JP2012521842A - 入れ子状カニューレに関するらせん状連続的屈曲チューブ - Google Patents

Abstract

らせん状チューブ（４０）を伴う、入れ子状カニューレ構成のための方法及びシステム。入れ子状カニューレ（６０）は、１つ以上のらせん状アーク（４１）を含む一式のアーク（１１、２１，４１）を介して、解剖学的領域に関連した標的位置に届くよう、協働的に構成及び寸法決めがなされた、複数のテレスコーピングチューブを含み、前記アークの各々は、前記解剖学的領域と関連付けられたポイントと前記標的位置との間で決定されている。具体的には、解剖学的領域の３次元イメージ（５１）が、その後、前記チューブを構成及び寸法決めするよう利用される、経路（５３）を計算するために利用される、アークの組を作り出すよう利用される。

Description

本発明は、一般的に、低侵襲外科的処置を容易にするために、患者用にカスタマイズされる、入れ子状（ｎｅｓｔｅｄ）カニューレ構造に関する。本発明は具体的には、らせん状アークを含む、種々のアークから、ある領域（ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ）のモーション（ｍｏｔｉｏｎ）を採用するための、コンフィグレーションプランナー（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｎｅｒ）の適合と、１つ以上のらせん状形状チューブ及び／又は１つ以上のより従来形状のチューブ（例えば、直線状（ｓｔｒａｉｇｈｔ）、円形状及び／又はそれらの組み合わせ）を含む、入れ子状カニューレ構造の構造物に関する。

カテーテル及び気管支鏡及び他の内視鏡のような、従来のナビゲーション機器は、いうつかの不利を有する。気管支鏡の使用で直面される具体的な問題は、気管支鏡は通常、比較的大きなチューブ径を有し、先端でのみ旋回（ｔｕｒｎ）できる又はそうでなければ先端で方向付けることができる、ということである。大きなサイズは、部分的には、気管支鏡の旋回を可能にする、気管支鏡内に作られた制御機構に依るものである。それらのサイズ及び器用さの欠如の結果として、従来の気管支鏡は、ある領域に届くというそれらの能力において、制限される。例えば、通常の気管支鏡は、最も太い気道が配置される、肺のセンターサード（ｃｅｎｔｅｒ ｔｈｉｒｄ）にのみ、届くことができる。このことは、従来の気管支鏡技術では、全ての肺癌（例えば）の３分の２に達しえないままであるということあり、それゆえ、大幅な物理的介入なしでは治療不可能なままであるということである。良性小結節と悪性小結節を区別し得る、肺生検でさえ、１０％を超える見込みで肺虚脱を引き起こす。したがって、潜在的に治療可能な病気は、しばしは、病気が非常に侵攻性で手術が当然である及び／又は必要とされるまで、治療されないままである。

従来の外科手術に関連したカテーテル及びガイドワイヤ（ｇｕｉｄｅｗｉｒｅｓ）は、比較的可撓性であり、それに続く血管（ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｖｅｓｓｅｌ）により体内深く届くことができる。しかしながら、これらの機器は、組織内で起こりうる旋回の中で、最も困難であること（ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｏｆ）を対処するよう設計されたチップ形状を有する。たった１つのタイプの困難な旋回を介して操作する、機器の性能は、機器の適用性を制限する。しばしば、カテーテル及びガイドワイヤは、しばしば、特定の位置に関して１つの困難な旋回を確保し（ｓａｖｉｎｇ）、血管の分岐で特別な制御を必要としない、「上流の（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」方向で使用される。例えば、大腿動脈のような、心臓へ向かう末梢の動脈へのカテーテルの挿入（バルーン血管形成術で使用される）は、血管はこの方向で分かれるというよりは寧ろ、この方向でつながっている。これは、多くの場合で効果的であるけれども、複雑な動脈は血と行動を共にし、血は、心臓から離れて流れるので、複雑な動脈を行き来する（ｔｒａｖｅｒｓｅ）有効なメカニズムはない。さもなければ、血は、心臓から離れて血の流れに逆らって導く静脈に沿って流れる。肺において、カテーテル及びガイドワイヤは、遠心端で比較的小さい制御を有し、肺の特定の分岐に届く。したがって、特定の標的に届くには向いていない。カニューレ、カテーテル、ガイドワイヤ又はスコープ（気管支鏡、内視鏡など）といった、医療用機器の挿入は、通常、摩擦の問題に悩まされ、標的へと進む経路の間中で、組織損傷を引き起こし得る。これは、指定された解剖学的領域へと聞きが挿入されるとき、特に、興味がそそられる（ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ）生体構造を介する試行錯誤法が、のこぎりで切るような動き（ｓａｗｉｎｇ ｍｏｔｉｏｎ）を引き起こすとき、これは起こり得る。さらに、外科的措置又は調査手順の間の、ツールチップ（ｔｏｏｌ ｔｉｐ）の動きは、経路の間中の組織の全てに、動きを引き起こし得る。例えば、バイオプシー、アブレーション、焼灼（ｃａｕｔｅｒｙ）、電気生理学などの間、機器の先端が動くことによって、機器の経路の間中に動きが引き起こされる。この摩擦は、例えば、不安定プラークを除去し、発作につながり得る。

入れ子状カニューレを動かすための従来技術は、主として、遠心端での特徴付け可能である動きを生み出すために、複数の入れ子状チューブ形状及び強度の相互関係（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）に焦点を合わせられている。入れ子状チューブの順次的な（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）配置による、入れ子状カニューレの使用のために、チューブの配置は、経路が達成され得るよう、定義されなければならない。それは、血管を通る正中線を見つけるには十分でない。なぜなら、この情報は、どのように経路を、伸長性の、一般的なサブコンポーネントへと分類するかを（ｈｏｗ ｔｏ ｂｒｅａｋ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｐａｔｈ ｉｎｔｏ ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ， ｃｏｍｍｏｎ ｓｕｂｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）述べていない。例えば、Ｓ形状を、単純に、単一で連続的なＳ形状として、配置することはできない。これは、一方の端部が取り囲んでいるチューブから現れるので、それが、誤った方向に向くからである。寧ろ、２つのＣ形状は、第１が半時計回りに回転し、第１から１８０度で方向付けられた第２が時計回りのＣを生み出して伸びるよう、入れ子状にされなければならない。さらに、もしそれらが、各々わずかに異なるなら、加熱することといった、その形状への特別注文製造（ｃｕｓｔｏｍ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）を必要とするであろう。さらに、チューブの直径は、企図された生体構造に適合しなければならない。

