KR20230041661A - 삼중 이미징 하이브리드 프로브를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

삼중 이미징 하이브리드 프로브를 위한 시스템들 및 방법들 Download PDF

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KR20230041661A
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KR
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hybrid
articulated
camera
sensing probe
ultrasound
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KR1020227045224A
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엔리퀘 로모
헨드릭 톰슨
리사 히톤
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노아 메디컬 코퍼레이션
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Publication date
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Abstract

하이브리드 가시화 장치가 제공된다. 하이브리드 가시화 장치는, 근위 단부 및 원위 단부를 구비하는 관절식 세장형 부재로서, 위치 센서가 관절식 세장형 부재의 원위 단부에 위치하게 되는 것인, 관절식 세장형 부재; 및 상기 관절식 세장형 부재에 제거 가능하게 커플링되는 다중모드 감지 프로브로서, 다중모드 감지 프로브의 원위 부분에 위치되는 카메라 및 초음파 변환기를 포함하는 것인, 다중모드 감지 프로브를 포함한다.

Description

삼중 이미징 하이브리드 프로브를 위한 시스템들 및 방법들
본 출원은, 본 명세서에 참조로 통합되는 출원인, 2020년 6월 2일 출원된, 미국 가출원번호 제63/033,624호의 우선권의 이익을 주장한다.
폐암의 조기 진단이 중요하다. 폐암의 5-년 생존율은, 가장 흔한 암들인, 유방암(90%), 결장직장암(65%), 및 전립선암(99%) 보다 상당히 더 낮은, 약 18%이다. 폐암으로 인한 총 142,000명의 사망자가, 2018년에 기록되었다.
환자가 의심스러운 폐 병변을 갖는 것으로 진단되었을 때, 이들은, 그것이 악성인지 여부를 결정하기 위한 병변의 생체 검사를 획득하기 위해, 의사에게 의뢰될 수 있을 것이다. 조직 샘플이 악성인 것으로 결정되면, 폐암의 기관지삽관 치료(endobronchial treatment)가, 실행될 수 있을 것이다. 일반적인 프로세스에서, 컴퓨터 단층 촬영(CT)과 같은 수술-전 이미징이, 환자 폐의 병변을 식별하기 위해 수행될 수 있을 것이다. CT 이미지들은, 예를 들어 기관지경 검사 시에 기관지경의 진행을 안내하기 위한 지도를 생성하기 위한, 병변의 해부학적 개소 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 기관지경 검사 도중에, 전자기적(EM) 3-차원(3D) 센서들과 같은 센서들을 갖도록 마련되는 기관지경 검사 시스템이, CT 이미지 또는 환자 해부도에 자체를 등록할 수 있을 것이다. EM 정보는, 직접적 시각화 시스템(예를 들어, 카메라)과 함께, 의사가 병변의 부위로 기관지경을 조작하는 것을 허용할 수 있을 것이다.
병변이 적어도 부분적으로 직접적 시각화 시스템의 화상 내에 포착되는 기도 내부에 존재하는 경우, 의사는, 병변을 향해 내시경을 조종할 수 있으며, 그리고 병변의 조직 생체 검사를 획득하기 위해 진행할 수 있을 것이다. 그러나, 병변이 기도 외부에 있을 때, 병변이 기관지경의 직접적 시각화 시스템의 화상 외부에 있는 경우, 도전이 발생한다. 이러한 시나리오에서, 병변은, 카메라 화상에서 의사에게 시인 가능하지 않으며, 그리고 의사는, EM 센서로부터의 정보 및 기관지경에 비해 병변의 정확한 실시간 개소를 제공하지 못하는 수술-전 이미지에 의지해야만 할 수 있을 것이다.
개선된 시각화를 동반하는 가운데 수술 절차 또는 진단 작업을 수행하는 것을 허용하는, 최소 침습 시스템에 대한 필요성이, 여기에서 인식된다. 본 개시는, 개선된 실시간 시각화와 더불어 조기 폐암 진단 및 치료를 허용하는 시스템들 및 방법들을 제공한다. 특히, 본 개시는, 다중모드 하이브리드 가시화를 동반하는 기관지경 검사 장치를 제공한다. 기관지경은, 의사가 폐 내부의, 구체적으로 기도 외부의, 조직 변화를 시각화하는 것을 허용하도록, 전자기적(EM) 센서, 직접적 이미징 장치, 및 초음파 이미징을 통합할 수 있을 것이다. 예를 들어, 기관지경 내로 초음파 프로브를 통합하는 것은, 의사가 관심 부위를 스캔하는 것 및 개선된 정확성을 동반하는 가운데 기관지경에 대한 병변의 실제 개소를 확인하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 제공되는 기관지경은, EM 센서, 직접적 이미징 센서, 및 초음파 센서의 사용을 조합함에 의해, 하이브리드 가시화 능력을 제공할 수 있을 것이다. 제공되는 내시경 시스템은, 다양한 최소 침습 수술 절차들, 심장, 방광 및 폐 조직을 포함하는 다양한 유형의 조직을 포함하는 치료 또는 진단 절차들, 및, 이에 국한되는 것은 아니지만, 식도, 간, 위, 결장, 요로를 포함하는 소화기 계통, 또는 이에 국한되는 것은 아니지만, 기관지, 폐 및 다양한 다른 것들을 포함하는 호흡기 계통과 같은 환자의 신체의 다른 해부학적 영역들에서 사용될 수 있다는 것을, 알아야 한다.
본 개시의 양태에서, 하이브리드 가시화 장치가, 제공된다. 하이브리드 가시화 장치는, 근위 단부 및 원위 단부를 구비하는 관절식 세장형 부재로서, 제1 위치 센서가 관절식 세장형 부재의 원위 단부에 위치하게 되는 것인, 관절식 세장형 부재; 및 상기 관절식 세장형 부재에 제거 가능하게 커플링되는 다중모드 감지 프로브를 포함한다. 다중모드 감지 프로브는, 다중모드 감지 프로브의 원위 부분에 위치되는 카메라 및 초음파 변환기를 포함한다.
일부 실시예에서, 다중모드 감지 프로브는, 관절식 세장형 부재의 제1 내강을 통해 삽입된다. 일부 실시예에서, 다중모드 감지 프로브는, 관절식 세장형 부재에 대해 회전 가능하고 신장 가능하다. 일부 실시예에서, 다중모드 감지 프로브는, 관절식 세장형 부재에 대해 관절식으로 연결 가능하다.
일부 실시예에서, 다중모드 감지 프로브는, 추가로, 다중모드 감지 프로브의 원위 부분의 개소를 추적하기 위해 다중모드 감지 프로브의 원위 부분에 위치되는, 제2 위치 센서를 포함한다. 일부의 경우에, 제2 위치 센서, 카메라, 및 조명 장치가, 다중모드 감지 프로브의 원위 부분 내에 내장된다. 일부 사례에서, 제2 위치 센서, 카메라 및 조명 장치는, 콤팩트한 구성으로 배열된다. 일부의 경우에, 관절식 세장형 부재 및 다중모드 감지 프로브는, 적어도 부분적으로 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서에 의해 포착되는 센서 데이터에 기초하여, 로봇식으로 제어된다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기는, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS) 변환기들의 어레이다. 일부 실시예에서, 카메라는, 실시간 전방 화상을 제공하며, 그리고 초음파 변환기는, 실시간 측방 화상을 제공한다. 일부의 경우에, 관절식 세장형 부재는, 도구를 수용하기 위한 제2 내강을 구비한다. 일부 사례에서, 도구의 움직임이, 실시간 측방 화상에 의해 포착된다.
일부 실시예에서, 관절식 세장형 부재는 추가로, 관절식 세장형 부재의 원위 단부에 위치되는, 이미징 장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 다중모드 감지 프로브는, 접촉을 제공하기 위한 또는 인체 내부의 통로를 밀봉하기 위한, 팽창 가능 팁부를 구비한다.
다른 양태에서, 본 개시는, 원위 팁 부분 및 굽힘 섹션을 포함하는 관절식 세장형 부재; 측방 화상을 제공하기 위해 상기 원위 팁 부분에 제공되는 초음파 변환기; 및 도구를 수용하도록 구성되는 채널로서, 채널은, 상기 굽힘 섹션에 위치되는 포트를 구비하여, 도구가 측방 화상 또는 초음파 이미지와 교차하는 궤적을 따라 상기 포트 밖으로 신장되는 것을 허용하도록 하는 것인, 채널을 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치를 제공한다.
일부 실시예에서, 관절식 세장형 부재는, 원위 팁 부분에 위치되는 위치 센서를 포함한다. 일부 사례에서, 위치 센서는, 원위 팁 부분의 개소를 추적하기 위해 원위 팁 부분 내에 내장된다. 일부 실시예에서, 관절식 세장형 부재는, 원위 팁 부분 내에 내장되는 카메라를 포함한다. 일부의 경우에, 카메라는, 실시간 전방 화상을 제공한다. 일부 실시예에서, 초음파 변환기는, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS) 변환기들의 어레이다.
본 개시의 부가적인 양태들 및 이점들이, 단지 본 개시의 예시적 실시예들이 도시되고 설명되는, 뒤따르는 상세한 설명으로부터 당업자에게 즉시 명백해질 것이다. 인식하게 될 것으로서, 본 개시는, 다른 그리고 상이한 실시예들에 대해 가능하며, 그리고 자체의 여러 세부사항이, 모두 본 개시로부터 벗어남 없이, 다양한 명백한 관점에서 수정 가능하다. 따라서, 도면들 및 설명은, 본질적으로 예시로서 간주되어야 하며 그리고 제한으로서 간주되지 않아야 한다.
참조로 통합
본 명세서에 언급되는 모든, 공개공보, 특허, 및 특허 출원은, 각각의 개별적인, 공개공보, 특허, 또는 특허 출원이 참조로 통합되는 것으로 구체적으로 그리고 개별적으로 지시되는 것과 같은, 동일한 정도까지 참조로 여기에 통합된다. 참조로 통합되는 공개공보들 및 특허들, 또는 특허 출원들이, 본 명세서에 포함되는 본 개시와 모순되는 범위에서, 본 명세서는, 임의의 그러한 모순적인 자료를 대체하도록 및/또는 그러한 자료 위의 우선권을 갖도록 의도된다.
