KR20220106140A

KR20220106140A - 의료 기기의 3d 궤적 설계 및 실시간 업데이트

Info

Publication number: KR20220106140A
Application number: KR1020227018537A
Authority: KR
Inventors: 모란 쇼차트; 이도 로스; 아론 오헤브-지온
Original assignee: 잭트 로보틱스 엘티디.
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-07-28
Also published as: AU2020393419A1; EP4065014A1; WO2021105992A9; JP2023503286A; US20220409291A1; WO2021105992A1; CA3163081A1; BR112022010414A2; CN115003235A; EP4065014A4; IL293126A

Abstract

진단 및/또는 치료 목적으로 피험자의 신체에서 의료 기기의 자동 조종을 위한 시스템, 장치 및 방법이 제공되며, 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 조종은 계획된 3D 궤적 및 실시간 3D 궤적의 업데이트를 기반으로 하여 피험자의 신체 내에서 의료 기기가 안전하고 정확하게 표적에 도달할 수 있도록 한다.

Description

의료 기기의 3D 궤적 설계 및 실시간 업데이트

본 발명은 의료 기기가 피험자의 신체 내의 표적에 용이하게 도달하게 하기 위해 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 계획하고 업데이트 하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 계획 및 업데이트 하고, 계획 및/또는 업데이트된 3D 궤적에 따라 의료 기기를 표적을 향해 조종하는 것에 관한 것이다.

임상에서 사용되는 다양한 진단 및 치료 과정은 바늘과 카테터와 같은 의료 도구를 피험자의 신체에 경피적으로 삽입하는 것을 포함하며, 많은 경우에 의료 도구를 표적 부위에 도달하도록 하기 위해 신체 내에서 의료 도구를 조종하는 것을 추가로 포함한다. 표적 영역은 병변, 종양, 기관 또는 혈관을 포함하는 임의의 신체의 내부 영역일 수 있다. 이러한 의료 도구의 삽입 및 조정이 필요한 절차의 예로는 예방 접종, 혈액/수액 샘플링, 국소 마취, 조직 생검, 카테터 삽입, 극저온 절제, 전해 절제, 근접 치료, 신경외과, 심부 뇌 자극, 다양한 최소 침습 수술 등이 있다.

연조직의 바늘과 같은 의료 도구의 안내 및 조종은 우수한 3차원 조정, 환자의 해부학에 대한 지식 및 높은 수준의 경험이 필요한 복잡한 작업이다. 이러한 기능을 수행하기 위해 이미지-유도 자동화(예를 들어, 로봇) 시스템이 제안되었다.

일부 자동 삽입 시스템은 로봇 팔을 조작하는 것을 기반으로 하고 일부는 신체에 장착할 수 있는 로봇 장치를 사용한다. 이러한 시스템에는 의사가 삽입점을 선택하고 의료 기기를 삽입점 및 표적과 정렬하는 데 도움이 되는 안내 시스템과 자동으로 표적을 향해 의료 기기를 삽입하는 조종 시스템이 포함된다.

그러나, 표적 부위에 도달하기 위해 가장 효율적이고 정확하며 안전한 방식으로 피험자의 신체 내 의료 도구의 실시간 3D 궤적 조종을 정확하고 안정적으로 결정하고, 업데이트 및 제어할 수 있는 자동화된 삽입 및 조종 장치 및 시스템에 대한 요구가 여전히 존재한다.

본 발명은 표적 부위에 도달하기 위해 가장 효율적이고 정확하며 안전한 방식으로 피험자의 신체 내 의료 도구의 실시간 3D 궤적 조종을 정확하고 안정적으로 결정하고, 업데이트 및 제어할 수 있는 자동화된 삽입 및 조종 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일부 실시형태에 따르면, 본 개시내용은 진단 및/또는 치료 목적을 위해 피험자의 신체에 의료 기기/도구(예를 들어, 바늘)의 자동 삽입 및 조종을 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 조종은 피험자의 신체 내에서 의료 기기(예를 들어, 의료 기기의 단부 또는 팁)의 3D 궤적을 계획하고 실시간으로 업데이트하여, 가장 효율적이고 안전한 경로로 피험자의 신체 내 표적 부위에 안전하고 정확하게 도달할 수 있도록 한다. 추가 실시형태에서, 본 명세서에 개시된 시스템, 장치 및 방법은 처치 과정의 효율성, 안전성 및 정확성을 증가시키기 위해 신체 내 의료 기기의 팁의 실제 위치를 정확하게 결정하고 고려할 수 있도록 한다.

신체 내에서 의료 기기(예컨대 바늘)의 자동 삽입 및 조종, 특히 실시간 궤적 업데이트를 활용하는 자동 삽입 및 조종은 신체 내에서 이러한 의료 기기의 수동 조종보다 유리하다. 예를 들어, 실시간 3D 궤적 업데이트 및 조종을 활용하여 의료 기기가 신체 내 표적에 대한 가장 효과적인 시공간 및 안전한 경로를 제공한다. 또한 실시간 3D 궤적 업데이트 및 조종을 사용하면, 3D 궤적 업데이트가 경로를 따라 장애물이나 기타 영역을 고려할 수 있고, 또한 그러한 장애물의 실시간 위치 변경을 고려할 수 있으므로 대상 신체 내의 비-표적 영역 및 조직에 해를 끼칠 위험이 감소하여 안전성이 향상된다. 또한, 이러한 자동 조종은 처치의 정확성을 향상시켜 작은 표적 및/또는 도달하기 어려운 신체 부위에 있는 표적에 도달할 수 있게 한다. 이것은 예를 들어 악성 종양의 조기 발견에 특히 중요할 수 있다. 또한 사람의 실수에 의한 위험이 현저히 낮기 때문에 환자의 안전성이 향상된다. 또한, 일부 실시형태에 따르면, 이러한 처치는 원격으로(예를 들어, 인접한 제어실에서 또는 심지어 의료 시설 외부에서) 실행될 수 있으며, 이는 처치 중에 방사선 노출을 최소화하고 또한 COVID-19와 같이 환자가 옮길 수 있는 전염병에 대한 노출도 최소로 하므로 의료진에게 더 안전하다. 또한 계획되고 및 실행되고 및/또는 업데이트된 궤적의 3D 시각화는 의료 절차를 감독하고 제어하는 사용자의 능력을 크게 향상시킨다. 자동화 장치는 원격지 심지어 병원 외부에서도 제어할 수 있으므로 더 이상 의사가 시술실에 상주할 필요가 없다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 3D 궤적을 계획하고 실시간으로 업데이트하는 것을 활용하여 피험자의 신체 내에 의료 기기/도구를 삽입하고 조종하기 위한 시스템으로, 자동화된 삽입 및 조종 장치(예를 들어, 로봇), 프로세서 및 필요에 따라서는 컨트롤러를 포함하는 시스템이 제공된다. 일부 실시형태에서, 삽입 및 조종 장치는 의료 기기의 계획된 3D 궤적에 기초하여 피험자의 신체 내의 표적 영역에 도달하기 위해 피험자의 신체에 의료 기기를 삽입하고 조종/내비게이션하도록 구성되며, 여기서 3D 궤적은 의료 기기 및/또는 표적의 실시간 위치에 기초하여 실시간으로 업데이트되고, 3D 궤적의 계획 및 업데이트는 삽입 및 조종 장치에 조종 명령을 실시간으로 전달하도록 추가로 구성된 프로세서를 활용하여 수행된다. 일부 예시적인 실시형태에 따르면, 프로세서는 진입점(entry point)("삽입점(insertion point)"이라고도 함)에서 표적까지의 의료 기기에 대한 경로(예를 들어, 3D 궤적)를 계산하고, 의료 기기 및/또는 표적의 실시간 위치를 기초로 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 프로세서는 계획되고 및/또는 업데이트 되는 3D 궤적에 따라 (3D 공간에서) 의료 기기를 표적을 향해 조종하기 위한 명령을 실시간으로 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 조종은 적절한 컨트롤러를 통해 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시형태에서 조종은 폐쇄 루프 방식으로 제어되며, 이에 의해 프로세서는 적절한 컨트롤러를 통해 조종 장치에 대한 모션 명령을 생성하고, 의료 기기 및/또는 표적의 실시간 위치에 관한 피드백을 수신하며, 그런 다음 이것이 3D 궤도의 실시간 업데이트에 사용된다.

일부 실시형태에서 조종 시스템은 촬상 시스템과 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 촬상 시스템은 X선 형광투시법, CT, 콘 빔 CT, CT 형광투시법, MRI, 초음파, 또는 임의의 다른 적절한 촬상 기법을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 유형의 촬상 시스템(기법)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 시스템의 프로세서는, 촬상 시스템(예를 들어, CT, MRI)으로부터 이미지들(슬라이스) 세트로부터 생성된 이미지 또는 이미지-뷰를 처리 및 디스플레이/모니터하고, 진입점에서 표적까지 의료 기기의 최적 3차원 궤적을 결정/계산하고, 의료 기기(특히 의료 기기의 팁) 및 표적의 실시간 위치를 기반으로 3차원 궤적을 실시간으로 업데이트하도록 구성되며, 동시에 원하지 않는 장애물을 피하거나 경로를 따라 원하는 체크포인트에 도달하게 한다. 일부 실시형태에서, 진입점, 표적 및 장애물(예를 들어, 뼈 또는 혈관)은 획득된 이미지 또는 생성된 이미지-뷰 중 하나 이상에 의사에 의해 수동으로 표시된다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내의 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음을 포함한다.

진입점으로부터 피험자의 신체 내 표적까지 의료 기기의 계획된 3차원 궤적을 계산하는 단계;

계획된 3D 궤적에 따라 의료 기기를 표적을 향해 조종하는 단계;

상기 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치에서 벗어나는 지를 판단하는 단계;

상기 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치에서 벗어난 것으로 판단되면, 상기 의료 기기가 상기 표적에 쉽게 도달할 수 있도록 상기 의료 기기의 3D 궤적을 업데이트하는 단계, 및

업데이트된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 단계.

일부 실시형태에 따르면, 이전 표적 위치는 계획된 3D 궤적의 계산 이전에 결정되거나 정의된 표적의 위치일 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 이전 표적 위치는 의료 기기를 조종하는 동안 결정되거나 정의된 표적의 위치일 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 3D 궤적을 업데이트하는 단계는 2개의 평면 각각에 대한 2D 궤적 수정을 계산하는 단계; 및 하나의 3D 궤적 수정을 형성하기 위해 2개의 계산된 2D 궤적 수정을 중첩하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 2개의 평면은 서로 수직이다.

일부 실시형태에 따르면, 각각의 2D 궤적 수정 각각은 역운동학 알고리즘을 이용하여 계산될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 신체 내의 표적을 향한 의료 기기의 조종은 자동화된 의료 장치를 이용하여 실행될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치는 사용자에 의해 수동으로 결정된다.

일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치는 이미지 처리 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 프로세서에 의해 자동으로 결정된다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 신체 내 표적의 실시간 위치를 결정하기 위해 신체 내 표적의 위치를 실시간으로 추적하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 신체 내 의료 기기의 실시간 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 의료 기기의 실시간 위치는 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 의료 기기의 실시간 위치는 이미지 처리 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 프로세서에 의해 자동으로 결정될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 신체 내 의료 기기의 실시간 위치를 결정하기 위해 신체 내 의료 기기의 위치를 실시간 추적하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 상기 방법은 신체 내 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 신체 내 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3차원 궤적을 벗어나는지 여부를 판단하는 것이 연속적으로 수행될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치로부터 이탈하는지 여부를 판단하는 것이 연속적으로 수행될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 신체 내 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는지 여부를 판단하는 것은 3D 궤적을 따른 체크포인트에서 수행될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치로부터 이탈하는지 여부를 판단하는 것은 3차원 궤적을 따른 체크포인트에서 수행될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 체크포인트는 미리 결정된다. 일부 실시형태에 따르면, 체크포인트는 공간 패턴, 시간 패턴, 또는 둘 모두에 위치된다. 일부 실시형태에 따르면, 체크포인트는 의료 기기의 계획된 3D 궤적을 따라 이격되어 있다. 일부 실시형태에 따르면, 체크포인트는 미리 결정된 시간 간격으로 도달된다.