２００８年３月にＫａｒｅｎ Ｔｒｏｖａｔｏにより出願された国際出願ＷＯ２００８／０３２２３０Ａ１、タイトル「Ａｃｔｉｖｅ Ｃａｎｎｕｌａ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ」は、予め取得された３Ｄ画像に基づいて特定の患者に関して与えられる特別あつらえのツールと、標的位置の同定とを組み込んでいる効果的なカニューレ配置システムを記載する。具体的には、システムは、各々の内部に入れ子にされた、複数の、同心の（ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ）テレスコーピングチューブ（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇ ｔｕｂｅ）を含む。入れ子状チューブは、特定の解剖学的領域の３次元画像をもたらす、一連のアークを通じた、チューブ経路を生み出すことにより、標的位置に届くよう、構成され、かつ、寸法決めされる。必須の画像は、通常、３次元画像システムを使用して得られ、各々のチューブは、特定の解剖学的領域内の、比較的小さい及び／又は複雑な標的位置に届くよう、構成され、かつ、寸法決めされる。チューブは、有意には、所望のレベルの可撓性／弾力性を示す材料から製造される。したがって、１つ以上の入れ子状チューブは、ニチノール材料から製造されても良い。ニチノール材料は、力が印加されるとき、それを曲げることができるにもかかわらず、力が除去されると当初セットされた形状に戻るという、“完全な記憶性”を有する。ニチノールは、ＭＲＩ装置内でも使用することができる。それは、比較的強い材料であり、したがって、薄く仕切られた（ｔｈｉｎ ｗａｌｌｅｄ）ようにすることができ、いくつかのチューブの入れ子を可能にする。およそ５ｍｍから下におよそ０．２ｍｍまでの外径を有するチューブは、市場で、すぐに利用できる。

さらに、３次元画像システムは、ＣＴ、Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ又はＭＲＩであることができるが、距離センサ、立体画像、ビデオ（ｖｉｄｅｏ）又は他の非医療用画像システムから構成することもできる。通常、特定の解剖学的領域の画像は、複数のチューブの各々に関する特定の形状及び伸長長さを定義するために、複数のチューブの各々を構成する、かつ、寸法決めするために使用される。複数のチューブの各々の、定義された形状及び伸長長さは、標的位置が到達可能であるかどうかを決定する。複数のチューブは、特定の解剖学的領域に関して、予めセットされた形状及び伸長長さに構成され、かつ、寸法決めされても良い。予めセットされた複数のチューブは、交互に屈曲したチューブ及び真っ直ぐなチューブを含むことができる。

さらに具体的には、複数のチューブは、特定個人に関連した、特定の解剖学的領域に関して、予めセットされた形状及び伸長長さに構成され、かつ、寸法決めされる。チューブは、解剖学的領域内の、比較的小さい直径の位置及び／又は複雑な操作（ｍａｎｅｕｖｅｒ）を必要とする位置に届くよう、構成され、かつ寸法決めされる。解剖学的領域は、胸部、腹部、神経学領域、心臓部、血管領域などを、制限されないが含む、有益な侵入又は医療手当て（ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を必要とする、如何なる所望の領域となり得る。

チューブは、内側に入れ子にされたそれらのチューブに関して、複数のチューブのより外側のチューブに障壁を生成する及び／又は供することによる、挿入摩擦に起因する組織損傷を防ぐよう適合される。チューブはさらに、標的位置で医療処置を実行する及び／又は容易にするよう適合された、一番遠くに伸びているチューブの先端で、医療用機器部材又は他の活性構造（ａｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含むことができる。本発明と関連した医療用機器は、制限されないが、カテーテル、伸縮自在のチップ（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｔｉｐｓ）、ガイドワイヤ、光ファイバー装置、バイオプシー、縫合糸並びに掻爬（ｃｕｒａｔａｇｅ）機器及びセンサ（ｐＨセンサ、温度センサ、電気センサ）を含む。電気センサは、例えば、心臓電気的機能を検査するために、より一般的に使用される。チューブは、触覚フィードバック又は視覚フィードバックにより支援された解剖学的領域へのチューブの挿入に関する、手動誘導及び手動制御を持たせるよう適合することができる。チューブ内又はチューブにより運ばれたペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）内に埋め込まれた、電磁石の追跡コイルといった、位置フィードバックも使用することができる。この位置は、好ましくは画像に登録された、グラフ表示上に、表示することができる。

通常、入れ子状カニューレは、例えば、図１で示されるストレート型チューブ１０及び図２で示される円型チューブといった、好ましくは予め設計された曲率（ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）の、２つ以上のチューブを含む。チューブは、それらが挿入されるときに、周囲のチューブへの一貫性の力を維持するために、固定された曲率であり、安定的な形状を供する。もしチューブが、長さに亘って曲線又は形状を変えたなら、そのとき、包囲しているチューブは、挿入の間、小刻みに動く（ｗｉｇｇｌｅ）であろう。これは、横移動が損傷又は負傷を引き起こすかもしれない、多くの用途に関して、望ましくない。

従来の機器及びアルゴリズムは、円型チューブがアークの一部であろうということを仮定するけれども、完全な円での円型チューブの製造は困難である。特に、円型チューブの長さが２πＲ（外周）より大きいとすれば。この長さにおいて、円型チューブは、例えば、直線セクション３１及び円形セクション３２を有する、図３で示されるチューブ３０といった、円形又は直線の、多数のセクションで組み上げられなければならない。これは、場合により、一貫性のない形状間の、継ぎ目を作り出す。しかしまた、そのとき、特に多数のセクションの全てが円形であるとき、巻き付けられたガーデンホース、又は巻いた糸と同様に、チューブが、埋め合わせられてまたは積み重ねられて保管されるということを必要とする。チューブは、特にポリマーに関して、こうして保管されるので、チューブは、不注意に加熱され又は冷却され得ると、間違って成形した状態（ｍｉｓｓ−ｓｈａｐｅｄ）になり得る。もしチューブ形状が予言できないなら、そのとき、適切なセットのチューブを予め算出することができず、さらに、 入れ子状カニューレチューブセットは、チューブが進むときに、「小刻みに動く問題（ｗｉｇｇｌｅ ｐｒｏｂｌｅｍ）」を有するだろう。

したがって、２πＲ（外周）より大きい長さを有するチューブの、一貫した曲率を有するチューブを形成し、それにもかかわらず、区分的に製造する必要がなく、かつ、異なる形状に曲げられる又は巻きつけられる（ｗｒａｐｐｅｄ）必要がないようにすることが、非常に望ましい。

本発明の一形態は、１つ以上のらせん状アークを含む一連のアークを通る解剖学的領域に関連して、標的位置に届くよう、協力的に構成され、かつ、寸法決めされた複数のテレスコーピングチューブ（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇ ｔｕｂｅｓ）を含む、入れ子状カニューレであり、各々のアークは、前記解剖学的領域と関連した位置と前記標的位置との間で決定される。

本発明の他の形態は、入れ子状カニューレ配置のための方法であり、当該方法は、解剖学的領域の画像を読み込むこと；及び１つ以上のらせん状アークを含む一連のアークを通る、前記画像内の解剖学的領域に関連して、標的位置に届くように、複数のテレスコーピングチューブを協力的に構成する、かつ、寸法決めすること、を伴い、前記アークの各々は、前記解剖学的領域と関連した位置と前記標的位置との間で決定される。

本発明の他の形態は、画像システム及びコンフィグレーションプランナーを含む、入れ子状カニューレシステムである。画像システムは、解剖学的領域の画像を作り出し；コンフィグレーションプランナーは、１つ以上のらせん状アークを含む一連のアークを通る、画像内の解剖学的領域に関連した、標的位置に届くように、複数のテレスコーピングチューブを協力的に構成する、かつ、寸法決めし、前記アークの各々は、前記解剖学的領域と関連した位置と前記標的位置との間で決定される。