본 발명의 신규의 특징들은, 첨부되는 청구항들에 구체적으로 기술된다. 본 발명의 특징들 및 이점들에 대한 더욱 양호한 이해가, 본 발명의 원리들이 활용되는 예시적인 실시예들을 기술하는 뒤따르는 상세한 설명, 및 첨부되는 도면들(또한 본 명세서에서, "도" 및 "도")을 참조하여 획득될 것이다:
도 1은, 본 개시의 일부 실시예에 따른, 내시경 시스템의 조립체의 예를 도시한다.
도 2는, 본 개시의 일부 실시예에 따른, 기관지경의 원위 팁부를 넘어 원위측으로 연장될 수 있는 하이브리드 프로브의 예들을 도시한다.
도 3은, 본 개시의 일부 실시예에 따른, 카테터의 원위 부분에 대해 회전되는 하이브리드 프로브의 예들을 도시한다.
도 4는, 본 개시의 일부 실시예에 따른, 통합된 하이브리드 가시화를 동반하는 내시경의 예를 도시한다.
도 5는, 본 개시의 일부 실시예에 따른, 팽창 가능 팁부를 갖는 하이브리드 프로브의 예를 도시한다.
도 6은, 본 개시의 일부 실시예에 따른, 풍선 팁부를 갖는 하이브리드 프로브의 예들을 도시한다.
도 7은, 실시간 정확한 병변 개소 추적을 위한 기관지삽관 초음파(EBUS) 화상, 직접적 비디오/카메라 화상, 및 수술-전 이미지에 기초한 가상 기도 모델을 디스플레이하는, 사용자 인터페이스의 예를 도시한다.
도 8은, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 로봇식 기관지경의 예를 도시한다.
도 9는, 본 발명의 일부 실시예에 따른, 로봇식 기관지경의 손잡이 부분에 기계적 및 전기적 인터페이스를 제공하는 도구 구동 메커니즘의 예를 도시한다.
도 10은, 통합된 이미징 장치 및 조명 장치를 갖는, 하이브리드 프로브의 원위 부분의 예를 도시한다.
도 11은 원위 부분에 위치되는 전자 소자들의 콤팩트한 구성의 예를 도시한다.
본 발명의 다양한 실시예들이 여기에 도시되고 설명되었지만, 그러한 실시예들은 단지 예로서 제공된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 수 많은 변형, 변경, 및 치환이, 본 발명으로부터 벗어남 없이, 당업자에게 일어날 수 있을 것이다. 여기에 설명되는 본 발명의 실시예들에 대한 다양한 변형예들이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
예시적인 실시예들이 주로 기관지경에 관련될 것이지만, 당업자는, 이것이 제한하고자 하는 것이 아니며 그리고 본 명세서에 설명되는 장치들이, 다른 치료 또는 진단 절차를 위해 그리고, 이에 국한되는 것은 아니지만, 식도, 간, 위, 결장, 요로를 포함하는 소화기 계통, 또는 이에 국한되는 것은 아니지만, 기관지, 폐 및 다양한 다른 것들을 포함하는, 호흡기 계통과 같은, 환자의 신체의 다른 해부학적 영역들에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에 개시되는 실시예들은, 환자에게 개선된 진단 및 치료를 제공하기 위해, 많은 방식들 중의 하나 이상으로 조합될 수 있다. 개시된 실시예들은, 예를 들어, 폐 진단, 수술, 및 다른 조직들 및 기관들의 수술에 대한 공지의 방법들과의 조합과 같이, 개선된 치료를 제공하기 위해 기존의 방법들 및 장치와 조합될 수 있다. 여기에 설명되는 바와 같은 구조들 및 단계들 중 임의의 하나 이상이, 여기에 설명되는 바와 같은 방법들 및 장치의 임의의 하나 이상의 부가적 구조 및 단계와 조합될 수 있고, 도면들 및 뒷받침하는 텍스트는, 실시예들에 따른 설명을 제공한다는 것을 이해해야 한다.
비록 본 명세서에 설명되는 바와 같은 진단 절차 또는 수술 절차의 치료 계획 및 정의가, 폐 진단 또는 수술의 맥락에서 제시되지만, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 방법들 및 장치들은, 뇌, 심장, 폐, 창자, 눈, 피부, 신장, 간, 췌장, 위, 자궁, 난소, 고환, 방광, 귀, 코, 입, 골수와 같은 연조직, 지방 조직, 근육, 선(glandular) 및 점막 조직, 척수 및 신경 조직, 연골, 치아, 뼈 및 이와 유사한 것과 같은 경질 생물학적 조직, 뿐만 아니라, 부비동, 요관, 결장, 식도, 폐 통로, 혈관들 및 인후와 같은, 신체 내강들 및 통로들과 같은, 신체의 임의의 조직 및 신체의 임의의 기관 및 혈관을 치료하기 위해 사용될 수 있다.
용어 "적어도", "보다 큰", 또는 "보다 크거나 같은"이, 2개 이상의 일련의 수치적 값 중 첫 번째 수치적 값 앞에 올 때마다, 용어 "적어도", "보다 큰", 또는 "보다 크거나 같은"은, 일련의 수치적 값들 내의 수치적 값들 각각에 적용된다. 예를 들어, "1, 2, 또는 3보다 크거나 같은"은, "1보다 크거나 같은, 2보다 크거나 같은, 또는 3보다 크거나 같은"과 균등하다.
용어 "이하", "미만", 또는 "보다 작거나 같은"이, 2개 이상의 일련의 수치적 값 중 첫 번째 수치적 값 앞에 올 때마다, 용어 "이하", "미만", 또는 "보다 작거나 같은"은, 일련의 수치적 값들 내의 수치적 값들 각각에 적용된다. 예를 들어, "3, 2, 또는 1보다 작거나 같은"은, "3보다 크거나 같은, 2보다 크거나 같은, 또는 1보다 크거나 같은"과 균등하다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 프로세서는, 하나 이상의 프로세서, 예를 들어 단일 프로세서, 또는, 예를 들어 분산 처리 시스템의, 복수의 프로세서를 포괄한다. 본 명세서에 설명되는 컨트롤러 또는 프로세서는, 일반적으로, 프로세스의 단계들을 구현하기 위한 명령을 저장하기 위한 유형의(tangible) 매체를 포함하며, 그리고 프로세서는, 예를 들어, 중앙 처리 유닛, 프로그램 가능 어레이 로직, 게이트 어레이 로직, 또는 전계 프로그램 가능 게이트 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 하나 이상의 프로세서는, 프로그램 가능 프로세서(예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU), 그래픽 처리 유닛(GPU), 또는 마이크로컨트롤러), 디지털 신호 프로세서들(DSP들), 전계 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 및/또는 하나 이상의 진보된 축소 명령 집합 컴퓨터 기계(ARM: Advanced RISC Machine) 프로세서일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 하나 이상의 프로세서는, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 작동적으로 커플링될 수 있을 것이다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 하나 이상의 단계를 수행하기 위한, 하나 이상의 프로세서 유닛에 의해 실행 가능한, 로직, 코드, 및/또는 프로그램 명령을 저장할 수 있다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 하나 이상의 메모리 유닛(예를 들어, SD 카드 또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory: RAM)와 같은, 외부 저장소 또는 제거 가능한 매체)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시되는 하나 이상의 방법 또는 작동은, 예를 들어 ASIC, 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 컴퓨터와 같은, 하드웨어 구성요소들 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합들로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 "원위" 및 "근위"는, 일반적으로, 장치로부터 참조되는 개소들을 지칭할 수 있으며, 그리고 해부학적 참조의 반대일 수 있다. 예를 들어, 기관지경 또는 카테터의 원위 개소는, 환자의 세장형 부재의 근위 개소에 대응할 수 있으며, 기관지경 또는 카테터의 근위 개소는, 환자의 세장형 부재의 원위 개소에 대응할 수 있을 것이다.
본 명세서에 설명되는 바와 같은 내시경 시스템은, 카테터와 같은 세장형 부재 또는 세장형 부분을 포함한다. 용어 "세장형 부재" 및 "카테터"는, 문맥이 달리 제안하지 않는 한, 명세서 전체에 걸쳐 교환 가능하게 사용된다. 세장형 부재는, 직접적으로 신체 내강 또는 신체 캐비티 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은, 추가로, 세장형 부재의 이동 및/또는 작동을, 구동하거나, 지원하거나, 배치하거나, 또는 제어하기 위한, 로봇 조작기(예를 들어, 로봇 아암)과 같은 지지 장치를 포함할 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 지지 장치는, 휴대용 장치이거나, 또는 로봇 시스템을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 다른 제어 장치일 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 시스템은 추가로, 주변 장치들 및, 대상의 신체 내의 표적 부위로의 세장형 부재의 진행을 지원하고 및/또는 용이하게 할 수 있는 이미징 시스템과 같은, 하위 시스템들을 포함할 수 있을 것이다.
본 개시의 내시경 시스템은, 향상된 가시화 능력을 제공하기 위해 복수의 감지 모드를 조합할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 다중모드 감지 시스템은, 적어도 위치 감지(예를 들어, EM 센서 시스템, 광학적 형상 센서, 가속도계, 자이로스코프 센서들), 직접적 시각화(예를 들어, 카메라) 및 초음파 이미징을 포함할 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 내시경 시스템은, 그로 인해 환자 신체 또는 글로벌 기준 프레임에 대해 내시경의 원위 부분을 위치시키도록, 수술 전에 기록된 수술 이미지와 함께 의료 기구를 등록하고 디스플레이하기 위한, 전자기적(EM) 센서, 광섬유 센서들, 및/또는 다른 센서들과 같은, 위치 감지 시스템을 구현할 수 있을 것이다. 위치 센서는, 외부적으로 생성된 전자기장에 종속될 수 있는 하나 이상의 도전성 코일을 포함하는 EM 센서 시스템의 구성요소일 수 있을 것이다. 위치 센서 시스템을 구현하기 위해 사용되는 EM 센서 시스템의 각 코일은, 이때, 외부적으로 생성된 전자기장에 대한 코일의 위치 및 배향에 의존하는 특성을 갖는, 유도 전기 신호를 생성한다. 일부의 경우에, 위치 감지 시스템을 구현하기 위해 사용되는 EM 센서 시스템은, 적어도 3개의 자유도를, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z)를, 측정하도록 구성 및 배치될 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, EM 센서 시스템은, 6개의 자유도를, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 그리고, 기본 지점의 피치, 요우, 및 롤을 지시하는, 3개의 배향각을, 또는 5개의 자유도를, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 그리고, 기본 지점의 피치 및 요우를 지시하는, 2개의 배향각을, 측정하도록 구성 및 배치될 수 있을 것이다.
