JP2018527144A - ステッパとスタビライザとの間の可動式接続器 - Google Patents

Abstract

本明細書では複合回転接続器・ステッパ組立体について説明される。この組立体は、長手方向軸上での直線運動を、回転運動を、または直線および回転の両方の運動を、支持するステッパと、基部に連結された第１端部により、および第１回転接合部に連結された第２端部により、結合されたシザーアーム構成にある複合ピン留め平行四辺形を含む複合回転接続器であって、第１回転軸はステッパに連結されている、複合回転接続器と、を含む。複合ピン留め平行四辺形は、第１直線位置から第２直線位置に移動可能であり、第１回転接合部は第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、複合ピン留め平行四辺形により画成される直線方向は第１回転接合部により画成される回転軸に対して実質的に垂直である。【選択図】図３

Description

本発明は、全般的には、ペイロードを保持するためのスタビライザアームとステッパとの間の可動式接続器に関する。

スタビライザ・ステッパ組立体は様々な医療的状況でペイロードの操作および位置決めのために使用され得る。スタビライザは１つまたは複数の機構アームを含み、各アームは通常、複数の接合部と、複数の運動自由度と、を含む。通常、スタビライザは全方向性の運動を支持するよう構成される。ステッパは、ペイロードの受容および保持を行うためのプラットフォームであり、ステッパは通常、スタビライザの少なくとも１つのアームの端部において、または係る端部の近傍において、連結される。

様々な医療的状況では、スタビライザ／ステッパ組立体の使用は撮像、生検、治療、および手術を含む。１つの具体例として、経直腸超音波（ＴＲＵＳ）撮像および前立腺の生検のために使用されるスタビライザ／ステッパ組立体は、超音波トランスデューサおよびニードルガイドを保持するステッパに接続された全方向性の運動を支持する複数接合部を有するスタビライザを含む。超音波トランスデューサは通常、肛門括約筋を通過し、かつ直腸内に受容される直径を有する、細長く、かつ略管状の形状である。ステッパは、トランスデューサの長手方向軸に沿った直線運動を、および／またはトランスデューサの長手方向軸周りの回転運動を、支持する。ニードルガイドも通常、細長く、略管状である。ニードルガイドの長手方向軸はトランスデューサの長手方向軸に対して実質的に平行または斜めであり得、通常、ニードルが超音波画像において可視となるよう、制約される。例えば、ニードルガイドの長手方向軸は通常、トランスデューサの長手方向軸から４５度よりも小さい角度をなし得る。エンドファイア型トランスデューサに対しては、ニードルガイドは実質的に平行に整列されるが、サイドファイア型トランスデューサに対しては、ニードルガイドは平行整列からずれた状態で整列される。

例えば、ＴＲＵＳ撮像および／または生検用のいくつかのスタビライザ・ステッパ組立体が、例えば米国特許第７８３２１１４号（２０１０年１１月１６日発行）、米国特許第７６０４６４５号（２００９年１０月２０日発行）、米国特許第６２４８１０１号（２００１年６月１９日発行）、米国特許第５９６１５２７号（１９９９年１０月５日発行）、および米国特許第５９３１７８６号（１９９９年８月３日発行）において、提案されている。一方、これらの提案される組立体の他にも現在市販の組立体は、ＴＲＵＳ撮像および前立腺の生検の際に肛門および直腸の解剖学的組織により提示される障害物を回避しつつ進行することが不可能であるという欠点を有する。特に、成人男性の肛門括約筋および直腸腔においては、トランスデューサおよびニードルガイドの整列は、前立腺の基部から中間部に対しては容易であるが、前立腺の中間部から先端部に対しては容易ではない。これらの解剖学的な課題は、肛門または直腸の病変により、または亀裂、成長、または腫脹などの異常により、複雑化され得、または、撮像または生検事象の際の患者の動きにより、さらに複雑化され得る。

したがって、代替的なスタビライザ・ステッパ組立体が依然として必要とされる。

１つの態様では、
多方向性の運動を支持する複数の接合部を含むスタビライザと、
長手方向軸を有する長尺医療用器具を保持するためのステッパであって、その長手方向軸上での医療用器具の直線運動を、回転運動を、または直線および回転の両方の運動を、支持するステッパと、
スタビライザおよびステッパに動作可能に接続された複合回転接続器と、
を含み、
複合回転接続器は、スタビライザに連結された第１端部により、および第１回転接合部に連結された第２端部により、結合されたシザーアーム構成にある複合ピン留め平行四辺形を含み、第１回転接合部はステッパに連結され、
複合ピン留め平行四辺形は、第１直線位置から第２直線位置に移動可能であり、回転接合部は第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、
複合ピン留め平行四辺形により画成される直線方向は第１回転接合部により画成される回転軸に対して実質的に垂直であり、回転軸は医療用器具の長手方向軸に対して実質的に垂直である、
医療処置を実施するためのスタビライザ・ステッパ組立体が提供される。

他の態様では、複合回転接続器・ステッパ組立体が提供され、この組立体は、
長手方向軸上での直線運動を、回転運動を、または直線および回転の両方の運動を、支持するステッパと、
基部に連結された第１端部により、および第１回転接合部に連結された第２端部により、結合されたシザーアーム構成にある複合ピン留め平行四辺形を含む複合回転接続器であって、第１回転軸はステッパに連結されている、複合回転接続器と、
を含み、
複合ピン留め平行四辺形は第１直線位置から第２直線位置に移動可能であり、回転接合部は第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、
複合ピン留め平行四辺形により画成される直線方向は第１回転接合部により画成される回転軸に対して実質的に垂直である。

さらに他の態様では、
基部に連結された第１端部と、第１回転接合部を支持するブラケットに連結された第２端部と、により結合された平行四辺形リンク機構を含み、
平行四辺形リンク機構は第１自由度を提供し、第１回転接合部は第２自由度を提供し、
平行四辺形リンク機構により画成される運動の直線方向は第１回転接合部により画成される回転軸に対して実質的に垂直である、
複合回転接続器装置が提供される。

さらに他の態様では、
シザーアームの長手方向軸に沿って第１枢動接合部および第２枢動接合部に連結されたＵ字形状ブラケットを含み、
Ｕ字形状ブラケットは基部アームおよび２つの側面アームを含み、
２つの側方アームは第１枢動接合部に枢動可能に連結され、２つの側方アームのうちの少なくとも１つのアームは第２枢動接合部に摺動可能に連結され、
基部アームはペイロードを支持するための回転接合部を収容する、
シザーアームのための回転アダプタが提供される。

さらなる態様では、この組立体または装置は、非意図的な患者の運動を検出するコンピュータにより実装されたシステムまたは方法に組み込まれる。

様々なスタビライザ／ステッパ組立体を表現するブロック図である。 スタビライザ／ステッパ組立体に接続可能である複合回転接続器の第１斜視図である。 図２で示された複合回転接続器の第２斜視図である。 図２で示された複合回転接続器の第３斜視図である。 図２で示された複合回転接続器の第４斜視図である。 図２〜図５で示された複合回転接続器の医学的使用の解剖学的表現を示す図である。 図３で示された複合回転接続器およびステッパの組み合わせの変形体の（Ａ）第１斜視図と、（Ｂ）第２斜視図と、を示す図である。 図３で示された複合回転接続器およびステッパの組み合わせの他の変形体の（Ａ）第１斜視図と、（Ｂ）第２斜視図と、を示す図である。 スタビライザに連結された図８で示された複合回転接続器およびステッパの組み合わせの斜視図である。 様々な例示的な平行四辺形リンク機構構造体の概略図である。

図面を参照すると、図１Ａおよび図１Ｂでは、ＴＲＵＳ撮像および／または前立腺の生検のために提案される様々なスタビライザ／ステッパ組立体のブロック図表現が示されている。図１Ａでは、患者の肛門外口の外部表面の外側かつ係る肛門外口の近傍位置から、患者の肛門括約筋を通して挿入され、かつ直腸腔内の位置までの、ステッパ２００により保持される超音波トランスデューサの全方向性粗調整を支持する、複数の自由度を提供する複数の可動接合部を含むスタビライザ１００が示されている。挿入後、スタビライザ接合部は、スタビライザがまったく動かないよう、ロックされる。挿入後、トランスデューサ位置は、ステッパ２００により提供される微調整機構（例えばトランスデューサの長手方向軸に沿った直線運動、および／または係る長手方向軸周りの回転運動）を使用して調整され得る。ステッパ２００は固定接続器を通してスタビライザ１００に接続される。したがって、ステッパ２００の微調整による提供が不可能である挿入後の所望の位置運動は、スタビライザ１００をロック解除してトランスデューサを所望の位置まで移動させることにより、達成されなければならない。しかしスタビライザ１００は、多方向性の粗調整のために意図されたものであり、複数の所望の位置にアクセスするための挿入後の動きに対しては好適ではない。

