JP2020536657A - ナビゲーション経路追跡用に構成されたロボットシステム - Google Patents
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Abstract
Description
ビゲートすることができない場合があり、あるいは、医療器具を術前モデルを越えてナビゲートする場合に、医療器具の位置を特定することが難しいこともある。
を実行させる。(k)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、視覚データとロボットコマンドおよび運動学データとの組み合わせに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させる。(l)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させる。(m)前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含む。(n)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させる。(o)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、
を実行させる。(p)前記ユーザ入力データは、管腔内の移動分の指標と、管腔内の未移動分の指標と、管腔の端部の指標と、管腔の開口の指標と、現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、管腔の直径と、の1つまたは複数を含む。(q)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること、を実行させる。(r)前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワークを含む。(s)前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含む。
のプロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の内側に位置する場合に、複数のナビゲーションモダリティに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させる。(j)前記複数のナビゲーションモダリティは、複数の術前モデルデータ、視覚データ、位置センサデータ、ロボットコマンドおよび運動学データを有する。(k)前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記複数のナビゲーションモダリティに基づかずに前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させる。(l)前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、視覚データとロボットコマンドおよび運動学データとの組み合わせに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させる。(m)前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させる。(n)前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含む。(o)前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させる。(p)前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、を実行させる。(q)前記ユーザ入力データは、管腔内の移動分の指標と、管腔内の未移動分の指標と、管腔の端部の指標と、管腔の開口の指標と、現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、管腔の直径と、の1つまたは複数を含む。(r)前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること、を実行させる。(s)前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワークを含む。(t)前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含む。(u)前記器具は、内視鏡を含む。(v)器具位置決め装置、そして、前記器具は、前記器具位置決め装置に取り付けられる。(w)前記器具位置決め装置は、ロボットアームを含む。
分の外側にある場合に、前記器具の前記遠位端の前記位置を特定することは、前記複数のナビゲーションモダリティに基づかない。(h)前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記器具の前記遠位端の前記位置を特定することは、電磁センサから受信する電磁データに基づく。(i)前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記器具の前記遠位端の前記位置を特定することは、視覚データとロボットコマンドおよび運動学データとの組み合わせに基づく。(j)視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること。(k)前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含む。(l)ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付ける。(m)ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、を含む。(n)前記ユーザ入力データは、管腔内の移動分の指標と、管腔内の未移動分の指標と、管腔の端部の指標と、管腔の開口の指標と、現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、管腔の直径と、の1つまたは複数を含む。(o)前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること。(p)前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワーク。(q)前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含む。