직접적 가시화는, 카메라와 같은 이미징 장치에 의해 제공될 수 있을 것이다. 카메라는, 이미징 광학기기(예를 들어, 렌즈 요소), 이미지 센서(예를 들어, CMOS 또는 CCD), 및 조명(예를 들어, LED 또는 섬유 기반 조명)을 포함할 수 있을 것이다. 이미징 장치는, 내시경의 카테터 또는 세장형 부재의 원위 팁부에 위치될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 직접적 시각화 시스템은, 이미징 장치 및 조명 장치를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 이미징 장치는, 비디오 카메라일 수 있을 것이다. 이미징 장치는, 이미지 데이터를 포착하기 위한 광학 요소들 및 이미지 센서를 포함할 수 있을 것이다. 이미지 센서들은, 빛의 파장에 응답하여 이미지 데이터를 생성하도록 구성될 수 있을 것이다. 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 또는 전하-결합-소자(CCD)와 같은, 다양한 이미지 센서들이, 이미지 데이터를 포착하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 이미징 장치는, 저-비용 카메라일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 이미지 센서는, 회로 보드 상에 제공될 수 있을 것이다. 회로 보드는, 이미징 인쇄 회로 보드(PCB)일 수 있을 것이다. PCB는, 이미지 신호를 처리하기 위한 복수의 전자 소자를 포함할 수 있을 것이다. 예컨대, CCD 센서를 위한 회로는, CCD 센서에 의해 제공되는 아날로그 신호를 변환하고 증폭하기 위한 A/D 컨버터들 및 증폭기들, 그리고 데이터가 최소 개수의 전기 도전체들로 전송될 수 있도록 데이터를 조합하거나 직렬화하기 위한 회로류를 포함할 수 있을 것이다. 선택적으로, 이미지 센서는, 회로 보드가 요구되지 않도록, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 컨버터들 및 증폭기들과 통합될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 이미지 데이터(디지털 신호들)일 수 있는 이미지 센서 또는 회로 보드의 출력은, 카메라의 카메라 회로 또는 프로세서들에 의해 추가로 처리될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 이미지 센서는, 광학적 센서들의 어레이를 포함할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 나중에 설명되는 바와 같이, 이미징 장치는, 카테터의 원위 팁부에, 내시경에 조립되는 독립적인 하이브리드 프로브에, 또는 양자의 조합에 위치될 수 있을 것이다.
제공되는 내시경 시스템은, 의사를 기도의 외부의 개소로 안내하는 것을 돕기 위해 초음파를 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 사용자는, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔(수술-전 이미징)이 단일 폐 결절의 대략적인 개소를 밝힌 개소로 내시경을 안내하기 위해, 실시간으로 병변 위치를 찾도록 하기 위해 초음파를 사용할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 초음파는, 내시경 장치의 측부에 대해 이미지화할 수 있는, 또한 볼록 프로브 EBUS로도 공지되는, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS)일 수 있을 것이다. 예를 들어, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS) 변환기 또는 변환기 어레이가, 내시경의 샤프트에 평행한 화상을 제공하도록, 내시경의 원위 부분에 위치될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 초음파는, 방사 방향으로 360°를 이미지화하는, 방사형 프로브 EBUS일 수 있을 것이다.
다중 모드 감지 시스템은, 유익하게, 내시경 장치의 가시화 능력을 개선할 수 있을 것이다. 예컨대, EM 센서는, 사용자에게, 목표 부위로 조종하기 위한, 그리고 수술-전 이미지(예를 들어, CT 스캔 3D 모델)에 대해 개소를 추가로 확인하기 위해 해부학적 랜드마크들 및 특징부들을 보기 위해 직접 시각화 카메라를 사용하기 위한, GPS-형 조종 정보(navigation information)를 제공할 수 있을 것이다. 일단 표적 부위에서, 병변이 기도 내에서 가시적이지 않은 경우, 초음파 정보가, 현위치에서 실시간으로 병변의 정확한 개소를 식별하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 초음파 이미징은, 생체 검사를 행하거나 또는 치료 또는 요법(예를 들어, 약물적, 기계적, 열적 요법)을 시행할 목적으로, 병변의 정확한 개소를 확인하도록, 초음파 변환기 옆에 있는 조직 내로의 깊이(예를 들어, 수 밀리미터 또는 센티미터)를 시각화하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 초음파 위치는, 초음파 이미징에 의해 식별된 병변 개소가 카테터의 팁부의 위치 또는 도구 개소를 자동으로 제어하기 위해 사용될 수 있도록, EM 센서-기반 3D 위치 정보에 등록될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 초음파 프로브가, 사용자에 대한 시각적 안내를 향상시키기 위해, 기관지경 검사 시스템 내로 제거 가능하게 통합될 수 있을 것이다. 초음파 프로브는, 프로브의 원위 부분에 위치되는 초음파 변환기를 포함할 수 있으며, 그리고 내시경의 길이를 따라 이동 가능할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 하이브리드 프로브가, 기존의 기관지경 시스템에 조립될 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브는, 내시경 조립체에 다중 모드 감지 능력을 제공하기 위해, 적어도, 카메라, 위치 센서(예를 들어, EM 센서), 및 초음파 변환기를 포함할 수 있을 것이다. 기관지경은, 하이브리드 프로브에 의해 제공되는 안내 하에서 경로를 탐색하도록 제어되는, 관절식 장치일 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 관절식 장치가 카메라 및 위치 센서(예를 들어, EM 센서)를 포함할 수 있는 가운데, 하이브리드 프로브는, 위치 센서(예를 들어, EM 센서) 및 초음파 변환기를 포함할 수 있을 것이다.
도 1은, 본 개시의 일부 바람직한 실시예에 따른, 내시경 시스템(100)의 조립체의 예를 도시한다. 내시경 시스템(100)은, 관절식 기관지경(110) 및 하이브리드 프로브(120)를 포함할 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브(120)는, 예를 들어 기관지경 카테터의 채널을 통해 삽입함에 의해, 기관지경에 제거 가능하게 조립될 수 있을 것이다.
기관지경(110)은, 주변 조직 상에서의 최소 편향 또는 마찰력을 동반하는 가운데, 검사 중에 구조물의 경로를 추종하도록 기관지경의 원위 팁부(111)를 편향시키기 위한 적절한 수단을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제어 케이블들 또는 견인 케이블들이, 원위 단부(111)에 인접한 관절 섹션을, 로봇 지지 시스템 또는 내시경(예를 들어, 손잡이)의 근위 단부에 있는 한 세트의 제어 메커니즘에 연결하기 위해, 내시경 몸체 내부에 구비된다.
로봇식 기관지경 시스템(100)은, 도구 구동 메커니즘에 분리 가능하게 커플링될 수 있다. 도구 구동 메커니즘은, 로봇 지지 시스템의 아암에, 또는 임의의 관절식 지지 시스템에 장착될 수 있을 것이다. 도구 구동 메커니즘은, 로봇식 기관지경 시스템(100)에 대한 기계적 및 전기적 인터페이스를 제공할 수 있을 것이다. 기계적 인터페이스는, 로봇식 기관지경 시스템(100)이 도구 구동 메커니즘에 분리 가능하게 커플링되는 것을 허용할 수 있을 것이다. 예컨대, 로봇식 기관지경(110)의 손잡이 부분은, 자석 및 스프징 장착 레벨들(magnets and spring-loaded levels)과 같은, 신속 설치/분리 수단을 통해, 도구 구동 메커니즘에 부착될 수 있다. 일부의 경우에, 로봇식 기관지경(110)은, 도구를 사용하지 않는 가운데 수동으로 도구 구동 메커니즘에 커플링되거나 또는 그로부터 분리될 수 있을 것이다.
도 8은, 로봇 지지 시스템에 의해 지지되는 로봇식 기관지경 시스템의 예를 도시한다. 일부의 경우에, 손잡이 부분은, 전기적 인터페이스(예를 들어, 인쇄 회로 보드)를 통해 도구 구동 메커니즘(예를 들어, 도구 구동 메커니즘(820))과 전기적 통신 상태에 놓일 수 있으며, 따라서 이미지/비디오 데이터 및/또는 센서 데이터가, 도구 구동 메커니즘의 통신 모듈에 의해 수신될 수 있으며, 그리고 다른 외부 장치들/시스템들로 전송될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 전기적 인터페이스는, 케이블들 또는 와이어들을 동반하지 않는 가운데 전기적 통신을 생성할 수 있을 것이다. 예를 들어, 인터페이스는, 인쇄 회로 보드(PCB)와 같은 전자 보드 상에 납땜되는 핀들을 포함할 수 있을 것이다. 예컨대, 수용 커넥터(예를 들어, 암형 커넥터)가, 짝을 이루는 인터페이스로서 도구 구동 메커니즘 상에 제공된다. 이것은, 유익하게, 내시경이, 가외의 케이블들을 활용하지 않는 가운데, 도구 구동 메커니즘 또는 로봇 지지 시스템에 신속하게 연결되는 것을 허용한다. 그러한 유형의 전기적 인터페이스는 또한, 손잡이 부분이 도구 구동 메커니즘에 연결될 때, 기계적 및 전기적 커플링 양자 모두가 생성되도록, 기계적 인터페이스로서 역할을 할 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 도구 구동 메커니즘은, 단지 기계적 인터페이스만 제공할 수 있을 것이다. 손잡이 부분은, 센서 데이터를 전송하기 위한 및/또는 제어 신호를 수신하기 위한, 모듈형 무선 통신 장치 또는 임의의 다른 사용자 장치(예를 들어, 휴대 가능한/휴대용 장치 또는 컨트롤러)와 전기적 통신 상태에 놓일 수 있을 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 로봇식 기관지경(820)이, 손잡이 부분(813) 및 가요성 세장형 부재(811)를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 가요성 세장형 부재(811)는, 샤프트, 조종 가능한 팁부 및 조종 가능한 섹션을 포함할 수 있을 것이다. 로봇식 기관지경(820)은, 도 1에 설명된 바와 같은, 조종 가능한 카테터 조립체와 동일한 것일 수 있다. 로봇식 기관지경은, 일회용 로봇식 내시경일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 단지 카테터만이, 일회용일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 카테터의 적어도 일부분이, 일회용일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 전체 로봇식 기관지경이, 도구 구동 메커니즘으로부터 분리될 수 있으며, 그리고 폐기될 수 있다. 기관지경은, 기능적 작동을 개선하기 위해, 그의 샤프트를 따라 변화하는 레벨의 강성을 구비할 수 있을 것이다.