本発明の前述の形態及び他の形態の他に、本発明の種々の特徴及び有意は、添付の図面と併せて読まれる、本発明の種々の実施形態の以下の詳細な説明から、さらに明確になるであろう。詳細な説明及び図面は、本発明を制限するより寧ろ、単に本発明の説明に役立ち、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらと同等のものにより、定義される。

図１は、当技術分野で従来であるような、例示するストレート型チューブを説明する。 図２は、当技術分野で従来であるような、例示する円型チューブを説明する。 図３は、当技術分野で従来であるような、例示するストレート型／円型連結チューブを説明する。 図４は、本発明に係る、らせん状チューブの例示する実施形態を説明する。 図５は、本発明に係る、入れ子状カニューレシステムの例示する実施形態を説明する。 図６Ａ及び図６Ｂは、本発明に係る、らせん状アークの例示する実施形態を説明する。 図７は、本発明に係る、アークの例示する３次元領域の透視図を説明する。 図８は、本発明に係る、肺の気道の例示する区分及び例示する入れ子状カニューレ配置を説明する。 図９は、本発明に係る、例示する正味の（ｎｅｔ）らせん状チューブを説明する。 本発明に係る、らせん状チューブの自然座標システム決定を説明する。 図１１は、本発明に係る、相互関係のない（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）らせん状アークの、例示する３次元らせん状領域の透視図を説明する。 図１２は、本発明に係る、相互関係のない（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）らせん状アークの、例示する３次元らせん状領域の上面図を説明する。 図１３は、本発明に係る、相互関係のない（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）らせん状アークの、例示する３次元らせん状領域の透視図を説明する。 図１４は、本発明に係る、相互関係のない（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）アークの、例示する３次元らせん状領域の透視図を説明する。 図１５は、当技術分野で従来であるような、円型チューブのねじる運動を説明する。

本発明は、従来の外科的手段では届くのが一般的に困難である、特定の標的位置に届くような、低侵襲外科的処置を可能にする、入れ子状カニューレ配置システムと、患者及び／又は解剖学的関心領域にカスタマイズされた入れ子状カニューレを作り出す方法と、を供する。ニチノールチューブ及びポリマーチューブは、複雑かつ興味がそそられる標的位置に届くように、可撓性及び器用性を可能にさせる。１つ以上の３Ｄ画像が、可撓性のチューブの形状及び伸長長さを定義する、一連の３Ｄ経路を作り出すよう使用される。本発明の例示する様態において、チューブ経路は数分以内に算出される。構成された入れ子状カニューレシステム及び方法は、通常、正しく形成するために試行錯誤を必要とする、手動で形成されたカテーテルよりも、複数の血管系がより速く行き来することを可能にする。

標的に届くために必要とされる動きが、機器内に設計され、モータ、制御ワイヤなどの追加的なサイズ又は重さ無しで、多数の回転を実行することができる。この小型の器用な機器は、非常に小さい解剖学的エリア及び／又は領域への、正確で、侵襲の少ない到達を供することができる。

本発明によると、入れ子状カニューレシステムは、複数の、テレスコーピングの、予め形成されたチューブを含んでも良い。可撓性のニチノール（ニッケル−チタン合金）又は他の適切な材料から作られる同心のテレスコーピングチューブは、通常、解剖学的領域に沿って伸ばされ、各々のチューブは特定の曲率を有する。ニチノールは、その記憶特性及び可撓性により、カニューレ製造のための特に望ましい材料であり、したがって、あるチューブは、そのチューブが伸ばされるまで、その周りのより大きいチューブに適合する（ｃｏｎｆｏｒｍ）ことが可能である。通常、最も大きいチューブは、所望の領域に最初に導入され、予期された長さ及び方向に、引き続いてより小さいチューブの導入／伸長に続く。

本発明の例示される様態において、チューブは、より高価でないがより厚い外壁を必要とし得る、ポリマーで作られても良い。これは、必要とされるチューブの数が十分に小さく、標的位置に届くことができる又は生体組織が各々のチューブを提供するのに十分に大きいなら、これは好ましくなり得る。それらの弾力性の特徴も重要であり、したがって、
それらが新しい形状を採用する機会がより少なくなるよう、それらが配置されるほとんどその時間に（ｎｅａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｔｉｍｅ）、それらを入れ子状にすることが有意であるかもしれない。

例示される入れ子状カニューレは通常、所望の解剖学的領域の、比較的小さい及び／又は複雑な位置に届くように、操作可能な、複数の伸縮自在のニチノールチューブ（しばしば一連のチューブとして参照される）を有することができる。

本発明の有意な様態によると、予め設定された（複数の）長さの１つ以上のストレート型チューブ（例えば図１で示されるストレート型チューブ１０）、予め設定された（複数の）回転半径及び（複数の）長さの１つ以上の円型チューブ（例えば図２で示される円型チューブ２０）、予め設定された（複数の）回転半径及び（複数の）長さの１つ以上のストレート型／円型連結チューブ（例えば図３で示される、ストレート部３１及び円型部３２を有するチューブ２０）、及び／又は、予め設定された（複数の）回転半径、（複数の）長さ及び（複数の）ピッチ（ｐｉｔｃｈ）の１つ以上のらせん状チューブ（例えば図４で示されるらせん状チューブ４０）を含む、チューブの「標準セット（ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｅｔ）」を含んでも良い。「標準セット」を使用することにより、各々の所定のチューブのカスタム製造のコスト又は遅れ無しに、所定の解剖学的領域内の種々の位置に届くことが可能になる。

実際には、各々のらせん状チューブは、当技術分野で良く知られている、均一な曲率のチューブ及びワイヤに関する技術下で、製造することができる。例えば、１つの技術は、
チューブの所定の長さを押し出し加工し、続いて、らせん状チューブを形成するために、所定の回転半径のマンドレル（ｍａｎｄｒｅｌ）周囲で、チューブの熱変形することを伴う。この例において、らせん状チューブは、各々の繰り返しのループが、らせん状チューブの隣接ループ間の距離で、以前の一巻き（ｔｕｒｎ）を通過する（ｃｌｅａｒ）よう、十分に高いピッチを有さなければならない。好ましくは、ピッチは、らせん状管４０の隣接ループ間の適切なピッチを保証する、らせん状チューブ４０に関してゼロでない定数であるピッチパラメータｃを有する、らせん状チューブ４０に関して図４に示されるように、２πｃに等しい。この場合、らせん状チューブの予め設定された曲率ｋは、次の式［１］に従う。

ｒはマンドレルの回転半径であり、ピッチパラメータｃは、隣接ループ間の適切なピッチを保証する、ゼロでない定数である。

図５は、入れ子状カニューレ６０に組み込まれる１つ以上のらせん状チューブを考慮して、入れ子状カニューレ６０を構成する、かつ、寸法決めするために、画像システム５０及びコンフィグレーションプランナー５２を使用する、例示する入れ子状カニューレシステムを説明する。

