한 것이고, 상기 장치는, 실행 가능한 명령어가 저장된 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리; 및 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리와 통신하는 한 개 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 장치가 적어도: 상기 조직 부위로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 채취하기 위한 패턴을 결정하고- 상기 패턴은 적어도 2차원에 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함함-; 상기 패턴을 기초하여 로봇 의료 시스템의 기구 원위 부분의 움직임을 위한 시술 계획을 결정하고; 및 기구의 원위 부분을 적어도 2차원 패턴에 대응하는 한 개 이상의 위치로 안내하도록 구성된다.

일부 구현에서, 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리와 통신하는 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 장치가 적어도 시술 계획을 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장하도록 구성된다. 일부 구현에서, 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리와 통신하는 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 장치가 적어도 시술 계획을 로봇 의료 시스템으로 전송하여 로봇 의료 시스템의 기구 원위 부분을 안내하도록 구성된다. 일부 구현에서, 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 장치가 적어도 (1) 위치 센서 세트의 적어도 한 개의 위치 또는 (2) 위치 센서 세트로부터 수신한 데이터 신호에 기초하여 기구의 원위 부분의 위치를 산출하고; 및 상기 산출된 위치에 기초하여 기구의 움직임을 제어하도록 구성된다.

일부 구현에서, 위치 센서 세트 중에 적어도 한 개는 기구의 원위 부분에 초음파 변환기를 포함한다. 일부 구현에서, 초음파 변환기는 방사형 주사 또는 선 주사 변환기를 포함한다. 일부 구현에서, 위치 센서 세트 중에 적어도 한 개는 기구의 원위 부분에 EM 센서를 포함한다. 일부 구현에서, 위치 센서 세트 중에 적어도 한 개는 X-선 형광증배관 및 X-선 촬상 장치를 포함한다.

일부 구현에서, 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 장치가 적어도 상기 패턴에 따라 스코프의 움직임을 산출하고; 및 상기 패턴에 대응하는 한 개 이상의 위치로 스코프의 원위 부분을 안내하도록 구성된다.

일부 구현에서, 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 장치가 적어도 상기 패턴에 따라 수집 장치의 움직임을 산출하고; 및 상기 패턴에 대응하는 한 개 이상의 위치로 수집 장치의 원위 부분을 안내하도록 구성된다.

일부 구현에서, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 장치가 적어도 수집 장치를 작동시켜서 상기 패턴에 대응하는 한 개 이상의 위치로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 채취하도록 구성된다. 일부 구현에서, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 장치가 적어도 수집 장치가 생검 샘플을 수집하면 이에 대응하여 수집 장치가 생검 샘플을 채취한 한 개 이상의 샘플링 위치를 마커의 움직임을 기초하여 산출하고; 한 개 이상의 샘플링 위치와 생검 패턴의 한 개 이상의 샘플 위치를 비교하고; 및 상기 한 개 이상의 샘플링 위치를 기초하여 상기 생검 패턴의 한 개 이상의 샘플 위치를 조정하도록 구성된다.

일부 구현에서, 상기 패턴은 조직 부위의 모양과 맞는 모양으로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함한다. 일부 구현에서, 상기 패턴은 중심이 상기 조직 부위 안에 위치하는 모양으로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함한다. 일부 구현에서, 패턴은 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하고 이 중 적어도 한 개는 상기 조직 부위의 중심에 대응된다. 일부 구현에서, 상기 패턴은 원형 또는 격자무늬로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함한다. 일부 구현에서, 상기 패턴은 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 더 포함한다.

하지만 또 다른 측면은 환자의 목표 조직 부위에서 한 개 이상의 샘플을 수집하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 로봇 의료 시스템의 사용자 인터페이스를 통해, 상기 목표 조직 부위 내 한 개 이상의 샘플의 패턴을 선택하는 사용자 입력을 수신하는 단계; 상기 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 상기 패턴 내 제1 샘플 위치에 대응하는 제1 위치로 이동시키는 단계; 상기 패턴 내 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플을 취득하기 위해 기구를 안내하는 단계; 상기 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 상기 패턴 내 제2 샘플 위치에 대응하는 제2위치로 이동시키는 단계; 및 상기 패턴 내 제2 샘플 위치에서 제2 조직 샘플을 취득하기 위해 상기 기구를 안내하는 단계를 포함한다.

일부 구현은 사용자 입력을 수신한 후에 한 개 이상의 샘플의 패턴을 제1 샘플 위치 또는 제2 샘플 위치로 조정하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현에서, 상기 패턴을 조정하는 것은 한 개 이상의 해부학적 특징을 기초로 한다. 일부 구현에서, 상기 해부학적 특징은 한 개 이상의 혈관을 포함한다. 일부 구현에서, 패턴을 조정하는 단계는 기구의 원위 부분의 초기 위치를 측정하는 것과 기구의 원위 부분의 초기 위치에 기초하여 패턴을 조직 부위에 맞추는 것을 포함한다.

일부 구현에서, 패턴을 맞추는 것은 초기 위치에서 제1 샘플 위치 또는 제2 샘플 위치까지 상기 기구의 원위 부분의 경로를 산출하는 것을 포함한다. 일부 구현에서, 패턴을 맞추는 것은 제1 샘플 위치 또는 제2 샘플 위치에서 기구의 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 조정하는 것을 포함한다. 일부 구현에서, 패턴을 조정하는 것은 패턴을 조직 부위의 모양에 맞추는 것을 포함한다. 일부 구현에서, 패턴을 조정하는 것은 중심이 조직 부위 안에 위치하는 모양으로 패턴을 맞추는 것을 포함한다. 일부 구현에서, 상기 패턴을 조정하는 것은 패턴의 적어도 한 개의 샘플 위치가 조직 부위의 중심에 대응하도록 패턴을 조정하는 것을 포함한다.

일부 구현은 제1 조직 샘플 또는 제2 조직 샘플을 취득하기 위해 기구를 안내할 때 환자의 호흡 빈도를 기초해서 기구의 원위 부분의 움직임을 조정하는 것을 더 포함한다.

일부 구현에서, 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 제2 위치로 이동시키는 것은 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플 수집의 알림을 수신한 후에 발생한다.

일부 구현은 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 패턴 내 제3 샘플 위치에 대응하는 제3 위치로 이동시키는 단계; 및 패턴 내 제3 샘플 위치에서 제3 조직 샘플을 취득하기 위해 기구를 안내하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현에서, 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 제3 위치로 이동시키는 것은 제2 샘플 위치에서 제2 조직 샘플 수집의 알림을 수신한 후에 발생한다.

일부 구현에서, 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시키는 것은 위치 센서 세트의 데이터 신호에 기초하여 기구의 원위 부분의 적어도 한 개의 위치를 산출하는 단계; 및 산출된 적어도 한 개의 위치에 기초하여 기구의 움직임을 제어하는 단계를 포함한다.

일부 구현은 패턴 내 해당 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플을 취득하기 위해 기구를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 일부 구현은 패턴 내 해당 제2 샘플 위치에서 제2 조직 샘플을 취득하기 위해 기구를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 일부 구현은 한 개 이상의 하드웨어 프로세서에 의해 수행된다.

여전히 또 다른 측면은 저장된 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 관한 것이고, 상기 명령어는 실행되었을 때 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도: 한 개 이상의 생검 샘플의 패턴을 수신하고- 상기 패턴은 환자의 목표 조직 부위 내 적어도 2차원에 배열된 한 개 이상의 생검 위치를 포함함-; 및 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 적어도 2차원 패턴 안에 배열된 한 개 이상의 생검 위치에 대응하는 한 개 이상의 샘플링 위치로 이동시키도록 한다.

일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 위치 센서 세트의 데이터 신호를 기초해서 기구의 원위 부분의 적어도 한 개의 위치를 산출하고; 및 상기 산출된 적어도 한 개의 위치를 기초해서 기구의 움직임을 제어하도록 한다. 일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 초기 위치에서 한 개 이상의 샘플링 위치까지 기구의 원위 부분의 경로를 산출하게 한다.

일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 상기 패턴에 따라 기구의 스코프의 움직임을 산출하고; 및 한 개 이상의 샘플링 위치까지 스코프의 원위 부분을 이동시키게 한다. 일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 패턴에 따라 기구의 수집 장치의 움직임을 산출하고; 및 한 개 이상의 샘플링 위치까지 수집 장치를 이동시키게 한다.

일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 조직 부위의 한 개 이상의 해부학적 특징 또는 환자의 호흡률에 기초하여 한 개 이상의 생검 샘플의 패턴을 조정하게 한다. 일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 조직 부위 내 한 개 이상의 혈관에 기초하여 한 개 이상의 생검 샘플의 패턴을 조정하게 한다.

일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 기구의 원위 부분의 초기 위치를 측정하고; 및 상기 기구의 원위 부분의 초기 위치에 기초하여 한 개 이상의 생검 샘플의 패턴을 조정하게 한다.

일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치는 적어도 조직 부위의 모양에 패턴을 맞추게 한다. 일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 조직 부위 안에 중심이 위치한 모양에 패턴을 맞추게 한다. 일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 상기 패턴의 적어도 한 개의 샘플링 위치가 조직 부위의 중심에 대응하도록 패턴을 조정하게 한다.

일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 한 개 이상의 샘플링 위치에서 기구의 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 조정하게 한다.

일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 한 개 이상의 샘플링 위치로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 취득하도록 기구의 원위 부분을 작동시키게 한다. 일부 구현에서, 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도 기구가 한 개 이상의 생검 샘플을 취득한 한 개 이상의 수집 위치를 수신하고; 및 상기 한 개 이상의 수집 위치를 기초해서 패턴을 조정하게 한다.

본 개시 내용의 측면들은 이후에 첨부 도면 및 부록과 함께 설명되며, 이는 도시를 위해 제공된 것이고 개시된 측면을 제한하려는 것이 아니며, 동일한 명칭은 동일한 요소를 나타낸다.
도 1a는 생검 장치 및 방법의 실시예를 구현하는 운영 환경의 예를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 환경에서 생검을 위해 항행되는 관강내 조직망(luminal network)의 예를 도시한다.
도 1c는 도 1b의 관강내 조직망 안에서 생검을 하기 위해 샘플 위치까지 기구를 안내하는 로봇 암(robotic arm)의 예시를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 수술 로봇 시스템 예시를 위한 명령 콘솔의 예시를 도시한다.
도 3은 본 명세서에 기술된 촬상 기능을 포함하는 내시경 예의 원위 단부를 도시한다.
도 4는 본 명세서에 기술된 생검 안내 시스템의 실시예의 개략 블록도(schematic block diagram)를 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 기술된 바와 같이 조직 부위로부터 한 개 이상의 생검 샘플 세트를 취득하는 것을 지원하는 기구를 이동시키기 위한 예시 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서에 기술된 바와 같이 생검을 위해 샘플 위치까지 기구를 안내하기 위한 예시 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 6a 및 6b는 본 명세서에 기술된 바와 같은 생검의 예시 패턴을 도시한다.
도 7a 및 7b는 생검을 위해 샘플 위치까지 기구를 안내하는 로봇 암의 또 다른 예시를 도시한다.
도 8은 본 명세서에 기술된 바와 같이 생검을 위해 샘플 위치까지 예시 기구를 안내하는 또 다른 예시 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8의 조정 블록에 사용될 수 있는 다양한 예시 프로세스의 흐름도를 도시한다.

서론

본 개시 내용의 실시예는 (가령 폐의 기관 같은) 다양한 목표 조직 부위의 생검을 하기 위해 생검 샘플이 수집되는 샘플 위치를 포함하는 생검 패턴을 수신하고 및/또는 상기 생검 패턴 내 샘플 위치를 기초하여 의료 기구의 움직임을 산출함으로써 샘플 위치까지 의료 기구를 안내하는 시스템과 기술에 관한 것이다.

의사가 (가령, 기관지경술을 통해서) 조직 샘플을 수집하기 위해 생검 도구를 의료 기구를 통해 삽입할 때, 의사가 신뢰할 수 있는 체계적인 방식으로 여러 다른 주변 위치의 생검을 할 수 있는 능력은 수집되는 내용물의 양 및 진단을 위해 사용될 수 있을만한 조직 샘플을 수집할 가능성을 증가시킬 수 있다. 또한, 의사가 목표 조직 부위에서 (가령, 기 설정 패턴 또는 사용자 정의 패턴과 같은) 특정 패턴의 조직 샘플을 생검 할 수 있다면 목표 조직 부위로부터 생검 샘플을 전략적으로 수집할 수 있으며 이질적 조직 샘플을 수집할 수 있는 가능성을 높여준다. 하지만, 의료 기구의 수동식 연접(articulation) 및/또는 수동식 생검은 제어, 안정성 및 가용한 움직임의 자유도의 제약에 의해 제한될 수 있다.

개시된 시스템 및 기술은 기관지경 생검 안내 시스템 및 안내된 생검을 위한 다른 종류의 내시경 시술을 포함하는 다른 어플리케이션에 이점을 제공할 수 있다. 해부학적으로, "내강(lumen)"은 기도, 혈관 또는 창자와 같은 기관의 내부에 비어있는 공간 또는 공동을 지칭한다. 본 명세서에서 사용될 때, "관강내 조직망"은 예를 들어, 폐의 기도, 순환 시스템 및 위장관계와 같이 목표 조직 부위로 이어지는 적어도 한 개의 내강을 포함하는, 해부학적 구조를 지칭한다. 따라서, 본 발명은 기관지경술과 관련된 생검 안내 시스템의 예시를 제공하지만, 개시된 측면들은 생검 안내를 위한 다른 의료 시스템에도 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 발명은 목표 부위에서 생검 샘플을 채취하는 것의 예시를 제공하지만, 개시된 측면들은 또한 의료 기구를 (가령, 기 설정 패턴 또는 사용자 정의 패턴과 같은) 특정 패턴으로 움직이는 것이 유용한 다른 의료 시술에도 적용 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에서 사용될 때, "원위"는 사용 중에 환자에 가장 가깝게 위치한 스코프, 기구 또는 도구의 단부를 지칭하고, "근위"는 (의사 또는 로봇 제어 시스템과 같은) 작동자에게 가장 가깝게 위치된 스코프, 기구, 또는 도구의 단부를 지칭한다. 달리 말해, 스코프, 기구, 도구 및/또는 로봇 시스템의 구성 요소들의 상대적인 위치는 본 명세서에서 작동자의 관점에서 기술된다.

