JP2020513269A - 身体組織の熱流束分布感知のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

身体組織の熱流束分布感知のためのシステムは、分布センサ、熱エネルギー源、及び１つ又は複数のプロセッサを含む。分布センサは、測定範囲内の複数の点に対応する複数の温度測定値を提供する。熱エネルギー源は、測定範囲に沿って熱エネルギーを身体組織に加える。１つ又は複数のプロセッサは、分布センサから複数の温度測定値を受信し、複数の点のそれぞれにおいて熱エネルギー源によって加えられる熱エネルギーの量を決定し、複数の温度測定値と熱エネルギー源によって加えられる熱エネルギーの量とに基づいて、複数の点のそれぞれにおける熱流束を決定するように構成される。複数の温度測定値は複数の点に対応する。

Description

関連出願
本特許出願は、２０１６年１２月９日に出願された、”System and Method for Distributed Heat Flux Sensing of Body Tissue”という表題の米国仮特許出願第６２／４３２，４５２号の優先権及び出願日の利益を主張するものであり、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、身体組織の熱流束を測定するためのシステムに関し、より具体的には、身体組織の熱流束分布感知（distributed heat flux sensing）のためのシステムに関する。

低侵襲性外科的処置を行う際に使用される遠隔操作システム等の医療用ロボットシステムは、従来の開腹手術技術に対して、痛みの軽減、入院期間の短縮、通常の活動へのより早期の復帰、傷痕の最小化、回復時間の短縮、及び組織への損傷の低減を含む多くの利点を提供する。その結果、そのような医療遠隔操作システムに対する需要は強くそして増大している。

医療遠隔操作システムの例には、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive Surgical, Inc.からのda Vinci（登録商標）手術システム及びda Vinci（登録商標）S^TM手術システムが含まれる。これらの各システムは、外科医コンソール、患者側カート、高性能３次元（「３Ｄ」）ビジョンシステム、及び患者側カートに結合された１つ又は複数の医療器具を含む。

医療処置の実施前、実施後、及び／又は実施中に、手術部位での又はその近くの身体組織の特性を決定することは有用である。例えば、特定の身体組織が健康、焼灼された状態（ablated）、癌性、又は非癌性であるかどうかを判定することは有用である。また、手術部位での又はその近くの解剖学的特徴の位置を特定することは有用である。例えば、手術の遂行は血管の位置のマップを決定することによって容易にされ得る。理想的には、この情報は、身体組織に切り込むことなく、又は身体から組織を取り出すことなく決定される。

医療処置の実施前、実施後、及び／又は実施中に、手術部位からリアルタイムのフィードバックを抽出することも有用である。リアルタイムのフィードバックは、手術部位での又はその近くの身体組織に対する外科的介入の影響を反映している。例えば、熱焼灼処置を行うときに、標的組織及び非標的組織に対する熱的影響を連続的に監視することは有用である。

従って、外科的処置のリアルタイムの監視を提供するシステムを提供することは有利となるだろう。

本発明の実施形態は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって最もよく要約される。

いくつかの実施形態では、身体組織の熱流束分布感知のためのシステムは、分布センサ、熱エネルギー源、及び１つ又は複数のプロセッサを含み得る。分布センサは、測定範囲内の複数の点に対応する複数の温度測定値を提供する。熱エネルギー源は、測定範囲に沿って熱エネルギーを身体組織に加える。１つ又は複数のプロセッサは、分布センサから複数の温度測定値を受信し、複数の点のそれぞれにおいて熱エネルギー源によって加えられる熱エネルギーの量を決定し、複数の温度測定値と熱エネルギー源によって加えられる熱エネルギーの量とに基づいて、複数の点のそれぞれにおける熱流束を決定するように構成される。複数の温度測定値は複数の点に対応する。

いくつかの実施形態では、分布センサを使用して身体組織の熱流束を決定するための方法は、分布センサから複数の温度測定値を受信するステップと、複数の点に加えられる熱エネルギーの量を決定するステップと、受信した複数の温度測定値及び決定された加えられる熱エネルギーの量に基づいて、複数の点における身体組織の熱流束を決定するステップとを含み得る。複数の温度測定値は、分布センサの測定範囲内の複数の点に対応する。

いくつかの実施形態では、熱流束分布センサを使用して焼灼システムにフィードバックを提供する方法は、初期動作パラメータを焼灼プローブに与えて焼灼処置を行うステップと、焼灼処置中に取り込んだ、熱流束分布センサからの複数の熱流束測定値を受信するステップと、複数の熱流束測定値に基づいて調整された動作パラメータを焼灼プローブに与えるステップとを含み得る。

前述の一般的な説明と以下の詳細な説明との両方は、本質的に例示及び説明であり、本開示の範囲を限定することなく本開示の理解を与えることを意図していることを理解されたい。その点に関して、本開示の更なる態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から当業者には明らかになるだろう。

本開示の実施形態による遠隔操作医療システムの簡略図である。 本開示の態様を利用する医療器具システムの簡略図である。 いくつかの実施形態による伸長状態の医療ツールを含む医療器具の簡略図である。 いくつかの実施形態による熱流束分布センサシステムの簡略図である。 位置の関数として熱流束を表すプロットの簡略図である。 いくつかの実施形態による、同心状配置の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、同心状配置の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、同心状配置の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、同心状配置の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、半同心状配置の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、半同心状配置の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、マルチファイバー構成の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、マルチファイバー構成の熱流束分布センサの簡略断面図である。 いくつかの実施形態による、走査モード構成の熱流束分布センサの簡略図である。 いくつかの実施形態による熱流束分布センサを使用する焼灼システムの簡略図である。 いくつかの実施形態による複数の熱流束分布センサを使用する焼灼システムの簡略図である。 いくつかの実施形態による熱流束を決定する方法の簡略図である。 いくつかの実施形態による治療処置中にフィードバックを提供する方法の簡略図である。 いくつかの実施形態による焼灼された組織を検出する方法の簡略図である。

発明を実施するために形態

以下の説明では、本開示と一致するいくつかの実施形態を説明する特定の詳細が記載される。実施形態の完全な理解を与えるために多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、いくつかの実施形態がこれらの特定の詳細の一部又は全てがなくても実施し得ることが当業者には明らかであろう。本明細書に開示される特定の実施形態は例示的であり、限定的ではないことを意味する。当業者は、本明細書に具体的に説明していないが、本開示の範囲及び精神の範囲内にある他の要素を理解し得る。さらに、不必要な繰返しを避けるために、１つの実施形態に関連して図示及び説明した１つ又は複数の特徴は、他に特に記載のない限り、又は１つ又は複数の特徴によって実施形態が機能しなくなる場合を除き、他の実施形態に組み込まれ得る。

いくつかの例では、実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように、周知の方法、手順、構成要素、及び回路について詳細に説明していない。

以下の実施形態は、３次元空間におけるそれら器具の状態に関して様々な器具及び器具の一部について説明する。本明細書で使用される場合に、用語「位置」は、３次元空間内の物体又は物体の一部の位置（例えば、直交Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の変化を使用して説明することができる（例えば、直交Ｘ、Ｙ、Ｚ軸等に沿った）３つの並進自由度）を指す。本明細書で使用される場合に、用語「向き（orientation）」は、物体又は物体の一部の回転配置（３つの回転自由度、例えば、ロール、ピッチ、及びヨーを使用して説明することができる）を指す。本明細書で使用される場合に、用語「姿勢（pose）」は、少なくとも１つの並進自由度における物体又は物体の一部の位置、及び少なくとも１つの回転自由度におけるその物体又はその物体の一部の向きを指す。３次元空間内の非対称剛体の場合に、全姿勢は合計６つの自由度で記述することができる。

また、本明細書で説明するいくつかの例は外科的処置又はツール、又は医療的処置及び医療ツールに言及しているが、開示される技術は非医療処置及び非医療ツールに適用される。例えば、本明細書で説明するツール、システム、及び方法は、工業的用途、汎用ロボット用途、及び非組織の加工物を感知又は操作することを含む非医療目的に使用することができる。他の例示的な用途は、美容上の改善、人間又は動物の解剖学的構造の画像化、人間又は動物の解剖学的構造からのデータの収集、システムの据付又は分解、及び医療関係者又は非医療関係者の訓練を含む。追加の例示的な用途は、（人体又は動物の解剖学的構造に戻すことなく）人体又は動物の解剖学的構造から取り出された組織に対する処置の使用、及び人間又は動物の死体に対する処置を行うことを含む。さらに、これらの技術は、外科的及び非外科的、医学的治療又は診断処置にも使用することができる。

図１は、いくつかの実施形態による遠隔操作医療システム１００の概略図である。いくつかの実施形態では、遠隔操作医療システム１００は、例えば、外科的処置、診断処置、治療処置、又は生検処置の使用に適し得る。図１に示されるように、医療システム１００は、一般に、患者Ｐに対して様々な処置を行う際に医療器具１０４を動作させるためのマニピュレータアセンブリ１０２を含む。マニピュレータアセンブリは遠隔操作可能であるか、又は手動式、ロボット式、及び／又遠隔操作式の医療器具１０４の制御のための遠隔操作式サブアセンブリと非遠隔操作式サブアセンブリとの両方を含み得る。マニピュレータアセンブリ１０２は、手術台Ｔに又はその近くに取り付けられる。マスターアセンブリ１０６等のオペレータ入力システムによって、オペレータＯ（例えば、図１に示されるような外科医、臨床医、又は医師）が介入部位を見て、マニピュレータアセンブリ１０２を制御するのを可能にする。

マスターアセンブリ１０６は、オペレータコンソールに配置され得、オペレータコンソールは、通常、患者Ｐが配置される手術台の側等の、手術台Ｔと同じ部屋に配置される。しかしながら、オペレータＯは、患者Ｐとは異なる部屋又は全く異なる建物に位置し得ることを理解されたい。マスターアセンブリ１０６は、一般に、マニピュレータアセンブリ１０２を制御するための１つ又は複数の制御装置を含む。制御装置は、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガーガン、手動制御装置、音声認識装置、体動センサ又は存在検出センサ等の任意数の様々な入力装置を含み得る。オペレータＯに器具１０４を直接的に制御しているという強い感覚を与えるために、制御装置には、関連する医療器具１０４と同じ自由度を与えてもよい。この方法では、制御装置は、オペレータＯに、テレプレゼンス、つまり制御装置が医療器具１０４と一体であるという知覚を与える。

いくつかの実施形態では、制御装置は、関連する医療器具１０４よりも多い又は少ない自由度を有してもよく、依然としてオペレータＯにテレプレゼンスを与えることができる。いくつかの実施形態では、制御装置は、オプションで、６自由度で動く手動入力装置であり得、この入力装置は、器具を作動させるための（例えば、把持顎部を閉じるための、電極に電位を印加するための、薬の治療を送達するため等の）作動可能なハンドルも含み得る。

マニピュレータアセンブリ１０２は、医療器具１０４を支持しており、１つ又は複数の非サーボ制御式リンク（例えば、手動で位置付けされ所定位置に固定され得る１つ又は複数のリンク、一般にセットアップ構造と呼ばれる）の運動学的構造と、遠隔操作マニピュレータとを含み得る。マニピュレータアセンブリ１０２、又はより具体的には遠隔操作マニピュレータは、オプションで、制御システム（例えば、制御システム１１２）からのコマンドに応答して、医療器具１０４上の入力部を駆動させる複数のアクチュエータ又はモータを含み得る。アクチュエータは、オプションで、医療器具１０４に結合されたときに、医療器具１０４を自然に又は外科的に形成された解剖学的オリフィス内に前進させることができる駆動システムを含み得る。他の駆動システムは、医療器具１０４の先端部を多自由度で動かすことができ、その自由度は、３自由度の直線運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ直交軸に沿った直線運動）及び３自由度の回転運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ直交軸の周りの回転）を含み得る。さらに、これらのアクチュエータを使用して、生検装置等の顎部で組織を把持するために医療器具１０４の関節運動可能なエンドエフェクタを作動させることができる。レゾルバ（resolver）、エンコーダ、ポテンショメータ、及び他の機構等のアクチュエータ位置センサは、モータシャフトの回転及び向きを示すセンサデータを医療システム１００に提供することができる。この位置センサデータを使用して、アクチュエータによって操縦される物体の動きを決定することができる。