로봇식 기관지경은, 도구 구동 메커니즘(820)에 분리 가능하게 커플링될 수 있다. 도구 구동 메커니즘(820)은, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 로봇 지지 시스템의 아암에, 또는 임의의 관절식 지지 시스템에 장착될 수 있을 것이다. 도구 구동 메커니즘은, 로봇식 기관지경(820)에 대한 기계적 및 전기적 인터페이스를 제공할 수 있을 것이다. 기계적 인터페이스는, 로봇식 기관지경(820)이 도구 구동 메커니즘에 분리 가능하게 커플링되는 것을 허용할 수 있을 것이다. 예컨대, 로봇식 기관지경의 손잡이 부분은, 자석 및 스프징 장착 레벨들과 같은, 신속 설치/분리 수단을 통해, 도구 구동 메커니즘에 부착될 수 있다. 일부의 경우에, 로봇식 기관지경은, 도구를 사용하지 않는 가운데 수동으로 도구 구동 메커니즘에 커플링되거나 또는 그로부터 분리될 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 별개의 도구 구동 메커니즘이, 하이브리드 프로브의 움직임을 제어하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 하이브리드 프로브의 근위 부분이, 하이브리드 프로브의 팁부를 관절식으로 연결하기 위해 제2 도구 구동 메커니즘에 커플링될 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하이브리드 프로브의 롤 움직임이, 카테터의 컨트롤러에 작동적으로 커플링되는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있을 것이다. 이것은, 유익하게, 그로 인해 최소의 사용자 입력을 동반하는 가운데 하이브리드 프로브 및 카테터의 조화를 이루는 제어(coordinated control)를 허용하도록, 하이브리드 프로브 및 카테터 양자 모두의 로봇식 제어를 제공할 수 있을 것이다.
도 9는, 로봇식 기관지경의 손잡이 부분(913)에 대한 기계적 인터페이스를 제공하는, 도구 구동 메커니즘(920)의 예를 도시한다. 예에서 도시되는 바와 같이, 도구 구동 메커니즘(920)은, 카테터의 한 세트의 견인 와이어를 회전식으로 구동하도록 작동되는, 한 세트의 모터를 포함할 수 있을 것이다. 카테터 조립체의 손잡이 부분(913)은, 도구 구동 메커니즘 상에 장착될 수 있으며, 따라서 그의 풀리 조립체들이, 모터들의 세트에 의해 구동된다. 풀리들의 개수는, 견인 와이어 구성에 기초하여 변할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 그보다 많은 견인 와이어가, 카테터를 관절식으로 연결하기 위해 활용될 수 있을 것이다.
손잡이 부분은, 로봇식 기관지경이 감소된 비용으로 일회용이 되는 것을 허용하도록 설계될 수 있을 것이다. 예컨대, 전통적인 수동식 및 로봇식 기관지경들은, 기관지경 손잡이의 근위 단부에 케이블을 구비할 수 있을 것이다. 케이블은 종종, 조명 섬유들, 카메라 비디오 케이블, 및 전자기적(EM) 센서들과 같은 다른 센서 섬유들 또는 케이블들, 또는 형상 감지 섬유들을 포함한다. 그러한 복잡한 케이블은, 기관지경의 비용을 부가시키도록 고비용일 수 있다. 제공된 로봇식 기관지경은, 기계적 및 전기적 기능성들을 보존하는 가운데 단순화된 구조들 및 구성요소들이 사용될 수 있도록, 최적화된 설계를 가질 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 로봇식 기관지경의 손잡이 부분은, 카테터에 기계적/전기적 인터페이스를 제공하는 가운데, 케이블 없는 설계를 사용할 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 손잡이 부분은, 하우징일 수 있거나 또는, 이미지 데이터를 처리하도록, 전력을 제공하도록, 또는 다른 외부 장치들과의 통신을 생성하도록 구성되는, 구성요소들을 포함할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 통신은, 무선 통신일 수 있을 것이다. 예를 들어, 무선 통신은, Wi-Fi, 라디오 통신, 블루투스, IR 통신, 또는 다른 유형의 직접적 통신들을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 무선 통신 능력은, 플러그-앤-플레이 방식으로 로봇 기관지경 기능을 허용할 수 있으며 그리고 일회 사용 이후에 편리하게 폐기될 수 있다. 일부의 경우에, 손잡이 부분은, 로봇식 기관지경 또는 카테터 내부에 배치되는 전자기기들(예를 들어, 카메라 및 LED 광원)에 전력을 공급하기 위한 전원과 같은, 회로 요소들을 포함할 수 있을 것이다.
손잡이 부분은, 케이블들 또는 섬유들이 제거될 수 있도록 카테터와 함께 설계될 수 있을 것이다. 예컨대, 카테터 부분은, 도구들이 로봇식 기관지경을 통과하는 것을 허용하는 작업 채널, 하이브리드 프로브 뿐만 아니라, 칩-온-팁 카메라와 같은 저비용 전자기기, 카테터의 기계적 구조에 따른 최적의 개소들에 위치되는 EM 센서들 및 발광 다이오드(LED)와 같은 조명 소스들이 통과하는 것을 허용하는, 가시화 채널을 구비하는, 설계를 사용할 수 있을 것이다. 이것은, 손잡이 부분의 단순화된 설계를 허용할 수 있을 것이다. 예컨대, 조명을 위해 LED들을 사용함에 의해, 손잡이 부분에서의 종결이, 단지 전기 납땜 또는 와이어 크림핑(wire crimping)에만 기초하게 될 수 있다. 예를 들어, 손잡이 부분은, 카메라 케이블, LED 케이블, 및 EM 센서 케이블이 종결되는, 근위측 보드를 포함할 수 있는 가운데, 근위측 보드는, 손잡이 부분의 인터페이스에 연결되며 그리고 도구 구동 메커니즘에 대한 전기적 연결을 생성한다. 이상에 설명된 바와 같이, 도구 구동 메커니즘은, 로봇 아암(로봇 지지 시스템)에 부착되며, 그리고 손잡이 부분에 대한 기계적 및 전기적 인터페이스를 제공한다. 이것은 유리하게, 조립 및 구현 효율성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 제조 프로세스 및 비용을 단순화할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 손잡이 부분은, 카테터와 함께, 일회 사용 이후에 폐기될 수 있을 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 일부의 경우에, 기관지경의 원위 팁부는, 글로벌 기준 프레임 또는 환자 해부도에 대한 기관지경의 원위 팁부의 개소를 추적하기 위한, EM 센서(113)와 같은 위치 센서들을 포함할 수 있을 것이다.
기관지경의 카테터는, 하이브리드 프로브를 수용하도록 크기 결정되는 내강, 및 도구를 수용하기 위한 내강 또는 작업 채널(130)을 구비할 수 있을 것이다. 생체 검사 바늘, 집게, 가위, 바스켓, 올가미, 큐렛, 레이저 섬유, 봉합 도구, 풍선, 세절기, 다양한 이식물 또는 스텐트 전달 장치들, 및 이와 유사한 것과 같은, 다양한 도구들이, 내강을 통해 삽입될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, EM 센서(113)로 추적된 원위 팁부 개소는, 초음파에 의해 식별되는 병변 개소에 대한 카테터의 원위 팁부 및/또는 작업 채널(130) 내에 구비되는 도구의 위치가 결정될 수 있도록, (하이브리드 프로브에 의해 제공되는) 초음파 이미징에 등록될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 도구의 움직임은, 선형 EBUS 화상(122) 내에 포착될 수 있을 것이다.
하이브리드 프로브(120)는, 적어도 EM 센서(123)와 같은 위치 센서 및 초음파 변환기(121)를 포함할 수 있을 것이다. 변환기(121)는, 실시간 초음파 이미징을 실행하기 위한 하나 이상의 변환기의 어레이를 포함할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 변환기는, 프로브의 팁부에 위치되는 볼록 초음파 변환기를 포함할 수 있으며, 그리고 중앙 기도 주변의 구조를 평가하기 위해 기관지경의 삽입 방향과 평행한 선형 스캐닝을 허용한다(예를 들어, 선형 EBUS 화상(122)). 선형 EBUS 화상은, 기관지경의 삽입 방향과 평행하다. 이것은, 하이브리드 프로브의 기도 벽과의 직접적인 접촉에 의해 또는 물에 의해 팽창되는 원위측 풍선을 통해 실행될 수 있다.
하이브리드 프로브는, 중실 구조와 혈관 구조를 더 잘 구분하기 위해 컬러 도플러 시스템을 갖는 초음파 스캐너에 연결될 수 있다. 일 예에서, 초음파 변환기는, B-모드 및/또는 컬러 도플러 모드에서 이미징을 제공하기 위한 프로브의 원위 부분에 위치되는 7.5 MHz의 선형 만곡 어레이 초음파 변환기를 포함할 수 있을 것이다. 초음파 이미징 시스템은, 종방향축으로부터 특정 각도의 또는 카메라 화상에 대해 전방으로 경사진 각도의 시야를 스캐닝함에 의해, 초음파 화상(122)을 제공할 수 있을 것이다. 제한할 의도가 없는 예로서, 초음파 이미징 시스템은, 30° 내지 80°의 범위의 시야, 25° 내지 90° 전방 경사의 범위 내의 화상 방향, 및 2 내지 80 mm의 범위 내의 초점 심도(depth of field)에 의해 한정되는, 스캐닝 범위를 제공할 수 있을 것이다.