본 명세서에서 사용될 때, "약" 또는 "대략"이라는 용어는 길이, 두께, 양, 기간 또는 그 외 측정 가능한 값의 측정 범위를 지칭한다. 이러한 측정 범위는 특정값에서 +/-10% 이하, 바람직하게는 +/-5% 이하, 더 바람직하게는 +/-1% 이하 및 심지어 더 바람직하게는 +/-0.1% 이하로의 분산을 포함하고 이러한 분산은 본 명세서에 개시된 장치, 시스템, 및 기술이 기능할 수 있는 한도 까지만 적절하다.

다양한 실시예가 예시를 위해 도면과 결합되어 후술된다. 개시된 개념들의 다른 다양한 구현이 가능하며, 개시된 구현들로 다양한 장점이 달성될 수 있다는 것을 인식할 필요가 있다. 본 명세서에는 참조를 위해 또한 여러 섹션의 위치 파악에 도움을 주기 위해 항목들이 포함되어 있다. 이 항목들은 이에 대해 설명된 개념들의 범위를 한정 지으려는 의도가 아니다. 이러한 개념은 명세서 전반에 걸쳐 적용될 수 있다.

예시 생검 안내 시스템의 개요

도 1a는 개시된 생검 시스템 및 기술의 한 개 이상의 측면을 구현하는 예시 수술 환경(100)을 도시한다. 수술 환경(100)은 환자(101), 환자(101)를 눕힐 수 있는 플랫폼 (102), 내시경(115)의 움직임을 안내하는 수술 로봇 시스템(110), 수술 로봇 시스템(110)의 작동을 제어하는 명령 센터(105), 전자기 (EM) 제어기(135), 전자기장 발생기(120), 및 EM 센서(125, 130)를 포함한다. 도 1a 는 또한 환자(101) 내부의 관강내 조직망(140) 영역의 윤곽선을 도시하고, 이는 도 1b에서 보다 구체적으로 도시된다.

수술 로봇 시스템(110)은 환자(101)의 관강내 조직망(140) 사이로 내시경(115)을 위치시키고 움직임을 안내하며 일부 경우에 (가령, 생검 바늘, 브러쉬, 겸자 등과 같은) 수집 장치를 작동시키기 위한 한 개 이상의 로봇 암을 포함할 수 있다. 명령 센터(105)는 수술 로봇 시스템(110)과 통신적으로(communicatively) 결합되어 사용자로부터 위치 데이터를 수신하고 및/또는 제어 신호를 제공할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "통신적으로 결합"은 (한 개 이상의 셀룰러망(cellular networks)과 같은) 무선 광역 통신망(WWAN), (IEEE 802.11 (Wi-Fi)와 같은 한 개 이상의 표준으로 구성된) 근거리 무선 통신망(WLAN), 블루투스, 데이터 전송 케이블 등과 같은 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 모든 유선 및/또는 무선 데이터 전송 매체를 지칭한다. 수술 로봇 시스템(110)은 도 1c와 관련해서 더 자세히 설명되며 명령 센터(105)는 도 2와 관련해서 더 자세히 설명된다.

내시경(115)은 관형 연성 수술 기구로 환자의 인체 안으로 삽입되어 (인체 조직, 목표 조직 부위와 같은) 해부학 구조의 영상을 캡쳐하고 목표 조직 부위까지 다른 의료 기구의 삽입을 위한 작업 채널을 제공할 수 있다. 일부 구현에서, 내시경(115)은 기관지경일 수 있다. 내시경(115)은 한 개 이상의 위치 센서를 원위 단부에 포함할 수 있다. 한 개 이상의 위치 센서는 (카메라 또는 다른 종류의 광센서와 같은) 촬상 장치, 초음파 변환기, (X-선 형광증배관, X-선 촬상 장치 및 형광 투시 장치와 같은) X-선 장치 및/또는 EM 센서를 포함할 수 있다. 촬상 장치는 광섬유(optical fiber), 광섬유 배열(fiber array), 감광성 기질(photosensitive substrate) 및/또는 렌즈(들)과 같은 한 개 이상의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 광학 구성 요소는 내시경(115)의 선단과 함께 이동하기 때문에 내시경(115) 선단이 움직이면 촬상 장치에 의해 캡쳐되는 영상의 시야도 그에 대응하여 바뀐다. 내시경(115)의 원위 단부에 (가령, 인체 조직과 같은) 해부학적 영상을 찍도록 구성된 (가령, 방사형 주사 또는 선 주사 초음파 변환기와 같은) 한 개 이상의 초음파 변환기 또는 X-선 장치가 제공될 수 있다. 촬상 장치, 초음파 변환기 및/또는 X-선 장치에 의해 찍힌 해부학적 영상은 내시경(115)의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 식별하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 환자의 인체의 한 개 이상의 모델이 상기 해부학적 영상과 함께 사용되어 내시경(115)의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 식별할 수 있다. 예를 들어, 환자 폐의 CT 스캔을 촬영하는 수술 전 절차가 수행될 수 있고 컴퓨팅 시스템은 이러한 스캔 데이터를 사용해 환자의 폐의 3D 모델을 만들 수 있다. 이러한 모델은 일부 예의 경우, 환자 기도의 지형 및/또는 지름을 포함하는 폐 관강내 조직망의 구조 및 연결성의 3D 정보 제공할 수 있다. 일부 CT 스캔은 환자의 기도가 최대의 지름으로 확장된 상태가 될 수 있도록 호흡을 멈춘 상태에서 촬영된다. 그 다음, 이 관강내 조직망의 모델은 내시경(115)의 원위 단부에 위치한 한 개 이상의 위치 센서로부터 얻은 영상과 함께 사용되어 상기 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 결정할 수 있다.

또한, 내시경(115)의 원위 단부에 한 개 이상의 EM 센서가 제공되어 관강내 조직망(140) 주변 생성된 전자기장 내 원위 단부의 위치를 추적할 수 있다. 내시경(115)의 원위 단부는 도3과 관련하여 더 자세히 후술된다.

EM 제어기(135)는 전자기장 발생기(120)를 제어해서 가변 전자기장을 생성할 수 있다. 전자기장은 실시예에 따라 기간 가변 및/또는 공간 가변적일 수 있다. 전자기장 발생기(120)는 일부 실시예에서 전자기장을 발생기 보드일 수 있다. 개시된 생검 안내 시스템의 일부 실시예는 전자기장 발생 보드를 환자와 환자를 지탱하는 플랫폼(102) 사이에 위치시켜 사용할 수 있으며, 전자기장 발생기 보드는 얇은 막을 포함하여 아래쪽에 위치한 도전(conductive) 또는 자성(magnetic) 재료로 인해 발생할 수 있는 모든 트래킹 의율(tracking distortion)을 최소화할 수 있다. 다른 실시예에서 전자기장 발생기 보드는, 예를 들어 수술 로봇 시스템(110)에 도시된 것과 유사하게 로봇 암 위에 탑재될 수 있고, 이는 환자 주변에 설치할 때 유연한 옵션을 제공할 수 있다.

명령 센터(105), 수술 로봇 시스템(110) 및/또는 EM 제어기(135)에 통합된 EM 공간 측정 시스템은 예를 들어 EM 센서(125, 130)와 같은 EM 센서 코일이 내장된 또는 제공된 물체의 전자기장 내 위치를 결정할 수 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이 EM 센서가 제어된 가변 전자기장 안에 위치되면, 센서 코일에서 전압이 유도된다. 이러한 유도된 전압은 EM 공간 측정 시스템에 의해 사용되어 EM 센서 및 따라서 EM 센서를 포함하고 있는 물체의 위치 및/또는 방향을 산출할 수 있다. 자기장은 저자장(low field strength)이며 사람의 조직을 안전하게 통과 할 수 있기 때문에, 광 공간 측정 시스템의 가시선 제한(line-of-sight constraint) 없이 물체의 위치 측정이 가능하다.

전자기장 안에서 위치를 추적하기 위해 EM 센서(125)가 내시경(115)의 원위 단부에 결합될 수 있다. 전자기장은 전자기장 발생기에 대해 부동적이고, 관강내 조직망의 3D 모델의 좌표 프레임은 전자기장의 좌표프레임과 매핑될 수 있다.

도 1b는 도 1a의 수술 환경(100)에서 생검을 위해 항행될 수 있는 관강내 조직망(140)의 예시를 도시한다. 관강내 조직망(140)은 환자의 기도(150)의 분지형 구조(branched structure)와 생검을 위해 본 명세서에 설명된 바와 같이 접근될 수 있는 결절(155) (또는 병변)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 결절(155)은 기도(150)의 말초부위에 위치한다. 내시경(115)은 제1 지름을 가지며 따라서 내시경의 원위 단부는 결절(155) 주변의 더 작은 지름의 기도를 통과해 위치될 수 없다. 따라서, 조향가능한 카테터(145)가 내시경(115)의 작업 채널로부터 결절(155)까지 남은 거리만큼 연장된다. 조향가능한 카테터(145)는 내강을 포함하며 이를 통해 예를 들어, 생검 바늘, 세포학 브러쉬(cytology brush) 및/또는 조직 샘플링 겸자와 같은 기구가 결절(155)의 목표 조직 부위까지 전달될 수 있다. 전술한 구현에서, 내시경(115)의 원위 단부와 조향가능한 카테터(145)의 원위 단부에 모두 EM 센서가 제공되어 기도(150) 안에 위치를 추적할 수 있다. 다른 실시예에서, 내시경(115)의 전반적인 지름은 조향가능한 카테터(145)없이 상기 말초 부위까지 도달할 수 있을 만큼 작거나, 말초 부위 근처까지 (가령, 2.5-3 cm 이내로) 근접 할 수 있을 만큼 작아서 비조향 카테터(미도시)를 통해 의료 기구를 배치할 수도 있다. 내시경(115)을 통해 배치되는 의료 기구는 EM 센서가 갖춰져 있을 수 있다.

일부 실시예에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 3D 관강내 조직망 모델의 2D 디스플레이 또는 3D 모델의 단면도는 도 1b와 유사할 수 있다.

도 1c는 도 1b의 관강내 조직망(140) 안을 통과하는 기구의 움직임을 안내하는 수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)의 예를 도시한다. 수술 로봇 시스템(110)은 로봇 암(175)과 같은 한 개 이상의 로봇 암과 결합된 베이스(180)를 포함한다. 로봇 암(175)은 조인트(165)에서 결합된 복수의 암 단편(arm segment)(170)을 포함하며, 이를 통해 로봇 암(175)은 복수의 자유도를 가진다. 예를 들어, 로봇 암(175)의 일 구현은 7개의 암 단편에 대응하는 7 자유도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암(175)은 로봇 암(175)의 위치를 유지하기 위해 브레이크 및 카운터-밸런스(counter-balance)의 조합을 사용하는 셋업 조인트(set up joint)를 포함한다. 카운터-밸런스는 가스 스프링 및/또는 코일 스프링을 포함할 수 있다. 페일-세이프(fail safe) 브레이크와 같은 브레이크는 기계적 및/또는 전기적 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 로봇 암(175)은 중력 보조식 수동 지원(gravity-assisted passive support) 타입의 로봇 암일 수 있다.

각 로봇 암(175)은 메커니즘 교환기 인터페이스(Mechanism Changer Interface, MCI)(160)를 사용하여 기구 장치 조작기(Instrument Device Manipulator, IDM)(190)에 결합될 수 있다. IDM(190)은 예를 들어, 내시경을 조작하도록 구성된 제1 종류의 IDM 또는 복강경을 조작하도록 구성된 제2 종류의 IDM과 같은 다른 종류의 IDM으로 제거 및 교체 될 수 있다. MCI(160)는 공기압, 전력, 전기 신호 및 광학적 신호를 로봇 암(175)에서 IDM(190)으로 전송하기 위한 커넥터를 포함한다. MCI(160)는 세트 스크류(set screw)나 베이스 플레이트 커넥터(base plate connector) 일 수 있다. IDM(190)은 다이렉트 드라이브(direct drive), 하모닉 드라이브(harmonic drive), 기어 드라이브(gear drive), 벨트 및 도르래, 자기 드라이브(magnetic drive) 등을 포함하는 기술을 사용해 예를 들어, 내시경(115)과 같은 수술 기구를 조작한다. MCI(160)는 IDM(190)의 종류에 따라 교체될 수 있으며 특정 종류의 수술 절차에 맞춤화될 수 있다. 로봇 암(175)은 (가령, 조인트(165)에 또는 그와 가까이 위치된 한 개 이상의 토크 센서를 이용하는) 조인트 수준의 토크 감지 능력과 손목을 원위 단부에 포함할 수 있다.

수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)은 세장형 이동 부재를 사용하여 내시경(115)을 조작할 수 있다. 세장형 이동 부재는 풀 또는 푸쉬 와어어라고도 불리는 풀-와이어(pull-wires), 케이블, 섬유조직, 또는 유연한 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(175)은 내시경(115)에 결합된 복수의 풀-와이어를 작동시켜 내시경(115)의 선단의 방향을 바꿀 수 있다. 풀-와이어는 가령, 스테인리스강, 케블라(Kevelar), 텅스텐(tungsten), 탄소섬유 등과 같은 금속과 비금속 모두를 포함할 수 있다. 내시경(115)은 세장형 이동 부재에 의해 힘이 가해지면 비선형 행태를 보인다. 비선형 행태는 내시경(115)의 강성과 압축성뿐만 아니라 다른 세장형 이동 부재들 간의 느슨함 또는 강성의 변동성에 기반된 것일 수 있다.

베이스(180)는 로봇 암(175)이 환자에게 수술 절차를 시행 또는 이를 지원하기 위해 접근할 수 있도록 동시에 의사와 같은 사용자가 명령 콘솔을 사용해 수술 로봇 시스템(110)을 편리하게 제어할 수 있도록 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스(180)는 환자를 지탱할 수 있는 (가령, 플랫폼(102)과 같은) 수술대 또는 침대와 결합될 수 있다. 베이스(180)는 도 1a에 도시된 명령 콘솔(105)과 통신적으로 결합될 수 있다.