일부 실시형태에 따르면, 신체 내의 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적에서 벗어나는 것으로 결정되는 경우, 방법은 3D 궤적을 따라 하나 이상의 체크포인트를 추가 및/또는 재배치하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 3D 궤적을 따라 하나 이상의 체크포인트를 추가 및/또는 재배치하는 것은 사용자에 의해 수동으로 수행될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 3D 궤적을 따라 하나 이상의 체크포인트를 추가 및/또는 재배치하는 것은 프로세서에 의해 수행될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 진입점으로부터 피험자의 신체 내의 표적까지 의료 기기에 대한 계획된 3D 궤적을 계산하는 것은 의료 기기가 신체 내의 하나 이상의 초기 장애물과의 접촉을 피하도록 계획된 3D 궤적을 계산하는 것을 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, 방법은 피험자의 신체 내의 하나 이상의 초기 장애물 및/또는 하나 이상의 새로운 장애물의 실시간 위치를 식별하는 단계를 더 포함할 수 있고, 여기서 의료 기기의 3D 궤적을 업데이트하는 단계는, 의료 기기가 하나 이상의 초기 장애물 및/또는 하나 이상의 새로운 장애물의 실시간 위치에 들어가는 것을 피하도록 3D 궤적을 업데이트하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 계획된 3D 궤적을 따라 하나 이상의 2차 목표 지점을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이로써 의료 기기는 표적에 도달하기 전에 3D 궤적을 따르는 하나 이상의 2차 목표 지점에 도달하게 된다.

일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치로부터 이탈한 것으로 판단되는 경우, 방법은 그 이탈이 미리 설정된 임계 값을 초과하는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이에 의해 편차가 미리 결정된 임계 값을 초과하는 것으로 결정된 경우에만 의료 기기의 3차원 궤적이 업데이트된다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 피험자의 신체 내 관심 영역의 하나 이상의 이미지를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 하나 이상의 이미지는 CT 시스템, X선 형광투시 시스템, MRI 시스템, 초음파 시스템, 콘-빔 CT 시스템, CT 형광투시 시스템, 광학 촬상 시스템 및 전자기 촬상 시스템에서 선택된 촬상 시스템에 의해 획득된 이미지를 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, 하나 이상의 이미지는 CT 스캔을 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 상기 방법은 상기 하나 이상의 이미지, 또는 상기 하나 이상의 이미지로부터 생성된 이미지-뷰를 모니터에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치를 결정하는 것은 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 것을 포함하고, 여기서 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 것은,

하나 이상의 이미지에서 의료 기기를 검출하는 단계;

검출된 의료 기기의 단부를 정의하는 단계;

의료 기기의 단부에 대한 보상 값을 결정하는 단계; 그리고

상기 결정된 보상 값에 기초하여 피험자의 신체에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 보상 값은 양의 보상 값, 음의 보상 값 및 무(제로) 보상으로부터 선택된다.

일부 실시형태에 따르면, 보상 값은 룩-업 테이블에 기초하여 결정될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 조종은 3차원 공간에서 수행된다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 계획된 3D 궤적, 의료 기기의 실시간 위치 및 업데이트된 3D 궤적 중 적어도 하나를 모니터에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 진입점으로부터 표적까지의 계획된 3D 궤적을 계산하는 단계는,

2개의 평면 각각에서 진입점으로부터 표적까지의 2차원 궤적을 계산하는 단계; 그리고

단일 3D 궤적을 형성하기 위해 2개의 계산된 2D 궤적을 중첩시키는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 2개의 평면은 서로 수직이다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체에 있는 표적을 향해 의료 기기를 조종하기 위한 시스템이 제공되는데, 이 시스템은,

표적을 향해 의료 기기를 조종하도록 구성된 자동화 장치로, 상기 자동화 장치는 하나 이상의 액추에이터 및 의료 기기를 그에 연결하도록 구성된 제어 헤드를 포함하는, 자동화 장치; 그리고

본 명세서에 개시된 방법을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 시스템은 장치의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 시스템의 자동화 장치는 5개 이상의 자유도를 갖는다. 일부 실시형태에 따르면, 장치는 적어도 하나의 이동 가능한 플랫폼을 갖는다. 일부 실시형태에 따르면, 장치는 피험자의 신체 위에 또는 이에 근접하게 배치되도록 구성된다.

일부 실시형태에 따르면, 의료 기기의 계획되고 실시간 업데이트 되는 3D 궤적에 기초하여 피험자의 신체에서 표적을 향해 의료 기기를 조종하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 의료 기기를 피험자의 신체 내부로 또는 신체 안으로 삽입하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터를 포함하고, 업데이트 되는 3D 궤적은,

신체 내에서 의료 기기의 실제 3D 궤적의 실시간 추적;

신체 내에서 표적 위치의 실시간 추적;

의료 기기의 실시간 3D 궤적이 계획된 3D 궤적을 벗어나거나 및/또는 표적의 실시간 위치가 이전 목표 위치를 벗어나면, 2개의 평면 각각에서 필요한 2D 궤적 수정을 계산하고, 하나의 3D 궤적 수정을 형성하기 위해 계산된 2개의 2D 궤적 수정을 중첩시킴으로써 결정된다.

일부 실시형태에 따르면, 장치는 계획되고 업데이트 되는 3D 궤적을 계산하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 장치는 5개 이상의 자유도를 갖는다. 일부 실시형태에 따르면, 장치는 자동화 장치이다. 일부 실시형태에 따르면, 장치는 피험자의 신체 위에 배치되도록 구성된다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내의 내부 표적으로 의료 기기를 조종하기 위한 시스템이 제공되는데, 이 시스템은,

피험자의 신체 내에서 표적을 향해 의료 기기의 조종을 실행하도록 구성된 자동화 장치;

적어도 하나의 프로세서로,　　

　　　　　　　　진입점에서 피험자의 신체 내 표적까지 의료 기기에 대한 계획된 3D 궤적을 계산하고,

　　　　　　　　계획된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 명령을 생성하고,

　　　　　　　　표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치에서 벗어나는지 여부를 결정하고,

　　　　　　　　의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트 하고,

　　　　　　　　업데이트된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 명령을 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 프로세서;

그리고;

프로세서에 의해 생성된 명령에 기초하여 장치의 동작을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 컨트롤러를 포함한다.

2개의 평면 각각에서 진입점으로부터 표적까지의 2차원 궤적을 계산하는 단계; 및 단일 3D 궤적을 형성하기 위해 2개의 계산된 2D 궤적을 중첩하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 2개의 평면은 서로 수직이다. 일부 실시형태에 따르면, 각각의 2D 궤적 각각은 역운동적 알고리즘을 이용하여 계산될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 이전 목표 위치로부터 목표의 실시간 위치의 편차가 설정된 임계 값을 초과하는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 편차가 설정된 임계 값을 초과하는 것으로 결정된 경우에만, 의료 기기의 3D 궤적이 업데이트된다.

일부 실시형태에 따르면, 3D 궤적을 업데이트하는 단계는, 2개의 평면 각각에 대한 2D 궤적 수정을 계산하는 단계; 및 하나의 3D 궤적 수정을 형성하기 위해 2개의 계산된 2D 궤적 수정을 중첩하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 2개의 평면은 서로 수직이다. 일부 실시형태에서, 각각의 2D 궤적 보정은 역기구학 알고리즘을 이용하여 계산된다.

일부 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 신체 내의 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적에서 벗어나는지 여부를 결정하도록 구성된다. 일부 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 이미지 처리 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 신체 내 의료 기기의 실시간 위치를 결정하도록 구성된다. 일부 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 신체 내 의료 기기의 실시간 위치를 결정하기 위해 신체 내 의료 기기의 위치를 실시간으로 추적하도록 구성된다. 일부 실시형태에 따르면, 의료 기기의 실시간 위치는 사용자에 의해 수동으로 결정된다.

일부 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 이미지 처리 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 표적의 실시간 위치를 결정하도록 구성된다. 일부 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 신체 내의 표적의 실시간 위치를 결정하기 위해 신체 내의 표적의 위치를 실시간으로 추적하도록 구성된다. 일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치는 사용자에 의해 수동으로 결정된다.

일부 실시형태에 따르면, 신체 내 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3차원 궤적을 벗어나는지 여부를 판단하는 것이 연속적으로 수행된다.

일부 실시형태에 따르면, 신체 내 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는지 여부를 결정하는 것은 3D 궤적을 따른 체크포인트에서 수행된다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내 의료 기기의 실시간 위치를 결정하는 단계는 피험자의 신체 내 의료 기기 팁의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치로부터 이탈하는지 여부를 판단하는 것은 연속적으로 수행된다.

일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치로부터 이탈하는지 여부를 결정하는 것은 3D 궤적을 따른 체크포인트에서 수행된다.

일부 실시형태에 따르면, 시스템은 촬상 장치(imaging device)를 더 포함하거나 촬상 장치와 함께 작동하도록 구성될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 촬상 장치는 CT 장치, X선 형광투시 장치, MRI 장치, 초음파 장치, 콘-빔 CT 장치, CT 형광투시 장치, 광학 영상 장치 및 전자기기 중에서 선택될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 시스템의 적어도 하나의 프로세서는 촬상 장치로부터 하나 이상의 이미지를 획득하도록 구성된다.

일부 실시형태에 따르면, 시스템은 유저 인터페이스, 디스플레이, 제어 유닛, 컴퓨터, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내에서 의료 기기 팁의 실제 위치를 결정하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은,

피험자의 신체 내에서 의료 기기의 하나 이상의 이미지를 획득하는 단계;

하나 이상의 이미지에서 의료 기기를 검출하는 단계;

하나 이상의 이미지에서 검출된 의료 기기의 단부를 정의하는 단계;

의료 기기의 단부에 대한 보상 값을 결정하는 단계; 그리고

상기 결정된 보상 값에 기초하여 상기 피험자의 신체 내 의료 기기 팁의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 보상 값은 양의 보상 값, 음의 보상 값 및 무(제로) 보상 중 하나이다.

일부 실시형태에 따르면, 하나 이상의 이미지는 촬상 시스템을 사용하여 획득된다. 일부 실시형태에 따르면, 촬상 시스템은 CT 시스템, X선 형광투시 시스템, MRI 시스템, 초음파 시스템, 콘-빔 CT 시스템, CT 형광투시 시스템, 광학 촬상 시스템 및 전자기 영상장치로부터 선택된다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내 의료 기기 팁의 실제 위치를 결정하기 위한 방법은 촬상 시스템의 좌표계에 대한 의료 기기의 위치 및/또는 방향을 결정하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 하나 이상의 이미지를 사용자에게 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 이미지는 CT 스캔을 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, 보상 값은 CT 스캔의 좌우 축에 대한 의료 기기의 각도에 기초하여 결정된다. 일부 실시형태에 따르면, 보상 값은 룩-업 테이블에 기초하여 결정될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 보상 값은 촬상 시스템, 촬상 시스템의 작동 파라미터, 의료 기기의 유형, 의료 기기의 치수, 의료 기기의 각도, 의료 기기가 있는 조직 또는 이들의 조합 중 하나 이상에 기초하여 결정될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 의료 기기의 팁의 실제 위치는 의료 기기의 팁의 실제 3D 위치이다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 실시간으로 수행될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 방법은 연속적으로 및/또는 시간 경과에 따라 수행될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체에 삽입 가능한 의료 기기에 대한 3D 궤적을 계획하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은,

관심 영역의 제1 이미지 또는 제1 이미지 프레임 세트, 제1 평면에 속하는 제1 이미지 프레임 또는 제1 이미지 프레임 세트에 기초하여, 진입점으로부터 피험자 신체의 표적까지 의료 기기에 대한 제1 평면 궤적을 계산하는 단계;

관심 영역의 제2 이미지 프레임 또는 제2 이미지 프레임 세트, 제2 평면에 속하는 제2 이미지 프레임 또는 제2 이미지 프레임 세트에 기초하여 진입점으로부터 표적까지의 의료 기기에 대한 제2 평면 궤적을 계산하는 단계; 그리고

진입점에서 표적까지의 의료 기기에 대한 3D 궤적을 결정하기 위해 제1 및 제2 평면 궤적을 중첩하는 단계를 포함한다.

