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KR101650591B1 - 캘리브레이션 팬텀을 갖는 엠알아이 호환성 로봇 및 팬텀 - Google Patents

캘리브레이션 팬텀을 갖는 엠알아이 호환성 로봇 및 팬텀 Download PDF

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KR101650591B1
KR101650591B1 KR1020117001258A KR20117001258A KR101650591B1 KR 101650591 B1 KR101650591 B1 KR 101650591B1 KR 1020117001258 A KR1020117001258 A KR 1020117001258A KR 20117001258 A KR20117001258 A KR 20117001258A KR 101650591 B1 KR101650591 B1 KR 101650591B1
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이 양
리앙 마
존 트라크텐버그
월터 쿠차르치크
마숨 하이더
마샬 스테펜 수스만
우리 린드너
로버트 앤소니 위어싱크
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Abstract

자기 공명 영상기 내측에서 사용하기 위한 의료용 로봇은 수평 동작 어셈블리, 수직 동작 어셈블리 및 컨트롤러를 포함한다. 이 수평 동작 어셈블리는 동작 관절, 작동가능하게 동작 관절에 작동가능하게 연결된 초음파 모터 그리고 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 인코더를 포함한다. 이 모터와 인코더는 수평 동작 어셈블리의 관절에 근접하여 위치된다. 이 수직 동작 어셈블리는 작동가능하게 수평 동작 어셈블리에 연결되고 그리고 이것은 동작 관절, 동작 관절에 작동가능하게 연결된 초음파 모터 및 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 인코더를 포함한다. 이 모터 및 인코더는 수직 동작 어셈블리의 관절에 근접하여 위치된다. 컨트롤러는 자기 공명 영상기가 이미지를 수집하기 위해 사용될 때 여기에 작동가능하게 연결되고 그리고 전원이 꺼지도록 적용된다. 의료용 도구 어셈블리는 의료용 로봇에 연결될 수 있다.

Description

캘리브레이션 팬텀을 갖는 엠알아이 호환성 로봇 및 팬텀{MRI COMPATIBLE ROBOT WITH CALIBRATION PHANTOM AND PHANTOM}
관련 출원에 대한 크로스 -레퍼런스( CROSS - REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS )
이 출원은 그 전체로서 여기에 레퍼런스로 합체되어 지는, 엠알아이(MRI)에 사용하기 위한 의료용 로봇이라는 명칭으로, 2008년 6월 18일 출원된 미국 가출원 일련번호 61/129,319에 관련된다.
본 발명은 의료 로봇 및 더욱 상세하게는 자기 공명 영상(MRI) 장치에 사용하기 위한 의료 로봇에 관한 것이다.
자기 공명 영상(MRI) 장치는 잘 알려진 의료 장비로서 진단 목적으로 광범위하게 사용되어 지고 있다. 보다 최근에는, 원격 조절에 의한 수술을 수행하기 위해 클로스-보어(close-bore) MRI 내에서 사용되어 질 수 있는 장비를 제공하는 것이 유리하다는 것이 명백하게 되어졌다. 몇몇 의료용 로봇들이 개발되어 지고 있으나 이들 각각은 몇 가지의 유의성 있는 한계를 가지고 있다. 자세하게는, MRI의 자기동심으로부터 1 내지 2미터(실제로는 보어의 외측)에 위치되어 지고 그리고 기계적 연결을 통해 작동되어 지는 모터를 사용하는 몇몇 의료 로봇들이 제안되어 왔다. 또 다른 것으로는 원격 수동 작동: MR-조화성의 영역 조절: 자기동심으로부터 100 cm 이하에서 비자기 및 전기 구성성분; 싸여 진 케이블로 7 m 떨어진 모터 구동자 및 제어기; 패러데이 케이지에 싸여 진 모터 전기 및 전원 공급; 스캐닝하는 동안 전원에서 모터 구동자 컷-오프; 및 보다 거대한 로봇으로 이끄는 전-기력학의 사용이 제안되었다. 그러나 이들 로봇의 어느 것도 MRI의 자기 동심 근처 보어 안쪽으로 위치되어 질 수 있는 초음파 모터를 사용하는 해결책을 제공하지는 못하였다.
MRI에 사용되어 질 수 있는 신뢰성 있는 로봇에 대한 필요성이 있다는 것은 이 기술 분야의 통상인에게 인식되어 질 것이다. 더욱이, 사용하기에 용이한 측정의 방법을 가지는 의료용 로봇을 제공하는 것이 유익할 것이다. 더 더욱이 로봇을 조정하고, 수술 및 MRI에서 로봇의 사용과 연관된 다른 과제를 트레이닝하기 위해 사용되어 질 수 있는 어떤 해부학적 특성을 모방할 수 있는 팬텀(phantom; 인체 내부의 전자파 분포와 인체 조직의 비흡수율 조사·분석 등 생체 시스템 연구에 대체물로 사용되는 모형)을 제공하는 것이 유익할 것이다. 또한 이의 부분 내에서 MR 이미지로 육안으로 볼 수 있는 장치를 제공하는 것이 유익할 것이다. 니들에 대한 최상의 궤도를 결정하는 방법을 제공하는 것이 또한 유익할 것이다. 부가하여, 환자 수용 부분을 포함하고 그리고 의료용 로봇이 여기에 부착되도록 적용된 MRI에서 사용하기 위한 플랫폼(platform)을 제공하는 것이 유용할 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 수직 축에 의해 한정된 축상의 평면과 측면의 축에 의해 한정된 시상봉합의 평면을 가지는 자기 공명 영상기 내측에 사용하기 위한 의료용 로봇이다. 본 의료용 로봇은 의료용 장비 어셈블리와 연결될 수 있다. 이 의료용 로봇은 수평 동작 어셈블리, 수직 동작 어셈블리 및 컨트롤러를 포함한다. 이 수평 동작 어셈블리는 동작 관절(조인트), 작동가능하게 동작 관절에 연결된 초음파 모터 그리고 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 인코더(암호기)를 포함한다. 이 초음파 모터와 인코더는 관절에 근접하여 위치된다. 모터는 축상의 그리고 시상봉합의 평면의 하나에 위치된 횡단면을 가진다. 이 수직 동작 어셈블리는 작동가능하게 수평 동작 어셈블리에 연결된다. 수직 동작 어셈블리는 동작 관절, 동작 관절에 작동가능하게 연결된 초음파 모터 그리고 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 인코더를 포함한다. 초음파 모터 및 인코더는 관절에 근접하여 위치된다. 의료용 장비 어셈블리는 수직 동작 어셈블리의 이동 관절 및 수평 동작 어셈블리의 동작 관절의 하나에 작동가능하게 연결될 수 있다. 모터는 축상 및 시상봉합의 평면의 하나에 위치된 횡단면을 가진다. 컨트롤러는 수평 동작 관절 및 수직 동작 관절에 작동가능하게 연결된다. 이 컨트롤러는 자기 공명 영상기가 영상을 수집하기 위해 사용되어 지는 때에 전원이 꺼지도록 적용된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 자기 공명 영상기와 조합하여 사용하기 위한 팬텀에 대한 것이다. 이 팬텀은 제일의 소정의 물질로 만들어진 위험상태에 있는 팬텀 조직; 제일의 소정의 물질과 다른 제이의 소정의 물질로 만들어지고 그리고 자기 공명 이미지에서 제일의 소정의 물질과는 구별할 수 있는 팬텀 치료할 수 있는 부위; 및 제삼의 소정의 물질의 팬텀을 둘러싼 구조를 포함하고, 그리고 상기 제삼의 소정의 물질은 상기 제일 및 제이의 소정의 물질과는 다르고 그리고 자기 공명 이미지 내에서 제일 및 제이의 소정의 물질과는 차별화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 의료용 도구와 조합하여 사용하기 위한 캘리브레이션 팬텀에 대한 것이다. 상기 캘리브레이션 팬텀은 의료용 도구 상의 소정의 위치에 부착할 수 있는 하우징; 및 자기 공명 이미지 내에서 볼 수 있는 적어도 하나의 채널을 포함하고, 상기 채널은 의료용 도구의 원하는 포인트에 소정의 위치에 있다.
더욱이 본 발명의 다른 측면에서는 의료용 로봇과 조합하여 사용하기 위한 플랫폼은 의료용 로봇을 수용하도록 적용된 로봇 가이드를 가지는 플랫폼; 및 이들 상에 환자를 조정할 수 있도록 적용된 환자 수용 부분을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에서는 물과 자기 공명 영상기 관찰가능 액체의 혼합물로 충진된 주변 채널을 가지는 레이저 화이버를 포함하는 의료용 도구가 제공되어 진다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 소정의 영역의 이미지를 제공하는 단계; 이미지 상에서 불규칙 영역의 위치를 결정하는 단계; 불규칙 영역의 위치로부터 계획된 타겟 부피를 계산하는 단계; 치료 영역이 계획된 타겟 부피를 커버함에 의해 치료 영역을 계산하는 단계; 소정된 범위 내에서 출발 니들 위치를 결정하는 단계; 및 출발 니들 위치로부터 계획된 타겟 영역까지 니들 궤적을 계산하는 단계를 포함하는 니들 궤적을 결정하는 방법이 제공된다.
본 발명의 부가적 특징은 다음의 상세한 설명의 과정에서 기술되어 질 것이고 또는 명백하게 될 것이다.
본 발명은 단지 일 예로서 되는 다음의 첨부 도면을 참고로 자세하게 기술되어 질 것이며, 여기서:
도 1은 의료용 로봇 상에 위치된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 본 발명의 의료용 로봇의 사시도이고;
도 2는 도 1의 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리의 분리된 사시도이고;
도 3은 의료용 로봇의 수평 및 수직의 직선 동작 부분의 사시도이고;
도 4는 의료용 로봇의 팬 기울기 및 회전 부분의 측면도이고;
도 5는 의료용 로봇의 팬 기울기 및 회전 부분의 사시도이고;
도 6은 본 발명의 의료용 로봇에 부착되어 질 수 있는 의료용 도구 어셈블리 또는 투관침의 사시도이고;
도 7은 도 6의 의료용 도구 어셈블리의 평면도이고;
도 8은 도 6 및 7의 의료용 도구 어셈블리의 측면도이고;
도 9는 본 발명의 의료용 로봇에 바로 부착되는 의료용 도구 어셈블리를 갖는 본 발명의 의료용 로봇의 사시도이고;
도 10은 의료용 로봇에 부착된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 의료용 로봇의 정면도이고;
도 11은 의료용 로봇에 부착된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 의료용 로봇의 측면도이고;
도 12는 사람의 다리 사이에 도시된 의료용 로봇에 부착된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 의료용 로봇의 사시도이고;
도 13은 로봇의 측면 상에 위치된 사람에 근접한 위치에 도시된 의료용 로봇에 부착된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 의료용 로봇의 사시도이고
도 14는 의료용 로봇 상에 위치된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 본 발명의 의료용 로봇의 대안적인 실시형태의 사시도이고;
도 15는 도 14의 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리의 부분적으로 분리된 사시도이고;
도 16은 도 14의 의료용 로봇의 수평 및 수직의 직선 동작 부분의 사시도이고;
도 17은 도 14의 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리의 의료용 로봇의 팬 기울기 및 회전 부분의 측면도이고;
도 18은 도 14의 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리의 의료용 로봇의 팬 기울기 및 회전 부분의 사시도이고;
도 19는 본 발명의 의료용 로봇에 부착되어 질 수 있는 의료용 도구 어셈블리 또는 투관침의 대안적인 실시형태의 사시도이고;
도 20은 도 19의 의료용 도구 어셈블리의 평면도이고;
도 21은 도 19의 의료용 도구 어셈블리의 측면도이고;
도 22는 여기에 바로 부착되어 지는 의료용 도구 어셈블리를 갖는 도 14의 의료용 로봇의 사시도이고;
도 23은 도 14의 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리의 의료용 로봇에 부착된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 의료용 로봇의 정면도이고;
도 24는 도 14의 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리의 의료용 로봇에 부착된 의료용 도구 어셈블리를 갖는 의료용 로봇의 측면도이고;
도 25는 환자에게 지지를 제공하고 그리고 본 발명의 의료용 로봇에 부착된 의료용 로봇을 갖는 플랫폼의 사시도이고;
도 26은 여기에 부착된 본 발명의 의료용 로봇을 갖는 도 25의 플랫폼의 측면도이고;
도 27은 그 위에 위치된 사람의 하부를 나타내지만 도 25에 도시된 것에 유사한 사시도이고;
도 28은 본 발명의 의료용 로봇의 제어 시스템의 개략적인 다이어그램이고;
도 29는 RCM의 디지털 신호를 구동자용 아날로그 신호로 변환하기 위한 회로 다이어그램이고;
도 30은 동작 제어 시스템의 회로 다이어그램이고;
도 31은 또 다른 동작 제어 시스템의 회로 다이어그램이고; 그리고
도 32는 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리에서 각 관절의 동작 제어의 블럭 다이어그램이고;
도 33은 의료용 도구 어셈블리와 조합하여 사용하기 위한 캘리브레이션 팬텀의 개략적 다이어그램으로, a)는 정면도, b)는 측면도 그리고 c)는 배면도를 도시하고;
도 34는 도 33의 캘리브레이션 팬텀의 실시형태의 사시도이고;
도 35는 도 34의 캘리브레이션 팬텀의 평면도이고;
도 36은 도 34의 캘리브레이션 팬텀의 측면도이고;
도 37은 도 34의 캘리브레이션 팬텀의 배면도이고;
도 38은 계산에 있어서 가상선을 나타내지만 도 33 a)에서 도시된 것에 유사한 개략적 다이어그램이고;
도 39는 도 34의 캘리브레이션 팬텀의 자기 공명 이미지이고;
도 40은 의료용 도구 어셈블리와 조합하여 사용하기 위한 캘리브레이션 팬텀의 대안적인 실시형태의 정면도의 개략적 다이어그램이고;
도 41은 자기 공명 영상기에 사용하기 위한 전립선 팬텀의 정면도이고;
도 42는 도 41의 전립선 팬텀의 사시도이고;
도 43은 도 41의 전립선 팬텀의 자기 공명 이미지이고;
도 44는 최적의 니들 궤적을 기술하기 위해 필요로 된 치료 변수의 개략적 다이어그램이고;
도 45는 니들 궤적에 대한 제한의 개략적 다이어그램이고;
도 46은 두 개의 간섭 영역을 도시하고 그리고 니들 궤적의 제한의 개략적 다이어그램이고;
도 47은 최적의 니들 궤적과 치료 영역의 위치를 개략적으로 나타내고;
도 48은 다른 중량 인자에 대한 니들 위치 최적화를 도시하는 그래프이고;
도 49는 의료용 도구의 실시형태의 레이저 어플리케이터의 확대 횡단면도이다.
