JP2019522528A

JP2019522528A - 低侵襲手術用の操向可能イントロデューサ

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Publication number: JP2019522528A
Application number: JP2018566578A
Authority: JP
Inventors: アレクサンドラポポヴィッチ; デイビッドポールヌーナン
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2019-08-15
Also published as: US20190328474A1; EP3474764A1; WO2017220603A1

Abstract

多関節操向可能イントロデューサ４０と、撮像コントローラ２２と、操向可能イントロデューサコントローラ４１とを使用するシステムである。多関節操向可能イントロデューサ４０は、複数のリンク機構及びリンク機構を相互接続する１つ以上の継手を含む。撮像コントローラ２２は、解剖学的領域内のターゲット位置への多関節操向可能イントロデューサ４０の遠位操向動作の計画を制御する。操向可能イントロデューサコントローラ４１は、撮像コントローラ２２によって計画された通りに、解剖学的領域内のターゲット位置まで多関節操向可能イントロデューサ４０を遠位操向するように、継手の作動を制御する。

Description

本開示は、概して、低侵襲手術用のイントロデューサに関する。本開示は、具体的には、解剖学的領域内への操向可能イントロデューサの画像誘導に関する。

イントロデューサは、低侵襲「鍵穴」手術用の介入器具チャネルを提供するために使用される。このようなイントロデューサの一例は、神経内視鏡手術（例えば心室切開術、腫瘍切除術、シャント術）用のニューロイントロデューサ又は（例えば心臓、腹部、肺、ＥＮＴ）手術用のトロカールである。

これらのイントロデューサの幾つかは、解剖学的領域内への器具の導入の深度を正確に測定するために使用される真っすぐなイントロデューサシースの上に印刷されたスケールを含み、これにより、解剖学的領域の安全なアクセスが提供される。例えば所望の深さにおけるニューロイントロデューサの挿入点及び挿入角度を制御することにおいて外科医を支援するために、定位固定フレーム又はフレームレスナビゲーションが実施される。

イントロデューサの１つの問題は、真っすぐなイントロデューサシースによって、障害物を回避するための十分な機敏さが提供されない点である。更に、真っすぐなイントロデューサシースの配置は、通常、やみくもであり、解剖学的領域のライブ映像によって誘導されない。これは更に安全性を低下させ、解剖学的領域内の重要な解剖学的構造の損傷の恐れを増加させる。

本開示は、解剖学的領域（例えば胸部、頭蓋部、腹部、背部又は腰部）内へと介入器具トンネルを提供するための操向可能イントロデューサを利用する多数及び様々なタイプの低侵襲的処置の画像誘導ベースの配置制御を利用する発明を提供する。

本開示の発明の１つの形態は、多関節操向可能イントロデューサと、撮像コントローラと、操向可能イントロデューサコントローラとを使用するシステムである。多関節操向可能イントロデューサは、複数のリンク機構及びリンク機構を相互接続する１つ以上の継手を含む。撮像コントローラは、解剖学的領域内のターゲット位置への多関節操向可能イントロデューサの遠位操向動作の計画を制御する。操向可能イントロデューサコントローラは、撮像コントローラによって計画された通りに、解剖学的領域内のターゲット位置まで多関節操向可能イントロデューサを遠位操向するように、継手の作動を制御する。

本開示の発明の第２の形態は、複数のリンク機構及びリンク機構を相互接続する１つ以上の継手を含む多関節操向可能イントロデューサを解剖学的領域内に配置する方法である。当該方法は、撮像コントローラが、解剖学的領域内のターゲット位置までの多関節操向可能イントロデューサの遠位操向動作の計画を制御するステップを含む。当該方法は更に、操向可能イントロデューサコントローラが、撮像コントローラによって計画された通りに、解剖学的領域内のターゲット位置まで多関節操向イントロデューサを遠位操向するように、継手の作動を制御するステップを含む。

本開示の発明の目的のために、「イントロデューサ」、「画像位置合わせ」、「撮像モダリティ」、「計画画像」、「治療画像」、「定位固定フレーム」、「基準マーカ」、介入器具」、「経路プランナ」、「画像レジスタ」、「信号ドライバ」及び「ビジュアルサーボ」を含むがこれらに限定されない当技術分野の用語は、本開示の技術分野において理解されるように且つ本明細書において例示的に説明されるように解釈されるものとする。

本開示の発明の目的のために、「計画されたイントロデューサ経路」との用語は、本開示の技術分野において理解されるように且つ本明細書において例示的に説明されるように、多関節操向可能イントロデューサを解剖学的領域内の配置位置まで挿入するための直線セグメントと、解剖学的領域内のターゲット位置まで、配置位置から多関節操向可能イントロデューサを遠位操向するための操向動作セグメントとを広く包含する。

本開示の発明の目的のために、「多関節操向可能イントロデューサ」との用語は、近位リンク機構、遠位リンク機構及び任意選択的に１つ以上の中間リンク機構を含む剛性リンク機構と直列接続される１つ以上の継手（例えばピボット継手）のモータによる制御を全体的に又は部分的に有して構造的に構成される任意のイントロデューサを広く包含する。