遠隔操作医療システム１００は、マニピュレータアセンブリ１０２の器具に関する情報を受信するための１つ又は複数のサブシステムを有するセンサシステム１０８を含み得る。そのようなサブシステムは、位置／配置センサシステム（例えば、電磁（ＥＭ）センサシステム）；医療器具１０４を構成し得る可撓性本体に沿って先端部及び／又は１つ又は複数のセグメントの位置、向き、速さ、速度、姿勢、及び／又は形状を決定するための形状センサシステム；及び／又は医療器具１０４の先端部から画像を取り込むための視覚化システムを含むことができる。

遠隔操作医療システム１００は、センサシステム１０８のサブシステムによって生成された手術部位及び医療器具１０４の画像又は表現を表示させるための表示システム１１０も含む。表示システム１１０及びマスターアセンブリ１０６は、オペレータＯがテレプレゼンスの知覚を用いて医療器具１０４及びマスターアセンブリ１０６を制御することができるように、向き合わせされ得る。

いくつかの実施形態では、医療器具１０４は、視覚化システム（以下でより詳細に説明する）を有し得、この視覚化システムは、手術部位の同時又はリアルタイム画像を記録し、且つその画像を（表示システム１１０の１つ又は複数のディスプレイ等の）医療システム１００の１つ又は複数のディスプレイを介してオペレータ（つまり、オペレータＯ）に提供する視野スコープアセンブリを含み得る。同時画像は、例えば、手術部位内に位置付けされた内視鏡によって取り込まれた２次元又は３次元画像とすることができる。いくつかの実施形態では、視覚化システムは、医療器具１０４に一体的に又は取り外し可能に結合され得る内視鏡要素を含む。しかしながら、いくつかの実施形態では、別個のマニピュレータアセンブリに取り付けられる別個の内視鏡を医療器具１０４と共に使用して、手術部位を撮像してもよい。視覚化システムは、（制御システム１１２のプロセッサを含み得る）１つ又は複数のコンピュータプロセッサと対話するか、そうでなければそのプロセッサによって実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せとして実装することができる。制御システム１１２のプロセッサは、本明細書に記載の方法及びオペレータに対応する命令を実行することができる。

表示システム１１０は、視覚化システムによって取り込まれた手術部位及び医療器具の画像を表示することもできる。いくつかの例では、遠隔操作医療システム１００は、医療器具の相対位置がオペレータＯの目及び手の相対位置と同様になるように、医療器具１０４及びマスターアセンブリ１０６の制御を構成し得る。この方法では、オペレータＯは、医療器具１０４及び手コントロールを、あたかも実質的に真の存在下で作業空間を見ているかのように操作することができる。真の存在とは、画像の提示が、医療器具１０４を物理的に操縦しているオペレータの視点をシミュレートする真の透視画像であることを意味する。

いくつかの例では、表示システム１１０は、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、蛍光透視法、サーモグラフィ、超音波、光干渉断層法（ＯＣＴ）、サーマルイメージング、インピーダンスイメージング、レーザーイメージング、ナノチューブＸ線イメージング等の画像化技術からの画像データを使用して術前又は術中に記録された手術部位の画像を提示することができる。術前又は術中の画像データは、２次元、３次元、又は４次元（例えば、時間ベース又は速度ベースの情報を含む）画像として、及び／又は術前又は術中の画像データセットから作成されたモデルからの画像として提示することができる。

いくつかの実施形態では、画像誘導外科的処置の目的のために、大抵の場合、表示システム１１０は、医療器具１０４の実際の位置が術前画像又は同時画像／モデルと位置合わせされる（すなわち、動的に参照される）仮想ナビゲーション画像を表示し得る。これは、医療器具１０４の視点から内部手術部位の仮想画像をオペレータＯに提示するために行われ得る。いくつかの例では、視点は、医療器具１０４のチップ（tip）からの視点であり得る。医療器具１０４のチップの画像及び／又は他のグラフィック又は英数字のインジケータを仮想画像に重ね合わせて、オペレータＯが医療器具１０４を制御するのを補助することができる。いくつかの例では、医療器具１０４は仮想画像において見えないことがある。

いくつかの実施形態では、表示システム１１０は、医療器具１０４の実際の位置を術前画像又は同時画像と位置合わせして、外部の視点からの手術部位内の医療器具１０４の仮想画像をオペレータＯに提示する仮想ナビゲーション画像を表示し得る。医療器具１０４の一部の画像又は他のグラフィック又は英数字のインジケータを仮想画像に重ね合わせて、医療器具１０４の制御の際にオペレータＯを補助することができる。本明細書で説明するように、データ点の視覚的表現を表示システム１１０にレンダリングしてもよい。例えば、測定したデータ点、移動したデータ点、位置合わせされたデータ点、及び本明細書に記載の他のデータ点を、表示システム１１０上に視覚的表現で表示してもよい。データ点は、表示システム１１０上の複数の点又はドットによって、或いは１組のデータ点に基づいて作成されたメッシュ又はワイヤモデル等のレンダリングモデルとして、ユーザインターフェイスに視覚的に表すことができる。いくつかの例では、データ点を、それらデータ点が表すデータに従って色分けしてもよい。いくつかの実施形態では、データ点を変更するために各処理動作を実施した後に、視覚的表現を表示システム１１０でリフレッシュしてもよい。いくつかの実施形態では、対応する実際の解剖学的通路に沿って又はその通路を介して挿入される器具の視点からの解剖学的通路のモデルを示す仮想ナビゲーション画像をディスプレイ１１０に提示してもよい。

遠隔操作医療システム１００は、制御システム１１２も含み得る。制御システム１１２は、医療器具１０４と、マスターアセンブリ１０６と、センサシステム１０８と、表示システム１１０との間の制御を行うための少なくとも１つのコンピュータプロセッサ（図示せず）及び少なくとも１つのメモリを含む。制御システム１１２は、表示システム１１０に情報を提供するための命令を含む、本明細書に開示される態様に従って説明される方法の一部又は全てを実施するためのプログラム命令（例えば、命令を記憶する非一時的な機械可読媒体）も含む。制御システム１１２が図１の簡略図に単一のブロックとして示されるが、システムは、２つ以上のデータ処理回路を含み得、その処理の一部がオプションでマニピュレータアセンブリ１０２上又はその近くで実行され、処理の別の部分がマスターアセンブリ１０６等で実行される。制御システム１１２のプロセッサは、本明細書に開示され且つ以下でより詳細に説明するプロセスに対応する命令を含む命令を実行することができる。多種多様な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれも使用することができる。同様に、プログラム命令は、複数の別々のプログラム又はサブルーチンとして実装してもよく、又はそれら命令は、本明細書に記載される遠隔操作システムの複数の他の態様に統合してもよい。一実施形態では、制御システム１１２は、ブルートゥース（登録商標）、ＩｒＤＡ、ホームＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、及び無線テレメトリ等の無線通信プロトコルをサポートする。

いくつかの実施形態では、制御システム１１２は、医療器具１０４から力及び／又はトルクフィードバックを受信し得る。フィードバックに応答して、制御システム１１２は、マスターアセンブリ１０６に信号を送信し得る。いくつかの例では、制御システム１１２は、マニピュレータアセンブリ１０２の１つ又は複数のアクチュエータに命令する信号を送信して、医療器具１０４を動かすことができる。医療器具１０４は、患者Ｐの身体の開口部を介して患者Ｐの身体内の内部手術部位内に延びることができる。任意の適切な従来の及び／又は専用のアクチュエータを使用してもよい。いくつかの例では、１つ又は複数のアクチュエータは、マニピュレータアセンブリ１０２とは別個であるか、又はマニピュレータアセンブリ１０２と一体化され得る。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のアクチュエータ及びマニピュレータアセンブリ１０２は、患者Ｐ及び手術台Ｔに隣接して位置付けされる遠隔操作カートの一部として設けられる。

制御システム１１２は、オプションで、画像誘導外科的処置中に医療器具１０４を制御するときに、オペレータＯにナビゲーション支援を与えるための仮想視覚化システムをさらに含み得る。仮想視覚化システムを使用する仮想ナビゲーションは、解剖学的通路の取得した術前又は術中データセットへの参照に基づき得る。仮想視覚化システムは、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、蛍光透視法、サーモグラフィ、超音波、光干渉断層法（ＯＣＴ）、サーマルイメージング、インピーダンスイメージング、レーザーイメージング、ナノチューブＸ線イメージング等の画像化技術を用いて画像化された手術部位の画像を処理する。手動入力と組み合わせて使用され得るソフトウェアを使用して、記録した画像を、部分的又は全体的な解剖学的器官又は解剖学的領域のセグメント化された２次元又は３次元の合成表現に変換する。画像データセットは合成表現に関連付けられる。合成表現及び画像データセットは、通路の様々な位置及び形状並びにそれらの接続性を示す。合成表現を生成するために使用される画像は、臨床診断中に、術前又は術中に記録され得る。いくつかの実施形態では、仮想視覚化システムは、標準的表現（すなわち、患者固有ではない）又は標準的表現と患者固有のデータとのハイブリッドを使用してもよい。合成表現及びこの合成表現によって生成されるあらゆる仮想画像は、１つ又は複数の運動段階中（例えば、肺の吸気／呼気サイクル中）の変形可能な解剖学的領域の静的姿勢を表すことができる。

仮想ナビゲーション手順の間に、センサシステム１０８を使用して、患者Ｐの解剖学的構造に対する医療器具１０４のおおよその位置を計算することができる。この位置を使用して、患者Ｐの解剖学的構造のマクロレベル（外部）追跡画像と患者Ｐの解剖学的構造の仮想内部画像との両方を生成することができる。このシステムは、（公知の仮想視覚化システム等からの）手術前に記録された医療画像と共に医療器具を位置合わせ及び表示するために、１つ又は複数の電磁（ＥＭ）センサ、光ファイバーセンサ、及び／又は他のセンサを実装し得る。例えば、（２０１１年５月１３日に出願された）米国特許出願第１３／１０７，５６２号（“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an
Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示する）がそのような１つのシステムを開示しており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。遠隔操作医療システム１００は、照明システム、操縦制御システム、洗浄システム、及び／又は吸引システム等のオプションの動作及びサポートシステム（図示せず）をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、遠隔操作医療システム１００は、２つ以上のマニピュレータアセンブリ及び／又は２つ以上のマスターアセンブリを含み得る。マニピュレータアセンブリの正確な数は、他の要因の中でも、外科的処置及び手術室内の空間的制約に左右されるであろう。マスターアセンブリ１０６は、並置してもよく、又はそれらアセンブリは別々の位置に位置付けしてもよい。複数のマスターアセンブリによって、２人以上のオペレータが１つ又は複数のマニピュレータアセンブリを様々な組合せで制御するのを可能にする。

図２Ａは、いくつかの実施形態による医療器具システム２００の簡略図である。いくつかの実施形態では、医療器具システム２００は、遠隔操作医療システム１００を用いて行われる画像誘導医療処置において医療器具１０４として使用され得る。いくつかの例では、医療器具システム２００は、非遠隔操作式診査処置又は内視鏡検査等の従来の手動操作式医療器具に関連する処置に使用され得る。オプションで、医療器具システム２００を使用して、患者Ｐ等の患者の解剖学的通路内の位置に対応する１組のデータ点を収集（すなわち、測定）してもよい。

医療器具システム２００は、駆動ユニット２０４に結合された可撓性カテーテル等の細長い装置２０２を含む。細長い装置２０２は、基端部２１７及び先端部又はチップ部分２１８を有する可撓性本体２１６を含む。いくつかの実施形態では、可撓性本体２１６は約３ｍｍの外径を有する。他の可撓性本体の外径は、これより大きくても小さくてもよい。