베이스(180)는 전력 공급원(182), 공기압 (186), 중앙처리장치(CPU), 데이터 버스, 제어전자회로 및 메모리와 같은 구성 요소를 포함하는 제어 및 센서 전자기기(184) 및 로봇 암(175)을 움직이는 모터와 같은 관련 액추에이터를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "액추에이터"는 로봇 암(175)의 위치 및/또는 방향을 물리적으로 조정하기 위한 메커니즘을 지칭할 수 있다. 전자기기(184)는 본 명세서에서 설명된 생검 안내 기술을 구현 할 수 있다. 베이스(180)에 있는 전자기기(184)는 또한 명령 콘솔로부터 통신된 제어 신호를 처리 및 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스(180)는 수술 로봇 시스템(110)을 이동하기 위한 바퀴(188) 및 바퀴(188)를 위한 바퀴 락/브레이크(미도시)를 포함한다. 수술 로봇 시스템(110)의 이동성은 공간의 제약이 있는 수술실 환경에 적합할 뿐만 아니라 수술 장치의 적절한 배치 및 이동을 용이하게 한다. 또한, 이동성을 통해 로봇 암(175)이 환자, 의사, 마취과 의사 또는 그 외 어떤 장치를 방해하지 않도록 로봇 암(175)을 구성할 수 있다. 시술 동안 사용자는 예를 들어 명령 콘솔과 같은 제어 장치를 사용해 로봇 암(175)을 제어 할 수 있다.

도 2는 예시 명령 콘솔(200)을 도시하고, 이는 예를 들어, 예시 수술 환경(100)에서 명령 콘솔(105)과 같이 사용될 수 있다. 명령 콘솔(200)은 콘솔 베이스(201), 모니터와 같은 디스플레이 모듈(202) 및 키보드(203)와 조이스틱(204)과 같은 제어 모듈을 포함한다. 일부 실시예에서, 한 개 이상의 명령 콘솔(200) 기능은 수술 로봇 시스템(110)의 베이스(180) 또는 수술 로봇 시스템(110)과 통신적으로 결합된 또 다른 시스템과 통합될 수 있다. 의사와 같은 사용자(205)는 인체공학적인 자세로 명령 콘솔(200)을 사용해 수술 로봇 시스템(110)을 원격 제어한다.

콘솔 베이스(201)는 가령, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 내시경(115)으로부터 수신된 카메라 영상 데이터 및 트랙킹 센서 데이터와 같은 신호를 판독하고 처리하는 것을 담당하는 중앙 처리 장치, 메모리 장치, 데이터 버스, 및 관련 데이터 통신 포트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 부하 분산(load-balancing)을 위해 콘솔 베이스(201)와 베이스(180) 모두 신호 처리를 수행한다. 콘솔 베이스(201)는 또한 제어 모듈(203, 204)을 통해 사용자(205)로부터 제공된 명령과 지시를 처리할 수 있다. 제어 모듈은 도 2에 도시된 키보드(203)와 조이스틱(204) 외에도 예를 들어, 컴퓨터 마우스, 트랙 패드, 트랙 볼, 제어 패드, 소형 원격 제어기와 같은 제어기, 및 (가령, 동작 센서 또는 카메라와 같은) 손짓과 손가락 움직임을 캡쳐하는 센서 등 다른 장치를 포함할 수 있다. 제어기는 (가령, 연접, 구동, 물 세척 등과 같은) 기구의 작동과 매핑된 (가령, 버튼, 조이스틱, 십자 패드(directional pad)와 같은) 사용자 입력 세트를 포함할 수 있다.

명령 콘솔(200)을 이용해 사용자(205)는 생검 샘플이 수집된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하는 생검 패턴을 입력할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자(205)는 명령 콘솔(200)을 통해 생검 패턴을 접근하기 위한 한 개 이상의 명령어 또는 생검 패턴을 (가령, 디스플레이 모듈(202)을 통해) 디스플레이 하기 위한 한 개 이상의 명령어를 입력할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 사용자(205)는 명령 콘솔(200)을 이용해 한 개 이상의 명령어를 입력해서 샘플 위치까지의 (가령, 내시경(115), 로봇 암(175)과 같은) 의료 기구의 움직임을 산출할 수 있다. 여전히 또 다른 실시예에서, 사용자(205)는 샘플 위치까지 기구를 이동시키기 위해 명령 콘솔(200)을 통해 한 개 이상의 명령어를 입력할 수 있다.

사용자(205)는 내시경(115)과 같은 수술 기구를 속도 모드 또는 위치 제어 모드로 설정된 명령 콘솔(200)을 사용해서 제어할 수 있다. 속도 모드에서, 사용자(205)는 제어 모듈을 사용해 직접 수동 제어 방식으로 내시경(115)의 원위 단부의 피치(pitch), 요(yaw) 움직임을 직접 제어한다. 예를 들어, 조이스틱(204)의 움직임은 내시경(115)의 원위 단부의 요, 피치 움직임과 매핑될 수 있다. 조이스틱(204)은 사용자(205)에게 햅틱 피드백(haptic feedback)을 전달할 수 있다. 예를 들어, 내시경(115)이 특정 방향으로 더 이상 이동 또는 회전할 수 없을 때 이를 나타내기 위해 조이스틱(204)에서 진동이 발생할 수 있다. 명령 콘솔(200)은 또한 내시경(115)이 이동 또는 회전의 최대치에 도달 했을 때 (팝업메시지와 같은) 시각적 피드백 및/또는 (삐 소리와 같은) 오디오 피드백을 제공할 수 있다. 햅틱 및/또는 시각적 피드백은 또한 더 자세히 후술되듯이 시스템이 안전 모드에서 환자의 호기 중에 작동할 경우 제공될 수 있다.

위치 제어 모드에서, 명령 콘솔(200)은 내시경(115)과 같은 수술 기구를 제어하기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같은 환자의 관강내 조직망의 3차원(3D) 지도와 위치 센서로부터의 입력을 사용 한다. 명령 콘솔(200)은 내시경(115)을 목표 위치까지 조작하기 위해 수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)으로 제어 신호를 보낸다. 위치 제어 모드는 3차원 지도에 의존하고 있기 때문에 환자의 정확한 해부학적 매핑 정보를 필요로 할 수 있다.

일부 실시예에서, 사용자(205)는 명령 콘솔(200)을 사용하지 않고 수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)을 수동적으로 조작할 수 있다. 수술실을 세팅하는 동안 사용자(205)는 로봇 암(175), 내시경(115) (또는 내시경들) 및 다른 수술 장비들이 환자에 접근할 수 있도록 이동 시킬 수 있다. 수술 로봇 시스템(110)은 로봇 암(175)과 장비의 적절한 구성을 결정하기 위해 사용자(205)의 힘 피드백과 관성제어에 의존할 수 있다.

디스플레이(202)는 전자 모니터 (가령, LCD 디스플레이, LED 디스플레이, 터치 감지 디스플레이)와 같은 한 개 이상의 사용자 인터페이스 스크린, 고글, 안경과 같은 가상 현실 관찰 장치 및/또는 다른 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 모듈(202)은 예를 들어, 터치스크린이 있는 테블릿 기기와 같은 제어 모듈과 통합된다. 일부 실시예에서, 디스플레이(202) 중에 한 개는 생검 패턴 또는 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치의 가상 표현을 보여 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이(202) 중에 한 개는 환자의 관강내 조직망의 3D 모델과 (가령, 목표 조직 부위의 생검 패턴의 가상 표현 또는 EM 센서 위치를 기초하여 모델 내 생검 패턴의 샘플 위치까지 내시경 단부의 경로를 나타내는 가상 표현과 같은) 가상 생검 정보를 보여줄 수 있고 동시에 디스플레이(202)의 다른 부분은 내시경(115)의 단부에 있는 카메라 또는 다른 감지 기기로부터 수신한 영상 정보를 보여준다. 일부 실시예에서, 사용자(205)는 통합된 디스플레이(202)와 제어 모듈을 이용해서 데이터를 볼 수 있을 뿐만 아니라 수술 로봇 시스템(110)에 명령을 입력 할 수 있다. 디스플레이(202)는 3D 이미지를 2D로 렌더링(rendering)한 이미지 및/또는 3차원 이미지를 바이저(visor) 또는 고글과 같은 입체 장치를 사용해서 보여 줄 수 있다. 3차원 이미지는 환자의 인체를 나타내는 컴퓨터 3D 모델인 "엔도뷰(endo view)", (즉, 내시경적 시야)를 제공한다. "엔도뷰”는 환자의 몸 안의 가상 환경 및 환자 내부에서 내시경(115)의 예상 위치를 제공한다. 사용자(205)는 "엔도뷰” 모델을 실제 카메라로 캡쳐된 이미지와 비교함으로써 환경에 대해 적응하고 내시경(115)이 환자 내부에서 정확한―또는 거의 정확한―위치에 있는지 여부를 확인할 수 있다. "엔도뷰”는 내시경(115)의 원위 단부 주변의 환자의 기도, 순환 혈관 또는 창자 또는 결장의 모양과 같은 해부학 구조에 대한 정보를 제공한다. 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)의 원위 단부 주변의 해부학적 구조에 대해 3D 모델과 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 동시에 보여줄 수 있다. 뿐만 아니라 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)의 원위 단부의 기 결정된 경로를 3D 모델과 CT 스캔에 중첩시켜 보여줄 수 있다.

일부 실시예에서, 내시경(115)의 모델은 수술 절차의 상태를 나타내는 것을 지원하기 위해 3D모델과 함께 보여진다. 예를 들어, CT스캔은 해부학 구조에서 생검이 필요할 수 있는 결절을 식별한다. 수술 동안, 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)의 현 위치에 대응하는 내시경(115)의 캡쳐 이미지를 참고로서 보여줄 수 있다. 디스플레이 모듈(202)은 사용자 설정 및 특정 수술 절차에 따라 자동으로 내시경(115) 모델의 다른 시야를 보여줄 수 있다. 예를 들어 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)이 환자의 수술 부위 및 생검 패턴 내 샘플 위치로 근접해갈 때 내시경(115)의 오버 헤드 형광투시 뷰(overhead fluoroscopic view)를 보여준다.

도 3은 도 1a 내지 1c의 내시경(115)과 같이 본 명세서에 기술된 촬상 및 EM 감지 기능을 갖춘 내시경 예시의 원위 단부(300)를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 내시경의 원위 단부(300)는 촬상 장치(315), 광원(310)을 포함하고, 및 EM 센서 코일(305)의 선단을 포함할 수 있다. 원위 단부(300)는 내시경의 작업 채널(320)의 개구부(opening)를 더 포함하고, 이를 통해 생검 바늘, 세포학 브러쉬, 및 겸자와 같은 수술 기구가 내시경 샤프트를 따라 삽입될 수 있고, 내시경 선단 주변 부위의 접근성이 제공된다.

광원(310)은 해부학적 공간의 부분을 밝힐 수 있는 빛을 제공한다. 광원들은 각각 설정된 파장 또는 파장 대역의 빛을 방출하도록 구성된 한 개 이상의 발광 장치일 수 있다. 상기 파장은 적합한 임의의 파장일 수 있고, 몇 가지 예를 들자면 가시 광선, 적외선, (가령, 형광투시를 위한) X-선이 있다. 일부 실시예에서, 광원(310)은 원위 단부(300)에 위치한 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(310)은 내시경의 길이를 통해 연장되어 원위 단부(300)를 통해 예를 들어, X-선 발생기와 같은 원격 광원으로부터 빛을 전송하는 한 개 이상의 광섬유 섬유를 포함 할 수 있다. 원위 단부(300)가 복수의 광원(310)을 포함하는 경우 이들은 서로 동일한 또는 다른 파장의 빛을 방출하도록 각각 구성될 수 있다.

상기 촬상 장치(315)는 예를 들어, 전하 결합 소자(charge-coupled device, CCD) 또는 상보성 금속산화물 반도체(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS) 영상 센서와 같이 수신한 빛을 표현하는 에너지를 전기 신호로 변환 시키도록 구성된 감광성 기질 또는 구조를 포함할 수 있다. 촬상 장치(315)의 일부 예시들은 내시경의 원위 단부(300)의 영상을 내시경 근위 단부의 접안렌즈 및/또는 영상 센서로 전송하도록 구성된 예를 들어, 섬유 광학 다발과 같은 한 개 이상의 광학 섬유를 포함할 수 있다. 촬상 장치(315)는 다양한 광학 설계에 따라 필요한 한 개 이상의 렌즈 및/또는 파장 통과 또는 차단 필터를 추가적으로 포함할 수 있다. 광원(310)으로부터 방출된 빛을 통해 촬상 장치(315)는 환자의 관강내 조직망 내부의 영상을 캡쳐할 수 있다. 이 영상들은 그 다음 본 명세서에서 설명된 바와 같은 처리를 위해 개별적인 프레임 또는 (가령, 비디오와 같은) 일련의 연속적인 프레임으로 명령 콘솔(200)과 같은 컴퓨터 시스템으로 전송될 수 있다.

원위 단부(300)에 위치한 전자기 코일(305)은 전자기 추적 시스템과 함께 사용되어 내시경이 해부학적 시스템 안에 배치되어 있는 동안 원위 단부(300)의 위치 및/또는 방향을 감지할 수 있다. 일부 실시예에서, 코일(305)은 다른 축을 따라 전자기장의 감도를 제공하기 위한 각으로 놓여질 수 있고, 이를 통해 개시된 항행 시스템은 완전한 자유도 6, 즉, 위치 자유도3, 각도 자유도3을 측정할 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 코일만이 원위 단부(300)에 또는 그 안에 배치 될 수 있고 그 축은 내시경의 내시경 샤프트를 따라 배향된다. 이러한 시스템의 회전 대칭 때문에 축을 중심으로 롤 하는 것에 둔감하므로 이러한 구현의 경우 5개의 자유도 만이 감지될 수 있다.