하이브리드 프로브(120)는, EM 센서(123)와 같은 위치 센서를 포함할 수 있을 것이다. EM 센서는, 글로벌 기준 프레임에 대해 프로브의 원위 개소의 실시간 위치를 추적하기 위해, 하이브리드 프로브의 원위 부분에 배치될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, EM 센서는, 선택적일 수 있는 반면, 하이브리드 프로브의 원위 팁부의 개소는, 기관지경에 위치되는 EM 센서(113)에 의해 제공되는 EM 센서 데이터 및 기관지경의 팁부에 대한 하이브리드 프로브의 상대 위치에 기초하여 획득될 수 있을 것이다. 카테터의 원위 팁부에 위치되는 EM 센서(113) 및 하이브리드 프로브에 위치되는 EM 센서(123)는, 하이브리드 프로브 및 기관지경의 개소/운동을 로봇식으로 제어하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 제어 명령이, 카테터(110) 및 하이브리드 프로브(120)의 움직임을 조화시키기 위해 위치 정보(예를 들어, EM 센서(113) 및 EM 센서(123)에 의해 포착되는 EM 센서 데이터)에 기초하여 생성될 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 하이브리드 프로브(120)는, 카메라(124)와 같은 이미징 장치를 포함할 수 있을 것이다. 카메라(124)는, 프로브의 종방향축에 평행한 전방 비디오/카메라 화상(125)을 제공하기 위해, 하이브리드 프로브의 팁부에 위치될 수 있을 것이다. 대안적으로, 카메라(124)는, 기관지경의 원위 팁부(111) 내에 통합될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 하이브리드 프로브(120)는, 프로브의 원위 단부에 위치되는 조명 장치(126)를 포함할 수 있을 것이다. 조명 장치는, 하이브리드 프로브(120)의 원위 팁부에 배치되는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있을 것이다. 조명 장치는, 하이브리드 프로브의 원위 단부에 위치될 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 조명 장치는, 관절식 기관지경(110)의 원위 단부에 위치될 수 있을 것이다. 광원은, 발광 다이오드(LED), 유기 LED(OLED), 양자점, 또는 임의의 다른 적합한 광원일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 광원은, 콤팩트한 설계를 소형화된 LED 또는 듀얼 톤 플래시 LED 조명일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 조명 장치는, LED들 또는 레이저들에 커플링되는 단일 섬유들 또는 섬유 묶음들을 포함할 수 있는, 섬유-기반 조명일 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 하나 이상의 LED는 각각, 하이브리드 프로브의 근위측 손잡이로 연장될 수 있는, 전력 와이어들에 연결될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, LED들은, 단일 가닥을 형성하기 위해 나중에 함께 묶이는, 별개의 전력 와이어들에 납땜될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, LED들은, 전력을 공급하는 견인 와이어들에 납땜될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, LED들은, 단일 쌍의 전력 와이어에 직접적으로 연결되거나 크림핑될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 생체 적합성 접착제의 얇은 층과 같은 보호 층이, 빛이 방출되는 것을 허용하는 가운데, 보호를 제공하기 위해 LED들의 전방 표면에 도포될 수 있을 것이다.
이미징 장치(124), 조명 장치, EM 센서(123) 및 초음파 변환기는, 하이브리드 프로브에 통합될 수 있을 것이다. 예를 들어, 하이브리드 프로브의 원위 부분은, 적어도 이상의 전자기기들의 치수에 합치하는 적절한 구조를 구비할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 하이브리드 프로브의 원위 팁부는, 하나 이상의 전자 구성요소가 원위 팁부 내에 내장될 수 있도록 하는 치수를 가질 수 있을 것이다. 예컨대, 이미징 장치(124)는, 하이브리드 프로브의 원위 팁부에 있는 캐비티 내에 내장될 수 있을 것이다. 캐비티는, 하이브리드 프로브의 원위 부분과 일체형으로 형성될 수 있으며, 그리고 카메라가 하이브리드 프로브에 대해 이동할 수 없도록 카메라의 길이/폭에 합치하는 치수를 가질 수 있을 것이다.
일부의 경우에, EM 센서(123)는, 하이브리드 프로브의 원위 부분에 배치될 수 있으며, 그리고 입체 배열로 조명 광원들(예를 들어, LED들)에 인접하게 또는 그 후방에 배치될 수 있을 것이다. 도 10은, 통합된 이미징 장치 및 조명 장치를 갖는, 하이브리드 프로브의 원위 부분의 예를 도시한다. 하이브리드 프로브의 원위 팁부 설계는 또한 도 4에 설명된 바와 같은 통합된 가시화를 동반하는 카테터의 원위 팁부에 적용 가능하다는 것을 알아야 한다. 카메라가 원위 부분에 위치될 수 있을 것이다. 원위 팁부는, 카메라, 조명 장치 및/또는 위치 센서를 수용하기 위한 구조를 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 카메라는, 카테터의 원위 팁부에 있는 캐비티(1010) 내에 내장될 수 있을 것이다. 캐비티(1010)는, 캐비티의 원위 부분과 일체형으로 형성될 수 있으며, 그리고 카메라가 카테터에 대해 이동할 수 없도록 카메라의 길이/폭에 합치하는 치수를 가질 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 원위 부분은, 소형화된 LED 광원의 치수에 합치하는 치수를 갖는 구조(1030)를 구비할 수 있을 것이다. 예시된 예에 도시된 바와 같이, 2개의 캐비티(1030)가, 2개의 LED 광원을 수용하기 위해 원위 부분과 일체형으로 형성될 수 있을 것이다. 임의의 개수의 광원이, 포함될 수 있을 것이다. 원위 부분의 내부 구조는, 임의의 개수의 광원에 맞도록 설계될 수 있을 것이다.
일부의 경우에, LED들은 각각, 하이브리드 프로브 또는 기관지경의 근위 단부로 연장되는, 전력 와이어들에 연결될 수 있을 것이다(예를 들어, 도 4에 설명되는 통합된 가시화 실시예들). 일부 실시예에서, LED들은, 단일 가닥을 형성하기 위해 나중에 함께 묶이는, 별개의 전력 와이어들에 납땜될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, LED들은, 전력을 공급하는 견인 와이어들에 납땜될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, LED들은, 단일 쌍의 전력 와이어에 직접적으로 연결되거나 크림핑될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 생체 적합성 접착제의 얇은 층과 같은 보호 층이, 빛이 방출되는 것을 허용하는 가운데, 보호를 제공하기 위해 LED들의 전방 표면에 도포될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 부가적 커버(1031)가, 접착제를 위한 충분한 공간 뿐만 아니라 LED들의 정확한 위치설정을 제공하도록, 원위 팁부의 전방 단부면에 배치될 수 있을 것이다. 커버(1031)는, 조명 광이 차단되지 않을 수 있도록 접착제의 굴절률과 합치하는 투명 재료로 구성될 수 있을 것이다.
원위 단부 상에 위치되는 전자기적 코일들이, 해부학적 시스템 내에 배치되는 동안에 하이브리드 프로브의 원위 단부의 위치 및 배향을 검출하기 위해, 전자기적 추적 시스템과 함께 사용될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 코일들은, 상이한 축들을 따르는 전자기장들에 대한 감도를, 3개는 위치에 관한 것이고 3개는 각도에 관한 것인, 총 6 자유도를 측정할 능력을, 제공하도록 기울어질 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브가 카테터 내부에서 후퇴될 때와 같은 조종 도중에, 환자 몸통의 옆, 아래, 또는 위에 배치되는 전자기장 생성기는, 그로 인해 실시간으로 카테터 팁부의 개소를 추적하도록, EM 센서들을 찾을 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브가 카테터의 원위측으로 밖으로 연장될 때와 같은 절차 도중에, EM 센서는, 실시간으로 하이브리드 프로브의 팁부의 개소를 추적할 수 있을 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 제공된 하이브리드 프로브는, 원위 부분에 배치되는 전자 소자들의 콤팩트한 구성을 구비할 수 있을 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 전자 구성요소가, 콤팩트한 설계를 제공하기 위해 묶일 수 있을 것이다. 도 11은 원위 부분에 위치되는 전자 소자들의 콤팩트한 구성의 예를 도시한다. 일부의 경우에, 조명 광원(1120) 및 하나 이상의 위치 센서(1110)는, 묶음으로 조합될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 초음파 변환기(1130)에 연결되는 케이블은 또한, 하이브리드 프로브의 치수를 추가로 감소시키기 위해 다른 전자기기의 케이블과 묶일 수 있을 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 카메라(124)로의 전력은, 유선 케이블에 의해 제공될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 케이블 와이어는, 카메라 뿐만 아니라, 하이브리드 프로브의 원위 팁부에 있는 조명 소자들 또는 다른 회로류에 전력을 제공하는, 와이어 묶음일 수 있을 것이다. 카메라 및/또는 광원은, 와이어들, 구리 와이어들을 통해, 또는 하이브리드 프로브의 길이를 통해 연장되는 임의의 다른 적절한 수단을 통해, 하이브리드 프로브의 손잡이 부분 내에 배치되는 전원으로부터 전력을 공급받을 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 조직 또는 기관에 대한 실시간 이미지들 또는 비디오가, 외부의 사용자 인터페이스 또는 디스플레이로 무선으로 전송될 수 있을 것이다. 무선 통신은, Wi-Fi, 블루투스, RF 통신 또는 다른 형태의 통신일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 카메라에 의해 포착되는 이미지들 또는 비디오들이, 복수의 장치들 또는 시스템들로 방송될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 카메라로부터의 이미지 및/또는 비디오 데이터가, 하이브리드 프로브의 길이를 따라, 손잡이 부분 내에 위치되는 프로세서들로, 와이어들, 구리 와이어들을 통해, 또는 임의의 다른 적절한 수단을 통해, 전송될 수 있을 것이다. 이미지 또는 비디오 데이터는, 손잡이 부분 내의 무선 통신 구성요소를 통해, 외부 장치/시스템으로 전송될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 시스템은, 와이어들이 운영자에게 가시적이거나 노출되지 않도록, 설계될 수 있을 것이다.
이상에 설명된 바와 같이, 하이브리드 프로브는, 기관지경에 대해 이동 가능하다. 하이브리드 프로브는, 내강의 종방향축을 따르는 병진 움직임 및 기관지경에 대한 회전 움직임을 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 하이브리드 프로브는, 기관지경의 원위 팁부에 대해 신장 가능할 수 있을 것이다. 예를 들어, 하이브리드 프로브는, 카테터의 내강을 따라 슬라이딩 가능할 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브의 팁부는, 하이브리드 가시화가 요구될 때, 기관지경의 원위 팁부의 종방향축을 따라 밖으로 신장될 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하이브리드 프로브는, 기관지경과 독립적으로 관절식으로 연결될 수 있을 것이다. 예를 들어, 하이브리드 프로브는, 기관지경의 운동과 독립적으로 관절식으로 연결될 수 있는, 굽힘 섹션을 구비할 수 있을 것이다.