피험자의 신체에 삽입 가능한 의료 기기에 대한 3D 궤적을 계산하는 방법의 일부 실시형태에 따르면, 제1 및 제2 평면은 수직이다.

방법의 일부 실시형태에 따르면, 표적 및 진입점은 사용자에 의해 수동으로 정의된다.

일부 실시형태에 따르면, 방법은 이미지 처리 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 제1 또는 제2 이미지 프레임 또는 이미지 프레임 세트들에 표적과 진입점 중 적어도 하나를 정의하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체에 삽입할 수 있는 의료 기기에 대한 3D 궤적을 계획하기 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은,

본 명세서에 개시된 바와 같이 피험자의 신체에 삽입 가능한 의료 기기에 대한 3D 궤적을 계산하기 위한 방법을 실행하도록 구성된 프로세서;

적어도 제1 이미지 프레임 또는 제1 이미지 프레임 세트, 제2 이미지 프레임 또는 제2 이미지 프레임 세트, 표적, 진입점 및 계산된 제1 및 제2 평면 궤적을 표시하도록 구성된 모니터; 그리고

사용자 입력을 수신하도록 구성된 유저 인터페이스를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 삽입점에서 피험자 신체 내의 표적까지 연장되는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은,

표적의 실시간 위치를 정의하는 단계;

상기 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치로부터 벗어나는지 여부를 판단하는 단계;

표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치로부터 벗어나는 것으로 판단되는 경우:

　　　　　　　　제1 평면에서 제1 2D 궤적 수정을 계산하는 단계;

　　　　　　　　제2 평면에서 제2 2D 궤적 수정을 계산하는 단계; 그리고

　　　　　　　　제1 및 제2 2D 궤적 수정을 중첩하여 팁에 대한 3D 궤적 수정을 결정하는 것을 포함한다.

의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 방법의 일부 실시형태에 따르면, 제1 및 제2 평면은 서로 수직이다.

방법의 일부 실시형태에 따르면, 제1 및 제2 2D 궤적 보정을 계산하는 것은 역기구학 알고리즘을 이용한다.

방법의 일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치를 정의하는 단계는 표적의 사용자 입력을 수신하는 단계를 포함한다.

방법의 일부 실시형태에 따르면, 표적의 실시간 위치를 정의하는 단계는 이미지 처리 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 표적의 실시간 위치를 자동으로 식별하는 단계를 포함한다.

방법의 일부 실시형태에 따르면, 실시간 위치를 정의하는 단계는 신체 내 표적의 위치를 실시간으로 추적하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 삽입점에서 피험자 신체의 표적까지 연장되는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은,

표적의 실시간 위치를 정의하는 단계;

의료 기기의 실시간 위치를 정의하는 단계;

의료 기기의 정의된 실시간 위치를 기초로 하여, 상기 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치를 벗어나는지 여부 및/또는 의료 기기가 계획된 3D 궤적을 벗어나는지 여부를 판단하는 단계;

표적의 실시간 위치가 이전 목표 위치에서 벗어나고 및/또는 의료 기기가 계획된 3D 궤적에서 벗어나는 것으로 결정된 경우:

　　　　　　　　제1 평면에 대한 제1 평면 궤적 수정을 계산하는 단계;

　　　　　　　　제2 평면에 대한 제2 평면 궤적 수정을 계산하는 단계; 그리고

　　　　　　　　제1 및 제2 평면 궤적 수정을 중첩하여 팁에 대한 3D 궤적 수정을 결정하는 단계를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 삽입점에서 피험자의 신체의 표적까지 연장되는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은,

의료 기기의 3차원 궤적을 실시간으로 업데이트하는 방법을 실행하도록 구성된 프로세서;

표적, 삽입점 및 계산된 제1 및 제2 평면 궤적을 하나 이상의 이미지 프레임에 표시하도록 구성된 모니터; 그리고

사용자로부터 입력을 수신하도록 구성된 사용자 인터페이스를 포함한다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체 내의 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 방법이 제공되며, 이 방법은,

진입점에서부터 피험자의 신체 내 표적까지 의료 기기의 계획된 3D 궤적을 계산하는 단계;

(i) 표적의 실시간 위치가 이전 표적 위치에서 벗어나는지 여부, (ii) 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적에서 벗어나는지 여부, (iii) 계획된 3D 궤적을 따라 하나 이상의 장애물이 식별되는지 여부들 중 적어도 하나를 결정하는 단계;

표적의 실시간 위치가 이전 목표 위치에서 벗어나는 경우, 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적에서 벗어나는 경우 및/또는 계획된 경로를 따라 하나 이상의 장애물이 식별되는 경우로 결정된 경우, 의료 기기가 표적에 도달하는 것을 용이하게 하기 위해 의료 기기의 3D 궤적을 업데이트하는 단계, 및

업데이트된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 단계를 포함한다.

본 개시내용의 특정 실시형태는 상기 이점 중 일부, 전부를 포함하거나 전혀 포함하지 않을 수 있다. 하나 이상의 다른 기술적 이점은 본 명세서에 포함된 도면, 설명 및 청구범위로부터 당업자에게 용이하게 명백할 수 있다. 더욱이, 특정 이점이 위에서 열거되었지만, 다양한 실시형태는 열거된 이점의 전부, 일부를 포함하거나 전혀 포함하지 않을 수 있다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 개시내용의 방법 및 시스템의 일부 예시적인 구현형태를 설명한다. 도면들에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 실질적으로 유사한 요소를 나타낸다.
도 1a는 일부 실시형태에 따라, 계획되고 실시간으로 업데이트된 3D 궤적에 따라 피험자 본체 내로 의료 기기를 삽입하고 조종하기 위한 장치의 개략적인 사시도이다.
도 1b는 일부 실시형태에 따라, 계획되고 실시간으로 업데이트된 3D 궤적에 따라 피험자의 신체에 의료 기기를 삽입하고 조종하기 위한 시스템의 예시적인 제어 유닛의 사시도이다.
도 2는 일부 실시형태에 따른, 의료 기기가 피험자의 신체 내의 내부 표적에에 도달하기 위한 예시적인 계획된 궤적을 도시한다.
도 3a는 피험자의 CT 이미지(좌측 패널: 축 평면; 우측 패널: 시상면)를 나타내며, 추가로 내부 표적, 삽입 및 조종 장치 및 잠재적 장애물을 보여준다.
도 3b는 피험자의 CT 영상(좌측 패널: 축면, 우측 패널: 시상면)으로, 추가로 내부 표적, 삽입점, 삽입점에서 표적까지의 의료 기기의 선형 궤적, 잠재적 장애물, 의료 기기 및 삽입 및 조종 장치를 보여준다.
도 3c는 피험자의 CT 영상(좌측 패널: 축면, 우측 패널: 시상면)으로, 추가로 내부 표적, 삽입점, 삽입점에서 표적까지의 의료 기기의 선형 궤적, 선형 궤적을 따라 표시된 장애물, 의료 기기 및 삽입 및 조종 장치를 보여준다.
도 3d는 피험자의 CT 영상(좌측 패널: 축면, 우측 패널: 시상면)으로, 추가로 내부 표적, 삽입점, 삽입점으로부터 표적까지의 의료 기기의 비선형 궤적, 계획된 궤적을 따라 표시된 장애물, 의료 기기 및 삽입 및 조종 장치를 보여준다.
도 4는 의료 기기의 업데이트된 궤적에 따라 의료 기기의 팁이 내부 표적에 도달하여 체내에 삽입되어 조종되는 피험자의 CT 영상을 나타내며, 여기서 업데이트된 궤적은 표적의 실시간 위치를 기반으로 한다. 또한 표적의 원래 위치가 표시된다.
도 5는 일부 실시형태에 따른 의료 기기의 3D 궤적을 계획하고 실시간으로 업데이트하기 위한 방법에서 단계들의 흐름도를 도시한다.
도 6은 일부 실시형태에 따른 피험자의 이미지에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하기 위한 방법에서 단계들의 흐름도를 도시한다.
도 7a는 계획 및 업데이트된 3D 궤적에 따라 의료 기구(바늘)를 조종하여 표적(폐 분기점)에 도달한 돼지의 폐 CT 이미지(좌우 패널)를 도시한다.
도 7b는 계획되고 업데이트된 3D 궤적을 기반으로, 내부에 의료 기구(바늘)가 삽입되어 표적에 조종된 돼지의 신장 조직의 CT 이미지(좌우 패널)를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 CT 스캔에서 의료 기기의 팁 및 그 표시된 실제 위치의 클로즈업 뷰를 도시한다.

첨부된 설명 및 도면을 참조하면 본 명세서의 교시의 원리, 용도 및 구현을 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 여기에 있는 설명 및 도면을 정독하면, 당업자는 과도한 노력이나 실험 없이 여기의 교시를 구현할 수 있을 것이다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 부분을 지칭한다.

다음 설명에서, 본 발명의 다양한 측면이 설명될 것이다. 설명의 목적을 위해, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항이 제시된다. 그러나 본 발명이 여기에 제시되는 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것도 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 특징들은 생략되거나 단순화될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 피험자의 신체에 의료 기기를 삽입하고 조종하기 위한 시스템, 장치 및 방법이 제공되며, 여기서 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 조종은 피험자의 신체 내에서 의료 기기(특히 의료 기기의 단부 또는 팁)의 3D 궤적의 계획 및 실시간 업데이트를 기반으로 하여, 가장 효율적이고 안전한 경로로, 피험자의 신체 내부의 내부 표적 부위에 팁이 안전하고 정확하게 도달하게 한다. 추가 실시형태에서, 다양한 관련 의료 절차의 효율성, 안전성 및 정확성을 증가시키기 위해, 신체 내에서 의료 기기 팁의 실제 위치를 정확하게 결정할 수 있는 시스템, 장치 및 방법이 제공된다.

일부 실시형태에서 의료 기기를 피험자의 신체에 삽입하고 조종하기 위한 의료 기기는 적절한 자동화 장치를 포함할 수 있다. 자동 조종 장치는 원하는 이동 각도 또는 축 중 어느 하나로 엔드 이펙터(제어 헤드)의 이동을 허용하거나 제어하는 임의의 유형의 적당한 조종 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 자동 삽입 및 조종 장치는 3 이상의 자유도, 4 이상의 자유도, 또는 5 이상의 자유도(DOF: degree of freedom)를 가질 수 있다.

일부 실시형태에 따라 실시간으로 업데이트될 수 있는 계획된 3D 궤적에 기초하여 피험자의 신체에 의료 기기를 삽입하고 조종하기 위한 예시적인 장치의 개략도를 나타내는 도 1a를 참조한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 삽입 및 조종 장치(2)는 그 내부에 조종 기구의 적어도 일부를 수용하는 하우징("커버"라고도 함)(12)을 포함할 수 있다. 조종 메커니즘은 적어도 하나의 이동 가능한 플랫폼(도시되지 않음) 및 예를 들어, Arnold 등에게 공동 소유된 미국 특허 출원 공개 번호 제2019/290,372호에 개시된 바와 같이 원하는 이동 각도 또는 축에서 엔드 이펙터("제어 헤드"라고도 함)(4)의 이동을 허용하거나 제어하도록 구성된 적어도 2개의 가동 암(6A, 6B)을 포함할 수 있다. 미국 특허 출원 공개 번호 제2019/290,372호는 참조로 본 명세서에 포함된다. 가동 암(6A, 6B)은 피스톤 기구로서 구성될 수 있다. 제어 헤드(4)의 단부(8)에, 적절한 의료 기기(도시되지 않음)가 직접적으로 또는 Galili 등이 공동 소유하는 미국 특허 출원 공개 번호 제2017/258,489호에 개시된 삽입 모듈과 같은 적절한 삽입 모듈에 의해 연결될 수 있다. 미국 특허 출원 공개 번호 제2017/258,489호는 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 의료 기기는 지정된 표적에 도달하기 위해 피험자의 신체 내에서 삽입 및 조종될 수 있는 임의의 적절한 기기일 수 있으며, 여기서 의료 기기의 작동 및 움직임의 제어는 제어 헤드(4)에 의해 수행된다. 제어 헤드(4)는 본 명세서에 상세하게 설명된 바와 같이 적절한 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 의료 기기는 바늘, 프로브(예를 들어, 절제 프로브), 포트, 유도기, 카테터(배액 바늘 카테터와 같은), 캐뉼러, 수술 도구, 유체 운송 도구 또는 진단 및/또는 치료 목적을 위해 피험자의 신체에 삽입되도록 구성된 임의의 다른 적절한 삽입 가능한 도구들로부터 선택될 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시형태에서 의료 기기는 의료 기기의 원위 단부(즉, 피험자의 신체에 삽입되는 단부)에 팁을 포함한다.