遠位端の前記位置を特定すること、を実行させる。(j)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させる。(k)前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含む。(l)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させる。(m)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、を実行させる。(n)前記ユーザ入力データは、管腔内の移動分の指標と、管腔内の未移動分の指標と、管腔の端部の指標と、管腔の開口の指標と、現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、管腔の直径と、の1つまたは複数を含む。(o)前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること、を実行させる。(p)前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワークを含む。(q)前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含む。
本件開示の側面は、腹腔鏡検査などの低侵襲の手技や内視鏡検査などの非侵襲の手技を含む種々の医療手技を実行可能なロボット対応医療システムに組み込むことができる。内視鏡検査の手技においては、本システムは、気管支鏡検査、尿管鏡検査、消化器病検査などを実行することができる。
ロボット対応医療システムは、特定手技に応じてさまざまに構成することができる。図1は、気管支鏡検査の診断手技および/または治療樹技用に配置されたカートベースのロボット対応システム10の一実施形態を示す。気管支検査時に、システム10は、気管支鏡検査用の手技に特化した気管支鏡を自然開口のアクセスポイント(この例ではテーブルに配置された患者の口など)に操作可能な内視鏡13などの医療器具を搬送して診断用の道具および/または治療用の道具を搬送するための、1つまたは複数のロボットアーム12を有するカート11を備える。図に示すように、カート11は、当該アクセスポイントにアクセスするために、患者の上半身に近い位置に配置されている。同様に、ロボットアーム12は、当該アクセスポイントに対して気管支鏡を配置するように作動可能である。図1に示す配置は、胃腸に関する(GI;gastro-intestinal)手技用の特別な内視鏡で
ある胃鏡を用いた胃腸に関する手技を行うときにも使用できる。図2は、カートの一例で
ある実施形態をより詳細に示す。
かどうかにかかわらず、システム全体またはそのサブシステムを制御することができる。例えば、コンピュータシステムのプロセッサによって実行される場合、命令はロボットシステムの構成要素に、関連するキャリッジおよびアームマウントを作動させ、ロボットアームを作動させ、医療器具を制御させることができる。例えば、制御信号の受信に応じて、ロボットアームのジョイント内のモータは、アームを特定の姿勢に位置決めすることができる。
ことができる。タワー30はまた、医療器具内または医療器具上の電磁センサによる検出のために電磁場発生器を収容し、位置決めするために使用されてもよい。
む。カラム14は、1つまたは複数のロボットアーム12(図2には3つが示されている)の展開を支持するためのキャリッジ17(あるいは「アーム支持体」)などの1つまたは複数のキャリッジを含むことができる。キャリッジ17は、患者に対してより良好に位置決めするためにロボットアーム12の基部を調整するために垂直軸に沿って回転する個別に構成可能なアームマウントを含むことができる。キャリッジ17はまた、キャリッジ17がカラム14に沿って垂直に移動することを可能にするキャリッジインタフェース19を含む。
容する。例えば、カート基部15は、手技の前にカートが部屋の周りを容易に移動することを可能にする、回転可能なホイール形状のキャスタ25を含む。適切な位置に到達した後、キャスタ25は、手続中にカート11を所定の位置に保持するためにホイールロックを使用して固定されてもよい。
ロボット対応医療システムの実施形態はまた、患者のテーブルを組み込んでもよい。テーブルを組み込むことにより、カートを取り外すことによって手術室内の資本設備の量が減少し、患者へのアクセスがより大きくなる。図5は、気管支鏡検査手順のために配置されたそのようなロボット使用可能システムの実施形態を示す。システム36は、床の上にプラットフォーム38(「テーブル」または「ベッド」として示される)を支持するための支持構造または支柱37を含む。カートベースのシステムと同様に、システム36のロボットアーム39のエンドエフェクタは、図5の気管支鏡40などの細長い医療器具を、器具ドライバ42の直線的な位置合わせから形成された仮想レール41を通して、またはそれに沿って操作するように設計された器具ドライバ42を備える。実際には、X線透視画像を提供するためのCアームがテーブル38の周りにエミッタおよび検出器を配置することによって、患者の上腹部領域の上に配置され得る。
スさせるためのより重い構成要素を収容する。テーブル基部46はまた、手続中の安定性を提供するために、硬性キャスタを組み込んでもよい。キャスタはテーブル基部46の下端から展開されて、基部46の両側で反対方向に延在し、システム36を移動させる必要があるときに後退することができる。
めに腹腔の空間を空ける。
システムのロボットアームのエンドエフェクタは、(1)医療器具を作動させるための電気機械的手段を組み込む器具ドライバ(あるいは「器具駆動機構」または「器具装置マニピュレータ(IDM;instrument device manipulator)」と呼ばれる)と、(2)モ