図１Ｂでは、全方向性の微調整を支持する全方向性接続器２０を通してステッパ２００に接続されたスタビライザ１００を含む、スタビライザ／ステッパ組立体の提案される実装が示されている。図１Ｂで図示されるスタビライザ／ステッパ組立体は、複数の所望の位置にアクセスするためのトランスデューサ挿入後の動きが全方向性の微調整により支持され得るという点で、図１Ａで示されるスタビライザ／ステッパ組立体よりも改善されている。しかし微調整機構は、有用または実際的な範囲が限られている。なぜならユーザが微調整機構を操作する際には、微調整機構に固有であるわずかな増加分により大きい可動域を達成することが、時間を要し、かつ煩雑であるためである。したがって接続器２０を微調整の範囲外の位置まで移動させるためには、スタビライザ１００を再びロック解除してトランスデューサを所望の位置まで移動させることが必要となるであろう。さらに全方向性接続器２０の操作は、全方向性の微調整を構成する複数の直線運動および回転運動のオプションにより、不必要に複雑化される。

図１Ｃでは、トランスデューサの長手方向軸に対して垂直である第１軸周りの回転粗調整と、トランスデューサの長手方向軸と交差する第２軸に沿った直線粗調整と、を支持する複合回転接続器３０を通してステッパ２００に接続されたスタビライザ１００を含む、スタビライザ／ステッパ組立体が示されている。図１Ｃで示されるスタビライザ／ステッパ組立体は、スタビライザのロック解除を必要とすることなく前立腺に対する複数の所望の位置にアクセスするための少なくとも２つの自由度（ＤＯＦ）を有する挿入後の粗調整を提供することにより、図１Ａおよび図１Ｂで示されるスタビライザ／ステッパ組立体の欠点を克服する。接続器において粗調整機構を提供することにより、前立腺にアクセスするための複数の所望位置をパンアクセスするための十分な可動域が保証される。動きを、長手方向軸に対して垂直な軸周りの回転運動に制限することは、動きを作動させるオプションを、複数の所望の位置に関連する経路に制限することにより、複合回転接続器３０の操作を簡素化する。

図２〜図５では、スタビライザ／ステッパ組立体に接続され得る複合回転接続器３０の斜視図が示されている。図２では、複合回転接続器３０により接続された、スタビライザ１００の部分図およびステッパ２００の部分図が示されており、その一方で、図３〜図５では、スタビライザ１００が示されておらず、ステッパ２００の全体図が示されている。複合回転接続器は、回転アダプタ３４にリンクされた直線状に伸張／収縮するシザーアーム構成の状態にある複合ピン留め平行四辺形３２を含む。複合ピン留め平行四辺形３２は、接続器基部３６をスタビライザ１００に可逆的に接続するためのボルト・内径機構３８を含む接続器基部３６に接続する。複合ピン留め平行四辺形３２は、接続器基部３６から伸張し、回転アダプタ３４にリンクする。次に回転アダプタ３４はステッパ２００にリンクする。複合ピン留め平行四辺形３２は２つのＤＯＦを提供する。さらに詳細には、その長手方向寸法に沿った直線運動の１つＤＯＦと、基部３６に連結する枢動点を提供する回転接合部５０ａ上の回転運動の第２のＤＯＦと、が提供される。回転アダプタ３４は２つのＤＯＦを提供する。さらに詳細には、対称的Ｕ型ブラケット６４を非対称的Ｕ型ブラケット６０に枢動可能にピン留めする回転接合部６２上での回転運動の第１ＤＯＦと、ステッパ２００の基部ブロック２１８を対称的Ｕ型ブラケット６４に枢動可能にピン留めする回転接合部６６上での第２ＤＯＦと、が提供される。回転接合部６２の回転軸（ピッチ軸とみなされ得る）は回転接合部６６の回転軸（ヨー軸とみなされ得る）に対して垂直であり、回転接合部６２のピッチ軸はその可動域の全域においてステッパ２００の長手方向回転軸（ロール軸とみなされ得る）と交差し、その一方で、回転接合部６６のヨー軸はその可動域の全域においてステッパ２００の長手方向回転軸（ロール軸）に対して垂直な状態に保たれる。回転接合部６２のピッチ軸は、可動域の単一の地点または位置（例えば回転接合部６６により提供されるヨー軸のステッパ２００の可動域における中央地点または位置）においてステッパ２００の長手方向回転軸（ロール軸）に対して垂直であり得る。ステッパ２００は、追加的な２つのＤＯＦ、すなわち長手方向軸に沿った回転運動の第１ＤＯＦと、長手方向軸に沿った直線並進運動の第２ＤＯＦと、を提供する。したがって、複合ピン留め平行四辺形３２、回転アダプタ３４、およびステッパ２００が組み合わされると、６つのＤＯＦが提供される。表１では、対応する構造体／接合部の参照番号、運動の種類、オペレータ／臨床医の視点からのステッパに保持される医療用器具の機能的運動、および追跡エンコーダ参照番号を有する、６つのＤＯＦの概要が提供される。

複合ピン留め平行四辺形は、接続器基部３６との接続点から回転アダプタ３４との接続点までの長手方向寸法と、長手方向寸法に対して垂直な横方向寸法と、を画成する。複合ピン留め平行四辺形３２が収縮姿勢から拡張姿勢まで動かされるにつれて、長手方向寸法は大きくなり横方向寸法は小さくなる。逆に、複合ピン留め平行四辺形３２が拡張姿勢から収縮姿勢まで動かされるにつれて、長手方向寸法は小さくなり横方向寸法は大きくなる。

複合ピン留め平行四辺形３２は、接続器基部３６から延長する３つの連続的にピン留めされた平行四辺形、すなわち近位平行四辺形４０と、中間平行四辺形４２と、遠位平行四辺形４４と、を含む。なおここでは、近位平行四辺形４０は接続器基部３６に接続され、遠位平行四辺形４４は回転アダプタ３４に接続され、中間平行四辺形４２は、近位平行四辺形４０および遠位平行四辺形４４の両方に接続されている。各平行四辺形は、４つのコーナー部において枢動接合部により連結された４つの棒材を含む。各平行四辺形は、２つの対向するコーナー部が複合ピン留め平行四辺形の長手方向寸法と位置合わせされ、２つの対向するコーナー部が複合ピン留め平行四辺形の横方向寸法と位置合わせされるよう、配置される。複合ピン留め平行四辺形であるため、３つの平行四辺形部分４０、４２、および４４は、共通の棒材および共通の枢動接合部を共有する。

各平行四辺形の複数の枢動接合部でピン留めされた棒材は、複合ピン留め平行四辺形３２のシザーアーム構成内の位置に基づいて、３種類の枢動接合部として区別され得る。複数の中央枢動接合部（例えば枢動接合部５０）はシザーアーム構成の中央に配置され、その一方で、複数の第１および第２の周辺枢動接合部（例えば枢動接合部５２および５４）はそれぞれシザーアーム構成内の対向する横方向端部に配置される。複合ピン留め平行四辺形３２が収縮姿勢から伸張姿勢へと、または伸張姿勢から収縮姿勢へと動くにつれて、中央枢動接合部５０、第１周辺枢動接合部５２、および第２周辺枢動接合部５４の各枢動接合部はそれぞれ、隣接する中央枢動接合部、第１周辺枢動接合部、および第２周辺枢動接合部に対して長手方向に整列された状態を保持する。