일부 실시형태에서, 장치(2)는 하나 이상의 축 및 각도를 따라 의료 기기의 움직임을 작동 및 제어할 때 복수의 자유도(DOF)를 가질 수 있다. 예를 들어, 장치는 최대 6개의 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 장치는 5개 이상의 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 장치는 전후좌우 선형 평행 이동, 전후좌우 회전 및 피험자의 신체를 향한 길이방향 병진을 포함하여 5개의 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 장치는 위에 설명된 5개의 자유도에 추가로 길이 방향 축에 대한 의료 기기의 회전을 포함하는 6개의 자유도를 가질 수 있다.

일부 실시형태에서, 장치는 피험자의 신체 위에 또는 가까이에 장치를 배치할 수 있는 베이스(10)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 장치는 피험자의 신체에 직접 부착되거나 적절한 장착 표면을 통해 부착될 수 있다. 일부 실시형태에서, 장치는 Arnold 등에게 공동 소유된 미국 특허 출원 공개 번호 제2019/125,397호에 개시된 장착 베이스 또는 Galili 등이 공동 소유하는 국제 특허 출원 공개 번호 WO 2019/234748호에 개시된 부착 프레임과 같은 장착 장치에 결합되어 대상의 신체에 부착될 수 있다. 이 두 문헌 모두는 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. 일부 실시형태에서, 장치는 환자의 침대에 고정된 전용 암(고정식, 로봇식 또는 반-로봇식) 또는 베이스, 환자의 침대에 인접하게 위치한 카트 또는 촬상 장치(촬상 장치가 사용되는 경우)에 결합/부착될 수 있고, 예를 들어 Glozman 등에게 허여된 미국 특허 번호 제10,507,067호 및 제10,639,107호에 설명된 바와 같이 피험자의 신체 또는 신체에 매우 근접하게 유지될 수 있다. 이 두 문헌은 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.

일부 실시형태에서, 장치는 의료 기기를 삽입하고 조종할 때 장치(2)의 제어된 작동을 허용하는 전자 부품 및 모터(미도시)를 더 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 장치는 하나 이상의 인쇄 회로 기판(PCB)(도시되지 않음) 및 전기 케이블/와이어(도시되지 않음)를 포함하여 컨트롤러(아래에서 도 2와 관련하여 설명됨)와 장치의 모터 그리고 장치의 다른 전자부품 사이의 전기적 연결을 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하우징(12)은 장치(2)의 기계적 및 전자 부품을 커버하고, 전자 부품이 손상되거나 그렇지 않으면 기능을 제대로 발휘하지 못하는 것을 적어도 부분적으로 방지한다.

일부 예시적인 실시형태에서, 장치는 이미지 유도 방식으로 장치를 이미지 공간에 등록하기 위해 등록 요소(11A 및 11B)와 같이 장치(2)의 특정 위치에 배치된 기준 마커(또는 "등록 요소")를 더 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 장치는 자동화된다(즉, 로봇). 일부 실시형태에서, 의료 기기는 장치(2)에 분리 가능하게 결합하도록 구성되어, 장치가 새로운 의료 기기와 함께 반복적으로 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 자동화 장치는 일회용 장치, 즉 1회 사용 후 폐기되도록 의도된 장치이다. 일부 실시형태에서, 의료 기구는 일회용이다. 일부 실시형태에서, 의료 기구는 재사용이 가능하다.

일부 예시적인 실시형태에 따르면, 계획된 및/또는 실시간 업데이트된 3D 궤적에 기초하여 피험자의 신체의 내부 표적에 의료 기기를 삽입하고 조종하는 자동화 장치가 제공되어, 의료 기기의 팁이 원하는 내부 표적에 도달할 수 있게 한다. 여기서 이 장치는 예를 들어, (i) 적어도 하나의 이동 가능한 플랫폼; (ii) 각각의 피스톤 기구가 실린더, 적어도 일부가 실린더 내에 위치하는 피스톤, 피스톤을 실린더 안팎으로 제어 가능하게 추진하도록 구성된 구동 메커니즘을 포함하는 하나 이상의 피스톤 기구, 및 (iii) 의료 기기에 길이 방향 운동을 부여하도록 구성된 삽입 메커니즘을 포함한다. 일부 실시형태에서, 피스톤의 원위 단부는 공통 조인트에 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서, 실린더, 피스톤 및 공통 조인트는 모두 실질적으로 단일 평면에 위치될 수 있으며, 이에 따라 위에서 언급한 미국 특허 출원 공개 번호 제2019/290,372호에 개시된 바와 같이 장치의 제어 헤드 및 의료 기기를 위한 더 큰 각도 운동 및 더 큰 작업 공간을 허용한다.

일부 실시형태에 따르면, 장치(2)는 하나 이상의 센서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 센서는 힘 센서일 수 있다. 일부 실시형태에서, 장치는 힘 센서를 포함하지 않는다. 일부 실시형태에 따르면, 장치는 예를 들어 피험자의 신체에서 선택된 진입점에 위치한 가상의 원격 모션 센터를 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 장치(2)는 의료 기기의 계획되고 업데이트된 3D 궤적에 기초하여 피험자의 신체에 의료 기기를 삽입하고 조종하기 위한 시스템과 함께 작동 가능할 수 있다. 일부 실시형태에서, 시스템은 본 명세서에 개시된 바와 같은 조종 및 삽입 장치(2) 및 장치의 작동 매개변수를 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.

일부 실시형태에서, 시스템은 예를 들어 의료 기기의 3D 궤적의 결정/계획, 3D 궤적의 실시간 업데이트, 이미지 처리 등을 포함하는 다양한 계산과 조작을 위해 사용되는 하나 이상의 적당한 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 시스템은 결정되고 업데이트된 3D 궤적, 하나 이상의 획득된 이미지 또는 이미지 세트 또는 이미지 세트로부터 생성된 이미지 뷰(이들 사이에서 사용자는 스크롤 가능), 작동 매개변수 등을 표현할 수 있게 하는 디스플레이(모니터)를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서는 컴퓨터(PC, 랩톱, 태블릿, 스마트폰, 또는 임의의 다른 프로세서 기반 장치와 같은)의 형태로 구현될 수 있다. 일부 실시형태에서, 시스템은 (버튼, 스위치, 키, 키보드, 컴퓨터 마우스, 조이스틱, 터치 감지 스크린, 확장 현실(가상 현실, 증강 현실 및/또는 혼합 현실의 형태와 같은) 사용자 인터페이스 안경, 헤드셋 또는 고글 등을 추가로 포함할 수 있다. 디스플레이 및 사용자 인터페이스(132)는 2개의 개별 구성요소일 수 있거나 함께 단일 구성요소를 형성할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 프로세서는(예를 들어, 컴퓨터의 일부로서) 다음 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있다: 의료 기기가 표적에 도달하기 위한 3D 궤적(경로)을 결정(계획); 3D 궤적을 실시간으로 업데이트; 실행 가능한 명령을 (직접적으로 또는 하나 이상의 컨트롤러를 통해) 장치에 제공함으로써 미리 계획된 및/또는 업데이트된 3D 궤적에 기초하여 의료 기기의 이동(조종 및 삽입)을 제어; 필요한 보상 계산을 수행함으로써 의료 기기의 실제 위치를 결정; 촬상 시스템으로부터 획득한 이미지들 또는 한 세트의 이미지로부터 생성된 이미지-뷰들을 수신, 처리 및 디스플레이 상에서 시각화; 기타 또는 이들의 임의의 조합.

일부 실시형태에서, 시스템은 X선 형광투시법, CT, 콘 빔 CT, CT 형광투시법, MRI, 초음파, 또는 임의의 다른 적합한 촬상 기법을 포함하지만 이에 제한되지 않는 촬상 시스템과 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 의료 기기의 계획되고 실시간 업데이트된 3D 궤적에 기초한 의료 기기의 삽입 및 조종은 이미지-유도(image-guided) 된다.

일부 실시형태에 따르면, 의료 기기(특히, 의료 기기의 팁)의 계획된 3D 궤적은 특히 진입점, 표적 및 선택적으로 사용자가 획득한 이미지들 중 적어도 하나에 표시하는 경로(장애물)를 회피할 영역과 같은 사용자로부터의 입력에 기초하여 계산될 수 있다. 일부 실시형태에서, 프로세서는 표적, 장애물 및/또는 삽입점/진입점을 식별하고 표시하도록 추가로 구성될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 시스템은 삽입 및 조종 장치의 움직임과 피험자의 신체 내에서 표적을 향한 의료 기기의 조종을 제어하는 컨트롤러(예를 들어, 로봇 컨트롤러)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러의 적어도 일부는 장치 및/또는 컴퓨터 내에 내장될 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러는 별도의 구성요소일 수 있다.

이제 일부 실시형태에 따라, 의료 기기 팁의 계획되고 실시간 업데이트된 궤적에 기초하여 의료 기기의 삽입 및 조종을 위한 시스템의 제어 유닛(워크스테이션)(20)을 개략적으로 도시하는 도 1b를 참조한다. 제어 유닛(20)은 디스플레이/모니터(22) 및 유저 인터페이스(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 제어 유닛은 상기 컨트롤러는 프로세서(예를 들어, PC 형태)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 제어 유닛(20)은 삽입 및 조종 장치의 움직임 및 피험자의 신체 내에서 표적을 향한 의료 기기의 조종을 제어하는 컨트롤러(예를 들어, 로봇 컨트롤러)를 더 포함할 수 있다. 제어 유닛/워크스테이션은 휴대용일 수 있다(예를 들어, 이동식 플랫폼(24)을 갖거나 그 위에 배치됨). 상술한 바와 같이, 제어 유닛은 삽입 및 조종 장치와 물리적으로 및/또는 기능적으로 상호 작용하여 장치의 작동을 결정 및 제어하도록 구성된다.