도 4는 본 명세서에 기술된 생검 안내 시스템(400) 예시의 개략 블록도를 도시한다. 더 상세하게 후술되듯이, 시스템(400)은 의료 절차 동안 여러 다른 출처의 데이터를 결합 및 분석해서 환자의 해부학적 구조 내 (가령, 내시경(115)과 같은) 의료 기구의 움직임, 위치 및/또는 방향의 추정을 제공하고, 및 더 구체적으로 생검이 시행되는 생검 패턴 내 샘플 위치까지 (가령, 의료 기구의 원위 단부 및/또는 의료 기구의 샘플 수집 장치와 같은) 의료 기구의 움직임을 결정한다. 시스템(400)은 생검 패턴 데이터 저장소(405), 위치 센서 데이터 저장소(415)를 포함하는 여러 데이터 저장소를 포함한다. 일부 실시예에서, 시스템(400)은 호흡 센서 데이터 저장소(425)를 포함할 수 있다. 이후 설명에서 명확성을 목적으로 도 4에서는 개별적으로 도시되었으나, 일부 또는 모든 데이터 저장소는 단일 메모리 또는 메모리 세트에 함께 저장될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 시스템(400)은 샘플 위치 산출기(410) 및 기구 위치 산출기(420)를 포함해 여러 프로세싱 모듈을 또한 포함한다. 일부 실시예에서, 시스템(400)은 호흡 빈도 및/또는 단계 식별기(430)를 포함할 수 있다. 각 모듈은 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령어 세트 및 후술된 기능을 함께 수행하는 명령어로 구성된 한 개 이상의 프로세서를 나타낼 수 있다. 생검 안내 시스템(400)은 예를 들어, 상술된 제어 및 센서 전자기기(184) 및/또는 콘솔 베이스(201)에 위치한 한 개 이상의 데이터 저장 장치 및 한 개 이상의 하드웨어 프로세서로서 구현될 수 있다. 생검 안내 시스템(400)은 여러 다른 출처의 데이터를 사용하는 것으로 설명되었지만, 생검 안내 시스템(400)은 도 4에 도시된 것 보다 더 많은, 더 적은 및/또는 다른 데이터 출처를 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

생검 패턴 데이터 저장소(405)는 한 개 이상의 생검 패턴을 특징짓는 생검 패턴 데이터를 저장하는 데이터 저장 장치이다. 생검 패턴 데이터 저장소(405)는 생검 샘플이 수집되는 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치를 포함할 수 있다. 한 개 이상의 샘플 위치는 적어도 2차원에서 배열될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 샘플 위치는 (x, y) 형태의 튜플(tuple)로 저장될 수 있고, x와 y는 의료 기구의 원위 단부의 세로축과 수직인 면 상에서 (내시경(115)과 같은) 의료 기구의 원위 단부에 대한 한 개 이상의 샘플 위치의 2차원 좌표를 표현한다. 또 다른 예시에서, 생검 패턴 데이터의 샘플 위치는 (x, y, z) 형태의 튜플로 저장될 수 있고, x, y, 및 z는 3차원 좌표에서 한 개 이상의 샘플 위치의 좌표를 나타한다. 일부 실시예에서, 생검 패턴 데이터는 생검 패턴의 모양 및/또는 중심 위치를 특징지을 수 있다. 예를 들어, 생검 패턴은 원형 또는 격자무늬로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함할 수 있다. 의료 기구의 수집 장치가 로봇식으로 제어되는 다른 실시예에서, 생검 패턴 데이터는 한 개 이상의 샘플 위치에서 의료 기구의 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 특징 지우는 데이터를 포함할 수 있다.

생검 패턴 데이터로 특징 지어진 생검 패턴은 사용자에 의해 선택되거나 수정될 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 사용자는 (가령 3D 모델과 같은) 목표 조직 부위의 해부학적 모델의 표현을 보여줄 수 있는 컴퓨터 디스플레이와 마우스 클릭 또는 터치 스크린을 터치하는 것과 같은 인터페이스를 통해 (가령, 생검 대상인 결절 또는 병변과 같은) 목표 조직 부위에서 생검 패턴의 위치를 선택할 수 있다. 또 다른 예시에서, 사용자는 생검 패턴의 모양 또는 중심 위치를 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 해부학적 모델 및 식별된 목표 조직 부위의 분석을 통해 생검 패턴을 프로그램적으로 식별해서 (가령, 목표 조직 부위의 모양에 맞는 생검 패턴과 같은) 목표 조직 부위에 맞춰진 한 개 이상의 생검 패턴을 도출할 수 있다. 자동으로 식별된 생검 패턴은 의사에 의해 수정될 수 있다.

위치 센서 데이터 저장소(415)는 (내시경(115)과 같은) 의료 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 특징짓는 위치 센서 데이터를 저장하는 데이터 저장 장치이다. 의료 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향은 (가령, EM 센서, 촬상 장치, 초음파 변환기, 또는 X-선 장치와 같은) 한 개 이상의 위치 센서의 데이터 및/또는 로봇 위치 데이터에 의해 결정될 수 있다. 의료 기구가 원위 단부에 (가령, EM 센서(125) 및 EM 센서 코일(305)과 같은) 한 개 이상의 EM 센서를 포함하는 일부 실시예에서, EM 센서의 데이터는 전자기장 내 센서의 위치 및/또는 방향을 식별하는데 사용될 수 있다. EM 센서를 위한 위치 센서 데이터는 (x, y, z, t_n) 형태의 튜플로 저장될 수 있고, x, y 및 z는 t_n시점에 전자기장 내 센서의 좌표를 표현한다. 일부 실시예는 EM 센서 튜플에 기구의 롤, 피치 및 요를 더 포함할 수 있다. 위치 센서 데이터 저장소(415)는 각각의 내시경-기반 센서의 여러 다른 시간에 대응하는 이러한 여러 튜플을 저장할 수 있다. 의료 기구가 (촬상 장치(315) 또는 카메라와 같은) 한 개 이상의 촬상 장치, 한 개 이상의 초음파 변환기 및/또는 한 개 이상의 X-선 장치를 포함하는 실시예에서, 영상 데이터는 다양한 실시예에서 개별적인 이미지거나 또는 이미지 프레임으로 구성된 비디오 시퀀스일 수 있다.

로봇 위치 데이터는 수술 로봇 시스템(110)으로부터 수신된 데이터로, 예를 들어, 수술 로봇 시스템(110)에 의한 환자의 해부학적 구조 내 의료 기구 또는 (의료기구 선단 또는 원위 단부와 같은) 의료 기구 일부의 물리적인 움직임과 관련된 데이터이다. 예시적인 로봇 위치 데이터는 가령, 환자의 해부학 구조 내 기구 선단이 특정 해부 부위까지 도달하거나 및/또는 (내시경 기구의 리더와 쉬스 중 하나 또는 둘 다의 구체적인 피치, 롤, 요, 삽입 및 수축 정보를 통해) 방향을 바꾸도록 지시하는 명령 데이터, (기구 선단 또는 쉬스와 같은) 의료 기구 일부의 삽입 움직임을 나타내는 삽입 데이터, (IDM(190)으로부터의 데이터와 같은) IDM 데이터 및 예를 들어, 해부학 구조 안에서 내시경의 실제 움직임을 구동하는 내시경의 한 개 이상의 풀-와이어, 텐던(tendon) 또는 샤프트의 동작과 같은 의료 기구의 세장형 부재의 기계적인 움직임을 나타내는 기계 데이터를 포함할 수 있다. 로봇 위치 데이터는 (로봇 암(175)와 같은) 의료 기구의 원위 단부의 한 개 이상의 제어기에 의해 추적될 수도 있다.

일부 실시예에서, 시스템(400)은 호흡 센서 데이터 저장소(425)를 포함할 수 있다. 호흡 센서 데이터 저장소(425)는 호흡 센서로부터 도출된 호흡 센서 데이터를 저장하는 데이터 저장 장치이다. 호흡 센서는 EM 센서(들)(130), 음향 호흡 센서, 관강내 조직망의 영상을 캡쳐하기 위해 위치되어 시야를 확보하는 영상 센서 및 인공호흡기의 팽창/이완 정보를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 호흡 센서는 여러 개의 EM 센서(130)를 포함할 수 있으며, 호흡 센서 데이터 저장소(425)의 데이터는 각 센서마다 시간의 흐름에 따라 전자기장 안에 센서의 위치를 나타내는 시간 종속적 위치 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 센서의 데이터는 (x, y, z, t_n) 형태의 튜플로 저장될 수 있고, x, y, z는 t_n 시점에 전자기장 내 센서의 좌표를 표현한다. 호흡 센서 데이터 저장소(425)는 여러 다른 시간에 대응하는 각 센서의 이러한 다수의 튜플을 저장할 수 있다. 호흡 센서 데이터는 내시경(115)이 기관지경이며 생검 샘플이 폐에서 채취되는 실시예에서 특히 유용할 수 있다.

샘플 위치 산출기(410)는 생검 패턴 데이터 저장소(405) 및 추가적으로 위치 센서 데이터(415) 및/또는 일부 실시예에서 호흡 센서 데이터(425)로부터 데이터를 수신하고, 및 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치를 산출하기 위해 상술된 데이터를 분석하도록 구성된 모듈이다. 일부 실시예에서, 샘플 위치 산출기(410)는 (가령 명령 콘솔(200)과 같은) 사용자 입력 장치를 통한 한 개 이상의 사용자 입력을 기초해서 생검 패턴 내 샘플 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력은 상술된 바와 같이 샘플 위치, 투과 깊이, 샘플링 속도, 샘플링 간격, 샘플 위치에서의 샘플링 힘, 생검 패턴의 모양 및/또는 생검 패턴의 중심 위치를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 샘플 위치 산출기(410)는 (혈관망과 같은) 목표 조직의 해부학적 특징을 기초하여 생검 패턴 내 샘플 위치를 조정하도록 더 구성될 수 있다. 예시 실시예에서, 샘플 위치 산출기(410)는 목표 조직 부위 근처의 혈관망 내 혈관을 피하기 위해 생검 패턴을 조정할 수 있다. 예시 실시예에서, 샘플 위치 산출기(410)는 조직 부위의 모양에 맞도록 생검 패턴을 조정할 수 있다. 또 다른 예시에서, 샘플 위치 산출기(410)는 중심이 조직 부위 안에 있는 모양으로 배열되도록 생검 패턴을 조정할 수 있다. 여전히 또 다른 예시에서, 샘플 위치 산출기(410)는 생검 패턴 내 적어도 한 개의 샘플 위치가 조직 부위의 중심과 대응하도록 생검 패턴을 조정할 수 있다. 예시 실시예에서, 의료 기구가 한 개 이상의 생검 샘플을 수집한 후에, 샘플 위치 산출기(410)는 (가령, 상술된 위치 센서를 통해) 의료 기구의 원위 단부의 움직임으로 감지된 생검 샘플 수집의 실제 위치를 기초하여 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치를 조정하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 샘플 위치 산출기(410)는 사용자로부터 수신된 한 개 이상의 사용자 입력을 기초하여 생검 패턴 내 샘플 위치를 조정하도록 더 구성될 수 있다.

기구 위치 산출기(420)는 위치 센서 데이터 저장소(415)로부터 데이터를 수신하고 상기 데이터를 사용해 (내시경과 같은) 의료 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 결정하는 모듈이다. 예들 들어, 기구 위치 산출기(420)는 한 개 이상의 위치 센서의 데이터를 의료 기구의 원위 단부의 3D 모델 좌표 및/또는 방향으로 변환하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 전술된 (목표 조직 부위와 같은) 환자의 인체의 한 개 이상의 모델은 위치 데이터 저장소(415)의 데이터와 함께 사용되어 의료 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 식별할 수 있다. 예를 들어, 환자의 목표 조직 부위의 해부학 구조의 CT 스캔을 촬영하는 수술전 절차가 수행될 수 있고, 컴퓨팅 시스템은 상기 해부학 구조의 3D 모델을 만들기 위해 이 스캔 데이터를 활용할 수 있다. 상술된 모델은 목표 조직 부위의 구조 및 연결성에 관한 3D 정보를 제공할 수 있다. 그 다음, 한 개 이상의 물체를 다른 좌표 시스템 간에 정렬시키는 기하학적 변환(geometric transformation)을 구하는 "정합"으로 알려진 프로세스가 수행되어 전자기장 발생기(120)의 좌표 프레임으로부터 (가령, CT 스캔에 의해 생성된 수술전 모델의 좌표 프레임과 같은) 모델의 좌표 프레임으로 기하학적 변환을 수행할 수 있다. 정합 프로세스는 2016년 9월 17일에 "관강형 조직망의 항행(Navigation of Tubular Networks)"이라는 제목으로 출원된 미국 특허 출원 제 15/268,238호에서 설명되며 해당 발명은 본 명세서에서 참조로서 병합된다. (가령, 다른 좌표 시스템에서 한 개 이상의 물체의 위치와 같은) 기하학적 변환을 수행할 데이터는, 또한 정합 데이터로 지칭되며, 일부 구현에서는 지속적으로 또는 주기적으로 업데이트 될 수 있다.

의료 기구가 원위 단부에 한 개 이상의 EM 센서를 포함하는 실시예에서, 기구 위치 산출기(420)는 EM 센서 좌표를 3D 모델 좌표로 변환시키도록 구성될 수 있다. 기구 위치 산출기(420)는 전자기장 발생기의 위치에 대한 EM 센서의 초기 위치를 산출한다. 이 위치는 또한 3D 모델 내 위치와 대응한다. EM 센서의 초기 위치를 EM 좌표 프레임에서 모델 좌표 프레임으로 변환하기 위해, 기구 위치 산출기(420)는 (가령, 정합 데이터와 같은) EM 좌표 프레임과 모델 좌표 프레임 간의 매핑에 접근할 수 있다. 기구의 위치를 3D 모델 좌표 프레임으로 변환하기 위해, 기구 위치 산출기(420)는 3D 모델의 지형을 표현하는 데이터, 전자기장과 3D 모델의 좌표 프레임 간의 매핑을 표현하는 데이터 및/또는 전자기장에서 기구의 위치를 사용할 수 있다.

