KR20160037912A - 잉여의 감지부를 갖는 형상 센서 시스템 - Google Patents

Abstract

형상 감지 장치의 작동 방법은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 연장하는 제1 세장형 광 섬유를 포함하는 제1 형상 센서 섹션으로부터 제1 형상 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 추가로 제3 위치와 제4 위치 사이에서 연장하는 제2 세장형 광 섬유를 포함하는 제2 형상 센서 섹션으로부터 제2 형상 데이터를 수신하는 단계를 더 포함한다. 방법은 추가로 제2 형상 센서 섹션으로부터의 제2 형상 데이터를 사용하여 제1 형상 센서 섹션의 단부의 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.

Description

잉여의 감지부를 갖는 형상 센서 시스템{SHAPE SENSOR SYSTEMS WITH REDUNDANT SENSING}

본 개시 내용은 해부 표적 및/또는 중재적 기기를 추적하는 형상 센서 시스템을 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로, 형상 센서 시스템의 정확도를 향상시키기 위해 잉여의 형상 센서를 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최소 침습적 의료 기술은 중재적 시술 도중 손상되는 조직의 양을 감소시켜, 환자의 회복 시간, 불편함, 및 해로운 부작용을 감소시키도록 의도된다. 환자 해부 구조부 내의 해부 표적, 이식된 장치, 및/또는 중재적 기기(외과, 진단, 치료 또는 생검 기기를 포함함)의 위치를 추적하기 위해, 최소 침습적 센서 시스템이 사용될 수 있다. 기존 시스템에서, 전자기(EM) 운행은 환자 해부 구조부에서의 중재적 기기, 이식된 장치, 또는 표적의 움직임을 추적하는데 사용될 수 있다. EM 운행 시스템이 많은 시술에 대해 유용하더라도, 이들은 수술실 내의 다른 설비로부터 자성 간섭을 받을 수 있다. 예를 들어, 형광투시 촬상 시스템 또는 금속 기기의 C-아암은 EM 운행 시스템과 자성 간섭을 생성하여, 중재적 기기의 추적에 있어 허용 불가능한 오류를 발생시킬 수 있다. 기존 시스템에서, 광 섬유 형상 센서 시스템은 환자 해부 구조부에서의 중재적 기기의 움직임을 추적하는데 사용될 수 있다. 광 섬유 형상 센서 시스템은 광 섬유의 형상을 결정하기 위해 단일 광 섬유를 따르는 다양한 지점에서의 스트레인을 모니터링한다. 단일 광 섬유의 형상으로부터, 광 섬유를 따르는 다양한 지점에서의 자세(위치 및 배향)기 유추될 수 있다. 단일 광 섬유를 따르는 다양한 지점에 대한 유추된 자세와 관련된 오류는 오류 축적으로 인해 광 섬유 인터로게이터(interrogator)로부터의 거리에 따라서 증가할 수 있다. 수술 환경에서 중재적 기기, 이식된 장치, 및 해부 표적을 추적하기 위해 개선된 운행 시스템 및 방법이 요구된다.

본 발명의 실시예들이 상세한 설명에 이어지는 특허청구범위에 의해 요약된다.

일 실시예에서, 형상 감지 장치의 작동 방법은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 연장하는 제1 세장형 광 섬유를 포함하는 제1 형상 센서 섹션으로부터 제1 형상 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 제3 위치와 제4 위치 사이에서 연장하는 제2 세장형 광 섬유를 포함하는 제2 형상 센서 섹션으로부터 제2 형상 데이터를 수신하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제2 형상 센서 섹션으로부터의 제2 형상 데이터를 사용하여 제1 형상 센서 섹션의 단부의 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 형상 감지 장치의 작동 방법은 제1 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 제1 형상 센서는 세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제1 복수의 광 코어를 포함한다. 방법은 또한 제2 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 제2 형상 센서는 세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제2 복수의 광 코어를 포함한다. 방법은 제1 및 제2 형상 센서로부터 형상 데이터를 조합함으로써 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 단계를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 형상 감지 장치의 작동 방법은 기준 고정구에 결합되는 제1 부분 및 제1 해부 표적에 결합되는 제2 부분을 갖는 제1 형상 센서로부터 제1 형상 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 기준 고정구에 결합되는 제1 부분 및 제1 해부 표적에 결합되는 제2 부분을 갖는 제2 형상 센서로부터 제2 형상 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 형상 센서의 제1 부분은 고정된 운동학적 관계로 유지되고, 제1 및 제2 형상 센서의 제2 부분은 고정된 운동학적 관계로 유지된다. 방법은 또한 제2 형상 센서로부터의 제2 형상 데이터를 사용하여 제1 형상 센서 섹션의 제2 부분의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 형상 감지 장치의 작동 방법은 기준 고정구에 결합되는 제1 부분, 해부 표적에 결합되는 제2 부분, 및 기준 고정구에 결합되는 제3 부분을 갖는 세장형 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 제1 및 제3 부분은 고정된 운동학적 관계로 유지된다. 방법은 제1 부분과 제2 부분 사이의 세장형 형상 센서의 제1 형상을 결정하는 단계, 제3 부분과 제2 부분 사이의 세장형 형상 센서의 제2 형상을 결정하는 단계, 및 제1 및 제2 형상으로부터 해부 표적에서의 제2 부분의 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 시스템은 형상 감지 장치를 작동하기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 명령어는 제1 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 명령어를 포함한다. 제1 형상 센서는 세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제1 복수의 광 코어를 포함한다. 명령어는 또한 제2 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 명령어를 포함한다. 제2 형상 센서는 세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제2 복수의 광 코어를 포함한다. 명령어는 또한 제1 및 제2 형상 센서로부터 형상 데이터를 조합함으로써 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 명령어를 포함한다.

본 개시 내용의 추가 양태, 특징, 및 장점은 이후 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 개시내용의 양태는 첨부된 도면과 함께 판독될 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 업계의 표준 관례에 따르면, 다양한 특징부들이 축척에 맞게 도시되지 않았음이 강조된다. 사실, 다양한 특징부들의 치수는 설명을 명확하게 하기 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다. 추가로, 본 개시내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간단 및 명료함을 위한 것이며 그 자체가 설명되는 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하는 것은 않는다.

도 1은 본 개시내용의 실시예에 따르는 센서 시스템이다.
도 2는 도 1의 센서 시스템의 다중-코어 광 섬유 구성요소이다.
도 3은 도 2의 다중-코어 광 섬유 구성요소의 단면도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따르는 센서 시스템을 사용하는 방법을 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따르는 센서 시스템을 사용하는 방법을 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따르는 복수의 광 섬유 센서를 구비한 센서 시스템이다.
도 7은 도 6의 센서 시스템을 사용하는 방법을 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 다른 실시예에 따르는 단일 루프 광 섬유 센서를 구비한 센서 시스템이다.
도 9는 도 8의 센서 시스템을 사용하는 방법을 도시한다.
도 10 및 도 11은 도 10의 센서 시스템을 사용하는 다른 방법을 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 다른 실시예에 따르는 복수의 광 섬유 센서 및 중재적 기기를 구비한 센서 시스템이다.
도 13은 도 12의 센서 시스템을 사용하는 방법이다.
도 14는 본 개시내용의 실시예에 따르는, 로봇 중재적 시스템이다.

본 발명의 양태의 다음의 상세한 설명에서, 개시되는 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예는 이러한 구체적인 세부 없이 실시될 수 있는 점이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 공지된 방법, 절차, 구성요소, 및 회로는 본 발명의 실시예의 양태를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다. 그리고, 필요 없는 설명 반복을 피하기 위해, 하나의 예시적인 실시예에 따라서 설명되는 하나 이상의 구성요소 또는 작용은 다른 예시적인 실시예로부터 적용되는 바에 따라 사용되거나 생략될 수 있다.

이하의 실시예는 3차원 공간에서의 이들의 상태의 관점에서 다양한 장치 및 장치의 일부를 설명할 것이다. 여기에 사용된 바와 같이, "위치"라는 용어는 3차원 공간(예를 들어, 직교 X, Y, Z 좌표를 따르는 3개의 병진 이동 자유도)에서의 대상 또는 대상의 일부분의 위치를 지칭한다. 여기에 사용된 바와 같이, "배향"이라는 용어는 대상 또는 대상의 일부분의 회전 배치(3개의 회전 자유도 - 예를 들어, 롤링, 피치, 및 요잉)를 지칭한다. 여기에 사용된 바와 같이, "자세"라는 용어는 적어도 하나의 병진 이동 자유도에서의 대상 또는 대상의 일부분의 위치 및 적어도 하나의 회전 자유도에서의 대상 또는 대상의 일부분의 배향을 지칭한다(6개까지의 총 자유도). 여기에 사용된 바와 같이, "형상"이라는 용어는 세장형 대상물을 따라 측정된 자세, 위치, 또는 배향의 세트를 지칭한다.

도 1을 참조하면, 예를 들어, 외과, 진단, 치료, 생검, 의료 모니터링, 또는 의료 평가에 사용하기 위한 센서 시스템이 전체적으로 참조 번호 10에 의해 표시된다. 센서 시스템(10)은 일반적으로 인터로게이션 시스템(12), 기준 고정구(14), 센서 장치(16, 18, 20), 중재적 기기(22), 제어 시스템(24), 표적 고정구(26), 및 센서 처리 및 제어 시스템(27)을 포함한다. 다양한 실시예에서, 센서 시스템의 이들 구성요소 중 하나 이상은 생략될 수 있고 또는 동일한 유형의 다중 구성요소가 포함될 수 있다. 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 센서 시스템(10)은 시스템의 형상 감지 및 자세 결정의 정확도를 증가시킬 수 있는 잉여의 센서 구성요소를 포함한다. 잉여의 센서 구성요소는 또한 예를 들어, 단단한 굴곡, 높은 장력 또는 상당한 꼬임을 갖는 영역에서 센서 부정확도의 위치 및 공급원을 확인하고 이들 부정확도를 보정할 수 있다.