本開示の目的のために、「コントローラ」との用語は、本明細書において以下に説明されるように、本開示の様々な発明原理の応用を制御するワークステーション内に収容される又は当該ワークステーションに接続される特定用途向けメインボード又は特定用途向け集積回路のあらゆる構造構成を広く包含する。コントローラの構造構成は、プロセッサ、コンピュータ使用可能／コンピュータ読み取り可能記憶媒体、オペレーティングシステム、アプリケーションモジュール、周辺デバイスコントローラ、スロット及びポートを含むがこれらに限定されない。

本開示の目的のために、「コントローラ」との用語に対して本明細書において使用される「イントロデューサ」、「計画撮像」及び「治療撮像」とのラベルは、「コントローラ」との用語に対する任意の追加の限定を指定又は示唆することなく、本明細書において説明され、請求項に記載される他のコントローラから特定のコントローラを特定目的のために区別する。

本開示の発明の目的のために、「ワークステーション」との用語は、本開示の技術分野において理解されるように且つ本明細書において例示的に説明されるように、広く解釈されるものとする。「ワークステーション」の例は、スタンドアロンコンピュータシステム、クライアントコンピュータ、デスクトップコンピュータ又はタブレットコンピュータの形での１つ以上のコンピュータデバイス、ディスプレイ／モニタ、及び、１つ以上の入力デバイス（例えばキーボード、ジョイスティック及びマウス）のアセンブリを含むがこれらに限定されない。

本開示の目的のために、「アプリケーションモジュール」との用語は、特定のアプリケーションを実行するための電子回路及び／又は実行可能プログラム（例えば非一時的コンピュータ可読媒体に記憶される実行可能ソフトウェア及び／ファームウェア）からなるコントローラ内に組み込まれるか又は当該コントローラによってアクセス可能であるモジュールを広く包含する。

本開示の上記形態及び他の形態、並びに、本開示の様々な特徴及び利点は、添付図面と併せて読んだ場合に本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明から更に明らかになろう。詳細な説明及び図面は、限定ではなく、本開示の例示に過ぎず、本開示の範囲は、添付の請求項及びその等価物によって規定される。

図１は、本開示の発明原理による低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の例示的な実施形態を示す。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本開示の発明原理によるワークステーションの例示的な実施形態を示す。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本開示の発明原理に従って、２つの相互接続されたリンク機構を有する多関節操向可能イントロデューサの例示的な実施形態を示す。図４Ａ乃至図４Ｆは、本開示の発明原理に従って、３つの相互接続されたリンク機構を有する多関節操向可能イントロデューサの例示的な実施形態を示す。図５Ａ及び図５Ｂは、本開示の発明原理による多関節操向可能イントロデューサ内のチャネルの例示的な実施形態を示す。図６は、本開示の発明原理による操向可能イントロデューサの配置方法の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。図７Ａ乃至図７Ｄは、図６に示されるフローチャートの例示的な実行を示す。

本開示の理解を容易にするために、以下の図１の説明は、患者１０の低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の遂行を容易にするための多関節操向可能イントロデューサ４０の画像誘導ベースの配置制御の基本的な発明原理を教示する。当業者であれば、図１の説明から、解剖学的領域（例えば胸部、頭蓋部、腹部、背部又は腰部）内への介入器具トンネルを提供するために操向可能イントロデューサを利用する多数及び様々なタイプの低侵襲的処置の画像誘導ベースの配置制御に、本開示の発明原理を適用する方法を理解できるであろう。

図１を参照すると、低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の計画段階は、当技術分野において知られているように、計画撮像コントローラ２２ａが、計画撮像モダリティａ（例えばコンピュータ断層撮影、磁気共鳴、Ｘ線又は超音波撮像モダリティ）による患者１０の頭蓋部内の脳１１を示す３次元（「３Ｄ」）計画画像２１ａの生成を制御することを伴う。計画段階中、当技術分野において知られているように、計画撮像コントローラ２２ａは更に、計画目的のために、具体的には、計画画像２１ａ内で脳１１を横断する計画イントロデューサ経路２４を描出し、これにより、患者１０の頭蓋部内への介入器具トンネルを提供するために、モニタ２３ａ上での脳１１の計画画像２１ａの表示を制御する。計画イントロデューサ経路２４は、多関節操向可能イントロデューサ４０を、患者１０の頭蓋部内の配置位置まで挿入するための直線セグメントを含む。計画経路２４は更に、患者１０の脳１１内のターゲット位置までピッチ動作及び／又はヨー動作でイントロデューサ４０を遠位操向するための１つ以上の操向セグメントを含む。

図１を依然として参照すると、低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の治療段階は、最初に、当技術分野において知られているように、治療撮像コントローラ２２ｂが、治療撮像モダリティ２０ｂ（例えばコンピュータ断層撮影、磁気共鳴、Ｘ線又は超音波撮像モダリティ）による、位置合わせ目的のために示される２次元（「２Ｄ」）治療画像又は３Ｄ治療画像２１ｂの生成を制御することを伴う。