複合ピン留め平行四辺形３２の遠位端部において、遠位平行四辺形４４は回転アダプタ３４に連結される。回転アダプタ３４は、基部アーム部６０ａならびに対向アーム部、基部アーム部から非対称的な長さで延長する短アーム部６０ｂおよび長アーム部６０ｃを含む非対称的Ｕ型ブラケット６０を含む。非対称的Ｕ型ブラケット６０は２つの隣接する中央枢動点５０ｂおよび５０ｃに連結される。これらの枢動点５０ｂおよび５０ｃは、複合ピン留め平行四辺形３２の長手方向に沿って整列された遠位平行四辺形４４の中央枢動軸に対して正反対の位置にある。中央枢動接合部５０ｂおよび５０ｃは複合ピン留め平行四辺形３２の長手方向に沿って長手方向距離だけ離間され、非対称的Ｕ型ブラケット６０は、Ｕ型ブラケット基部６０ａに対して最も近位にあり、かつ、接続器基部３６から最も遠位にある遠位中央枢動接合部５０ｂに対しては枢動可能にピン留めされ、隣接する中央枢動接合部５０ｃに対しては摺動可能に連結される。さらに詳細には、Ｕ型ブラケット６０の対向するアーム部６０ｂおよび６０ｃの両方が遠位中央枢動接合部５０ｂに対して枢動可能に連結され、その一方で、長アーム部６０ｃのみが隣接する中央枢動接合部５０ｃに対して摺動可能に連結される。長アーム部６０ｃに対して中央枢動接合部５０ｃを摺動可能に連結することは、車両・走路機構を用いて達成される。なお車両・走路機構において、車両が枢動接合部５０ｃの枢動ピンに接続され、走路が長アーム部６０ｃ内に形成され、車両は走路内で摺動可能に受容される。長アーム部６０ｃに対して中央枢動接合部５０ｃを摺動可能に連結することは、任意の他の好適な摺動機構（例えば、枢動接合部５０ｃの枢動ピンが長アーム部６０ｃ内に形成されたスロットに摺動可能に連結されるピン・スロット機構）を通しても達成され得る。Ｕ型ブラケット６０が２つの隣接する中央枢動点５０ｂおよび５０ｃに連結されていることは、複合ピン留め平行四辺形３２が直線状に収縮／伸張する動きの軸が、回転接合部６２の回転軸に対しては平行な状態に、回転接合部６６の回転軸に対しては垂直な状態に、整列されることを保証する。回転接合部６２は、非対称的Ｕ型ブラケット６０の基部アーム部６０ａに接続され、対称的Ｕ型ブラケット６４とも接続されている。それにより対称的Ｕ型ブラケット６４は非対称的Ｕ型ブラケット６０に対して回転運動が可能である。次に対称的Ｕ型ブラケット６４は、回転接合部６６上でステッパ２００の基部ブロック２１８に回転可能にピン留めされる。それにより、ステッパの長手方向軸に対して垂直であり、かつ、複合ピン留め平行四辺形３２の直線状の収縮／伸張運動に対して垂直である、回転運動が提供される。

１つまたは複数のエンコーダが、複合回転接続器３０およびステッパ２００の組み合わせにより提供される６つのＤＯＦのうちの１つまたは複数を追跡するために、使用され得る。位置追跡が不可欠である用途では、６つのＤＯＦ全部がエンコーダにより独立的に追跡され得る。構造体および／または接合部に対するエンコーダ９０Ａ〜９０Ｆの関係が、上記の表１でまとめられ、図３および図４で示されている。

平衡機構７０は接続器基部３６に枢動可能に連結された複合ピン留め平行四辺形３２の中央枢動接合部５０ａを支持する。平衡機構７０は、複合回転接続器３０、ステッパ２００、およびステッパペイロード（例えば超音波トランスデューサ２１０など）の組み合わされた重量を支持するよう構成される。したがって複合ピン留め平行四辺形３２がロック解除されている間、平衡機構が、組み合わされた重量と、中央枢動接合部５０ａ上において結果的に生じたトルクと、を支持し、それにより、オペレータがペイロードを容易に操作することが可能である。最適化された実装では、平衡機構は、ロック解除されオペレータ（すなわち医師／臨床医）により支持されていないとき、中央枢動接合部５０ａの回転位置を保持する（すなわち、回転ドリフトを防止する）。平衡機構７０は、２つの力生成部材（接続器基部３６から、２つの異なる方向に、中央枢動接合部５０ａに対する２つの異なる偏心接触点へと接続された第１ガススプリング７２および第２ガススプリング７４など）を含む。各スプリングは、回転接続器３０、ステッパ２００、および関連するペイロードの組み合わされた重量との平衡を取るために、近位平行四辺形４０から延長する異なるリンク機構棒に対して作用する。２つのスプリング間には固定された角度関係は存在しない。

図３で示されているように、各スプリングの長手方向軸は、２つのリンク機構棒のうちの各リンク機構棒が枢動接合部５０ａによりピン留めされている力の三角形を形成する。この力の三角形の３つの頂点は次に示す３つの点、すなわち、（１）スプリングと基部３６との接触点、（２）スプリングと枢動接合部５０ａから一定距離にあるリンク機構棒との接触点、および、（３）枢動接合部５０ａ、である。スプリングは、スプリング枢動軸間の距離がスプリングの圧縮に等しくなり、力の三角形のサイズが平衡の保持／支持能力を決定するように制約されるよう、基部およびリンク機構棒に連結される。例えば、力の三角形のサイズは、したがって保持／支持能力は、リンク機構棒に形成されたスロット７６に沿った接触地点の位置を調整し可逆的にロックすることにより、枢動接合部５０ａと、スプリングおよびリンク機構棒の接触地点と、の間の距離を調整することにより、調整され得る。さらに、平衡機構に関する詳述が２０１５年１月１４日に出願された同時係属中の国際公開第ＰＣＴ／ＣＡ２０１５／００００２３号（２０１６年７月２１日に公開された国際公開第２０１６／１１２４５２号）で提供されている。

２つのブレーキが複合ピン留め平行四辺形３２に連結され、第１ブレーキクランプ８０は中央枢動接合部５０ａ上の回転運動をロックするために使用され、第２ブレーキクランプ８２は直線状の収縮／伸張運動をロックするために使用される。両方のブレーキクランプ８０および８２は、独立的に手動操作することにより、第１ロック解除位置から第２ロック位置に変化し得る。ブレーキクランプ８０に連結されたハンドルアクチュエータ８１は、手動操作することにより、ブレーキクランプ８０に対して圧縮負荷を印加し、その結果、中央枢動接合部５０ａ上での回転運動がロックされ得る。それにより、運動モードからロックモードへの中央枢動接合部５０ａの切り替えの制御が可能である。ノブアクチュエータ８３は、手動操作することにより、ブレーキクランプ８０に対して圧縮負荷を印加し、その結果、複合ピン留め平行四辺形３２の直線状の収縮／伸張運動がロックされ得る。それにより、運動モードからロックモードへの複合ピン留め平行四辺形３２の切り替えの制御が可能である。

ＴＲＵＳ撮像および生検では、ステッパ２００は図５で示されるように超音波トランスデューサ２１０を保持する。ニードルガイド２３０が超音波トランスデューサ２１０に可逆的に連結され得る。例えばニードルガイド２３０は半円クリップ（図示せず）を含み得る。この半円クリップは超音波トランスデューサ２１０の円筒形プローブ部分に可逆的に係合するために使用され得る。超音波トランスデューサ２１０を、アクチュエータノブ２１２を操作することにより長手方向軸に沿って直線状／並進状に前後運動させると、１つのＤＯＦが提供され得る。超音波トランスデューサ２１０も、その長手方向軸上で回転またはロールさせると、他のＤＯＦが提供され得る。直線運動は、キャリッジ２１６の中心に配置され、かつ長手方向に向けられたラック棒２１４の周辺上に形成されたラックを含むラック・ピニオン機構により提供される。キャリッジ２１６は、トランスデューサ２１０を受容および捕捉し、キャリッジ２１６の長手方向軸はトランスデューサ２１０の長手方向軸に対して実質的に同軸状である。ラック棒２１４の長手方向軸は、キャリッジ２１６の長手方向軸に対して実質的に平行であるが、キャリッジ２１６の長手方向軸から離間している。ラック棒２１４は、アクチュエータノブ２１２に接続され、かつアクチュエータノブ２１２に対して同軸状である、ピニオン（図示せず）と係合する。ロール運動は、ステッパ２００の基部ブロック２１８内に形成された半パイプ状導管内に回転可能に受容される半円筒形ブロック２２０（キャリッジ２１６の長手方向寸法に沿って中心に配置される）により形成された回転接合部により提供される。直線運動は、エンコーダ９０Ｆにより追跡され、その一方で、ロール運動もエンコーダ９０Ｅにより追跡される。

複合回転接続器３０は４つのＤＯＦを、すなわち、回転アダプタ３４の２つの互いに垂直な回転軸と、複合ピン留め平行四辺形３２の直線状収縮／伸張運動軸および回転軸と、を、定める。複合ピン留め平行四辺形３２の回転軸は直線状収縮／伸張運動軸に対して垂直である。４つのＤＯＦの全部は、図３で示されるエンコーダ９０Ａ〜９０Ｄによる独立的な追跡が可能である。複合回転接続器３０は、超音波トランスデューサ２１０の長手方向軸に対してその可動域全体に沿って実質的に交差する３つのＤＯＦ（複合ピン留め平行四辺形３２の直線状ＤＯＦ、および回転アダプタ３４の２つの回転ＤＯＦ）を提供する。３つの交差するＤＯＦは、前立腺の対向する周辺地点の全域（例えば、被験者およびスタビライザ／ステッパ組立体の相対的位置に応じて、前立腺の先端領域から基部領域、または前方領域から後方領域）にわたるパンに関連する経路に沿ったトランスデューサの角度運動を提供する。これらの３つのＤＯＦの関係は、接合部６６の回転軸が、その可動域全域において、超音波トランスデューサ２１０の長手方向軸に対して実質的に垂直に保たれ、その一方で、接合部６２の直線状伸張／収縮運動軸および回転軸が、その可動域の中心に保持された場合にのみ、超音波トランスデューサ２１０の長手方向軸に対して実質的に垂直となるよう、さらに定められ得る。超音波トランスデューサ２１０の長手方向軸が、ステッパ２００の長手方向軸に対して、平行となるよう、および多くの場合同軸状となるよう、全般的に構成されるため、これらの３つのＤＯＦ、すなわち複合ピン留め平行四辺形３２の直線状ＤＯＦ、および回転アダプタ３４の２つの回転ＤＯＦ、の関係は、トランスデューサ２１０およびステッパ２００の両方に対して全般的に同様である。