医療器具システム２００は、以下でさらに詳細に説明するように、１つ又は複数のセンサ及び／又は撮像装置を使用して、先端部２１８及び／又は可撓性本体２１６に沿った１つ又は複数のセグメント２２４の位置、向き、速さ、速度、姿勢、及び／又は形状を決定する追跡システム２３０をさらに含む。先端部２１８と基端部２１７との間の可撓性本体２１６の全長は、複数のセグメント２２４に効果的に分割され得る。医療器具システム２００が遠隔操作医療システム１００の医療器具１０４と一致する場合に、追跡システム２３０はセンサシステム１０８の構成要素であってもよい。追跡システム２３０は、オプションで、（図１の制御システム１１２のプロセッサを含み得る）１つ又は複数のコンピュータプロセッサと対話するか、そうでなければそれらプロセッサによって実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せとして実装することができる。

追跡システム２３０は、オプションで、形状センサ２２２を使用して先端部２１８及び／又は１つ又は複数のセグメント２２４を追跡することができる。形状センサ２２２は、オプションで、可撓性本体２１６と整列された（例えば、内部チャネル（図示せず）内に設けられる又は外部に取り付けられる）光ファイバーを含み得る。一実施形態では、光ファイバーは約２００μｍの直径を有する。他の実施形態では、寸法はこれより大きくても小さくてもよい。形状センサ２２２の光ファイバーは、可撓性本体２１６の形状を決定するための光ファイバー曲げセンサを形成する。一代替形態では、ファイバーブラッグ格子（ＦＢＧｓ）を含む光ファイバーが、構造内の１次元以上の歪み測定値を得るために使用される。形状センサシステム２２２の光ファイバーによって、単一の時点で可撓性カテーテル本体２１６の長さに沿った形状センサ２２２の様々な部分の位置を表す１組の測定点の同時収集を可能にし得る。光ファイバーの形状及び相対位置を３次元で監視するための様々なシステム及び方法が、（２００５年７月１３日に出願された）米国特許出願第１１／１８０，３８９号（“Fiber optic position and shape sensing device and method relating
thereto”を開示する）；（２００４年７月１６日に出願された）米国特許出願第１２／０４７，０５６号（“Fiber-optic
shape and relative position sensing”を開示する）;（１９９８年６月１７日に出願された）米国特許第６，３８９，１８７号（“Optical Fibre Bend Sensor”を開示する）に記載されており、これら全ての文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの実施形態におけるセンサは、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、及び蛍光散乱等の他の適切な歪み感知技術を使用することができる。いくつかの実施形態では、細長い装置の形状は他の技術を使用して決定してもよい。例えば、可撓性本体２１６の先端部の姿勢の履歴を使用して、その期間に亘った可撓性本体２１６の形状を再構成することができる。いくつかの実施形態では、追跡システム２３０は、オプションで及び／又は追加的に、位置センサシステム２２０を使用して先端部２１８を追跡し得る。位置センサシステム２２０は、外部で発生する電磁場に曝され得る１つ又は複数の導電コイルを含む、位置センサシステム２２０を有するＥＭセンサシステムの構成要素であり得る。次に、ＥＭセンサシステム２２０の各コイルは、外部で発生した電磁場に対するコイルの位置及び向きに依存する特性を有する誘導電気信号を生成する。いくつかの実施形態では、位置センサシステム２２０は、６つの自由度、例えば３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、及び基点のピッチ、ヨー、及びロールを示す３つの方位角（orientation angles）、又は５つの自由度、例えば３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、及び基点のピッチ及びヨーを示す２つの方位角を測定するように構成及び位置付けされ得る。位置センサシステムの更なる説明は、（１９９９年８月１１日に出願された）米国特許第６，３８０，７３２号（“Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder
on the Object Being Tracked”を開示する）に提供されており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態では、形状センサ２２２は、（患者の固定座標系（「患者空間」と呼ばれる）において）形状センサ２２２のベースの位置に関する情報と一緒のセンサ２２２の形状によって、先端チップを含む形状センサに沿った様々な点の位置を計算することができるので、位置センサとしても機能し得る。

いくつかの実施形態では、追跡システム２３０は、代替的に及び／又は追加的に、呼吸等の交互運動のサイクルに沿った器具システムの既知の点について記憶した過去の姿勢、位置、又は向きデータに依拠することができる。この記憶したデータを使用して、可撓性本体２１６に関する形状情報を作成する（develop）ことができる。いくつかの例では、位置センサ２２０のセンサと同様の電磁（ＥＭ）センサ等の一連の位置センサ（図示せず）が、可撓性本体２１６に沿って位置付けされ、その後形状感知に使用され得る。いくつかの例では、特に解剖学的通路が略静的である場合に、処置中に取得したこれらのセンサのうちの１つ又は複数からのデータの履歴を使用して、細長い装置２０２の形状を表すことができる。追跡システム２３０は、先端部２１８及び器具２００に沿った１つ又は複数のセグメント２２４の位置、向き、速度、姿勢、及び／又は形状を決定するための位置センサシステム２２０及び形状センサシステム２２２を含み得る。追跡システム２３０は、（制御システム１１６のプロセッサを含み得る）１つ又は複数のコンピュータプロセッサと対話するか、そうでなければそのプロセッサによって実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せとして実装することができる。

可撓性本体２１６は、医療器具２２６を受容するようにサイズ決め及び形状決めされたチャネル２２１を含む。図２Ｂは、いくつかの実施形態による伸張状態の医療器具２２６を含む可撓性本体２１６の簡略図である。いくつかの実施形態では、医療器具２２６は、手術、生検、焼灼（ablation）、照明、洗浄、又は吸引等の処置に使用され得る。医療器具２２６は、可撓性本体２１６のチャネル２２１を通して展開され、解剖学的構造内の標的位置で使用され得る。医療器具２２６は、例えば、画像取込みプローブ、生検器具、レーザー焼灼ファイバー、及び／又は他の手術用ツール、診断用ツール、又は治療用ツールを含み得る。医療用ツールは、メス、ブラント（blunt）ブレード、光ファイバー、電極等の単一の作業部材を有するエンドエフェクタを含み得る。他のエンドエフェクタは、例えば、鉗子、把持器、はさみ、クリップアプライヤ等を含み得る。他のエンドエフェクタは、電気外科用電極、トランスデューサ、センサ等の電気的に起動されるエンドエフェクタをさらに含み得る。様々な実施形態では、医療器具２２６は生検器具であり、この生検器具は、標的の解剖学的位置からサンプル組織又は細胞のサンプルを取り出すために使用され得る。医療器具２２６は、可撓性本体２１６内でも画像取込みプローブと共に使用することができる。様々な実施形態では、医療器具２２６は、可撓性本体２１６の先端部２１８に又はその近くに立体カメラ又はモノスコープカメラを有する先端部分を含む画像取込みプローブであり得、そのカメラは、表示するために視覚化システム２３１によって処理される、及び／又は先端部２１８及び／又は１つ又は複数のセグメント２２４の追跡をサポートするために追跡システム２３０に提供される画像（ビデオ画像を含む）を取り込む。画像取込みプローブは、取り込んだ画像データを送信するためにカメラに結合されるケーブルを含み得る。いくつかの例では、画像取込み器具は、視覚化システム２３１に結合するファイバースコープ等の光ファイバー束であり得る。画像取込み器具は、例えば１つ又は複数の可視、赤外線、紫外線のスペクトルで画像データを取り込む、単一スペクトル又はマルチスペクトルであり得る。あるいはまた、医療器具２２６自体が画像取込みプローブであり得る。医療器具２２６は、処置を行うためにチャネル２２１の開口部から前進させられ、次に処置が完了したときにチャネル内に引き戻され得る。医療器具２２６は、可撓性本体２１６の基端部２１７から、又は可撓性本体２１６に沿って別のオプションの器具ポート（図示せず）から取り外され得る。

医療器具２２６は、その基端部と先端部との間に延びて医療器具２２６の湾曲先端部を制御可能にするケーブル、リンク機構、又は他の作動制御装置（図示せず）をさらに収容することができる。操縦可能な器具は、（２００５年１０月４日に出願された）米国特許第７，３１６，６８１号（“Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive
Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”を開示する）及び（２００８年９月３０日に出願された）米国特許出願第１２／２８６，６４４号（“Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instrument”を開示する）に詳細に記載されており、これらの文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

可撓性本体２１６は、駆動ユニット２０４と先端部２１８との間に延びて例えば先端部２１８の破線２１９によって示されるように先端部２１８を制御可能に曲げるケーブル、リンク機構、又は他の操縦制御装置（図示せず）も収容することができる。いくつかの例では、少なくとも４本のケーブルを使用して、先端部２１８のピッチ運動を制御するための独立した「上下」操縦及び先端部２８１のヨー運動を制御するための「左右」操縦を提供する。操縦可能な細長い装置が、（２０１１年１０月１４日に出願された）米国特許出願第１３／２７４，２０８号（“Catheter with Removable Vision Probe”を開示する）に詳細に記載されており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。医療器具システム２００が遠隔操作アセンブリによって作動される実施形態では、駆動ユニット２０４は、遠隔操作アセンブリのアクチュエータ等の駆動要素に取り外し可能に結合し、その駆動要素から動力を受け取る駆動入力部を含み得る。いくつかの実施形態では、医療器具システム２００は、医療器具システム２００の動きを手動で制御するための把持機構、手動アクチュエータ、又は他の構成要素を含み得る。細長い装置２０２は操縦可能であり得、あるいはまた、システムは、先端部２１８の曲げのオペレータ制御のための一体化機構を含まない非操縦型であり得る。いくつかの例では、それを通して医療器具を標的の手術位置に展開して使用することができる１つ又は複数の管腔が、可撓性本体２１６の壁に規定される。

いくつかの実施形態では、医療器具システム２００は、肺の検査、診断、生検、又は治療に使用するための、気管支鏡又は気管支カテーテル等の可撓性気管支用器具を含み得る。医療器具システム２００は、結腸、腸、腎臓及び腎杯、脳、心臓、血管系を含む循環系等を含む様々な解剖学系のいずれかにおいて、自然に又は外科的に形成された接続通路を介した他の組織のナビゲーション及び治療にも適している。

追跡システム２３０からの情報はナビゲーションシステム２３２に送られ、そこでその情報は視覚化システム２３１及び／又は術前に得られたモデルからの情報と組み合わされて、オペレータにリアルタイムの位置情報を提供することができる。いくつかの例では、リアルタイムの位置情報は、医療器具システム２００の制御に使用するために、図１の表示システム１１０に表示してもよい。いくつかの例では、図１の制御システム１１６は、医療器具システム２００を位置付けするためのフィードバックとして位置情報を利用することができる。光ファイバーセンサを使用して手術器具を手術用画像と位置合わせして表示するための様々なシステムが、（２０１１年５月１３日に出願された）米国特許出願第１３／１０７，５６２号（“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an
Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示する）に提供されており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの例では、医療器具システム２００は、図１の医療システム１００内で遠隔操作され得る。いくつかの実施形態では、図１のマニピュレータアセンブリ１０２は、直接的なオペレータ制御に替えることができる。いくつかの例では、直接的なオペレータ制御は、器具の手持ち式操作のための様々なハンドル及びオペレータインターフェイスを含み得る。