인터로게이션 시스템(12)은 센서 장치(16, 18, 20)의 현재 형상을 결정하기 위해 광을 생성하고 복귀 광을 검출한다. 인터로게이션 시스템(12)은 또한 의료인에게 표시를 위해 반송된 데이터를 처리할 수 있다. 이 정보는, 결국 센서 장치가 연결되는 기기 또는 표적의 자세, 속도, 및 가속도 등의 다른 관련 변수를 결정하는데 사용될 수 있다. 센서 장치(16, 18)는 근위 단부(16a, 18a)에서 각각 인터로게이션 시스템(12)에 결합될 수 있다. 센서 장치(16, 18)는 또한 각각 원위 단부(16b, 18b)를 갖는다. 센서 장치(20)는 근위 단부(20a)에서 인터로게이션 시스템(12)에 그리고 원위 단부(20b)에서 중재적 기기(22)에 결합된다. 센서 장치(20)는 중재적 기기 내에 또는 이를 따라서 전체가 연장하는 것으로 도시되지만, 다양한 대체 실시예에서, 센서 장치는 중재적 기기 내에 또는 이를 따라서 부분적으로만 연장할 수 있다. 중재적 기기(22)는 수동 또는 원격 작동 제어 시스템(24)에 결합된다.

센서 장치(16, 18, 20) 각각은 근위 단부와 원위 단부 사이에서 그 길이를 따르는 중간 부분에서 기준 고정구(14)에 결합된다. 센서 장치(16, 18, 20)의 결합부의 자세는 기준 고정구(14)에 의해 고정된 상태로 유지된다. 또한, 센서 장치(16, 18, 20)의 결합부의 자세는 기준 고정구(14)에 의해 서로에 대해 공지된 운동학적 관계로 유지된다. 예를 들어, 센서와 고정구 사이의 관계는 센서 장치가 기준 고정구에 대해 임의의 자유도로 움직일 수 없는 것과 같이 고정될 수 있다. 대안적으로, 센서와 고정구 사이의 관계는 공지된 범위 내에서 센서가 기준 고정구에 대해 이동 가능한 것과 같이 이동 가능하지만 공지될 수 있다. 예를 들어, 기준 고정구는 공지된 회전 각도를 갖는 회전 조인트를 가질 수 있으나, 서로에 대한 그리고 기준 고정구에 대한 센서의 상대 위치는 여전히 공지된다. 기준 고정구(14)는, 예를 들어, 강성 금속, 폴리머, 또는 세라믹 재료로 형성될 수 있고 센서 장치의 일부분을 수용하고 고정구에 대해 그리고 다른 결합된 센서 장치에 대해 고정된 관계에서 이를 유지하는 홈, 튜브, 클램프, 및/또는 다른 기계적 커넥터를 포함할 수 있다. 일 예에서, 기준 고정구는 센서 장치가 접착되거나 부착될 수 있는 몇몇 기계 가공된, 긴밀-끼움 평행 홈을 갖는 알루미늄 판으로 형성될 수 있다. 결합된 센서 장치들 사이의 위치 및 배향 오프셋은 이에 따라서 센서 장치가 기준 고정구(14)에 결합되는 위치에서 알게 된다.

사용시, 표적 고정구(26)는 환자 해부 구조부에 고정된다. 표적 고정구(26)는 하나 이상의 센서 장치(16, 18)의 일부분을 표적 고정구에 고정하고 센서 장치의 고정된 부분을 미리 정해진 형상이나 자세로 유지하는 커넥터(28)를 포함한다. 센서 장치는 표적 고정구 내에 접착되거나, 기계적으로 유지되거나, 부착될 수 있다. 일 예에서, 표적 고정구는 센서 장치의 부분이 고정된 운동학적 관계로 유지되는 복수의 긴밀-끼움 홈을 구비한 작은 알루미늄 판일 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 센서 장치(16)는 클래딩(66) 내에 7개의 코어(52, 54, 56, 58, 60, 62, 64)를 포함하는 다중 코어 광 섬유(50)를 포함한다. 일 실시예에서, 다중-코어 광 섬유는 대략 200㎛의 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 치수는 더 크거나 더 작을 수 있다. 센서 장치(18 및 20)는 유사한 구성을 가질 수 있고, 따라서 추가로 상세히 설명되지 않을 것이다. 대체 실시예에서, 센서 장치는 7개보다 많거나 적은 코어를 가질 수 있다. 대안적으로, 센서 장치는 각각 하나 이상의 광 코어를 갖는 다중 광 섬유를 포함할 수 있다.

각각의 코어(52-64)는 각각의 코어 내의 광이 다른 코어 내에서 운반되는 광과 상당히 상호 작용하지 않도록 코어들을 분리하는 충분한 거리 및 클래딩을 구비한 단일 모드일 수 있다. 각각의 코어는 하나 이상의 차원에서 스트레인 측정을 제공하는 섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating(FBG))를 포함할 수 있다. 3차원으로 광 섬유의 형상 및 상대 위치를 모니터링하는 다양한 시스템 및 방법은 "광 섬유 위치 및 형상 감지 장치 및 이에 관한 방법"을 개시하는, 2005년 7월 13일 출원된 미국 특허 출원 번호 제11/180,389호, "광 섬유 형상 및 상대 위치 감지"를 개시하는, 2004년 7월 16일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제60/588,336호, 및 "광 섬유 굴곡 센서"를 개시하는, 1998년 6월 17일 출원된 미국 특허 번호 제6,389,187호에 개시되며, 이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합된다. 다른 대체예에서, 레일리(Rayleigh) 산란, 라만(Raman) 산란, 브릴루앙(Brillouin) 산란, 및 형광(Fluorescence) 산란과 같은 다른 스트레인 감지 기술을 채용하는 센서가 적합할 수 있다.

몇몇 실시예에서, FBG의 어레이가 각각의 코어 내에 제공된다. 각각의 FBG는 굴절 지수의 공간적 주기성을 발생시키기 위해 코어의 굴절 지수의 일련의 변조를 포함한다. 간격은 각각의 지수 변화로부터의 부분적인 반사가 좁은 대역의 파장에 간섭성으로 추가되고, 따라서 훨씬 더 넓은 대역을 통과하면서 이러한 좁은 대역의 파장만을 반사시키도록 선택될 수 있다. FBG의 제조 중에, 변조는 공지된 거리만큼 이격되고, 이에 의해 공지된 대역의 파장의 반사를 일으킨다. 그러나, 스트레인이 섬유 코어 상에서 유도될 때, 변조의 간격은 코어 내의 스트레인의 양에 의존하여, 변화할 것이다. 대안적으로, 후방 산란 또는 광 섬유의 굽힘에 의해 변하는 다른 광학 현상이 각각의 코어 내의 스트레인을 결정하는데 사용될 수 있다.

따라서, 스트레인을 측정하기 위해, 광이 섬유 코어 아래로 보내지고, 복귀 광의 특징이 측정된다. 본 실시예에서, 인테로게이터(12)는 각각의 코어에 대한 반송광을 발생시키고 수신한다. 대체 실시예에서, 하나 초과의 인테로게이터가 사용될 수 있다. FBG는 섬유 상의 스트레인 및 그의 온도의 함수인 반사 파장을 생성한다. 이러한 FBG 기술은 영국 브랙넬 소재의 스마트 파이버스 엘티디.(Smart Fibres Ltd.)와 같은 다양한 공급처로부터 상업적으로 구입 가능하다. 로봇 수술을 위한 위치 센서의 FBG 기술의 사용은 "섬유 브래그 격자를 사용한 위치 센서를 포함하는 로봇 수술 시스템"을 개시하는, 2006년 7월 20일 출원된 미국 특허 번호 제7,930,065호에 개시되고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합된다.

다중 코어 섬유에 적용될 때, 광 섬유의 굽힘은 각각의 코어 내의 파장 변이를 모니터링함으로써 측정될 수 있는 코어 상의 스트레인을 유도한다. 섬유 내에서 축 이탈되어 배치된 2개 이상의 코어를 가짐으로써, 섬유의 굽힘은 각각의 코어 상에서 상이한 스트레인을 유도한다. 이러한 스트레인은 섬유의 굽힘의 국소적인 정도의 함수이다. 예를 들어, FBG를 포함하는 코어의 영역은, 섬유가 굴곡되는 지점에 위치되는 경우, 그러한 지점에서의 굽힘의 양을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 데이터는 FBG 영역들의 공지된 간격과 조합하여, 섬유의 형상을 재구성하기 위해 사용될 수 있다.

센서 처리 및 제어 시스템(27)은 인터로게이션 시스템(27)으로부터 수신된 정보를 처리하기 위해, 적어도 하나의 프로세서(미도시), 전형적으로 복수의 프로세서를 포함한다. 시스템(27)은 여기에 개시된 방법 중 몇몇 또는 전부를 실행하는 프로그래밍된 명령어를 포함한다. 시스템(27)은 도1의 단순한 개략도에서 단일 블록으로 도시되지만, 시스템은 상이한 위치에서 선택적으로 실행되는 처리의 일부분을 구비한 다수의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있다. 매우 다양한 집중식 또는 분산식 데이터 처리 아키텍처들 중 임의의 하나가 채용될 수 있다. 유사하게, 프로그래밍된 명령어는 다수의 분리된 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나, 본 개시 내용에서 설명되는 로봇 시스템의 다수의 다른 양태로 통합될 수 있다.

도 2 및 도 3의 실시예에서, 중앙 코어(64)는 코어(52-64)의 방사상 배열 내에서 중심 설정된다. 6개의 코어(52-64)는 제1 트리아드를 형성하는 코어(52, 54, 56) 및 제2 트리아드를 형성하는 코어(58, 60, 62)을 구비한 두 개의 트리아드 내에 배열된다. 각각의 트리아드에서 3개의 광 코어는 (단면에서) 삼각형으로 배열되고 대략 120°에서 중앙 코어(64)를 통해 중앙 축(A1)을 중심으로 균일하게 이격되어 배치된다. 센서 장치(16)는 센서 장치의 각각의 축방향 섹션에서 각각의 코어에 대해 스트레인 값이 결정된 상태로, 근위 단부(16a)와 원위 단부(16b) 사이에서 그 축방향 길이를 따르는 복수의 섹션을 포함할 수 있다.