본 발명은 자기 공명 영상 (MRI)의 안내에 따라 로봇을 사용하여 원격으로 의료 시술을 수행하는 것에 관한 것이다. 로봇의 일 기능은 하나 또는 그 이상의 장비를 신체의 자기 공명 (MR) 이미지에 기초하여 선택된 것과 같은 신체 내의 일 위치로 전달하는 것이다. MR 이미지는 또한 실시간으로 제동되어 지는 간섭 및 치료를 모니터하기 위해 사용되어 진다. 이 로봇의 장비는 MRI 스캐너 내측에 있는 동안 MRI 양립가능한 것이다.
일 적용에 있어서, 로봇 장비는 조직의 제거를 위해 사용되어 진다. 이 적용에 있어서, 목적은 가열뿐 아니라 냉각을 통하여 어떤 크기 및 타입의 암성 종양을 포함할 수 있는 특정한 조직의 영역을 파괴하는 것이다. 본 내용에서, 로봇는 MRI-특정 위치로 가열 또는 냉각 장비를 전달할 것이다. 가열 또는 냉각은 그런 다음 표저긍로 된 영역에서 조직을 파괴한 것이다. 이 적용에서, 조직에서의 온도 변화는 가열/냉각이 전달되어 지는 것과 같이 모니터 되어 진다. 온도 변화는 표적된 조직을 파괴하기 위한 충분한 온도 변화가 달성되어 졌는지를 결정하기 위해서 뿐 아니라 과잉의 온도 변화가 비-표적된(즉, 건강한) 조직에 발생(그리고 따라서 손상)하지 않도록하는 것을 공고하게 하기 위해 모니터 되어 진다. 온도 변화를 모니터링하는 방법은 아래의 자세한 설명에서 보다 명확하게 된다.
도 1을 참고로 하면, 본 발명의 의료용 로봇은 일반적으로 (10)으로 도시되어 진다. 의료용 로봇(10)은 여기에 부착된 의료용 도구 어셈블리 또는 투관침(12)를 가진다. 조합된 의료용 로봇(10) 및 의료용 도구 어셈블리(12)는 수동으로 조정된 관통의 전에 환자의 근처에 선택된 위치에 투관침 니들(14)의 선단을 자동적으로 위치(방향화 및 위치화)시키기 위해 사용되어 지는 육도의 자유 로봇이다. 예를 들어서, 의료용 로봇(10)이 전립선 수술을 위해 사용되어 질 때, 투관침 니들(14)의 선단은 수동으로 조정된 관통의 전에 회음부 근처에 위치되어 진다. 관통은 또한 자동적일 수 있다고 인식되어 질 것이다. 조합된 의료용 로봇(10) 및 의료용 도구(12)는 아래에 보다 자세하게 기술되어 지는 세 개의 직선의 동작 관절과 그리고 세개의 회전 관절들을 갖는다. 도 1에서 화살표에 의해 나타난 바와 같이, 세 개의 직선 관절은 수평 병진(16), 수직 병진(18) 및 니들 관통 또는 삽입(20)에 영향을 미치고 그리고 세 개의 회전 관절은 팬(22), 기울기(24) 및 구름(26)에 영향을 미친다.
의료용 로봇(10)은 각각 수평(16) 및 수직 병진(18)을 실행하기 위해 두 개의 별도의 직선 동작 관절을 가진다. 도 3은 동작을 수평으로 그리고 수직으로 병진하기 위한 관절을 포함하는 로봇 베이스(28)의 구조를 나타낸다. 수평 동작 관절은 수평의 인코더(32)를 갖는 수평의 초음파 모터(30) (바람직하기로는 USR30-E3N), 한 쌍의 스퍼 기어(34), 수평의 정점 리드 스크류 및 너트(36), 한 쌍의 수평의 직선 가이드(36) 그리고 수평의 이동 플레이트(31)(도 2에 도시됨)로 구성된다. 이 리드 스크류(35) 단위는 세라믹 볼 베어링이 장착되어 진다. 추진자는 관절을 일정 위치에서 고정시킬 수 있어 모터 브레이크가 필요로 하지 않는 초음파 모터이다. 도면에 도시된 바와 같이, 수평의 초음파 모터(30) 및 수평의 인코더(32)는 스퍼 기어(34), 수평의 정점 리드 스크류 및 너트(35) 그리고 수평의 직선 가이드(36)을 포함하는 수평 동작 어셈블리에 근접하여 위치되어 진다.
수직 동작 관절은 수직의 인코더(41)을 갖는 수직의 초음파 모터(40) (바람직하기로는 USR60-E3N), 타이밍 벨트 및 한 쌍의 풀리 (도시 생략), 한 쌍의 수직의 직선 가이드(37), 수직의 정점 리드 스크류 및 너트(38), 및 수직의 이동 플레이트(39)로 구성되어 진다. 도면에 도시된 바와 같이, 수직의 초음파 모터(40) 및 수직의 인코더(41)은 타이밍 벨트, 풀리, 수직의 직선 가이드(37), 및 수직의 정점 리드 스크류 및 너트(38)을 포함하는 수직 동작 어셈블리 근처에 위치되어 진다. 수평 동작 관절 및 수직 동작 관절을 포함하는 베이스(28)에서의 모든 부분은 알루미늄이거나 또는 플라스틱으로 만들어 진다. 이들 양자는 적절한 자기 민감성을 가진다.
도 4 및 5에 가장 잘 나타난 바와 같이, 의료용 로봇(10)은 세 개의 회전 관절을 가진다: 즉, 팬 (수평의 평면으로 회전), 기울기 (수직의 평면에서 승강) 그리고 구름(회전). 팬 관절 단위는 팬 샤프트 어셈블리(42), 한 쌍의 스퍼 기어(43), 타이밍 벨트(44) 및 풀리(46), 그리고 팬 인코더(50)를 갖는 팬 초음파 모터(48) (바람직하기로는 USR60-E3N)로 구성된다. 팬 초음파 모터(48) 및 팬 인코더(50)은 팬 샤프트 어셈블리(42), 한 쌍의 스퍼 기어, 타이밍 벨트(44) 및 풀리(46)을 포함하는 팬 어셈블리 근처에 위치되어 진다. 기울기 및 구름 관절은 기울기 및 구름 인코더(54)를 갖는 두 개의 기울기 및 구름 초음파 모터(52) (바람직하기로는 USR60-E3N)와 바벨 기어 차동 메카니즘(56)으로 구성되어 진다. 전달은 모터(52)로부터 소형 구동 바벨 기어로 그리고 나서 대형 구동된 바벨 기어로 된다. 두 개의 구동 바벨 기어가 동일한 속도로 그리고 동일한 방향으로 회전할 때, 기울기 이동이 실현되어 지고; 그리고 이들이 동일한 속도로 그리고 반대 방향으로 회전할 때, 구름 이동이 실현되어 진다. 두 개의 모터가 함께 작동하기 때문에, 보다 큰 토크가 얻어진다.
의료용 로봇(10)과 같이 사용된 의료용 도구 어셈블리(12)는 아주 다양한 기능을 가질 수 있다. 여기에서 나타난 형상에 있어서, 의료용 도구 어셈블리는 삽입 또는 관통의 효과를 나타내도록 말단으로 이동한다. 도 6, 7 및 8을 참고로 하면, 여기에 도시된 의료용 도구 어셈블리 또는 투관침 모듈(12)는 레이저 절제를 위한 것이다. 의료용 도구 어셈블리(12)의 주요부분은 "니들" (또는 "투관침") 도구; 밀고 당기는 메카니즘(62); 탭핑 블럭(64), 탭핑 실린더(65), 인코더(68) (도 11에 도시된 것과 같음)를 갖는 초음파 모터(66) (바람직하기로는 USR60-E3N), 기어(70), 안내 블럭(72) 및 안내 샤프트(74)를 포함한다. 밀고 당기는 메카니즘은 직선 동작을 제공한다.
의료용 도구 어셈블리(12)는 레이저 확산기를 보호하거나 또는 식히는 물 냉각 전원 레이저 어플리케이터(76) 및 티타늄 시쓰(75)로 구성된다. 밀고 당기는 메카니즘(62)는 리드 스크류(82), 너트를 갖는 푸셔(84), 관계 전원 레이저 어플리케이터(76)의 홀더(86) 및 시쓰 록커(78)을 포함한다. 밀고 당기는 메카니즘(62)는 니들 도구를 타겟으로 밀고 그리고 레이저 확산기 선단을 노출하기 위해 시쓰를 철회하도록 적용되어 진다. 이것은 또한 수술 작동이 수행되어 진 후 "니들" 도구를 뒤로 당기도록 작용되어 진다. 따라서 밀고 당기는 메카니즘은 직선 동작을 제공하고 그리고 의료용 로봇(10)에 대해 육 단의 자유도이다. 리드 스크류(82)는 한 쌍의 세라믹 볼 베어링이 장착되어 진다. 니들 도구의 높은 삽입 속도를 얻기 위해서, 압축공기로 구동되어 지는 탭핑 블럭(64)가 부가되어 진다. 레이저 확산기가 신축할 수 있는 티타늄 시쓰, 부검 도구 및 근접 치료 도구를 가지는 레이저 확산기로 대체되어 질 수 있다는 것은 이 분야의 통상인에게 인지될 것이다.
도 10 및 11은 의료용 로봇(10)에 부착된 의료용 도구 어셈블리(12)를 도시하고 그리고 도 9는 부착 바로 전의 이들을 도시한다. 조합된 장비는 오 단의 자유도가 의료용 로봇(10)에 있고 그리고 하나의 자유도가 의료용 도구 어셈블리(12)에 있는 육 단의 자유도를 가진다. 여기에 도시된 실시형태에서, 의료용 도구 어셈블리(12)는 레이저 절제용 투관침 장치를 가진다. 그러나 의료용 도구는 또한 부검 또는 근접 치료용 장치를 얻는 용도를 위한 장치일 수 있다. 의료용 도구 어셈블리는 또한 팬 기울기 및 구름 기능의 어떤 것이나 또는 모두가 의료용 로봇 이외의 의료용 도구 어셈블리의 일 부분인 것과 같이 되도록 디자인되어 질 수 있다는 것이 이 기술분야의 통상인에게 인지될 것이다.