ータなどの任意の電気機械的構成要素を削除できる取り外し可能または取り外し可能な医療器具とを備える。この二分法は、医療手技に使用される医療器具を滅菌する必要性、およびそれらの複雑な機械的アセンブリおよび繊細な電子機器のために高価な資本設備を適切に滅菌することができないことが起因となりうる。したがって、医療器具は医師または医師のスタッフによる個々の滅菌または廃棄のために、器具ドライバ(したがってシステム)から取り外し、取り外し、および交換されるように設計されてもよい。対照的に、器具ドライバは、交換または滅菌される必要はなく、保護のためにドレープで覆われてもよい。
ルクを生成する。
図13は、組になった器具ドライバを有する例示的な医療器具を示す。ロボットシステムと共に使用するように設計された他の器具と同様に、医療器具70は、細長いシャフト71(または細長い本体)および器具基部72を備える。医師による手動操作向けの設計として「器具ハンドル」とも呼ばれる器具基部72は、全体として、ロボットアーム76の遠位端で器具ドライバ75上の駆動インタフェースを通って延びる駆動出力74と嵌合するように設計された、回転可能な駆動入力73、例えば、レセプタクル、プーリ、またはスプールを備えてもよい。物理的に接続され、ラッチされ、および/または結合されると、器具基部72の嵌合された駆動入力73は器具ドライバ75内の駆動出力74と回転軸を共有し、駆動出力74から駆動入力73へのトルクの伝達が可能になる。いくつかの実施形態では、駆動出力74が駆動入力73上のレセプタクルと嵌合するように設計されたスプラインを備えてもよい。
回転させ、それによってエンドエフェクタを一指示または別の指示に移動させることができる。あるいはテンドンは細長いシャフト71の遠位端において、把持器の1つ以上の顎に接続され得、ここで、テンドンからの張力によって把持器が閉じる。
が非回転部分84に一体化され、したがって他の駆動ユニットと平行ではない別個の駆動ユニットに応答することができる。回転機構83は、器具ドライバ80が器具ドライバ軸85の周りに単一のユニットとして、駆動ユニットおよびそれぞれの駆動出力81を回転させることができる。
従来の内視鏡検査には、X線透視法(例えば、Cアームを介して送達され得るよう)および他の形態の放射線ベースの画像化モダリティの使用が含まれ、操作者の医師に管腔内ガイダンスが提供される。一方、本件開示によって実現されるロボットシステムは、放射線に対する医師の曝露を低減し、手術室内の器具の数を減らすために、非放射線ベースのナビゲーションおよび位置決め手段を提供する。本明細書で使用されるように、用語「位置決め」は、基準座標系における物体の位置を特定および/または監視することを指すことができる。術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイム電磁追跡、およびロボットコマンドデータなどの技術は放射線を用いない運用環境を達成するために、個別に、または組み合わせて使用されてもよい。放射線ベースの画像モダリティが依然として使用される他の場合には、術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイム電磁追跡、およびロボットコマンドデータは放射線ベースの画像モダリティによってのみ得られる情報を改善するために、個別に、または組み合わせて使用されてもよい。
を提供し得る。
本開示の実施形態は、ナビゲーション経路追跡のためのシステムおよび手法に関する。ナビゲーション経路追跡は、器具が管腔ネットワークを通ってナビゲートされる際に、医療器具の経時的な経路(例えば、ブレッドクラム)を示す視覚的な指標を生成および表示するために使用される。器具が管腔ネットワークを通ってナビゲートされると、器具の位置を特定でき、器具の位置を示す視覚的な指標を表示することができる(例えば、プロットや他の方法により表示)。視覚的な指標は、管腔ネットワークのどの部分が、装置によって既に探索またはナビゲートされたかをユーザが視覚化するのに役立つ。また、視覚的な指標は、管腔ネットワークの形状を視覚化するために、および/または管腔ネットワークの術前モデルを延長するために使用される。
図16は、本明細書で説明するナビゲーション経路追跡方法およびシステムを使用してナビゲーションすることができる患者の例示的な管腔ネットワーク130を示す。図示の実施形態では、管腔ネットワーク130は、患者の肺内の気道の気管支ネットワークである。図に示すように、管腔ネットワーク130は、分岐構造内に配置された複数の管腔132を有する。図示の管腔ネットワーク130は、複数の分岐された管腔132を有する
が、管腔ネットワーク13が単一の管腔132のみを有する場合であってもよい。すなわち、いくつかの例では、管腔ネットワーク130は、管腔132が分岐された配置である必要はない。説明の便宜上、図16は、2次元構造としての管腔ネットワーク130を表す。このことは、本開示を、2次元管腔ネットワークに限定すると解釈されるべきではない。管腔ネットワーク130は、概して3次元構造も含む。
ットワーク130の種々の部分がマッピングされていない状態および/または表現されていない状態となる可能性がある。
図19は、管腔ネットワーク330内をナビゲートする医療器具(例えば、内視鏡315およびカテーテル345)の一例を提供する。図示のように、管腔ネットワーク330(上記の管腔ネットワーク130と同様であってもよい)は、気道350(管腔132と同様であってもよい)の分岐構造を含む。この例では、内視鏡315は、診断および/または治療のために、管腔ネットワーク330を通って関心領域(例えば、結節355)に向かってナビゲートされる(例えば、方向付けられ、ガイドされ、移動されるなど)。図の例では、結節355は、管腔ネットワーク330および気道350の周辺部に配置される。内視鏡315は、第1の直径を有し、したがって、その遠位端は、結節355の周りのより小さい直径の気道を通って配置することができない場合がある。したがって、操縦可能なカテーテル345は、内視鏡315のワーキングチャネルから、残りの距離だけ結節355まで伸長させることができる。操縦可能なカテーテル345は、器具(例えば、生検針、細胞診ブラシ、組織サンプリング鉗子など)が通って結節355の目標の組織部位に到達するための管腔を有する。このような実施形態では、内視鏡315の遠位端および操縦可能なカテーテル345の遠位端の両方に、気道350におけるこれら器具の位置を追跡するための電磁器具センサ(または他の位置センサ)を設けることができる。他の実施形態では、内視鏡315の全体の直径は、操縦可能なカテーテル345を使用せずに周辺部に到達するのに十分小さくすることもでき、あるいは、医療器具を操縦可能でないカテーテルを通って展開するために周辺部(例えば、2.5〜3cmの範囲内)に接近するのに十分小さくてもよい。内視鏡315を通って展開される医療器具は、電磁器具センサ(または他の位置センサ)を備えてもよい。