적어도 3개의 코어로부터의 스트레인 값은 축방향 섹션의 굴곡을 산출하는데 사용될 수 있다. 각각의 축방향 섹션으로부터의 굴곡값은 센서 장치의 형상을 산출하기 위해 조합될 수 있다. 센서 장치의 형상으로부터, 원위 단부(16b, 18b, 20b)의 위치 및 배향 또는 센서 장치의 다른 축방향 부분이 결정될 수 있다. 도 4 및 도 5는 센서 장치의 형상 및 따라서 센서 장치의 원위 단부의 자세를 결정하는 대체 방법을 제공한다. 이들 방법 모두는 최종 결정되는 센서 형상의 정확도를 정밀화하기 위해 잉여의 광 섬유 형상을 사용한다.

도 4의 실시예에서, 다중-코어 광 섬유의 원위 팁(예를 들어, 센서 장치(16, 18, 20)의 섬유의 원위 단부)의 자세를 결정하는 방법(100)은 단계 102에서, 섬유의 3차원 굴곡을 결정하기 위해 복수의 코어(예를 들어, 6개의 코어(52, 54, 56, 58, 60, 62))를 포함하는 다중-코어 광 섬유를 제공하는 단계를 포함한다. 3개의 코어는 3차원 형상을 결정하는데 요구되는 최소이다. 중앙 코어 주위에 방사상으로 배열된 전체 6개의 코어의 사용은 더욱 정확한 센서 형상을 생성하기 위해 조합될 수 있는 잉여의 형상 정보를 제공한다. 104에서, 방법은 복수의 코어 내의 각각의 코어의 선택된 축방향 세그먼트 또는 모든 축방향 세그먼트에 대한 스트레인을 결정하는 단계를 포함한다.

106에서, 방법은 복수의 코어에 대해 결정된 스트레인을 사용하여 광 섬유의 복합 형상을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 모든 코어의 스트레인은 광 섬유의 전반적인 복합 형상을 규정하는 굴곡, 꼬임, 압축, 및 다른 형상 특정을 재구성하기 위해 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 코어(58 및 54)의 스트레인이 압축을 나타내고(음의 스트레인), 62, 56의 스트레인이 스트레칭(양의 스트레인)을 나타내고, 52, 64, 60의 스트레인이 중립인 경우, 가장 우수한 끼움 굴곡/꼬임 각도는 코어(52, 60)를 통과하는 선 주위의 코어(54, 58)를 향하는 순수 굴곡일 것이다.

108에서, 방법은 복수의 코어에 대해 결정된 스트레인을 사용하여 광 섬유의 원위 단부의 자세를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 광 섬유의 근위 단부가 (예를 들어, 기준 고정구(14))에 의해) 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 광 섬유의 결정된 복합 형상은 원위 단부 고정 자세에 누적되어 부여되어, 광 섬유의 축방향 길이를 따르는 중간 부분의 자세가 결정될 수 있다. 이 방법을 사용하여 광 섬유의 원위 단부의 자세가 결정될 수 있다.

도 5의 실시예에서, 다중-코어 광 섬유의 원위 팁(예를 들어, 센서 장치(16, 18, 20)의 섬유의 원위 단부)의 자세를 결정하는 방법(110)은 112에서, 섬유의 3차원 형상을 결정하기 위한 제1 세트의 코어(예를 들어, 제1 트리아드(52, 54, 56)) 및 섬유의 3차원 형상을 결정하기 위한 제2 세트의 코어(예를 들어, 제2 트리아드(58, 60, 62))를 포함하는 다중-코어 광 섬유를 제공하는 단계를 포함한다. 코어의 단일 트리아드는 3차원 형상을 결정하는데 요구되는 최소이다. 그러나, 꼬임을 측정하기 위해, 코어의 각각의 세트는 3개의 방사상으로 배열된 코어에 추가로 제4 코어, 중앙 코어(64)를 포함할 수 있다. 2개의 트리아드(또는 2개의 트리아드에 중앙 코어 추가)의 사용은 더 정확한 센서 형상을 생성하기 위해 조합될 수 있는 잉여의 형상 정보를 제공한다. 114에서, 방법은 제1 및 제2 세트의 코어 내의 각각의 코어의 선택된 세그먼트 또는 모든 세그먼트에 대한 스트레인을 결정하는 단계를 포함한다.

116에서, 방법은 제1 세트의 코어에 대해 결정된 스트레인을 사용하여 광 섬유의 복합 형상을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 광 섬유의 형상은 광 섬유의 전반적인 복합 형상을 규정하는 코어의 제1 트리아드의 3차원 스트레인으로부터 기인된 굴곡, 꼬임, 압축, 및 다른 형상 특성으로부터 재구성될 수 있다. 118에서, 방법은 제2 세트의 코어에 대해 결정된 스트레인을 사용하여 광 섬유의 복합 형상을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 광 섬유의 형상은 광 섬유의 전반적인 복합 형상을 규정하는 코어의 제2 트리아드의 3차원 스트레인으로부터 기인된 굴곡, 꼬임, 압축, 및 다른 형상 특성으로부터 재구성될 수 있다.

120에서, 방법은 광 섬유의 제3 복합 형상을 결정하기 위해 제1 및 제2 복합 형상을 병합하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 제1 트리아드로부터 결정되는 광 섬유의 형상은 광 섬유의 복합 형상을 결정하기 위해 제2 트리아드로부터 결정된 광 섬유의 형상과 함께 평균화될 수 있다. 대체 실시예에서, 각각의 트리아드로부터의 형상은 일련의 꼬임 및 굴곡 각도로서 표현될 수 있고, 2개의 형상의 병합은 평균화된 시퀀스에 기초하여 복합 형상을 재구성하기 위해 이들 꼬임 및 굴곡 각도 시퀀스를 평균화하는 것을 필요로 할 수 있다.

122에서, 방법은 제1 및 제2 세트의 코어에 대해 결정된 스트레인을 사용하여 광 섬유의 원위 단부의 자세를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 광 섬유의 근위 단부가 (예를 들어 기준 고정구(14)에 의해) 고정 자세로 유지되는 경우, 광 섬유의 복합 형상은 광 섬유의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하기 위해 근위 단부 고정 자세에 누적되어 부여될 수 있다. 이 방법을 사용하여, 광 섬유의 원위 단부의 자세가 결정될 수 있다.

도 6 내지 도 13의 실시예에서 설명되는 바와 같이, 다중 형상 센서 장치는 센서 장치의 길이를 따라서 일치하는 소정의 부분 또는 센서 장치의 길이를 따르는 하나 이상의 부분 사이의 고정된 운동학적 관계를 갖는 운동학적 폐쇄 루프에 구속될 수 있다. 센서 장치는 섹션 굴곡 및 전반적인 3차원 형상을 결정하기 위해 광 코어의 전형적인 단일 트리아드를 사용할 수 있고, 또는 섹션 굴곡 및 전반적인 형상을 결정하기 위해 광 코어의 다중 트리아드 또는 3개 초과의 광 코어로부터 조합된 데이터를 사용하는 상술된 방법을 사용할 수 있다.

잉여의 센서 장치

도 6은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따르는 센서 시스템(10)의 구성(200)을 도시한다. 본 실시예에서, 2개의 형상 센서 장치(16, 18)는 공통 기준 고정구(14)와 공통 표적 사이에 부착된다. 본 예에서, 표적은 해부 표적(202)(예를 들어, 환자 해부 구조부의 뼈 또는 연질 조직)이다. 다른 실시예에서, 센서 장치의 공통 표적은 중재적 기기 또는 이식된 장치일 수 있다. 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 위치에서의 센서 장치의 측정된 형상 및 그 공지된 운동학적 관계는 표적 구조의 더 정확한 위치를 생성하는데 사용될 수 있다.

본 구성에서, 센서 장치(16, 18)의 근위 단부(16a, 18a)는 각각 인터로게이션 시스템(12)에 연결된다. 센서 장치(16)는 기준 고정구(14)에 의해 위치(A)에서 고정된 운동학적 자세로 유지되고, 센서 장치(18)는 기준 고정구(14)에 의해 위치(C)에서 고정된 운동학적 자세로 유지된다. 위치(A 및 C)에서, 센서 장치들 사이의 3차원 위치 오프셋 및 센서 장치들 사이의 3차원 배향 오프셋은 알려져 있다. 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)는 위치(B)에서 표적 고정구(26)에 결합되고, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)는 위치(D)에서 표적 고정구(26)에 결합된다. 표적 고정구(26)는 표적 고정구에 대해 그리고 서로에 대해 고정된 운동학적 자세로 원위 단부(16b 및 18b)를 유지한다. 위치(B 및 D)에서, 센서 장치들 사이의 3차원 위치 오프셋 및 센서 장치들 사이의 3차원 배향 오프셋은 알려져 있다. 표적 고정구(26)는 환자 해부 구조부의 표적 조직(202)에 부착된다. 표적 고정구(26)는 예를 들어 호흡, 심장 움직임, 환자 보행, 또는 중재적 수술 도중 의료인에 의한 조직 조작으로 인해 환자 해부 구조부와 함께 움직이기 때문에, 센서부(16b, 18b)는 서로에 대해 고정된 운동학적 관계로 유지된다.