複合回転接続器３０は、トランスデューサ２１０の角度運動を提供し、その一方で、トランスデューサ２１０の枢動点またはステッパ２００の運動の遠隔中心を、患者の肛門括約筋と略整列した状態に維持する。運動の遠隔中心の維持は２対のＤＯＦ、すなわち、中央枢動接合部５０ａのＤＯＦおよび回転接合部６２のＤＯＦの対と、直線状の収縮／伸張運動のＤＯＦおよび回転接合部６６のＤＯＦの対と、の協調運動により、達成される。さらに、回転アダプタ３４の２つのＤＯＦは、患者の動きに対する挿入後の追跡および調整を支持する。エンコーダ９０Ｃは回転接合部６２の運動を追跡し、その一方で、エンコーダ９０Ｄは回転接合部６６の運動を追跡する。エンコーダ９０Ｃ、エンコーダ９０Ｄ、または９０Ｃおよび９０Ｄの両方により追跡される運動は、エンコーダ９０Ａおよび９０Ｂからの運動が存在しないかまたは比較的小さい場合、非意図的な患者の運動を示す。したがって、回転アダプタ３４の２つのＤＯＦおよび対応するエンコーダは、非意図的な患者の運動を検出し、非意図的な運動を補償するために追跡機構を補正する方法を提供する。さらに詳細には、この方法は、非意図的な患者の運動を、医師の指示によるステッパの意図的な運動から、検出および区別することを含む。なお非意図的な患者の運動は、エンコーダ９０Ｄおよび９０Ｃが、個別的にまたは組み合わされた状態で作動すると同時に、複合回転接続器およびステッパに連結された他の４つのエンコーダの作動が存在しないかもしくは欠如すること、または、係るエンコーダの作動の程度が低いこと、により示される。非意図的な患者の運動は、患者の横方向と比較して、患者の前／後方向において発生する場合が多い。オペレータから見た場合、患者の前／後方向の運動は左／右の運動である。この特定的な運動は、他の接合部／エンコーダのうちのいずれの接合部／エンコーダにも付随的な運動を生じさせることなく、回転接合部６６の回転を生じさせるか、または、オペレータが意図的にプローブを移動させた場合に結果的に生じるであろう接合部／エンコーダの運動と比較して、より小さい運動が他の接合部／エンコーダのうちのいずれかの接合部／エンコーダに生じる状態で、回転接合部６６の回転を生じさせるであろう。結果として、患者の運動は、コンピュータにより実装される追跡ソフトウェアにより検出され、自動的に合理的な説明が可能である。患者の左／右（オペレータから見た場合、上／下）への非意図的な患者の運動も同様に補正が可能である。

複合回転接続器３０を含むステッパ／スタビライザ組立体を使用する具体例について、ＴＲＵＳ撮像および／または生検手技に関して、ここで説明する。使用時、オペレータ（通常は泌尿器科医）は最初に、ステッパ２００と、ステッパにより保持される超音波トランスデューサ２１０と、を、スタビライザ１００により支持される粗い多方向性の運動により位置決めする。さらに詳細には泌尿器科医は、超音波トランスデューサが図６で示されているように患者の直腸に挿入されるよう、１つまたは複数のスタビライザ接合部をロック解除し、１つまたは複数のスタビライザ接合部の粗調整を使用してステッパ２００を位置決めする。患者は、横臥または砕石位で、横たわり得る。通常は、２本アーム型のスタビライザを使用する場合、患者は砕石位にある。

図６では、弓形経路９０に沿った動きが存在しない場合には、超音波トランスデューサおよび関連するニードルガイドが、直腸および肛門括約筋の解剖学的組織により、前立腺の中間部分から基部部分のみにアクセスすることに制限されることが示されている。弓形経路９０に沿った動きは、前立腺の中間から先端および前方ゾーン領域にアクセスするために必要である。このことは前立腺肥大に関して特に成り立つ。健康な成人男性の前立腺は、基部から先端部まで３．５ｃｍの長さ、左から右まで４．０ｃｍの幅、および周辺ゾーンの外側縁部から前方ゾーンの外側縁部まで２．５ｃｍの深さの通常寸法を有する、クルミ大であると従来から説明されている。しかし生検は通常は、健康なクルミ大の前立腺に対しては実施されない。むしろ生検は多くの場合、ラケットボール大もしくはテニスボール大の、またはさらにはグレープフルーツほどの大きさにもなり得る、前立腺肥大に対して実施される。小サイズの前立腺に対しては、弓形経路９０に沿って１０度の可動域が、先端領域から基部領域まで前立腺の全体に沿ってパンするにあたり、十分となるであろう。しかし大部分の前立腺肥大に対しては、弓形経路９０に沿って１０度の可動域では不十分であり、少なくとも２０度、より典型的には少なくとも３０度の可動域が、基部領域から先端領域まで大部分の前立腺肥大に沿ってパンするにあたり必要とされる。

簡便性のために、超音波トランスデューサ２１０が、支持用のステッパ／スタビライザ組立体が存在しない状態で図６に示されている。超音波トランスデューサ２１０が直腸内の所望の位置に挿入されると、スタビライザの１つまたは複数の接合部は、スタビライザがロックされ静止状態となるよう、ロックされる。ステッパ２００は、超音波トランスデューサの長手方向軸に沿った直線状の並進運動を、および／または、長手方向上の回転振動を、提供することにより、超音波トランスデューサ２１０が位置決めされるよう、挿入後の微調整のために使用される。直線運動および回転運動の両方が、エンコーダ（例えば、直線運動はエンコーダ９０Ｆ、および、回転運動はエンコーダ９０Ｅ）により追跡され得る。複合回転接続器３０は、スタビライザ１００からは独立して、挿入後における超音波トランスデューサの直線運動および回転運動の粗調整を支持する。それにより、弓形経路９０に沿った超音波トランスデューサ２１０の角度運動が達成可能となり、スタビライザ１００がそのロックされた静止姿勢に保持されつつ、枢動点が患者の肛門括約筋に対して実質的に整列された状態に保持される。泌尿器科医にとって、スタビライザ１００を挿入後にロック状態に保持することは有利である。なぜならスタビライザは操作の扱いが難しく、直腸腔内の挿入位置に達するまでの多方向性の粗調整に対しては好適であるが、挿入後の調整に対しては好適ではないためである。さらに、弓形経路９０に沿った簡便な粗調整を可能にする複合回転接続器３０により提供される角度運動は、多数の泌尿器科医にとって１本アーム型のスタビライザを使用して再現することは非常に困難であり、おそらくは達成不能である。多アーム型のスタビライザの操作は、弓形経路９０に沿った動きを再現することは可能であり得るが、それにもかかわらず、患者の肛門括約筋に対して動きの遠隔中心の整列および付着を再現することは、不便かつ非実際的でありほぼ不可能である。

複合回転接続器３０は、患者の肛門括約筋に対する運動の遠隔中心の整列が、非意図的な患者の運動の間を通して、維持されることを可能にする。回転アダプタ３４の２つのＤＯＦは、患者の運動に対する挿入後の追跡および調整を支持する。エンコーダ９０Ｃは回転接合部６２の運動を追跡し、その一方で、エンコーダ９０Ｄは回転接合部６６の運動を追跡する。エンコーダ９０Ｃ、エンコーダ９０Ｄ、または９０Ｃおよび９０Ｄの両方により追跡される運動は、エンコーダ９０Ａおよび９０Ｂにより追跡される運動が存在しないかまたは比較的小さい場合、非意図的な患者の運動を示す。したがって、回転アダプタ３４の２つのＤＯＦおよび対応するエンコーダは、非意図的な患者の運動を検出し、非意図的な運動を補正するために追跡機構を修正する方法を提供する。さらに詳細には、この方法は、非意図的な患者の運動を、医師の指示によるステッパの意図的な運動から、検出および区別することを含む。なお非意図的な患者の運動は、エンコーダ９０Ｄおよび９０Ｃが、個別的にまたは組み合わされた状態で作動すると同時に、複合回転接続器およびステッパに連結された他の４つのエンコーダのうちの１つまたは複数のエンコーダの作動が存在しないかもしくは欠如すること、または係るエンコーダの作動の程度が低いこと、により示される。