図３は、いくつかの実施形態による熱流束分布センサ（distributed heat flux sensor）システム３００の簡略図である。図１〜２と一致するいくつかの実施形態によれば、熱流束分布センサシステム３００は、遠隔操作医療システム１００及び／又は医療器具システム２００等の医療システムの構成要素とし得る。熱流束分布センサシステム３００は、身体組織の熱流束の空間的変動を解析するのに役立つ情報を提供することができる。この情報を使用して、身体組織のタイプ、身体組織の健康状態、及び／又は身体組織の状態を識別することができる。身体組織の位置及び解剖学的特徴も、以下でより詳細に説明するように決定され得る。いくつかの例では、熱流束分布センサシステム３００は、肺組織、肺組織の特定の層、血管、又は心臓、肝臓、横隔膜組織等の他の器官の組織等の身体組織のタイプを識別するために使用され得る。いくつかの例では、熱流束分布センサシステム３００からの情報は、組織が癌性、非癌性、健康、又は不健康（例えば、炎症を起こした、感染した、壊死した等）かどうかを判定する等、組織の健康を判定する診断目的で使用され得る。いくつかの例では、情報は、焼灼された又は焼灼されていない等の組織の状態を識別するために使用され得る。いくつかの例では、熱流束分布センサシステム３００は、例えば血管の位置のマップを提供することによって、外科的処置の準備に使用してもよい。いくつかの例では、熱流束分布センサシステム３００は、例えば、焼灼処置の実行中に標的組織が成功裏に焼灼されたかどうかを判定することによって、外科的処置の実行中にリアルタイムで監視するために使用され得る。各用途において、熱流束分布センサシステム３００は、例えば身体組織に切り込むこと及び／又は身体から組織を取り出すことなく、物理的侵入を殆ど伴わずに身体組織の特性を精査することができる。例えば、熱流束分布センサシステム３００は、自然オリフィス又は人工的な開口部等を介した低侵襲性アクセスにより、針の挿入によって身体組織を精査することができる。

センサシステム３００は、器具３１５内に収容され、取り付けられ、又はそうでなければ結合された分布センサ（distributed sensor）３１０を含み、器具３１５は、例えば、針、内視鏡プローブ、焼灼プローブ、カテーテル、ステープラ、クリップアプライヤ、針ドライバ、把持器、開創器、はさみ（scissors）、大はさみ（shears）、メス、ステープラ、焼灼装置、血管シーラー、或いは様々な外科用、診断用、治療用、送達用、又は生検用器具のいずれか等であり得る。動作中に、器具３１５は、測定範囲Ｚに沿った複数の点において温度を測定するために身体組織と熱接触するように位置付けされる。例えば、熱接触は、器具３１５を身体組織に挿入し、器具３１５を身体組織の表面と直接接触させ、及び／又は他の方法で、所望の精度で温度を測定するために器具３１５を身体組織に十分近付けるように位置付けすることによって達成され得る。器具３１５は、堅く直線状、柔軟性、操縦可能、及び／又は湾曲していてもよく、直接挿入経路で組織内に挿入されるように示されるが、測定範囲Ｚ内の挿入経路は、組織を横断して、穿刺すべきでない解剖学的構造を回避するために必要な任意のパターンで湾曲し得る。測定範囲Ｚは、癌性及び非癌性組織、焼灼された組織、健康組織、血管、神経、及び／又は他の解剖学的構造若しくは変化する組織層を含む、１つ又は複数のタイプの生物学的組織を通って延びてもよい。図３に示されるように、測定範囲Ｚは、癌性組織、血管、及び非癌性組織に対応する領域に亘って示される。

いくつかの実施形態によれば、分布センサ３１０は光ファイバーセンサを含み得る。様々な実施形態において、光ファイバーセンサは、光ファイバーの長さに沿って分布した歪み及び／又は温度測定値を提供するためのファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）を含み得る。光ファイバーセンサの一例は、（２００５年７月１３日に出願された）米国特許出願第１１／１８０，３８９号に記載されており、この文献の開示は、その全体が本明細書中に組み込まれる。

一実施形態では、光ファイバーセンサは、単一のクラッド内に含まれる１つ又は複数のコアを含み得る。各コア内には、ファイバーブラッグ格子のアレイが設けられる。各ＦＢＧは、屈折率に空間的な周期性を生成するように、コアの屈折率の一連の変調を含む。間隔は、各屈折率変化からの部分反射が狭帯域の波長に対してコヒーレントとなるように追加され、従ってこの狭帯域の波長のみを反射させるが、より広帯域の波長を通過させるように選択することができる。ＦＢＧの製造中に、変調は既知の距離だけ間隔を空けられ、それによって既知の波長帯域の反射を引き起こす。格子が温度又は歪み等の環境条件に遭遇すると、ファイバーは圧縮又は伸長される。ファイバーにおけるこれらの変化は、屈折率プロファイル、従ってＦＢＧのスペクトル応答を変化させる。スペクトル応答の変化は、その変化に対する刺激を決定するために解釈され得る。

単一のファイバーコアが多くのセンサを担持することができ、各センサの読取値を区別することができるように、ファイバーブラッグ格子を多重化する様々な方法がある。例えば、波長分割多重（ＷＤＭ）を使用して読取値を区別することができる。いくつかの例では、光ファイバーの長さに沿った温度は、光周波数領域反射率測定法（ＯＦＤＲ）及び／又は光時間領域反射率測定法（ＯＴＤＲ）を使用して決定され得る。光ファイバーセンサの長さに沿った温度の連続測定値は、掃引波長干渉法を用いてコアの光応答を解釈することによって導き出すことができる。例えば、ＯＦＤＲは、単一のファイバーコアに沿って分布している数百又は数千のＦＢＧからの温度検出を可能にし得る。いくつかの実施形態によれば、光ファイバーセンサは、１ｍｍ以下の空間分解能を実現し得る。いくつかの実施形態によれば、光ファイバーセンサの直径は２００ミクロン以下であり得る。

いくつかの実施形態では、光ファイバーセンサはセンサの形状をさらに決定し得る。例えば、光ファイバーセンサは、図２に関して上述したように、マルチコア光ファイバーを使用してセンサの温度と３次元形状とを同時に決定することができ、少なくとも１つのコアは光ファイバー曲げセンサを形成する。マルチコア光ファイバーの形状及び温度測定の一例は、２０１５年１２月７日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０６４２１３号に記載されており、この文献の開示はその全体が本明細書に組み込まれる。形状データと温度データを組み合わせて、光ファイバーセンサを使用して得られた各温度測定値の３次元位置を特定することができる。

センサシステム３００は、分布センサ３１０に結合されたセンサ検出システム３１８も含み得る。センサ検出システム３１８は、測定範囲Ｚに沿って温度及び／又は形状を決定するために使用される反射光を生成及び検出する。こうして、センサ検出システム３１８は、既知の基準フレームにおける分布センサの形状及び／又は位置、配置、向き、及び／又は姿勢を決定することができる。センサ検出システムは、光源、光検出器、及び復調器を含み得る。

センサシステム３００は、身体組織と熱接触するように位置付けされる局所的熱源３２０も含み得る。局所的熱源３２０は、分布センサ３１０の検出可能範囲内で身体組織に熱を加え、分布センサ３１０は、身体組織の温度に対する局所的熱源３２０の影響を測定する。例えば、局所的熱源３２０は、分布センサに直接隣接している身体組織に熱を加えることができる。この例では、局所的熱源３２０は、分布センサ３１０と同じ器具３１５に取り付けられ得る。あるいはまた、局所的熱源３２０は、分布センサ３１０の近くに略平行に位置付けされ得る。一例では、局所的熱源３２０は、分布センサ３１０を完全に又は部分的に包む導電性クラッドを含み得る。導電性クラッドは、電流を印加すると加熱される。いくつかの例では、局所的熱源３２０及び分布センサ３１０は同じ装置であってもよい。

局所的熱源３２０の出力レベルは、身体組織を変性又は損傷することなく、測定範囲Ｚに沿って分布センサ３１０の検出可能範囲内の身体組織（例えば、分布センサ３１０から２ｍｍ以内の身体組織）に測定可能な温度変化を生じさせるように選択される。従って、所望のレベルが調査中の身体組織のタイプ及び／又は他の動作条件に基づいて変化し得るので、所与の処置のための出力レベルは実験的に決定され得る。一般に、局所的熱源３２０の出力レベルは、熱エネルギーを加えることによって組織を破壊するように動作する焼灼ツール等の器具の出力レベルよりも実質的に低い。

いくつかの例では、分布センサ３１０が光ファイバーセンサを含む場合に、ファイバーを加熱する及び／又は隣接組織内に熱を放射させるために光ファイバーを介して加熱照明（heating illumination）を当てることができる。加熱照明は、温度を決定するために使用される照明の波長とは異なる波長を有し得る。例えば、加熱照明の波長は、低透過率を有する光ファイバーの透過スペクトルの一部に対応し得る。例示的な例では、光ファイバーは、溶融シリカから作製されたガラス製クラッドを含むことができ、これは２２００ｎｍの波長の照明を吸収する。従って、２２００ｎｍの波長を有する加熱照明は、光ファイバーのクラッド内に入射され、加熱照明の吸収によってファイバーを加熱し得る。一方、ファイバーの温度を決定するために使用される照明は、光ファイバーのコア内に入射され得る。光ファイバーの加熱は、ファイバーに沿った距離の関数として不均一（例えば、非線形）となり得るが、そのような不均一は、例えば、不均一な加熱によって生じる不均一性を補償するように結果を調整する所定の較正曲線を使用して、処理中に考慮され得る。

いくつかの例では、光ファイバーセンサの内部に定常電磁波を発生させてファイバーを加熱させることによって、身体組織に熱を加えることができる。例えば、光ファイバーセンサを金属等の導電材料でコーティングして、ファイバーの内部の定在波をサポートしてもよい。そのような実施形態と一致して、熱流束分布センサシステム３００は、ファイバー内に定在波を発生させるためのＲＦ発生器を含み得る。

いくつかの例では、光ファイバーセンサは、１つ又は複数の導電性ファイバー及び／又はコアを含み得る。例えば、ファイバーの１つ又は複数のコアが導電性となるように、ファイバーを半導体又は金属材料と共に引抜加工してもよい（drawn with）。従って、導電性ファイバーを抵抗加熱することによって身体組織に熱を加えることができる。

いくつかの実施形態では、局所的熱源３２０は省略され得る。追加的に又は代替的に、熱流束分布センサシステム３００は、図９を参照して以下で説明するように焼灼プローブ等の遠隔熱源、血管シーラー、焼灼装置、又は熱剪断機等のツールからの熱源、及び／又は電磁放射、音響波等によって身体組織内に熱エネルギーを放射する体外にある熱源を含み得る。いくつかの例では、熱流束分布センサシステム３００は、身体組織を加熱するのではなく冷却する局所的又は遠隔の熱エネルギー源を含み得る。

センサシステム３００は、分布センサ３１０の測定範囲Ｚ内の複数の点に対応する複数の温度測定値を受信するように、センサ検出システム３１２に結合されたプロセッサ３３０も含む。プロセッサ３３０は、既知の基準フレーム内の対応する各点の３次元位置をさらに決定し得る。複数の温度測定値は、同時に又は順次に、別々に受信してもよい。プロセッサ３３０は、複数の点における局所的熱源３２０によって加えられた熱エネルギーの量をさらに決定し得る。例えば、各点における加えられた熱エネルギーの量は、一定値、既知の可変値、ユーザ提供パラメータ、局所的熱源３２０によって提供されるパラメータ等であり得る。いくつかの例では、プロセッサ３３０は、局所的熱源３２０に結合されて、加えられた熱量を示す信号を受信し、及び／又は加えられる熱量を制御し得る。

プロセッサ３３０は、受信した温度測定値及び決定され、加えられた熱量に基づいて、測定範囲Ｚ内の複数の点のそれぞれにおける熱流束を決定する。いくつかの実施形態によれば、熱流束は、組織の温度を対応して上昇させることなく、組織に加えられ得る最大熱量に基づいて決定され得る。すなわち、熱流束は、局所的熱源３２０によって組織の患部体積に加えられる熱量が組織によって患部体積から離れる方向に伝導される熱量と一致する点に基づいて決定される。いくつかの例では、プロセッサ３３０は、熱流束の決定されたプロファイルに対応する組織のタイプを識別し得る。例えば、プロセッサ３３０は、それらの熱流束プロファイルに基づいて、組織のタイプ及び／又は他の解剖学的特徴を識別するデータベース（又は他のデータ構造）を含み、かつ／又はそれらデータベースと通信することができる。そのような実施形態と一致して、プロセッサ３３０は、データベース内の所与の熱流束に対応する組織のタイプ又は解剖学的特徴を調べることによって、測定範囲内の各点における組織のタイプ及び／又は解剖学的特徴を予測し得る。