이제 일부 실시형태에 따라 궤적 계획을 개략적으로 예시하는 도 2를 참조한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 궤적(52)은 진입점(56)과 내부 표적(58) 사이에서 계획된다. 계획되는 궤적(52)은 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 변수를 고려한다: 삽입될 의료 기구의 유형, 의료 기기의 치수(예를 들어, 길이, 게이지), 의료 기기가 관통하여 삽입되는 조직, 표적의 위치, 표적의 크기, 삽입 지점, 삽입 각도 등 또는 이들의 임의의 조합. 일부 실시형태에서, 경로를 따라 식별될 수 있고, 이웃 조직 및/또는 의료 기기에 대한 손상을 방지하기 위해 피해야 하는 다양한 장애물(장애물 60A-60C로 표시됨)이 궤적을 결정할 때 추가로 고려된다. 일부 실시형태에 따르면, 안전 마진(54)이 계획된 궤적(52)을 따라 표시되어, 궤적(52)과 도중에 잠재적인 장애물 사이의 최소 거리를 보장한다. 안전 마진의 폭은 궤적(52)에 대해 대칭일 수 있다. 안전 마진의 폭은 궤도(52)에 대해 비대칭일 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 안전 마진(54)의 폭은 사전 프로그래밍된다. 일부 실시형태에 따르면, 안전 마진의 폭은 기계 학습 기능을 사용하여 이전 절차에서 얻은 데이터를 기반으로 프로세서에 의해 권장될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 안전 마진(54)의 폭은 사용자에 의해 결정 및/또는 조정될 수 있다. 도 2에 추가로 도시된 것은 삽입 및 조종 장치의 단부(예를 들어, 제어 헤드)(50)이며, 의료 기기(도 2에 도시되지 않음)가 결합되어 그 위치와 방향을 나타내기 위해 모니터에 가상으로 표시된다. 도 2에 도시된 궤적은 평면 궤적(즉, 2차원)이며, 이를 도 2에 도시된 궤적의 평면에 수직인 평면에서 계획될 수 있는 제2 평면 궤적과 중첩시켜 3D 궤적을 결정하는 데 사용할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 본 명세서에 상세히 설명된 바와 같이, 3차원 궤적을 형성하기 위해 중첩되는 2개의 평면 각각에 대한 경로를 결정함으로써, 계획되는 3D 궤적 및/또는 업데이트되는 3D 궤적이 계산될 수 있다. 일부 실시형태에서, 2개의 평면은 서로 수직일 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 의료 기기의 조종은 3D 공간에서 수행되고, 조종 명령은 3차원 공간에서 조종을 형성하기 위해 중첩되는 2개의 평면 각각에서 결정된다. 일부 실시형태에서, 계획된 3D 궤적 및/또는 업데이트된 3D 궤적은 2개의 평면 각각에 대한 경로를 계산한 다음 2개의 평면 궤적을 중첩하여 3차원 궤적을 형성함으로써 계산될 수 있다. 일부 실시형태에서, 계획된 3D 궤적 및/또는 업데이트된 3D 궤적이 3D 궤적을 형성하기 위해 적어도 부분적으로 중첩될 수 있는 2개의 평면에서 계산될 수 있다. 일부 실시형태에서, 계획된 3D 궤적 및/또는 업데이트된 3D 궤적이 여러 교차 평면에서 계산된 2D 궤적의 조합 또는 중첩에 기초하여 계산될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 3D 궤적은 선형 궤적 또는 임의의 적절한 정도의 곡률을 갖는 비선형 궤적을 포함하는 임의의 유형의 궤적을 포함할 수 있다.

일부 실시형태에 따라 CT 이미지 뷰에서 표적을 향한 의료 기기의 삽입 및 조종을 위한 예시적인 3D 궤적 계획을 보여주는 도 3a 내지 도 3d를 참조한다. 도 3a는 좌측 패널에 축 평면도를 묘사하고, 우측 패널에 시상 평면도를 묘사하는 피험자의 CT 이미지 뷰이다. 또한 내부 표적(104)과 삽입 및 조종 장치(100)가 도면에 표시되어 있다. 또한 의료 기기가 피해야 하는 장애물로 식별될 수 있는 척추(106)도 표시되어 있다. 도 3a의 CT 이미지 뷰를 나타내는 도 3b에 삽입점(102)이 표시되어 있다. 결과적으로, 일부 실시형태에 따르면, 진입점(102)과 내부 표적(104) 사이의 선형 궤적(108)이 계산되어 2개의 뷰(예를 들어, 축 평면도 및 시상 평면도) 각각에 표시된다. 일반적으로 선형 궤적이 선호되므로 표시된 선형 궤적이 잠재적인 장애물에 근접하지 않으면 선형 궤적이 삽입 절차에 대한 계획된 궤적으로 결정된다. 도 3c에서, 척추(106)의 가로돌기(110)는 계산된 선형 궤적에 매우 근접하여 검출되고, 이 예에서 축 평면도 상에서 식별되고 표시되어, 절차의 궤적을 계획할 때 장애물을 고려할 수 있도록 한다. 도 3d에서, 궤적이 다시 계산되어 장애물(110)과의 접촉을 피할 수 있는 비선형 궤적(108')이 된다. 일부 실시형태에 따르면, 계획된 궤적은 수동으로나 자동으로 잠재적인 장애물이 이미지-뷰에 표시될 때까지 또는 사용자가 잠재적인 장애물이 없음을 확인할 때까지 및/또는 사용자가 수동으로 궤적 계산을 시작할 때까지 계산되지 않는다. 그러한 실시형태에서, 비선형 궤적을 필요로 하는 장애물이 있는 경우, 도 3b의 선형 궤적(108)과 유사한 중간 선형 궤적이 계산 및/또는 표시되지 않는다. 일부 실시형태에 따르면, 비선형 궤적의 계산을 위해 최대 허용 곡률 수준이 미리 설정될 수 있다. 최대 곡률 임계 값은 예를 들어 궤적 매개변수(예를 들어, 진입점과 표적 사이의 거리) 및 절차에 사용하려는 기구의 유형 및 그 특성(예를 들어, 유형, 직경(게이지) 등)에 종속할 수 있다. 2개의 계산된 비선형 2D 궤적이 중첩되어 진입점(102)에서 표적(104)으로 의료 기기를 조종하는 데 사용되는 비선형 3D 궤적을 형성할 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 계획된 3D 궤적이 의료 기기(예를 들어, 의료 기기의 팁)의 실시간 위치 및/또는 표적 및/또는 장애물(들)의 실시간 위치에 기반하여 실시간으로 업데이트될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 표적(104), 삽입점(102) 및 선택적으로 장애물(들)(110)은 사용자에 의해 수동으로 표시된다. 다른 실시형태에 따르면, 프로세서는 표적, 삽입점 및 장애물 중 적어도 하나를 식별하고 표시하도록 구성될 수 있고, 선택적으로 사용자가 프로세서의 제안된 표시를 확인하거나 조정하도록 프롬프트될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 표적 및/또는 장애물(들)이 이전 절차에서 얻은 데이터를 기반으로 알려진 이미지 처리 기술 및/또는 기계 학습 도구(알고리즘)를 사용하여 식별될 수 있으며, 획득한 이미지에만 기초하여 진입점이 제안될 수 있거나 또는 대안적으로 또는 추가로 기계 학습 기능을 사용하여 이전 절차에서 얻은 데이터에 기초하여 진입점이 제안될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 궤적은 획득된 이미지 및 진입점, 표적 및 선택적으로 장애물(들)의 표시된 위치에만 기초하여 계산될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 궤적은 기계 학습 기능을 사용하여 이전 절차에서 얻은 데이터에도 기반하여 계산될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 일단 계획된 궤적이 결정되면, 궤적을 따른 체크포인트가 설정될 수 있다. 체크포인트는 사용자에 의해 수동으로 설정될 수 있거나, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 프로세서에 의해 자동으로 설정될 수 있다.

비록 축 방향 뷰 및 시상면 뷰가 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있지만, 상이한 평면 또는 방향(예를 들어, 관상, 유사 축, 유사 시상, 유사 관상 등) 또는 추가로 생성된 뷰(예를 들어, 궤적 뷰, 도구 뷰, 3D 뷰 등)에 관한 뷰가 궤적 계획 및/또는 업데이트를 수행 및/또는 표시하기 위해 사용될 수 있다.

이제 의료 기기의 업데이트된 궤적에 따라 내부 표적에 도달하는 팁을 갖는 신체 내부에 삽입되고 조종되는 의료 기기를 보여주는 피험자의 CT 이미지를 보여주는 도 4를 참조한다. 여기서, 업데이트된 궤적은 표적의 실시간 위치를 기반으로 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 의료 기구(160)는 삽입 및 조종 장치(150)에 의해 삽입 및 조종된다. 의료 기구(160)(예를 들어, 유도기 또는 바늘)는 진입점(152)으로부터 삽입되어 3D 궤적을 따라 표적을 향해 조종된다. 계획된 궤적은 의료 기기가 초기 위치(161)에서 표적에 도달할 수 있도록 계산되었다. 그러나 의료 기기의 팁(164)을 표적의 실제의, 실시간 위치(162)로 정확하게 조정할 수 있도록, 3차원 궤적이 실시간으로 업데이트되어 표적의 실시간 위치(162)의 변화를 반영한다.

일부 실시형태에 따라 피험자의 신체 내부 표적에 대한 의료 기기의 3D 궤적을 계획하고 업데이트하기 위한 방법의 단계를 도시하는, 도 5를 참조한다. 단계 200에서, 피험자의 신체 상의 삽입점으로부터 내부 표적까지 의료 기기의 3D 궤적이 계획된다. 일부 실시형태에서, 계획된 3D 궤적을 형성하기 위해 2개의 평면 각각에 대한 경로를 계획하고 이들의 교차선에서 상기 평면들 상의 2개의 2D 경로를 중첩함으로써 계획된 3D 궤적이 획득될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 2개의 평면은 수직이다. 계획된 경로는 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 매개변수를 고려할 수 있다. (CT, CBCT, MRI, X선, CT 형광투시장치, 초음파 등과 같은) 영상화 장치의 유형, 삽입점, 삽입 각도, 조직(들) 유형, 내부 표적의 위치, 표적의 크기, 경로상의 장애물, 이정표(의료 기기가 통과해야 하는 "2차 표적") 등 또는 이들의 조합. 일부 실시형태에서, 이정표 지점 중 적어도 하나는 피벗 포인트 즉 조직에 대한 최소 압력을 유지하기 위해 (이것이 궤적의 다른 부분에서 기기의 더 큰 편향을 야기하는 경우에도) 의료 기기의 편향이 방지되거나 최소로 되는 궤적을 따라 미리 정의된 지점일 수 있다. 일부 실시형태에서, 계획된 궤적은 이들 파라미터 중 하나 이상에 기초한 최적의 궤적이다.

다음으로, 단계 202에서, 의료 기기는 지정된(선택된) 진입점에서 피험자의 신체에 삽입되고, 계획된 3D 궤적에 따라 미리 결정된 표적을 향해 (3D 공간에서) 조종된다. 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 의료 기기의 삽입 및 조종은 예를 들어 도 1a의 장치(2)와 같은 삽입 및 조종을 위한 자동화된 장치에 의해 촉진된다.