置するときに、器具400の遠方端の位置と方向を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態では、コイル405は、異なる軸に沿った電磁場に感応性を有するように角度付けられ、開示されたナビゲーションシステムに、完全な6自由度(DoF)、すなわち、3つの位置DoFおよび3つの角度DoFを計測する機能を与える。他の実施形態では、単一のコイル405のみが、その軸が器具シャフトに沿って配向された状態で、遠位端上または遠位端内に配置されてもよい。このようなシステムには回転対称性があるため、当該軸の周りを回転することに感応性がなく、このような実施においては、5自由度のみが検出される。電磁コイルは、電磁データ(図15参照)を提供するように構成することができ、ナビゲーションおよび位置特定システム90は、器具の位置を特定または推定することができる。いくつかの実施形態では、電磁コイル405は、器具400の位置を検出するための他の種類の位置センサと置換したり、追加したりすることができる。
構成要素を示す。システム500は、器具400上に配置された電磁場発生器510および電磁コイル405を有する。システム500は、患者を支持するためのテーブルを含む運用環境で実装できる。特定の追加の装置や要素も含まれてよいが、図21には示されていない。例えば、この環境には、医療器具の移動をガイドするように構成されたロボットシステム、手術(または医療)ロボットシステムの動作を制御するためのコマンドセンタ/コンソール、および電磁コントローラも含まれてよい。電磁コントローラは、さらに、電磁場発生器510に接続されて、電磁場を生成するための制御信号を電磁場発生器に供給する。特定の実施形態では、電磁コントローラは、電磁場発生器510、カート11(図1参照)、タワー30(図1参照)などを含む、システムの他の1つまたは複数の処理装置に部分的にまたは完全に組み込まれてもよい。
することができる電磁データを出力することができる。上記の通り、この電磁データ、術前モデル150にマッピングまたは位置合わせされた座標系内の位置を特定するために使用することができるモダリティを提供することができる。
タ通信ポートを含み、これらは、例えば、患者の管腔ネットワーク内に配置された医療器具からの、カメラ画像および追跡センサのデータなどの信号の解釈および処理を担う。いくつかの例では、以下に説明するナビゲーション経路の追跡方法は、コンソールベース201のプロセッサによって実行される。コンソールベース201はまた、制御モジュール203、204を介してユーザ205によって提供されるコマンドおよび命令を処理する。図22に示すキーボード203およびジョイスティック204に加えて、制御モジュールは、コンピュータマウス、トラックパッド、トラックボール、制御パッド、ハンドヘルド遠隔制御装置などの制御装置、および手のジェスチャおよび指のジェスチャを捕捉するセンサ(例えば、モーションセンサまたはカメラ)などの他の装置を含んでもよい。コントローラは、器具の動作(例えば、関節運動、駆動、水洗浄など)にマッピングされた一組のユーザ入力(例えば、ボタン、ジョイスティック、方向パッドなど)を含む。コンソールベース200の制御モジュール203、204を使用して、ユーザ205は、管腔ネットワーク130を通って器具をナビゲートすることができる。
図23Aは、例示的なナビゲーション経路の追跡のための処理、アルゴリズム、または方法100を示すフローチャートである。方法100は、図1〜15などに示すロボットシステムなどの特定のロボットシステムに実装することができる。方法100は、図15のナビゲーションまたは位置特定システム90などのナビゲーションシステム内にあるいはナビゲーションシステムによって実装することができる。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の計算装置が、方法100を実行するように構成されてもよい。計算装置は、上記の1つ以上の構成要素において、プロセッサ(またはプロセッサ)およびコンピュータ可読メモリによって実装されてもよい。コンピュータ可読メモリは、方法100を実行するためにプロセッサによって実行可能な命令を記憶する。命令は、1つ以上のソフトウェアモジュールを含む。限定目的ではなく例示目的として、計算装置は、図1に示すタワー30、図1〜4に示すカート、図5〜10に示すベッド、図22に示すコマンドコンソール200に設けられてもよい。
る。
れた座標系内で)特定される。いくつかの実施形態では、器具が、術前モデル150によって表される管腔ネットワーク130の部分の外側に配置される場合、位置は、術前モデルデータ91に依存しないモダリティを使用して、術前モデル150に対して(例えば、術前モデル150にマッピングされた座標系内で)特定される。いくつかの実施形態では、術前モデルデータ91に依存しないモダリティは、電磁データ93および/または術前モデル150の座標系に位置合わせされた他の位置センサデータを含む。
られてユーザに表示される。データおよび視覚的な指標もまた、今後の使用のために記憶することができる。いくつかの例では、管状構造は、術前モデルを、術前モデルによってマッピングされていなかった管腔ネットワークの部分に拡張するために、視覚的な指標の周囲に適合させてもよい。したがって、経路追跡方法100(またはこれを実装するシステム)は、有利には、ユーザが管腔ネットワークをナビゲーションおよび視覚化することを支援することができる。
同様に、図24の方法140は、図1〜15などに示すロボットシステムなどの特定のロボットシステムで実装することができる。方法140は、図15のナビゲーションまたは位置特定システム90などのナビゲーションシステム内に、またはナビゲーションシステムによって実装することができる。