プロセッサ３３０は、患者の身体内の熱流束測定値のそれぞれの３次元位置も決定し得る。例えば、プロセッサ３３０は、光ファイバーセンサから形状データを受信し、既知の基準フレーム内の形状データに基づいて３次元位置を特定することができる。既知の基準フレーム内の３次元位置、及び既知の基準フレームと患者基準フレーム及び／又は撮像基準フレームとの位置合せに基づいて、プロセッサ３３０は、熱流束測定値を患者の身体の画像（例えば、図１に関して上述したような、内視鏡画像、ＣＴ画像、及び／又は仮想ナビゲーション画像）に重ね合わせ、所与の位置での熱流束の変化を経時的に追跡等することができる。

センサシステム３００は、熱流束分布センサシステム３００の外科医又は他のオペレータ等のユーザが見ることができる表示システム１１０等のディスプレイ３４０も含む。例えば、ディスプレイ３４０は、オペレータコンソール及び／又はマスターアセンブリ１０６等のマスターアセンブリ内に組み込むことができる。いくつかの実施形態によれば、ディスプレイ３４０は、プロセッサ３３０に結合され、測定範囲Ｚ内の複数の点のそれぞれにおいて決定された熱流束の視覚的表現を示すことができる。いくつかの例では、視覚的表現は、測定範囲Ｚに沿った位置の関数としての熱流束のプロットを含み得る。いくつかの例では、視覚的表現は、測定範囲Ｚに沿った位置の関数として熱流束を識別するスプレッドシート等の英数字テキストを含み得る。いくつかの例では、視覚的表現は、熱流束情報と重ね合わされた患者の身体の画像を含み得る。例えば、画像内の解剖学的特徴は、測定された熱流束に基づいて色分けしてもよい。いくつかの例では、ディスプレイ３４０は、視覚的、聴覚的、及び／又は触覚的な警告をユーザに提供し得る。例えば、ディスプレイ３４０は、熱流束が閾値を超える（及び／又は下回る）とき、又は目標範囲に入るときに、ユーザに警告し得る。警告は、例えば、器具３１５が標的領域に到達したこと、及び／又は危険領域に入ったこと、及び器具の前方への移動を中止すべきか、又は器具を後退させるべきであることを示し得る。いくつかの例では、ディスプレイ３４０は、ユーザに１つ又は複数の医療器具（例えば、図７を参照して以下で議論するような焼灼プローブ）のパラメータを調整し、及び／又は決定された熱流束に基づいて医療処置（例えば、焼灼処置）の実施を変更するように命令し得る。

図４は、測定範囲Ｚに沿った熱流束を表すプロット４００の簡略図である。図３に一致したいくつかの例では、プロット４００は、熱流束分布センサシステム３００を使用して決定された測定データを示し、ディスプレイ３４０を介してユーザに表示され得る。プロット４００に示されるように、血管内の血流が他のタイプの組織内の流れよりも多いため、血管に対応する測定範囲４０４は最も高い熱流束を有する。対照的に、測定範囲４０６内の非癌性組織は、非癌性組織を通る血流が殆どないので、最も低い熱流束を有し得る。測定範囲４０２内の癌性組織は、典型的には非癌性組織よりも癌性組織を通る血流が多いので、中間の熱流束を有する。プロット４００には示されていないが、癌性組織及び非癌性組織並びに血管以外の様々なタイプの組織を同様に区別することができる。例えば、健康な組織は、焼灼された組織よりも大きな血流及び対応するより大きな熱流束を有し得る。プロット４００は比較的雑音の多い信号を含んで示されるが、様々な信号処理技術を生の測定データに適用して、データを平滑化できることを理解されたい。

図５Ａ及び図５Ｂは、いくつかの実施形態による、同心状のバイポーラ構成の熱流束分布センサ５００の簡略断面図である。図３と一致するいくつかの実施形態によれば、熱流束分布センサ５００は、分布センサ３１０、器具３１５、及び／又は局所的熱源３２０を実装するために使用され得る。いくつかの実施形態では、熱流束分布センサ５００は、例えば４００ミクロン以下の非常に小さい直径を有しており、最小限の組織損傷で身体組織内及び／又はその近くへの挿入を容易にし得る。

温度分布センサ５１０は、熱流束分布センサ５００の中心に位置付けされる。温度分布センサ５１０は、概して、図３に関して上述したような分布センサ３１０に対応する。従って、温度分布センサ５１０は光ファイバーセンサとし得る。

導電性クラッド５２０が、温度分布センサ５１０の周りに同心状に配置される。導電性クラッド５２０は、図３に関して上述したように、局所的熱源３２０を実現するために使用される。導電性クラッド５２０は、内側導体５２２及び外側導体５２４を含む。内側導体５２２及び外側導体５２４は、電気回路を形成するように、熱流束分布センサ５００のチップ５２６に結合される。電流源５２８が、内側導体５２２及び／又は外側導体５２４に抵抗加熱によって熱を発生させるための電流を供給する。電流源５２８は、ＤＣ電流源、ＡＣ電流源、パルス電流源等であり得る。電流源５２８は、ユーザによって手動で及び／又はプロセッサ３３０等のプロセッサによって自動的に制御され得る。

熱流束分布センサ５００は、導電性クラッド５２０からの電流の漏れを防止又は低減するために１つ又は複数の絶縁層５３２、５３４、及び／又は５３６を含み得る。例えば、外側絶縁層５３６は、外側導体５２４の上にカプトン（Kapton）コーティングを含み、電流が身体内に流れるのを阻止することができる。同様に、内側絶縁層５３２は、温度分布センサ５１０から内側導体５２２を電気的に分離することができる。しかしながら、いくつかの例では、内側絶縁層５３２は省略され得る。例えば、内側導体５２２は、温度分布センサ５１０と直接接触してもよい（例えば、内側導体５２２が光ファイバーセンサ上の導電性コーティングとして形成される場合）。

間隔絶縁層５３４が、内側導体５２２と外側導体５２４とを分離する。いくつかの実施形態によれば、間隔層５３４は、内側導体５２２と外側導体５２４との間の空隙であり得る。例えば、間隔層５３４は、内側導体５２２及び外側導体５２４がそれぞれ金属管を使用して形成される場合に、空隙であり得る。代替的に又は追加的に、間隔層５３４はガラス製毛細管等の絶縁管を含み得る。そのような実施形態と一致して、内側導体５２２及び外側導体５２４は、ガラス製毛細管の内面及び外面をカーボンコーティング等の導電材料でコーティングすることによって形成してもよい。カーボンコーティングの厚さは、電流を熱に効率的に変換するべく大きな抵抗を与えるように選択され得る。例えば、カーボンコーティングの厚さは１０ｎｍ以下であり得る。

図５Ｃ及び図５Ｄは、いくつかの実施形態による、同心状のモノポーラ構成の熱流束分布センサ５５０の簡略断面図である。熱流束分布センサ５５０は、概して、熱流束分布センサ５００と同じ又は同様の機能を提供する。しかしながら、熱流束分布センサ５００とは異なり、熱流束分布センサ５５０は、戻り電流経路のない導電性クラッド５６０を含む。代わりに、熱流束分布センサ５００は、熱流束分布センサ５００のチップに本体電極５７０を含み、本体電極５７０は、導電性クラッド５６０と身体組織との間に電気的接点を形成する。従って、その本体は、電流源５２８によって供給される加熱電流のための戻り経路を提供する。導電性クラッド５６０は、導電性クラッド５２０よりも少ない導電層を有するので、熱流束分布センサ５５０は熱流束分布センサ５００より小さい直径を有し得る。さらに、導電性クラッド５６０は、より少ない層及び／又はより薄い層を有することによって導電性クラッド５２０と比較して改善した熱伝導を提供し、それによって温度分布センサ５１０の感度及び／又は精度を導電性クラッド５６０の外側の温度まで高め得る。

図６Ａ及び図６Ｂは、いくつかの実施形態による半同心状配置の熱流束分布センサ６００の簡略断面図である。熱流束分布センサ６００は、概して、図５に関して前述したように、熱流束分布センサ５００及び／又は５５０と同じ又は同様の機能を提供する。特に、熱流束分布センサ６００は、図５の同様にラベル付けされた要素に略対応する、温度分布センサ６１０、導電性クラッド６２０、内側導体６２２、外側導体６２４、チップ６２６、電流源６２８、及び絶縁体６３０を含む。導電性クラッド６２０が導電性クラッド５２０と同様にバイポーラ構成で示されているが、導電性クラッド６２０も導電性クラッド５６０と同様にモノポーラ構成で構成してもよいことを理解されたい。

しかしながら、熱流束分布センサ５００とは異なり、熱流束分布センサ６００は、温度分布センサ６１０が導電性クラッド６２０によって完全に囲まれていない半同心状配置に構成される。半同心状配置は、温度分布センサ６１０と身体組織との間の直接接触の界面を提供する。こうして、いくつかの実施形態では、熱流束分布センサ６００は、熱流束分布センサ５００と比較して向上した測定精度及び／又は応答性を達成することができる。

図７Ａ及び図７Ｂは、いくつかの実施形態によるマルチファイバー構成の熱流束分布センサ７００の簡略断面図である。熱流束分布センサ７００は、概して、図５及び図６に関して前述したように、熱流束分布センサ５００及び／又は６００と同様の機能を提供する。しかしながら、熱流束分布センサ７００は、単一の温度分布センサではなく、複数の温度分布センサ７１１〜７１９を含む。十字形の局所的熱源７２０が、温度分布センサ７１１〜７１９の間に配置され、それによって各温度分布センサ７１１〜７１９は、局所的熱源７２０の異なる四分円（quadrant）に配置される。従って、温度分布センサ７１１〜７１９のそれぞれは、熱流束センサ７００の異なる側の身体組織温度を測定する。熱流束分布センサ７００を使用して、熱流束に関連する差分、勾配、及び／又は他の方向性情報を決定することができる。図７には、４つの温度分布センサ７１１〜７１９が示されているが、任意数の温度分布センサを使用してもよいことを理解されたい。

いくつかの例では、局所的熱源７２０は熱流束分布センサ７００から省略され得る。例えば、局所的熱源７２０を断熱材と置き換えてもよい。そのような実施形態と一致して、熱流束分布センサ７００は、指向性感度（例えば、４象限感度）を有する温度分布センサとして機能し得る。遠隔熱エネルギー源が、熱流束測定用途のために温度分布センサの近傍の組織に熱エネルギーを供給するために使用され得る。

図８は、いくつかの実施形態による走査モード構成における熱流束分布センサ８００の簡略図である。熱流束分布センサ８００は、概して、図５〜図７に関して前述したような、熱流束分布センサ５００、６００、及び７００と同様の機能を提供する。しかしながら、熱流束分布センサ５００、６００、及び７００は、概して、バッチモードで測定範囲Ｚ内の各点に沿った熱流束を測定する（例えば、熱流束は各点で同時に及び／又はセンサを物理的に再位置付けすることなく測定される）が、熱流束分布センサ８００は、走査モードで、すなわち温度センサ８１０及び／又は熱源８２０を測定範囲Ｚに亘って物理的に移動させることによって温度を測定する。いくつかの実施形態では、熱流束分布センサ８００は、カテーテル、プローブ、針、焼灼ツール、生検ツール、又は同様の装置等の器具内に一体化されるように取り付けられ得る。

いくつかの例では、温度センサ８１０は、光ファイバーセンサ等の温度分布センサであり得る。光ファイバーセンサを測定範囲Ｚに亘って物理的に移動させることによって得られる情報を使用して、光ファイバーセンサの測定感度及び／又は熱源８１０によって加えられる熱の分布における空間的不均一性を補償することができる。例えば、走査モードを使用して、熱流束分布センサ８００の較正曲線を決定してもよい。