의료 기구가 촬상 장치, X-선 장치 및/또는 초음파 변환기를 기구의 원위 단부에 포함하는 실시예에서, 기구 위치 산출기(420)는 위치 데이터 저장소(415)의 데이터를 기초하여 환자의 한 개 이상의 해부학적 특징 (가령, 기관의 주요 용골)을 식별하도록 구성될 수 있다. 일부 구현에서, 기구 위치 산출기(420)는 물체 인식 기술(object recognition techniques)을 구현할 수 있으며, 이를 통해 기구 위치 산출기(420)는 분지 개구부, 병변, 결절 또는 입자와 같은 영상 데이터의 시야에 존재하는 물체를 감지 할 수 있다. 물체 인식을 사용해서, 영상 분석기는 어떤 물체가 식별되었는지에 대한 정보 뿐만 아니라, 물체의 위치, 방향 및/또는 크기를 나타내는 물체 데이터를 확률로 출력할 수 있다. 하나의 예로써, 물체 인식은 관강내 조직망 내 분지점을 나타내는 물체를 감지하는데 사용될 수 있고 그 다음 그 물체의 위치, 크기 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 관강내 조직망 내부의 특정 영상에서 각 분지는 일반적으로 어둡고 대략 타원의 영역으로 나타나며, 이 영역은 최대 안정 극단 영역(maximally stable extremal regions, MSER)과 같은 영역 검출 알고리즘을 사용해서 프로세서에 의해 자동적으로 물체로 감지될 수 있다. 기구 위치 산출기(420)는 기도를 식별하기 위해 광반사 강도(light reflective intensity)와 다른 기술을 결합해서 사용 할 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 위치 산출기(420)는 예를 들어, 자동 특징 분석을 통해 내시경의 원위 단부가 해부학적 특징에 도달한 시점을 식별하도록 더 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 기구 위치 산출기(420)는 기구의 원위 단부와 해부학적 특징 간에 상대적 관계를 기초하여 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 상술된 이미지-기반 분석은 EM-기반 분석 보다 환자의 호흡 동작으로 인한 노이즈에 덜 민감할 수 있다. 환자의 해부학적 구조의 한 개 이상의 모델은 상술된 바와 같이, 위치 데이터 저장소(415)의 데이터와 함께 사용되어 의료 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 식별할 수 있다.

일부 실시예에서, 기구 위치 산출기(420)는 의료 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향을 결정하기 위해 수술 로봇 시스템(110)으로 부터 수신된 로봇 위치 데이터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 방향은 (가령, 기구의 피치, 롤, 요, 삽입 및 수축과 같은) 의료 기구의 원위 단부의 움직임을 지시하는 명령 데이터 또는 (가령, 제어기, 풀 와이어, 텐던, 또는 샤프트의 움직임과 같은) 기구의 원위 단부의 기계적인 움직임을 표현하는 기계 데이터를 점증적으로 추적함으로써 산출될 수 있다.

다른 실시예에서, 기구 위치 산출기(420)는 위치 센서 데이터 저장소(415) 및 호흡 빈도 및/또는 단계 식별기(430)로부터 데이터를 수신할 수 있고, 위치 센서로부터 수신된 신호에서 환자의 관강내 조직망의 주기적인 움직임으로 인한 "노이즈"를 감소시키기 위해 해당 데이터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 기구 위치 산출기(420)는 결정된 호흡 빈도를 기초해서 필터를 생성하고 위치 센서의 데이터에 상기 필터를 적용시킬 수 있다. 또 다른 구현에서, 기구 위치 산출기(420)는 호흡 동안 한 개 이상의 호흡 센서의 변위 크기를 식별할 수 있고 위치 센서 데이터가 나타내는 위치에 상기 변위 값을 바이어스(bias)로 적용시킬 수 있다. 이는 예를 들어, 시간 t_n의 호흡 센서 변위를 식별하고 그 값을 시간 t_n의 기구 위치에 바이어스로 적용하고, 시간 t_n+1의 다음 호흡 센서 변위를 식별하고 그 값을 시간 t_n+1의 기구 위치에 바이어스로 적용하는 등과 같이 동적으로 수행될 수 있다. 환자의 주기적인 호흡 움직임에 대해 위치 데이터를 보상하는 방법은 2017년 3월 31일에 "생리적 노이즈(PHYSIOLOGICAL NOISE)를 보상하는 관강내 조직망(LUMINAL NETWORKS) 항행을 위한 로봇 시스템"이라는 제목으로 출원된 미국 특허 가출원 제 62/480,257호에서 설명되며 해당 발명은 본 명세서에서 참조로서 병합된다.

일부 실시예에서, 시스템(400)은 호흡 빈도 및/또는 단계 식별기(430)를 포함할 수 있다. 호흡 빈도 및/또는 단계 식별기(430)는 호흡 센서 데이터 저장소(425)로부터 데이터를 수신하고 해당 데이터를 분석해서 호흡의 빈도 및/또는 단계를 산출하도록 구성된 모듈이다. 빈도는 예를 들어, 흡기와 호기의 연속적인 주기 사이와 같은 연속적인 단계 사이의 시간 간격을 지칭한다. 단계란 호흡 주기가 (가령, 환자가 숨을 들이마시는 동안의) 흡기 단계에 있는지 또는 (가령, 환자가 숨을 내쉬는 동안의) 호기 단계에 있는지를 지칭한다. 일부 실시예는 호흡 센서 데이터로부터 호흡 빈도를 추출하기 위해 다양한 실시예들에서 한 개 또는 모든 센서의 데이터를 이용해 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용할 수 있다.

기구 움직임 산출기(450)는 샘플 위치 산출기(410) 및/또는 기구 위치 산출기(420) 및/또는 일부 실시예에서는 추가적으로 호흡 빈도/단계 식별기(430)로부터 데이터를 수신하고, 해당 데이터를 분석해 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치까지 (가령, 의료 기구의 원위 단부의 한 개 이상의 경로와 같은) 의료 기구의 움직임을 결정하도록 구성된 모듈이다. 의료 기구의 움직임은 사용자에 의해 선택될 수도 있고 또는 기구 움직임 산출기(450)에 의해 자동으로 결정될 수도 있다. 일부 실시예에서, 사용자는 생검 패턴 및/또는 3D 모델을 보여주는 컴퓨터 디스플레이 상에서 마우스를 클릭하거나 또는 터치스크린을 터치하는 것과 같은 인터페이스를 통해 목표 위치를 선택할 수 있다. 다른 실시예에서, 생검 패턴 내 샘플 위치까지 최단 경로를 도출하기 위해 움직임은 (가령, 모델 및/또는 생검 패턴의 분석을 함으로써) 프로그램적으로 식별될 수 있다. 경로는 의사에 의해 식별되거나 또는 자동으로 식별된 경로를 의사가 수정할 수도 있다.

일부 구현에서, 기구 움직임 산출기(450)는 사용자로부터의 정보를 기초하여 기구의 움직임을 한 개 이상의 위치로 조정하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 조정의 각 단계 이전 및/또는 이후에 의료 기구의 움직임은 (가령, 명령 콘솔(105) 또는 명령 콘솔(200)과 같은) 사용자 입력 장치를 통해 사용자에게 보여질 수 있고 및/또는 사용자의 입력에 의해 조정될 수 있다. 각 조정 이후에 의료 기구의 움직임은 (가령, 제어 및 센서 전자기기(184)의 메모리와 같은) 한 개 이상의 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장될 수 있다. 사용자에 명령에 따라 기구 움직임 산출기(450)는 기구의 원위 단부를 안내하기 위해 기구의 움직임과 관련된 데이터를 기구 제어기(460)로 전송할 수 있고, 이는 이하 후술 된다. 또 다른 예시에서, 의료 기구가 한 개 이상의 생검 샘플을 수집한 후에, 기구 움직임 산출기(450)는 생검 샘플을 수집하기 위한 기구의 실제 움직임 및/또는 (가령 상술된 위치 센서를 통해) 의료 기구의 움직임으로 감지된 기구가 생검 샘플을 수집하는 실제 위치를 기초하여 움직임을 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터는 기구의 장소, 방향, 경로, 위치 등의 변화를 직접적 또는 간접적으로 명시할 수 있다. 예를 들어, 데이터는 의료 기구가 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치에 도달하기 위해 의료 기구가 취하는 한 개 이상의 경로를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 데이터는 의료 기구의 원위 단부의 위치, 방향, 피치, 롤, 요, 삽입, 수축 및/또는 편향각을 포함할 수 있다.

기구 제어기(460)는 기구 움직임 산출기(450)로부터 데이터를 수신하고 상기 데이터를 사용해서 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치까지 기구의 원위 부분을 안내하도록 수술 로봇 시스템(110)의 작동을 지시하는 모듈이다. 기구 제어기(460)는 (가령, 기구의 한 개 이상의 풀 와이어, 텐던 또는 샤프트의 움직임과 같은) 의료 기구의 세장형 부재의 기계적인 움직임을 지시하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 제어기(460)는 의료 기구의 원위 단부를 생검 패턴 내 제1 샘플 위치로 안내하고, 제1 샘플 위치에서의 제1 생검 샘플의 수집을 확인하는 사용자 입력을 수신 할 때까지 기다리고, 그 다음 제1 샘플 수집이 확인되면 그에 대응하여 의료 기구의 원위 단부를 제2 샘플 위치까지 안내할 수 있다. 이러한 단계는 더 많은 생검 샘플의 수집을 위해 반복될 수 있다.

본 개시물의 한 개 이상에 측면에 따라, 도 5a는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 조직 부위에서 한 개 이상의 생검 샘플의 세트를 취득하는 것을 지원하기 위해 기구를 이동시키는 예시 프로세스(500)의 흐름도를 도시한다. 프로세스(500)는 도 4의 생검 안내 시스템(400), 도 1의 제어 및 센서 전자기기(184), 도 1의 수술 로봇 시스템(110)과 같은 로봇 의료 시스템 및/또는 도 2의 콘솔 베이스(201), 또는 이것들의 구성 요소(들)에 의해 구현될 수 있다. 예시 프로세스(500)의 블록은 상술된 바와 같이 예시 시스템의 한 개 이상의 구성 요소에 의해 실행될 수 있지만, 설명의 편리성을 위해 예시 프로세스(500)는 상기 시스템에 의해 실행되는 것으로 설명될 것이다. 예시 구현에서, 시스템은 한 개 이상의 생검 샘플을 수집하는 기구, 상기 기구의 움직임을 제어하도록 구성된 액추에이터, 실행 가능한 명령어가 저장된 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리 및 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리와 통신하며 명령어를 실행하도록 구성된 한 개 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 예시 프로세스(500)의 일부 블록은 시스템의 사용자에 의해 수행되거나 또는 사용자 입력 장치를 통해 사용자로부터 수신된 명령어를 기초로 시스템에 의해 수행될 수 있다.

블록(505)에서, 시스템은 조직 부위 안에 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하는 생검 패턴에 접근할 수 있다. 특정 실시예에서, 생검 패턴은 사용자 인터페이스를 통해 목표 조직 부위 내 한 개 이상의 샘플의 패턴을 식별하는 사용자 입력을 기초하여 접근될 수 있다. 시스템은 수신된 사용자 입력을 기초로 예를 들어, 생검 패턴 데이터 저장소(405)의 한 개 이상의 생검 패턴에 접근할 수 있다.

블록(510)에서, 시스템은 생검 패턴에 따라 기구의 움직임을 산출할 수 있다. 특정 실시에에서, 기구의 움직임을 산출하는 것은 위치 센서 세트의 데이터 신호를 기초하여 위치 센서 세트의 적어도 하나의 위치 및/또는 기구의 원위 단부의 위치를 산출하는 것을 수반할 수 있다. 시스템은 따라서 기구의 움직임을 산출할 수 있고, 이는 기구의 원위 단부의 위치에서 각각의 한 개 이상의 샘플 위치로 기구를 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구의 산출된 움직임은 기구의 장소, 방향, 경로, 위치 등의 변화를 직접 또는 간접적으로 명시 할 수 있다. 예를 들어, 산출된 움직임은 기구의 원위 부분이 생검 패턴 안에 한 개 이상의 샘플 위치에 도달하기 위해 취할 수 있는 한 개 이상의 경로를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 데이터는 의료 기구의 원위 부분의 위치, 방향, 피치, 롤, 요, 삽입, 수축 및/또는 편향각을 포함할 수 있다.

블록(515)에서, 시스템은 기구를 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 위치로 이동시킬 수 있다. 이는 블록(510)에서 산출된 기구의 움직임을 기초로 시스템이 기구의 원위 부분을 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 기구의 한 개 이상의 위치로의 이동은 조직 부위로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 수집하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일부 예시 실시예에서, 기구는 조직 부위에 도달하도록 구성된 스코프 및 조직 부위로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 수집하기 위해 스코프를 통과하도록 구성된 수집 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 개 이상의 측면에 따라 도 5b는 본 명세서에 설명된 한 개 이상의 샘플의 생검을 위한 기구를 안내하는 예시 프로세스(550)의 흐름도를 도시한다. 프로세스(550)는 도 4의 생검 안내 시스템(400), 도 1의 제어 및 센서 전자기기(184), 도 1의 수술 로봇 시스템(110)과 같은 로봇 의료 시스템 및/또는 도 2의 콘솔 베이스(201), 또는 이것들의 구성 요소(들)에 의해 구현될 수 있다. 일부 경우, 블록(565)과 같은 예시 프로세스(550)의 일부 블록은 시스템의 사용자에 의해 수행될 수 있다.

블록(555)에서, 샘플 위치 산출기(410)는 사용자 인터페이스를 통해 목표 조직 부위 내 한 개 이상의 샘플의 패턴을 선택하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 특정 실시예에서, 시스템은 수신된 사용자 입력을 기초로 예를 들어, 생검 패턴 데이터 저장소(405)의 한 개 이상의 생검 패턴에 접근할 수 있다. 상술된 바와 같이, 생검 패턴은 목표 조직 부위 안에 생검이 시행될 한 개 이상의 샘플 위치의 세트를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 생검 패턴 데이터는 상술된 바와 같이 생검 패턴과 관련된 한 개 이상의 사용자 입력을 기초하여 생성 또는 조정될 수 있다. 생검 패턴은 환자의 목표 조직 부위 (또는 목표 조직 부위의 일부) 안에 생검을 시행할 샘플 위치의 2 또는 3차원 표현 일 수 있다. 또한, 생검 패턴은 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘과 같은 추가 속성을 포함할 수 있다.

블록(560)에서, 기구 제어기(460)는 기구의 원위 부분을 생검 패턴 내 제1 샘플 위치에 대응하는 제1 위치로 이동시킬 수 있다. 이는 기구 제어기(460)가 기구의 움직임에 관한 데이터를 (가령, 기구 움직임 산출기(450)로부터) 수신하고 수신된 데이터를 기초로 기구의 원위 부분을 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기구의 움직임에 관한 데이터는 기구의 장소, 방향, 경로, 위치 등의 변화를 직접적 또는 간접적으로 명시할 수 있다. 예를 들어, 데이터는 기구의 원위 부분이 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치를 도달하기 위해 택하는 한 개 이상의 경로를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 데이터는 의료 기구의 원위 부분의 위치, 방향, 피치, 롤, 요, 삽입, 수축 및/또는 편향각을 포함할 수 있다.