図25は、視覚的な指標170を示すナビゲーション経路追跡システムまたは方法の出力例を示す。図に示す例では、視覚的な指標170は、円で示されているが、すべての実施形態において必ずしも円である必要はない。例えば、視覚的な指標170は、点、ダッシュ、×印、他の形状など、任意の適切な形状またはマーカであってよい。図25に示すように、視覚的な指標170は、術前モデル150によって示されていない管腔ネットワーク130の部分の形状を示す。すなわち、器具が管腔ネットワーク130を通って移動され、(例えば、経路追跡モード時に)視覚的な指標170がプロットまたは表示されることで、視覚的な指標170によって、管腔ネットワーク130の形状または構造の指標が提供される。
具の位置を表す。視覚的な指標172、174は三角形で示されている。視覚的な指標172、174は、分岐が存在する管腔ネットワーク130内の器具の位置を表す。視覚的な指標172は、暗い三角形で示されており、これは、器具がその位置で移動可能なすべての分岐を移動したことを表す。視覚的な指標174は、その位置から1つの分岐が器具によって探索されていないことを表す、暗部表示されていない三角形で示されている。視覚的な指標176、178は、暗部表示されていない円で示されている。この例では、暗部表示されていない円は、器具が探索した管腔において最遠の到達点を表す。視覚的な指標176は、実線の輪郭を有する暗部表示されていない円で示されている。これは、管腔の端部の位置、または、例えば、器具および管腔の相対的なサイズが原因で、器具が管腔内をさらに進むことができない点を表す。視覚的な指標178は、破線の輪郭を有する暗部表示されていない円で示されている。これは、管腔が続いていて、器具によってまだ探索されていないことを表す。視覚的な指標171は、灰色の円で示されている。図に示す例では、視覚的な指標171は、術前モデル内の器具の経時的な位置を表す。
本明細書に開示される実施形態は、ナビゲーション経路追跡のためのシステム、方法、および装置を提供する。ここで説明する種々の実装により、管腔ネットワークのナビゲーションの向上が実現する。
Claims (80)
- 命令が記憶された非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令が実行されると、装置のプロセッサに少なくとも、
患者の管腔ネットワークのマッピングされた部分に対応する術前モデルを、ユーザディスプレイに表示することと、
前記術前モデルの前記マッピングされた部分に関連する、前記管腔ネットワーク内に位置する器具の遠位端の位置を特定することと、
前記術前モデルの前記マッピングされた部分に関連する前記器具の前記遠位端の前記位置に基づいて、経路追跡モードを開始することと、
前記経路追跡モード時に、前記表示された術前モデルに対する前記器具の前記遠位端の経路を示す視覚的な指標を前記ユーザディスプレイに表示することと、
を実行させることを特徴とする非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具の前記遠位端の前記位置が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記経路追跡モードを開示すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具の前記遠位端の前記位置が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の内側にある場合に、前記経路追跡モードを無効にすること、を実行させることを特徴とする請求項2に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具の前記遠位端の前記位置が前記術前モデルの最後のセグメントの端部の25%、20%、15%10%または5%の部分の内側にある場合に、前記経路追跡モードを開始すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記視覚的な指標は、前記管腔ネットワーク内における前記器具の前記遠位端の経時的な位置を示すことを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記経路追跡モード時に、前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標間の前記器具の移動距離に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記経路追跡モード時に、前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標間の経過時間に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具の前記遠位端の前記位置が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の内側にある場合に、複数のナビゲーションモダリティに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記複数のナビゲーションモダリティは、複数の術前モデルデータ、視覚データ、位置センサデータ、ロボットコマンドおよび運動学データを有することを特徴とする請求項8に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピン
グされた部分の外側にある場合に、前記複数のナビゲーションモダリティに基づかずに前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項8に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、電磁センサから受信する電磁データに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、視覚データとロボットコマンドおよび運動学データとの組み合わせに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含むことを特徴とする請求項13に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、
ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、
前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、
を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記ユーザ入力データは、
管腔内の移動分の指標と、
管腔内の未移動分の指標と、
管腔の端部の指標と、
管腔の開口の指標と、
現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、
管腔の直径と、
の1つまたは複数を含むことを特徴とする請求項16に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること、を実行させることを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワークを含むことを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含むことを特徴とする請求項1に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 管腔ネットワークのナビゲーションを行うロボットシステムであって、
細長い本体と前記細長い本体の遠位端に配置されたセンサとを有する器具と、
実行可能な命令が記憶された少なくとも1つのコンピュータ可読メモリと、
前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリと通信する1つまたは複数のプロセッサであって、前記命令を実行して前記システムに少なくとも、
前記管腔ネットワークのマッピングされた部分の術前モデルにアクセスして、前記術前モデルをユーザディスプレイに表示することと、
前記センサを使用して、前記術前モデルに関連する、前記管腔ネットワーク内における前記器具の前記遠位端の位置を特定することと、
前記術前モデルに関連する前記特定された位置に基づいて、前記器具の前記遠位端が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分を超えて移動したことを検出することと、
前記器具の前記遠位端が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分を超えて移動した場合に、前記表示された術前モデルに対する前記器具の前記遠位端の位置を示す視覚的な指標を前記ユーザディスプレイに表示することと、
を実行させる、1つまたは複数のプロセッサと、
を有することを特徴とするシステム。 - 前記1つまたは複数のプロセッサは、前記命令を実行して前記システムに、前記センサの座標系と前記術前モデルの座標系を登録すること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 電磁場を生成する場発生器をさらに有し、
前記センサは電磁センサであり、
前記1つまたは複数のプロセッサは、前記命令を実行して前記システムに、前記電磁場内の前記電磁センサの位置を特定すること、を実行させる、
ことを特徴とする請求項21に記載のシステム。 - 前記センサは形状感知ファイバである、ことを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数のプロセッサは、前記命令を実行して前記システムに、前記管腔ネットワーク内で前記器具を移動させること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数のプロセッサは、前記命令を実行して前記システムに、
前記器具の前記遠位端の前記位置が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分に移動した場合を検出することと、
前記器具の前記遠位端が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の内側に位置する場合に、前記視覚的な指標の表示を停止することと、
を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。 - 前記視覚的な指標は、前記管腔ネットワーク内の前記器具の前記遠位端の経時的な位置を示すことを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記視覚的な指標間の前記器具の移動距離に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記視覚的な指標間の経過時間に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の内側に位置する場合に、複数のナビゲーションモダリティに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記複数のナビゲーションモダリティは、複数の術前モデルデータ、視覚データ、位置センサデータ、ロボットコマンドおよび運動学データを有することを特徴とする請求項30に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記複数のナビゲーションモダリティに基づかずに前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項30に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、視覚データとロボットコマンドおよび運動学データとの組み合わせに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含むことを特徴とする請求項34に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、
ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、
前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、