具体的には、標的解剖学的領域の３Ｄ画像５１は、画像システム５０（例えば、ＣＴ、Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、ＭＲＩ又は他の画像システム）を介して作り出されても良い。画像５１は、例えば、ＰＥＴが標的病変上の重要情報を供し、ＣＴ画像が、入れ子状カニューレが進むことができない、禁じられた「臨界領域」を定義するようにセグメント化され（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ）得る、ＰＥＴ−ＣＴといった、多様式画像（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄａｌ ｉｍａｇｅ）を作り出して、お互いに記録されても良い。通常標的である、ある位置が、まず定義される。ある位置はまた、潜在的に、入り口又は中央のキーポイントであり得る。ある位置で開始して、到達可能な位置が計算され、３Ｄ標的位置に届くように必要とされる、テレスコーピングチューブ形状の正しい組が決定される。そのような決定に基づいて、各々のチューブは、選択され、及び／又は、作り出される。

コンフィグレーションプランナー５２は、例えば、図６Ａ及び図６Ｂで示される、らせん状アーク４１といった、１つ以上のらせん状アークを含む、一連のアークを通じて、画像５１内の解剖学的領域に関連する、標的位置に届くように、チューブを協力的に構成し、かつ、寸法決めするよう、画像５１を利用する。続くセクションで、コンフィグレーションプランナー５２により実行される、フレームワーク（ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）の重要な要素が、述べられ、その後、入れ子状カニューレ用途に関して明確に述べられる。重要な要素は、離散化された（ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄ）配置空間、禁止状態、開始又は目標状態、領域及びコスト距離である。

《１．配置空間》
配置空間は、機器の「配置」と時々呼ばれる、状態を述べる、可能性のあるパラメータのスパン（ｓｐａｎ）により定義される。例えば、ロボット配置は、各々の結合部の角度値により定義することができる。全ての可能性のある結合部角度配置のスパンが、配置空間を形成する。同様に、運搬手段配置（ｖｅｈｉｃｌｅ’ｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を、ｘ、ｙ位置及び方向で明確に述べることができる。各々の状態において、ある機器配置に関して、しばしば、アレイエントリー（ａｒｒａｙ ｅｎｔｒｙ）は、パラメータ値により明確に述べられ、この状態から目標に到達するよう、この状態から次のコスト及び残っているコストへと進む方向を含んで、いくつかの値が保管される。これらの値は、後で実行される、検索方法により、割り当てられる。

入れ子状カニューレ（入れ子状カニューレ）の配置は、６次元問題空間をもたらす、入れ子状カニューレの先端の、ｘ、ｙ、ｚ位置及びｒｘ、ｒｙ、ｒｚ方向により表示されても良い。関連のある位置は、各々０．０７８、０．０７８及び０．３の、例示するｘ、ｙ、ｚ解像度を有する、例示する１２×１２×２９の予処置（ｐｒｅ−ｐｒｏｃｅｄｕｒａｌ）ＣＴ画像内で、起こり得る。ＣＴ画像に関して、全ての方向を、度毎（ｄｅｇｒｅｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ）で離散化することは、３．６兆の状態を必要とし、各々はおよそ４０バイト含み、負荷の（ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ）メモリは１４４テラバイト必要とする。

《２．禁止状態》
生体組織は、あるボクセル領域が「自由空間（ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ）」状態と考えられ、他は、機器が通ってはいけない禁止領域であるように、セグメント化される。このセグメント化段階は、手動の描画、ユーザーが生体組織の領域内に名目上のモデル（ｎｏｍｉｎａｌ ｍｏｄｅｌ）を配置し、コンピュータがセグメント化を改善する、モデルベースのセグメント化、又は完全に自動のセグメント化を含む、多くの種々の技術により実行することができる。この例において、肺に関して、入れ子状カニューレを配置することは、肺気道のセグメント化を必要とする。図８での例示する画像は、しきい値を用いた、半自動Ｆａｓｔ Ｍａｒｃｈ（Ａ＊） ｍｅｔｈｏｄを使用して、セグメント化される。これにより、内側の自由空間ボリュームと、外側の禁止ボリューム（肺組織）を作り出す。

《３．開始又は目標状態》
主要又は他の標的（目標）のｘ、ｙ、ｚ位置は、検索のためのシードポイント（ｓｅｅｄｐｏｉｎｔ）として選択することができる。また、気管内の、ある状態といった、入り口状況（ｅｎｔｒｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、検索のためのシードポイントとして使用することができる。方位（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ）もまた、シードポイント位置に関して、定義されなければならない。

《４．領域》
領域は、機器の利用可能な制御及び力学的性質に基づいて、実行され得る基本の機器モーションのセットを、自由空間内に封入する（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｓ）。特定のチューブの曲率は、車と似て、特定の「最小の回転半径を」を有する。図７で示される、例示的な領域７において、３つの異なる曲率が、入れ子状カニューレに関して考えられる。第１の曲率は、ストレート型アーク１１で具現化されるようなストレート（屈曲がない又は無限の回転半径に同等である）である（図１で示されるストレート型チューブ１０に対応する）。第２の曲率は、アーク２１により具現化されるように、円形（如何なるピッチ無しで、有限の回転半径）である（図２で示される円型チューブ２０に対応する）。第３の曲率は、図６で示されるらせん状アーク４１により具現化される、らせん状（ピッチを有する有限の回転半径）である。アーク２１及びらせん状アーク４１を３０度増加で回転することにより、結果である領域７は、アーク２１及びらせん状アーク４１に関して６つのローテーション（ｒｏｔａｔｉｏｎｓ）を有する。適宜離散化された空間を有する、非ホロノミックの問題に関する、アーク２１及びらせん状アーク４１の長さは、図７で示されるように、方位が９０度変えられるまでアークが伸ばされるなら、有意に実行する。任意（ａｒｂｉｔｒａｒｙ）の回転で、ストレート型チューブは同じ経路をたどるので、ストレート型アーク１１は、回転成分を無視し、次の回転が同じ状態を維持すると仮定する。

入れ子状カニューレに関する領域は、機器の非ホロノミック挙動を封入する機構である。非ホロノミックとは、制御パラメータ（前進＋回転）に関する特定の値が、既に与えられている経路の特性を知ることなく、結果として生じる位置及び方向を、独自に定義しないということを意味する。領域は、検索のための重要な要素である。なぜなら、それは、許される動きのセットが、位置を形成するということを、記録する（ｃａｐｔｕｒｅｓ）からである。

実際には、領域の探索の如何なる部分が、アークの回転半径により定義される、円形周囲（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ）よりも大きい、円型チューブの長さをもたらすなら、アークは除外され得る。例えば、円型チューブは、アークの回転半径により定義される円形周囲よりも小さい長さを有する、最も大きい、外径のチューブとして、実行可能であるけれども、より小さい内側のチューブのいずれに関して実用的でなくても良い。そのような場合において、探索の間の、如何なる領域の伸長が、アークを除外するであろう。

《５．コスト距離》
領域状態の各々に関して、コストが割り当てられる。これは、全体の最適化基準に基づく、局所移動に関する構成要素のコストである。入れ子状カニューレの例において、移動する距離を最小にすることが望まれる。したがって、ホームの位置（ｈｏｍｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ）から近くの位置への、アーク又はストレートの経路に沿って移動された距離が、コストを定義する。