단계 204에서, 의료 기기(예를 들어, 의료 기기의 팁)의 실시간 위치/지점 및/또는 의료 기기의 실시간 3D 실제 궤적(즉 이동 또는 조정) 및/또는 하나 이상의 장애물들의 실시간 위치 및/또는 궤적을 따라 새로 식별된 하나 이상의 장애물의 위치 및/또는 하나 이상의 이정표 지점("2차 목표")의 실시간 위치 및/또는 표적의 실시간 위치가 결정된다. 각 가능성은 별도의 실시형태이다. 일부 실시형태에서, 상기 중 임의의 것의 결정은 사용자에 의해 수동으로 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 중 임의의 것의 결정은 하나 이상의 프로세서에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 후자의 경우, 결정은 예를 들어 적절한 이미지 프로세싱 기술 및/또는 기계 학습(또는 딥 러닝) 알고리즘을 사용하여 이전 절차(이전에 수행된 절차들)의 사용을 포함하는 당 업계에 공지된 임의의 적당한 방법에 의해 수행될 수 있다. 단계 204는 팁의 실제 위치를 결정하기 위해 이미징 아티팩트로 인한 편차를 보상하기 위해 의료 기기의 팁의 결정된 위치를 수정하는 단계를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 3D 궤적을 업데이트하기 전에 팁의 실제 위치를 결정하면 일부 실시형태에서 절차의 정확도를 크게 높일 수 있다. 필요한 보상을 계산하여 팁의 실제 위치를 결정하는 것은 아래에서 더 자세히 설명하고 예시한 대로 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 결정은 임의의 공간적 및/또는 시간적 분포/패턴에서 수행될 수 있고, 연속적이거나 임의의 시간(시간적) 또는 공간(공간적) 간격으로 이루어질 수 있다. 일부 실시형태에서, 절차는 절차의 처리, 결정, 변경 및/또는 승인의 지속을 허용하기 위해 시공간적 간격으로 중단될 수 있다. 예를 들어, 결정은 하나 이상의 체크포인트에서 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 체크포인트는 미리 결정되고 및/또는 조종 절차 중에 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 체크포인트는 공간 체크포인트(예를 들어, 특정 조직, 특정 영역, 궤적을 따른 길이 또는 위치 예를 들어, 20-50㎜마다) 등)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 체크포인트는 시간적 체크포인트, 즉 절차 동안 지정된 시점에서(예를 들어, 2-5초마다) 수행되는 체크포인트일 수 있다. 일부 실시형태에서, 체크포인트는 공간적 및 시간적 체크포인트 모두를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 체크포인트는 계획된 3D 궤적을 따라 본질적으로 유사한 거리에서 진입점으로부터의 첫 번째 체크포인트 및 표적으로부터의 마지막 체크포인트를 포함하여 이격될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 체크포인트는 사용자에 의해 수동으로 설정될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 체크포인트는 획득된 이미지 및 계획된 궤적 및/또는 기계 학습 기능을 사용하여 이전 절차로부터 획득된 데이터에 기반하여 이미지 처리 또는 컴퓨터 비전 알고리즘을 사용하여 프로세서에 의해 자동으로 설정될 수 있다. 그러한 실시형태에서, 사용자는 프로세서에 의해 추천된 체크포인트를 확인하거나 그들의 위치/타이밍을 조정하도록 요구될 수 있다. 체크포인트 사이의 상한 및/또는 하한 간격 임계 값이 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 체크포인트는 예를 들어 약 20㎜ 간격으로 프로세서에 의해 자동으로 설정될 수 있으며, 사용자는 이들 두 체크포인트 사이(또는 진입점과 제1 체크포인트 사이 및/또는 최종 체크포인트와 표적 사이)의 거리를 조정할 수 있어서, 이들 사이의 최대 거리가 예를 들어 약 30㎜ 및/또는 이들 사이의 최소 거리가 약 3㎜가 되게 할 수 있다. 위의 매개변수 중 하나의 실시간 위치 또는 적어도 표적의 실시간 위치가 결정되면, 위에서 언급한 매개변수 중 하나 이상이 초기/예상 위치 및 /또는 계획된 3D 궤적으로부터 편차가 있는지 여부 그리고 편차가 결정되면, 단계 206에서 3D 궤적이 업데이트된다. 편차는 위에서 상세히 설명한 바와 같이 이전 시점 또는 공간 지점과 비교하여 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 언급된 파라미터 중 하나 이상에서 편차가 검출되면, 편차가 임계 값을 초과하는지를 결정하기 위해 편차가 각각의 임계 값과 비교된다. 임계 값은, 예를 들어, 설정 값 또는 값의 변화를 반영하는 백분율일 수 있다. 임계 값은 사용자에 의해 결정될 수 있다. 임계 값은 예를 들어 이전 절차에서 수집된 데이터 및 기계 학습 알고리즘을 사용하여 프로세서에 의해 결정될 수 있다. 편차가 감지되거나 감지된 편차가 설정된 임계 값을 초과하는 경우 두 평면(예를 들어, 서로 수직인 평면들) 각각에서 필요한 변경에 따라 경로를 업데이트한 후, 업데이트된 두 평면의 2D 경로를 중첩하여 3D 궤적을 업데이트할 수 있다. 일부 실시형태에서, 2개의 평면 각각에 대한 업데이트된 경로는 예를 들어 운동학 모델을 이용하는 것을 포함하는 임의의 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 의료 기기의 실시간 위치가 기기가 계획된 3D 궤적에서 벗어났음을 나타내는 경우, 사용자는 계획된 궤적을 따르는 체크포인트 중 하나 이상을 추가 및/또는 재배치하여 기기가 다시 계획된 궤적을 향하게 할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서는 체크포인트(들)를 추가 및/또는 재배치하도록 사용자에게 프롬프트할 수 있다. 일부 실시형태에서, 프로세서는 새로운 및/또는 재배치된 체크포인트에 대한 특정 위치(들)를 사용자에게 추천할 수 있다. 이러한 추천은 이미지 처리 기술 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 생성될 수 있다.

단계 208에 상세히 설명된 바와 같이, 의료 기기의 조종이 업데이트된 3D 궤적에 따라 3D 공간에서 계속되어 의료 기기의 팁이 내부 표적(및 필요한 경우에는 궤적을 따른 2차 표적)에 도달하는 것을 용이하게 한다. 위에서 언급한 매개변수의 편차가 감지되지 않으면, 의료 기기의 조종이 계획된 3D 궤적에 따라 계속될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

단계 210에 나타낸 바와 같이, 단계 204 내지 208은 의료 기기의 팁이 내부 표적에 도달할 때까지 또는 사용자가 절차를 종료할 때까지 임의의 횟수 동안 반복될 수 있다. 일부 실시형태에서, 단계 204 내지 208의 반복 횟수는 미리 결정되거나 절차가 진행되는 중에 실시간으로 결정될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 단계(또는 하위 단계) 중 적어도 일부는 자동으로 수행된다. 일부 실시형태에서, 단계(또는 하위 단계) 중 적어도 일부는 사용자에 의해 수동으로 수행될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 하나 이상의 단계가 자동으로 수행된다. 일부 실시형태에 따르면, 하나 이상의 단계는 수동으로 수행된다. 일부 실시형태에 따르면, 하나 이상의 단계는 수동으로 감독되고, 사용자에 의해 승인된 후에 진행할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 3D 궤적 계획은 동적 계획(dynamic planning), 변화(예를 들어, 예측된 표적 변경), 어려움(예를 들어, 민감한 영역), 장애물(예를 들어, 원하지 않는 조직), 이정표 등을 자동으로 예측할 수 있게 하고, 및 그에 따라 의료 기기의 조종을 완전 자동화 또는 적어도 반자동 방식으로 조정하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 동적 계획은 임의의 단계를 진행하기 전에 사용자의 확인을 얻기 위해 사용자에게 계획된 및/또는 업데이트된 3D 궤적을 제안한다. 일부 실시형태에 따르면, 3D 궤적 계획은 예를 들어 Shochat 등이 공동 소유한 미국 특허 제10,245,110호에 기재되어 있듯이 호흡하는 동안에 신체 움직임으로 인한 표적, 장애물 등의 위치의 예상되는 주기적 변화를 고려하는 동적 계획이다. 상기 문헌은 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. 이러한 동적 계획은 피험자의 적어도 하나의 호흡 주기 동안 얻은 이미지 세트(예를 들어, CT 시스템 사용) 또는 피험자의 적어도 하나의 호흡 주기 동안 생성된 비디오(예를 들어, CT 형광투시 시스템 또는 연속 촬상이 가능한 기타 촬상 시스템 사용)를 기반으로 할 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 표적에 대한 의료 기기의 조종은 3D 공간에서 의료 기기(예를 들어, 의료 기기의 팁)가 계획된 3D 궤적을 실시간으로 따르도록 지시함으로써 달성된다. 3D 궤적은 필요에 따라 절차 중에 실시간으로 업데이트될 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, "실시간 3D 궤적(real-time 3D trajectory)"이라는 용어는 피험자의 신체에서 의료 기기의 실제 이동/조종/전진에 관한 것이다.

일부 예시적인 실시형태에 따르면, 본 명세서에 개시된 시스템을 사용하여 3D 궤적을 계획하고 업데이트하는 것은 임의의 적합한 촬상 장치(imaging device)를 사용하여 수행된다. 일부 실시형태에서, 촬상 장치는 CT 촬상 장치이다. 일부 실시형태에서, 3D 궤적의 계획 및/또는 실시간 업데이트는 절차 전 및/또는 절차 중에 획득된 대상의 CT 이미지에 기초하여 수행된다.

일부 실시형태에 따르면, 절차에서 다양한 촬상 방식을 사용할 때, 의료 기기 팁의 실제 위치를 식별하는 데 고유한 어려움이 발생할 수 있다. 일부 실시형태에서, 도구의 정확한 방향 및 위치는 고정밀 조종을 위해 중요하다. 또한, 팁의 실제 위치를 파악하여 사용자가 정의한 목표치 이상으로 의료 기기가 삽입되지 않아 안전성이 향상된다. 촬상 기법, 조직 및 의료 기기의 유형에 따라 팁의 실제 위치를 흐리게 하는 아티팩트가 발생할 수 있다.

예를 들어, CT 영상화를 사용할 때, 빔 경화로 인한 줄무늬 및 어두운 띠가 발생할 수 있으며, 이로 인해 스캔된 기기의 끝에 "어두운" 마진이 생긴다. 의료 기기의 끝 부분에 있는 복셀은 실제 매체 또는 인접 물체가 일반적으로 더 높은 강도 수준을 가질지라도 매우 낮은 강도 수준을 가질 수 있다. 또한 의료 기기의 가시적인 경계가 실제 경계를 넘어 확장되는 PSF(Point Spread Function)가 발생할 수 있다. 이러한 아티팩트는 대상물의 재질, 크기 및 스캔 매개변수(FOV, 빔 전력 값) 및 재구성 매개변수(커널 및 기타 필터)뿐만 아니라 CT에 대한 의료 기기 각도에 따라 달라질 수 있다.

따라서 의료 기기의 종류, 촬상 기법 및/또는 조직에 따라 팁 위치가 육안으로 쉽게 감지되지 않을 수 있으며 경우에 따라 결정이 2-3㎜ 이상 크게 벗어날 수 있다.

따라서 일부 실시형태에 따르면, 팁의 실제 위치를 결정하기 위해 이러한 아티팩트 및 부정확성을 보상할 필요가 있다.

이제 일부 실시형태에 따라 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하기 위한 방법의 단계를 상세히 설명하는 도 6을 참조한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 단계 300에서, 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 하나 이상의 이미지가 획득된다. 예를 들어, 이미지는 CT 이미지이거나 초음파, MRI 등과 같은 임의의 다른 적절한 촬상 기법을 사용하여 획득된 이미지일 수 있다. 단계 302에서 의료 기기는 하나 이상의 이미지에서 검출되며, 이에 의해 팁 위치를 정확하게 알지 못하게 된다. 단계 304에서, 검출된 의료 기기의 단부가 정의된다. 보상이 수행되어야 하는 의료 기기 상의 또는 의료 기기를 따르는 상대 지점을 결정하기 위해, 의료 기기의 단부를 정의할 때 의료 기기 개체의 중심선을 따라 의료 기기와 주변 환경 사이의 복셀 강도의 최대 기울기를 고려할 수 있다. 그 다음에는 촬상 시스템의 좌표계에 대한 기기의 방향 및/또는 위치가 계산되는 단계 306이 뒤따른다. 예를 들어, 활용된 촬상 기법이 CT 시스템인 경우, CT의 오른쪽-왼쪽 축에 대한 기기의 각도가 계산될 수 있다. 다음으로 단계 308에서, 실제 의료기기 팁의 위치를보정하기 위한 적절한 보상 값을 결정한다. 일부 실시형태에서, 보상 값은 위에서 언급된 촬상, 조직 및/또는 의료 도구 매개변수 중 임의의 것에 기초하여 획득될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 보상 값은 적절한 룩-업 테이블로부터 획득될 수 있다. 일부 실시형태에서, 보상 값은 양수(실제 팁 위치가 의료 기기의 가시적인 단부를 지나치는 경우) 또는 음수(실제 팁 위치가 기구의 가시적인 단부보다 이전인 경우)일 수 있다. 따라서, 단계 310에서, 팁의 실제 위치는 상기 결정된 보상/수정에 의해 그에 따라 결정된다.

일부 실시형태에 따르면, 팁의 실제 위치의 결정은 팁의 실제 3D 위치의 결정을 초래하도록 수행되며, 이는 선택적으로 사용자에게 더 제시될 수 있다. 일부 실시형태에서 팁의 실제 위치 결정은 2개의 평면(일부 실시형태에서는 수직일 수 있음)에서 2D로 수행될 수 있으며, 결정된 두 위치는 팁의 실제 3D 위치를 제공하기 위해 중첩된다.

선택적 단계 312에서, 의료 기기의 3D 궤적을 업데이트할 때 팁의 결정된 실제 위치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 팁의 실제 위치를 결정하는 것은 위에서 도 5에 설명된 방법의 단계 204를 적어도 부분적으로 구현하는 것일 수 있다.