본 실시예에서, 위치(A 및 B) 사이의 센서 장치(16)의 길이는 위치(C 및 D) 사이의 센서 장치(18)의 길이와 상이하다(본 실시예에서는 더 길다). 센서 장치(16, 18)는 각각 AB와 CD 사이의 길이를 따르는 어느 곳이든 환자 해부 구조부에 진입할 수 있다. 예를 들어, 각각의 센서 장치는 환자의 외부 해부 구조부에 결합될 수 있거나 기준 고정구와 표적 고정구 사이의 길이의 대부분에 대해서 환자 해부 구조부를 둘러싸는 자유 공간 내에서 연장될 수 있고 표적 고정구에 부착되는 센서 장치의 원위 단부 바로 근처에서 환자 해부 구조부에 진입할 수 있다. 기준 고정구와 표적 고정구 사이의 센서 장치의 부분은 광 섬유의 완전성을 보호하지만 외부 환자 해부 구조부를 따라서 또는 환자 해부 구조부를 둘러싸는 자유 공간에서의 센서 장치의 움직임 및 휨을 허용하는 튼튼한 코팅부 내에 수용될 수 있다. 예를 들어, 3mm 직경의 보호 재킷이 환자 해부 구조부의 외측의 센서 장치를 덮을 수 있다. 대안적으로, 센서 장치는 자연적 또는 외과적으로 생성된 개구를 통해 환자 해부 구조부에 진입하고 자연적 또는 외과적으로 생성된 해부 루멘을 통과하여 표적 고정구 및 표적 조직에 도달한다.

도 7은 도 6에 구성된 바와 같은 센서 시스템(10)을 사용하는 방법(210)을 도시한다. 212에서, 센서 시스템(10)은 표적 고정구(26)가 표적 조직(202)에 부착된 상태로 도 6에 구성된 바와 같이 제공된다. 표적 조직(202)은 예를 들어 척추체 또는 고관절 부분 등의 뼈일 수 있다. 대안적으로, 표적 조직(202)은 환자 복부 내의 장기 또는 환자의 뇌의 일부분 등의 연질 조직일 수 있다. 214에서, 방법(210)은 기준 고정구(14)에 고정되는 위치(A)에서의 센서 장치(16)의 자세를 획득하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 위치(A)에서의 센서 장치의 자세를 획득하는 단계는, 측정 시술에 기초하여 센서 장치를 따라서 시작부가 어디에 위치하는지 그리고 센서 장치가 위치(A)에서 기준 고정구에 부착된다는 점을 파악하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 위치(A)에서 센서 장치의 자세를 획득하는 단계는 센서 장치 내의 공지된 특징부(예를 들어 90° 굴곡 또는 작은 범프)를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 공지된 형상 특징부의 사용은 본 명세서에 참조로 통합되고 "형상 센서를 사용한 상대적인 부분적 자세 정보를 감지하는 방법 및 시스템"을 개시하는, 2009년 11월 13일자 출원된 미국 특허 출원 제12/617,995호에 추가로 상세 설명된다. 216에서, 센서 장치(16)는 위치(A 및 B) 사이의 센서 장치의 형상을 결정하도록 문의된다. 218에서, 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)의 자세가 센서 장치의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 광 섬유의 일부분이 기준 고정구(14)에 의해 A에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치의 복합 형상은 A와 B 사이의 센서 장치의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하도록 A에서의 고정된 자세에 누적되어 부여될 수 있다. 이 방법을 사용하여, 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)의 자세가 결정될 수 있다.

220에서, 방법(210)은 기준 고정구(14)에 고정되는 위치(C)에서의 센서 장치(18)의 자세를 획득하는 단계를 포함한다. 222에서, 센서 장치(18)는 위치(C 및 D) 사이의 센서 장치의 형상을 결정하도록 문의된다. 224에서, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)의 자세는 센서 장치의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 광 섬유의 일부분이 기준 고정구(14)에 의해 C에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치의 복합 형상은 C와 D 사이의 센서 장치의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하도록 C에서의 고정된 자세에 누적되어 부여될 수 있다. 이 방법을 사용하여, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)의 자세가 결정될 수 있다.

226에서, 방법(210)은 표적 고정구(26)에서의(즉, B및 D 각각에서의) 센서 장치(16, 18) 사이의 3차원 오프셋 거리 및/또는 배향 차이를 획득하는 단계를 포함한다. 228에서, 방법은 기준 고정구(14)에서의(즉, A 및 C 각각에서의) 센서 장치(16, 18) 사이의 3차원 오프셋 거리 및/또는 배향 차이를 획득하는 단계를 포함한다.

230에서, 방법(210)은 형상 센서(16)의 원위 단부(16b)에 대한 개정된 자세를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)의 자세는, 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)의 잉여의 결정 또는 개정된 자세를 생성하도록 위치(A 및 C)에서 그리고 위치(B 및 D)에서 센서 장치들 사이의 공지된 오프셋에 의해 조정될 수 있다. 유사하게, 원위 단부(16b)는, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)의 잉여의 결정 또는 개정된 자세를 생성하도록 위치(A 및 C)에서 그리고 위치(B 및 D)에서 센서 장치들 사이의 공지된 오프셋에 의해 조정될 수 있다. 이 방법에 의해, 표적의 위치 및 배향은 표적 자체 상의 단일 센서 장치를 사용하여 가능한 것보다 더욱 높은 정확도로 결정될 수 있다.

루프형 센서 장치

도 8은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따르는 센서 시스템(10)의 구성(250)을 도시한다. 본 실시예에서, 단일 센서 장치는 기준 고정구로부터 표적까지 그리고 다시 기준 고정구까지 루프를 형성한다. 상술된 바와 같이, 센서 장치 섹션의 측정된 형상은 기준 고정구와 표적 사이를 구분하고 하나 이상의 위치에서의 공지된 운동학적 관계는 표적의 더 정확한 위치를 생성하는데 사용될 수 있다.

본 구성에서, 센서 장치(16)의 근위 단부(16a)는 인터로게이션 시스템(12)에 연결된다. 센서 장치(16)는 기준 고정구(14)에 의해 위치(A)에서 고정된 운동학적 자세로 유지된다. 센서 장치(16)의 다른 부분이 위치(B)에서 표적 고정구(26)에 결합된다. 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)는 위치(C)에서 고정된 운동학적 자세로 기준 고정구(14)에 결합된다. 따라서, 센서 장치(16)는 A와 C 사이의 센서 장치 부분의 공지된 3차원 위치 오프셋 및 A와 C 사이의 센서 장치 부분의 3차원 배향 오프셋을 갖는 루프를 형성한다. 표적 고정구(26)는 표적 고정구에 대한 고정된 운동학적 자세로 센서 장치(16)의 중간 부분을 유지한다. 표적 고정구(26)는 환자 해부 구조부의 표적 조직(202)에 부착된다. 표적 고정구(26)가 환자 해부 구조부와 함께 움직일 때, 표적 고정구(26)에 결합된 센서부는 표적 고정구에 대해 고정된 운동학적 관계로 유지된다. 본 구성에서, A와 B 사이의 센서 장치 섹션은 제1 형상 센서로서 기능하고, C와 B 사이의 센서 장치 섹션은 제2 형상 센서로서 기능한다. 위치(A 및 B) 사이의 센서 장치(16)의 길이는 위치(C 및 B) 사이의 길이와 상이하다(본 예에서는 더 짧다). 센서 장치(16)는 AB 사이의 길이를 따르는 어느 곳이든 환자 해부 구조부에 진입할 수 있고, BC 사이의 길이를 따르는 어느 곳이든 환자 해부 구조부에 진입할 수 있다. 예를 들어, 센서 장치는 환자의 외부 해부 구조부에 결합될 수 있고 또는 기준 고정구와 표적 고정구 사이의 길이의 대부분에 대해서 환자 해부 구조부를 둘러싸는 자유 공간 내에서 연장하고 표적 고정구에 부착되는 센서 장치의 부분 바로 근처에서 환자 해부 구조부에 진입/진출할 수 있다. 기준 고정구와 표적 고정구 사이의 센서 장치의 부분은 광 섬유의 완전성을 보호하지만 외부 환자 해부 구조부를 따라서 또는 환자 해부 구조부를 둘러싸는 자유 공간에서의 센서 장치의 움직임 및 휨을 허용하는 튼튼한 코팅부 내에 수용될 수 있다. 대안적으로, 센서 장치는 자연적 또는 외과적으로 생성된 개구를 통해 환자 해부 구조부에 진입하고 자연적 또는 외과적으로 생성된 해부 루멘을 통과하여 표적 고정구 및 표적 조직에 도달한다.

도 8의 실시예에서, 루프형 센서 장치(16)는 센서 장치의 광 섬유(들)가 얽힘, 과도한 꼬임, 과도한 굴곡, 또는 섬유에 높은 스트레인 또는 손상을 유발하는 다른 구성없이 매끄럽게 만곡되도록 표적 고정구에 결합될 수 있다. 예를 들어, 표적 고정구(26)는 형상 센서(16)를 수용하고 이를 소정의 만곡된 형상으로 유지하는 크기의 미리 형성된 홈에 의해 구성되어, 표적 고정구에서의 얽힘 또는 과도한 꼬임을 방지할 수 있다.

도 9는 도 8에 구성된 바와 같은 센서 시스템(10)을 사용하는 방법(260)을 도시한다. 262에서, 센서 시스템(10)은 도 8에 구성된 바와 같이 표적 고정구가 표적 조직(202)에 부착된 상태로 제공된다. 264에서, 방법(260)은 기준 고정구(14)에 고정되는 위치(A)에서의 센서 장치(16)의 자세를 획득하는 단계를 포함한다. 266에서, 센서 장치(16)는 위치(A 및 B) 사이의 센서 장치의 제1 섹션의 형상을 결정하도록 문의된다. 268에서, B에서 표적 고정구에 결합되는 센서 장치(16)의 부분의 자세는 위치(A 및 B) 사이의 센서 장치의 제1 섹션의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 광 섬유의 부분이 기준 고정구(14)에 의해 A에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치의 제1 섹션의 복합 형상은 A와 B 사이의 센서 장치의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하도록 A에서의 고정된 자세에 누적되어 부여될 수 있다. 이 방법을 사용하여 위치(B)에서의 센서 장치의 제1 섹션의 자세가 결정될 수 있다.