상술된 바와 같이, 제1 샘플 위치를 향한 기구의 움직임은 샘플 위치 산출기(410), 기구 위치 산출기(420), 및/또는 일부 실시예에서 호흡 빈도/단계 식별기(430)의 데이터를 기초하여 (가령, 기구 움직임 산출기(450)를 통해) 산출 될 수 있다. 샘플 위치 산출기(410)의 데이터는 생검 패턴 내 샘플 위치와 관련되며 생검 패턴 데이터 저장소(405)로부터 도출될 수 있다. 기구 위치 산출기(420)의 데이터는 기구의 원위 부분의 위치 및/또는 방향과 관련되며 (가령, EM 센서, 촬상 장치, X-선 장치, 초음파 변환기 또는 기구 제어기와 같은) 기구 센서(들) 및/또는 위치 센서 데이터 저장소(415)로부터 도출될 수 있다. 일부 실시예에서, 호흡 빈도/단계 식별기(430)의 데이터는 호흡으로 인한 환자의 해부학적 구조의 움직임과 관련되며 호흡 센서 및/또는 호흡 센서 데이터 저장소(425)로부터 도출될 수 있다.

블록(565)에서, 방법(550)은 생검 패턴 내 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플을 채취하기 위해 기구를 안내하는 단계를 수반할 수 있다. 일부 실시예에서, (가령, 내시경(115)과 같은) 기구는 생검 패턴 내 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플을 수집하기 위해 기구를 통해 또는 기구를 따라 삽입될 수 있는 수집 장치를 위한 안내 또는 경로를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 조직 샘플은 수집 장치를 통해 사용자에 의하여 수동으로 수집될 수 있는데, 예를 들어, 내시경(115)의 작업 채널(320) 안으로 수집 장치를 수동적으로 삽입할 수 있다. 상술된 바와 같이, 블록(560)에서, 기구 제어기(460)는 패턴 내 제1 샘플 위치에 기구를 위치시킬 수 있고, 그 결과, 수집 장치를 위한 경로 또는 안내를 제공함으로써 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플을 수집할 때 사용자를 지원할 수 있다. 후술되는 또 다른 실시예에서, 기구는 로봇식으로 제어되는 수집 장치를 포함할 수 있고, 기구 제어기(460)는 수집 장치의 움직임을 제어할 수 있고 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플을 수집하기 위해 수집 장치를 작동시킬 수 있다.

블록(565)은 기구 제어기가 제1 샘플 위치에서 조직 샘플이 수집되었다고 결정하면 종료될 수 있다. 기구 제어기는 일부 실시예에 따라, 기구 제어기가 (가령, 명령 콘솔(200)과 같은) 사용자 입력 장치를 통해 사용자로부터 (가령, 제1 조직 샘플과 같은) 조직 샘플 수집이 완료 되었다는 알림을 수신하면 조직 샘플이 수집되었다고 결정할 수 있다. 일부 경우에, 사용자 입력 장치는 사용자가 수집 단계가 완료되었는지를 표시하도록 입력을 유도할 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 제어기는 예를 들어, (가령, 촬상 장치, 초음파 변환기, X-선 장치 및/또는 EM 센서와 같은) 위치 센서를 사용해 (제1 샘플 위치와 같은) 샘플 위치에서 (제1 조직 샘플과 같은) 조직 샘플이 수집되었음을 감지 할 수 있다.

블록(570)에서, 기구 제어기(460)는 기구의 원위 부분을 생검 패턴 내 제2 샘플 위치에 대응하는 제2 위치로 이동시킬 수 있다. 이는 기구 제어기(460)가 (가령, 기구 움직임 산출기(450)로부터) 기구 움직임에 관한 데이터를 수신하고 수신된 데이터를 기초하여 기구의 원위 부분을 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 제2 샘플 위치를 향한 기구의 움직임은 샘플 위치 산출기(410), 기구 위치 산출기(420) 및/또는 일부 실시예에서 호흡 빈도/단계 식별기(430)의 데이터에 기초하여 (가령, 기구 움직임 산출기(450)에 의해) 산출 될 수 있다.

블록(575)에서, 방법(550)은 생검 패턴 내 제2 샘플 위치에서 제2 조직 샘플을 채취하기 위해 기구를 안내하는 단계를 수반할 수 있다. 블록(565)에 관하여 상술된 바와 같이, 일부 실시예에서 (내시경(115)과 같은) 기구는 생검 패턴 내 제2 샘플 위치로부터 제2 조직 샘플을 수집하기 위해 기구를 따라 또는 통과해 삽입될 수 있는 수집 장치를 위한 안내 또는 경로를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 생검 수집은 수집 장치를 내시경(115)의 작업 채널(320) 안으로 수동으로 삽입함으로써 수동적으로 시행될 수 있다. 상술된 바와 같이, 블록(570)에서, 기구 제어기(460)는 패턴 내 제2 샘플 위치에 기구를 위치시킬 수 있고, 이는 제2 샘플 위치를 향해 (가령, 작업 채널(320)을 통해) 기구를 통과하는 또는 따르는 경로를 제공함으로써 사용자가 제2 샘플 위치에서 제2 조직 샘플을 수집하는 것을 지원할 수 있다. 생검 수집이 로봇식으로 제어되는 또 다른 실시예에서, 기구 제어기(460)는 기구의 수집 장치의 움직임을 제어할 수 있고, 제2 샘플 위치에서 제2 조직 샘플을 수집하도록 수집 장치를 안내할 수 있다. 상술된 한 개 이상의 블록은 패턴 내 추가적인 샘플링 위치를 위해 반복될 수 있다.

본 발명의 한 개 이상의 측면에 따라, 도 6a 및 6b는 예시 생검 패턴 및 생검 패턴 내 샘플 위치까지 의료 기구의 원위 단부의 예시적인 움직임을 설명한다.

도 6a 는 생검 조직이 수집되는 샘플 위치의 세트로 이뤄진 생검 패턴(605) 및 샘플 위치를 향한 의료 기구의 원위 단부의 움직임(610)을 포함하는 생검 패턴 데이터(600A)의 하나의 예시를 도시한다. 생검 패턴(605)은 의료 기구의 세장형 부재의 세로축과 수직을 이루는 면 상에 있는 2차원 원형에 배열된 6개의 샘플 위치를 포함한다. 의료 기구의 원위 단부의 움직임(610)은 원형 생검 패턴(604)의 중심부로 방향이 향해 있는 의료 기구의 원위 단부에서 6개의 샘플 위치까지의 최단 직선 경로를 나타낸다.

도 6b는 샘플 위치의 세트 및 샘플 위치를 향한 의료 기구의 원위 단부의 움직임(620)으로 구성된 생검 패턴(615)을 포함하는 생검 패턴 데이터(600B)의 또 다른 예시를 도시한다. 생검 패턴(615)은 의료 기구의 세장형 부재의 세로축과 수직을 이루는 면 상에 있는 2차원 격자무늬에 배열된 9개의 샘플 위치를 포함한다. 의료 기구의 원위 단부의 움직임(620)은 원형 생검 패턴(604)의 중심부로 방향이 향해 있는 의료 기구의 원위 단부에서 6개의 샘플 위치까지의 최단 직선 경로를 나타낸다.

생검 패턴(605 및/또는 615)은 사용자 입력으로 도출되거나 또는 생검 패턴 데이터 저장소(405)에 디폴트(default) 생검 패턴으로 기 설정될 수 있다. 생검 패턴(605 및/또는 615) 및 움직임(610 및/또는 620)은 (가령, 명령 콘솔(105) 또는 명령 콘솔(200)과 같은) 사용자 입력/출력 장치를 통해 사용자에게 디스플레이 될 수 있고 및/또는 사용자의 입력에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 샘플 위치의 개수 또는 생검 패턴의 모양의 크기를 사용자 입력 장치를 통해 조정할 수 있다. 또 다른 예시에서, 생검 패턴(605 및/또는 615)은 목표 조직 부위의 모양 및/또는 3D 지형과 일치하도록 (가령, 샘플 위치 산출기(410)에 의해) 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 움직임(610 및/또는 620)은 사용자 및/또는 생검 안내 시스템(400)에 의해 수정될 수 있다. 예를 들어, 움직임(610 및/또는 620)은 사용자에게 디스플레이 될 수 있고, 사용자는 특정 해부학적 특징을 피하기 위해 움직임(610 및/또는 620)을 수정할 수 있다. 일부 실시예에서, 움직임(610 및/또는 620) 및/또는 샘플 위치는 사용자에게 시각적으로 디스플레이 될 수 있고 일부 실시예는 기구(115)로부터 취득한 이미지 위로 중첩되어 보여질 수 있다.

또 다른 예시수술 로봇 시스템의 개요

도 7a 및 7b는 본 명세서에 개시된 수술 로봇 시스템(710)의 로봇 암(775 및/또는 795)의 또 다른 예시를 도시하고, 상기 수술 로봇 시스템(710)은 생검 샘플을 수집하도록 구성된 로봇식으로 제어되는 수집 장치(717)를 포함하는 (내시경(715)과 같은) 기구를 포함한다. 일부 경우에, 로봇식으로 제어되는 수집 장치(717)는 (로봇 암(1775)과 같은) 제2 로봇 암에 의해 제어될 수 있고, 상기 수집 장치는 (로봇 암(775)과 같은) 제1 로봇 암에 의해 제어되는 내시경(715)의 작업 채널을 통해 삽입된다. 또한, 다른 구성 요소들을 제어하기 위해 한 개 이상의 추가 암이 로봇 시스템(710)에서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 할 것 이다. 일 예로, (암(775 및 1775)과는 분리된) 추가 암이 쉬스를 제어할 수 있다. 쉬스는 내시경이 통과하는 작업 채널이 있는 연접 가능한(articulable) 기구일 수 있다. 쉬스의 목적은 내시경에 추가적인 연접 지점을 제공하는 것일 수 있고, 추가적으로 또는 대안적으로, 내시경에 구조적인 지지를 추가적으로 제공할 수 있다.

도 7a 및 7b에서, 구성 요소들은 도 1c의 실시예를 참고하여 상술된 구성 요소와 유사할 수 있고 상기 설명은 유사한 숫자로 식별되며 사용되는 참조 번호는 숫자 "1" 대신 "7" 및/또는 "17"로 시작한다. 예를 들어, 구성 요소(702, 704 및 706)는 구성 요소(102, 104 및 106)와 각각 유사할 수 있고, 구성 요소(1702, 1704 및 1706)는 구성 요소(102, 104 및 106)와 유사할 수 있다. 추가 설명을 위한 상기 설명 및 도 7의 실시예와 사용될 수 있는 상기 구성 요소의 실시예가 참조될 수 있다.

도 7a와 관련하여, 수술 로봇 시스템(710)은 한 개 이상의 로봇 암 (가령, 로봇 암(775 및/또는 1775))과 결합된 한 개 이상의 베이스 (가령, 베이스(780 및/또는 1780))를 포함한다. 일부 실시예에서, 한 개 이상의 로봇 암은 한 개의 베이스와 결합될 수 있다. 도 7a에 도시된 것과 유사한 일부 실시에에서, 각각의 베이스는 단일의 로봇 암을 가진다. 로봇 암(775 및/또는 1775)은 조인트(765 및/또는 1765)로 결합된 복수의 암 단편(770 및/또는 1770)을 포함하며, 이는 로봇 암(775 및/또는 1775)에 복수의 자유도를 제공한다. 로봇 암(775 및/또는 1775)은 MCI(760 및/또는 1760)를 사용해 IDM (790 및/또는 1790)과 결합될 수 있다. IDM(790 및/또는 1790)은 다이렉트 드라이브(direct drives), 하모닉 드라이브(harmonic drives), 기어 드라이브(geared drives), 벨트 및 도르래, 자기 드라이브(magnetic drives) 등을 포함하는 기술을 사용해 예를 들어, 내시경(715)과 같은 의료 기구를 조작하도록 구성된다. MCI(760 및/또는 1760)는 공기압, 전력, 전기 신호 및 광학적 신호를 로봇 암(775 및/또는 1775)에서 IDM(790 및/또는 1790)으로 전송하기 위한 커넥터를 포함한다. 수술 로봇 시스템(710)의 로봇 암(775)은 세장형 이동 부재를 사용하여 내시경(715)을 조작한다. 세장형 이동 부재는 풀 또는 푸쉬 와어어라고도 불리는 풀-와이어, 케이블, 섬유조직, 또는 유연한 샤프트를 포함할 수 있다.

베이스(780 및/또는 1780)는 전력 공급원(782 및/또는 1782), 공기압 (786 및/또는 1786), 바퀴(788 및/또는 1788) 및 - 중앙처리장치(CPU), 데이터 버스, 제어전자회로 및 메모리와 같은 구성 요소를 포함하는 - 제어 및 센서 전자기기(784 및/또는 1784) 및 로봇 암(775 및/또는 1775)을 움직이는 모터와 같은 관련 액추에이터를 포함할 수 있다. 전자기기(784 및/또는 1784)는 본 명세서에서 설명된 생검 안내 기술을 구현 할 수 있고 또한 명령 콘솔로부터 통신된 제어 신호를 처리 및 전송할 수 있다.

도 7a의 수술 로봇 시스템(710)은 로봇식으로 제어되고 생검 샘플을 수집하도록 구성된 수집 장치(717)를 포함하는 (내시경(715)과 같은) 의료 기구를 포함한다. 수집 장치(717)는 (가령, 내시경(715)의 작업 채널을 통해) 의료 기구를 통과 하도록 구성되며 의료 기구 안에 제거 가능하게(removably) 위치될 수 있다. 그렇게 하면, 수술 로봇 시스템(710)이 의료 기구를 목표 조직 부위 또는 생검 패턴 내 샘플 위치로 이동시킬 때, 의료 기구 안에 수집 장치(717) 또한 의료 기구의 움직임을 기초로 간접적으로 샘플 위치로 이동된다. 수술 로봇 시스템(710)은 그 다음 (가령, 로봇 암(1775)을 통해) 수집 장치(717)를 작동시켜 샘플 위치로부터 생검 샘플을 채취할 수 있다. 수술 로봇 시스템(710)의 로봇 암(1775)은 수집 장치(717)를 조작하도록 구성된다. 이렇게 하면, 수집 장치의 일부 실시예의 경우 의료 기구의 이동 능력이 없으며, 그럼으로써 수집 장치의 비용 및 크기가 감소된다. 하지만 의료 기구를 통해 시스템은 수집 장치가 간접적이더라도, 해당 결절의 복수의 샘플 위치까지 이동할 수 있는 이동 능력을 제공한다.