当技術分野において知られているように、すべての実施形態について、１つ以上の治療画像２１ｂが、計画画像２１ａと位置合わせされる。

定位固定フレーム位置合わせ実施形態では、当技術分野において知られているように、定位固定フレーム３０の計画画像２１ａに対する位置合わせは、患者１０の頭部及び／又は首に固定される定位固定フレーム３０を示す、又は或いは、患者１０の頭部及び／又は首への定位固定フレーム３０の後続の固定のマーカ配置を示す治療画像２１ｂの生成を伴う。定位固定フレーム３０の計画画像２１ａに対する位置合わせは、次式［１］に従って、コントローラ２２ａ及び２２ｂの一方によって達成される。
^ＤＩＴ_ＳＦ＝^ＴＩＴ_ＳＦ＊^ＰＩＴ_ＴＩ［１］
式中、^ＴＩＴ_ＳＦは、定位固定フレーム３０の治療画像２１ｂへの変換であり、
^ＰＩＴ_ＴＩは、治療画像２１ｂの計画画像２１ａへの変換であり、
^ＰＩＴ_ＳＦは、定位固定フレーム３０の計画画像２１ａへの変換である。

フレームレス定位固定位置合わせ実施形態では、当技術分野において知られているように、基準マーカ３１の計画画像２１ａに対する位置合わせは、患者１０の頭部に固定される基準マーカ３１を示す治療画像２１ｂの生成を伴う。基準マーカ３１の計画画像２１ａに対する位置合わせは、次式［２］に従って、コントローラ２２ａ及び２２ｂの一方によって達成される。
^ＤＩＴ_ＦＭ＝^ＴＩＴ_ＦＭ＊^ＰＩＴ_ＴＩ［２］
式中、^ＴＩＴ_ＦＭは、基準マーカ３１の治療画像２１ｂへの変換であり、
^ＰＩＴ_ＴＩは、治療画像２１ｂの計画画像２１ａへの変換であり、
^ＰＩＴ_ＦＭは、基準マーカ３１の計画画像２１ａへの変換である。

図１を依然として参照すると、画像位置合わせに続き、低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の治療段階は更に、患者１０の頭蓋部内への侵入点（図示せず）の最小穿孔を伴う。これにより、イントロデューサ４０が、撮像誘導を介して、計画画像２１ａ内で脳１１を横断する位置合わせされた計画イントロデューサ経路２４の直線セグメントに沿って、頭蓋部内へと挿入される。

治療画像挿入実施形態では、外科医は、侵入点を通り患者１０の頭蓋部内へのイントロデューサ４０の挿入を示す治療画像２１ｂを見ながら、及び／又は、イントロデューサ４０が侵入点を通り患者１０の脳１１内へと挿入される際の位置合わせされた計画画像２１ａ上のイントロデューサ４０のオーバーレイを見ながら、イントロデューサ４０を侵入点内に挿入する。

定位固定フレーム挿入実施形態では、定位固定フレーム３０が、計画画像２１ａに対して位置合わせされた通りに患者１０の頭部及び／又は首に固定され、計画画像２１ａに示される通りに侵入点の３Ｄ座標に合わせて調整される。外科医は、当技術分野において知られているように、定位固定フレーム３０を介して、イントロデューサ４０を、侵入点を通して患者１０の脳１１内へと挿入する。

フレームレス定位固定挿入実施形態では、基準マーカ３１が、計画画像２１ａに対して位置合わせされた通りに患者１０の頭部に固定され、計画画像２１ａに示される通りに侵入点の３Ｄ座標を計算するように使用される。外科医は、当技術分野において知られているように、イントロデューサ４０を、定位固定フレーム３０を介して、侵入点を通して患者１０の脳１１内へと挿入する。

図１を依然として参照すると、イントロデューサ４０の患者１０の脳１１内への直線挿入に続き、低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の治療段階は更に、患者１０の脳１１内のターゲット位置までの位置合わせされた計画画像２１ａのピッチセグメント及び／又はヨーセグメントに沿ったイントロデューサ４０の遠位操向を伴う。

治療画像操向実施形態では、本明細書において更に説明されるように、操向可能イントロデューサコントローラ４１が、患者１０の脳１１内のターゲット位置までの位置合わせされた計画画像２１ａのピッチセグメント及び／又はヨーセグメントに沿ったイントロデューサ４０の遠位操向のビジュアルサーボ制御を実行する。

定位固定フレーム／フレームレス定位固定操向実施形態では、本明細書において更に説明されるように、操向可能イントロデューサコントローラ４１は、患者１０の脳１１内のターゲット位置までの位置合わせされた計画画像２１ａのピッチセグメント及び／又はヨーセグメントに沿ったイントロデューサ４０の遠位操向の自律駆動制御を実行する。

図１を依然として参照すると、患者１０の脳１１内のターゲット位置へのイントロデューサ４０の遠位操向に続き、低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の治療段階は、最後に、先の直線挿入によって作られた介入器具トンネルを通した任意の種類の介入器具５０の通過と、患者１０の脳１１内のターゲット位置までのイントロデューサ４０の遠位操向とを伴う。

実際的応用では、計画撮像モダリティ２０ａ及び治療撮像モダリティ２０ｂは、同じタイプの撮像モダリティであってもなくてもよく、又は、同じ撮像モダリティであってよい。

更に、実際的応用では、治療撮像モダリティ２０ｂは、低侵襲的経頭蓋神経内視鏡手術の定位固定フレーム／フレームレス定位固定挿入及び遠位操向を撮像するように操作されてもよい。