では次に、取扱いやすさのための６Ｄ配置空間の３Ｄ配置空間への変換を見てみよう。１４４テラバイトを必要とする、上述の離散化された配置空間は、大抵のコンピュータにメモリ問題を引き起こすだけでなく、次のセクションにおいて、これらの状態を通じた探索を必要とする。このフレームワークを有する手順は、配置空間及び計算時間を減らす、修正された技術を必要とする。

２つの所見が、この修正を後押しする。第１は、チップの方向に係らず、３ＤのＣＴに由来する禁止領域は変わらないということである。したがって、３次元定位を無視することができる若しくは、状態ごとに保存された、いくつかの値（ａ ｆｅｗ ｖａｌｕｅｓ）に減らすことができる条件を、３次元空間内で特定することが役に立つ。

第２の所見は、配置空間の主目的を見直すことに起因し、現在の状態を述べる値を保存し、次の状態への方向性を供することである。もし、方位（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を、スタートのシード位置又はゴールのシード位置のいずれかで固定することができるなら、これが、独自の、近隣の方位を計算するための、アンカリングの（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）基盤を供する。このシード位置及び方位から、特定の方位を有する位置を、全ての到達可能なポイントに関して、計算することができる。計画された方位ｒｘ、ｒｙ、ｒｚは、その後、コスト及び方向と共に、各々のｘ、ｙ、ｚ配置状態の中の値として保存され得る。それらを配置空間の独立したパラメータとして除外することにより、空間を６Ｄから３Ｄへと減らし、必要とされる格納スペースを、およそ７千７百万の状態及びメモリに関してより制御しやすい３ギガバイトにまで劇的に減らすことができる。

位置に関する（ｘ、ｙ、ｚ）離散化誤差も、計画された値を、各々の状態内に収納することにより、減らすことができる。離散化状態の固有の（デフォルト）値は、ボクセルの中心で表される値である。ボクセルの離散化のレベルにも依存するが、この値は、提案されたデバイスを制御するためには、十分であるかもしれない。これは、配置空間の至るところの離散化誤差を受けることよりも寧ろ、状態内の正確な位置に関する（Ｘ、Ｙ、Ｚ）値を選択的に保存することにより、さらに改善され得る。これに対しては２つの特別な有利がある。

第１は、配置を、位置に関して、任意精度に保存することができるということである。これは、ある方向（例えば、Ｘ及びＹ）では高精度で、他の方向（例えばＺ）では低精度を招く、ボクセルの次元が等しくないときに、特に役に立ち得る。例えば、ＣＴ内といった、医用画像において、Ｘ及びＹボクセル長が（０．０７８ｍｍ）とすることができ、Ｚボクセル長が（０．３ｍｍ）とすることができる、ボクセルが正方形でない又はより適切には、立方体ではない若しくは異方性であるかもしれない。障害になる範囲（ｏｂｓｔａｃｌｅ ｃｏｖｅｒａｇｅ）は、ボクセルの解像度で定義されるが、その制御は、各々の状態空間内の、計算された、おそらく倍精度ｘ、ｙ、ｚ、ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ値を保存することにより、より正確に定義され得る。

第２は、もし現在の状態が次の状態に対して適切に制御可能でないなら、そのとき、これが認識され、別の対応戦略を自動的に始動させるということである。最も単純な場合において、デバイスは停止することができ、モーションを復旧させるために、適切で、安全な条件を待つことができる。例えば、患者が呼吸している間、デバイスの実際の位置のｘ、ｙ、ｚが移動するであろう。実際の位置が、計画されたシナリオの５ｍｍ内であるときだけ、その後、デバイス制御が続行し得るということを、決定することができる。

一度これらのキー成分が定義されると、最も短い、衝突のない経路５３が、周辺に入れられる、利用可能なコンポーネントのチューブの、曲率又は形状及びそのチューブが許される動き（回転及び伸長といった）の組に基づいて、固定されたシード（スタート又はゴール）からコンフィグレーションプランナー５２によって作り出される。経路５３は、スタート及びゴールとの間の、連結された、円形及び／又はらせん状アーク又は直線のモーションから成り、関連した制御で、段階的に実行される。

経路を作り出すことに関して、Ａ^＊探索方法（Ａ＊ ｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ）を、シード位置からの全ての可能な経路を見つけるために、好ましく使用することができる。３Ｄ探索は、例えば、運動体操縦（ｖｅｈｉｃｌｅ ｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇ）及び気管支鏡操縦（ｂｒｏｎｃｈｏｓｃｏｐｅ ｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇ）に関することを含む従来の用途で述べられてきた。同様の３Ｄ探索が、入れ子状カニューレに関して実行され得る。

例えば、図８は、例となる経路が、８６における入り口と、標的８７との間で示されることを説明する。図８で与えられた経路は、視覚による結果を単純にするための概略図である。入れ子状カニューレは、特定の気管に到達するための鼻又は口を通り、特定の方位を有する入り口のポイント８６からの経路を熟慮しなければならないということが言及される。第１のチューブは、計算された長さを前進させる直線状チューブ８５である。このポイントから、らせん状チューブ８４が直線状チューブ８３に接続するところに至るまで、螺旋状チューブ８４が前進する。らせん状チューブ８４は、直線状チューブ８５の内径よりも狭い外径を有し、近くの領域及び選択された繊維細胞（ｎｅｉｇｈｂｏｒ ａｎｄ ｆｉｂｅｒ ｓｅｌｅｃｔｅｄ）により規定された曲率を有する。同様の方法において、直線状チューブ８３は、直線状であり、それがらせん状チューブ８２に到達するまで伸びる。らせん状チューブは、それが直線状チューブ８１に到達するまで伸びる。各々の一連のチューブは、その前任のチューブよりも小さい。

特定の機能及び組織のために、チューブ半径及びらせんピッチを規定することに関して、経路は、一連のチューブが、実際に特定の領域の中に収まることができる場合だけ、実行可能である。課題は、組織が、全体に亘って直径が変化して、複雑になり得るということである。また、必要とされる操作のタイプが多くなればなるほど、より多くのチューブが必要とされ、入り口で必要とされる直径が大きくなる。３つの方法が、与えられた経路及び利用できる自由空間に基づいて、チューブの直径を作り出すよう示される。これは、本発明の好ましい方法である、４番目に続く。

１．総当り方法（ｂｒｕｔｅ ｆｏｒｃｅ ｍｅｔｈｏｄ）は、経路を生成し、最小から開始して、チューブの各々のセクションに関して、必要とされるチューブの外径を計算する。経路に沿った各々のポイントに関して、そのポイントとある半径で離れた場所との間の違法な状態に関してテストする（ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｉｌｌｅｇａｌ ｓｔａｔｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ａ ｒａｄｉｕｓ ｄｉｓｔａｎｃｅ）。もし、交差が存在するなら、経路は実行できない。しかしながら、ある追加的な方法無しでは、これは、運に実行可能性を委ねる。

２．非常に安全な方法は、予想される最も大きいチューブのサイズにより、自由空間を減らすことである。この方法において、全ての経路を実現することができる。なぜなら、それが限度内にあるからである。残念なことに、それは、小さいチューブが到達することができた組織へのアクセスを妨げることもあろう。