이상에 설명된 바와 같이, 하이브리드 프로브에 위치되는 이미징 장치는, 하이브리드 프로브의 전방 방향과 정렬되는 전방-보기 화상을 제공할 수 있을 것이다. 카테터 대신에 하이브리드 프로브의 원위 팁부 상에 이미징 장치를 제공하는 것은, 유익하게, 하이브리드 프로브 또는 도구들(예를 들어, 바늘)의 작동에 의해 차단되지 않는 가운데, 조직 또는 기관들에 대한 깨끗한 근거리 화상을 허용할 수 있을 것이다. 부가적으로, 하이브리드 프로브 상에 이미징 장치를 제공하는 것은, 도구들의 작업 공간으로부터 카메라 시야를 분리하기 위한, 카메라 화상에 대한 부가적 자유도를 허용한다. 하이브리드 프로브에 의해 제공되는 카메라 화상은, 도구들의 작동과 더욱 잘 조화시키도록 하기 위한, 개선된 유연성(예를 들어, 이미징 장치의 자세 또는 배향이 카테터에 대한 하이브리드 프로브의 관절을 제어함으로써 제어될 수 있음)을 동반하도록 제어될 수 있다.
일부의 경우에, 부가적인 이미징 장치가, 카테터(111)의 원위 팁부에 제공될 수 있을 것이다. 이것은 유익하게, 하이브리드 프로브 및 카테터에 위치되는 이미징 장치들에 의해 제공되는, 동시적인 상이한 카메라 화상들을 허용한다. 예컨대, 하이브리드 프로브가 카테터에 대해 관절식으로 연결될 때, 하이브리드 프로브에 위치되는 이미징 장치의 카메라 화상은, 카테터에 위치되는 이미징 장치의 카메라 화상과 상이할 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 카테터/기관지경 및 하이브리드 프로브는, 도구들의 작동 및 이미징 장치들의 카메라 화상들을 조화시키기 위해, 로봇식으로 제어될 수 있을 것이다. 예를 들어, 카테터는, 로봇식 기관지경 시스템의 로봇식 제어 하에서, 표적 부위를 향해 전진될 수 있을 것이다. 일단 카테터가 표적 부위에 도달하면, 카테터의 원위 팁부는, 전방 보기 카메라 화상을 제공하기 위해 잠금 고정될 수 있는 가운데, 하이브리드 프로브는, 병변 부위에 대한 요구되는 초음파 화상 및/또는 바늘의 카메라 화상을 제공하기 위해, 로봇식으로 제어될 (예를 들어, 카테터에 대해, 신장될, 수축될, 관절식으로 연결될, 회전될/구를) 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 하이브리드 프로브는, 도구들(예를 들어, 바늘)의 작동에 기초하여 화상을 자동으로 조절할 수 있을 것이다.
도 2는, 기관지경의 원위 팁부(211)를 넘어 원위측으로 신장될 수 있는, 하이브리드 프로브(213)의 예(200)를 도시한다. 기관지경은, 도 1에 설명된 바와 같은 기관지경과 동일한 것일 수 있다. 예를 들어, 기관지경은, 적어도, 원위 팁부에 위치되는 도구 및 EM 센서를 수용하기 위한 작업 채널(215)을 구비할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 단지 직접적인 가시화(예를 들어, 카메라 화상)만이 필요한, 표적 부위에 대한 조종 도중에, 하이브리드 프로브는, 카테터의 원위 단부 표면(217)에 대해 동일 평면 상에 놓일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 초음파 이미지가 요구될 때, 하이브리드 프로브는, 초음파 변환기(219)를 노출시키기 위해 카테터 팁부를 지나도록 신장될 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브 및 기관지경은, 축방향 움직임 및/또는 회전 움직임을 방지하기 위해 기관지경에 대한 하이브리드 프로브의 위치를 잠금 고정하는, 가역적 상호 잠금 특징부들을 구비할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 하이브리드 프로브가 초음파 이미징을 제공하기 위해 작동하고 있을 때, 하이브리드 프로브는, 병변 부위를 찾기 위해 기관지경에 대해 회전 가능할 수 있을 것이다. 예를 들어, 하이브리드 프로브가 요구되는 길이로 신장되고 및/또는 요구되는 각도로 회전될 때, 상호 잠금 특징부는, 기관지경에 대한 하이브리드 프로브의 개소/배향을 잠금 고정할 수 있을 것이다.
도 3은 카테터의 원위 부분(310)에 대해 회전된 하이브리드 프로브(300)의 예를 도시한다. 초음파 변환기(301)는, 프로브의 팁부를 둘러싸는 이미징을 제공하기 위해 임의의 요구되는 개소로 회전될 수 있다. 예에 도시된 바와 같이, 하이브리드 프로브(300)는, 요구되는 정도까지 카테터의 팁부를 넘어 신장되며, 그리고 초음파 변환기(301)는, 이미징을 위해 상이한 각도 개소들로 회전될 수 있다. 일부의 경우에, 일단 하이브리드 프로브가, 요구되는 각도 개소 및/또는 길이 개소 내에 배치되면, 상호 잠금 특징부는, 기관지경에 대한 하이브리드 프로브의 개소를 잠금 고정할 수 있을 것이다.
하이브리드 프로브는, 하이브리드 프로브의 원위 부분을 둘러싸는 임의의 지점이 하이브리드 프로브를 회전시킴에 의해 시각화될 수 있도록, 카테터와 독립적으로 회전될 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브의 회전 움직임은, 로봇식으로 또는 수동으로 제어될 수 있을 것이다. 회전 조작은, 사용자가 기도들의 전체 둘레에 걸쳐 선형 초음파 시야를 재배치하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 병변 개소가, EBUS의 도움으로 그리고 하이브리드 프로브를 회전시킴에 의해, 식별될 수 있으며, 일단 병변의 개소가 식별되면, 카테터는, 생체 검사 도구가 작업 채널 밖으로 그리고 직접적으로 병변 개소 내로 도입되고 전진될 수 있도록, 그에 따라 재배치(예를 들어, 삽입 또는 회전 이동)될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 초음파 변환기 및 카메라는, 단일 장치로서 기관지경 내에 통합될 수 있을 것이다. 도 4는 통합된 하이브리드 가시화를 동반하는 내시경(400)의 예를 도시한다. 예에서 예시되는 바와 같이, 내시경의 원위 팁부는, 횡방향을 지향하는 통합된 선형 초음파 프로브(401)와 함께, 직접적인 시각화를 위한 통합된 전방-보기 카메라(405) 및 조명 소스를 포함할 수 있을 것이다. EM 센서(403)와 같은 하나 이상의 위치 센서가 또한, 원위 팁부 내에 통합될 수 있을 것이다.
이미징 장치, 조명 장치, EM 센서 및 초음파 변환기는, 카테터에 통합될 수 있을 것이다. 예를 들어, 카테터의 원위 부분은, 적어도 이상의 전자기기들의 치수에 합치하는 적절한 구조를 구비할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 카테터의 원위 팁부는, 하나 이상의 전자 구성요소가 카테터에 통합될 수 있도록 하는 치수를 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 원위 팁부의 외경은, 대략 4 내지 4.4 밀리미터(mm)일 수 있으며, 그리고 작업 채널의 직경은, 하나 이상의 전자 구성요소가 원위 팁부 내에 내장될 수 있도록, 대략 2 mm일 수 있을 것이다. 그러나, 상이한 적용들에 기초하여, 외경은, 4 mm보다 더 작거나 또는 4.4 mm보다 더 큰 임의의 범위 이내일 수 있으며, 그리고 작업 채널의 직경은, 도구 치수 또는 특정 적용에 따른 임의의 범위 이내일 수 있다는 것을 알아야 한다.
EM 센서, 카메라 및 초음파 변환기는, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같은 것들과 동일할 수 있다. 예를 들어, 카메라는, 칩-온-팁 카메라일 수 있으며, 그리고 조명 소스는, 발광 다이오드(LED), 유기 LED(OLED), 양자점, 또는 임의의 다른 적합한 광원일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 광원은, 콤팩트한 설계를 소형화된 LED 또는 듀얼 톤 플래시 LED 조명일 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 이상에 언급된 전자기기들은, 카테터의 팁부 내에 내장될 수 있을 것이다.
기관지경의 원위 팁부는, 측방 출구/포트(414)를 갖는 작업 채널(413)을 구비할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 측방 출구(414)는, 카테터의 관절 섹션(411)에 위치될 수 있을 것이다. 카테터는, 샤프트(410), 관절(굽힘) 섹션(411), 및 조종 가능한 원위 부분(412)을 포함할 수 있으며, 여기서 관절 섹션(굽힘 섹션)(411)은, 조종 가능한 원위 부분을 샤프트(410)에 연결하고 있다. 예를 들어, 굽힘 섹션(411)은, 제1 단부에서 원위 팁 부분에 연결될 수 있으며, 그리고 제2 단부에서 샤프트 부분에 연결될 수 있고, 여기서 굽힘 섹션은, 하나 이상의 견인 와이어에 의해 관절식으로 연결된다. 일부의 경우에, 굽힘 섹션은, 모듈형 구성요소로서 별개로 제작될 수 있으며, 그리고 샤프트에 조립될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 굽힘 섹션은, 추가로, 그로 인해 비용을 감소시키도록 그리고 신뢰성을 증가시키도록, 미니멀리즘적 특징부(minimalist feature)를 통합할 수 있을 것이다. 예를 들어, 굽힘 섹션은, 유익하게 샤프트에 대한 요구되는 팁부 변위를 달성하기 위해 더 큰 정도의 튜브 변형을 허용하는, 절단 패턴을 통합할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 굽힘 섹션은, 스테인리스 스틸 리본으로 구성될 수 있을 것이다. 굽힘 섹션은, 낮은 관절 힘으로 요구되는 축 방향 및 비틀림 강성을 유지하는 가운데, 사전 결정된 굽힘 강성을 달성하기 위한, 다른 적절한 구조물들 또는 재료들로 형성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 굽힘 섹션은, 비틀림 안정성을 위한 편조(braid) 구조물들을 포함할 수 있을 것이다.
측방 포트(414)는, 굽힘 섹션(411)에 위치될 수 있을 것이다. 도구의 원위 단부는, 경로를 따라, 세장형 가요성 샤프트 내부의 위치로부터 그리고 측방 출구를 통해, 카테터 외부의 신장된 위치로, 카테터의 팁부의 종방향축에 대해 각도(θ)를 갖도록, 신장 가능하다. 이것은, 심지어 도구를 관절식으로 연결하지 않고도, 도구가 측방 포트(414) 밖으로 신장되는 것 및 (초음파에 의해 포착될) EBUS 화상(417) 내부에 떨어지는 것을 허용할 수 있을 것이다.