更に、実際的応用では、図１のコントローラは、単一のワークステーション内に組み込まれても、又は、複数のワークステーションに亘って割り振られてもよい。

例えば図２Ａは、ＣＴ、ＭＲＩ、Ｘ線又はＵＳ撮像のために計画撮像コントローラ２２ａが組み込まれている計画撮像ワークステーション５０と、Ｘ線又はＵＳ撮像のために治療撮像コントローラ２２ｂが組み込まれている治療撮像ワークステーション５１とを示す。図２Ａは更に、ビジュアルサーボ制御、自律駆動制御、又は、イントロデューサ４０を遠位操向するための任意の他の制御技術を実行するために操向可能イントロデューサコントローラ４１が組み込まれている操向可能イントロデューサワークステーション５２を示す。

更に一例として、図２Ｂは、同じタイプの撮像又は違うタイプの撮像のために計画撮像コントローラ２２ａ及び治療撮像コントローラ２２ｂの両方が組み込まれている撮像ワークステーション５３を示す。

更なる例として、図２Ｃは、同じタイプの撮像又は違うタイプの撮像のために、また、ビジュアルサーボ制御、自律駆動制御、又は、イントロデューサ４０を遠位操向するための任意の他の制御技術を実行するために図１のすべてのコントローラが組み込まれている介入ワークステーション５４を示す。

本開示の更なる理解を容易にするために、以下の図３乃至図５の説明は、多関節操向可能イントロデューサの基本発明原理を教示する。当業者であれば、この説明から、低侵襲的処置に適した任意のタイプの多関節操向可能イントロデューサに、本開示の発明原理を適用する方法を理解できるであろう。

本開示の多関節操向可能イントロデューサは、通常、近位リンク機構、遠位リンク機構、及び、任意選択的に１つ以上の中間リンク機構を使用する。多関節操向可能イントロデューサは更に、完全又は部分直列配置にリンク機構を相互接続する継手を含み、各ピボット継手は、本開示の操向可能イントロデューサコントローラによって制御可能である。

実際的応用では、継手は、当技術分野において知られている任意のタイプの継手であってよく、並進ジョイント、玉継手、蝶番継手、顆状継手、鞍継手及び回転継手を含むが、これらに限定されない。

更に、実際的応用では、各ピボット継手は、各リンク機構の姿勢を制御するモータ、及び／又は、近位リンク機構に対する遠位リンク機構の姿勢（即ち、向き及び／又は場所）を示す姿勢データを生成する任意のタイプの位置センサ（例えばエンコーダ）が具備されていてよい。

例えば図３Ａを参照すると、多関節操向可能イントロデューサ４０ａは、最大正ピッチ４４ｐと最大負ピッチ４４ｎとによって規定されるピッチエンベロープ４３ｐ内の遠位リンク機構４１ｄのピッチ動作を作動させるように、本開示の操向可能イントロデューサコントローラによって制御可能であるモータ付きピボット継手４２ａによって相互接続される近位リンク機構４１ｐ及び遠位リンク機構４１ｄを使用する。

モータ付きピボット継手４２ａは、近位リンク機構４１ｐに対するピッチエンベロープ４３ｐ内の遠位リンク機構４１ｄのピッチ向きを示すエンコードされたピッチ信号ＥＳ_Ｐを生成するように、回転エンコーダ（図示せず）が具備されている。

図３Ｂは、最大正ピッチ４４ｐへの遠位リンク機構４１ｄの例示的な操向を示し、図３Ｃは、最大負ピッチ向き４４ｎへの遠位リンク機構の例示的な操向を示す。

更なる例として、図４Ａを参照すると、多関節操向可能イントロデューサ４０ｂは更に、最大正ヨー４８ｐと最大負ヨー４８ｎとによって規定されるヨーエンベロープ４７ｙ内の遠位リンク機構４１ｄのヨー動作を作動させるように、本開示の操向可能イントロデューサコントローラによって制御可能であるモータ付きピボット継手４２ｂによって相互接続される近位リンク機構４１ｐ及び中間リンク機構４１ｉを使用する。

モータ付きピボット継手４２ｂは、近位リンク機構４１ｐに対するヨーエンベロープ４３ｙ内の中間リンク機構４１ｉ及び遠位リンク機構４１ｄのヨー向きを示すエンコードされたピッチ信号ＥＳ_Ｙを生成するように、回転エンコーダ（図示せず）が具備されている。

図４Ｂは、最大正ヨー４８ｐへの中間リンク機構４１ｉ及び遠位リンク機構４１ｄの例示的な操向を示し、図４Ｃは、最大負ヨー４８ｎへの遠位リンク機構の例示的な操向を示す。

図４Ｄを参照すると、多関節操向可能イントロデューサ４０ｂは更に、最大正ピッチ４６ｐと最大負ピッチ４６ｎとによって規定されるピッチエンベロープ４５ｐ内の遠位リンク機構４１ｄのピッチ動作を作動させるように、本開示の操向可能イントロデューサコントローラによって制御可能であるモータ付きピボット継手４２ｃによって相互接続される中間リンク機構４１ｉ及び遠位リンク機構４１ｄを使用する。

モータ付きピボット継手４２ｃは、中間リンク機構４１ｉに対するピッチエンベロープ４３ｐ内の遠位リンク機構４１ｄのピッチ向きを示すエンコードされたピッチ信号ＥＳ_Ｐを生成するように、回転エンコーダ（図示せず）が具備されている。