いくつかの例では、温度センサ８１０は、外因性ファブリペロー干渉計（ＥＦＰＩ）ベースの温度センサ等の点（point）温度センサとし得る。ＥＦＰＩベースの温度センサは、点温度センサ８１０の温度変動によって引き起こされる光路長の小さな変化に非常に敏感である。そのような実施形態と一致して、熱源８２０は点温度センサに結合される点熱源であり得る。従って、点熱源は点温度センサと共に測定範囲Ｚを移動する。しかしながら、いくつかの例では、点熱源は点温度センサと独立して移動し得る。いくつかの実施形態では、熱流束分布センサ８００は、物理的な再位置付けなしに測定範囲全体に亘って熱を加える細長い熱源等の、身体組織を加熱するための他の手段を含み得る。

様々な例では、センサ８００（又はそのセンサが取り付けられる器具）の移動（例えば挿入）は、マニピュレータアセンブリ等の位置決め装置（positioner）８３０によって制御され得る。例えば、位置決め装置８３０は、センサ８００（例えば、温度センサ８１０及び／又は熱源８２０）を測定範囲Ｚに亘って自動的に移動させる（例えば、挿入する／引き抜く／操縦する）ことができ、位置決め装置８３０は、センサ８００を挿入する、引き抜く、及び／又は関節運動させるための遠隔操作式作動機構を含むことができ、又はセンサ８００は、位置決め装置８３０を手動で挿入する／引き抜く／操縦することができる。従って、走査経路、走査速度、及び／又は走査回数等の様々なパラメータは、プロセッサ３３０等のプロセッサ内で事前にプログラムされ、位置決め装置８３０を使用してセンサ８００を自動的に又は遠隔で制御することができる。プロセッサは、センサ検出システム３１８等のセンサシステムから位置情報を受信して、所与の時点におけるセンサ８００の位置を示す出力信号を提供することができる。この信号に基づいて、プロセッサは、位置の関数として温度及び／又は加えられた熱のマップを生成し得る。マップは、測定範囲内の各点における熱流束を決定するために使用される。

図３〜図８に示される実施形態は、１次元における（すなわち、温度分布センサの長軸に沿った）熱流束の決定を示しているが、様々な代替案が可能であることを理解されたい。特に、図３〜図８に示される実施形態は、２次元領域及び／又は３次元体積の熱流束マップを生成するように適合され得る。例えば、熱流束センサシステム３００は、身体組織全体に亘って異なる角度及び／又は位置で挿入される熱流束センサ３００〜６００等の複数の熱流束センサを含み得る。同様に、熱流束センサシステム３００は、１つ又は複数の湾曲した及び／又は可撓性の熱流束センサを含み得る。いくつかの実施形態では、熱流束センサは、２次元又は３次元で走査してもよい。

図９は、いくつかの実施形態による、分布センサを使用する焼灼システム９００の簡略図である。焼灼処置の間に、焼灼システム９００は、焼灼エネルギー（例えば、熱、化学、及び／又は機械的エネルギー）を加えて標的組織（例えば、癌性組織、又は、癌性組織及び癌性組織を取り囲む規定量の非癌性又は健康組織）を破壊する一方、非標的組織（例えば、非癌性組織、血管、周囲の器官等）に対する処置の影響を最小限に抑えるよう試みる。

焼灼システム９００は、分布センサ９１０、器具９１５、及びセンサ検出システム９１８を含み、これらは、概して、図３に関して前述したような、温度センサ３１０、器具３１５、及びセンサ検出システム３１８に対応する。分布センサ９１０は、焼灼処置中に測定範囲内の温度の空間的及び／又は時間的変動を監視するために標的組織に又はその近くに配置される。例えば、図９に示されるように、測定範囲Ｚは、非標的組織の一部及び標的組織に及ぶ。焼灼システム９００は、図３に関して前述したような、概して局所的熱源３２０に対応する局所的熱源９２０も含み得る。

焼灼システム９００は、焼灼エネルギーを標的組織に送達する焼灼プローブ９３０を含む。例えば、焼灼プローブ９３０は、標的組織を加熱する無線周波数エネルギー、マイクロ波放射、超音波エネルギー、レーザーエネルギー、及び／又は直接熱エネルギー等の供給源を含み得る。いくつかの例では、焼灼プローブ９３０は、標的組織を凍結させる凍結プローブを含み得る。焼灼プローブ９３０が熱エネルギー源（例えば、ＲＦ／マイクロ波源、直接熱源及び／又は凍結療法用プローブ）を含む場合に、局所的熱源９２０ではなく焼灼プローブ９３０を使用して、分布センサ９１０の測定範囲内の身体組織を局所的に加熱してもよい。いくつかの例では、焼灼プローブ９３０は、化学的焼灼を行うための化学物質送達システムを含み得るが、その場合は局所的熱源９２０を必要とし得る。

焼灼プローブ９３０は、器具９３５に取り付けられ得る。器具９３５の位置は、マニピュレータアセンブリ１０２又は駆動ユニット２０４等の位置決め装置９３８を使用して制御され得る。例えば、位置決め装置９３８は、焼灼プローブ９２０を挿入する／又は引き抜くための遠隔操作式作動機構を含み得る。図９に示されていないが、器具９１５の位置は、別個の位置決め装置又は位置決め装置９３８を使用して同様に制御することができる。いくつかの例では、焼灼プローブ９２０及び／又は器具９１５を手動で位置付けされ得る。

プロセッサ９４０が、センサ検出システム９１８から温度情報を受信するために結合される。例えば、プロセッサ９４０は、測定範囲内の複数の点における測定温度を受信し得る。プロセッサ９４０は、局所的熱源９２０及び／又は焼灼プローブ９３０によって加えられた熱量も決定し得る。測定された温度及び加えられた熱に基づいて、プロセッサ９４０は、測定範囲内の複数の点のそれぞれにおける熱流束を決定し得る。決定された熱流束を使用して、焼灼された組織と焼灼されていない組織とを区別することができる。例えば、熱流束は、組織の生物学的状態（例えば、生きているか、又は死んでいるか）、組織の化学的性質及び／又は構造的性質、組織が乾燥しているかどうか等に基づいて変化し得る。いくつかの例では、プロセッサ９４０は、例えば分布センサ９１０によって提供された形状データを使用することによって、既知の基準フレーム内の各温度測定値の３次元位置を特定することもできる。

熱流束情報に基づいて、プロセッサ９４０は、１つ又は複数の監視信号及び／又はフィードバック信号を生成する。例えば、プロセッサ９４０は、位置の関数としての熱流束のプロットに対応する監視信号を生成し得る。プロットは、表示インターフェイス（ディスプレイ３４０等）を介してユーザに表示され得る。追加的に又は代替的に、プロセッサ９４０は、ある体積の組織の熱流束の２次元又は３次元マップに対応する監視信号を生成し得る。温度測定値の３次元位置情報が与えられると、熱流束マップの配置、位置、及び／又は向きを既知の基準フレームと関連付けることができる。熱流束マップの基準フレームと組織体積（例えば、患者）の基準フレーム及び／又は撮像基準フレームとを位置合わせし、熱流束マップを患者の身体の画像に重ね合わせることができ、そして画像内の１つ又は複数の点における組織の状態を識別することができる。

いくつかの例では、プロセッサ９４０は、焼灼プローブ９２０の位置を調整するための位置フィードバック信号を生成し得る。例えば、プロセッサ９４０は、熱流束情報が、焼灼プローブ９２０が標的組織内にない及び／又は非標的組織に近過ぎることを示す場合に、位置フィードバック信号を位置決め装置９３０に送信して、焼灼プローブ９２０の深さを自動的に増減することができる。

いくつかの実施形態によれば、プロセッサ９４０は、焼灼プローブ９２０の出力を調整するための電力フィードバック信号を生成し得る。例えば、プロセッサ９４０は、熱流束情報が、標的組織及び／又は非標的組織の熱流束が所望の範囲外であることを示す場合に、電力フィードバック信号を焼灼プローブ９２０に送信して、焼灼プローブ９２０によって供給される焼灼エネルギーの量を自動的に調整することができる。電力フィードバック信号は、リアルタイムの熱流束情報に基づいており、従って「経験則」又は他の推定方法を使用して焼灼プローブ９２０の出力を設定することと比較して改善された性能を提供する。

いくつかの実施形態によれば、プロセッサ９４０は、閾値条件が満たされたときに、焼灼処置の段階を終了させる（例えば、処置を終了させる、又は多段階処置の次の段階に移動する）ためのカットオフ信号を生成し得る。例えば、プロセッサ９４０は、閾値レベルの焼灼エネルギーが標的組織に送達された場合、標的組織の熱流束が、その組織が成功裏に焼灼されたことを示す場合、非標的組織の熱流束が所定の許容範囲から逸脱した場合等に、カットオフ信号を焼灼プローブ９２０に送信して、電力の供給を自動的に停止することができる。電力フィードバック信号と同様に、カットオフ信号は、リアルタイム情報に基づいており、従って「経験則」又は他の推定方法を使用して焼灼処置の期間を設定することと比較して改善された性能を提供する。

焼灼システム９００がプロセッサ９４０からのフィードバック信号に自動的に応答するように説明してきたが、他の代替形態が可能であることを理解されたい。例えば、位置フィードバック信号、電力フィードバック信号、及び／又はカットオフ信号等の１つ又は複数のフィードバック信号をユーザに表示してもよい（例えば、ディスプレイ３４０を介して警告又はメッセージを提供する）。そのような実施形態と一致して、フィードバック信号にどのように応答するかの決定は、自動的に行われるのではなく、ユーザによって行われ得る。

さらに、プロセッサ９４０からのフィードバック信号が熱流束に基づいて決定されると説明してきたが、フィードバック信号は、追加的に又は代替的に、分布センサ９１０から受信した温度測定値から直接決定してもよい。例えば、カットオフ信号は、標的組織及び／又は非標的組織の温度が所定の閾値を超えるとトリガされ得る。そのような実施形態と一致して、いくつかの例では局所的熱源９２０は省略され得る。

いくつかの実施形態によれば、図１０は、複数の熱流束分布センサ１０１１〜１０１９、焼灼プローブ１０２０、及びカテーテル１０２５を含む焼灼システム１０００の簡略図である。複数の熱流束分布センサ１０１１〜１０１９は、カテーテル１０２５又は焼灼プローブ１０２０から半径方向に配置される。焼灼プローブ１０２０は、焼灼エネルギー（例えば、熱エネルギー、化学エネルギー、及び／又は機械的エネルギー）を加えて、非標的組織を略無傷のままにしながら、標的組織を破壊する。いくつかの実施形態によれば、焼灼プローブ１０２０は、焼灼エネルギーを異方性で送達し得る。そのような実施形態と一致して、焼灼プローブ１０２０によって供給される焼灼エネルギーの空間分布は調整可能であり得る。例えば、空間的分布は、位置決め装置１０３０及び／又はプロセッサ１０４０を使用して焼灼プローブ１０２０の向きを変えることによって調整され得る。

焼灼プローブ１０２０は、細長い装置２０２等の可撓性カテーテル１０２５の先端部に位置付けされるか、又は可撓性カテーテル１０２５の管腔を通して送達されて可撓性カテーテル１０２５の先端部に位置付けされる。可撓性カテーテル１０２５は、解剖学的通路（例えば、呼吸器系、消化器系、生殖器系）又は血管系を通って誘導され、標的組織にアクセスする。いくつかの例では、可撓性カテーテル１０２５及び／又は焼灼プローブ１０２０は操縦可能であり得る。焼灼プローブ１０２０が標的組織の近傍に到達すると、１つ又は複数の熱流束分布センサ１０１１〜１０１９が、可撓性カテーテル１０２５の管腔若しくは１つ又は複数の更なる管腔、或いは焼灼プローブ１０２０の１つ又は複数の更なる管腔を通して配置され得る。焼灼処置中に、プロセッサ１０４０は、熱流束分布センサ１０１１〜１０１９から熱流束情報を受信する。熱流束情報に基づいて、プロセッサ１０４０は、焼灼プローブ１０２０によって供給される焼灼エネルギーの空間分布を調整するためにフィードバックを提供し得る。例えば図１０に示されるように、焼灼プローブ１０２０からの焼灼エネルギーは、概して標的組織の中心を通って延びる熱流束分布センサ１０１３に向けられ、殆どが非標的組織を通って延びる熱流束分布センサ１０１１から離れる方向に供給される。このように、熱流束分布センサ１０１１〜１０１９によって提供されるリアルタイムのフィードバックは、焼灼プローブ１０２０からの焼灼エネルギーを標的組織により効果的に向けることによって、焼灼システム１０００の性能を向上させる。