270에서, 방법(260)은 기준 고정구(14)에 고정되는 위치(C)에서의 센서 장치(16)의 자세를 획득하는 단계를 포함한다. 272에서, 센서 장치(16)는 위치(C 및 B) 사이의 센서 장치의 제2 섹션의 형상을 결정하도록 문의된다. 274에서, B에서 표적 고정구에 결합되는 센서 장치(16)의 부분의 자세는 C와 B 사이에서 센서 장치의 제2 섹션의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 광 섬유의 부분이 기준 고정구(14)에 의해 C에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치의 제2 섹션의 복합 형상은 C와 B 사이의 센서 장치의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하도록 C에서의 고정된 자세에 누적되어 부여될 수 있다. 이 방법을 사용하여, 위치(B)에서의 센서 장치의 제2 섹션의 자세가 결정될 수 있다.

276에서, 방법(260)은 B에서의 제1 섹션(A-B) 및 B에서의 제2 섹션(C-B)에 기초하여 표적에서의 센서 장치 자세를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 표적에서의 센서 장치 자세의 결정은 (A 및 C에서의 정확한 배향 자세가 상정된 상태에서) B에서의 제1 및 제2 섹션 자세를 평균화함으로써 결정될 수 있다. 이 방법에 의해, B에서의 표적의 위치 및 배향은 기준 고정구와 표적 사이의 단일 센서 장치를 사용하여 가능한 것보다 높은 정확도로 결정될 수 있다.

도 10은 또한 센서 시스템(10)의 구성(250)을 도시한다. 본 구성에서, 형상 센서(16)는 상술된 바와 같이, A에서 기준 고정구(14)에 결합되고, B에서 표적 고정구(26)에 결합되고, C에서 기준 고정구(14)에 결합된다. 본 실시예는 위치(A 및 C') 사이에서, 센서 장치(16)의 측정된 형상(252)을 사용함으로써 B에서의 센서의 자세를 결정하기 위한 에러 보정 및 잉여성을 제공한다. A와 C' 사이의 제3 형상 센서 섹션의 측정된 형상(252)은 A와 C 사이의 제3 형상 센서 섹션의 실제 형상과 약간 상이할 수 있다. 실제 위치(C)와 측정된 위치(C) 사이의 다차원 보정 인자는 센서 장치(16)에서 생성되는 누적 오차를 보정하기 위한 정보를 제공한다. 이 정보는 위치(B')의 위치 결정시 오차를 감소하는데 사용될 수 있다.

도 11은 B에서의 표적의 위치 및 배향을 보정하기 위해 도 10에 구성된 바와 같은 센서 시스템(10)을 사용하는 방법(280)을 도시한다. 282에서, A와 C 사이의 센서 장치(16)는 A와 C' 사이의 센서 장치의 측정된 형상(252)을 결정하도록 문의된다. 284에서, B' 및 C'에서의 센서 장치(16)의 자세는 센서 장치의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 광 섬유의 부분이 기준 고정구(14)에 의해 A에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치의 복합 형상은 B' 및 C'에서를 포함하는 센서 장치의 축방향 길이를 따르는 중간 부분의 자세를 측정하기 위해 A에서의 고정된 자세에 누적되어 부여될 수 있다. 286에서, 기준 고정구(14)에 고정되는 C에서의 센서 장치(16)의 공지된 실제 자세가 획득된다. 288에서, 3차원 제1 보정 인자가 C에서의 센서 장치의 실제 자세와 C'에서의 센서 장치의 산출된 자세 사이에서 산출된다. 289에서, 제1 보정 인자에 기초하여 B'에서의 표적의 산출된 자세를 보정하기 위해 3차원 제2 보정 인자가 결정된다. 예를 들어, 제1 보정 인자가 일 방향에서 2cm인 경우, 제2 보정 인자는 동일 방향에서 절반(즉, 1cm)일 수 있다. 다른 대체예에서, 제2 보정 인자는 제1 보정 인자의 절반보다 크거나 작을 수 있다. 제2 보정 인자를 사용하여, 측정된 위치(B')는 표적 위치(B)에서의 센서 장치(16)의 자세의 개선된 근사치를 결정하도록 290에서 추가로 보정될 수 있다. 보정된 위치(B)는 3차원 제2 보정 인자에 의해 위치(B')를 조정함으로써 결정된다. 이 방법에 의해, B에서의 루프형 센서 장치의 위치 및 배향은 단일 비루프형 센서 장치를 사용하여 가능한 것보다 더 높은 정확도로 결정될 수 있다.

잉여 센서 및 중재적 기기

도 12는 본 개시내용의 다른 실시예에 따르는 센서 시스템(10)의 구성(310)을 도시한다. 본 실시예에서, 3개의 형상 장치는 공통 기준 고정구에 부착되고, 상이한 공구 또는 해부 위치로 연장하고, 공통 표적에서 다시 접합된다. 상술된 바와 같이, 센서 장치의 측정된 형상 및 하나 이상의 위치에서의 그 공지된 운동학적 관계는 표적 구조부의 더 정확한 위치를 생성하는데 사용될 수 있다. 본 구성에서, 센서 장치(16, 18, 20)의 근위 단부(16a, 18a, 20a)는 각각 인터로게이션 시스템(12)에 연결된다. 센서 장치(16)는 기준 고정구(14)에 의해 위치(A)에서 고정된 운동학적 자세로 유지되고, 센서 장치(18)는 기준 고정구(14)에 의해 위치(E)에서 고정된 운동학적 자세로 유지되고, 센서 장치(20)는 기준 고정구(14)에 의해 위치(F)에서 고정된 운동학적 자세로 유지된다. 위치(A 및 E)에서, A와 E 사이의 센서 장치(16, 18)의 위치 오프셋 및 A와 E 사이의 센서 장치의 배향 오프셋은 알려져 있다. 위치(A 및 F)에서, A와 F 사이의 센서 장치(16, 20)의 3차원 위치 오프셋 및 A와 F 사이의 센서 장치의 3차원 배향 오프셋은 알려져 있다. 위치(E 및 F)에서, E와 F 사이의 센서 장치(18, 20) 사이의 3차원 위치 오프셋 및 E와 F 사이의 센서 장치의 3차원 배향 오프셋은 알려져 있다. 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)는 위치(C)에서 표적 고정구(26a)에 결합되고, 센서 장치(16)의 중간 부분(기준 고정구(14)와 원위 단부(16b) 사이에서 센서 장치의 축방향 길이를 따라 위치됨)은 위치(B)에서 표적 고정구(26a)에 결합된다. 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)는 위치(D)에서 표적 고정구(26b)에 결합된다. 표적 고정구(26b)는 원위 단부(16b 및 18b)를 표적 고정구(26b)에 대해 그리고 서로에 대해 고정된 운동학적 자세로 유지한다. 위치(C 및 D)에서, C와 D 사이의 센서 장치의 위치 오프셋 및 C와 D 사이의 센서 장치의 배향 오프셋은 알려져 있다. 표적 고정구(26a)는 환자 해부 구조부의 표적 조직(204)에 부착되고 표적 고정구(26b)는 환자 해부 구조부의 표적 조직(202)에 부착된다. 표적 고정구(26b)는 환자 해부 구조부와 함께 움직이기 때문에, 센서 원위 단부(16b, 18b)는 서로에 대해 고정된 운동학적 관계로 유지된다. 표적 고정구(26a)는 환자 해부 구조부와 함께 움직이기 때문에, 센서 장치(16)의 중간 부분은 표적 고정구(26a)와 고정된 운동학적 관계를 유지한다. 위치(A 및 C) 사이의 센서 장치(16)의 길이는 위치(E 및 D) 사이의 센서 장치(18)의 길이와 상이하다(본 실시예에서는 더 길다). 센서 장치(16, 18)는 AB와 ED 사이의 길이를 따르는 어느 곳이든 환자 해부 구조부에 각각 진입할 수 있다. BC 사이의 센서 장치(16)는 환자 해부 구조부로부터 나타날 수 있고 환자 해부 구조부로 재진입할 수 있다. 대안적으로, BC 사이의 센서 장치(16)는 자연적 또는 외과적으로 생성된 환자 해부 구조부 내의 통로를 통과할 수 있다. 본 실시예에서, 센서 장치(20)의 원위 단부(20b)는 중재적 기기(22)에 부착되고 중재적 기기에 대해 고정된 운동학적 관계로 유지될 수 있다.

일 예에서, 표적 조직(202, 204)은 환자 해부 구조부의 뼈일 수 있고 센서 장치는 뼈의 상대 위치 및 상대 운동을 결정하기 위해 표적 조직에 부착될 수 있다. 센서 장치는 뼈 스크루, 접착제, 또는 다른 공지된 결합 시스템을 포함하는 표적 고정구에 의해 뼈에 부착될 수 있다.

센서 장치(16, 18, 20)는 평행하게 배열된 복수의 섬유 또는 단일 섬유를 포함할 수 있다. 대안적으로, 센서 장치는 연결부를 가로지르는 인터로게이션을 허용하는 광 결합기에 의해 연결된 섬유 세그먼트(즉, "데이지-체인형(daisy-chained)" 세그먼트)에 일렬로 연결될 수 있다. 따라서, 하나의 세그먼트가 예를 들어 위치(A, B) 사이에서 연장할 수 있고, 이 세그먼트는 위치(B, C) 사이에서 연장하는 다른 세그먼트에 연결될 수 있다.