작동자가 의료용 로봇(10)을 조정함이 없이 의료용 도구 어셈블리(12)를 용이하고 빠르게 대체하는 것을 가능하게 하기 위해, 의료용 로봇(10)과 의료용 도구 어셈블리(12) 사이에 간단한 인터페이스가 제공되어 진다. 두 개의 핀을 가지는 자세화 블럭(90)은 각 의료용 도구 어셈블리(12)의 셀(92) 아래에 부착되어 진다. 의료용 도구 어셈블리(12)의 셀(92)는 의료용 로봇(10) 상에 대 중공 베벨 기어(56)과 접속된 지지 블럭(94)의 중공 안으로 삽입되어 진다. 자세화 블럭(90)은 지지 블럭(94)의 후 측면에 대향하여 위치되고 그리고 그런 다음 덤 스크류(96)으로 제 위치에 잠겨진다. 따라서 의료용 도구 어셈블리(12)는 빠르게 베이스 유닛 또는 의료용 로봇(10) 상에 장착되어 질 수 있다. 유사하게, 이것은 덤 스크류(96)으로의 잠금을 풀고 그리고 의료용 도구 어셈블리(12)를 지지 블럭(94)의 밖으로 당김에 의해 빠르게 그리고 용이하게 제거되어 질 수 있다.
조합된 의료용 로봇(10) 및 의료용 도구 어셈블리(12)는 도 12에 도시된 것과 같이 사람이 그 위에 누울 때 사람의 다리 사이에 위치되어 질 수 있거나 또는 도 13에 도시된 것과 같이 사람이 이들의 측면에 위치되어 질 때 사람의 아래에 위치되어 질 수 있다.
투관침의 대안적인 실시형태를 갖는 의료용 로봇의 대안적인 실시형태는 도 14 내지 22에 도시되어 진다.
6자유도 의료용 로봇(100)은 의료용 도구 어셈블리 또는 투관침(124)를 자동적으로 위치(방향화 및 자세화)시키기 위해 사용되어 진다. 로봇은 세 개의 직선 동작 관절(수평, 수직 그리고 니들 관통) 및 세 개의 회전 관절 (팬, 기울기 및 구름)을 가진다. 도 14 상의 화살표는 수평 병진(102), 수직 병진(104), 니들 관통(106), 팬(108), 기울기(110) 및 구름(112)를 도시한다. 부가하여 로봇(100)은 캘리브레이션 팬텀(114)를 포함할 수 있다. 추진자는 이를 보유하는 것만으로 니들을 제 위치에 잠글 수 있고 그래서 모터 브레이크가 필요로 되지 않는 초음파 모터이다. 도 14는 개략적인 전반을 제공하고 그리고 도 15는 로봇(100)의 분해도를 제공한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 로봇(100)은 수평 병진 단위(116), 수직 병진 단위(118), 팬 단위(120), 기울기 및 구름 단위(122), 니들 관통 단위(124) 그리고 캘리브레이션 팬텀(114)를 포함한다.
로봇은 각각 수평 및 수직 병진을 실행하기 위해 두 개의 별도의 직선 동작 관절을 가진다. 도 16은 동작을 수평으로 그리고 수직으로 병진하기 위한 로봇 베이스의 구조를 나타낸다. 수평 동작 단위(116)은 인코더(128)을 갖는 초음파 모터(126) 및 직선의 슬라이드 테이블(130)을 포함한다. 수직 동작 단위(118)은 인코더(128)을 갖는 초음파 모터(132) 및 직선의 슬라이드 테이블(136)으로 구성된다. 수직 동작 단위(118)은 수평 동작 단위(116)에 부착되어 진다. 바람직하기로는 초음파 모터(126 및 132)는 USR60-E3N 모터이다. 수평 동작 단위(116) 및 수직 동작 단위(118)의 부분은 MR 조화 가능한 물질로 만들어 진다. 수평 동작 단위(116)은 베이스(137)에 부착되어 진다. 베이스(137)은 MR 스캐너와 조합하여 사용된 코일을 수용하도록 형상되어 진다. 특징적으로는, 베이스(137)은 돼지꼬리 코일(도시 생략)을 수용하기 위한 아치형의 말단을 가진다.
도 17, 18 및 20에 나타난 바와 같이, 로봇은 세 개의 회전 관절: 팬(108) (수평의 평면에서 회전), 기울기(110) (수직의 평면에서 승강) 및 구름(112) (회전)을 가진다. 팬 단위(120)은 인코더(140)을 갖는 초음파 모터(138) (바람직하기로는 USR60-E3N), 타이밍 벨트(142) 및 풀리(144),(146), 팬 샤프트 어셈블리(148) 그리고 한 쌍의 기어(150)으로 구성된다. 기울기 및 구름 단위(122)는 인코더(154)를 갖는 두 개의 초음파 모터(152)(바람직하기로는 USR30-E3N), 두 개의 웜 기어 감속기(156) 그리고 바벨 기어 차동 메카니즘(158)으로 구성된다. 전달은 모터(152)로부터 웜 기어 감속기(156)로, 그런 다음 소형 구동 바벨 기어 (도시 생략)로 그리고 나서 대형 구동된 바벨 기어(160)으로 된다. 두 개의 구동 바벨 기어가 동일한 속도로 그리고 동일한 방향으로 회전할 때, 기울기 이동이 실현되어 지고, 그리고 두 개의 구동 바벨 기어가 동일한 속도로 그리고 반대 방향으로 회전할 때, 구름 이동이 실현되어 진다. 두 개의 모터가 함께 작동하기 때문에, 보다 큰 토크가 얻어진다.
레이저 절제를 위한 관통 단위 또는 투관침 모듈(124)는 도 19 내지 21에 도시되어 진다. 관통 단위(124)는 다음의 주요 부분들로 구성된다: "니들" (또는 "투관침") 도구; 밀고 & 당김 메카니즘(164); 인코더(168)을 갖는 초음파 모터(166) (바람직하기로는 USR60-E3N), 기어(170), 안내 샤프트(172), 그리고 캘리브레이션 팬텀(114).
"니들" 도구는 티타늄 (또는 니틸론) 니들(174) 및 레이저 확산기를 보호하거나 또는 식히는 물 냉각 전원 레이저 어플리케이터(176)으로 구성된다. 밀고 & 당기는 메카니즘(164)는 리드 스크류(178), 삽입 단위(180), 관개된 전원 레이저 어플리케이터용 홀더 단위(182), 그리고 니들 록커(184)를 포함하고, 레이저 어플리케이터 도구로 니들을 타겟으로 밀고 그리고 레이저 확산기 선단을 노출하기 위해 니들을 철회하도록 적용되어 진다. 이것은 또한 수술 작동이 수행되어 진 후 "니들" 도구를 뒤로 당기도록 작용되어 진다. 그리고 이것은 수술 작동이 수행되어 지고 난 후 "니들"를 후방으로 당기도록 적용되어 지다. 따라서 밀고 당기는 메카니즘은 직선 동작을 제공하고 그리고 의료용 로봇(100)에 대해 육 단의 자유도이다. 리드 스크류(178)은 한 쌍의 세라믹 볼 베어링이 장착되어 진다. 관통 단위는 커버(186)을 포함한다.
도 22는 로봇이 두 개의 단위, 자세하게는 다섯 개의 프라이머리 DOFs 베이스 유닛(188); 그리고 레이저 절제를 위한 투관침 모듈(124)로 분할되어 지는 것으로 고려되어 질 수 있는 것과 같이 투관침 모듈 방식을 갖는 의료용 로봇(100)의 전체를 제공한다. 다른 투관침 모듈이 또한 사용되어 질 수 있다. 예를 들어, 부검용 및 근접치료용 투관침이 또한 사용되어 질 수 있다.
작동자가 베이스 유닛을 조정함이 없이 투관침 모듈을 용이하고 빠르게 대체하는 것을 가능하게 하기 위해, 베이스 유닛(188)과 투관침 모듈(124) 사이에 간단한 인터페이스가 제공되어 진다. 두 개의 핀을 가지는 자세화 블럭(190)은 도 22에 도시된 바와 같이, 각 투관침 모듈(124)의 셀(192) 아래에 부착되어 진다. 베이스 유닛(188) 상의 큰 중공의 베벨 기어(160)과 연결된 지지 블럭(194)의 중공 내로 투관침 모듈(124)의 셀(192)을 밀어 넣고, 그리고 지지 블럭(194)의 후 측면에 대해 자세화 블럭(190)을 제공하고, 그런 다음 덤 스크류(196)을 잠금에 의해, 투관침 모듈(124)는 베이스 유닛 상에 빠르게 장착되어 질 수 있다. 덤 스크류(196)과의 잠김을 풀고 당긴 후, 투관침 모듈(124)는 베이스 유닛(188)로부터 용이하게 제거되어 질 수 있다.
환자에게 지지를 제공하고 그리고 여기에 부착된 의료용 로봇(100)을 가지도록 적용된 플랫폼은 도 25에서 일반적으로 300으로 도시되어 졌다. 플랫폼(300)은 베이스 플레이트(302), 둔부 지지부(304), 그리고 한 쌍의 다리 지지부(306)를 포함하는 환자 수용부, 및 의료용 로봇을 수용하기 위한 로봇 가이드(308)을 가진다.
둔부 지지부(304)는 그의 말단 상에서 베이스 플레이트(302)에 힌지축으로 부착되어 진다. 둔부 지지부(304)는 한 쌍의 다리 지지부(306)에 부착되어 지는 두 개의 말단을 가지는 일반적으로 C 형상으로 되어 진다. 한 쌍의 다리 지지부는 조정할 수 있는 메카니즘 어셈블리(310)에 힌지축으로 부착되어 진다. 조정가능한 메카니즘(310)은 이들의 각 사이드에서 가이드 슬롯(312)를 따라 미끄러진다. 뒤집기 가능한 렌치(314)는 베이스 플레이트(302)를 따라 조정가능한 메카니즘 어셈블리를 앞뒤로 이동한다. 사용에 있어서, 둔부 지지부(304) 및 다리 지지부는 환자의 골반이 적절한 각도로 위치되어 지도록 조정되어 질 수 있다.
의료용 로봇(100) 베이스(137)은 로봇 가이드(308)에 걸쳐 끼워지도록 형상화되어 진다. 로봇 가이드(308)은 일반적으로 쐐기 형상이다. 노브(318)은 로봇(100)을 제 위치에 유지한다.
플랫폼(300)은 환자 이송 장치 (도시 생략)로 사용되어 지도록 적용되어 진다. 복수의 위치화(320)가 플랫폼(300)의 아래 측에 제공되어 지고 그리고 환자 이송 장치를 걸어맞춤하도록 적용되어 진다.
여기에 기술되어 진 플랫폼은 단지 일 예로서 제공된 것이고 그리고 이것은 다른 종류의 수술에 맞도록 적용되어 질 수 있는 특징을 제공한다는 것이 이 기술분야의 통상인에게 쉽게 인지되어 질 것이다. 자세하게는, 플랫폼은 환자를 조정가능하게 자세화하기 위한 장치를 제공하고 그리고 여기에 의료용 로봇을 이동가능하게 유지한다. 장비는 수동으로 조정되도록 디자인되어 진다. 플랫폼은 MRI와 조화할 수 있는 재질로 만들어 진다.
상기에서 기술된 바와 같이, 로봇의 주요한 기능은 특정한 위치에 의료 장비를 전달하는 것이다. 더욱이, 로봇의 기능은 MRI 내에서 우수한 것이 중요하다. 로봇의 회전 속도는 MRI 내에 로봇의 정확성에 충격을 줄 수 있다는 것이 결정되어 졌다. 맥스월(Maxwell)의 방정식에 따르면, 화전 이동이 빠르면 빠를수록 로봇와 MRI 스캐너의 주요 자기장 사이의 전자기 상호작용이 커진다. 따라서, 회전하는 로봇의 동작은 로봇-MRI 전자기 상호작용을 감소하기 위해 감소되어 진다. 의료용 로봇(100)은 회전 로봇의 동작을 감소하기 위해 기어링 메카니즘을 사용한다. 그러나, 동일한 결과를 얻게 하는 다른 방법 또한 가능하다.
로봇과 MRI 환경 사이의 전자기적 상호작용의 다른 잠재적인 징후는 와상 전류의 생성이다. 이들은 시간에 따라 변하는 자기장에 의해 수행 구조에서 발생된 전류이다. 와상 전류의 존재는 MR 이미지의 질을 유의성 있게 저하시킬 수 있다. 따라서, 수행 표면과 구조의 존재는 최소화되어 지고 그리고 이상적으로는 제로로 감소하는 것이 바람직하다. 현재로는 쉽게 이용할 수 있는 장비에 기초하여, 와상 전류의 근원이 모터이고 그리고 레이저서부터 인코더로 신장한다. 그러나, 전도를 감소하거나 제거하는 초음파 모터 및 인코더가 개발되어 지기 때문에 이들이 사용되어 질 수 있다는 것으로 인지되어 질 것이다. MRI 환경에서, 시간에 따라 변하는 자기장은 라디오주파수 (RF) 파장뿐 아니라 시간-다변 직선 자기장 기울기의 양자에 기인하여 존재한다. 우수한 접근을 위하여, RF 및 기울기 프로세스는 직교 방향으로 발생한다. 이것은 만일 바람직한 방향화에서 로봇의 모터를 방향화 하는 것이 가능하다면, 기울기 또는 RF의 어느 하나에 의해 야기된 와상 전류는 최소화되어 질 수 있다는 것을 의미한다. 자세하게는, 만일 모터가 축상의 평면으로 놓여 지면, RF-유도 와상 전류가 최소화되어 질 수 있고, 반면에 만일 모터가 시상봉합의 평면으로 놓여 지면, 기울기-유도 와상 전류가 최소화되어 질 수 있다. MR 영상기의 x, y 및 z 평면은 일반적으로 도 14에서 101로 도시되어 진다. 축상의 평면은 수직의 또는 y 축에 의해 정의되어 지고 그리고 시상봉합의 평면은 측면의 또는 z 축에 의해 정의되어 진다. 도 14에 도시된 바와 같이, 의료용 로봇(100)은 축상 및 시상봉합의 평면으로 향하여 진 그의 모터의 횡단면을 가진다.