일부 실시형태에 따르면, 보상 값은 예를 들어 기구 유형, 기구 치수(예를 들어, 길이), 조직, 촬상 기법, 삽입 각도, 의료 절차, 내부 표적 등을 포함하는 하나 이상의 매개변수에 의존할 수 있다. 각 가능성은 별도의 실시형태이다.

일부 실시형태에서, 여기에 제공된 방법들은 가시화 픽셀 크기 수준 이하에서 팁의 실제 및 상대적으로 정확한 위치를 결정할 수 있게 한다.

일부 실시형태에서 팁의 실제 위치 결정은 원하는/요구되는 정확도 수준에 따라 달라질 수 있으며, 이는 예를 들어 임상 인디케이션(예를 들어, 생검 vs. 유체 배수); 표적 크기; 병변 크기(예를 들어, 생검 절차의 경우); 해부학적 위치(예를 들어, 폐/뇌 대 간/신장); 3D 궤적(예를 들어, 섬세한 장기, 혈관 등의 근처를 통과하는 경우); 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 국한되지 않는 여러 매개변수에 따라 달라질 수 있다.

일부 예시적인 실시형태에 따르면, CT 촬상 기법이 사용될 때, 보상 값은 특히 스캐닝 매개변수(나선형 대 축 방향), 재구성 매개변수/커널, 튜브 전류(mA), 튜브 전압(kV), CT 좌우축에 대한 의료 기기의 삽입 각도, CT 제조사 금속 아티팩트의 필터링 등에 따라 달라질 수 있다. 각 가능성은 별도의 실시형태이다.

일부 실시형태에 따르면, 팁의 실제 위치의 결정/수정은 실시간으로 수행될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 팁의 실제 위치에 대한 결정/수정은 다양한 촬상 기법에서 얻은 적절한 이미지에 대해 연속적으로 및/또는 시간 경과에 따라 수행될 수 있다.

위에서 설명된 시스템 및 장치의 구현은 다른 시스템 및 장치 구현과 관련하여 위에서 설명된 임의의 특징을 포함하여 본 개시에서 설명된 임의의 특징을 더 포함할 수 있다.

본 개시내용에서 사용된 바와 같은 근위 및 원위라는 용어는 임상 분야에서 통상적인 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 근위는 장치 또는 물체를 삽입하거나 사용하는 사람 또는 기계에 가장 가까운 그리고 환자로부터 멀리 떨어진 장치 또는 물체의 말단을 지칭한다는 것을 이해해야 한다. 반면, 원위는 환자에게 가장 가까운 그리고 장치 또는 물체를 삽입하거나 사용하는 사람 또는 기계로부터 멀리 떨어진 장치 또는 물체의 단부를 지칭하는 것으로 이해해야 한다.

본 개시내용 전반에 걸쳐 사용된 일부 예가 피험자의 신체에 바늘을 삽입하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이지만, 이는 단순성 이유만을 위해 수행되며 본 개시내용의 범위는 삽입으로 제한되는 것을 의미하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 피험자의 신체에 바늘을 삽입하지만 진단 및/또는 치료 목적으로 포트, 프로브(예를 들어, 절제 프로브), 도입기, 카테터(예를 들어, 배액 바늘 카테터), 캐뉼러, 수술 도구, 유체 전달 도구 또는 기타 삽입 가능한 도구를 포함하는 임의의 의료 도구/기기를　 피험자의 신체 내로 삽입하는 것을 포함하는 것으로 이해해야 한다.

일부 실시형태에서, "의료 기기(medical instrument)" 및 "의료 도구(medical tool)"라는 용어는 상호 교환적으로 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, 용어 "이미지(image)", "이미지 프레임(image frame)", "스캔(scan)" 및 "슬라이스(slice)"는 상호 교환적으로 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, 용어 "사용자", "의사", "내과의사", "임상사", "기술자", "의료진" 및 "의료 스태프"는 본 개시내용 전반에 걸쳐 상호 교환적으로 사용되며 수행 된 의료 절차를 담당하는 모든 사람을 지칭할 수 있다.

용어 "피험자(subject)" 및 "환자(patient)"는 인간 피험자 또는 동물 피험자를 지칭할 수 있음을 이해할 수 있다.

본 출원의 설명 및 청구범위에서 "포함하다" 및 "구비하다"라는 단어와 그 형태는 해당 단어가 연관될 수 있는 목록의 구성원으로 제한되지 않는다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우 정의를 포함한 특허 명세서가 우선한다. 본 명세서에 사용된 부정관사 "a" 및 "an"은 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다.

명료함을 위해 별도의 실시형태와 관련하여 설명된 본 발명의 특정 특징은 단일 실시형태에서 조합하여 제공될 수도 있음을 이해해야 한다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시형태의 맥락에서 설명된 본 개시물의 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 또는 개시물의 임의의 다른 설명된 실시형태에서 적합한 것으로 제공될 수 있다. 실시형태와 관련하여 설명된 어떤 특징도 명시적으로 명시되지 않는 한 그 실시형태의 필수 특징으로 간주되어서는 안 된다.

일부 실시형태에 따른 방법의 단계가 특정 순서로 설명될 수 있지만, 본 개시내용의 방법은 상이한 순서로 수행되는 설명된 단계의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 본 개시내용의 방법은 설명된 단계 중 일부 또는 설명된 모든 단계를 포함할 수 있다. 공개된 방법의 특정 단계는 명시적으로 명시되지 않는 한 해당 방법의 필수 단계로 간주되지 않는다.

여기에 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 이 응용 프로그램에서 참조의 인용 또는 식별은 해당 참조가 공개에 대한 선행 기술로 사용 가능하다는 승인으로 해석되지 않는다. 섹션 제목은 명세서의 이해를 쉽게 하기 위해 여기에서 사용되며 반드시 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시 예

실시 예 1 - 계획된 그리고 실시간 업데이트된 3D 궤적을 기반으로 내부 표적에 의료 도구의 삽입 및 조종

본질적으로 본 명세서에 개시된 바와 같은 삽입 및 조종 시스템은 바늘 팁의 계획되고 업데이트된 3D 궤적에 기초하여 다양한 조직을 지나 내부 표적에 바늘을 자동으로 삽입하고 조종하는 데 사용된다.

도 7a(좌우 패널)는 실시간으로 업데이트된 계획된 3D 궤적을 기반으로 의료기구(바늘(402))가 표적(폐 분기점(404))에 도달하도록 삽입하고 조종하는, 돼지 피험자의 폐 CT 영상이다. 삽입 및 조종 장치(400)가 추가로 도시되어 있다. 삽입점에서 표적까지의 3D 궤적의 길이는 약 103㎜이었다.

도 7b(좌우 패널)는 실시간으로 업데이트된 계획된 3D 궤적을 기반으로 의료 기구(바늘(412))가 표적(414)에 도달하도록 삽입하고 조종하는, 돼지 피험자의 신장 조직 CT 영상이다. 삽입 및 조종 장치(410)가 추가로 도시되어 있다. 3D 궤적의 매개변수는 길이가 약 72㎜이고, 표적 크기는 직경이 0.6㎜ x 길이가 3㎜이였다.

도 7a 및 도 7b에 제시된 결과는 안전하고 정확한 방식으로 특정 내부 표적에 대한 의료 기기의 유리한 정확한 도달을 입증하는데, 여기서 피험자의 신체에 있는 의료 기기(바늘)의 조종은 표적에 대한 바늘 팁의 3D 궤적의 실시간 업데이트를 기반으로 하여 조종 장치에 의해 자동으로 수행되었다.

실시 예 2 - CT 스캔에서 의료 기기 팁의 실제 위치 확인

이 예에서는, CT 영상에서 검출된 위치에 보상을 적용하여 바늘과 같은 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정한다.

CT 오른쪽-왼쪽 축에 대한 의료 도구(바늘) 삽입 각도는 -80도에서 80도 사이일 수 있다(0도는 전체 바늘이 CT 스캔의 하나의 축 슬라이스에 있는 경우이다).

본 명세서의 위에서 자세히 설명한 것처럼, CT 스캔의 광범위한 시각적 아티팩트 중에서 두 가지 유형이 금속 바늘과 같은 물체와 같은 의료 기기와 관련하여 관심이 있다.

1. 빔 경화로 인한 줄무늬 및 어두운 띠 - 스캔한 의료 기기 단부의 '어두운' 마진: 도구/바늘 끝에 있는 복셀은, 실제 매체 또는 인접 객체가 통상적으로 더 높은 강도 수준을 가지고 있는 경우에도, 매우 낮은 강도 수준을 가질 수 있다.

2. PSF - 포인트 확산 기능 - 의료 기기의 가시적 경계가 실제 경계를 넘어 확장된다.

이러한 아티팩트의 효과는 스캔 매개변수(FOV, 빔 전력 값) 및 재구성 매개변수(커널)뿐만 아니라 물체의 재료, 크기 및 각도에 따라 달라질 수 있다. 또한, 다른 CT 공급업체는 이러한 아티팩트를 보상하기 위해 다른 필터를 사용할 수 있다. 이러한 필터는 아티팩트 효과의 일부이기도 한다.

이러한 아티팩트를 보정하기 위해, 팁의 실제(리얼) 위치는 영상화 방법(이 예에서는 CT) 및 사용된 의료 기기에 해당하는 기기 위치 보정 "룩-업" 테이블에 기초하여 결정할 수 있다. 보정은 이미지에서 기기의 에지/단부로 정의된 것에 상대적이다. 따라서 정의된 기기의 에지/단부는 "룩-업" 테이블의 보정 값과 함께 정확한 팁 위치를 결정하기 위한 메커니즘을 구성한다.

예를 들어, 팁 보상은 CT 좌우 축을 중심으로 한 의료 기기의 각도에 따라 결정될 수 있다. 보정은 CT 오른쪽-왼쪽 축에 대한 각도에 따라 동일한 도구에 대해 양수 보정, 보정 없음 및 음수 보정일 수 있다.

"룩-업" 테이블은 다양한 각도(오른쪽-왼쪽 축에 대해)에서 CT 스캔되는 전용 측정 장치(지그)에서 다양한 의료 기기 유형을 테스트하여 얻을 수 있다. 측정 장치는 정확한 팁 위치에 대한 실제 정보를 제공한다. 측정은 다른 스캔 매개변수 및 재구성 매개변수에 대해 반복될 수 있다.

예시적인 룩-업 테이블 1이 아래에 제시되어 있다:

테이블 1:

각도　　　　　　　　　　　보정 [㎜]

0 ~ +/-12 　　1.5

12 ~ 20 　　　　1.0

-12 ~ -20 　　1.0

20 ~ 40 　　　　0.0

-20 ~ -40 　　0.0

40 ~ 60 　　　　-0.2

-40 ~ -60 　　-0.2

60 ~ 80 　　　　 0.0

-60 ~ -80 　　 0.0

도 8a 내지 도 8c는 특정 바늘 유형에 대한 "룩-업" 테이블을 얻기 위해 수행된 테스트 동안 CT 스캔에서 볼 수 있는 바늘 팁의 확대도를 보여준다. 원으로 둘러싸인 점은 바늘 팁 위치 측정 장치와 CT 이미지 사이의 물리적 등록을 기반으로 한 실제(물리적) 팁 위치(실측 자료)를 나타낸다. 아래에 언급된 밀리미터 거리는 실제 팁 위치까지 강도가 가장 낮은(마킹 바늘 이미지 가장자리) 복셀 사이의 거리이다.

도 8a - 약 1.27(㎜)의 양의 보상(각도 0도);

도 8b - 보상이 필요하지 않음(각도 13도);

도 8c - 약 0.29㎜의 음의 보상(각도 23도).

따라서 여기에 제시된 결과는 상응하는 보상 값에 기초하여 의료 기기 팁의 실제 위치를 정확하게 결정할 수 있는 능력을 입증한다.