通常は、運動の粗調整は、増加分が大きい運動および大きい可動域を支持するが、その一方で、特定の位置を標的とするか、または経路に沿った特定の一連の位置を標的とする際の確度を犠牲にする。運動の微調整は確度を達成するが、その一方で、増加分および可動域を犠牲にする。複合回転接続器３０は、所望により前立腺の先端部分から中間部分、および／または、前立腺の周辺ゾーン部分から前方ゾーン部分、に対するアクセスに関連する弓形経路９０に沿った運動の粗調整を支持することにより、確度と、増加分および可動域と、の利点を組み合わせ得る。複合回転接続器３０は、運動を、基部部分から先端部分までの全域にわたり前立腺をパンすることに関連する経路に、すなわち、超音波トランスデューサ２１０の長手方向軸に垂直な軸上での角度／回転運動に、制限する一方で、トランスデューサ２１０の枢動点またはステッパの運動の遠隔中心を患者の肛門括約筋と略整列した状態に保持することにより、確度の達成が可能である。

超音波トランスデューサ２１０の１つの目的は、前立腺を撮像することである。他の目的は、標的化された生検のために生検ガイドを対象領域に案内することである。前立腺の標的化された生検を実施するための選択肢は、経会陰生検および経直腸生検を含む。経会陰生検は、案内がＴＲＵＳ撮像により提供される間に経会陰生検ニードル挿入を案内するためにステッパ装置の前部に取り付けられたテンプレートの追加を要求する。経直腸生検は、トランスデューサプローブ内のトランスデューサ要素の位置（例えばサイドファイア位置と比較してエンドファイア位置）に応じて超音波トランスデューサ２１０の平行または非平行（例えば斜め）に配置されたニードルガイドを含むＴＲＵＳ撮像および生検として、最も一般的に実施される。ニードルは直腸の壁部を前立腺に刺入する。

いくつかの例示的な変化例について上述してきた。さらなる変化例および変更例について、以下で説明する。さらに、変化例および変更例を構成するための案内関係についても以下で説明する。さらなる変化例および変更例について検討し、係る変化例および変更例は当業者により理解されるであろう。

複合回転接続器は位置の粗調整を支持する。複合回転接続器は、所望により平行四辺形構造体または作動機構を変更することにより、位置の微調整を支持するよう適応され得る。

複合回転接続器の使用は、前立腺の生検に限定されず、たとえば前立腺撮像および前立腺治療にも使用され得る。加えて、複合回転接続器は、長手方向軸を有する細長い医療用器具がステッパ／スタビライザ組立体に保持される他の医療処置にも使用され得る。

複合回転接続器は、１本アーム型スタビライザまたは多アーム型スタビライザ（例えば２本または３本アーム型スタビライザなど）を有する組立体を含む多数の従来型ステッパ／スタビライザ組立体に組み込まれ得る。２本アームまたは３本アーム型のスタビライザは、ステッパの重心を位置合わせするためのより大きいフレキシビリティを可能にする。例えば２本アーム型のスタビライザはステッパを保持することが可能であり、ここでは、重心は各アームの端部に接続された２つのボールジョイント間に存在する。３本アーム型スタビライザは、ステッパを保持することが可能であり、ここでは、ステッパの重心は、３本のアームに対して空間内の任意の場所であり得る。ステッパ３００、複合回転接続器１３０、およびスタビライザ１０１を含む組立体の一例が図１０で示されている。

複合回転接続器は、任意の他の可動接合部と組み合わせて少なくとも１つの回転可能な接合部を含むものと一般に考えられる。本明細書で記載の事例では、複合回転接続器は、少なくとも１つの直線状収縮／伸張運動軸と、少なくとも１つの回転軸と、含み、少なくとも１つの回転軸が直線状収縮／伸張運動軸に対して実質的に垂直に向けられ、ステッパまたはステッパにおいて保持される医療用器具の長手方向軸に対して実質的に垂直に向けられるかぎり、あらゆる多様な可動域に適応し得る。少なくとも１つの直線状の収縮／伸張運動に沿った運動は、少なくとも１つの回転軸上に運動に対して独立的であり得る。通常は、少なくとも１つの回転軸の可動域は約２０度よりも大きい。例として前立腺生検を取り上げると、少なくとも２０度の可動域が、前立腺の長手方向または横方向寸法に対して大部分の前立腺肥大の対向する周辺地点の全域をパンする（例えば前立腺の先端領域から基部領域まで、または前方領域から後方領域までパンする）にあたり必要である。臨床現場において遭遇する前立腺肥大の範囲は、多様であり、典型的なクルミより多少大きいサイズの前立腺から、ラケットボール大、テニスボール大、さらにはグレープフルーツ大の前立腺よりも大きいサイズにもなり得る。１８０度の可動域は、ほぼ全部の前立腺肥大に対応するにあたり十分となるであろう。しかし大部分の前立腺肥大は、９０〜１２０度のより小さい可動域により対応され得る。可動域は、用途に応じて設定され得るが、常に１０度以上となるであろう。通常は、回転接続器の可動域は、約１５度、２０度、３０度、４０度、５０度、６０度、７０度よりも大きい値であるか、またはこれらの間の任意の数値以上の値となるであろう。

角度運動を提供するための複合ピン留め平行四辺形３２を接続器基部３６に連結する単一の枢動接合部は省略可能である。複合ピン留め平行四辺形の構造体は、例えば図７で示されているように、枢動可能に基部に連結された２つの平行四辺形リンク機構棒と連結され得る。２つの枢動接合部のうちの一方は、複合ピン留め平行四辺形３２の長手方向軸に対して直交する横方向に基部３７に沿って摺動可能であってもよい。基部３７に対する二重枢動接合を用いた場合、平衡機構７０および回転接合部６２は不必要となり得る。しかし、複合ピン留め平行四辺形の回転運動を組み込むことが、平衡機構または回転接合部６２を組み込むことと必ずしも密接不可分に連携するものではないこと、および、これらの３つの要素のうちの１つまたは複数の要素が、他の要素（単数または複数）が存在しない場合に利益を提供し得ること、が理解されるであろう。

複合ピン留め平行四辺形３２を回転アダプタ３４に連結することは、多様な様式で達成され得る。隣接する中央枢動接合部を複合ピン留め平行四辺形の長手方向軸に沿って非対称ブラケット６０に連結することに替わり、連結は、複合ピン留め平行四辺形の遠位端部の対向する横方向に整列された周辺枢動接合部に連結された横方向棒を用いて達成され得る。なおここで、枢動接合部のうちの１つの枢動接合部は横方向に摺動可能である。しかし、複合ピン留め平行四辺形の遠位端部に対する横方向連結の短所は、長手方向連結と比較して、複合ピン留め平行四辺形が収縮／伸張する際の横方向運動と、横方向摺動が複合ピン留め平行四辺形の直線状伸張／収縮運動軸に直交または垂直であるために生じる横方向摺動に起因する潜在的摩擦と、である。複合ピン留め平行四辺形３２を回転アダプタ３４に連結することに関する改変の他の事例では、非対称的Ｕ型ブラケット６０が対称的Ｕ型ブラケットと置き換えられ得る。この対称的Ｕ型ブラケットでは、対称的Ｕ型ブラケットの２本の平行アームの各アームは、複合ピン留め平行四辺形の長手方向軸に沿った２つの連続的な中央枢動接合部（例えば図２で示される中央枢動接合部５０ｂおよび５０ｃ）に連結され、対称的Ｕ型ブラケットの２本の平行アームの各アームは、端部または遠位の中央枢動接合部（例えば遠位中央枢動接合部５０ｂ）に枢動可能に連結され、隣接する中央枢動接合部（例えば中央枢動接合部５０ｃ）に摺動可能に連結される。

非対称的Ｕ型ブラケット６０を対称的Ｕ型ブラケット１６０と置き換えることの他に、図３に示すステッパおよび複合回転接続器組立体のさらなる変化例が、図８で図示されている。図８では、対称的Ｕ型ブラケット１６０の平行アームの両方が第１枢動接合部に対しては枢動可能に接続され、両方が第２枢動接合部に対しては摺動可能に接続されているという点で、非対称的Ｕ型ブラケット６０と対称的Ｕ型ブラケット６０との間の構造上の差異が示されている。第１枢動接合部は平行四辺形リンク機構の端部枢動接合部であり、その一方で、第２枢動接合部は第１枢動接合部に対して長手方向に位置合わせされた隣接の枢動接合部である。

図８では、変形複合回転接続器１３０に接続された変形ステッパ３００の斜視図が示されている。複合回転接続器１３０は、回転アダプタ１３４にリンクされた直線状に伸張／収縮するシザーアーム構成にある複合ピン留め平行四辺形１３２を含む。複合ピン留め平行四辺形１３２は接続器基部１３６に接続し、接続器基部１３６はスタビライザに対して可逆的に接続され得る。例えば、スタビライザ１０１に対する可逆的接続は図１０で示されている。複合ピン留め平行四辺形３２は接続器基部１３６から伸張し、回転アダプタ１３４にリンクする。次に回転アダプタ１３４はステッパ３００にリンクする。