도 7b와 관련하여, 수집 장치(717)는 바늘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수집 장치(717)는 수집 장치(717)의 원위 단부에 또는 그 가까이 마커(719)를 더 포함할 수 있다. 마커(719)는 방사선비투과성일 수 있고, 마커(719)의 방사선비투과성 물질의 예로 금, 은, 텅스텐, 백금, 이리듐 또는 이들의 합금 또는 방사선비투과 중합체 화합물을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

본 개시 내용의 한 개 이상의 측면에 따라, 도 8은 본 명세서에 기술된 한 개 이상의 샘플의 생검을 위한 (내시경(715)과 같은) 의료 기구를 안내하는 예시 프로세스(800)의 흐름도를 도시한다. 프로세스(800)는 도 4의 생검 안내 시스템(400)과 유사할 수 있는 생검 안내 시스템, 도 7의 수술 로봇 시스템(710), 도 7의 제어 및 센서 전자기기(784) 또는 그것들의 구성 요소(들) 에 의해 구현될 수 있다.

블록(805)에서, (가령, 샘플 위치 산출기(410)와 유사한 샘플 위치 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 (가령, 생검 패턴 데이터 저장소(405)와 유사한 생검 패턴 데이터 저장소의) 한 개 이상의 생검 패턴에 접근할 수 있다. 예를 들어, 생검 패턴은 생검 샘플이 수집되는 한 개 이상의 샘플 위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 생검 패턴은 환자의 목표 조직 부위 (또는 목표 조직 부위의 부분) 내 생검을 위한 샘플 위치의 2 또는 3차원 표현 중 하나일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 생검 패턴은 한 개 이상의 샘플 위치에서 의료 기구의 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 더 포함할 수 있다. 일부 구현에서, (생검 패턴 모양과 같은) 생검 패턴 데이터의 적어도 일부는 기 설정되고 (생검 패턴 데이터 저장소와 같은) 생검 안내 시스템에 저장될 수 있다. 다른 구현에서, 생검 패턴 데이터는 상술된 바와 같이 생검 패턴에 관한 한 개 이상의 사용자 입력에 기초하여 결정되고 및/또는 조정될 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력은 생검 패턴 내 샘플 위치의 개수; 생검 패턴의 크기 및 위치; 또는 샘플 위치에서의 투과 깊이, 샘플링 속도, 샘플링 간격, 또는 샘플링 힘을 포함하지만 이에 한정되지 않는 생검 패턴의 다양한 측면을 결정할 수 있다.

블록(810)에서 (가령 샘플 위치 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 조정 단계 동안 환자의 해부학적 특징을 기초해서 생검 패턴을 조정할 수 있다. 일부 구현에서, 환자의 해부학적 특징은 상술된 바와 같이 (가령 촬상 장치, 초음파 변환기, X-선 장치 및/또는 EM 센서와 같은) 위치 센서 및/또는 3D 모델 데이터로부터 도출된 데이터에 의해 결정될 수 있다. 블록(810)을 대신해서 또는 그에 추가적으로 시행될 수 있는 조정 단계의 다양한 구현은 도 9a 내지 도 9c와 관련하여 더 자세히 설명되고, 아래 설명된다.

블록(815)에서, 일부 실시예의 경우, 호흡으로 인한 환자의 해부학적 구조의 주기적인 움직임을 보상하기 위해 생검 안내 시스템은 호흡 빈도에 기초하여 (가령, 샘플 위치 산출기를 통해) 생검 패턴을 조정할 수 있다. (가령, 호흡 빈도 및/또는 단계 식별기(430)와 유사한) 호흡 빈도 및/또는 단계 식별기는 호흡 센서(들)의 데이터로부터 호흡의 빈도를 추출할 수 있고, 예를 들어, 푸리에 변환을 사용해서 호흡 빈도를 추출할 수 있다. 푸리에 변환은 복수의 호흡 센서를 포함하는 실시예에서 한 개 이상의 센서 데이터에 적용될 수 있다. 일 예시 실시예에서, 생검 패턴은 호흡 빈도를 결정하고 호흡 주기에서 동일한 또는 유사한 지점에서 수집 장치를 작동시키는 생검 안내 시스템에 의해 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 생검 안내 시스템은 여러 샘플에 걸쳐 일관된 호흡 주기의 지점에서 샘플을 얻을 수 있다.

블록(820)에서, (가령, 기구 움직임 산출기(450)와 유사한 기구 움직임 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 생검 패턴 내 샘플 위치를 향한 (내시경(715)와 같은) 의료 기구의 움직임을 산출 할 수 있고, 상술된 데이터에 기초하여 기구의 원위 단부를 생검 패턴 내 제1 샘플 위치까지 이동시킬 수 있다. 후자 단계는, 예를 들어 기구 제어기(460)와 유사한 기구 제어기에 의해 시행될 수 있다. 상술된 바와 같이, 제1 샘플 위치를 향한 의료 기구의 움직임은 일부 실시예에서 (가령, 샘플 위치 산출기(410)와 유사한) 샘플 위치 산출기, (가령, 기구 위치 산출기(420)와 유사한) 기구 위치 산출기 및/또는 (호흡 빈도/단계 식별기(430)과 유사한) 호흡 빈도/단계 식별기의 데이터에 기초하여 (가령, 기구 움직임 산출기에 의해) 산출될 수 있다.

블록(825)에서, (가령, 수집 장치(717)의 제어기 또는 기구 제어기(460)와 유사한 기구 제어기와 같은) 생검 안내 시스템은 (바늘과 같은) 수집 장치(717)를 작동시켜 생검 패턴 안에 제1 샘플 위치로부터 제1 조직 샘플을 수집할 수 있다. 일부 실시예에서, 생검 안내 시스템은 수집 장치(717)를 (가령, 작업 채널(320)과 유사한) 의료 기구의 작업 채널을 통해 원위 방향으로 이동시켜 수집 장치(717)가 의료 기구의 원위 단부 밖으로 미끄러지듯이 이동해 목표 조직 부위 안으로 삽입되어 제1 샘플 위치로부터 제1 조직 샘플을 수집하도록 할 수 있다.

블록(830)에서, 일부 실시예의 경우, (가령, 수집 장치 제어기 또는 기구 제어기와 같은) 생검 안내 시스템은 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플의 수집을 감지 할 수 있다. 일부 구현에서, 생검 안내 시스템은 (가령, 명령 콘솔(200)과 유사한 명령 콘솔과 같은) 사용자 입력 장치를 통해 사용자로부터 제1 조직 샘플 수집 여부에 대한 알림을 수신할 수 있다. 또 다른 구현에서, 생검 안내 시스템은 (가령 촬상 장치, 초음파 변환기, X-선 장치 및/또는 EM 센서와 같은) 위치 센서를 사용해 수집 장치(717)의 움직임을 추적할 수 있다. 예를 들어, 생검 안내 시스템은 (가령, X-선 형광증배관 및 X-선 촬상 장치와 같은) X-선 장치를 사용해 수집 장치(717)의 원위 단부에 위치한 (마커(719)와 같은) 방사선비투과성 마커를 통해 (바늘과 같은) 수집 장치의 움직임을 추적할 수 있다.

블록(835)에서, (기구 제어기와 같은) 생검 안내 시스템은 의료 기구의 움직임에 관한 데이터를 (가령, 기구 움직임 산출기로부터) 수신하고 상기 데이터에 기초하여 기구의 원위 단부를 생검 패턴 내 제2 샘플 위치까지 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터는 직접적 또는 간접적으로 기구의 장소, 방향, 경로, 위치 등의 변화를 명시할 수 있다. 예를 들어, 데이터는 의료 기구가 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 위치에 도달하기 위해 택하는 한 개 이상의 경로를 포함할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 데이터는 의료 기구의 원위 단부의 장소, 방향, 피치, 롤, 요, 삽입, 수축 및/또는 편향각을 포함할 수 있다.

상술된 바와 같이 제2 샘플 장소를 향한 의료 기구의 움직임은 일부 실시예에서 샘플 위치 산출기, 기구 위치 산출기 및/또는 호흡 빈도/단계 식별기의 데이터를 기초해 (가령, 기구 움직임 산출기를 통해) 산출될 수 있다.

블록(840)에서, (가령, 수집 장치 제어기 또는 기구 제어기와 같은) 생검 안내 시스템은 생검 패턴 내 제2 샘플 장소로부터 제2 조직 샘플을 수집하기 위해 수집 장치(717)를 작동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 생검 안내 시스템은 수집 장치(717)를 (가령, 작업 채널(320)과 유사한) 의료 기구의 작업 채널을 통해 원위 방향으로 이동시켜 수집 장치(717)가 의료 기구의 원위 단부 밖으로 미끄러지듯이 이동해 목표 조직 부위 안으로 삽입되어 제2 샘플 장소로부터 제2 조직 샘플을 수집하도록 할 수 있다.

블록(845)에서, 일부 실시예의 경우, (가령, 샘플 위치 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 수집 장치(717)의 원위 단부의 움직임을 추적해 (바늘과 같은) 수집 장치(717)가 생검 샘플을 취득한 실제 생검 위치를 결정하고 상기 실제 생검 위치를 기초하여 생검 패턴 내 한 개 이상의 샘플 장소를 조정할 수 있다. 상술된 바와 같이, 수집 장치(717)의 원위 단부의 움직임은 (가령, X-선 형광증배관 및 X-선 촬상 장치와 같은) X-선 장치를 이용해 수집 장치(717)의 원위 단부에 위치한 (마커(719)와 같은) 방사선비투과성 마커를 추적함으로써 결정될 수 있다.

본 명세서에 기술된 프로세스(800)의 실시예의 경우 두 개의 샘플 장소로부터 생검 샘플을 수집하는 프로세스에 관한 것이지만, 블록(830, 835 및 840)과 유사한 단계가 (가령, 한 개의 장소, 제3 샘플 장소, 제4 샘플 장소 등) 여하한 개수의 샘플 장소를 위해 또한 시행될 수 있다.

도 9a 내지 9c는 블록(810)에서 조정 단계의 구현을 도시한다. 도 9a와 관련하여, 도시된 것은 프로세스(900A)의 일 예시로 의료 기구의 실시간 장소에 기초하여 패턴을 목표 조직 부위로 조정하는 방식으로 블록(810)에 추가적으로 또는 대신해서 사용될 수 있다. 블록(905)에서, (기구 위치 산출기(420)와 유사한 기구 위치 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 (내시경(715)과 같은) 의료 기구의 원위 단부의 초기 위치를 결정한다. 의료 기구의 원위 단부의 위치는 상술된 바와 같이 (가령, 촬상 장치, 초음파 변환기, X-선 장치 및/또는 EM 센서와 같은) 위치 센서, 로봇식 위치 데이터 및/또는 3D 모델 데이터로부터 도출된 데이터를 통해 결정될 수 있다. 블록(910)에서, (가령, 샘플 위치 산출기(410)와 유사한 샘플 위치 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 의료 기구의 원위 단부의 초기 위치와 관련된 데이터를 수신하고 의료 기구의 원위 단부의 초기 위치 및 목표 조직 부위의 위치에 기초하여 생검 패턴을 목표 조직 부위에 맞춘다. 전술된 맞추는 단계는 수집 장치가 작동될 때, 수집 장치의 원위 단부가 생검 패턴에 의해 명시된 방식으로 목표 조직 부위 안에 위치되도록 편향각을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

도 9b와 관련하여, 도시된 것은 프로세스(900B)의 또 다른 예시로 모양, 위치, 크기 등과 같은 조직 부위에 관한 데이터에 기초하여 패턴을 조정하는 방식으로 블록(810)에 추가적으로 또는 대신해서 사용될 수 있다. 블록(915)에서 (샘플 위치 산출기(410)와 유사한 샘플 위치 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 생검 패턴 및 목표 조직 부위에 관한 데이터를 수신하고, 생검 패턴을 목표 조직 부위의 모양에 맞춘다. 일부 실시예에서, (모양, 수술 전 모델 내 위치 또는 밀도와 같은) 목표 조직 부위에 관한 데이터는 (가령, 사용자 입력 장치 또는 명령 콘솔을 통한) 사용자 입력으로부터 도출될 수 있다. 다른 실시예에서, 목표 조직 부위에 관한 정보는 (촬상 장치, 초음파 변환기 및/또는 X-선 장치와 같은) 위치 센서 및/또는 3D 모델 데이터로부터 도출된 데이터에 기초할 수 있다. 한정하는 것이 아닌 예시로써, 만약 결절의 모양이 구형(spherical)이면, 실시예는 구형 모양을 명시하는 모양 데이터를 수신할 수 있고, 그에 대응하여, 생검 안내 시스템은 구형 모양을 감싸도록 생검 패턴을 맞출 수 있다. 일부 경우에, 패턴은 원하는 다수의 샘플을 포함할 수 있다. 이런 경우에, 생검 안내 시스템은 구형에 맞춰진 패턴 안에 원하는 다수의 샘플을 맞출 수 있다.

도 9c와 관련하여, 도시된 것은 프로세스(900C)의 또 다른 예시로 환자의 해부학적 특징을 기초하여 패턴을 조정하는 방식으로 블록(810)에 추가적으로 또는 대신하여 사용될 수 있다. 블록(920)에서, (가령, 샘플 위치 산출기(410)와 유사한 샘플 위치 산출기와 같은) 생검 안내 시스템은 생검 패턴 및 목표 조직 부위와 관련된 데이터를 수신하고, 생검 패턴 내 샘플 위치에서 기구의 투과 깊이, 샘플링 속도, 샘플링 간격 또는 샘플링 힘을 조정한다. 일부 구현에서, 조정은 (혈관과 같은) 환자의 해부학적 특징을 기초로 할 수 있다. 예를 들어, 기구의 투과 깊이, 샘플링 속도 또는 샘플링 힘은 수집 장치(717)가 혈관과 가까운 영역에 접근하지 하지 않도록 조정될 수 있다.