を実行させることを特徴とする請求項21に記載のシステム。 - 前記ユーザ入力データは、
管腔内の移動分の指標と、
管腔内の未移動分の指標と、
管腔の端部の指標と、
管腔の開口の指標と、
現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、
管腔の直径と、
の1つまたは複数を含むことを特徴とする請求項37に記載のシステム。 - 前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサに、前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること、を実行させることを特徴とする請求項21
に記載のシステム。 - 前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワークを含むことを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含むことを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記器具は、内視鏡を含むことを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 器具位置決め装置をさらに有し、
前記器具は、前記器具位置決め装置に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項21に記載のシステム。 - 前記器具位置決め装置は、ロボットアームを含むことを特徴とする請求項43に記載のシステム。
- 管腔ネットワーク内の器具のナビゲーション経路を特定する方法であって、
管腔ネットワークのマッピングされた部分に対応する術前モデルを、ユーザインタフェースに表示することと、
前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分に関連する、前記管腔ネットワーク内の器具の遠位端の位置を特定することと、
前記管腔ネットワーク内で前記器具を移動することと、
前記器具の前記遠位端が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分を越えて前記管腔ネットワークのマッピングされていない部分に移動した場合に、経路追跡モードを開始することと、
前記経路追跡モード時に、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の前記術前モデルに関連する、前記管腔ネットワークの前記マッピングされていない部分の前記器具の前記遠位端の経路の視覚的な指標を表示することと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記器具の前記遠位端の前記位置が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分に移動した場合を検出することと、
前記器具の前記遠位端が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の内側に位置する場合に、前記視覚的な指標の表示を停止することと、
を含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。 - 前記視覚的な指標は、前記管腔ネットワーク内の前記器具の前記遠位端の経時的な位置を示すことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記視覚的な指標間の前記器具の移動距離に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、をさらに含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記視覚的な指標間の経過時間に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、をさらに含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の内側に位置する場合に、前記器具の前記遠位端の前記位置を特定することは、複数のナビゲーションモダリティに基づくことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記複数のナビゲーションモダリティは、複数の術前モデルデータ、視覚データ、位置センサデータ、ロボットコマンドおよび運動学データを有することを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記器具の前記遠位端の前記位置を特定することは、前記複数のナビゲーションモダリティに基づかないことを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記器具の前記遠位端の前記位置を特定することは、電磁センサから受信する電磁データに基づくことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記器具の前記遠位端の前記位置を特定することは、視覚データとロボットコマンドおよび運動学データとの組み合わせに基づくことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること、をさらに含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含むことを特徴とする請求項55に記載の方法。
- ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付けること、をさらに含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、
前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、
をさらに含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。 - 前記ユーザ入力データは、
管腔内の移動分の指標と、
管腔内の未移動分の指標と、
管腔の端部の指標と、