複合ピン留め平行四辺形１３２は、接続器基部１３６から延長する３つの連続的なピン留めされた平行四辺形、すなわち、近位平行四辺形１４０、中間平行四辺形１４２、および遠位平行四辺形１４４、を含む。なお、近位平行四辺形１４０は接続器基部１３６に接続し、遠位平行四辺形１４４は回転アダプタ１３４に接続し、中間平行四辺形１４２は近位平行四辺形１４０および遠位平行四辺形１４４の両方に接続する。各平行四辺形は、４つのコーナー部において枢動接合部により連結された４つの棒材を含む。なお少なくとも１つの枢動接合部が、隣接する平行四辺形ユニットと共有される。各平行四辺形は、２つの対向するコーナー部が複合ピン留め平行四辺形の長手方向寸法と位置合わせされ、２つの対向するコーナー部が複合ピン留め平行四辺形の横方向寸法と位置合わせされるよう、配置される。複合ピン留め平行四辺形１３２は複合ピン留め平行四辺形３２の変形である。複合ピン留め平行四辺形１３２の全枢動接合部のうちの各枢動接合部は、２本の棒材に対して枢動可能に接続し、その一方で、複合ピン留め平行四辺形３２は、それぞれが３本の棒材（第１および第２の平行棒材と第３の交差棒材）に対して枢動可能に接続する枢動接合部（例えば枢動接合部５０、５２、および５４）を含むという点で、複合ピン留め平行四辺形１３２と、複合ピン留め平行四辺形３２と、は異なる。複合ピン留め平行四辺形１３２は、平行四辺形ユニットの棒材／側面長さまたは外辺部の長さが均一でないという点でも、異なる。平行四辺形ユニットの外辺部長さまたは棒材／側面長さは、平行四辺形ユニット１４０の外辺部が平行四辺形ユニット１４２の外辺部よりも大きく、次に、平行四辺形１４２の外辺部が平行四辺形１４４の外辺部よりも大きくなるよう、基部１３６に接続された複合ピン留め平行四辺形１３２の端部から回転アダプタ１３４に接続された端部まで、徐々に小さくなる。

変形ステッパ３００は、ステッパ３００のロール軸が、ステッパ３００の基部ブロック３１８内に形成された完全パイプ状導管内に回転可能に受容される円筒形ブロック３２０（キャリッジ３１６の長手方向寸法に沿って中心に配置される）により形成される回転接合部により提供されるのに対して、ステッパ２００の対応するロール軸が、半円筒形ブロック２２０と、基部ブロック２１８内に形成された半パイプ状導管と、の噛み合いにより提供されるという点で、ステッパ２００と異なる。

複合ピン留め平行四辺形内の平行四辺形ユニットの個数は、特定の用途に適合するよう所望に応じて変動し得る。複合平行四辺形は一般に、例えば米国特許第４５６７７８２号（１９８６年２月０４日発行）、米国特許第５５６９０１３号（１９９６年１０月２６日発行）、ならびに米国特許第５９８４４０８号（１９９９年１１月１６日発行）、および国際ＰＣＴ公開第２０１６／１１２４５２号（２０１６年６月２１日公開）で記載のように、２つの接続された相互作用する平行四辺形の４本棒リンク機構・ユニットとして認識される。そのため、複合ピン留め平行四辺形は少なくとも２つの平行四辺形ユニットを含む。複合ピン留め平行四辺形は、所望の可動域により必要とされるように、または特定の実装の所望のパラメータに適合するように、２つ以上の平行四辺形ユニット（例えば２ユニット、３ユニット、４ユニット、５ユニット、６ユニット、またはそれ以上）を含み得る。複合ピン留め平行四辺形の一方の端部または両方の端部は、基部に対して、および／またはステッパに対する接続のための回転アダプタに対して、接続するために必要に応じて部分的平行四辺形で構成され得る。

複合ピン留め平行四辺形は、複合ピン留め平行四辺形の構造的利点の除去が適応される実装では、他の平行四辺形リンク機構（例えば単一の平行四辺形ユニット、単一のピン留め平行四辺形ユニット、または複数の連続的に接続された平行四辺形ユニット）と置き換えられ得る。図１０では、単一の平行四辺形ユニット、単一のピン留め平行四辺形ユニット、複合平行四辺形、および複合ピン留め平行四辺形の特徴の比較のための概略図が示されている。単一平行四辺形ユニット５０２は、１つの辺および２つ枢動接合部が基部５００に接続された状態にあり、単一のＤＯＦを提供する。単一のピン留め平行四辺形ユニット５０４は、単一の枢動接合部が基部５００に接続された状態にあり、２つのＤＯＦを提供する。複合平行四辺形５０６は、第１および第２の隣接する平行四辺形ユニット５０６ａおよび５０６ｂが共通の辺を共有する状態で、複数の連続的に接続された平行四辺形ユニットを含む。複合ピン留め平行四辺形５０８は、第１および第２の隣接する平行四辺形ユニット５０８ａおよび５０８ｂが共通の角または枢動接合部を共有する状態で、複数の接続・ピン留めされた平行四辺形ユニットを含む。

平衡機構は、例えば図７で示されているように、省略可能である。さらに平衡機構は釣り合い重り機構で置き換えられ得る。平衡機構が使用される場合、平衡機構は任意の従来型機構（ガススプリング、機械的コイルバネ、油圧バネ、その他を含む）であり得る。

制御がモータ駆動され得るため、複合回転接続器は回転可能接合部の動きを手動制御するための専用ハンドルを含む必要がない。さらに、手動制御のために、ハンドルがステッパおよび／または複合回転接続器上に配置され得る。

複合回転接続器は、ブレーキまたはロック機構を含む必要はない。例えば、図２で示される第１ブレーキ８０および第２ブレーキ８２の一方または両方が取り外されたとしても、使用可能および操作可能な複合回転接続器が依然として提供され得る。

複合回転接続器の方向を追跡するためのエンコーダの使用は省略可能である。エンコーダが組み込まれている場合、光学式エンコーダまたは磁気式エンコーダを含む任意の従来型エンコーダが使用され得る。エンコーダは、超音波プローブなどのステッパにより保持される器具の位置を追跡および監視するにあたり、顕著な利点を提供する。係る利点の特定的な例としては、超音波で共位置合わせされた標的狙撃前立腺生検に対するマルチモダリティＭＲＩが挙げられ得る。さらに詳細には、エンコーダによる追跡は、非意図的な患者の運動を、医師の指示によるステッパの意図的な運動から、検出および区別する方法を提供する。なお非意図的な患者の運動は、エンコーダ９０Ｄおよび９０Ｃが、個別的にまたは組み合わされた状態で作動すると同時に、複合回転接続器およびステッパに連結された他のエンコーダのうちの１つまたは複数のエンコーダの作動が存在しないかもしくは欠如すること、または、係るエンコーダの作動の程度が低いこと、により示される。

複合回転接続器は、エンコーダ・データを、または、位置的追跡を実施する任意の他の機構からのデータを、受容および解析し、対応する医療装置の位置情報を出力し、および所望により、係る情報をグラフィック表示するために使用されるソフトウェア（コンピュータプログラム可能コードと交換可能に使用される）と組み合わせて使用され得る。一例としてＴＲＵＳ撮像を取り上げると、ソフトウェアは、市販の超音波機械から受容された２Ｄライブビデオを表示し、この２Ｄビデオを使用して３Ｄ超音波画像体積を再構築するよう設計され得る。エンコーダが装備された複合回転接続器と、ソフトウェアおよび関連するコンピュータハードウェアを有するステッパと、を含むシステムは、臨床医の既存の超音波機械、経直腸超音波（ＴＲＵＳ）プローブ、市販のニードル、ニードルガイド／テンプレート、およびニードルガン組み合わせと協働するよう設計され得る。追加的なソフトウェア特徴は、患者データ管理、多平面再構築、セグメンテーション、画像測定、および３Ｄ画像レジストレーションを含む。

ステッパおよび複合回転接続器内のエンコーダは、位置情報をコンピュータ・ワークステーションに送信し、それによりコンピュータ・ワークステーションは、プローブ位置および方向を追跡することが可能となる。これは運動連鎖の使用を通してなされ得る。位置の参照テーブルが、追跡器アームの端部位置を計算するために使用される。複合回転接続器の運動に関する正確な数学的表現は、用いられる接合部の幾何学的構造が複雑であるため、判定が困難である。したがって参照テーブルは分析を支援する。ステッパの幾何学的形状を表現する数学的方程式は、複合回転接続器の端部位置が与えられた場合にプローブの端部位置の計算を可能にする。