MRI 환경에서, 로봇과 전자기적 상호작용의 다수의 가능한 근원이 있다. 하나의 중요한 잠재적인 근원은 MR 이미지를 형성하기 위해 사용된 데이터를 수집하는 국부 코일이다. 전형적으로, 이들 국부 코일은 이미지화되어 지는 해부와 밀접한 부분적 형상을 만드는 방식으로 구성되어 진다. 예를 들어, 이미지화가 뇌일 때, 헬멧을 닮은 국부 코일이 전형적으로 사용되어 진다. 로봇과 국부 코일과의 전자기장 상호작용을 최소화할 수 있는 방법은 국부 코일로부터 로봇의 전도 구조를 물리적으로 분리하는 것이다. 본 발명에서, 로봇 모터는 국부 코일로부터 특정된 (또는 보다 큰) 거리에 위치되어 진다. 예를 들어, 헤드 코일의 경우에, 로봇 모터는 가슴 수준 정도에 위치되어 질 수 있다. 단지 일 예로서 본 실시형태에서는 US 모터 (USR60-E3N)가 로봇의 전방으로부터 약 30cm 또는 그 이상 떨어져 위치되고, 그리고 바람직하기로는 축 방향으로 위치되어야 한다. 소형 모터 (USR60-E3N)는 이것이 축 방향으로 위치되어 질 때 30cm보다 적은 위치로 위치되어 질 수 있다.
MRI 스캐닝 작동은 인코더에 영향을 미치는 EMI 노이즈을 발생하고 그리고 이 노이즈는 부정확한 위치 피드백 판독을 야기한다. 병행하여, 초음파 모터 (U/S) 작동은 MR 이미지의 명확성에 영향을 미치는 EMI 노이즈를 발생한다. 프로세서 (컨트롤러)가 후자의 효과를 발생할 뿐 아니라 전자를 용이하게 한다는 것이 결정되어 졌다.
이들 효과를 회피하기 위한 몇 가지의 방법을 시험한 후, "전원 온/오프" 해결책이 최상의 해결책이다는 것이 결정되어 졌다. 자세하게는, 컨트롤러 전원 (3.3V)을 켜고 끄는 반면, U/S 전원 (24V), 및 인코더 전원 (12V)을 킨 상태로 유지하는 것은 유의성 있는 EMI를 발생하지 않는 것에 충분하고 따라서 허용가능한 MR 이미지 그리고 노이즈가 없는 인코더 판독이 생성된다는 것이 결정되어 졌다. 표 1은 다른 전원 소스가 MR 이미지 상에 가지는 효과를 나타냈다. 따라서, 가장 낮은 전원을 갖는 장비가 이미지에 뒤틀림을 야기하는 것은 전혀 기대되지 않은 결과이다.
스캔
*		 전원 이슈 거리
**		 케이블 연결 이미지
인위구조		 노이즈
(이미지 상)
1 모든 전원* 오프 15cm*** 내지 20cm 케이블을 갖는 모터
& 케이블을 갖는 인코더		 없음 없음
2 모든 전원* 온 15cm*** 내지 20cm 케이블을 갖는 모터
& 케이블을 갖는 인코더		 없음 유의성 있는
RF 노이즈
3 24V 전원 온
3.3V 및 12V 전원 오프		 15cm*** 내지 20cm 케이블을 갖는 모터
& 케이블을 갖는 인코더		 없음 없음
4 3.3V 전원 온
24V 및 12V 전원 오프		 15cm*** 내지 20cm 케이블을 갖는 모터
& 케이블을 갖는 인코더		 없음 RF 노이즈
5 모든 전원* 온 15cm*** 내지 20cm 케이블 없는 모터
& 케이블 없는 인코더; 모든 케이블은 보어 외측에 있음 		없음 없음
6 모든 전원 오프 0cm*** 케이블을 갖는 모터
& 케이블을 갖는 인코더		 있음 없음
* 전원: DC 24V, 12V 및 3.3V
** 거리: MR 스캐너 동심에 근접한 로봇 상에 모터와 스캐너 동심 사이의 거리
*** 50cm 내의 모든 모터 고려.
컨트롤러 전원이 꺼졌을 때 로봇의 현재 위치의 데이터를 저장하기 위해, 백업 밧데리가 프로세서 SRAM 내에 현재 위치 데이터를 유지하기 위해 컨트롤러 내에서 사용되어 진다. A/D 디지털 I/O 및 몇몇 릴레이를 가지는 USB 장치가 아주 빠르게 전원을 온 오프 하기 위해 포함되어 진다.
MRI-P의 컨트롤 시스템 축조는 마스터-슬레이브(분산된 축조)이다. 이것은 모터의 위치화와 속도 조절을 정확하게 제어한다.
반대로, MRI-기재 U/S 모터 컨트롤의 대부분의 보고된 종래 기술의 적용에 있어서는 중심화 축조가 사용되어 졌다. 하나의 래빗 프로세서 RCM3410 제어 단일 모터(도 28)를 갖는 분산된 축조가 여기서 사용되어 진다. 마스터 컨트롤러는 사용자의 명령을 수령하고 그리고 이 명령을 RS485 버스를 통해 슬래이브 컨트롤러 및 커스텀 프로토콜로 보낸다.
어느 순간 사용자는 동작을 즉시적으로 중단하기를 원할 수 있다. 그러나, 정상적인 동작 제어 모드에서, 컨트롤러는 동시적으로 위치 피드백을 체크하는데 바쁘고 그리고 명령을 수령할 수 없다. 마스터 컨트롤러와 연통하기 위한 별개의 RCM3410 보드가 사용자에게 이 능력을 제공하기 위해 포함되어 진다. 별개의 컨트롤러가 RS485 버스로부터 중단 명령을 수령할 때, 이것은 동작을 즉시적으로 중단하기 위해 표적된 관절 컨트롤러로 디지털 신호를 보낸다.
커뮤니케이션 프로토콜은 마스터와 슬레이브 컨트롤러 사이에 커뮤니케이션을 제공한다. 이 프로토콜에는 두 종류의 프레임이 있다: 즉, 단 프레임과 장 프로임. 장 프레임은 13바이트로 길고: 이것은 원하는 속도와 타겟 위치와 같은 동작 변수를 마스터로부터 슬레이브로 전달하고; 이것은 또한 현재 위치의 피드백을 슬레이브로부터 마스터로 전달한다. 단 프레임은 6바이트 길이이고; 이것은 빠른 커뮤니케이션을 위해 변수가 없는 짧은 명령을 전달한다. 이들 프로토콜의 주요한 목적은 로봇 작동의 속도를 증가하기 위해 처리 속도를 높이기 위한 것이다.
로봇 작동의 속도는 의료 사회에 의해 수용된 결정적인 이슈이다. 컨트롤러를 켜고 끄는 필요성은 작동을 늦춘다. 프로세스를 최적화할 필요성이 있다. 투관침이 신체의 외측에 있을 때에는, 로봇의 다른 관절이 삽입 전에 위치되어 지기 때문에, 이것은 단지 투관침 모터 (직선 동작)에 대해서만 관련된다는 것을 인지하여야 한다.
모터의 온/오프 주기는 아래의 기간으로 나뉘어 진다:
- UP: OFF 후 컨트롤러를 리셋하고 초기화하는데 요구되는 시간;
- ON: 모터가 구동하는 시간 (컨트롤러는 ON);
- DOWN: 컨트롤러를 꺼는데 요구되는 시간;
- SCAN: 컨트롤러가 OFF인 동안 스캔을 위해 요구되는 시간.
이 시간에 있어 고려되는 값은: UP - .3초; ON - 주기에 걸쳐 요구된 평균 속도에 의존; DOWN - .01초; SCAN - .3초. 리니어 모터의 최대 속도는 15.885 mm/s이다. 따라서, 예를 들어 만일 ON이 .39초 (주기=1초)이면, 주기에 걸친 평균 속력은 6.19mm/s이다.
여기서 목적은 하드웨어 및 소프트웨어 디자인에 의해 UP 및 DOWN 시간을 최소화하는 것이다. ON 및 SCAN은 사용자에 의해 설정되어 진다. 이상적으로 UP 및 DOWN의 전체는 속도를 지지하기 위해 최소한으로 되어야 한다.
평균 속도를 증진하기 위한 또 다른 방법은 기계적인 부분, 예를 들어 관통 관절용 스크류의 리드를 변경하는 것이다. 이 리드는 2 또는 4배로 증가되어 질 수 있다. 이것은 최대 속도를 2 내지 4배 증가할 것이다. 그러나 이것은 또한 관통력을 2 내지 4배 감소할 수 있어, 바람직하지 않다.
모터 제작자에 의해 만들어진 드라이버 USR60 E3N은 정확한 속도 조절을 제공한다. 드라이버는 인코더로부터 속도 피드백을 취하고, 그리고 작동 속도를 제어하기 위해 모터에 출력 전류를 조정한다. 속도 조절 정확성은 제작자에 의해 보장되어 진다. 속도 루프는 구동자에 의해 폐쇄되어 진다. 유일한 이슈는 USR60의 구동자는 아날로그 신호를 필요로 하지만, 그러나 RCM은 단지 디지털 신호를 출력한다는 것이다. RCM의 PWM 출력을 구동자에게 아날로그 신호로 전환하는 회로가 도 29에 도시되어 진다.
센서는 각 관절의 과정을 회기하기 위해 사용되어 진다. 회기하는 동안 센서는 레퍼런스 위치를 제공하고 있다. 이 신호는 고도로 반복가능하다. 회기 명령이 발생되어 질 때, 모터는 미리-정해진 방향으로 이동하고, 반면 센서 신호를 점검한다. 신호가 검지되어 질 때, 모터는 레퍼런스 위치를 터치하고 그리고 모터가 바로 정지한다는 것을 의미한다. 그런 다음 이것은 미리 정해진 위치, 즉 "홈"으로 구동되어 진다.
팬 및 기울기 관절에 대해서, 이들은 두 개의 계면된 컨트롤러에 의해 구동되어 지고, 그리고 단지 하나의 컨트롤러 만이 센서로부터 신호를 수령할 수 있고, 이 수령 컨트롤러는 다른 컨트롤러에 동시적으로 디지털 신호를 제공할 것이다.
바람직하기로는 여기서의 컨트롤 시스템은 각 U/S에 대한 슬레이브 상에서 폐쇄 루프 위치 제어이다. 도 30 및 31은 이 작동 제어 시스템의 축조를 도시한다. 컨트롤러는 구동자에 대한 속도 및 작동 방향을 설정한다. 초음파 모터의 이런 타입의 최소 속도는 15rpm (관절 1에 대해서는 이것이 다른 모터의 모델을 사용하기 때문에 30rpm임)이다. 이것은 모터는 속도가 제로로 설정되어 있을 때에도 15rpm으로 작동한다는 것을 의미한다. 이 특징은 PID와 같은 정상적 제어 알고리즘의 사용을 제한한다.
U/S 모터는 가능한 한 바로 그리고 정확하게 밀접하여 정지하도록 디자인되어 진다. 작동 센서는 500 라인 정적분 인코더이다. 이것은 에러(1 카운트)가 각 관절에 대해 0.18도이다는 것을 의미한다. 동작 제어 블럭 다이어그램은 도 32에 도시되어 진다.
동작 명령이 수령되어 질 때, 컨트롤러는 구동자에게 작동 방향 및 속도를 송달한다. 그런 다음 컨트롤러는 연속적으로 모터의 위치를 점검할 것이다. 모터가 명령 위치에 폐쇄(300카운트 내)되어 질 때, 컨트롤러는 속도를 줄인다. 이것은 우측 위치로 이동하는 반면, 컨트롤러는 바로 모터를 정지한다.