프로세스(800)의 일부 실시예는 생검 패턴을 조정하기 위해 블록(810)에 추가적으로 또는 대신하여 한 개 이상의 프로세스(900A, 900B, 900C)를 사용할 수 있다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 환자의 호흡수로부터 발생하는 노이즈를 감지하고 보상하지만, 다른 실시예들은 심박수 또는 다른 임의의 탐지 가능한 속성과 같은 환자의 다른 생리적 속성에 의해 발생하는 노이즈를 감지하고 보상할 수 있다. 심박수로 인해서 EM 데이터에 노이즈가 발생하는 그러한 경우에는, 상기 실시예들은 심박수의 빈도를 탐지할 수 있으며 앞서 설명된 기술을 사용해서 심박수로 인해 발생한 노이즈를 제거할 수 있다. 환자의 주기적인 떨림 또는 신체적인 움직임이 있을 때 발생할 수 있는 다른 노이즈 허상(artifact) 또한 감지될 수 있다.

시스템 구현 및 용어

본 명세서에 개시된 구현은 조직 샘플의 생검 안내를 위한 시스템, 방법, 장치를 제공한다.

본 명세서에서 사용될 때 용어 "결합," "결합하는," "결합된" 또는 단어 결합의 다른 변이는 간접적인 연결 또는 직접적인 연결 중 하나를 나타낼 수 있다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 만약 제1 구성 요소가 제2 구성 요소에 "결합"되어 있다면, 제1 구성 요소는 또 다른 구성 요소를 통해 제2 구성 요소에 간접적으로 연결되어 있거나 제2 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있을 수 있다.

본 명세서에서 설명된 방법은 프로세서 판독 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 한 개 이상의 명령어로 저장될 수 있다. 용어 "컴퓨터 판독 가능 매체"는 컴퓨터나 프로세서에 의해 접근될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체를 지칭한다. 한정하는 것이 아닌 예시로써, 이러한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM이나 다른 광 디스크 저장소, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 원하는 프로그램 코드를 명령이나 데이터 구조(data structure) 형태로 저장하기 위해 사용될 수 있고 및 컴퓨터에 의해 접근 가능한 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 유형(tangible)이며 비일시적(non-transitory)일 수 있다는 것을 주목해야 한다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "코드"는 컴퓨터 장치나 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어, 명령, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.

본 명세서에 개시된 방법은 설명된 방법을 달성하기 위한 한 개 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법의 단계 및/또는 동작들은 청구항의 범위를 벗어나지 않고 서로 대체될 수 있다. 즉, 기술된 방법의 올바른 실행에 요구되는 단계 또는 동작의 특정 순서가 명시되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용은 청구항의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때 용어 "복수"는 두 개 이상을 의미한다. 예를 들어, 복수의 구성 요소는 두 개 이상의 구성 요소를 나타낸다. 용어 "결정"은 광범위한 동작을 아우르며, 따라서, "결정"은 산출, 컴퓨팅, 처리, 도출, 조사, (표, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조의 검색과 같은) 검색, 확인 등을 포함할 수 있다. 또한 "결정"은 (정보를 수신하는 것과 같은) 수신, (메모리 안의 데이터에 접근하는 것과 같은) 접근 등을 포함할 수 있다. 또한 "결정"은 해결, 설정, 선택, 확보 등을 포함할 수 있다.

"기초하여(based on)"라는 구는 달리 언급하지 않는 한 "이에 한하여 기초하여(based only on)"를 의미하지 않는다. 즉, 구 "기초하여"는 "이에 한하여 기초하여" 및 "적어도 이에 기초하여(based at least on)"를 모두 설명한다.

개시된 구현의 전술된 내용은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 제공된다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 구현의 다양한 변경이 가능하다는 것을 손쉽게 이해할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 사상은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 구현에 적용될 수 있다. 예를 들어, 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자는 여러 개의 대응하는 대안적 또는 동일한 구조적 세부사항, 가령 도구 구성 요소를 동일한 방식으로 고정, 탑재, 결합, 또는 정합하고 및 특정 작동 움직임을 일으키는 동일한 메커니즘을 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에 설명된 구현에만 한정 지으려는 의도가 아니며 본 명세서에 개시된 원리 및 참신한 기술과 일치하는 폭넓은 범위에 부합하기 위한 것이다.

Claims

조직 부위로부터 한 개 이상의 생검 샘플의 세트를 취득하는 것을 지원하도록 구성된 시스템에 있어서,
한 개 이상의 생검 샘플을 수집할 수 있는 기구;
상기 기구의 움직임을 제어하도록 구성된 액추에이터;
저장된 실행 가능한 명령어를 포함하는 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리;
및
적어도 한 개의 컴퓨터 판독 가능 메모리와 통신하는 한 개 이상의 프로세서
를 포함하고,
상기 한 개 이상의 프로세서는 상기 명령어를 실행하여 상기 시스템이 적어도:
조직 부위 내 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하는 생검 패턴을 접근하고;
상기 생검 패턴에 따라 상기 기구의 움직임을 산출하고; 및
상기 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 위치로 상기 기구를 이동시키도록 구성된 시스템.
제1항에 있어서,
상기 생검 패턴, 상기 생검 패턴을 접근하기 위한 명령어 또는 상기 생검 패턴에 따라 상기 기구의 움직임을 산출하기 위한 명령어를 수신 하도록 구성된 사용자 입력 장치를 더 포함하는 시스템.
제2항에 있어서,
상기 생검 패턴을 보여주도록 구성된 사용자 인터페이스 스크린을 더 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 시스템이 적어도 사용자로부터 수신된 정보에 기초해서 상기 생검 패턴 또는 한 개 이상의 위치까지 상기 기구의 움직임을 나타내는 경로를 조정하도록 구성된 시스템.
제1항에 있어서,
한 개 이상의 위치 센서의 세트를 더 포함하고; 및 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 시스템이 적어도: (1) 위치 센서의 세트의 적어도 한 개의 위치 또는 (2) 상기 위치 센서의 세트로부터 수신된 데이터 신호를 기초로 기구의 원위 단부의 위치를 산출하게 하고; 및 상기 산출된 위치를 기초하여 한 개 이상의 위치까지의 움직임을 제어하도록 구성된 시스템.
제1항에 있어서,
상기 기구는,
상기 조직 부위를 도달하도록 구성된 스코프; 및
수집 장치를 포함하고,
상기 수집 장치는,
(1) 상기 스코프 안에 제거 가능하게 위치되고 또는 (2) 상기 스코프를 통과하고 및 상기 한 개 이상의 생검 샘플을 수집하도록 구성된 시스템.
제1항에 있어서,
상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 시스템이 적어도 스코프를 제1 위치로 위치시키고, 제1 샘플의 수신을 확인하고, 및 제1 샘플의 수신을 확인하면 그에 대응하여 상기 스코프를 제2 위치로 위치시키도록 더 구성된 시스템.
상기 기구는 상기 한 개 이상의 생검 샘플을 취득하도록 구성된 수집 장치를 포함하고;
상기 액추에이터는 상기 수집 장치의 움직임을 제어하도록 구성되고;
상기 수집 장치는 수집 장치의 원위 단부에 마커를 포함하고; 및
상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 시스템이 적어도:
상기 마커의 움직임에 따라 상기 수집 장치의 움직임을 결정하고; 및
상기 수집 장치의 움직임에 따라 한 개 이상의 샘플 위치를 조정하도록 더 구성된 시스템.
제1항에 있어서,
상기 생검 패턴은 적어도 2차원에 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하는 시스템.
제9항에 있어서,
상기 생검 패턴은 상기 조직 부위의 모양에 맞는 모양으로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하는 시스템.
제9항에 있어서,
상기 생검 패턴은 한 개 이상의 샘플 위치에 대응하는 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 더 포함하는 시스템.
조직 부위로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 취득하는 것을 지원하도록 구성된 장치에 있어서,
저장된 실행 가능한 명령어를 포함하는 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리; 및
상기 적어도 한 개의 컴퓨터 판독가능 메모리와 통신하는 한 개 이상의 프로세서를 포함하고,
상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해 상기 장치가 적어도:
상기 조직 부위로부터 한 개 이상의 생검 샘플을 채취하기 위해 패턴을 결정하고- 상기 패턴은 적어도 2차원에 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함함-;
상기 패턴에 기초하여 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분의 움직임을 위한 시술 계획을 결정하고; 및
상기 적어도 2차원 패턴에 대응하는 한 개 이상의 위치로 상기 기구의 원위 부분을 안내하도록 구성된 장치.
제12항에 있어서, 상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 상기 장치가 적어도: (1) 위치 센서의 세트의 적어도 한 개의 위치 또는 (2) 상기 위치 센서의 세트로부터 수신한 데이터 신호를 기초로 기구의 원위 부분의 위치를 산정하고; 및 상기 산출된 위치에 기초하여 상기 기구의 움직임을 제어하는 장치.
제12항에 있어서,
상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행하여 상기 장치가 적어도: 상기 패턴에 따라 스코프의 움직임을 산출하고; 및 스코프의 원위 부분을 상기 패턴에 대응하는 한 개 이상의 위치로 안내하도록 구성된 장치.
제12항에 있어서,
상기 한 개 이상의 프로세서는 명령어를 실행해서 상기 장치가 적어도:
상기 패턴에 따라 수집 장치의 움직임을 산출하고;
상기 수집 장치의 원위 부분을 상기 패턴에 대응하는 한 개 이상의 위치로 안내하고;
상기 수집 장치가 생검 샘플을 수집하면 그에 대응하여, 상기 수집 장치에 위치한 마커의 움직임을 기초해서 상기 수집 장치가 생검 샘플을 채취한 한 개 이상의 샘플링 위치를 산출하고;
상기 한 개 이상의 샘플링 위치와 상기 생검 패턴의 한 개 이상의 샘플 위치를 비교하고; 및
상기 한 개 이상의 샘플링 위치를 기초하여 상기 생검 패턴의 한 개 이상의 샘플 위치를 조정하도록 구성된 장치.
제12항에 있어서, 상기 패턴은 상기 조직 부위의 모양에 맞는 모양으로 배열된 한 개 이상의 샘플 위치를 포함하는 장치.
환자의 목표 조직 부위로부터 한 개 이상의 샘플을 수집하는 방법에 있어서,
로봇 의료 시스템의 사용자 인터페이스를 통해, 상기 목표 조직 부위 안에 한 개 이상의 샘플의 패턴을 선택하는 사용자 입력을 수신하는 단계;
로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 상기 패턴 내 제1 샘플 위치에 대응하는 제1 위치로 이동시키는 단계;
상기 패턴 안에 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플을 취득하기 위해 상기 기구를 안내 하는 단계;
상기 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 상기 패턴 안에 제2 샘플 위치에 대응하는 제2 위치로 이동시키는 단계; 및
상기 패턴 안에 제2 샘플 위치에서 제2 조직 샘플을 취득하기 위해 기구를 안내하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
사용자 입력을 수신한 후에 상기 한 개 이상의 샘플의 패턴을 제1 샘플 위치 또는 제2 샘플위치로 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 패턴을 조정하는 것은 한 개 이상의 해부학적 특징을 기초로 하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 패턴을 조정하는 것은 상기 기구의 원위 부분의 초기 위치를 측정하는 단계 및 상기 기구의 원위 부분의 초기 위치를 기초하여 상기 패턴을 상기 조직 부위에 맞추는 단계를 포함하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 패턴을 맞추는 것은 상기 제1 샘플 위치 또는 상기 제2 샘플 위치에서 상기 기구의 한 개 이상의 투과 깊이, 한 개 이상의 샘플링 속도, 한 개 이상의 샘플링 간격, 또는 한 개 이상의 샘플링 힘을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 제1 조직 샘플 또는 제2 조직 샘플을 취득하기 위해 상기 기구를 안내할 때 환자의 호흡 빈도를 기초하여 상기 기구의 원위 부분의 움직임을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 제2 위치로 이동시키는 것은 제1 샘플 위치에서 제1 조직 샘플 수집의 알림을 수신한 후에 발생하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 상기 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시키는 것은:
위치 센서의 세트로부터 수신된 데이터 신호를 기초하여 상기 기구의 원위 부분의 적어도 한 개의 위치를 산출하는 단계;
및 상기 산출된 적어도 한 개의 위치에 기초하여 상기 기구의 움직임을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
저장된 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 있어서,
상기 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치는 적어도:
한 개 이상의 생검 샘플의 패턴을 수신하고- 상기 패턴은 환자의 목표 조직 부위 안에 적어도 2차원에 배열된 한 개 이상의 생검 위치를 포함함-; 및
상기 로봇 의료 시스템의 기구의 원위 부분을 상기 적어도 2차원 패턴에 배열된 한 개 이상의 생검 위치에 대응하는 한 개 이상의 샘플링 위치로 이동시키는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
제25항에 있어서,
상기 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도: 위치 센서의 세트로부터 수신한 데이터 신호를 기초하여 상기 기구의 원위 부분의 적어도 한 개의 위치를 산출하고; 및 상기 산출된 적어도 한 개의 위치에 기초하여 상기 기구의 움직임을 제어하도록 만드는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
제25항에 있어서,
상기 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도: 상기 조직 부위의 한 개 이상의 해부학적 특징 또는 환자의 호흡률에 기초하여 한 개 이상의 생검 샘플의 패턴을 조정하도록 만드는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
제27항에 있어서,
상기 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도: 상기 조직 부위 내 한 개 이상의 혈관을 기초하여 상기 한 개 이상의 생검 샘플의 패턴을 조정하도록 만드는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
제25항에 있어서,
상기 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도: 상기 패턴을 상기 조직 부위의 모양에 맞추도록 만드는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
제25항에 있어서,
상기 명령어는 실행 시, 적어도 한 개의 컴퓨팅 장치가 적어도: 상기 기구가 상기 한 개 이상의 생검 샘플을 취득한 한 개 이상의 수집 위치를 수신하고; 및 상기 한 개 이상의 수집 위치에 기초하여 상기 패턴을 조정하게 만드는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.