도 13은 도 12에 구성된 바와 같은 센서 시스템(10)을 사용하는 방법(320)을 도시한다. 322에서, 센서 시스템(12)은 표적 고정구(26a)가 표적 조직(204)에 부착되고 표적 고정구(26b)가 표적 조직(202)에 부착된 상태로 도 12에 구성된 바와 같이 제공된다. 324에서, 방법(320)은 기준 고정구(14)에 고정되는 위치(A)에서의 센서 장치(16)의 자세를 획득하는 단계를 포함한다. 326에서, 센서 장치(16)는 위치(A 및 B) 사이의 센서 장치의 제1 섹션의 형상을 결정하도록 문의된다. 328에서, 위치(B)에서의 센서 장치(16)의 자세가 제1 섹션 센서 장치의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 센서 장치의 부분이 기준 고정구(14)에 의해 A에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치의 제1 섹션의 복합 형상은 A와 B 사이의 센서 장치의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하도록 A에서의 고정된 자세에 누적되어 부여될 수 있다. 이 방법을 사용하여, 위치(B)에서의 센서 장치의 자세가 결정될 수 있다. 330에서, 방법은 위치(A)에서의 기준 고정구(14)와 위치(C)에서의 표적 고정구(26b) 사이의 센서 장치(16)의 형상을 결정하는 단계를 포함한다. 332에서, 위치(C)에서의 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)의 자세는 A와 C 사이의 센서 장치(16)의 형상으로부터 결정된다. 이 방법에 의해, 센서 장치(16, 18)는 양쪽 표적 조직(202, 204)의 위치의 결정을 개선하는데 사용될 수 있는 운동학적 루프를 형성한다.

334에서, 방법(320)은 기준 고정구(14)에 고정되는 위치(E)에서의 센서 장치(18)의 자세를 획득하는 단계를 포함한다. 336에서, 센서 장치(18)는 위치(E 및 D) 사이의 센서 장치의 형상을 결정하도록 문의된다. 338에서, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)의 자세는 센서 장치의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 광 섬유의 부분이 기준 고정구(14)에 의해 E에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치의 복합 형상은 E와 D 사이의 센서 장치의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하도록 E에서 고정된 자세로 누적되어 부여될 수 있다. 이 방법을 사용하여, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)의 자세가 결정될 수 있다.

340에서, 방법(210)은 기준 고정구(14)에서(즉, A 및 E 각각에서) 센서 장치(16, 18) 사이의 3차원 오프셋 거리 및/또는 배향 차이를 획득하는 단계를 포함한다. 342에서, 표적 고정구(26b)에서, 즉, C 및 D각각에서 센서 장치(16, 18) 사이의 3차원 오프셋 거리 및/또는 배향 차이가 획득된다. 344에서, 기준 고정구(14)에서(즉, A 및 F 각각에서) 센서 장치(16, 20) 사이의 3차원 오프셋 거리 및/또는 배향 차이가 획득된다. 346에서, 기준 고정구(14)에서(즉, E 및 F 각각에서) 센서 장치(18, 20) 사이의 3차원 오프셋 거리 및/또는 배향 차이가 획득된다.

348에서, 방법(320)은 기준 고정구(14)에 고정되는 위치(F)에서의 센서 장치(20)의 자세를 획득하는 단계를 포함한다. 350에서, 센서 장치(20)는 위치(F 및 G) 사이의 센서 장치의 형상을 결정하도록 문의된다. 352에서, 센서 장치(20)의 원위 단부(20b)의 자세는 센서 장치의 결정된 형상을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 광 섬유의 부분이 기준 고정구(14)에 의해 F에서 고정된 자세로 유지되는 상태에서, 센서 장치(20)의 복합 형상은 F와 G 사이의 센서 장치의 축방향 길이를 따라서 중간 부분의 자세를 결정하도록 F에서의 고정된 자세에 누적되어 부여된다. 이 방법을 사용하여, 센서 장치(20)의 원위 단부(20b)의 자세가 결정될 수 있다. 센서 장치(20)의 원위 단부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 중재적 기기(22)의 원위 단부에서 고정될 수 있다. 대안적으로, 센서 장치(20)의 원위 단부(20)는 도 12에 도시된 바와 같이 중재적 기기(22)의 근위 단부에 고정될 수 있다. 다양한 다른 실시예에서, 센서 장치(20)의 원위 단부(20)는 의료인이 추적에 관심을 가질 수 있는 중재적 기기 상의 다른 지점에 고정될 수 있다.

354에서, 방법(320)은 형상 센서(16)의 원위 단부(16b)에 대해 개정된 자세를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 센서 장치(18)의 원위 단부(18b)의 자세는 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)의 잉여의 결정 또는 개정된 자세를 생성하도록 공지된 위치(A, E) 사이의 오프셋 및 위치(C, D) 사이의 오프셋에 기초하여 조정될 수 있다. 이 방법에 의해, 센서 장치(16)의 원위 단부(16b)의 위치 및 배향은 그 자체 상의 단일 센서 장치(16)를 사용하여 가능한 것보다 더 높은 정확도로 결정될 수 있다. 356에서, 원위 단부(16b)의 개정된 자세는 중재적 기기(22)에 의해 운반되는 센서 장치(20)의 원위 단부(20b)에 대해 추적될 수 있다.

센서(20)의 원위 단부(20b)(또는 센서(20)의 원위 단부(20b)에 대해 고정된 중재적 기기(22)의 일부분)는 센서(16)의 원위 단부(16b)의 위치를 개선하기 위한 잉여성을 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 장치(20)가 문의되는 동안 센서의 원위 단부(20b)가 표적 기준 고정구에서 (원위 단부(16b)와 일치하거나 원위 단부와의 공지된 운동학적 관계로) 유지되는 경우, 센서(20)의 최종 형상은 표적에서의 원위 단부(20b)의 위치를 결정하도록 사용될 수 있다. 따라서, 기준 고정구에서의 센서와 표적 고정구 사이의 공지된 3차원 오프셋 및 원위 단부(20b)의 위치는 잉여의 센서 장치(18)에 대해 사용되는 것과 유사한 방법을 사용하여 원위 단부(16b)의 자세를 정밀화하는데 사용될 수 있다.

컴퓨터 보조 시스템을 포함한, 설명된 센서 시스템 구성 중 임의의 구성은 의료 중재적 시술을 보조하도록 사용될 수 있다. 컴퓨터 보조 시스템은 로봇 중재적 시스템 등의 원격 작동 중재적 시스템을 포함할 수 있다. 도면 중 도 14를 참조하면, 예를 들어, 외과, 진단, 치료, 또는 생검 시술에서 사용하기 위한 원격 작동식 중재적 시스템이 참조 부호 400에 의해 전체적으로 표시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원격 작동식 중재적 시스템(400)은 일반적으로 환자(P)가 그 위에 위치되는 작동 테이블(O)에 장착되거나 그 근처의 로봇 조립체(402)를 포함한다. 중재적 기기 시스템(404)은 로봇 조립체(402)에 작동식으로 결합된다. 조작자 입력 시스템(406)은 의사(S)가 수술 부위를 관측하고 중재적 기기 시스템(404)의 작동을 제어하도록 한다.

조작자 입력 시스템(406)은 보통 수술 테이블(O)과 동일한 공간에 위치되는 의사의 콘솔에 위치될 수 있다. 그러나, 의사(S)는 다양한 방 또는 환자(P)와 완전히 상이한 건물에 위치될 수 있는 점이 이해되어야 한다. 조작자 입력 시스템(406)은 일반적으로 중재적 기기 시스템(404)을 제어하기 위해 하나 이상의 제어 장치(들)를 포함한다. 제어 장치(들)는 손잡이, 조이스틱, 트랙볼, 데이터 글러브, 트리거-건, 수동 제어기, 음성 인식 장치, 터치 스크린, 신체 움직임 또는 존재 센서 등과 같은, 임의의 개수의 다양한 입력 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 장치(들)에는 원격 현장감 또는 의사가 기기를 직접 제어하는 강한 느낌을 갖도록 제어 장치(들)이 기기와 일체라는 지각을 의사에게 제공하기 위해 로봇 조립체의 중재적 기기와 동일한 자유도가 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 장치(들)는 관련된 중재적 기기보다 더 많거나 더 적은 자유도를 가지며, 여전히 원격 현장감을 의사에게 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 장치(들)는 6 자유도로 이동하고 또한 기기를 작동시키는(예를 들어, 파지 조어를 폐쇄하고, 전기 전위를 전극에 인가하고, 의학적 치료, 등을 전달하는) 작동 가능 핸들을 포함할 수 있는 수동 입력 장치이다.

로봇 조립체(402)는 중재적 기기 시스템(404)을 지지하고, 하나 이상의 비-서보 제어 링크(예를 들어, 일반적으로 설치 구조물로 지칭되는, 제 위치에 수동으로 위치되어 체결될 수 있는 하나 이상의 링크)의 운동학적 구조부 및 로봇 조작기를 포함할 수 있다. 로봇 조립체(402)는 중재적 기기(404) 상의 입력을 구동하는 복수의 액추에이터(예를 들어, 모터)를 포함한다. 이들 모터는 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(412))으로부터의 명령에 응답하여 능동적으로 움직인다. 모터는 중재적 기기(404)에 결합될 때 중재적 기기를 자연적으로 또는 외과적으로 생성된 해부학적 개구 내로 전진시키고 그리고/또는, 3개의 선형 운동도(예를 들어, X, Y, Z 직교 축을 따른 선형 운동) 및 3개의 회전 운동도(예를 들어, X, Y, Z 직교 축에 대한 회전)를 포함할 수 있는 복수의 자유도로 중재적 기기의 원위 단부를 이동시킬 수 있는 구동 시스템을 포함한다. 추가로, 모터는 생검 장치 등의 조오에 조직을 파지하기 위해 기기의 관절식 엔드 이펙터를 작동시키도록 사용될 수 있다.

로봇 중재적 시스템(400)은 또한 로봇 조립체의 기기에 관한 정보를 수신하는 하나 이상의 서브 시스템을 갖는 센서 시스템(408)을 포함한다. 센서 시스템(408)은 예를 들어 상술된 임의의 구성에서 형상 센서 장치(10)를 포함할 수 있다. 센서 서브 시스템은 또한 전자기(EM) 위치 센서 시스템) 및/또는 카테터 시스템의 원위 단부로부터 이미지를 포획하기 위한 환기 시스템을 포함할 수 있다.