특정된 부위로 로봇을 안내하기 위해 MRI 스캐너에 의해 형성된 이미지를 사용하기 위해서, 로봇과 MR 스캐너의 협동 시스템을 동조화하는 것이 필요하다. 본 시스템에서는, 이것은 로봇이 특정된 공지의 부위로 되면서 MR 이미지를 수득함에 의해 달성되어 진다. MR 이미지에서 로봇의 위치는 그런 다음 검증되어 진다. MR-구동 및 로봇-공지 위치가 결정되므로, 로봇과 MRI 협동 시스템은 그런 다음 공조화되어 질 수 있다. 이 방법을 채용하기 위해서는 반드시 실행되어 져야 하는 하나의 중요한 도전이 이미지 내에 로봇 위치를 어떻게 가장 최상으로 검증하는가 하는 것이다. 본 발명에서는, 이들 과제를 달성하기 위한 세 가지의 대안적인 방법이 아래에 요약되어 진다:
ㆍ 니들이 로봇에 의해 MR-육안관찰 가능한 대상 내측의 몇 공지된 위치로 진행되어 진다. MR-육안관찰 가능한 대상은 인체이거나, 또는 몇 가지의 외부 시험 대상 (예를 들어, 겔 팬텀)일 수 있다. MR-육안관찰 가능한 대상에 위치되어 질 때, 니들은 어둡게 나타날 것이다. 이런 방식으로, 니들 선단의 위치는 그런 다음 MR 이미지 상에서 육안으로 볼 수 있게 된다.
ㆍ MR 이미지 상에 니들 선단의 위치를 간접적으로 제공할 수 있는 캘리브레이션 팬텀이 사용되어 진다. 이 캘리브레이션 팬텀은 4 워터 채널로 구성된다(도 33 참고). 니들은 모든 내 개의 채널의 정확한 중앙에 놓여 진다. 니들 위치는 다음과 같이 결정되어 진다: 첫 번째로는, 각 물이 충진된 채널의 위치는 MR 이미지 상에서 결정되어 진다. 두 번째로, 네 개 니들의 중앙 위치는 이들 위치로부터 계산되어 진다(도 38 참고). 이 과정은 두 개의 평면에서 니들 선단을 국부화 한다. 유사한 과정이 삼차원으로 니들 위치를 국부화하기 위해 직교 평면 상에서 수행되어 진다. 도 39는 캘리브레이션 팬텀의 원형의 MR 이미지이다. 미래의 로봇 디자인에 있어서, 캘리브레이션 팬텀은 로봇 그 자체 안으로 바로 합체되어 질 수 있다.
ㆍ 니들은 물(또는, 대조 제제-도핑 물)에 의해 채워 지거나 및/또는 둘러싸여 진다. 이 방식에서, 니들은 MR 이미지 상에서 육안으로 보여질 수 있다.
보다 자세하게는, 정면 a) 측면 b) 및 후면 c)의 개략적 도를 포함하는 캘리브레이션 팬텀(114)의 실시형태는 도 33에 도시되어 진다. 캘리브레이션 팬텀(114)는 또한 도 34 내지 37에 도시되어 진다. 캘리브레이션 팬텀(114)는 네 개의 물 충진 채널(200) 및 충진 부(202)를 포함한다. 니들 홀더(204)는 네 개의 채널(200)의 중심에 있다. 캘리브레이션 팬텀은 의료용 도구에 부착되어 질 수 있는 하우징(201)을 포함한다. 캘리브레이션 팬텀(114)가 특정한 투관침에 부착되어 나타난다는 것은 이 분야의 통상인에 의해 인지되어 질 것이다. 그러나, 이것은 채널이 소정의 위치에 있는 어떤 종류의 의료용 도구를 특정한 의료용 도구에서 흥미있는 포인트에 위치시키기 위해 사용되어 지도록 적용되어 질 수 있다. 여기서 나타난 실시예에서는, 흥미있는 포인트가 니들 선단 202이다.
캘리브레이션 팬텀(114)는 두 개 사이에 그려진 라인이 니들 선단(202)을 통과하도록 하는 방식으로 향해진 물-충진 튜브(200)을 포함한다(도 38 참고).
니들 선단(202)의 위치를 계산함에 있어서, 물-충진 튜브의 "진성" 위치에 효과적으로 에러가 없다는 것으로 받아들여 진다. MR 이미지 상에서, 니들 선단의 위치는 다음과 같이 계산되어 진다:
1) 물-충진 튜브의 (x,y) 위치는 맞은 편 측면 상의 상응하는 튜브와 함께 측정되어 질 것이다. 이들 두 개의 튜브 사이에 그려진 라인을 따라 중간-점은 니들 선단에 상응할 것이다:
Figure 112011003965212-pct00001
모든 측정된 점
Figure 112011003965212-pct00002
의 위치에 있어서의 불학실성은 이미지 해상도 (δ)일 것이다. 이 불확실성은 각 점의 진성 위치에 대하여 분산의 표준편차로서 고려되어 질 수 있다(분산의 특정한 형태는, 비록 이것이 필요하다면 가우스 정수인 것으로 안전하게 가정되어 질 수 있더라도, 이 유도에 대해 문제가 되지 않음). 일 측정의 위치에서 불확실성은 다른 어떤 측정과 함께 관련되어 지지 않는다고 가정되어 진다(이 가정의 정당성은 이후에서 기술되어 질 것임). 이들 가정하에서,
Figure 112011003965212-pct00003
및
Figure 112011003965212-pct00004
의 표준편차가
Figure 112011003965212-pct00005
이라는 것이 기초적인 통계학으로부터 평범하게 나온다.
2) 단계 #1은 모든 잔여 n/2 쌍의 튜브에 대해 반복되어 진다. 이들 각각의 측정으로부터 니들 선단 위치의 평가에 있어서의 불확실성은;
Figure 112011003965212-pct00006
로, 단계 #1에서와 같이
Figure 112011003965212-pct00007
이다.
3) 니들 선단 위치의 모든 측정의 평균은 다음으로부터 취해진다:
Figure 112011003965212-pct00008
각 위치
Figure 112011003965212-pct00009
의 표준 편차는
Figure 112011003965212-pct00010
이기 때문에, 그리고 모든
Figure 112011003965212-pct00011
는 상호연관되지 않는다는 가정으로,
Figure 112011003965212-pct00012
의 표준편차는 따라서 다음과 같다;
Figure 112011003965212-pct00013
이 유도는 위치의 모든 측정이 상호연관되지 않는다는 가정으로 예측되어 진다. 이것은 물-충진 튜브가 0 또는 90도에서 나란한 퇴보 경우를 제한 모든 상황에서 진성일 것 같다. 이 경우에 있어서, 튜브 위치와 이미지화 격자는 상호에 대해 나란하고, 그리고 측정은 x 또는 y 위치의 어느 하나에 대해 상관되어 질 것이다. 이에 대한 해결책은 간단하게 물 충진 튜브를 0 또는 90도 위치에 두는 것을 회피하는 것이다.
대안적으로, 캘리브레이션 팬텀(1140는 물의 환상의 링(206)을 포함할 수 있고 그리고 니들 선단(208)은 도 40에 도시된 바와 같이 원의 중심에서 계산되어 진다.
도 49를 참고로 하면, 레이저 어플리케이터는 일반적으로 600으로 도시되어 진다. 레이저 어플리케이터(600)은 도 1에 도시되고 그리고 자세하게는 도 6 내지 8에 도시된 의료용 도구(12) 또는 도 14에 도시되고 그리고 자세하게는 도 19 내지 21에 도시된 의료용 도구(124)와 조합하여 사용되어 질 수 있다. 레이저 어플리케이터(600)은 내부 카테테르(604) 및 외부 카테테르(606)에 의해 둘러 싸여진 레이저 화이버(602)를 포함한다. 내부 카테테르(604)는 외부 카테테르(606)와 커뮤니케이션 한다. 외부 카테테르(606)은 출구 부(608)를 가지고 그리고 내부 카테테르(604)는 입구 부(610)을 가진다. 카테테르(604 및 606)은 물과 이들을 통하여 순환하는 MRI 육안관찰가능 액과의 혼합물을 가진다. 바람직하기로는 MRI 육안관찰가능 액은 Gd (가도리늄)이고 그리고 이 액은 10% 내지 1 % Gd을 포함한다.
몇몇 적용에 대해, 상호 간에 정보 및/또는 데이터를 교환하는 것이 로봇 및 MR 스캐너에 바람직할 수 있다. 본 발명은 이들 커뮤니케이션을 성취하는 몇 가지의 방법을 가진다:
ㆍ 이미지 및/또는 데이터는 FTP를 통해 로봇와 MR 스캐너 사이에 전달되어 질 수 있다.
ㆍ 이미지는 DICOM 밀고/당김 프로토콜을 통해 로봇와 MR 스캐너 사이에 전달되어 질 수 있다.
ㆍ 이미지 및/또는 데이터는 MR 스캐너의 빌트-인 실시간 프로토콜(RTP)을 통해 로봇와 MR 스캐너 사이에 전달되어 질 수 있다.
ㆍ 이미지 및/또는 데이터는 BiT3 장치를 통해 로봇와 MR 스캐너 사이에 전달되어 질 수 있다.
로봇/MRI 커뮤니케이션이 필수적일 수 있는 하나의 특정한 적용은 실시간 로봇의 시각화 실현이다. 이 적용에 있어서, MR 데이터 승인과 로봇의 용도는 동시적으로 일어난다. 그러나, 전자기 커플링이 충분하게 억제되어 지지 않는 경우에는, 그런 다음 MR 스캐너와 로봇의 활성화가 상호배치되어 질 수 있다. 이러한 시나리오에 있어서, 로봇의 용도와 MR 데이터 승인은 빠르게 연속하여 실시간 기능성을 가상실현하기 위해 온 오프로 스위치되어 지고 그리고 MR 스캐너와 로봇의 온/오프 상태는 동조되어 진다. 이 동조화는 상기 언급한 데이터 커뮤니케이션 메카니즘의 하나를 사용하는 MR 스캐너와 로봇 사이의 전 후로 신호를 송부함에 의해 달성되어 질 수 있다. 이런 커뮤니케이션을 달성하는 부가적인 방법은 TTL 신호를 통하여 될 수 있다.
MRI 이미지화 검사 내에서, 다른 펄스 시퀀스의 다양성 및 펄스 시퀀스 변수는 이미지되어 지는 대상의 시각화실현에 영향을 미치도록 사용되어 질 수 있다. 특정한 적용에 대해 사용된 이 특정한 펄스 시퀀스 및 변수는 대상물의 시각화실현을 최적화하기 위해 전형적으로 선택되어 진다. 이 최적화는 (그러나 여기에 한정되는 것은 아니지만) 신호-노이즈 비율(SNR)을 최대화하는 것, 콘트라스트-대-노이즈 비율(CNR)을 최대화하는 것, 그리고 인조물을 최소화하는 것을 포함할 수 있다. 로봇 적용에 대해, 짧은 반향 시간(TE)을 갖는 기울기의 에코 펄스 시퀀스는 니들의 양호한 시각화실현을 제공하기 위해 결정되어 진다. 니들 및/또는 화이버가 가돌리늄 대비 제제로 충진되어 질 때, 짧은 반향 시간을 갖는 패스트-스핀-에코(FSE) 펄스 시퀀스가 양호한 시각화실현을 제공하기 위해 결정되어 진다. 응집을 시각화하기 위해, 세 개의 다른 펄스 시퀀스가 사용되어 진다: 장-TE FSE, T1 -계량 FSE, 및 단-TR 기울기 에코.
MRI로 실시간으로 온도를 모니터하기 위해, 몇 가지의 방법론이 개발되어 져 왔다. 첫 번째로, 온도 평가 맵으로 MRI 데이터를 전환하는 기술이 실행되어 진다. 이 기술은 MRI 이미지의 상을 이용한다. 두 번째로, 실시간으로 데이터에 접근하는 기술이 개발되어 졌다. 현대 실행에서는, 데이터는 FTP를 통해 접근되어 진다. 보다 일반적으로, 그러나 위에서 기술된 것을 포함하는 다른 방법이 가능하다.
초점의 조정에 적절한 해부학적으로 바른 MR 조화형 팬텀이 MRI에서 사용하기 위한 의료용 로봇의 디자인, 개발, 시험 및 트레이닝에 유용하다.
여기서 도 41 내지 43에 도시된 팬텀(400)은 MR 양립할 수 있는 것을 해부학적으로 바르게 되도록 디자인되고 그리고 초점 절개를 가능하게 하는 부분을 포함한다. 팬텀(400)은 여기서는 일 예로서 대략적으로 5cc인 치료할 수 있는 부위(402), 해부학적으로 바른 "전립선"(404) 그리고 "직장"(408)을 갖는 회음부 형 구조(406)을 포함한다.