管腔の開口の指標と、
現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、
管腔の直径と、
の1つまたは複数を含むことを特徴とする請求項58に記載の方法。 - 前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること、をさらに含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワークを含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含むことを特徴とする請求項45に記載の方法。
- 命令が記憶された非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令が実行されると、装置のプロセッサに少なくとも、
患者の管腔ネットワークのマッピングされた部分に対応する術前モデルを、ユーザディスプレイに表示することと、
前記術前モデルに関連する、前記管腔ネットワーク内に位置する器具の遠位端の位置を特定することと、
前記器具の前記遠位端の前記位置が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分を越えて移動した場合を検出することと、
前記器具の前記遠位端が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側に位置する場合に、前記表示された術前モデルに対する前記器具の前記遠位端の前記位置を示す視覚的な指標を表示することと、
を実行させることを特徴とする非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、
前記器具の前記遠位端の前記位置が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分に移動した場合を検出することと、
前記器具の前記遠位端が前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の内側に位置する場合に、前記視覚的な指標の表示を停止することと、
を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記視覚的な指標は、前記管腔ネットワーク内の前記器具の前記遠位端の経時的な位置を示すことを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標間の前記器具の移動距離に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標間の経過時間に基づいて、前記視覚的な指標の頻度を調整すること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の内側に位置する場合に、複数のナビゲーションモダリティに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記複数のナビゲーションモダリティは、複数の術前モデルデータ、視覚データ、位置センサデータ、ロボットコマンドおよび運動学データを有することを特徴とする請求項68に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、前記複数のナビゲーションモダリティに基づかずに前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項68に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピングされた部分の外側にある場合に、電磁センサから受信する電磁データに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記器具が前記術前モデルの前記マッピン
グされた部分の外側にある場合に、視覚データとロボットコマンドおよび運動学データとの組み合わせに基づいて前記器具の前記遠位端の前記位置を特定すること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、視覚データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記視覚データは、前記器具の前記遠位端にある画像処理装置から受信する画像を含むことを特徴とする請求項73に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、ロボットコマンドおよび運動学データを前記視覚的な指標と関連付けること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、
ユーザ入力からのユーザ入力データを受信することと、
前記ユーザ入力データを前記視覚的な指標と関連付けることと、
を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記ユーザ入力データは、
管腔内の移動分の指標と、
管腔内の未移動分の指標と、
管腔の端部の指標と、
管腔の開口の指標と、
現在の管腔が前記器具の現在位置よりも延伸していることの指標と、
管腔の直径と、
の1つまたは複数を含むことを特徴とする請求項76に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記命令は、前記装置の前記プロセッサに、前記視覚的な指標に幾何学的構造を適合させて、前記管腔ネットワークの前記マッピングされた部分の外側にある前記管腔ネットワークの管腔の視覚表示を提供すること、を実行させることを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記管腔ネットワークは、管腔の分岐ネットワークを含むことを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記管腔ネットワークは、単一の管腔を含むことを特徴とする請求項63に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
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