図４Ｅは、最大正ピッチ４６ｐへの遠位リンク機構４１ｄの例示的な操向を示し、図４Ｆは、最大負ピッチ向き４６ｎへの遠位リンク機構の操向を示す。

実際的応用では、モータ付きピボット継手４２ｂ及び４２ｃは、隣接していても、図４Ａ乃至図４Ｆに例示的に示されるように、離間されていてもよい。或いは、中間リンク機構４１ｉが省略されて、モータ付きピボット継手４２ｂ及び４２ｃは、遠位リンク機構４１ｄのピッチ動作及びヨー動作の両方を作動させるために構造的に一体にされてもよい。

更に、実際的応用では、並進継手が近位リンク機構４１ｐと中間リンク機構４１ｉとを相互接続し、これにより、解剖学的領域へのイントロデューサ４０ｂの挿入中に、中間リンク機構４１ｉ及び遠位リンク機構４１ｄを並行移動させてもよい。

更に、実際的応用では、本開示の多関節操向可能イントロデューサのリンク機構は、介入器具のための１つ以上の内部及び／又は外部チャネルが構造的にデザインされていてもよい。

例えば図５Ａは、図３Ａ及び図３Ｂに示される多関節操向可能イントロデューサ４０ａのリンク機構４１を通り延在する単一の内部チャネル６０を示す。このチャネル実施形態では、解剖学的領域内にイントロデューサ４０ａを配置した後、最初に、内視鏡がリンク機構４１のチャネル６０を通して入れられ、撮像目的のために遠位リンク機構４１ｄの遠位端に合わせられる。その後、任意の追加の介入器具が、手術目的の必要に応じて、リンク機構のチャネル６０を通り入れられてよい。

更なる例として、図５Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂに示される多関節操向可能イントロデューサ４０ａのリンク機構４１を通り延在する一対の内部チャネル６１及び６２を示す。このチャネル実施形態では、処置中、２つの介入器具が、上記撮像及び手術目的のために、チャネル６１及び６２を同時にそれぞれ通して入れられる。

本開示の更なる理解を容易にするために、以下の図６乃至図７の説明は、本開示の操向可能イントロデューサの配置方法の基本発明原理を教示する。当業者であれば、この説明から、任意のタイプの低侵襲的処置に本開示の操向可能イントロデューサ配置方法の発明原理を適用する方法を理解できるであろう。

図６を参照すると、本開示の操向可能イントロデューサ配置方法を説明するフローチャート７０は、経路計画ステップＳ７２と、治療準備ステップＳ７４と、イントロデューサ配置ステップＳ７６とを含む。

具体的には、フローチャート７０のステップＳ７２は、（１）患者の走査を計画することと、（２）本開示のイントロデューサによる解剖学的領域内の解剖学的構造のターゲット位置まで横断可能な領域を描出することと、（３）横断可能な領域を通るターゲット位置までのすべての可能なイントロデューサ経路を計算することと、（４）横断可能な領域を通るターゲット位置までの計画されたイントロデューサ経路を選択することとを含む。

各イントロデューサ経路は、本開示のイントロデューサを解剖学的領域内の配置位置まで挿入するための直線セグメントを含む。各イントロデューサ経路は更に、解剖学的領域内のターゲット位置まで解剖学的領域内を本開示のイントロデューサを遠位操向するためのピッチセグメント及び／又はヨーセグメントを含む。

例えば図１は、計画撮像コントローラ２２ａによって制御される計画撮像モダリティ２０ａによって生成される患者１０の脳１１の計画画像２１ａを示す。ステップＳ７２では、計画画像２１ａの未加工データが、図７Ａに示される経路プランナ８０に読み込まれ、これにより、計画画像２１ａの未加工データは、脳１１の３Ｄワーキングモデル８１に変換される。

この後、外科医は、経路プランナ８０を操作して、図７Ａに灰色の星印で表されるターゲット位置まで脳１１のワーキングモデル８１を通る、例えば横断可能領域８３ａ及び横断可能領域８３ｂといった横断可能領域を描出する。

実際的応用では、横断可能領域は、図７Ａに例示的に示されるように、ターゲット位置の周辺で重なり合う。

外科医は更に、経路プランナ８０を操作して、例えば図７Ａに示される横断可能領域８３ａを通るターゲット位置までのイントロデューサ経路８４ａや横断可能領域８３ｂを通るターゲット位置までのイントロデューサ経路８４ｂといった横断可能領域を通るターゲット位置までのすべての可能なイントロデューサ経路を計算する。イントロデューサ経路８４ａ及び８４ｂは共に、脳１１のワーキングモデル８１内の配置位置まで本開示のイントロデューサを挿入するための直線セグメントを含む。両イントロデューサ経路８４ａ及び８４ｂは更に、脳１１のワーキングモデル８１内のターゲット位置まで本開示のイントロデューサを遠位操向するためのピッチセグメントを含む。

外科医は更に、経路プランナ８０を操作して、イントロデューサと敏感な構造との距離を最小限に抑えるための最適化、イントロデューサの操向動作を最小限に抑えるための最適化を含むがこれらに限定されない特定処置に関連する様々な要素に基づいて、計算されたイントロデューサ経路の１つを選択する。

実際的応用では、経路プランナ８０は、行われている特定のタイプの低侵襲的処置に適していることが当技術分野において知られている任意のビジュアル計画技術を実施してよい。