치료할 수 있는 부위(402)는 초점 조절 타입에 따라 다변한다. 이것은 다른 특성을 갖는 다른 쉘프 겔로 만들어 진다. 이 겔은 그린 색 염료일 수 있고, 그리고 레이저 에너지를 사용하여 응집을 수정할 수 있게 하는 내재 지질 및 단백질을 포함한다. 대안적으로, HIFU 열 에너지에 대해 수정할 수 있게 하는 다른 겔이 사용되어 질 수 있다. 예를 들어, "ATS LAbratories Inc." 사로부터의 물질이 사용되어 질 수 있다.
여기의 실시형태에서, "전립선"(404)는 몰드로 만들어 진다. 이 몰드는 단순한 몰드이고 그리고 어떠한 전립선 사이즈로 만들어 질 수 있다. "전립선"은 혼합물에 부가된 가돌리늄을 갖는, 모든 슈퍼마켓에서 상업적으로 이용할 수 있는 젤라틴으로부터 만들어 진다. 전립선의 "요도"(410)은 포레이 카테테르로부터 만들어 진다.
회음부 형 구조(406)은 개방 상단을 갖는 큐브형 몰드로 만들어 진다. "직장"(408)은 제 위치에서 튜브를 사용하고 반면 몰드를 충진함에 의해 창제되어 진다. "회음부"의 물질은 상업적으로 이용할 수 있는 덴탈 히스토머이다. 일단 회음부의 최하단 부가 창제되면, "전립선"은 상단에 위치되고, 그리고 몰드는 전립선을 포위하도록 충진되어 진다. 예로서, Haarlem CAVEX HOLLAND B.V 사에 의해 만들어지고 그리고 치과적 사용을 위한 알지네이트 임프레션 물질인 Cavex CA37, Cavex CA37 Normal Set 및 CavexCA 37 Fast Set가 회음부 형 구조(404)를 만들기 위해 사용되어 질 수 있다.
여기서 팬텀(400)은 표준 물질의 조합이지만, 이것은 미리 정해진 부피의 초좀 절개를 허용한다는 것이 이 기술 분야의 통상인에 의해 인식되어 질 것이다. 사용된 다른 물질은 안쪽에 종양을 갖는 인간 전립선의 밀접한 근사치에 대해 극단적으로 만드는 다른 MR 신호를 준다. 여기서 팬텀의 MR 이미지는 도 43에 도시되어 진다.
전립선 암을 치료하는 현재의 관행은 플레이트에 직각하는 방향으로 그리고 5 mm 이격의 그리드에 니들 삽입 점을 고정하는 템플레이트를 통해 근접치료법과 같은 회음부를 통한 니들 삽입, PDT, 광열 등을 사용한다. 전체 기관을 치료하기 위해 이것은 합리적으로 잘 진행되지만, 초점 치료에 있어서, 이러한 배열은 열악한 표적화 해결책을 제공한다. 더욱이, 만일 니들 위치 및 각도에 대한 제한이 느슨해진다면 비록 계획된 타겟 부피 (PTV)가 적을 수 있고 그리고 완전한 커버를 위해 단일의 니들 만이 요구되어 질 수 있지만, 계획된 타겟 부피의 형상 및 위치 (예를 들어, 종양 더하기 얼마간의 여유)는 다중 니들 삽입을 요구할 수 있다. 니들의 트랙 및 위치를 나타내기 위한 센서를 갖는 매뉴얼의 기울어진 각도로 니들 삽입 장비가 이런 종류의 수술을 위해 사용되어 질 수 있다.
완전하게 작동되기 위해서는 다른 임계적 구조의 회피와 종양(또는 PTV)의 완전한 치료에 기초한 니들 궤적 및 이의 출발 위치를 최적화하기 위한 방법이 제공되어 진다. 따라서 이 방법의 필요요건은 다음과 같다:
ㆍ종양의 완전한 치료
ㆍ위험에 있을 수 있는 주변 기관에 치료의 회피
따라서 이 방법의 제한은 다음과 같다:
ㆍ장치에 의해 결정된 것과 같은 궤도 각의 정도.
ㆍ궁상부와 같은 어떤 내부 뼈에 의해 결정된 것과 같은 궤도 각의 정도.
상기의 표준은 도 44에 500으로 2D 표시로 도시되어 있고 그리고 아래에 보다 자세하게 기술되어 질 것이다.
궤도 최적화는 x'인 니들의 출발 좌표 및 θ인 궤도 각을 결정하는 것을 필요로 한다. 치료 영역의 중첩화를 위해, 방향화, θ, 그리고 치료 영역 (xc, yc)의 중심이 요구되어 진다. 도면은 상기에 지적된 몇몇의 필요요건을 나타낸다. 첫째로, 치료 영역(502)는 PTV(504)를 완전하게 커버한다. 둘째로, 치료 영역(502)는 위험에 있는 기관(506)으로 최소한의 중첩을 가지지만, 그러나 얼마간의 중첩은 여전히 존재한다. 셋째로, 궁상부(508) 없이, 니들의 동작은 장치의 폭(x0에서 xend)에 의해 한정되어 진다. 이들의 제한 및 타겟의 깊이 양자는 궤도 각, θ를 제한한다. 만일 궁상부(508)이 존재한다면, 그런 다음 궤도 각이 더욱 제한되어 진다. 이를 해결하는 자세한 사항은 아래에 주어진다.
도 44에서, 섬유용 치료 영역(502)는 치료 영역의 장축을 따라 섬유 축을 갖는 타원형이다. PTV (또는 종양) (504)는 가벼운 전달 섬유의 치료 영역에 의해 완전하게 커버되고, 이는 원하는 결과이다. 위험에 있는 기관(OAR) (506)은 또한 치료 영역에 의해 부분적으로 커버되어 지고, 바람직하지 않은 효과이다. 궤도의 최적화는 PTV (504)로 치료 영역의 최대의 중첩 및 OAR (506)로 최소한의 중첩을 필요로 한다. 최적화를 계산하기 위해서, 광열이 환자에게 전달되어 지고, Dp 및 얻어진 조직 반응이 고려되어 진다. 제일의 근사치로서 조직 반응이 간단한 임계 효과로서 고려되어 진다. 이 경우에, 3D 화소 k에 대한 E k 로서 정의된 치료 반응은 다음과 같이 기술되어 질 수 있다:
Figure 112011003965212-pct00014
1
여기서 D Threshoid 는 응집적 반응을 생성하기 위해 요구되어 지는 최소한의 광열 복용량이다. 완전한 열을 포함하는 보다 복잡한 모델은 여기에서 사용되어 질 수 있지만, 그러나 현재의 관찰은 필수적으로 임계 효과를 지시한다. 이들 방정식에서 임계 복용량은 모든 조직에 대해 동일하다.
치료 전달을 최적화하기 위해, 효과는 PTV의 치료에 대해서는 최대화되어야 하고 그리고 다른 조직에 대해서는 최소화되어야 한다. 이 경우에 있어서, 단지 단일의 OAR 만이 고려되어 진다. 이것은 다음의 일반화된 비용 기능의 최적화/최소화에 의해 요약되어 진다:
Figure 112011003965212-pct00015
2.
여기서, PTV 및 OAR은 각 M 및 N의 3D 화소의 부피를 가진다. 처음 2개 기간은 PTV의 오버렙 및 치료 효과를 기술한다. 보다 많은 PTV가 상기 임계 복용량 치료를 수용함에 따라, 합계 기간이 증가하고, 그리고 3D 화소의 전체 수의 차이는 0에 근접한다. 세 번째 기간은 치료 영역으로 OAR의 중첩을 나타낸다. 보다 많은 OAR가 상기 임계 복용량 치료를 수용함에 따라, 이 기간은 최대로 증가한다.
각 사이트에 전달된 복용량의 효과, j는 "중요성 인자" w j 를 사용하여 상기 방정식에서 계산되어 진다. OAR들의 경우에 있어서, 크기는 손상의 임상적 충격에 비례한다. 만일 임상적 결과가 작용이나 화장의 하나에 의해 충격적이지 않다면, OAR의 치료는 "비 중요"이고, 그리고 치료 계획의 최적화에 아무런 영향이 없으며, 그리고 OAR의 복용량은 임계 복용량보다 크게 될 수 있다. 역으로, 만일 임계적 충격이 있다면, 임상의사는 가능하기로는 과대치료하는 OAR (Do > DT)로 가능하기로는 과소치료하는 PTV (Dp < DT)의 중요성을 계량할 필요가 있을 것이다. 중요성 인자의 상대적인 크기는 이 밸런스를 가이드 한다.
3 OAR's, 전립선, 직장 및 의 발기성 신경으로 일 예를 고려한다. 정상 전립선의 치료는 최소한의 임상적 효과를 가지고, 그래서 계량하는 기간은 초점 치료에 대해 0으로 설정된다. 직장의 치료는 유의성 있는 임상적 질병율을 이끌고, 그래서 계량 기간을 높게 설정한다. 발기성 신경의 치료는 환자에 의존한다. 만일 이것이 발기성 기능을 유지하는 것이 환자에게 결정적이라면, 그러면 계량은 높게 설정되어 질 수 있다. 만일 이것이 환자에게 (가능하기로는 그의 성적 기능을 제한하는 현재 상태에 기인하여) 중요하지 않다면, 그러면 계량은 보다 낮게 될 수 있다.
치료의 최적화는 조정될 수 있는 변수로서 치료 영역이 중심 (x c , y c ) 및 방향화 θ를 사용하여 비용 기능을 최소화하는 것을 요구한다. 그러나, 이들 변수는 니들 삽입, 예를 들어 사이즈 제한을 갖는 기계적 장비를 사용한 회음부를 통한 니들 삽입 상에 위치된 물리적 제한에 의해 제한되어 질 것이다.
근접치료 장비는 10cm의 진행 한계를 가지고, 이는 결과적으로 니들 홀더의 진행을 제한하고 그리고 따라서 전립선 내에서 궤도를 제한한다. 도 45는 장비의 물리적 제한에 기한 니들 궤적에 대한 2D 제한을 도시한다. 동일한 고려가 z-좌표에도 적용된다. θmin, 및 θmax은 삽입의 최소 및 최대 각을 나타내고, 반면 θ는 최적 궤도 각이다. 이들 각은 장치의 진행 제한뿐 아니라 PTV의 위치에 의해 한정되어 진다. 이 경우에 있어서, PTV가 타겟 위치로 취하여 지는데, 이는 이것이 치료 영역의 중심에 근접하게 될 것이기 때문이다. 이에 기초하여, 최적의 궤도는 다음과 같이 주어진다B:
Figure 112011003965212-pct00016
3.
궤도 방향화에 대한 제한은 다음과 같다:
Figure 112011003965212-pct00017
만일 궁상부가 최적의 궤도를 간섭한다면, 상기에 주어진 것에 유사한 어프로치가 이 제한을 한정하기 위해 사용되어 질 수 있다. 그러나, 다시 한정되어 질 필요가 있는 제한은 궁상부에 의한 제한에 기초되어 진다.
궁상부는 도 46에 도시된 바와 같이 2개의 별도의 간섭 좌측 및 우측 영역으로 고려되어 질 수 있다. 각각의 영역에 대해, x-좌표를 따라 궁상부의 적당한 정도는 니들 궤적이 궁상부와 중첩되지 않도록 밝혀지는 것이 필요하다.
이들 제한을 밝히기 위해, 각 영역의 중심 (x pc )과 제한 (x pm , x pn )은 먼저 x 좌표를 따라 측정되어 져야 한다. 직선이 전체의 PTV 중심으로부터 궁상부의 바깥 한계 (x pm , y pm )까지 그려지고, 그리고 니들 출발 위치까지 더 신장되어 진다. 이 라인은 외곽 한계, xo 및 xend를 결정할 것이다. 이 과정은 그런 다음 외부 측에 대해 반복되어 진다. 다음의 알고리듬이 제한을 밝히기 위해 사용된다:
xpc = 평균 (xp); x 축을 따른 궁상부의 중심 %
[xpm,imxp] = max(xp); [xpn.inxp] = min(xp); % 최대 및 최소 %
장비 제한에 매칭하는 출발 조건 %
x_0 = 0; x_end = 40;
만일 xpm > xpc이면
xp_t = xpm + 1 ; 궤도 내에 약간의 버퍼를 제공하는 %
yp_t = ypm; y 좌표에 매칭하는 %
x_0 = (xp_t - xc)*yc/(yc - yp_t) + xc; 삼각형의 비율 %
만일 그렇지 않으면
xp_t = xpn - 1;
yp_t = ypn;
x_end = (xp_t - xc)*yc/(yc - yp_t) + xc;
종료.
알고리듬은 xo 및 xend에 대한 새로운 제한을 사용하여 다른 궁상부에 대해 반복되어 진다.