３．楽観主義者の方法（ｏｐｔｉｍｉｓｔ’ｓ ｍｅｔｈｏｄ）は、最も小さい利用可能なチューブの外径で、自由空間を縮小することである。これは、最も小さいチューブでさえアクセスできない領域と、いくらかの可能性を提供し続ける自由空間の領域と、を即座に説明する。この空間で計画を立てることは、実行可能な経路を特定する機会を増やすが、依然、それを保証しない。

４．好ましい一例である方法は、複数の重要な段階を有する：
４．１ 複数の種類の禁止領域を予め計算する。各々の禁止領域は、各々の有益なチューブの外側半径により縮小される。チューブは、それが、他のチューブを入れ子状にし、最も小さいものが、意図されるペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）又はツールを運搬するに十分大きい場合のみ、役に立つ。入れ子状カニューレの意図された使用により、最も小さい有益なチューブが決定される。例えば、もしカメラが挿入されるなら、それは、流体サンプルが取り込まれ、チューブが空である場合よりも、より大きいであろう。減っている自由空間、又は同等に、禁止空間が増えている領域を迅速に実行することができる。各々の有益なチューブに関して一度だけ（ｏｎｌｙ ｏｎｃｅ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｕｓｅｆｕｌ ｔｕｂｅ）。

４．２ 経路に沿って、生体構造の狭い部分内のシードを選択する。したがって、肺の中において、好ましいシードは、食道の中央よりも寧ろ、遠位の腫瘍部位になりやすい。脳内において、例えば、頚動脈より寧ろ、眼動脈といった、最も狭い血管が選択されるはずである。これは通常、標的に配置されるが、標的と、血小板の集合場所（ｐｌａｑｕｅ ｂｕｉｌｄｕｐ ｍｉｄｗａｙ）である、例えば血管適用などでの（ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎ ａ ｖａｓｃｕｌａｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）、エントリーポイントと、の間であることも可能である。

４．３ シードでの禁止領域を、最も小さい有益なチューブの外側半径により決定されるよう、設定する。

４．４ シード配置から存在しているチューブ変更の総数を追跡する。これはコスト対ゴール（ｃｏｓｔ−ｔｏ−ｇｏａｌ）に加えて配置空間において格納され得る。ノードが拡張される際、禁止領域は、チューブの数の変化に基づいて選択され、使用される現在のチューブの半径を定義付ける。終端ノード（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ ｎｏｄｅ）に到達する際、必要とされるチューブの半径も特定されるであろう。

本発明に係る入れ子状カニューレシステムの使用により、臨床医師及び／又は他の医療従事者は、比較的小さな直径の標的位置及び／又は特定の解剖学的領域内において複雑な操作を必要とする標的位置に到達／アクセスし得る。

入れ子状カニューレ技術は、他のナビゲーションデバイスに対して、制限的ではなく、複数の利点を提供する：（ｉ）ジョイントモータ又はマイオネットワイヤ（ｍａｒｉｏｎｅｔｔｅ ｗｉｒｅ）を使用しない伸縮自在のチップの効果的な制御又は角度測定；（ｉｉ）従来のデバイスよりも小さなチューブ直径；（ｉｉｉ）比較的安価で、通常、使い捨てであるカニューレ；（ｉｖ）ニチノール及び同様の製造材料により、カニューレは、任意の形状及び曲率へと形成することができ、したがって、複雑な領域への進入及びアクセスを容易にする；（ｖ）ニチノールは、ＭＲＩで使いやすい材料である；（ｖｉ）事前に形成されたカニューレ構造を、画像ガイダンスの支援を有して手動でガイドすることができ、その後、ＭＲＩに使用しやすい圧電モータによって制御することができる；（ｖｉｉ）連続的により小さい同心カニューレは、より大きな領域に入り、引き続いて最終的にはより小さい領域に到達する、種々の医療用途での使用のための種々の形状に合致する；（ｖｉｉｉ）カニューレシステムの早期の展開は、手動制御及び構造の正確な算出で達成することができる。

一実施形態において、標準的な一式のカニューレは、特定の患者及び／又は標的位置に対して特別に計算された角度及び長さでカスタムが実施されたものであるが（ｂｕｔ ｃｕｓｔｏｍ ｄｅｐｌｏｙｅｄ）、特定のパターンのチューブを使用して、例えば肺である、複数の標的に到達できるよう、定義付けられ得る。一連のらせん状チューブ並びに、直線状チューブ及び／又は円形チューブは、特定の標的位置に届くよう、計算され得る。標的チューブ経路は、結果である一連のアーク及び直線状チューブから生成される。経路計算は、１つのアークから他のアークへの変更が、追加的な不利益を招くように、重み付けされて（ｗｅｉｇｈｔｅｄ）も良い。

本発明の他の説明的な様態において、ニチノールチューブを成形するカスタムを、所定の一式のチューブの注意深い選択によって避けることができる。例示するシステムにおいて、チューブは、一式の固定アーク又はアーク−直線−アーク−直線チューブの交互である一式のいずれかにおいて、入れ子状にすることができる。適切な所定の一式を準備することによって、単純でスピーディな経路計算が可能になる。さらに、標準的な一式のカニューレは、カスタム成形及び製造を必要とするのではなく、大量生産で製造することができる。事前に設定したパターンを有することで、異なる長さに伸長された同じ入れ子状カニューレシステムの潜在的再利用（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｒｅｕｓｅ）によって、同じ個人で、同じ手順で、異なる標的位置に到達することができる。

例示される入れ子状カニューレシステム及び方法を、肺癌診断／生体検査及びそれと同種のものを含む、種々の医療的、診断的、及び／又は外科的用途に関して使用することができる。例えば、入れ子状カニューレシステムを、生体検査ツールの精密な運搬のために、画像ガイダンス及びトラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ）を使用して、生体検査を実行するために使用することができる。本発明に係る入れ子状カニューレシステムは、画像ガイダンス、トラッキング及び光ファイバー伝送及び検出を使用して、自己蛍光を促進する。

実際に、本願に関連する例示された入れ子状カニューレシステム及び方法は、光線力学的療法（ＰＤＴ）においても役に立つかもしれない。ＰＤＴは、肺癌に関して、すでに臨床的に、承認及び補償されている（ｒｅｉｍｂｕｒｓｅｄ）。一例であるＰＤＴ治療において、作用物質（例えば、Ｐｈｏｔｏｆｒｉｎ（登録商標））は、治療に先立って２４−７２時間前に注射され、癌の箇所において堆積し、病変の１ｃｍ以内において供された光によって始動される。残念なことに、気管支鏡は、肺の約３３％を示す、最大パッセージ（ｐａｓｓａｇｅ）に到達するだけである。酸素交換が発生する、より小さいパッセージは、現在の技術、システム又は方法によって到達され得ない（又は正確には到達できない）。本発明に係る入れ子状カニューレシステムは、高解像度画像及びトラッキングの使用を介して、比較的より小さい標的位置に到達することができる。本発明の一例となる様態において、本発明に係る入れ子状カニューレシステムは、現在の気管支鏡の実線と併せて作動することができる。