Claims

피험자의 신체 내에서 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 방법으로,
진입점으로부터 피험자의 신체 내의 표적으로 의료 기기를 위해 계획된 3D 궤적을 계산하는 단계;
계획된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 단계;
이전의 표적 위치로부터 벗어난 표적의 실시간 위치를 결정하는 단계;
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어난 것으로 결정되는 경우, 의료 기기가 표적에 용이하게 도달하게 하도록 의료 기기의 3D 궤적을 업데이트 하는 단계; 및
업데이트된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제1항에 있어서,
3D 궤적을 업데이트 하는 단계는,
2개의 평면 각각에서 2D 궤적 수정을 계산하는 단계; 및
하나의 3D 궤적을 수정을 형성하기 위해 2개의 계산된 2D 궤적 수정을 중첩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제2항에 있어서,
2개의 평면이 서로 수직인 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
역운동학 알고리즘을 사용하여 2D 궤적 수정 각각이 계산되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
신체 내에서 표적을 향한 의료 기기의 조종이 자동화된 의료 장치를 사용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
표적의 실시간 위치가 사용자에 의해 수작업으로 결정되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
표적의 실시간 위치가 이미지 처리 알고리즘 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 프로세서에 의해 자동으로 결정되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
신체 내에서 표적의 실시간 위치를 결정하기 위해, 신체 내에서 표적의 위치를 실시간으로 추적하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제9항에 있어서,
의료 기기의 실시간 위치가 사용자에 의해 수작업으로 결정되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제9항에 있어서,
의료 기기의 실시간 위치가 이미지 처리 알고리즘 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여 프로세서에 의해 자동으로 결정되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제9항에 있어서,
신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치를 결정하기 위해, 신체 내에서 의료 기기의 위치를 실시간으로 추적하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는 지를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제13항에 있어서,
신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는 지를 결정하는 단계가 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는 지를 결정하는 단계가 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제13항에 있어서,
신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는 지를 결정하는 단계가 3D 궤적을 따라 체크포인트에서 수행되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제13항에 있어서,
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치를 벗어나는 지를 결정하는 단계가 3D 궤적을 따라 체크포인트에서 수행되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제16항 또는 제17항에 있어서,
신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어단 것으로 결정되는 경우, 3D 궤적을 따라 하나 이상의 체크포인트를 부가 및/또는 위치 재설정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
진입점으로부터 피험자의 신체 내의 표적까지 의료 기기의 계획된 3D 궤적을 계산하는 단계는 의료 기기가 피험자의 신체 내의 하나 이상의 초기 장애물과 접촉을 방지하도록 계획된 3D 궤적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제19항에 있어서,
피험자의 신체 내의 하나 이상의 초기 장애물 및/또는 하나 이상의 새로운 장애물의 실시간 지점을 식별하는 단계를 추가로 포함하고, 의료 기기의 3D 궤적을 업데이트 하는 단계는 의료 기기가 하나 이상의 초기 장애물 및/또는 하나 이상의 새로운 장애물의 실시간 지점으로 들어가는 것을 방지하도록 3D 궤적을 업데이트 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어난 것으로 결정된 경우, 그 벗어남이 사전에 결정된 임계 값을 상회하는 지를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 벗어남이 사전에 결정된 임계 값을 상회하는 것으로 결정된 경우에만 의료 기기의 3D 궤적이 업데이트되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
CT 시스템, X-레이 형광투시 시스템, MRI 시스템, 초음파 시스템, 원뿔-빔 CT 시스템, CT 형광투시 시스템, 광학 촬상 시스템 및 전자기 촬상 시스템에서 선택된 영상화 시스템을 사용하여 피험자의 신체 내의 관심 영역의 하나 이상의 이미지를 획득하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제9항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
피험자의 신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치를 결정하는 단계는 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함하고, 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 단계는,
의료 기기를 하나 이상의 이미지로 검출하는 단계;
검출된 의료 기기의 단부를 정의하는 단계;
의료 기기의 단부에 대한 보상 값을 결정하는 단계; 및
결정된 보상 값에 기초하여 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
제23항에 있어서,
룩-업 테이블에 기초하여 보상 값이 결정되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
진입점에서부터 표적까지 계획된 3D 궤적을 계산하는 단계는,
2개의 평면들 중 각 평면상에서 진입점에서부터 표적까지 계획된 2D 궤적을 계산하는 단계; 및
단일 3D 궤적을 형성하기 위해 계산된 2개의 2D 궤적을 중첩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 방법.
피험자의 신체 내에서 표적을 향해 의료 기기를 조종하기 위한 시스템으로,
하나 이상의 액추에이터 및 의료 기기를 결합시키도록 구성된 제어 헤드를 포함하며, 표적을 향해 의료 기기를 조종하도록 구성된 자동화 장치, 및
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 시스템.
제26항에 있어서,
자동화 장치의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 시스템.
피험자의 신체 내의 내부 표적 내로 의료 기기를 조종하기 위한 시스템으로,
피험자의 신체 내의 표적을 향해 의료 기기의 조종을 실행하도록 구성된 자동화 장치;
　　　　　　　　진입점으로부터 피험자의 신체 내 표적으로의 의료 기기의 계획된 3D 궤적을 계산하고;
　　　　　　　　계획된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 명령을 생성하고;
　　　　　　　　표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는 지를 결정하고;
　　　　　　　　의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트;하도록 구성된
적어도 하나의 프로세서; 및
적어도 하나의 프로세서에 의해 생성된 명령에 기초하여 자동화 장치의 동작을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료기기 조종 시스템.
제28항에 있어서,
진입점으로부터 피험자의 신체 내 표적으로의 의료 기기의 계획된 3D 궤적을 계산하는 것은,
2개의 평면들 중 각 평면상에서 진입점에서부터 표적까지 계획된 2D 궤적을 계산하는 단계; 및
단일 3D 궤적을 형성하기 위해 계산된 2개의 2D 궤적을 중첩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 시스템.
제28항 또는 제29항에 있어서,
3D 궤적을 업데이트 하는 것은,
2개의 평면들 중 각 평면상에서 2D 궤적 수정을 계산하는 것; 및
하나의 3D 궤적 수정을 형성하기 위해 계산된 2개의 2D 궤적 수정을 중첩시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 시스템.
제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 프로세서는 신체 내에서 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는 지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 시스템.
제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 프로세서는 표적의 실시간 위치의 이전의 표적 위치로부터 벗어남이 설정 임계 값을 상회하는 지를 결정하고, 그 벗어남이 설정 임계 값을 상회하는 것으로 결정된 경우에만 의료 기기의 3D 궤적이 업데이트되는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조종 시스템.
피험자의 신체 내에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 방법으로,
피험자의 신체 내에서 의료 기기의 하나 이상의 이미지를 획득하는 단계;
의료 기기를 하나 이상의 이미지로 검출하는 단계;
검출된 의료 기기의 단부를 하나 이상의 이미지로 정의하는 단계;
의료 기기의 단부에 대한 보상 값을 결정하는 단계;
결정된 보상 값에 기초하여 피험자의 신체 내에서 의료 기기의 팁의 실제 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기의 팁의 실제 위치 결정 방법.
제33항에 있어서,
촬상 시스템의 좌표 시스템에 대한 의료 기기의 위치 및/또는 방향을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기의 팁의 실제 위치 결정 방법.
피험자의 신체 내로 삽입 가능한 의료 기기에 대한 3D 궤적을 계획하는 방법으로,
관심 영역의 제1 이미지 또는 제1 세트의 이미지 프레임, 제1 평면에 속하는 제1 이미지 프레임 또는 제1 세트의 이미지 프레임에 기초하여, 진입점으로부터 피험자의 신체 내의 표적까지 의료 기기의 제1 평면 궤적을 계산하는 단계;
관심 영역의 제2 이미지 또는 제2 세트의 이미지 프레임, 제2 평면에 속하는 제2 이미지 프레임 또는 제2 세트의 이미지 프레임에 기초하여, 진입점으로부터 피험자의 신체 내의 표적까지 의료 기기의 제2 평면 궤적을 계산하는 단계; 및
진입점으로부터 표적까지 의료 기기의 3D 궤적을 결정하기 위해 제1 및 제2 평면 궤적을 중첩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기에 대한 3D 궤적 계획 방법.
제35항에 있어서,
표적과 진입점이 사용자에 의해 수작업으로 정의되는 것을 특징으로 하는 의료 기기에 대한 3D 궤적 계획 방법.
제35항에 있어서,
이미지 프로세싱 및/또는 기계 학습 알고리즘을 사용하여, 제1 또는 제2 이미지 프레임 또는 이미지 프레임 세트들 상에 표적과 진입점 중 적어도 하나를 정의하는 것을 특징으로 하는 의료 기기에 대한 3D 궤적 계획 방법.
피험자의 신체 내로 삽입 가능한 의료 기기의 3D 궤적을 계획하기 위한 시스템으로,
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성된 프로세서;
적어도 제1 이미지 프레임 또는 제1 세트의 이미지 프레임, 제2 이미지 프레임 또는 제2 세트의 이미지 프레임, 표적, 진입점 및 계산된 제1 및 제2 평면 궤적들을 디스플레이 하도록 구성된 모니터; 및
사용자 입력을 수신하도록 구성된 유저 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기의 3D 궤적을 계획하기 위한 시스템.
진입점으로부터 피험자의 신체 내 표적까지 연장하는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 방법으로,
표적의 실시간 위치를 정의하는 단계;
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는 지를 결정하는 단계;
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는 것으로 결정된 경우,
　　　　　　　　제1 평면에서 제1 2D 궤적 수정을 계산하는 단계;
　　　　　　　　제2 평면에서 제2 2D 궤적 수정을 계산하는 단계; 및
　　　　　　　　제1 및 제2 2D 궤적 수정을 중첩시킴으로써 팁에 대한 3D 궤적 수정을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 방법.
진입점으로부터 피험자의 신체 내 표적까지 연장하는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 방법으로,
표적의 실시간 위치를 정의하는 단계;
의료 기기의 실시간 위치를 정의하는 단계;
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는 지 여부 및/또는 의료 기기의 정의된 실시간 위치에 기초하여 의료 기기가 계획된 3D 궤적을 벗어나는 지를 결정하는 단계;
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는 것 및/또는 의료 기기가 계획된 3D 궤적을 벗어나는 것으로 결정된 경우,
　　　　　　　　제1 평면에서 제1 평면 궤적 수정을 계산하는 단계;
　　　　　　　　제2 평면에서 제2 평면 궤적 수정을 계산하는 단계; 및
　　　　　　　　제1 및 제2 평면 궤적 수정을 중첩시킴으로써 팁에 대한 3D 궤적 수정을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 방법.
진입점으로부터 피험자의 신체 내 표적까지 연장하는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 시스템으로,
제40항에 따른 방법을 실행하도록 구성된 프로세서;
표적, 진입점 및 계산된 제1 및 제2 평면 궤적들을 하나 이상의 이미지 프레임 상에 디스플레이 하도록 구성된 모니터; 및
사용자로부터 입력을 수신하도록 구성된 유저 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기의 3D 궤적을 실시간으로 업데이트하기 위한 시스템.
피험자의 신체 내의 표적을 향해 의료 기기를 조정하는 방법으로,
진입점으로부터 피험자의 신체 내의 표적까지 의료 기기의 계획된 3D 궤적을 계산하는 단계;
계획된 3D 궤적에 따라 표적을 향해 의료 기기를 조종하는 단계;
(ⅰ) 표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는지 여부, (ⅱ) 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는지 여부, (ⅲ) 계획된 3D 궤적을 따라 하나 이상의 장애물이 식별되는지 여부 중 적어도 하나를 결정하는 단계;
표적의 실시간 위치가 이전의 표적 위치로부터 벗어나는 것으로 결정, 의료 기기의 실시간 위치가 계획된 3D 궤적을 벗어나는 것으로 결정, 및/또는 계획된 3D 궤적을 따라 하나 이상의 장애물이 식별되는 것으로 결정된 경우, 의료 기기가 표적에 용이하게 도달하도록 하기 위해 의료 기기의 3D 궤적을 업데이트 하는 단계; 및
업데이트된 3D 궤적에 따라 의료 기기를 표적을 향해 조종하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 기기 조정 방법.