최적화 과정의 초기 테스트는 조정될 수 있는 변수로서 (x c , y c ) θ를 사용하여 MatLAB을 사용하여 수행되어 졌다. 그러나, MatLAB 최적화 루틴은 최적화에 극히 민감성이 없고, 그래서 최적을 해결책을 찾는데 열악하였다. 다른 어프로치가 출발 니들 위치 및 PTV의 중심에 기초하여 사용되어 졌다. i) 기계적 장비가 한정된 해상도를 가지고 그리고 ii) 요구된 해상도가 대략적으로 ±1 mm이기 때문에, 비용 기능이 초기 출발 위치의 완전한 범위에 대해 계산되어 질 수 있다. 출발 위치의 범위는 궁상부 또는 다른 해부학적 특징에 기인하여 상기 언급된 제한에 의해 설정될 수 있다.
그런 다음 반복 과정이 진행된다.
ㆍ 전체 중심에 기초하여, PTV에 대해 (x c , y c ) 계산
ㆍ x' = xo 내지 xend에 대해
o x', (x c , y c )를 사용하여 계산된 치료 영역에 대해 F 계산
o θ를 고정되게 유지하고 (x c , y c )를 변경함에 의해 F를 최소화
o 만일 Fk < Fk -1로 회귀하면, (x c , y c )를 저장하고 그리고 지속함
ㆍ 최소 F로 x'를 구하고, 그리고 x', 및 (x c , y c )에 기초한 궤도를 계산
다른 어프로치가 표준 최적화 루틴을 사용할 수 있고 그리고 궁상부에 의해 결정된 제한으로 동시적으로 조정한 (x c , y c ) 및 θ에 의한 비용 기능을 최소화한다.
니들 궤적 최적화의 2D의 예는 도 47에 도시되어 진다. 여기서 계획된 타겟 부피는 니들 템플레이트 평면 (x-축에 의해 한정됨)에 직각이지 않다. 위험에 있는 기관은 PTV에 인접하여 있다. 도면 상 우측은 OAR (방정식 2에서 W OAR )에 대해 다른 계량 값을 사용한 비용-기능을 도시한다. W OAR = 0일 때, 도 4b에서 블루 라인과 같이, 타겟 영역이 완전하게 PTV를 중첩할 때 비용 기능 만이 0에 도달한다. 이것은 단지 출발 니들 위치가 PTV의 중심에서 보조된 니들로 16-17 mm에 있을 때에만 발생한다. OAR에 대한 얼마간의 계량 부가는 비용 기능을 증가하고 그리고 최적의 니들 궤적을 완만하게 변화한다. 그러나, 이 경우에 몇몇의 OAR이 치료 영역 내로 되지 않기 때문에 비용 기능은 결코 완전하게 0으로 되지는 않는다.
상기한 예는 2차원에서의 과정을 증명한다. 3차원으로의 확대는 x' 및 θ 뿐 아니라 (x' , y') 및 (θ, φ)의 최적화를 필요로 한다.
잠재적으로 니들의 경로에 있는 어떤 대상물을 회피하기 위해 그리고 어떤 주위의 결정적 기관에 대한 복용량을 최소화하면서 계획된 타겟 부피에 대한 전체 복용량을 최대화하는 것을 포함하는 니들 트랙킹 최적화 방법이 개발되어져 왔다. 현행 모델은 치료 반응을 고려한 간단한 방법을 사용한다. 열적 복용을 합체하는 보다 복잡한 모델이 또한 적용되어 질 수 있다. 더욱이, 결정적 구조의 회피는 또한 기관 내에 열점의 형성에 기인한 임상적 발병율을 고려한 복용량 모델을 합체할 수 있다. 일 예로서, 직장을 회피함에 있어서, 계획은 전체로서 기관 안에 적은 복용량을 이끌 수 있지만, 만일 전 복용량이 단일한 열점에 있다면, 그러면 이것은 부작용을 도출할 수 있다.
상기의 기술된 것은 소정의 영역의 이미지를 제공하는 단계; 이미지 상에서 불규칙 영역의 위치를 결정하는 단계; 불규칙 영역의 위치로부터 계획된 타겟 부피를 계산하는 단계; 치료 영역을 계산하고 이에 의해 치료 영역이 계획된 타겟 부피를 커버하는 단계; 소정의 범위 내에서 출발 니들 위치를 결정하는 단계; 그리고 출발 니들 위치로부터 계획된 타겟 부위까지 니들 궤적을 계산하는 단계를 포함하는 니들 궤적을 결정하기 위한 방법으로서 일반화되어 질 수 있다는 것은 이 분야의 통상인에게 인식되어 질 것이다. 이것은 이미지 상에 위험에 있는 적어도 하나의 부위의 위치를 결정하는 단계; 그리고 이미지로부터 적어도 하나의 회피 부위의 위치를 결정하는 단계를 포함함에 의해 고양되어 질 수 있고, 그리고 여기서 니들 궤적을 계산하는 것은 회피 부위를 피하기 위한 인자를 포함한다. 대부분이 경우에 있어서, 위험에 있는 부위는 기관이고, 불규칙 영역은 종양이며 그리고 각 회피 부위는 뼈이다. 바람직하기로는, 이미지는 자기 공명 이미지이다. 더욱이, 이 방법은 이미지로부터 온도 평가 이미지를 결정하는 단계와 온도 평가 이미지로부터 실제 치료 영역이 계획된 치료 영역과 같은지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일반적으로 말하면, 여기에 기술된 시스템은 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리에 대한 것이다. 요구되어 진 바와 같이, 본 발명의 실시형태가 여기에서 개시되어 진다. 그러나, 개시되어 진 실시형태는 단순히 예시적인 것이고, 그리고 본 발명은 많은 다양하고 대안적인 형태로 구체화되어 질 수 있다고 이해되어 져야 한다. 도면은 특정 크기의 규모에 대한 것이 아니며 그리고 몇몇 특징은 특정한 구성요소를 자세하게 나타내기 위해 크게 되거나 최소화되어 졌고 반면에 관련된 요소는 새로운 측면을 불명확하게 하는 것을 방지하기 위해 제거되어 질 수 있다. 따라서, 여기에 개시된 특징적인 구조 및 기능의 상세한 사항은 제한적인 것으로 해석되어 질 것이 아니라 단지 본 발명을 다양하게 사용하기 위해 이 기술 분야의 통상인에게 인식시키기 위한 대표적인 기본으로 그리고 청구항에 대한 기본이 되는 것으로 된다. 제한하기 위한 것이 아니라 개시의 목적을 위해, 설명된 실시형태는 의료용 로봇 및 의료용 도구 어셈블리에 대한 것이다.
여기서 사용된 것으로서, 용어 "포함한다" 및 "포함하는"은 포괄적인 것으로 해석되어 지고 그리고 배타적인 것보다는 개방적인 것이다. 자세하게는, 청구범위를 포함하는 본 명세서에서 사용될 때, 용어 용어 "포함한다" 및 "포함하는" 그리고 이들의 변형형태는 특정된 특징, 단계 또는 구성요소가 포괄되어 진다는 것을 의미한다. 이 용어는 다른 특징, 단계 또는 구성요소의 존재를 배제하는 것으로 해석되어 지지 않는다.

Claims (66)

  1. 다음을 포함하는, 의료용 도구 어셈블리에 연결될 수 있는 자기 공명 영상기 내측에서 사용하기 위한 의료용 로봇:
    수평 동작 관절, 상기 수평 동작 관절에 작동가능하게 연결된 초음파 모터 및 상기 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 인코더를 포함하는 수평 동작 어셈블리, 여기서 상기 수평 동작 어셈블리의 상기 초음파 모터 및 상기 수평 동작 어셈블리의 상기 인코더는 상기 수평 동작 관절에 근접하여 위치됨;
    수평 동작 어셈블리에 작동가능하게 연결된 수직 동작 어셈블리, 상기 수직 동작 어셈블리는 수직 동작 관절, 상기 수직 동작 관절에 작동가능하게 연결된 초음파 모터 및 상기 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 인코더를 포함하고, 여기서 상기 수직 동작 어셈블리의 상기 초음파 모터 및 상기 수직 동작 어셈블리의 상기 인코더는 상기 수직 동작 관절에 근접하여 위치되고 그리고 의료용 도구 어셈블리는 상기 수직 동작 어셈블리 또는 수평 동작 어셈블리의 어느 쪽이나 작동가능하게 연결됨; 및
    수평 동작 관절 및 수직 동작 관절에 작동가능하게 연결된 컨트롤러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로봇은 수직 동작 어셈블리 및 수평 동작 어셈블리의 하나에 작동가능하게 연결된 팬 어셈블리를 더 포함하고, 의료용 도구 어셈블리는 팬 어셈블리, 수직 동작 어셈블리 및 수평 동작 어셈블리의 하나에 작동가능하게 연결되고, 그리고 상기 팬 어셈블리는 팬 관절, 팬 관절에 작동가능하게 연결된 팬 모터 및 팬 모터에 작동가능하게 연결된 팬 인코더를 포함하고, 팬 모터 및 팬 인코더는 팬 관절에 근접하여 위치되며, 그리고 팬 어셈블리는 컨트롤러에 작동가능하게 연결된 것임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  3. 제 2항에 있어서,
    팬 동작 어셈블리는 팬 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 팬 샤프트 어셈블리, 타이밍 벨트 및 팬 샤프트 어셈블리에 작동가능하게 연결되고 그리고 의료용 도구 어셈블리에 작동가능하게 연결될 수 있는 풀리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  4. 제 2항에 있어서,
    팬 어셈블리, 수직 동작 어셈블리 및 수평 동작 어셈블리의 하나에 작동가능하게 연결된 기울기 어셈블리를 더 포함하고, 그리고 의료용 도구 어셈블리는 기울기 어셈블리, 팬 어셈블리, 수직 동작 어셈블리 및 수평 동작 어셈블리의 하나에 작동가능하게 연결될 수 있고, 상기 기울기 어셈블리는 기울기 관절, 기울기 관절에 작동가능하게 연결된 기울기 모터 및 기울기 모터에 작동가능하게 연결된 기울기 인코더를 포함하고, 상기 기울기 모터 및 기울기 인코더는 상기 기울기 관절에 근접하여 위치되며 그리고 기울기 어셈블리는 컨트롤러에 작동가능하게 연결됨을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  5. 제 4항에 있어서,
    기울기 어셈블리, 팬 어셈블리, 수직 동작 어셈블리 및 수평 동작 어셈블리의 하나에 작동가능하게 연결된 구름 어셈블리를 더 포함하고, 상기 의료용 도구 어셈블리는 구름 어셈블리, 기울기 어셈블리, 팬 어셈블리, 수직 동작 어셈블리 및 수평 동작 어셈블리의 어느 하나에 작동가능하게 연결될 수 있고, 상기 구름 어셈블리는 구름 관절, 상기 구름 관절에 작동가능하게 연결된 구름 모터 및 상기 구름 모터에 작동가능하게 연결된 구름 인코더를 포함하고, 상기 구름 모터 및 구름 인코더는 구름 관절에 근접하여 위치되며, 그리고 구름 어셈블리는 컨트롤러에 작동가능하게 연결됨을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  6. 제 5항에 있어서,
    기울기 어셈블리 및 구름 어셈블리는 조합된 기울기 및 구름 어셈블리임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  7. 제 6항에 있어서,
    조합된 기울기 및 구름 어셈블리는 기울기 초음파 모터 및 구름 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 베벨 기어 차동 메카니즘을 포함하고 그리고 베벨 기어 차동 메카니즘은 의료용 도구 어셈블리에 작동가능하게 연결될 수 있는 것임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 동작 어셈블리는 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 리드 스크류, 상기 리드 스크류와 수평의 플레이트 사이에서 작동가능하게 연결된 한 쌍의 스퍼 기어를 더 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    수직 동작 어셈블리는 초음파 모터 및 타이밍 벨트에 작동가능하게 연결된 리드 스크류 및 수직의 리드 스크류와 수직의 플레이트 사이에 작동가능하게 연결된 한 쌍의 풀리를 더 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  10. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의료용 도구 어셈블리는 투관침이고 그리고 투관침은 컨트롤러에 작동가능하게 연결됨을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  11. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    의료용 도구 어셈블리는 여기에 근접하여 위치된 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 밀고 당기는 메카니즘을 포함하고 이에 의해 상기 밀고 당기는 메카니즘이 직선 동작을 제공함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  12. 제 11항에 있어서,
    밀고 당기는 메카니즘은 초음파 모터에 작동가능하게 연결된 리드 스크류, 리드 스크류에 작동가능하게 연결되고 레이저 어플리케이터를 홀딩하도록 적용된 홀더 및 리드 스크류에 작동가능하게 연결된 락커를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 의료용 도구 어셈블리는 철회할 수 있는 티타늄 시쓰를 갖는 레이저 확산기를 더 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 의료용 도구 어셈블리는 밀고 당기는 메카니즘에 작동가능하게 연결된 압축공기로 구동되는 탭핑 블럭을 더 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  15. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러에 작동가능하게 연결되고 그리고 컨트롤러로부터 떨어져 분리된 컨트롤 시스템을 더 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  16. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의료용 도구는 제거 가능하고 그리고 멸균가능한 것임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  17. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 공명 영상기는 수직의 축에 의해 한정된 축상의 평면 및 측방의 축에 의해 한정된 시상봉합의 평면을 가지고, 여기서 각각의 모터는 축상 및 시상봉합의 평면의 하나 내에 위치된 횡단면을 가짐을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  18. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 복수의 모터는 자기 공명 영상기 내에서 사용된 국부 코일로부터 소정의 거리에 위치되어 지고 이에 의해 이들의 위치화는 자기 공명 영상기와 전자기적 상호작용을 감소함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  19. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 모터에 작동가능하게 연결된 기어를 포함하고 이에 의해 기어가 모터를 늦추도록 적용됨을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  20. 제 19항에 있어서,