超音波プローブおよび超音波システムの制御は、位置情報に関するコンピュータソフトウェア表現が存在しない場合に実施され得るため、医師による手動でなされ得る。しかし、ビデオ画像をキャプチャする間に超音波プローブの位置および方向を追跡することにより、コンピュータ・ワークステーションは、一連のライブ２Ｄ超音波画像から３Ｄ体積を生成し、前立腺の３Ｄ画像および３Ｄ描画表面モデルを表示し、前立腺内のライブ画像位置を表示することが可能である。

コンピュータ・ワークステーションは、ケーブルおよびリアルタイムビデオストリーム２Ｄ超音波画像をシステムソフトウェアによる読み込みが可能なフォーマットに変換するハードウェア装置を介して、超音波システムに接続される。再構築された３Ｄ画像スタックは腺セグメンテーションまたは他のマーカでマークアップされ得る。患者の前立腺の以前に取得された画像は、前立腺の特徴がいくつかの撮像モダリティと合致した状態で視覚化され得るという原則に基づいて、この３Ｄスタック上に記録され得る。

医師は、市販の生検ニードルガイドをＴＲＵＳプローブに取り付け、プローブおよび生検ニードルを使用して、前立腺生検手技を実施し得る。生検手技の実施中、このリアルタイム２Ｄ超音波画像はコンピュータディスプレイ上で閲覧可能である。この２Ｄライブ超音波画像は、生検が生検手技中に取得された配置を記録するためにマークアップされ得る。プローブおよびニードルガイドが医師により操縦されるため、プローブの位置および方向は追跡される。ニードル軌道は、位置データ入力に基づいてソフトウェアにより推定され、３Ｄ画像スタックに対して示され得る。この情報は、医師が前立腺の異常を評価し、生検手技の計画および実施を行うことが可能となるよう、提供される。

データ、注釈、および画像は、後に取得することが可能となるよう、患者ファイルに格納され得る。画像は、変更を加えないオリジナルとして、メモリ内に格納され得る。画像マークアップは、３Ｄ超音波スタックと同一の画像のサイズおよび方向を有する任意の簡便なフォーマット（例えば、ＤＩＣＯＭフォーマット）で、メモリ内に格納され得る。データ損失を防止するための対策が講じられ得る。これは、データの受容および／または読み取り時にデータ損失が推定される場合のファイル伝達を含む。

ソフトウェアは、非意図的な患者の運動を検出するために使用され得る。さらに、非意図的な患者の運動が検出されると、ソフトウェアは、非意図的患者運動に対して位置的表現を補正し得る。患者運動補正は、運動が意図的または非意図的である場合に異なる、エンコーダにより提供される運動プロファイルの検出に基づく。例えば、回転アダプタ内のエンコーダは、患者が動いた場合に作動され得るが、平行四辺形リンク機構のエンコーダは、動かないか、または所定閾値レベルより低い動きを示す。これは、患者の括約筋がプローブと前立腺との間の連結を提供するためである。医師が意図的にプローブを動かした場合、平行四辺形リンク機構内のエンコーダは動く。ソフトウェアは追跡に変換を加え、それにより非意図的な運動が検出されたとき、その非意図的な運動が無効化される。これは機械的追跡を支援し、それにより、６の自由度に対する、個別的な、または任意の組み合わせにおける、エンコーダ・データの処理が可能となる。

複合回転接続器は所望により、複合ピン留め平行四辺形または任意の回転接合部の方向をマークするための任意種類の較正された指標を含み得る。

回転接続器は、複合回転接続器の直線運動または角度運動を、例えば、所望の可動域（例えば用途に応じて１８０度、９０度、または４５度）に限定する構造体を含み得る。

複合回転接続器は手動操縦により動作されてもよく、または複合回転接続器の運動の一部または全部が、自動制御またはロボット制御により作動されてもよい。

複合回転接続器は、ステッパにおいて保持される細長い医療用器具の長手方向軸に対して実質的に垂直方向に保持される少なくとも１つの回転軸を画成するであろう。枢動接合部が複合回転接続器に組み込まれている場合、回転軸はヨー軸またはピッチ軸のいずれかであり得る。ボールジョイントが複合回転接続器に組み込まれている場合、ボールジョイントはヨー軸およびピッチ軸の両方を提供するよう構成され得る。同様に、２軸ジンパル接合部が複合回転接続器に組み込まれている場合、２軸ジンパル接合部はヨー軸およびピッチ軸の両方を提供するよう構成され得る。回転接合部６２および６６の組み合わせは、延長２軸ジンパル接合部の一例である。

複合回転接続器は大部分の従来型スタビライザ／ステッパ組立体に組み込まれ得る。ＴＲＵＳシステムに関して、回転接続器の組み込みは、超音波撮像、生検、および／または治療の多数の異なる種類の動作および技術に利益をもたらし得る。例えば、回転接続器は、サイドファイア型およびエンドファイア型のトランスデューサの両方に利益をもたらし得る。超音波トランスデューサ設定の他の例としては、高密度焦点式超音波（ＨｉＦＵ）、その先端部にスペクトロスコープカメラを有する超音波トランスデューサ、無線周波数電磁波が標的組織からの超音波放出を誘導するために使用される電磁音響撮像（ＥＭＡＩ）、もしくは、２モード超音波／ＥＭＡＩトランスデューサ、または、超音波で共位置合わせされた標的狙撃前立腺生検に対するマルチモダリティＭＲＩが挙げられる。

本明細書で説明した実施形態は、一般性を意図的に失うことなく、例示目的を意図したものである。さらなる変化例、改変例、およびこれらの組み合わせが考えられ、これらは当業者により理解されるであろう。したがって前述の詳細な記載および添付の図面は、請求される発明主題の範囲、適用可能性、または構成を制限することを意図しない。

Claims (57)