いくつかの実施形態によれば、１つ又は複数のフィードバック信号を（例えばディスプレイ３４０を介して）ユーザに表示してもよい。いくつかの例では、１つ又は複数のフィードバック信号は、熱流束分布センサ１０１１〜１０１９の間の領域内の組織温度を推定するために補間を使用する、組織温度の２次元又は３次元のリアルタイムマップを含み得る。いくつかの例では、リアルタイムのマップは、例えば熱流束分布センサ１０１１〜１０１９によって提供される３次元形状データを使用して、患者の解剖学的構造の画像と位置合わせされ、表示するために画像上に重ね合わされ得る。そのような実施形態と一致して、フィードバック信号にどのように応答するかの決定は、自動的に行われるのではなく、ユーザによって行われ得る。

図１１は、いくつかの実施形態による熱流束を決定する方法１１００の簡略図である。図３と一致するいくつかの実施形態では、方法１１００は、熱流束分布センサシステム３００等の熱流束分布センサシステムの動作中に実行され得る。特に、方法１１００は、プロセッサ３３０等の熱流束分布センサシステムのプロセッサによって実行され得る。

プロセス１１１０において、分布センサ３１０等の分布センサを身体組織に挿入するための命令が位置付けモジュールに提供される。例えば、位置付けモジュールは、分布センサに結合された遠隔操作アセンブリを含み得る。いくつかの実施形態では、分布センサは、バッチモードで測定範囲内の複数の点における温度を測定する（例えば、複数の点のそれぞれの温度が同時に及び／又は温度センサを物理的に再位置付けすることなく測定される）ＯＦＤＲベースの光ファイバーセンサ等の細長い温度センサであり得る。いくつかの実施形態では、分布センサは、走査モードで、すなわち測定範囲内を移動することによって測定範囲内の温度を測定するＥＦＰＩベースの温度センサ等の点温度センサであり得る。そのような実施形態と一致して、位置付けモジュールに送信される命令は、走査経路、走査速度、及び／又は走査回数等の走査パラメータを含み得る。いくつかの例では、分布センサが身体組織に手動で挿入される場合等に、プロセス１１１０は省略され得る。

プロセス１１２０において、身体組織に熱（又は他の熱エネルギー）を加えるための命令が熱源に提供される。命令は、所望の熱又は電力レベル、所望の電流レベル等を指定することができる。命令に応答して、熱源は熱を加えて、分布センサの検出可能範囲内（例えば、分布センサから２ｍｍ以内）に位置する身体組織に測定可能な温度変化を生じさせる。熱は、局所的熱源及び／又は遠隔熱源を使用して加えることができる。例えば、局所的熱源は、分布センサの周りに導電性クラッドを含み、分布センサはクラッドを介して電流を印加することによって加熱され得る。いくつかの例では、分布センサ自体を局所的に加熱することができる。例えば、分布センサが光ファイバーセンサを含む場合に、図３に関して前述したように、光ファイバー（例えば光ファイバーのクラッド及び／又はコア）を介して加熱照明を当てて、光ファイバーを加熱してもよい。遠隔熱源は、ＲＦ焼灼プローブ、及び／又はマイクロ波又は超音波トランスデューサ等の無線周波数又はマイクロ波放射の供給源を含み得る。いくつかの例では、加熱源が手動で操作される場合等に、プロセス１１２０は省略され得る。

プロセス１１３０において、分布センサの測定範囲内の複数の点に対応する複数の温度測定値が、分布センサ及び／又は分布センサに結合されたセンサ検出システム３１８及び／又は９１８等のセンサ検出システムから受信される。複数の温度測定値は、同時に及び／又は順次に、別々に受信され得る。例えば、光ファイバーセンサは、略同時に複数の点のそれぞれで温度測定値を提供するように動作され得る。対照的に、ＥＦＰＩベースの温度センサは、温度プローブが身体組織に挿入され及び／又は身体組織から引き抜かれる際に、温度測定値を経時的に取得することができる。いくつかの例では、複数の点のそれぞれの３次元位置は、プロセス１１３０において決定され得る。例えば、分布センサは、センサの長さに沿って３次元形状及び温度を同時に測定するように構成される光ファイバーセンサであり得る。分布センサから受信した３次元形状情報を使用して、複数の点のそれぞれの３次元位置を特定することができる。

プロセス１１４０において、複数の点のそれぞれにおいて熱源によって加えられた熱量が決定される。いくつかの例では、熱量は、出力レベルを示す信号等の、熱源から受信した情報に基づいて決定され得る。いくつかの例では、加えられる熱量は、事前設定値及び／又はユーザ選択値であってもよい。いくつかの例では、熱量は、プロセス１１２０において熱源に送信された命令に基づいて決定され得る。

プロセス１１５０において、身体組織の熱流束は、受信した温度測定値及び決定され、加えられた熱量に基づいて複数の点において決定される。いくつかの実施形態によれば、熱流束は、組織の温度を対応して上昇させることなく、組織に加えられ得る最大熱量に基づいて決定され得る。すなわち、熱流束は、熱源によって組織の患部体積に加えられる熱量が、組織によって患部体積から離れる方向に伝導される熱量と一致する点に基づいて決定される。

プロセス１１６０において、熱流束に関連する監視情報が、表示インターフェイスを介してユーザに表示される。いくつかの例では、監視情報は位置の関数としての熱流束のプロットを含み得る。いくつかの例では、監視情報は、複数の点のそれぞれにおける組織タイプの識別を含み得る。例えば、組織タイプは、癌性又は非癌性、焼灼された状態又は健康等として識別され得る。組織タイプの識別に基づいて、血管の位置又は他の解剖学的特徴を識別することができる。いくつかの例では、組織タイプは、所与の熱流束と一致する組織タイプを決定するためにデータベース（又は他のデータ構造）に問い合わせることによって決定され得る。いくつかの例では、プロセス１１４０において決定された３次元位置情報を使用して、３次元熱流束マップを生成し、熱流束マップを患者の解剖学的構造のモデル及び／又は画像に位置合わせし、及び／又は熱流束マップをモデル及び／又は画像に重ね合わせることができる。例えば、監視情報は、熱流束情報が患者の解剖学的構造の画像に重ね合わされる強調画像を含み得る。

プロセス１１７０において、熱流束に関連するフィードバック情報が手術器具に提供される。いくつかの実施形態では、フィードバック情報は遠隔操作式手術器具に送信され得る。例えば、プロセス１１５０において決定された熱流束は、遠隔操作式手術器具が正しく位置付けされているか、及び／又は所与の体積の身体組織に所望の影響を与えているかどうかを示し得る。例えば、フィードバック情報は、所与の点における熱流束が所望の範囲外であることを示し得る。フィードバック情報を受信することに応答して、遠隔操作式手術器具は、その位置及び／又は他の動作パラメータを調整することができる。

図１２は、いくつかの実施形態による治療処置中にフィードバックを提供する方法１２００の簡略図である。図９〜図１０と一致するいくつかの実施形態では、方法１２００は、焼灼システム９００及び／又は１０００等の焼灼システムを使用して行われる焼灼処置中に実行され得る。特に、方法１２００は、プロセッサ９４０及び／又は１０４０等の焼灼システムのプロセッサによって実行され得る。しかしながら、方法１２００は焼灼用途に限定されず、多種多様な治療処置において使用され得ることを理解されたい。例えば、図２と一致する実施形態では、方法１２００は、概して、医療器具２２６等の医療器具にフィードバックを提供するために使用され得る。前述したように、医療器具２２６は、画像取込みプローブ、生検器具、レーザー焼灼ファイバー、及び／又は他の手術用、診断用、又は治療ツールを含み得る。

プロセス１２１０において、熱流束分布センサ１０１１〜１０１９等の１つ又は複数の熱流束分布センサを治療処置の標的組織内又はその近くに挿入するための命令が位置付けモジュールに送信される。プロセス１２１０は、概して方法１１００のプロセス１１１０〜１１２０に対応する。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の熱流束分布センサは、細長い装置２０２等の細長い装置を介して半径方向外向きに突出し得る。いくつかの例では、熱流束分布センサが手動で配置される場合、又は熱流束分布センサが焼灼プローブに一体化される場合等に、プロセス１２１０は省略され得る。

プロセス１２２０において、治療装置（例えば、焼灼プローブ９２０等の焼灼プローブ及び／又は位置決め装置９２５）の初期動作パラメータが治療装置に提供される。いくつかの実施形態では、治療装置は、細長い装置に取り付けられるか、又はその細長い装置を通して送達され得、細長い装置から熱流束分布センサが突出される。初期動作パラメータは、挿入深さ、向き、カテーテル操縦情報等の位置付け情報を含み得る。いくつかの例では、治療装置が焼灼プローブを含む場合に、初期動作パラメータは焼灼プローブの所望の出力レベルを指定し得る。初期動作パラメータを受信することに応答して、焼灼プローブは、焼灼エネルギー（例えば、熱エネルギー、機械的エネルギー、及び／又は化学的エネルギー）を標的組織に加える。

プロセス１２３０において、複数の熱流束測定値が１つ又は複数の熱流束分布センサから受信される。複数の熱流束測定値は、治療処置中の標的組織に対する、及び／又はその標的組織の近くの又はこれに隣接する非標的組織に対する治療装置の影響を反映する。例えば、焼灼処置中に、複数の温度測定値は、焼灼プローブが適切に向き合わせされているかどうか、及び／又は正しい焼灼エネルギー出力に設定されているかどうかを示し得る。

プロセス１２４０において、調整された動作パラメータが治療装置及び／又は位置決め装置に提供される。調整された動作パラメータは、プロセス１２３０において受信した複数の熱流束測定値に基づいて決定される。例えば、焼灼処置中に、複数の熱流束測定値が、所与の体積の組織が所望の範囲外の速度（例えば、遅過ぎる又は速過ぎる）で焼灼されることを示す場合に、調整された動作パラメータは、焼灼速度を所望の範囲に戻すために焼灼プローブの焼灼エネルギー出力を増減させ得る。同様に、焼灼プローブの位置、向き、及び／又は方向性は、非標的組織と比較して標的組織をより正確に目標と定めるように調整され得る。いくつかの例では、調整された動作パラメータは、閾値条件が満たされたときに、焼灼処置を停止すること及び／又は焼灼処置の次の段階に移動することを含み得る。例えば、複数の熱流束測定は、標的組織が成功裏に焼灼されたこと、又は非標的組織が許容可能な熱流束範囲から逸脱したことを示し得る。いくつかの例では、標的組織が成功裏に焼灼されたかどうかを判定することは、現在の熱流束測定値を焼灼処置の開始時に取り込まれた熱流束ベースライン測定値と比較することによって実行され得る。

図１３は、いくつかの実施形態による焼灼された組織を検出する方法１３００の簡略図である。図９〜図１０と一致するいくつかの実施形態では、方法１２００は、焼灼システム９００及び／又は１０００等の切除システムを使用して行われる焼灼処置の前、最中、及び／又は後に実行され得る。特に、方法１３００は、プロセッサ９４０及び／又は１０４０等の焼灼システムのプロセッサによって実行され得る。焼灼処置は、標的部位において癌性組織等の組織を焼灼するように構成してもよい。

プロセス１３１０において、熱流束ベースライン測定値（baseline heat flux measurement）が標的部位で取り込まれる。熱流束ベースライン測定値は、図３〜図１１に示される熱流束分布センサ等の熱流束分布センサを使用して取り込むことができる。いくつかの例では、熱流束分布センサを焼灼プローブと一体化することができる（例えば、熱流束センサと焼灼プローブを同じ器具に取り付けることができる）。いくつかの例では、熱流束分布センサと焼灼プローブは別個にすることができる。