    복수의 모터에 부착된 복수의 기어를 포함하고 이에 의해 기어가 그들이 부착된 모터를 늦추도록 적용됨을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  21. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러가 자기 영상기 상에서 이미지화를 켜고 자기 공명 영상기를 끄는 것 사이에 인터리브되어 빠르게 턴 온과 턴 오프로 되고 이에 의해 이동으로 이미지를 인터리브함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  22. 제 21항에 있어서,
    이미지화는 이미지화 시퀀스를 포함하고 이에 의해 이미지화 시퀀스는 짧은 반향 시간을 갖는 기울기 반향 펄스 시퀀스 및 짧은 반향 시간을 갖는 패스트-스핀-반향 펄스 시퀀스의 하나임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  23. 제 20항에 있어서,
    이미지화는 이미지화 시퀀스를 포함하고 이에 의해 이미지화 시퀀스는 장-TE FSE, T1-계량 FSE, 및 단-TR 기울기 반향을 포함하는 세 가지의 다른 펄스 시퀀스를 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  24. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    의료용 도구 어셈블리에 부착된 캘리브레이션 팬텀을 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 팬텀은 의료용 도구 상의 소정의 위치에 부착되어질 수 있는 하우징, 자기 공명 이미지 안에서 육안으로 관찰할 수 있게 되는 하우징 내에 형성된 적어도 하나의 채널을 포함하고, 상기 채널은 의료용 도구에서 원하는 포인트에서 소정의 위치에 있음을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 채널은 복수의 채널임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 복수의 채널은 네 개의 채널임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  28. 제 25항에 있어서,
    적어도 하나의 채널은 환상의 고리임을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  29. 제 25항에 있어서,
    각 채널은 물과 자기 공명 영상기 관찰 가능액과의 혼합물로 충진됨을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  30. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 의료용 도구는 물과 자기 공명 영상기 관찰 가능액과의 혼합물로 충진된 주변 채널을 갖는 레이저 화이버를 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  31. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    의료용 로봇을 수용하도록 적용된 로봇 가이드를 갖는 플랫폼 및 그 위에 환자를 조정가능하게 위치시키도록 적용된 환자 수용부를 더 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 플랫폼은 베이스를 포함하고 그리고 상기 환자 수용부는 베이스에 힌지축으로 부착된 둔부 지지부 및 둔부 지지부에 힌지축으로 부착된 다리 지지부를 포함함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  33. 제 30항에 있어서,
    환자 수용부는 다리 지지부에 작동 가능하게 연결된 조정가능한 메카니즘 어셈블리를 더 포함하고 이에 의해 조정가능한 메카니즘의 운동이 다리 지지부에 대하여 둔부 지지부를 재위치시킴을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  34. 제 33항에 있어서,
    베이스의 각 측면 상에 한 쌍의 가이드를 더 포함하고 그리고 조정가능한 메카니즘 어셈블리는 가이드를 걸어맞춤하고 그리고 가이드를 따라 이동가능함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 로봇은 로봇 가이드를 따라서 이동가능함을 특징으로 하는 의료용 로봇.
  36. 제일의 소정의 물질로 만들어진 위험상태에 있는 팬텀 기관;
    제일의 소정의 물질과 다른 제이의 소정의 물질로 만들어지고 그리고 자기 공명 이미지에서 제일의 소정의 물질과는 차별화될 수 있는 팬텀 치료할 수 있는 부위; 및
    제삼의 소정의 물질의 팬텀을 둘러싼 구조를 포함하고, 여기서 상기 제삼의 소정의 물질은 상기 제일 및 제이의 소정의 물질과는 다르고 그리고 자기 공명 이미지 내에서 제일 및 제이의 소정의 물질과는 차별화될 수 있는 것인 자기 공명 영상기와 조합하여 사용하기 위한 팬텀.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 팬텀 기관은 팬텀 전립선이고, 상기 팬텀 치료할 수 있는 부위는 팬텀 종양이고 그리고 상기 팬텀을 둘러싼 물질은 회음부임을 특징으로 하는 팬텀.
  38. 제 36항 및 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
    팬텀을 둘러싼 구조 내에 채널을 더 포함함을 특징으로 하는 팬텀.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 채널은 직장에 상당함을 특징으로 하는 팬텀.
  40. 제 36항 및 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
    팬텀 요도를 더 포함하고 상기 팬텀 요도는 자기 공명 이미지에서 차별화될 수 있는 제사의 소정의 물질로 만들어짐을 특징으로 하는 팬텀.
  41. 의료용 도구 상의 소정의 위치에 부착할 수 있는 하우징; 및
    자기 공명 이미지 내에서 볼 수 있는 적어도 하나의 채널을 포함하고, 상기 채널은 의료용 도구의 원하는 포인트에 소정의 위치에 있는 의료용 도구와 조합하여 사용하기 위한 캘리브레이션 팬텀.
  42. 제 41항에 있어서,
    적어도 하나의 채널은 복수의 채널임을 특징으로 하는 캘리브레이션 팬텀.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 복수의 채널은 네 개의 채널임을 특징으로 하는 캘리브레이션 팬텀.
  44. 제 42항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 채널은 환상의 고리임을 특징으로 하는 캘리브레이션 팬텀.
  45. 제 41항 내지 제 44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 채널은 물과 자기 공명 영상기 관찰 가능액과의 혼합물로 충진됨을 특징으로 하는 캘리브레이션 팬텀.
  46. 의료용 로봇을 수용하도록 적용된 로봇 가이드를 가지는 플랫폼; 및
    그 위에 환자를 조정가능하게 위치시키도록 적용된 환자 수용부를 포함하는 의료용 로봇과 조합하여 사용하기 위한 플랫폼.
  47. 제 46항에 있어서,
    상기 플랫폼은 베이스를 포함하고 그리고 상기 환자 수용부는 베이스에 힌지축으로 부착된 둔부 지지부 및 둔부 지지부에 힌지축으로 부착된 다리 지지부를 포함함을 특징으로 하는 플랫폼.
  48. 제 46항 및 제 47항 중 어느 한 항에 있어서,
    환자 수용부는 다리 지지부에 작동 가능하게 연결된 조정가능한 메카니즘 어셈블리를 더 포함하고 이에 의해 조정가능한 메카니즘의 운동이 다리 지지부에 대하여 둔부 지지부를 재위치시킴을 특징으로 하는 플랫폼.
  49. 제 48항에 있어서,
    베이스의 각 측면 상에 한 쌍의 가이드를 더 포함하고 그리고 조정가능한 메카니즘 어셈블리는 가이드를 걸어맞춤하고 그리고 가이드를 따라 이동가능함을 특징으로 하는 플랫폼.
  50. 제 46항 및 제 47항 중 어느 한 항에 있어서,
    로봇은 로봇 가이드를 따라 이동할 수 있는 것임을 특징으로 하는 플랫폼.
  51. 소정의 영역의 이미지를 제공하는 단계;
    이미지 상에서 불규칙 영역의 위치를 결정하는 단계;
    불규칙 영역의 위치로부터 계획된 타겟 부피를 계산하는 단계;
    치료 영역이 계획된 타겟 부피를 커버함에 의해 치료 영역을 계산하는 단계;
    소정의 범위 내에서 출발 니들 위치를 결정하는 단계; 및
    출발 니들 위치로부터 계획된 타겟 영역까지 니들 궤적을 계산하는 단계를 포함하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  52. 제 51항에 있어서,
    이미지 상에 위험에 있는 적어도 하나의 영역의 위치를 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  53. 제 52항에 있어서,
    상기 위험에 있는 영역은 기관이고 그리고 불규칙 영역은 종양임을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  54. 제 51항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지로부터 적어도 하나의 회피 영역의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하고 그리고 니들 궤적을 계산하는 것은 회피 영역을 회피하기 위한 인자를 포함함을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  55. 제 54항에 있어서,
    각 회피 영역은 뼈임을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  56. 제 51항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지는 자기 공명 이미지임을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  57. 제 51항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지로부터 온도 평가 이미지를 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  58. 제 57항에 있어서,
    온도 평가 이미지로부터 실제 치료 영역이 계획된 치료 영역인지를 결정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  59. 제 51항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서,
    의료용 도구 어셈블리에 부착될 수 있고 그리고 초음파 모터, 인코더 및 컨트롤러를 포함하는 의료용 로봇을 제어하는 단계를 더 포함하며, 상기 의료용 로봇은 다음의 단계를 포함하는 방법을 제어함에 의해 신체와 조합하여 자기 공명 영상기에서 사용하기 위한 것임을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법:
    신체의 외측으로 의료용 로봇을 위치시키기 위해 의료용 로봇 내로 초음파 모터를 이동하는 단계;
    컨트롤러를 끄는 단계;
    자기 공명 영상기 및 이미지화를 켜는 단계;
    자기 공명 영상기를 끄는 단계;
    초음파 모터를 이동하고 이에 의해 의료용 도구 어셈블리를 의료용 로봇 내로 이동하고 그리고 이에 의해 의료용 도구 어셈블리의 일 부분이 신체의 내측으로 되는 단계;
    컨트롤러를 끄는 단계; 및
    자기 공명 영상기를 켜는 단계.
  60. 제 59항에 있어서,
    조합된 의료용 로봇 및 도구 어셈블리는 6자유도 의료용 로봇이고 초음파 모터는 의료용 공명 영상기의 동심 내에 위치될 수 있도록 적용된 것임을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  61. 제 60항에 있어서,
    자기 공명 영상기는 세로 축에 의해 한정된 축상의 평면과 수직의 축에 의해 한정된 시상봉합의 평면을 가지고 그리고 각 모터는 축상 및 시상봉합의 평면의 어느 하나 내에 위치된 횡단면을 가짐을 특징으로 하는 니들 궤적을 결정하는 방법.
  62. 의료용 도구 어셈블리에 부착될 수 있고 그리고 초음파 모터, 인코더 및 컨트롤러를 포함하는 의료용 로봇을 제어하는 방법으로, 상기 의료용 로봇은 신체와 조합하여 자기 공명 영상기에서 사용하기 위한 것이고, 상기 방법은 다음의 단계를 포함하는 의료용 로봇을 제어하는 방법:
    신체의 외측으로 의료용 로봇을 위치시키기 위해 의료용 로봇 내로 초음파 모터를 이동하는 단계;
    컨트롤러를 끄는 단계;
    자기 공명 영상기 및 이미지화를 켜는 단계;
    자기 공명 영상기를 끄는 단계;
    초음파 모터를 이동하고 이에 의해 의료용 도구 어셈블리를 의료용 로봇 내로 이동하고 그리고 이에 의해 의료용 도구 어셈블리의 일 부분이 신체의 내측으로 되는 단계;
    컨트롤러를 끄는 단계; 및
    자기 공명 영상기를 켜는 단계.
  63. 제 62항에 있어서,
    조합된 의료용 로봇 및 도구 어셈블리는 6자유도 의료용 로봇이고 그리고 초음파 모터는 의료용 공명 영상기의 동심 내에 위치될 수 있도록 적용된 것임을 특징으로 하는 의료용 로봇을 제어하는 방법.
  64. 이미지화는 이미지화 시퀀스를 포함하고 이에 의해 이미지화 시퀀스는 짧은 반향 시간을 갖는 기울기 반향 펄스 시퀀스 및 짧은 반향 시간을 갖는 패스트-스핀-반향 펄스 시퀀스의 하나를 포함하는 제 62항 및 제 63항 중 어느 한 항에서 청구된 것과 같은 의료용 로봇.
  65. 이미지화는 이미지화 시퀀스를 포함하고 이에 의해 이미지화 시퀀스는 장-TE FSE, T1-계량 FSE, 및 단-TR 기울기 반향을 포함하는 세 가지의 다른 펄스 시퀀스를 포함하는 제 62항 및 제 63항 중 어느 한 항에서 청구된 것과 같은 의료용 로봇.
  66. 삭제
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