1. 医療処置を実施するためのスタビライザ・ステッパ組立体であって、
   多方向性の運動を支持する複数の接合部を含むスタビライザと、
   長手方向軸を有する長尺医療用器具を保持するためのステッパであって、その長手方向軸上での医療用器具の直線運動を、回転運動を、または直線および回転の両方の運動を、支持するステッパと、
   前記スタビライザおよび前記ステッパに動作可能に接続された複合回転接続器と、
   を含み、
   前記複合回転接続器は、前記スタビライザに連結された第１端部により、および第１回転接合部に連結された第２端部により、結合されたシザーアーム構成にある複合ピン留め平行四辺形を含み、前記第１回転接合部は前記ステッパに連結され、
   前記複合ピン留め平行四辺形は、第１直線位置から第２直線位置に移動可能であり、前記回転接合部は第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、
   前記複合ピン留め平行四辺形により画成される直線方向は前記第１回転接合部により画成される回転軸に対して実質的に垂直であり、前記回転軸は前記医療用器具の前記長手方向軸に対して実質的に垂直である、
   組立体。
2. 前記複合ピン留め平行四辺形の前記第２端部を前記第１回転接合部に連結する第２回転接合部をさらに含み、前記第２回転接合部は、前記第１回転接合部に対して実質的に垂直であり、かつ、前記直線方向に対して実質的に平行である、回転軸を画成する、請求項１に記載の組立体。
3. 前記複合ピン留め平行四辺形は回転運動を支持し、前記第１端部に対して近傍に配置された枢動接合部上で第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、前記枢動接合部は、前記直線方向に対して実質的に垂直である回転軸を画成する、請求項１に記載の組立体。
4. 前記第１端部に対して近傍に配置された前記枢動接合部は平衡機構により支持される、請求項３に記載の組立体。
5. 前記平衡機構はガススプリングを含む、請求項５に記載の組立体。
6. 前記直線方向における運動を可逆的にロックするために前記複合ピン留め平行四辺形に連結された第１ブレーキをさらに含む、請求項１に記載の組立体。
7. 前記複合ピン留め平行四辺形の回転運動を可逆的にロックするために前記第１端部に対して近傍に配置された前記枢動接合部に連結された第２ブレーキをさらに含む、請求項３に記載の組立体。
8. 前記第１回転接合部の可動域は少なくとも２０度である、請求項１に記載の組立体。
9. 前記第１回転接合部は前記第１回転接合部の可動域を９０度未満に制約する角度制限器を含む、請求項１に記載の組立体。
10. 前記第１回転接合部の前記運動の自動化された制御のための第１モータをさら含む、請求項１に記載の組立体。
11. 前記第２回転接合部の前記可動域は少なくとも２０度である、請求項２に記載の組立体。
12. 前記第２回転接合部は前記第２回転接合部の可動域を９０度未満に制約する角度制限器を含む、請求項２に記載の組立体。
13. 前記第２回転接合部の前記運動の自動化された制御のための第２モータをさら含む、請求項２に記載の組立体。
14. 前記第２回転接合部は、前記複合ピン留め平行四辺形の前記直線方向に沿って２つの隣接する枢動接合部に連結されたＵ型ブラケットを用いて前記複合平行四辺形の前記第２端部に連結される、請求項２に記載の組立体。
15. 前記複合回転接続器は、少なくとも２つのエンコーダ、すなわち前記複合ピン留め平行四辺形の運動を追跡するための第１エンコーダと、前記第１回転接合部の運動を追跡するための第２エンコーダと、さらに含む、請求項１に記載の組立体。
16. 前記エンコーダは光学式エンコーダである、請求項１５に記載の組立体。
17. 前記エンコーダは磁気式エンコーダである、請求項１５に記載の組立体。
18. 前記複合ピン留め平行四辺形は少なくとも３つの平行四辺形ユニットを含む、請求項１に記載の組立体。
19. 前記複合ピン留め平行四辺形の前記直線方向は前記ステッパの重心と実質的に整列する、請求項１に記載の組立体。
20. 前記医療処置は経直腸超音波生検である、請求項１に記載の組立体。
21. 前記医療用器具は超音波トランスデューサおよびニードルガイドを含む、請求項２０に記載の組立体。
22. 前記医療処置は経直腸高密度焦点式超音波を含む、請求項１に記載の組立体。
23. 前記医療用器具は超音波トランスデューサを含む、請求項１に記載の組立体。
24. 前記超音波トランスデューサはエンドファイア型またはサイドファイア型のトランスデューサである、請求項２３に記載の組立体。
25. 前記スタビライザは１本アーム型スタビライザである、請求項１に記載の組立体。
26. 前記スタビライザはマルチアーム型スタビライザである、請求項１に記載の組立体。
27. 前記スタビライザの前記複数の接合部のうちの少なくとも１つの接合部はバネ平衡機構を含む、請求項１に記載の組立体。
28. 前記直線方向は、前記第１回転接合部がその可動域の中心において保持されたとき、前記医療用器具の前記長手方向軸に対して実質的に垂直である、請求項１に記載の組立体。
29. 複合回転接続器・ステッパ組立体であって、
    長手方向軸上での直線運動を、回転運動を、または直線および回転の両方の運動を、支持するステッパと、
    基部に連結された第１端部により、および第１回転接合部に連結された第２端部により、結合されたシザーアーム構成にある複合ピン留め平行四辺形を含む複合回転接続器であって、前記第１回転軸は前記ステッパに連結されている、複合回転接続器と、
    を含み、
    前記複合ピン留め平行四辺形は、第１直線位置から第２直線位置に移動可能であり、前記回転接合部は第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、
    前記複合ピン留め平行四辺形により画成される直線方向は前記第１回転接合部により画成される回転軸に対して実質的に垂直である、
    組立体。
30. 前記複合ピン留め平行四辺形の前記第２端部を前記第１回転接合部に連結する第２回転接合部をさらに含み、前記第２回転接合部は、前記第１回転接合部に対して実質的に垂直であり、かつ、前記直線方向に対して実質的に平行である、回転軸を画成する、請求項２９に記載の組立体。
31. 前記複合ピン留め平行四辺形は回転運動を支持し、前記第１端部を前記基部に連結する枢動接合部上で第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、前記枢動接合部は、前記直線方向に対して実質的に垂直である回転軸を画成する、請求項２９に記載の組立体。
32. 前記第１端部における前記枢動接合部は平衡機構により支持される、請求項３１に記載の組立体。
33. 前記複合ピン留め平行四辺形に連結されたブレーキをさらに含む、請求項２９に記載の組立体。
34. 前記第２回転接合部は、前記複合ピン留め平行四辺形の前記直線方向に沿って２つの隣接する枢動接合部に連結されたＵ型ブラケットを用いて前記複合平行四辺形の前記第２端部に連結される、請求項３０に記載の組立体。
35. 前記複合回転接続器は、少なくとも２つのエンコーダ、すなわち前記複合ピン留め平行四辺形の運動を追跡するための第１エンコーダと、前記第１回転接合部の運動を追跡するための第２エンコーダと、さらに含む、請求項２９に記載の組立体。
36. 前記複合ピン留め平行四辺形は少なくとも３つの平行四辺形ユニットを含む、請求項２９に記載の組立体。
37. 前記複合ピン留め平行四辺形の前記直線方向は前記ステッパの重心と実質的に整列する、請求項２９に記載の組立体。
38. 複合回転接続器装置であって、
    基部に連結された第１端部と、第１回転接合部を支持するブラケットに連結された第２端部と、により結合された平行四辺形リンク機構を含み、
    前記平行四辺形リンク機構は第１自由度を提供し、前記第１回転接合部は第２自由度を提供し、
    前記平行四辺形リンク機構により画成される運動の直線方向は前記第１回転接合部により画成される回転軸に対して実質的に垂直である、
    装置。
39. 前記平行四辺形リンク機構の前記第２端部を前記第１回転接合部に連結する第２回転接合部をさらに含み、前記第２回転接合部は、前記第１回転接合部に対して実質的に垂直であり、かつ、前記直線方向に対して実質的に平行である、回転軸を画成する、請求項３８に記載の装置。
40. 前記平行四辺形リンク機構は回転運動を支持し、前記第１端部を前記基部に連結する枢動接合部上で第１角度位置から第２角度位置に移動可能であり、前記枢動接合部は、前記直線方向に対して実質的に垂直である回転軸を画成する、請求項３８に記載の装置。
41. 前記第１端部における前記枢動接合部は平衡機構により支持される、請求項４０に記載の装置。
42. 前記平行四辺形リンク機構に連結されたブレーキをさらに含む、請求項３８に記載の装置。
43. 前記第２回転接合部は、前記平行四辺形リンク機構により画成される前記直線方向に沿って２つの隣接する枢動接合部に連結されたＵ型ブラケットを用いて前記複合平行四辺形の前記第２端部に連結される、請求項３９に記載の装置。
44. 前記複合回転接続器は、少なくとも２つのエンコーダ、すなわち前記平行四辺形リンク機構の運動を追跡するための第１エンコーダと、前記第１回転接合部の運動を追跡するための第２エンコーダと、さらに含む、請求項３８に記載の装置。
45. 前記平行四辺形リンク機構は複合ピン留め平行四辺形である、請求項３８に記載の装置。
46. シザーアームの長手方向軸に沿って第１枢動接合部および第２枢動接合部に連結されたＵ字形状ブラケットを含み、
    前記Ｕ字形状ブラケットは基部アームおよび２つの側面アームを含み、
    前記２つの側方アームは前記第１枢動接合部に枢動可能に連結され、前記２つの側方アームのうちの少なくとも１つのアームは前記第２枢動接合部に摺動可能に連結され、
    前記基部アームはペイロードを支持するための回転接合部を収容する、
    シザーアームのための回転アダプタ。
47. 前記第１枢動点は前記基部の近位にある前記シザーアームの端部に配置され、前記第２枢動点は前記第１枢動点から長手方向に離間する、請求項４６に記載の回転アダプタ。
48. 第１枢動接合部および第２枢動接合部の両方は単一の平行四辺形四棒リンク機構ユニット上に配置される、請求項４６に記載の回転アダプタ。
49. 医療処置の間の非意図的な患者の運動を検出するための方法であって、
    第１可動接合部および第２可動接合部を有する接続器に接続されたステッパにおいて医療装置を支持することであって、前記第１可動接合部の運動軸は前記第２可動接合部の運動軸に対して実質的に垂直に向けられている、支持することと、
    前記患者に前記医療装置を接触させることと、
    第１可動接合部および第２可動接合部の両方の運動を監視することと、
    前記第１可動接合部の運動が所定閾値より大きく、その一方で、前記第２可動接合部の運動が所定閾値より小さい場合に、非意図的な患者の運動を検出することと、
    を含む、方法。
50. 前記接続器は複合回転接続器であり、前記第１可動接合部は第１回転接合部であり、前記第２可動接合部は平行四辺形リンク機構である、請求項４９に記載の方法。
51. 前記平行四辺形リンク機構は複合ピン留め平行四辺形である、請求項５０に記載の方法。
52. 前記医療装置の位置をディスプレイ上にグラフィック表現することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
53. 前記非意図的な患者の運動を検出することの後に通知を生成することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
54. 非意図的な患者の運動を検出することの後に前記非意図的な患者の運動の量を判定することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
55. 前記医療装置のグラフィック表現に対して運動補正を加えることをさらに含む、請求項５４に記載の方法。
56. 前記接続器により提供される第３可動接合部および第４可動接合部をさらに含み、前記第３可動接合部の運動軸は前記第４可動接合部の運動軸に対して実質的に垂直に向けられている、請求項５０に記載の方法。
57. 前記第３可動接合部の運動が所定閾値より大きく、その一方で、前記第４可動接合部の運動が所定閾値より小さい場合に、非意図的な患者の運動を検出することをさらに含む、請求項５６に記載の方法。

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