一例となる入れ子状カニューレシステムは、分子治療又は他の診療行為に関する範囲及び／又は必要性を決定するよう、解剖学的領域に到達することが困難である生体検査に対して利用することができる。例えば、Ｘｏｆｔ社のＡｘｘｅｎｔの小型化された２．ｍｍのＸ線源を使用して、電子的に生成された放射線の「即座での（ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｏｔ）」放射に関しても利用することができる。心臓の環境において、本発明と関連した例示された入れ子状カニューレのシステムは、困難な位置又は方位にアクセスするときに役に立ち得る。血管の用途に関して、本発明に係る入れ子状カニューレシステムは、従来の医療技術によって現在は到達できない複雑な体内管に到達することができる。さらに、入れ子状カニューレは、全体的な遠位長さではなく入り口経路の位置に対してのみ摩擦を生じさせるため、血栓（ｃｌｏｔｓ）を遊離させる危険性が、低減される。

本発明は、胆石に関する、低侵襲性の外科手術に関しても、作動可能でもある、入れ子状カニューレシステムを供する。カニューレは、除去のために、胆嚢に到達するよう適合することができる。消化器病学に関して、本願に係る例示された入れ子状カニューレシステムは、特定の消化管（ＧＩ ｔｒａｃｔ）に対してＰＤＴを供し、以前は到達できなかった標的位置に到達するよう、適合される。また、低侵襲性の脈管構造を介して、脳へと続く標的位置に到達することができる。

この例は、３Ｄにおいても与えられるが、解決法は、デバイスの許容動作をカプセル化して、２Ｄ近傍（２Ｄ ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄｓ）を有する、２Ｄ画像も明らかに応用される。

図４−８は、ここでは、入れ子状カニューレ内のらせん状チューブの構成及び大きさについての、一般的な理解を促進する目的で、基礎的なコンテクストで述べられた。しかしながら、実際には、正味の（ｎｅｔ）らせん状構造は、例えば、図９に示されるような、らせん状チューブ９０内のらせん状チューブ９１の装着（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）といった、多数のらせん状チューブが一緒に装着されるときに、生成される。ここで、後に続く議論は、正味のらせん状構造の経路の決定と、らせん状チューブ及び正味のらせん状構造の自然座標システムの方向の決定とに方向付けられる。

具体的には、各々個々の、らせん状構造コンポーネント（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｈｅｌｉｘ）は、その半径ｒ_ｉ及びそのピッチｎに関連するパラメータｃ_ｉ（ｃ_ｉ＝ｐｉｔｃｈ_ｉ／２π）によって規定される。下付き文字は、ｎのらせん状構造のｉ番目（ｉ^ｔｈ）を示す。各々のらせん状構造の曲率及びねじれ率率は、それぞれの式［１］及び［２］で示されるような、これらのパラメータから理解することができる：

各々のらせん状構造コンポーネントは、Ｚ軸に平行に始まる経路で、座標系の原点｛０｝で始まり、例えば、図１０に示されるような、ある角度α_ｉである、その軸線の周りで回転される。ｉ^ｔｈのらせん状構造の振動平面（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｐｌａｎｅ）が、｛０｝のｘ−ｙ平面にあるとき、α_ｉはゼロであるということに注意してください。各々のらせん状構造の曲率は、大きさ及び方向性の療法を有する。各々のらせん状構造の曲率ｋ_ｉは、曲率の成分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｃｕｒｖａｔｕｒｅｓ）ｋ_ｘ及びｋ_ｙに分解され得、それは：

である。

ｉ^ｔｈのらせん状構造の剛性は、材料のヤング計数［Ｅ］の、らせん状構造の断面２次モーメント（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｓｅｃｏｎｄ ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｅｒｔｉａ）［Ｉ］との積である。ねじり剛性は、材料の剛性率［Ｇ］と、断面極慣性モーメント（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｐｏｌａｒ ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｅｒｔｉａ）［Ｊ］との積である。剛性のマトリックスは、式［４］により規定される：

したがって、ｎのチューブに関して、正味の曲率成分及びねじれ率は、式［５］により与えられる：

結果であるｕは、正味のらせん状構造の曲率成分及びねじれ率を述べる。正味の曲率は、式［６］により与えられる：

したがって、正味のらせん状構造を、その半径、ピッチ及び配向角に関して述べることができる。

ここで、四象限逆タンジェントが使用される。

正味のらせん状構造の特性が見出されると、経路長でのポイントｓを、決定することができる。｛０｝フレームで説明された、このポイントは、ｃ、ｒ、α及びｓの関数として（Ｔｈｉｓ ｐｏｉｎｔ， ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｛０｝ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃ，ｒ， α，ａ ａｎｄ ｓ）：

ここで、

である。

｛０｝における自然座標系｛Ｎ（ｓ）｝は、らせん状構造に沿って移動し、例えば、図１０で示される自然座標系９２のように、曲線に沿った各々のポイントで再び定義される。フレネット−セレット（Ｆｒｅｎｅｔ−Ｓｅｒｒｅｔ）方程式は、自然座標系の方向（Ｔ，Ｎ，Ｂ）を決定する。第１の方向（Ｔ）は、曲線に対する接線であり、第２の方向（Ｎ）は、曲線が加速している方向に向き、最後の方向（Ｂ）は、右手の法則（Ｂ＝ＴｘＮ）により決定される。

｛０｝における自然座標系｛Ｎ（ｓ）｝の３つの方向を、ｃ、ｒ、α及びｓの関数として与えることができる：

ここで

である。

｛Ｎ（ｓ）｝内のベクトルと、｛０｝内の同じベクトルとの間の同時変換：

である。

次は、前述の方程式を実行するための、例示されたコードリストである。

上記のコードから、式［２４］の変換は、Ｔ＿０＿Ｎとして導かれ、保存される。

図１１及び図１２は、コードから導かれた、６つ（６）のらせん状チューブ１０１−１０６の近くの領域を説明し、αは、線部分１００と同様に、Ｒ（ｓ）｛０｝を使用した、各々、｛０｝フレーム内の、｛０，６０，１２０，１８０，２４０，３００｝度である。

図１３は、内側のらせん状チューブ及び外側のらせん状チューブとの間に相互関係を有する、６つの（６）正味のらせん状チューブ１１１−１１６の近くの領域を説明する。チューブの内径の、チューブの外径に対する割合は、Ｒであり、チューブの、該チューブが挿入されるチューブの外径に対する割合は、Ｒ_ｓである。内側のチューブは、α＝０で固定され、外側のチューブは、６つの異なる方位（α＝｛０，６０，１２０，１８０，２４０，３００｝度）各々の１つでのらせん状構造、又は、直線部分１１０のいずれかであることができる。図１３は、Ｒ＝０．７５であり、Ｒ_ｓ＝０．７であるコードのシミュレーションにハイライトを当てる。

図１４は、２つの円形チューブの間に相互関係を有する（即ちピッチがない）６つの（６）正味の円形チューブ１２１−１２６の近くの領域を説明する。内側のチューブは、α＝０で固定され、外側のチューブは、６つの異なる方位（α＝｛０，６０，１２０，１８０，２４０，３００｝度）各々の１つでのらせん状構造、又は、直線部分１１０のいずれかであることができる。図１４は、Ｐ＿ｖｅｃが［０ ０］にセットされるときの、Ｒ＝０．７５であり、Ｒ_ｓ＝０．７であるコードのシミュレーションにハイライトを当てる。