プロセス１３２０において、焼灼処置が標的部位において行われる。焼灼処置は、標的部位で組織を焼灼するために熱的、化学的、及び／又は機械的焼灼（切除）エネルギーを加える焼灼プローブを使用し得る。いくつかの例では、焼灼エネルギーの量、焼灼プローブに対する標的部位の位置、焼灼エネルギーに対する標的組織の感度等は、確実にはわからない場合がある。従って、焼灼プローブの位置、出力レベル、焼灼時間等の焼灼処置の様々なパラメータは、推定値、経験的データ、及び／又は経験則に基づいて選択してもよい。

プロセス１３３０において、焼灼後の熱流束測定値が標的部位で取り込まれる。例えば、焼灼後の熱流束測定値は、熱流束ベースライン測定値と略同じ方法で取り込まれ得る。いくつかの例では、プロセス１３１０において使用される熱流束センサは、プロセス１３２０の焼灼処置の間に標的部位から引き抜かれ、プロセス１３３０の間に再挿入され得る。他の例では、熱流束センサは、プロセス１３１０〜１３３０全体を通して標的部位に留まり得る。

プロセス１３４０において、焼灼後の熱流束測定値を熱流束ベースライン測定値と比較して、標的組織を成功裏に焼灼したかどうかを判定する。いくつかの例では、焼灼後の熱流束測定値と熱流束ベースライン測定値との間の差に基づいて焼灼された組織を検出することができる。例えば、所与の位置における熱流束の実質的な増大は、組織が焼灼されたことを示し得る。標的組織が成功裏に焼灼されたと判定された場合に、焼灼処置は終了され得る。しかしながら、標的組織の全部又は一部が成功裏に焼灼されていない場合に、方法１３００は、プロセス１３２０に戻って、標的組織の全てを成功裏に焼灼するまで焼灼処置を継続してもよい。標的組織を成功裏に焼灼するまでプロセス１３２０を繰り返すことができるため、プロセス１３２０の間に使用される動作パラメータを単発（single shot）のアプローチより控えめに選択することができ、標的組織の完全な焼灼を確実にしながら非標的組織への影響が少なくなる。

プロセッサ３３０、９４０、及び／又は８４０等のプロセッサのいくつかの例は、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、プロセッサ３３０、９４０、及び／又は１０４０）によって実行されると、１つ又は複数のプロセッサに方法１１００〜１３００のプロセスを実行させることができる実行可能コードを含む非一時的で有形の機械可読媒体を含み得る。方法１１００〜１３００のプロセスを含み得る機械可読媒体のいくつかの一般的な形態は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他のあらゆる磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、他のあらゆる光媒体、パンチカード、紙テープ、孔パターンを有する他のあらゆる物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、他のあらゆるメモリチップ又はカートリッジ、及び／又はプロセッサ又はコンピュータが読み取るように適合される他のあらゆる媒体である。

例示的な実施形態について図示し説明してきたが、前述の開示では広範囲の修正、変更、及び置換が企図されており、場合によっては、他の特徴の対応する使用なしに実施形態のいくつかの特徴を採用することができる。当業者は、多くの変形形態、代替形態、及び修正形態を認識するであろう。こうして、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであり、特許請求の範囲は、広く、そして本明細書に開示された実施形態の範囲と一致するように解釈されることが適切である。

Claims (53)

1. 身体組織の熱流束分布感知のためのシステムであって、当該システムは、
   測定範囲内の複数の点に対応する複数の温度測定値を提供する分布センサと、
   前記測定範囲に沿って熱エネルギーを前記身体組織に加える熱エネルギー源と、
   １つ又は複数のプロセッサと、を含んでおり、
   該１つ又は複数のプロセッサは、
   前記分布センサから前記複数の温度測定値を受信することであって、該複数の温度測定値は前記複数の点に対応する、受信することと、
   前記複数の点のそれぞれにおける前記熱エネルギー源によって加えられる熱エネルギーの量を決定することと、
   前記複数の温度測定値と前記熱エネルギー源によって加えられる前記熱エネルギーの量とに基づいて、前記複数の点のそれぞれにおける熱流束を決定することと、を行うように構成される、
   システム。
2. 前記分布センサは、バッチモードで前記複数の点における温度を測定する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記分布センサは、走査モードで前記複数の点における温度を測定する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記分布センサは、外因性ファブリペロー干渉計（ＥＦＰＩ）ベースの温度センサを含む、請求項３に記載のシステム。
5. 前記熱エネルギー源は、電流の印加時に熱を加える、前記分布センサの周りに導電性クラッドを含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記導電性クラッドは、前記導電性クラッドを前記身体組織に電気的に結合するために、身体電極を含むモノポーラ導体として構成される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記導電性クラッドは、バイポーラ導体として構成される、請求項５に記載のシステム。
8. 前記導電性クラッドは、該導電性クラッドの先端部で電気的に接合される一対の同心状金属管を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記導電性クラッドは、導電層でコーティングされた絶縁性毛細管を含む、請求項７に記載のシステム。
10. 前記分布センサは光ファイバーセンサを含み、該光ファイバーセンサは前記測定範囲を通って延びる光ファイバーを含む、請求項１に記載のシステム。
11. 前記熱エネルギー源は、前記光ファイバーに加熱照明を当てて前記光ファイバーに熱を発生させる、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記光ファイバーは導電性材料でコーティングされ、前記熱エネルギー源は前記光ファイバー内で定在電磁波を発生させて熱を発生させる、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記光ファイバーセンサは、前記光ファイバーに沿って温度と形状とを同時に測定する、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記プロセッサは、前記測定された前記光ファイバーの形状に基づいて熱流束マップを生成するようにさらに構成される、請求項１３に記載のシステム。
15. 形状測定は、既知の３次元基準フレームにおける前記光ファイバーセンサの位置及び向きのうちの少なくとも一方の決定を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記身体組織の解剖学的モデル又は画像が前記３次元基準フレームに位置合わせされる、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記プロセッサは、前記熱流束マップを前記解剖学的モデル又は画像上に重ね合わせるようにさらに構成される、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記プロセッサは、前記決定された熱流束に基づいて、前記複数の点のそれぞれにおける組織のタイプを識別するようにさらに構成される、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 前記プロセッサは、前記決定された熱流束に基づいて、前記組織のタイプを癌性、非癌性、焼灼された状態、焼灼されていない状態、又は健康のうちの少なくとも１つとして分類するようにさらに構成される、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記プロセッサは、
    前記組織のタイプを血管として識別し、
    該血管の位置を特定する、ようにさらに構成される、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記プロセッサに結合されたディスプレイをさらに含み、該ディスプレイは前記決定された熱流束の視覚的表現を示す、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のシステム。
22. 治療ツールをさらに含み、前記プロセッサは、前記決定された熱流束に基づいて前記治療ツールの動作パラメータを変更するようにさらに構成される、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のシステム。
23. 前記治療ツールは焼灼プローブである、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記焼灼プローブは、無線周波数エネルギー、マイクロ波エネルギー、超音波エネルギー、凍結療法、及び化学物質のうちの少なくとも１つの供給源を含む、請求項２３に記載のシステム。
25. ディスプレイをさらに含み、前記動作パラメータは、焼灼処置中に表示される、請求項２２に記載のシステム。
26. 前記動作パラメータは、前記治療ツールの位置、前記治療ツールの出力、及び閾値条件が満たされるときの処置段階の終了のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載のシステム。
27. 前記治療ツールは、可撓性カテーテルに取り付けられるか、又は該可撓性カテーテルを通して挿入される、請求項２２に記載のシステム。
28. 前記分布センサは、前記可撓性カテーテルに取り付けられるか、又は該可撓性カテーテルを通して挿入される、請求項２７に記載のシステム。
29. 分布センサを使用して身体組織の熱流束を決定するための方法であって、当該方法は、
    前記分布センサから複数の温度測定値を受信するステップであって、該複数の温度測定値は前記分布センサの測定範囲内の複数の点に対応する、受信するステップと、
    前記複数の点に加えられる熱エネルギーの量を決定するステップと、
    前記受信した複数の温度測定値及び前記決定された加えられる熱エネルギー量に基づいて、前記複数の点における前記身体組織の熱流束を決定するステップと、を含む、
    方法。
30. 前記分布センサは、バッチモードで前記複数の点のそれぞれにおける温度を同時に測定する、請求項２９に記載の方法。
31. 走査モードで前記分布センサを動作させるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
32. 前記分布センサは光ファイバーセンサを含み、該光ファイバーセンサは前記測定範囲を通って延びる光ファイバーを含む、請求項２９に記載の方法。
33. 前記光ファイバーを介して加熱照明を当てて前記身体組織を加熱するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記光ファイバー内で定在電磁波を発生させて前記身体組織を加熱するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
35. 前記光ファイバーセンサから複数の形状測定値を受信するステップをさらに含み、該複数の形状測定値は、前記測定範囲内の前記複数の点のそれぞれの３次元位置を特定する、請求項３２に記載の方法。
36. 前記決定された熱流束と前記特定された３次元位置とに基づいて熱流束マップを生成するステップをさらに含み、該熱流束マップは既知の形状基準フレーム内にある、請求項３５に記載の方法。
37. 解剖学的基準フレーム内の前記身体組織の解剖学的モデル又は画像を取得するステップと、
    前記解剖学的基準フレームを前記形状基準フレームと位置合わせするステップと、をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
38. 前記熱流束マップを前記解剖学的モデル又は画像上に重ね合わせるステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記決定された熱流束に基づいて前記複数の点のそれぞれにおける前記身体組織を分類するステップをさらに含む、請求項２９乃至３８のいずれか一項に記載の方法。
40. 前記身体組織を分類するステップは、前記身体組織のタイプ及び前記身体組織の状態を判定するステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項３９に記載の方法。
41. 前記身体組織のタイプを判定するステップは、前記身体組織が肺組織及び血管のうちの少なくとも一方であると判定するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記身体組織の状態を判定するステップは、前記身体組織が健康の、癌性の、非癌性の、焼灼された、及び焼灼されていない組織のうちの少なくとも１つであると判定するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
43. 前記決定された熱流束に基づいて前記身体組織の位置を特定するステップをさらに含む、請求項２９乃至３８のいずれか一項に記載の方法。
44. 前記決定された熱流束の視覚的表現を表示するステップをさらに含む、請求項２９乃至３８のいずれか一項に記載の方法。
45. 熱流束分布センサを使用して治療システムにフィードバックを提供するための方法であって、当該方法は、
    初期動作パラメータを治療ツールに与えて治療処置を行うステップと、
    該治療処置中に取り込まれた、前記熱流束分布センサからの複数の熱流束測定値を受信するステップと、
    前記複数の熱流束測定値に基づいて、調整された動作パラメータを前記治療ツールに与えるステップと、を含む、
    方法。
46. 前記治療ツールは焼灼プローブである、請求項４５に記載の方法。
47. 前記焼灼プローブは、無線周波数エネルギー、マイクロ波エネルギー、超音波エネルギー、凍結療法、及び化学物質のうちの少なくとも１つの供給源を含む、請求項４６に記載の方法。
48. 前記動作パラメータを表すインジケータを表示するステップをさらに含む、請求項４５乃至４７のいずれか一項に記載の方法。
49. 前記複数の熱流束測定値に基づいて位置フィードバック信号を生成するステップをさらに含み、前記調整された動作パラメータは、前記位置フィードバック信号に基づいた前記治療ツールの調整された位置を含む、請求項４５乃至４７のいずれか一項に記載の方法。
50. 前記動作パラメータを調整するステップは、治療用プローブの出力を調整するステップを含む、請求項４５乃至４７のいずれか一項に記載の方法。
51. 閾値条件が満たされたときに治療処置の段階を終了させるために前記複数の熱流束測定値に基づいてカットオフ信号を生成するステップをさらに含む、請求項４５乃至４７のいずれか一項に記載の方法。
52. 可撓性カテーテルを通して治療用プローブを挿入するステップをさらに含む、請求項４５乃至４７のいずれか一項に記載の方法。
53. 前記可撓性カテーテルを通して前記熱流束分布センサを挿入するステップをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
    
    

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