로봇 중재적 시스템(400)은 또한 센서 시스템(408)의 서브시스템에 의해 생성된, 수술 부위 및 중재적 기기(404)의 이미지를 표시하는 디스플레이 시스템(410)을 포함한다. 디스플레이(410) 및 조작자 입력 시스템(406)은 조작자가 작업 공간을 사실상 실제 존재하는 것으로 관찰하는 것처럼 중재적 기기(404) 및 조작자 입력 시스템(406)을 제어할 수 있도록 배향될 수 있다. 실제 존재는 표시되는 조직 이미지가 조작자에게, 조작자가 이미지 위치에 물리적으로 존재하여 이미지 시각으로부터 조직을 직접 보는 것처럼 보여지는 것을 의미한다.

대안적으로 또는 추가적으로, 디스플레이 시스템(410)은 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 촬영 기술을 사용하여 수술 전에 기록 및/또는 모델링된 수술 부위의 이미지를 제공할 수 있다. 제공된 수술 전 이미지는 2차원, 3차원, 또는 4차원(예를 들어, 시간 기반 정보 또는 속도 기반 정보를 포함함) 이미지 및 모델을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 디스플레이 시스템(410)은 수술 기기의 팁의 위치에 내부 수술 부위의 가상 이미지를 의사에게 제공하기 위해, 중재적 기기의 실제 위치가 수술전 또는 동시 영상과 정합(예컨대, 동적 참조)되는 가상 시각화 이미지를 표시할 수 있다.

다른 실시예에서, 디스플레이 시스템(410)은 수술 부위에서의 중재적 기기의 가상 이미지를 의사에게 제공하기 위해, 중재적 기기의 실제 위치가 (수술전 기록된 이미지를 포함한) 이전의 영상 또는 동시 영상과 정합되는 가상 시각화 이미지를 표시할 수 있다. 중재적 기기(404)의 일부분의 이미지는 의사가 중재적 기기를 제어하는 것을 보조하기 위해 가상 이미지 상에 중첩될 수 있다.

로봇 중재적 시스템(400)은 또한 제어 시스템(412)을 포함한다. 제어 시스템(412)은 중재적 기기 시스템(404), 조작자 입력 시스템(406), 센서 시스템(408), 디스플레이 시스템(410) 사이의 제어를 달성하기 위해, 적어도 하나 프로세서(미도시) 그리고 전형적으로는 복수의 프로세서를 포함한다. 제어 시스템(412)은 산술 또는 논리 가산기 등의 로직 유닛, 및 하나 이상의 메모리 장치를 포함하는 공통의 컴퓨터 구성요소를 포함할 수 있다. 제어 시스템(412)은 또한 여기에 설명된 일부 또는 모든 방법을 구현하기 위해 프로그래밍된 명령어(예를 들어, 명령어를 저항한 컴퓨터 판독 가능 매체)를 포함한다.

제어 시스템(412)은 도 1의 단순화된 개략도에서는 단일 블록으로서 도시되어 있지만, 처리의 적어도 일부가 선택적으로 로봇 조립체(402) 상에서 또는 그 부근에서 실행되고, 일부가 조작자 입력 시스템(406)에서 실행되는 등의 상태로, 시스템은 다수의 데이터 처리 회로를 포함할 수 있다. 제어 시스템(24) 및 센서 처리 및 제어 시스템(27)은 제어 시스템의 구성요소일 수 있다. 매우 다양한 집중식 또는 분산식 데이터 처리 아키텍처들 중 임의의 하나가 채용될 수 있다. 유사하게, 프로그래밍된 명령어는 다수의 분리된 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나, 본 개시 내용에서 설명되는 로봇 시스템의 다수의 다른 양태로 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 시스템(412)은 블루투스, IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT, 및 무선 원격 측정 등의 무선 통신 프로토콜을 지원한다.

몇몇 실시예에서, 제어 시스템(412)은 중재적 기기 시스템(404)으로부터의 힘 및 토크 피드백을 조작자 입력 시스템(406)에 대한 하나 이상의 대응 서보 모터로 제공하는 하나 이상의 서보 제어기를 포함할 수 있다. 서보 제어기(들)는 또한 신체 내의 개방부를 거쳐 환자 신체 내에서 내부 수술 부위 내로 연장하는 중재적 기기(404)를 이동시키도록 로봇 조립체(402)에 지시하는 신호를 전송할 수 있다. 임의의 적합한 보편적인 서보 제어기 또는 특수화된 서보 제어기가 사용될 수 있다. 서보 제어기는 로봇 조립체(402)로부터 분리되거나 그와 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 서보 제어기 및 로봇 조립체는 환자의 신체에 인접하여 위치될 수 있는 로봇 아암 카트의 일부로서 제공된다.

제어 시스템(412)은 중재적 기기(404)에 운행 보조를 제공하기 위해 가상 시각화 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 가상 시각화 시스템을 사용한 가상 운행은 해부 통로의 3차원 구조와 관련하여 취득된 데이터세트에 대한 참조에 기초한다. 더 구체적으로, 가상 시각화 시스템은 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 영상(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영 등과 같은 촬영 기술을 사용하여 기록 및/또는 모델링된 수술 부위의 이미지를 처리한다. 소프트웨어는 기록된 이미지를 부분적인 또는 전체적인 해부학적 장기 또는 해부학적 영역의 2차원 또는 3차원 모델로 변환하기 위해 사용된다. 모델은 통로들의 다양한 위치 및 형상과, 이들의 연결성을 설명한다. 모델을 생성하는데 사용되는 이미지들은 임상 시술 동안 수술 전에 또는 수술 중에 기록될 수 있다. 대체 실시예에서, 가상 시각화 시스템은 표준 모델(즉, 환자 특이적이지 않음) 또는 표준 모델 및 환자 특이적 데이터의 하이브리드를 사용할 수 있다. 모델 및 모델에 의해 생성되는 임의의 가상 이미지는 하나 이상의 이동 상 도중(예를 들어, 폐의 흡기/호기 사이클 도중) 및/또는 유도된 해부학적 이동(예를 들어, 환자 재위치 설정 또는 기기-유래된 변형) 도중 변형 가능한 해부학적 영역의 정적 자세를 나타낼 수 있다.

가상 운행 절자 중에, 센서 시스템(408)은 환자 해부 구조부에 대한 기기의 대략적인 위치를 계산하는데 사용될 수 있다. 위치는 환자 해부 구조부의 거시 수준 추적 이미지 및 환자 해부 구조부의 가상 내부 이미지를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 가상 시각화 시스템으로부터의 것과 같이 수술 전에 기록된 수술 이미지를 중재적 기기에 등록하여 중재적 기기를 함께 디스플레이하기 위해 광 섬유 센서를 사용하는 다양한 시스템이 공지되어 있다. 예를 들어, 본 개시 내용에 참조로 통합된, "이미지-안내식 수술을 위한 해부학적 구조부의 모델의 동적 정합을 제공하는 의료 시스템"을 개시하는, 2011년 5월 13일 출원된 미국 특허 출원 제13/107,562호는 하나의 이러한 시스템을 개시한다.

로봇 중재적 시스템(400)은 조명 시스템, 조향 제어 시스템, 관류 시스템, 및/또는 흡입 시스템과 같은 선택적 작동 및 지원 시스템(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 대체 실시예에서, 로봇 시스템은 1개를 초과하는 조작기 조립체 및/또는 1개를 초과하는 조작자 입력 시스템을 포함할 수 있다. 조작기 조립체의 정확한 개수는 다른 인자 중, 외과적 시술 및 수술실 내의 공간 제약에 의존할 것이다. 조작자 입력 시스템은 함께 위치될 수 있거나, 분리된 장소 내에 위치될 수 있다. 다수의 조작자 입력 시스템은 1명을 초과하는 작업자가 하나 이상의 조작기 조립체를 다양한 조합으로 제어하도록 한다.

본 발명의 실시예들 내의 하나 이상의 요소들은 제어 시스템(412)과 같은 컴퓨터 시스템의 프로세서 상에서 실행하기 위해 소프트웨어 내에서 구현될 수 있다. 소프트웨어 내에서 구현될 때, 본 발명의 실시예의 요소들은 본질적으로 필수적인 작업을 수행하기 위한 코드 세그먼트이다. 송신 매체 또는 통신 링크를 거쳐 반송파 내에서 실시되는 컴퓨터 데이터 신호에 의해 다운로드되었을 수 있는 프로그램 또는 코드 세그먼트는 프로세서 판독 가능 저장 매체 또는 장치 내에 저장될 수 있다. 프로세서 판독 가능 저장 디바이스는 광학 매체, 반도체 매체, 및 자기 매체를 포함한 정보를 저장할 수 있는 임의의 매체를 포함할 수 있다. 프로세서 판독 가능 저장 디바이스 예는 전자 회로; 반도체 디바이스, 반도체 메모리 디바이스, 리드 온리 메모리(ROM), 플래시 메모리, 소거할 수 있는 프로그램 가능한 리드 온리 메모리(EPROM); 플로피 디스켓, CD-ROM, 광학 디스크, 하드 디스크 또는 다른 저장 디바이스를 포함하고, 코드 세그먼트는 인터넷, 인트라넷, 등의 컴퓨터 네트워크를 통해 다운로드 될 수 있다.