更に、実際的応用では、経路プランナ８０は、計画撮像コントローラ２２ａ及び／又は治療撮像コントローラ２２ｂのアプリケーションモジュールであってよい。

図６を再び参照すると、フローチャート７０のステップＳ７４は、（１）すべての必要な画像位置合わせを実行することと、（２）解剖学的領域内への侵入点を患者上で特定することとを含む。

例えば図７Ｂに示される画像レジスタ９０を使用して、上記変換行列^ＤＩＴ_ＴＩの計算を伴う治療画像−計画画像位置合わせ９１、上記変換行列^ＤＩＴ_ＳＦの計算を伴う定位固定フレーム−計画画像位置合わせ９２の計算、及び、上記変換行列^ＤＩＴ_ＦＭの計算を伴う基準マーカ−計画画像位置合わせ９３の計算を含むがこれに限定されない画像位置合わせが必要に応じて実行される。

画像位置合わせは、当技術分野において知られているように、解剖学的領域内への侵入点を患者上で特定することを容易にする。

実際的応用では、画像レジスタ９０は、行われている特定のタイプの低侵襲的処置に適していることが当技術分野において知られている任意の既知の変換技術を実施してよい。

更に、実際的応用では、画像レジスタ９０は、計画撮像コントローラ２２ａ及び／又は治療撮像コントローラ２２ｂのアプリケーションモジュールであってよい。

図６を再び参照すると、フローチャート７０のステップＳ７６は、（１）本開示のイントロデューサを直線的に挿入することと、（２）本開示のイントロデューサを遠位操向する（３）ために、計画されたイントロデューサ経路の操向セグメントを、イントロデューサ操向動作に変換することとを含む。

例えば定位固定実施形態について図７Ｃに示されるように、当技術分野において知られているように、真っすぐな構成にされたイントロデューサ４０ａ（図３Ａ乃至図３Ｃ）が脳１１内へと入れられる。挿入の完了後、信号ドライバ１００が、計画されたイントロデューサ経路ＰＩＰの操向セグメントを、当技術分野において知られているように、イントロデューサ４０ａの逆運動学を介してイントロデューサ操向動作に変換し、これにより、信号ドライバ１００は、操向セグメントに従ってイントロデューサ４０ａの遠位操向を開始するように、イントロデューサ４０ａのモータ付き継手への駆動信号ＤＳの印加を開始する。モータ付き継手のエンコーダを介して信号ドライバ１００に提供される姿勢情報に基づいて、信号ドライバ１００は、操向セグメントに従ってイントロデューサ４０ａがターゲット位置に到達する時まで、駆動信号ＤＳを印加し続ける。到達後、信号ドライバ１００は、イントロデューサ４０ａを操向向きに保持するように、ロック信号ＬＳを印加する。

実際的応用では、信号ドライバ１００は、操向可能イントロデューサコントローラ４１のアプリケーションモジュールである。

一例として、非定位固定実施形態について図７Ｄに示されるように、真っすぐな構成にされたイントロデューサ４０ａは、脳１１内のイントロデューサ４０ａを示す超音波画像２１ｃを生成する超音波プローブ２０ｃの画像誘導下で、脳１１内に入れられる。位置合わせされた計画画像２１ａ（図示せず）によって示されるように、挿入が完了すると、ビジュアルサーボ１１０が、超音波画像２１ｃ内のターゲット位置を特定し、操向セグメントと一致する撮像ターゲット位置までのイントロデューサ４０ａのピッチ方向を決定することによって、計画されたイントロデューサ経路ＰＩＰの操向セグメントをイントロデューサ操向動作に変換し、当技術分野において知られているように、イントロデューサ４０ａまでイントロデューサ４０ａのモータ付き継手に駆動信号ＤＳを印加するように、逆運動学を適用する。この特定−決定−運動学サイクルは、イントロデューサ４０ａがターゲット位置に到達するまで、超音波画像２１ｃの取得毎にビジュアルサーボ１１０によって繰り返され、到達後、ビジュアルサーボ１１０は、イントロデューサ４０ａを操向向きにロックする。

実際的応用では、ビジュアルサーボ１１０は、操向可能イントロデューサコントローラ４１のアプリケーションモジュールである。

図６を再び参照すると、フローチャート７０は、イントロデューサ配置の完了後に終了するか、または、ステップＳ７２乃至Ｓ７６の何れかを必要に応じて任意の程度まで繰り返してもよい。

図１乃至図９を参照すると、当業者であれば、障害物を回避する安全なやり方での解剖学的領域内のターゲット位置までの操向可能イントロデューサの画像誘導制御を含むがこれに限定されない本開示の多くの利点を理解するであろう。

更に、当業者であれば、本明細書に提供される教示内容に鑑みて理解できるように、本開示／明細書において説明される、及び／又は、図に示される特徴、要素、コンポーネント等は、電子コンポーネント／回路、ハードウェア、実行可能なソフトウェア及び実行可能なファームウェアの様々な組み合わせで実現され、また、単一の要素又は複数の要素にまとめられる機能を提供する。例えば図に示される／例示される／説明される様々な特徴、要素、コンポーネント等の機能は、専用ハードウェアだけでなく、適切なソフトウェアに関連付けられてソフトウェアを実行可能であるハードウェアも使用することによって提供可能である。当該機能は、プロセッサによって提供される場合、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は、複数の個別のプロセッサによって提供可能であり、個別のプロセッサのうちの幾つかは共有及び／又は多重化されてよい。更に、「プロセッサ」との用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきではなく、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、メモリ（ソフトウェアを記憶する読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置等）、並びに、処理を実行及び／又は制御可能である（及び／又は設定可能である）実質的に任意の手段及び／又は機械（ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、回路、これらの組み合わせ等を含む）を暗に含むが、これらに限定されない。