작업 채널의 내강은, 굽힘 섹션에 위치되는 포트를 구비할 수 있으며, 그리고 내강은, 도구가 EBUS 화상과 교차하는 궤적을 따라 포트 밖으로 신장되는 것을 허용한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 작업 채널 출구 궤적(416)은, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS)의 시야(417) 또는 초음파에 의해 포착되는 이미지와 교차한다. 생체 검사 장치(415)(예를 들어, 겸자, 바늘, 브러시)가, 경로를 따라, 외벽 내부의 위치로부터 측방 출구/포트를 통해, 외벽 외측 위치로, 종방향축에 대해 적어도 30도의 각도로, 연장 가능할 수 있을 것이다. 생체 검사 장치(415)의 경로는, 적어도 도구의 팁 부분이 초음파 이미지에서 보일 수 있도록, EBUS 시야(예를 들어, 초음파 이미지)를 통과/교차할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 생체 검사 장치의 경로는, 세장형 가요성 샤프트(410)의 원위 단부 부분에 배치되며 그리고 수술 도구 조종 시스템에 의해 디스플레이되는, 전자기적 위치 측정(EM) 센서(403)의 개소로 조정될 수 있다.
조종 가능한 카테터가, 카테터의 원위 단부를 둘러싸는 임의의 지점이 카테터를 회전시킴에 의해 시각화될 수 있도록, 회전될 수 있을 것이다. 카테터의 회전 움직임은, 로봇식으로 제어될 수 있을 것이다. 회전 조작은, 사용자가 기도들의 전체 둘레에 걸쳐 선형 초음파 시야를 재배치하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 병변 개소가, EBUS의 도움으로 그리고 카테터를 회전시킴에 의해, 식별될 수 있으며, 일단 병변의 개소가 식별되면, 생체 검사 도구는, 작업 채널 밖으로 그리고 직접적으로 병변 개소 내로 도입되고 전진될 수 있다.
일부 실시예에서, 하이브리드 가시화 조립체는, 통합된 직접적 가시화 및 개소 감지를 동반하는 기관지경 및 풍선을 갖는 하이브리드 프로브를 포함할 수 있을 것이다. 기관지경의 원위 단부는, 3D 위치 측정 정보를 생성하기 위한 통합된 EM 센서(예를 들어, 적어도 3 자유도)와 함께, 직접적 시각화를 위한 통합된 전방-보기 카메라 및 조명을 포함할 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 하이브리드 프로브는, 적어도, 하이브리드 프로브의 원위 부분에 위치되는 초음파 변환기 및 EM 센서를 포함할 수 있으며, 그리고 하나 이상의 풍선에 의해 커버된다. 일부의 경우에, 하이브리드 프로브는, EBUS 변환기 및 EM 센서가 위치되는 팁부에 팽창 가능 외부 직경 특징부를 구비하는 안내 와이어를 포함할 수 있을 것이다. 도 5는 팽창 가능 팁부(503)를 갖는 하이브리드 프로브의 예를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 작업 채널 출구 궤적(508)은, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS)의 선형 EBUS 화상(509) 또는 초음파 이미지와 교차한다. 하이브리드 프로브는, 카테터/기관지경(505)의 작업 채널을 통해 삽입될 수 있으며, 그리고 폐 내의 기도들(510)에 대한 조종을 지원하기 위해 카테터를 넘어 신장될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 하이브리드 프로브의 팁부는, 카테터의 팁부를 지나 요구되는 기도(510) 내로 신장될 수 있으며, 그리고 요구되는 개소에 도달하기 위해 안내 와이어/프로브 위에서 슬라이딩될 수 있을 것이다. 팽창 가능 팁부는, 팽창 가능 풍선과 같은 다양한 적절한 방법들을 사용하여 구현될 수 있다. 풍선(503)은, 프로브의 원위 단부에 또는 그에 가깝게 배치될 수 있으며, 그리고 선형 EBUS 변환기(507) 및 EM 센서(501)를 커버할 수 있을 것이다. 풍선은, 작업 채널을 통해, 풍선의 팽창 또는 수축을 위한 풍선 팽창 소스 또는 펌프에 연결될 수 있을 것이다.
일부의 경우에, 풍선은, 또한, 밀봉 지점에서, 밀봉 지점 원위측의 통로들이 붕괴되기 이전에, 통로들 중의 하나를 가로지르는 시일을 형성할 수 있을 것이다. 공기, 식염수, 및/또는 어떤 다른 기체 또는 유체를 주입함으로써, 하나 이상의 풍선은, 통로에서의 일시적 폐쇄를 생성하기 위해, 팽창 및/또는 축소될 수 있을 것이다. 일부 예에서, 팽창 시의 풍선의 형상은, 하나 이상의 센서 및 하이브리드 프로브의 팁부 주위에서 팽창하기 위해, 풍선이 통로의 형상에 합치하는 것을 허용하도록, 순응 가능하다.
EM 센서 및 초음파 변환기는, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같은 것들과 동일할 수 있다. 예를 들어, 카테터(505)의 팁부에 위치되는 EM 센서 및 풍선에 의해 커버되는 EM 센서는, 6 자유도 EM 센서일 수 있을 것이다.
도 6은 풍선 팁부를 갖는 하이브리드 프로브(603)의 예를 도시한다. 예를 들어, 하이브리드 프로브(603)는, EM 센서로부터의 3D 위치 측정 정보와 함께, 병변 부위의 초음파 화상을 제공할 수 있을 것이다. 풍선(601)은, EM 센서 및 초음파 변환기(605)를 커버할 수 있을 것이다. 수축된 풍선을 갖는 하이브리드 프로브(607)가, 도시된다. 일부의 경우에, EM 센서 정보는, 초음파 이미지와 함께 등록되고 연관될 수 있다. 하이브리드 프로브는, 카테터에 제거 가능하게 커플링될 수 있을 것이다. 하이브리드 프로브는, 다양한 초음파 화상들 및 EM 데이터 지점들을 포착하도록 하기 위해 카테터의 종방향축을 따라 삽입 및 후퇴될 수 있도록 그리고 회전될 수 있도록, 카테터에 대해 이동 가능할 수 있을 것이다. 일단 병변 부위이 식별되고 병변의 3D 개소가 결정되면, 의사가, 병변의 개소와 생체 검사 도구의 궤적을 정렬시키기 위해, 기관지경의 위치를 조작할 수 있을 것이다. 생체 검사 도구의 위치 또는 궤적은, 적어도 부분적으로 카테터의 원위 팁부에 위치되는 EM 센서에 의해 제공되는 개소 데이터 그리고 카테터 및/또는 도구의 알려진 모델에 기초하여, 결정될 수 있을 것이다.
카테터, 기관지경, 및/또는 하이브리드 프로브는, 로봇식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 카테터는, 로봇식 기관지경 시스템의 로봇식 제어 하에서, 표적 부위를 향해 전진될 수 있을 것이다. 카테터는, 수동 방식, 자율 방식, 또는 반자율 방식으로, 표적 부위를 향해 조종 또는 전진될 수 있을 것이다. 다른 예에서, 하이브리드 프로브의 움직임은, 초음파 이미지를 촬영하기 위한 삽입, 후퇴, 회전 움직임이 자동으로 제어될 수 있도록, 자동으로 제어될 수 있을 것이다. 대안적으로, 기관지경, 및/또는 하이브리드 프로브는, 휴대용 장치를 통해 제어될 수 있다.
사용자 인터페이스
일부 실시예에서, 다중모드 감지 시스템에 의해 제공되는 (예를 들어, 병변을 포함하는) 표적 부위의 실시간 이미징은, 사용자 인터페이스 상에 디스플레이될 수 있을 것이다. 도 7은, 실시간 정확한 병변 개소 추적을 위한 EBUS 화상, 직접적 비디오/카메라 화상, 및 수술-전 이미지(예를 들어, 수술-전 CT 이미지)에 기초한 가상 기도 모델을 디스플레이하는, 사용자 인터페이스의 예를 도시한다.
일부의 경우에, 실시간 병변 개소는, 초음파 화상으로부터 식별될 수 있을 것이다. 병변 개소는, EM 센서 데이터를 사용하는 기관지경 검사 시스템의 좌표 프레임과 함께 등록될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 병변의 개소는, 단일 처리 유닛의 도움으로, 선형 EBUS 프로브에 의해 포착되는 이미지 데이터에서 분할될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 신호 처리 유닛의 하나 이상의 프로세서가, 실시간 초음파 이미지/비디오 상에 치료 개소들(예를 들어, 병변)을 중첩시키도록 구성될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 분할된 병변 이미지들 및 병변에 도달하기 위한 세장형 부재의 조종을 위한 최적 경로 양자 모두가, 실시간 초음파 이미지들 상에 중첩될 수 있을 것이다. 이것은, 운영자 또는 사용자가 병변의 정확한 개소 뿐만 아니라 기관지경 움직임의 계획된 경로를 시각화하는 것을 허용할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 기관지경 시스템은, 수술-전 이미지(예를 들어, 수술-전 CT 이미지)에 기초한 가상 기도 모델을 구축하도록 구성되는, 조종 및 위치 측정 하위 시스템을 포함할 수 있을 것이다. 조종 및 위치 측정 하위 시스템은, 3D 묘사된 기도 모델 내에서 대략적인 분할된 병변 개소를 식별하도록 구성될 수 있으며, 그리고 병변의 개소에 기초하여, 조종 및 위치 측정 하위 시스템은, 수술 절차(예를 들어, 생체 검사)를 실행하기 위한 병변을 향한 추천되는 접근 각도와 함께, 주된 기관지로부터 병변으로의 최적 경로를 생성할 수 있을 것이다. 예를 들어, 처리 유닛이, 치료 개소 또는 병변의 개소와 같은 증강된 정보를 포함하는 증강 층을 생성하도록 구성될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 증강 층은 또한, 이러한 표적 부위로의 경로를 지시하는 그래픽 표식을 포함할 수 있을 것이다. 증강 층은, 하나 이상의 그래픽 요소(예를 들어, 상자, 화살표, 등)을 포함하는, 실질적으로 투명한 이미지 층일 수 있을 것이다. 증강 층은, 형광투시 (단층영상합성) 이미징 시스템에 의해 포착되는 및/또는 디스플레이 장치 상에 디스플레이되는, 광학적 이미지들 또는 비디오 흐름의 광학적 화상 상에 중첩될 수 있을 것이다. 증강 층의 투명성은, 광학적 이미지가, 그 위에 중첩된 그래픽 요소들과 함께, 사용자에게 보이는 것을 허용한다. 일부의 경우에, 분할된 병변 이미지들 및 병변에 도달하기 위한 세장형 부재의 조종을 위한 최적 경로 양자 모두가, 가상 기도 모델 또는 수술-전 이미지들 상에 중첩될 수 있을 것이다. 이것은, 운영자 또는 사용자가 병변의 대략적인 개소 뿐만 아니라 기관지경 움직임의 계획된 경로를 시각화하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 본 명세서에 설명된 시스템들의 작동 이전에 제공되는, 분할된 그리고 재건된 이미지들(예를 들어, 다른 곳에서 설명된 바와 같은 CT 이미지들)은, 실시간 이미지들 상에 중첩될 수 있을 것이다.