実際には、らせん状チューブは、ツール、基準マーカー又はらせん状構造の端部での方位が重要である他の特徴付けるものを有することができる。以前に述べられたように、全てのらせん状チューブは、固有のねじれ率を有し、その特徴づけるものを、経路にそって回線させ得る。これは図１５で説明され、平面リング１２０（１）をねじることにより、どのようにらせん状チューブ１２０（２）が構成され得るかを説明する。このねじれ１２１は、曲線のねじれ率及び長さの積により与えられる：

この角度は、らせん状構造のねじれを補正するために、あなたがＴ軸の周りで回転させなければならない、回転の量（ラジアンでの）である。

特徴付けるものは、その経路に沿って先ず、ねじられ得る（らせん状形状をとる（ａｓｓｕｍｉｎｇ）よりさらに前に）。一定である最初のねじれ率（単位長さあたりのラジアンでの）τ_ｍに関して、（最初のねじれ率と、らせん状構造のねじれ率の両方を考慮した）最終的なねじれ率は：

である。

座標系｛Ｓ｝は、特徴づけるものの最初の方位を保存するために必要とされた量を、経路に沿って回転させる座標系｛Ｓ｝を決定することができる：

ここで、ｉ_ｓ、ｊ_ｓ及びｋ_ｓは、各々、ｘ_ｓ、ｙ_ｓ及びｚ_ｓ方向での、単位ベクトルである。４つの同時変換によるこの４つは、Ｔ＿０＿Ｓとして上述のコード内で生じる。

本発明は、例示された様態、特徴及び実施を参照して述べられてきたが、開示されたシステム及び方法は、そのような例示された様態、特徴及び／又は実施に限定されない。寧ろ、ここで供された記述から当業者にとっては、はっきりと明確であるように、開示されたシステム及び方法は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、修正、変更及び充実を許すことができる。したがって、本発明は、ここでの範囲内で、そのような修正、変更及び充実を明確に包含する。

Claims (15)

1. 少なくとも１つのらせん状アークを含む一式のアークを介して、解剖学的領域に関連した標的位置に届くよう、協働的に構成及び寸法決めがなされた、複数のテレスコーピングチューブを含み、
   前記アークの各々は、前記解剖学的領域と関連付けられたポイントと前記標的位置との間で決定される、
   入れ子状カニューレ。
2. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも１つの前記らせん状チューブを含み；かつ
   前記らせん状チューブの各々は、該らせん状チューブの回転半径と、前記らせん状チューブのゼロでないピッチのパラメータと、により定義された曲率を有する、
   請求項１に記載の入れ子状カニューレ。
3. 少なくとも２つの入れ子状のらせん状チューブが、該少なくとも２つの入れ子状のらせん状チューブの曲率の相互関係により定義された、正味の曲率を有する、正味のらせん状構造を形成する、請求項２に記載の入れ子状カニューレ。
4. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも１つの前記らせん状チューブを含み；かつ、
   前記らせん状チューブの各々は、該らせん状チューブの回転半径と、前記らせん状チューブのゼロでないピッチのパラメータと、により定義されたねじれ率を有する、
   請求項１に記載の入れ子状カニューレ。
5. 少なくとも２つの入れ子状の前記らせん状チューブは、該少なくとも２つの入れ子状の前記らせん状チューブのねじれ率の相互関係により定義された、正味の曲率を有する、正味のらせん状構造を形成する、請求項２に記載の入れ子状カニューレ。
6. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも1つの前記らせん状チューブを含み；かつ
   前記らせん状チューブの各々に従った自然座標系の移動は、前記解剖学的領域と関連した前記標的位置に到達するために、前記複数のテレスコーピングチューブの、前記構成及び前記寸法決めに要因として入れられる、
   請求項１に記載の入れ子状カニューレ。
7. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも1つの前記らせん状チューブを含み；かつ、
   前記らせん状チューブの各々のねじれによる湾曲は、前記解剖学的領域と関連した前記標的位置に到達するために、前記複数のテレスコーピングチューブの、前記構成及び前記寸法決めに要因として入れられる、
   請求項１に記載の入れ子状カニューレ。
8. 解剖学的領域のイメージを読み込む段階；及び
   少なくとも1つのらせん状アークを含む一式のアークを介して、前記イメージ内の解剖学的領域と関連した標的位置に到達するように、複数のテレスコーピングチューブを、協同的に構成及び寸法決めする段階；
   を含み、
   前記アークの各々は、前記解剖学的領域と関連付けられたポイントと前記標的位置との間で決定される、
   入れ子状カニューレを構成するための方法。
9. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも1つのらせん状チューブを含み；かつ
   前記構成及び寸法決めする段階は：
   前記らせん状チューブの回転半径と、前記らせん状チューブのゼロでないピッチのパラメータと、により定義された、前記らせん状チューブの各々の曲率を決定する段階、を含む、
   請求項８に記載の入れ子状カニューレを構成するための方法。
10. 少なくとも２つの入れ子状のらせん状チューブが、正味のらせん状構造を形成し；かつ
    前記構成及び寸法決めする段階は更に：
    前記少なくとも２つの入れ子状のらせん状チューブの曲率の相互関係により定義された、前記正味のらせん状構造の正味の曲率を決定する段階、を含む、
    請求項９に記載の入れ子状カニューレを構成するための方法。
11. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも1つの前記らせん状チューブを含み；かつ
    前記構成及び寸法決めする段階は：
    前記らせん状チューブの回転半径と、前記らせん状チューブのゼロでないピッチのパラメータと、により定義された、前記らせん状チューブの各々のねじれ率を決定する段階、を含む、
    請求項８に記載の入れ子状カニューレを構成するための方法。
12. 少なくとも２つの入れ子状の前記らせん状チューブは、正味のらせん状構造を形成し；かつ
    前記構成及び寸法決めする段階は更に：
    前記少なくとも２つの入れ子状の前記らせん状チューブのねじれ率の相互関係により定義された、前記正味のらせん状構造の正味のねじれ率を決定する段階、を含む、
    請求項８に記載の入れ子状カニューレを構成するための方法。
13. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも1つの前記らせん状チューブを含み；かつ
    前記構成及び寸法決めする段階は：
    前記らせん状チューブの各々に従って自然座標系の移動を決定する段階、を含む、
    請求項８に記載の入れ子状カニューレを構成するための方法。
14. 前記複数のテレスコーピングチューブは、少なくとも1つの前記らせん状チューブを含み；かつ
    前記構成及び寸法決めする段階は：
    前記らせん状チューブのねじれによる湾曲を決定する段階、を含む、
    請求項８に記載の入れ子状カニューレを構成するための方法。
15. 解剖学的領域のイメージを生成するよう動作可能であるイメージングシステム；及び
    少なくとも1つのらせん状アークを含む一式のアークを介して、前記イメージ内の解剖学的領域と関連した標的位置に到達するように、複数のテレスコーピングチューブを、協同的に構成及び寸法決めするよう動作可能であるコンフィグレーションプランナー；
    を含み、
    前記アークの各々は、前記解剖学的領域と関連付けられたポイントと前記標的位置との間で決定される、
    入れ子状カニューレを構成するための入れ子状カニューレシステム。

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