更に、本発明の原理、態様及び実施形態だけでなく、これらの具体例を列挙する本明細書におけるすべての記述は、これらの構造上の等価物及び機能上の等価物の両方を包含することを意図している。更に、このような等価物は、現在知られている等価物だけでなく、将来開発される等価物（例えば構造に関係なく、同じ機能を行うように開発される任意の要素）の両方も含むことを意図している。したがって、例えば当業者であれば、本明細書に提供される教示内容に鑑みて理解できるように、本明細書に提示される任意のブロック図が、本発明の原理を具体化する例示的なシステムコンポーネント及び／又は回路の概念図を表す。同様に、当業者であれば、本明細書に提供される教示内容に鑑みて認識できるように、任意のフローチャート、フロー図等が、コンピュータ可読記憶媒体内に実質的に表現され、したがって、コンピュータ、プロセッサ又は処理機能を有する他のデバイスによって、当該コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、実行される様々な処理を表す。

更に、本開示の例示的な実施形態は、例えばコンピュータ若しくは任意の命令実行システムによる又は当該コンピュータ若しくはシステムに関連して使用されるプログラムコード及び／又は命令を提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能であるコンピュータプログラムプロダクトの形を取ることができる。本開示に従って、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置若しくはデバイスによる又は当該システム、装置若しくはデバイスに関連して使用されるプログラムを、例えば含む、記憶する、通信する、伝搬する又は運搬する任意の装置であってよい。そのような例示的な媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外若しくは半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）又は伝搬媒体であってよい。コンピュータ可読媒体の例には、半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ（ドライブ）、剛性磁気ディスク及び光学ディスクが含まれる。光学ディスクの現在の例には、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読み出し／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤが含まれる。更に、当然ながら、今後開発される任意の新規のコンピュータ可読媒体も、本開示の例示的な実施形態及び開示内容に従って使用される又は言及されるコンピュータ可読媒体とみなされるべきである。

低侵襲的処置のための新規且つ発明に係る操向可能イントロデューサの好適及び例示的な実施形態（これらの実施形態は例示を意図しており、限定ではない）を説明したが、図面を含む本明細書に提供される教示内容を考慮して、当業者によって修正及び変更が行われてもよいことに留意されたい。したがって、当然ながら、本開示の好適且つ例示的な実施形態に変更を行ってよく、これらは、本明細書に開示される実施形態の範囲内である。

更に、デバイスを組み込む及び／若しくは当該デバイスを実装する対応する及び／若しくは関連のシステム、又は、本開示に従ってデバイスにおいて使用される／実装されるシステムも想到され、本開示の範囲内であると見なされる。更に、本開示によるデバイス及び／若しくはシステムを製造する及び／若しくは使用する、対応する並びに／又は関連の方法も想到され、本開示の範囲内であると見なされる。