제시된 공정 및 디스플레이는 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에 본질적으로 관련되지 않을 수 있음을 알아야 한다. 다양한 이러한 시스템에 대해 요구되는 구조는 청구범위 내에서 요소로서 나타날 것이다. 또한, 본 발명의 실시예는 임의의 특정 프로그래밍 언어를 참조하여 설명되지 않는다. 다양한 프로그래밍 언어가 본원에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 교시를 구현하기 위해 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

본 발명의 소정의 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되어 있지만, 그러한 실시예는 단지 예시적이며 광범위한 본 발명에 대해 제한적이지 않고, 본 발명의 실시예는 다양한 다른 변형이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 수 있으므로, 도시되고 설명된 특정 구성 및 배열로 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims (31)

1. 형상 감지 장치의 작동 방법이며,
   제1 위치와 제2 위치 사이에서 연장하는 제1 세장형 광 섬유 섹션을 포함하는 제1 형상 센서 섹션으로부터 제1 형상 데이터를 수신하는 단계,
   제3 위치와 제4 위치 사이에서 연장하는 제2 세장형 광 섬유 섹션을 포함하는 제2 형상 센서 섹션으로부터 제2 형상 데이터를 수신하는 단계, 및
   제2 형상 센서 섹션으로부터의 제2 형상 데이터를 사용하여 제1 형상 센서 섹션의 단부의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
2. 제1항에 있어서,
   제1 세장형 광 섬유 섹션은 제1 위치에서 기준 고정구에 결합되고 제2 세장형 광 섬유 섹션은 제3 위치에서 기준 고정구에 결합되고, 제1 형상 센서 섹션의 단부의 위치를 결정하는 단계는 제1 위치와 제3 위치 사이의 거리에 기초하여 제2 형상 데이터를 조정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
3. 제2항에 있어서,
   제5 위치에서 기준 고정구에 결합되는 제3 세장형 광 섬유 섹션을 포함하는 제3 형상 센서 섹션으로부터 제3 형상 데이터를 수신하는 단계, 및
   제1 형상 센서 섹션의 단부에 대한 제3 형상 센서 섹션의 이동을 추적하는 단계를 더 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
4. 제1항에 있어서,
   제1 세장형 광 섬유 섹션은 제2 위치에서 제1 표적에 결합되고 제2 세장형 광 섬유 섹션은 제4 위치에서 제1 표적에 결합되고, 제1 형상 센서 섹션의 원위 팁의 위치를 결정하는 단계는 제2 위치와 제4 위치 사이의 거리에 기초하여 제2 형상 데이터를 조정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
5. 제4항에 있어서,
   제1 세장형 광 섬유 섹션은 제5 위치에서 제2 표적에 결합되는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
6. 제1항에 있어서,
   제1 및 제2 세장형 광 섬유 섹션은 대체로 상이한 길이를 갖는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
7. 제1항에 있어서,
   단일 세장형 광 섬유는 일렬로 배열된 제1 및 제2 세장형 광 섬유 섹션을 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
8. 제7항에 있어서,
   제2 및 제4 위치는 같은 장소에 위치되는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
9. 제7항에 있어서,
   제1 위치와 제3 위치 사이의 단일 세장형 광 섬유로부터 제3 형상 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 제1 형상 센서 섹션의 단부의 위치를 결정하는 단계는 제1 위치와 제3 위치 사이의 단일 세장형 광 섬유에 대한 형상 보정 인자를 결정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
10. 제1항에 있어서,
    제1 형상 센서 섹션은 제1 세장형 광 섬유 섹션 내에 복수의 광 코어를 포함하고, 제1 형상 센서 섹션으로부터 제1 형상 데이터를 수신하는 단계는 복수의 광 코어 중 제1 서브 세트로부터의 3차원 형상 데이터와 복수의 광 코어 중 제2 서브 세트로부터의 3차원 형상 데이터를 조합하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
11. 형상 감지 장치의 작동 방법이며,
    세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제1 복수의 광 코어를 포함하는 제1 형상 센서로부터, 형상 데이터를 수신하는 단계,
    세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제2 복수의 광 코어를 포함하는 제2 형상 센서로부터, 형상 데이터를 수신하는 단계, 및
    제1 및 제2 형상 센서로부터 형상 데이터를 조합함으로써 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
12. 제11항에 있어서,
    제1 및 제2 형상 센서는 3차원 형상 센서인, 형상 감지 장치의 작동 방법.
13. 제11항에 있어서,
    제1 및 제2 복수의 광 코어 각각은 적어도 3개의 광 코어를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
14. 제11항에 있어서,
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 단계는,
    제1 형상 센서의 제1 형상을 결정하는 단계,
    제2 형상 센서의 제2 형상을 결정하는 단계, 및
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 섬유의 형상을 생성하기 위해 제1 및 제2 형상을 평균화하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
15. 제11항에 있어서,
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 단계는,
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 섬유의 형상을 생성하기 위해 제1 및 제2 복수의 광 코어의 광 코어 각각으로부터 형상 데이터를 조합하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
16. 형상 감지 장치의 작동 방법이며,
    기준 고정구에 결합되는 제1 부분 및 제1 해부 표적에 결합되는 제2 부분을 구비하는 제1 형상 센서로부터 제1 형상 데이터를 수신하는 단계,
    기준 고정구에 결합되는 제1 부분 및 제1 해부 표적에 결합되는 제2 부분을 구비하는 제2 형상 센서로부터 제2 형상 데이터를 수신하는 단계로서, 제1 및 제2 형상 센서의 제1 부분은 고정된 운동학적 관계로 유지되고 제1 및 제2 형상 센서의 제2 부분은 고정된 운동학적 관계로 유지되는, 단계, 및
    제2 형상 센서로부터 제2 형상 데이터를 사용하여 제1 형상 센서 섹션의 제2 부분의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
17. 제16항에 있어서,
    제1 및 제2 형상 센서 중 적어도 하나는 세장형 광 섬유를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
18. 제17항에 있어서,
    세장형 광 섬유는 적어도 3개의 광 코어를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
19. 제16항에 있어서,
    제1 형상 센서의 제1 부분과 제2 부분 사이의 거리는 제2 형상 센서의 제1 부분과 제2 부분 사이의 길이와 대체로 상이한, 형상 감지 장치의 작동 방법.
20. 제16항에 있어서,
    제1 형상 센서의 제2 부분의 위치를 결정하는 단계는 제1 부분과 제2 부분 사이의 제1 형상 센서의 형상을 결정하는 단계 및 제1 부분과 제2 부분 사이의 제2 형상 센서의 형상을 결정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
21. 제16항에 있어서,
    제1 형상 센서는 제2 해부 표적에 결합되는 제3 부분을 구비하고, 상기 방법은 제1 부분과 제3 부분 사이의 제1 형상 센서로부터 제3 형상 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
22. 제16항에 있어서,
    기준 고정구에 결합되는 제1 부분 및 중재적 기기에 결합되는 제2 부분을 구비하는 제3 형상 센서로부터 제3 형상 데이터를 수신하는 단계, 및
    제1 해부 표적에 결합되는 제1 형상 센서의 제2 부분의 위치에 대한 중재적 기기의 위치를 추적하는 단계를 더 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
23. 형상 감지 장치의 작동 방법이며,
    기준 고정구에 결합되는 제1 부분, 해부 표적에 결합되는 제2 부분, 및 기준 고정구에 결합되는 제3 부분을 구비하는 세장형 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 단계로서, 제1 및 제3 부분은 공지된 운동학적 관계로 유지되는, 단계,
    제1 부분과 제2 부분 사이의 세장형 형상 센서의 제1 형상을 결정하는 단계,
    제3 부분과 제2 부분 사이의 세장형 형상 센서의 제2 형상을 결정하는 단계, 및
    제1 및 제2 형상으로부터 해부 표적에서의 제2 부분의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
24. 제23항에 있어서,
    적어도 하나의 세장형 형상 센서는 다중-코어 광 섬유를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
25. 제23항에 있어서,
    제1 부분과 제2 부분 사이의 세장형 형상 센서의 길이는 제3 부분과 제2 부분 사이의 세장형 형상 센서의 길이와 대체로 상이한, 형상 감지 장치의 작동 방법.
26. 형상 감지 장치의 작동 방법이며,
    기준 고정구에 결합되는 제1 부분, 해부 표적에 결합되는 제2 부분, 기준 고정구에 결합되는 제3 부분을 갖는 세장형 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 단계로서, 제1 및 제3 부분은 공지된 운동학적 관계로 유지되는, 단계,
    제1 부분과 제3 부분 사이의 세장형 형상 센서의 형상을 결정하는 단계,
    제3 부분에 대해 측정된 위치를 결정하는 단계,
    제3 부분의 측정된 위치와 제3 부분의 실제 위치 사이의 보정 인자를 결정하는 단계,
    제2 부분에 대해 측정된 위치를 결정하는 단계, 및
    보정 인자에 기초하여 제2 부분에 대해 측정된 위치를 보정함으로써 제2 부분의 보정된 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 형상 감지 장치의 작동 방법.
27. 시스템이며, 형상 감지 장치를 작동하기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하고,
    상기 명령어는,
    제1 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 명령어로서, 제1 형상 센서는 세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제1 복수의 광 코어를 포함하는, 명령어,
    제2 형상 센서로부터 형상 데이터를 수신하는 명령어로서, 제2 형상 센서는 세장형 광 섬유의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에서 연장하는 제2 복수의 광 코어를 포함하는, 명령어, 및
    제1 및 제2 형상 센서로부터 형상 데이터를 조합함으로써 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 명령어를 포함하는, 시스템.
28. 제27항에 있어서,
    제1 및 제2 형상 센서를 더 포함하고, 제1 및 제2 형상 센서는 3차원 형상 센서인, 시스템.
29. 제28항에 있어서,
    제1 및 제2 형상 센서 각각은 적어도 3개의 광 코어를 포함하는, 시스템.
30. 제27항에 있어서,
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 명령어는,
    제1 형상 센서의 제1 형상을 결정하는 명령어,
    제2 형상 센서의 제2 형상을 결정하는 명령어, 및
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 섬유의 형상을 생성하기 위해 제1 및 제2 형상을 평균화하는 명령어를 포함하는, 시스템.
31. 제28항에 있어서,
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 광 섬유의 형상을 결정하는 명령어는,
    제1 섹션과 제2 섹션 사이의 세장형 섬유의 형상을 생성하기 위해 제1 및 제2 복수의 광 코어의 광 코어 각각으로부터 형상 데이터를 조합하는 명령어를 포함하는, 시스템.

Images