기관지경을 표적 부위로 진행시키기 이전의 등록 단계에서, 시스템은, 기도들에 대한 묘사된 가상의 화상을 환자 기도들에 정렬시킬 수 있을 것이다. 이미지 등록은, 단일 등록 단계 또는, 단일 등록 단계와 등록 정보에 대한 실시간 센서 업데이트의 조합으로 구성될 수 있을 것이다. 일단 등록되면, 모든 기도들은, 수술-전 묘사된 기도들에 정렬될 수 있을 것이다. 로봇식 기관지경을 표적 부위를 향해 진행시키는 도중에, 기도들 내부에서의 기관지경의 개소는, 추적되고 디스플레이될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 기도들에 대한 기관지경의 개소는, 위치설정 센서들을 사용하여 추적될 수 있을 것이다. 다른 유형의 센서들(예를 들어, 카메라)이 또한, 센서 융합 기술을 사용하는 위치설정 센서들 대신에 또는 그와 함께, 사용될 수 있을 것이다. 전자기적(EM) 센서들과 같은 위치설정 센서들은, 카테터의 원위 팁부에 내장될 수 있으며, 전자기장 발생기가, 절차 도중에 환자 몸통 옆에 배치될 수 있을 것이다. 전자기장 발생기는, 3D 공간에서 EM 센서 위치를 찾을 수 있으며, 또는 5D 또는 6D 공간에서 EM 센서 위치 및 배향을 찾을 수 있을 것이다. 이것은, 표적 부위를 향해 기관지경을 진행시킬 때, 운영자에 대한 시각적 안내를 제공할 수 있을 것이다.
작동 도중에, 병변 개소는, 초음파 화상에 기초하여 실시간으로 업데이트 및 추적될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 병변의 개소가, 초음파 화상 상에 표시될 수 있으며, 그리고 기관지경의 원위 팁부는, 도구의 궤적을 병변 개소와 정렬하기 위해, 관절식으로 연결, 회전, 또는 이동될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 프로세서는, 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같은 하나 이상의 가능한 기하 형상/구성을 계산하기 위해, 병변, 기관지경, 하이브리드 프로브, 및 도구 중의 하나 이상의 실시간 위치를 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 시스템은, 요구되는 구성(예를 들어, 도 5의 EBUS 화상에 대한, 궤적, 도구의 각도, 개소)을 설정하기 위해, 하이브리드 프로브의 적절한 동작을 계산할 수 있으며, 직접적인 초음파 이미징 하에 있는 동안에 도구가 병변에 접근할 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 시스템은, 최적 기하 형상/구성을 설정하도록 하기 위해, 하이브리드 프로브, 기관지경, 및 도구의 동작을 부분적으로 또는 완전히 제어할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일단 시스템이 모든 이러한 요소들을 인지하고 추적할 수 있으면, 도구, 하이브리드 프로브 및 기관지경을 병변 부위에 대한 요구되는 구성으로 이동시키기 위해 로봇 시스템에 의해 실행될 계획을 생성할 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 안내는, 도구들, 하이브리드 프로브 및 기관지경 중의 하나 이상을 조작하기 위해 사용자에게 디스플레이될 수 있을 것이다. 예컨대, 사용자에게, 요구되는 구성에 도달하기 위한, "여기에 기관지경을 정지", "하이브리드 프로브를 이 개소로 이동", "도구를 지금 삽입" 및 이와 유사한 것과 같은, 안내가, 제공될 수 있을 것이다. 일부의 경우에, 구성은, 반자율 방식으로 도달될 수 있을 것이다. 예를 들어, 사용자에게, 로봇 시스템이 하이브리드 프로브, 도구 및/또는 기관지경의 동작을 자동으로 제어하는 동안에, 동작을 활성화/촉발시키는 것 또는 동작을 정시시키는 것이, 허용될 수 있을 것이다(예를 들어, 사용자는, 활성화 트리거를 유지할 수 있으며, 그리고 로봇 시스템은, 트리거가 유지되고 있을 때, 하이브리드 프로브, 도구 및/또는 기관지경을 이동시킴). 일부의 경우에, 로봇 시스템은, 로봇 시스템은, 환자의 호흡 동작을 자동으로 추적함으로써 요구되는 기하 형상/구성을 안정화할 수 있을 것이다(예를 들어, 호흡 동작 보상).
도 7은, 실시간 초음파 이미지(705), EM 추적된 카테터 팁부 개소(701)를 갖는 가상 기도 모델(709), 및 직접적 카메라 화상(711)을 시각화하기 위한 사용자 인터페이스의 예를 도시한다. 일부의 경우에, 가상 기도(709)는, 최적 경로(703), 카테터 팁부 개소(701), 및 (CT 스캔에 의해 밝혀진) 단일 폐결절의 대략적인 개소와 함께, 중첩된다. 이러한 예에서, 카테터의 팁부의 개소는, 그로 인해 시각적 안내를 제공하도록, 가상 기도 모델(709)에 대해 실시간으로 디스플레이된다. 도 7의 예에 도시된 바와 같이, 로봇식 기관지경 진행 도중에, 최적 경로(703)는, 가상 기도 모델 상에 디스플레이되고 중첩될 수 있을 것이다. 가상 기도 모델은, 실시간 형광투시 이미지/비디오(그리고 이미징 시스템의 개소 데이터)에 기초하여 구축될 수 있을 것이다. 실시간으로 정확한 병변 개소를 보여주는 초음파 화상(705) 및 기관지경에 의해 포착되는 카메라 화상 또는 이미지/비디오(711)가, 사용자들에게 또한 제공될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 여기에 도시되고 설명되었지만, 그러한 실시예들은 단지 예로서 제공된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 수 많은 변형, 변경, 및 치환이, 본 발명으로부터 벗어남 없이, 당업자에게 지금부터 일어날 것이다. 여기에 설명되는 본 발명의 실시예들에 대한 다양한 변형예들이 본 발명을 실행함에 있어서 사용될 수 있다는 것이, 이해되어야 한다. 뒤따르는 청구범위는 본 발명의 범위를 한정한다는 것 및 이러한 청구범위 이내의 방법들 및 구조물들 그리고 그들의 균등물들이 본 발명에 의해 커버된다는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 하이브리드 가시화 장치로서,
    근위 단부 및 원위 단부를 구비하는 관절식 세장형 부재로서, 제1 위치 센서가 관절식 세장형 부재의 원위 단부에 위치하게 되는 것인, 관절식 세장형 부재; 및
    상기 관절식 세장형 부재에 제거 가능하게 커플링되는 다중모드 감지 프로브로서, 다중모드 감지 프로브의 원위 부분에 위치되는 카메라 및 초음파 변환기를 포함하는 것인, 다중모드 감지 프로브
    를 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중모드 감지 프로브는, 상기 관절식 세장형 부재의 제1 내강을 통해 삽입되는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중모드 감지 프로브는, 관절식 세장형 부재에 대해 회전 가능하고 신장 가능한 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다중모드 감지 프로브는, 상기 관절식 세장형 부재에 대해 관절식으로 연결 가능한 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다중모드 감지 프로브는, 상기 다중모드 감지 프로브의 원위 부분의 개소를 추적하기 위해 상기 다중모드 감지 프로브의 원위 부분에 위치되는, 제2 위치 센서를 더 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 위치 센서, 상기 카메라, 및 조명 장치가, 상기 다중모드 감지 프로브의 원위 부분 내에 내장되는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 위치 센서, 상기 카메라 및 상기 조명 장치는, 콤팩트한 구성으로 배열되는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 관절식 세장형 부재 및 상기 다중모드 감지 프로브는, 적어도 부분적으로 상기 제1 위치 센서 및 상기 제2 위치 센서에 의해 포착되는 센서 데이터에 기초하여, 로봇식으로 제어되는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS) 변환기들의 어레이인 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는, 실시간 전방 화상을 제공하며, 그리고 상기 초음파 변환기는, 실시간 측방 화상을 제공하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관절식 세장형 부재는, 도구를 수용하기 위한 제2 내강을 구비하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    도구의 움직임이, 상기 실시간 측방 화상에 의해 포착되는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 관절식 세장형 부재는, 상기 관절식 세장형 부재의 원위 단부에 위치되는, 이미징 장치를 더 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 다중모드 감지 프로브는, 팽창 가능 팁부를 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  15. 하이브리드 가시화 장치로서,
    원위 팁 부분 및 굽힘 섹션을 포함하는 관절식 세장형 부재;
    초음파 이미지를 제공하기 위해 상기 원위 팁 부분에 위치되는 초음파 변환기; 및
    도구를 수용하도록 구성되는 채널로서, 채널은, 상기 굽힘 섹션에 위치되는 포트를 구비하여, 도구가 상기 초음파 이미지와 교차하는 궤적을 따라 상기 포트 밖으로 신장되는 것을 허용하도록 하는 것인, 채널
    을 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 관절식 세장형 부재는, 상기 원위 팁 부분에 위치되는 위치 센서를 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 위치 센서는, 상기 원위 팁 부분의 개소를 추적하기 위해 상기 원위 팁 부분 내에 내장되는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 관절식 세장형 부재는, 상기 원위 팁 부분 내에 내장되는 카메라를 포함하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 카메라는, 실시간 전방 화상을 제공하는 것인, 하이브리드 가시화 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는, 선형 기관지삽관 초음파(EBUS) 변환기들의 어레이인 것인, 하이브리드 가시화 장치.
KR1020227045224A 2020-06-02 2021-05-28 삼중 이미징 하이브리드 프로브를 위한 시스템들 및 방법들 KR20230041661A (ko)

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