Claims

多関節操向可能イントロデューサと、
撮像コントローラと、
操向可能イントロデューサコントローラと、
を含み、
前記多関節操向可能イントロデューサは、複数のリンク機構及び前記複数のリンク機構を相互接続する少なくとも１つの継手を含み、
前記撮像コントローラは、解剖学的領域内のターゲット位置への前記多関節操向可能イントロデューサの遠位操向動作の計画を制御し、
前記少なくとも１つの継手及び前記撮像コントローラと連絡する前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記多関節操向可能イントロデューサを遠位操向するように、前記少なくとも１つの継手の作動を制御する、システム。
前記複数のリンク機構は、近位リンク機構及び遠位リンク機構を含み、
前記少なくとも１つの継手は、前記近位リンク機構と前記遠位リンク機構とを相互接続するピボット継手を含む、請求項１に記載のシステム。
前記ピボット継手は、前記近位リンク機構に対する前記遠位リンク機構の姿勢を示す姿勢データを生成し、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記ピボット継手による前記姿勢データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記遠位リンク機構を操向するように、前記ピボット継手の作動を制御する、請求項２に記載のシステム。
治療撮像モダリティを更に含み、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記治療撮像モダリティによる前記解剖学的領域内の前記多関節操向可能イントロデューサを示す治療画像データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記遠位リンク機構を遠位操向するように、前記ピボット継手の作動を制御する、請求項２に記載のシステム。
前記複数のリンク機構は、近位リンク機構と遠位リンク機構との間の中間リンク機構を含み、
前記少なくとも１つの継手は、
前記近位リンク機構と前記中間リンク機構とを相互接続する近位ピボット継手と、
前記中間リンク機構と前記遠位リンク機構とを相互接続する遠位ピボット継手と、
を含む、請求項１に記載のシステム。
前記近位ピボット継手は、前記近位リンク機構に対する、前記中間リンク機構及び前記遠位リンク機構の姿勢を示す姿勢データを生成し、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記近位ピボット継手による前記姿勢データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記中間リンク機構及び前記遠位リンク機構を操向するように、前記近位ピボット継手の作動を制御する、請求項５に記載のシステム。
前記遠位ピボット継手は、前記中間リンク機構に対する前記遠位リンク機構の姿勢を示す姿勢データを生成し、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記遠位ピボット継手による前記姿勢データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記遠位リンク機構を操向するように、前記遠位ピボット継手の作動を制御する、請求項５に記載のシステム。
治療撮像モダリティを更に含み、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記治療撮像モダリティによる前記解剖学的領域内の前記多関節操向可能イントロデューサを示す治療画像データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記中間リンク機構及び前記遠位リンク機構を操向するように、前記近位ピボット継手の作動を制御する、請求項５に記載のシステム。
治療撮像モダリティを更に含み、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記治療撮像モダリティによる前記解剖学的領域内の前記多関節操向可能イントロデューサを示す治療画像データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記遠位リンク機構を操向するように、前記遠位ピボット継手の作動を制御する、請求項５に記載のシステム。
前記複数のリンク機構は、近位リンク機構及び少なくとも１つの追加のリンク機構を含み、
前記少なくとも１つの継手は、前記近位リンク機構を前記少なくとも１つの追加のリンク機構に相互接続する並進継手を含む、請求項１に記載のシステム。
前記並進継手は、前記近位リンク機構に対する前記遠位リンク機構の姿勢を示す姿勢データを生成し、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記並進継手による前記姿勢データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内で前記遠位リンク機構を並行移動させるように、前記並進継手の作動を制御する、請求項１０に記載のシステム。
治療撮像モダリティを更に含み、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記治療撮像モダリティによる前記解剖学的領域内の前記多関節操向可能イントロデューサを示す治療画像データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内で前記少なくとも１つの追加のリンク機構を並行移動させるように、前記並進継手の作動を制御する、請求項１１に記載のシステム。
前記撮像コントローラは、前記解剖学的領域の横断可能領域内のイントロデューサ経路の計画を制御し、
前記イントロデューサ経路は、
前記解剖学的領域内の配置位置までの前記多関節操向可能イントロデューサの直線セグメントと、
前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置までの前記配置位置に対する前記多関節操向可能イントロデューサの操向動作セグメントと、
を含み、
前記操向動作セグメントは、前記解剖学的領域内のターゲット位置までの前記多関節操向可能イントロデューサの前記遠位操向動作を規定する、請求項１に記載のシステム。
超音波プローブを更に含み、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記超音波プローブによる前記解剖学的領域内の前記多関節操向可能イントロデューサを示す超音波画像データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記多関節操向可能イントロデューサを操向するように、前記少なくとも１つの継手の作動を制御する、請求項１に記載のシステム。
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記多関節操向可能イントロデューサを遠位操向するように、前記少なくとも１つの継手の信号駆動作動及びビジュアルサーボ作動の少なくとも一方を制御する、請求項１に記載のシステム。
複数のリンク機構及び前記複数のリンク機構を相互接続する少なくとも１つの継手を含む多関節操向可能イントロデューサを解剖学的領域内に配置する方法であって、
撮像コントローラが、前記解剖学的領域内のターゲット位置までの多関節操向可能イントロデューサの遠位操向動作の計画を制御するステップと、
操向可能イントロデューサコントローラが、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記多関節操向イントロデューサを遠位操向するように、前記少なくとも１つの継手の作動を制御するステップと、
を含む、方法。
前記複数のリンク機構は、近位リンク機構及び遠位リンク機構を含み、
前記少なくとも１つの継手は、前記近位リンク機構と前記遠位リンク機構との間のピボット継手を含み、
前記ピボット継手は、前記近位リンク機構に対する前記遠位リンク機構の姿勢を示す姿勢データを生成し、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記ピボット継手による前記姿勢データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記遠位リンク機構を操向するように、前記ピボット継手の作動を制御する、請求項１６に記載の方法。
前記解剖学的領域内の前記多関節操向可能イントロデューサを示す治療画像データを生成する治療撮像モダリティを更に含み、
前記複数のリンク機構は、近位リンク機構及び遠位リンク機構を含み、
前記少なくとも１つの継手は、前記近位リンク機構と前記遠位リンク機構との間のピボット継手を含み、
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記治療撮像モダリティによる前記治療画像データの生成に反応して、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記遠位リンク機構を遠位操向するように、前記ピボット継手の作動を制御する、請求項１６に記載の方法。
前記撮像コントローラは、前記解剖学的領域の横断可能領域内のイントロデューサ経路の計画を制御し、
前記イントロデューサ経路は、
前記解剖学的領域内の配置位置までの前記多関節操向可能イントロデューサの直線セグメントと、
前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置までの前記配置位置に対する前記多関節操向可能イントロデューサの操向動作セグメントと、
を含み、
前記操向動作セグメントは、前記解剖学的領域内のターゲット位置までの前記多関節操向可能イントロデューサの前記遠位操向動作を規定する、請求項１６に記載の方法。
前記操向可能イントロデューサコントローラは、前記撮像コントローラによって計画された通りに、前記解剖学的領域内の前記ターゲット位置まで前記多関節操向可能イントロデューサを遠位操向するように、前記少なくとも１つの継手の信号駆動作動及びビジュアルサーボ作動の少なくとも一方を制御する、請求項１６に記載の方法。