JP7184499B2

JP7184499B2 - 様々な剛性工具に好適な調節式の追跡センサー

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Publication number: JP7184499B2
Application number: JP2016255377A
Authority: JP
Inventors: バディム・グリナー
Original assignee: Biosense Webster Israel Ltd
Current assignee: Biosense Webster Israel Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: US20170189122A1; AU2016269501A1; CA2952120A1; IL249552A0; KR20170080490A; JP2017119112A; EP3187140A1; CN107019558A; IL249552B; EP3187140B1; CN107019558B; US10085808B2

Description

本発明は、全般的には工具の追跡に関し、具体的には、外科手術に用いられる剛性工具の追跡を向上させること又は、これに必要な、剛性工具の直径を測定することに関する。

外科的処置では、位置センサーを工具内に固定して組み込むことによって、処置に用いられる内視鏡などの剛性工具の遠位端を追跡できる。そのような工具を用いる典型的な外科的処置には、耳鼻咽喉（ＥＮＴ）の治験的処置が含まれる。組み込まれたセンサーは、工具の遠位端に位置付けされる場合もあれば、代替的に、工具の遠位端から離れ近位端に向かって位置付けされる場合もある。後者の場合、組み込まれたセンサーは固定場所にあるため、遠位端からのセンサーの変位に対する補正を、センサーの測定位置に適用できる。

本発明の実施形態は、
円筒形物体の周りに固締されるように構成された剛性把持器と、
一対の導電体であって、把持器が円筒形物体の周りに固締されている間、円筒形物体の直径に応じて異なる導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、インピーダンスに応じて直径の示度を生成するように構成されたセンシング回路と、
を含む器具を提供するものである。

開示されている実施形態において、剛性把持器は、共通のヒンジの周りを回転して円筒形物体の周りに固締される一対のジョーを含み、導電体のそれぞれは、対応するジョーに取り付けられている。

更に開示されている実施形態において、本器具は、剛性把持器に固定して取り付けられたセンサーを含み、センサーは、把持器の位置を示すセンサー信号を生成するように構成されている。

なお更に開示されている実施形態において、剛性把持器はウェッジを含み、このウェッジは、開いた矩形フレーム内に摺動して円筒形物体の周りに固締されるように構成されている。一対の導電体は、フレームに取り付けられた第１の導電体と、ウェッジに取り付けられた第２の導電体と、を含む。典型的に、第２の導電体は一対の平行な導電線を含み、第１の導電体は平行な導電線を接続する。

本発明の一実施形態による器具が更に提供される。本器具は、
遠位端を有する剛性円筒形プローブと、
円筒形プローブの周りに固締されるように構成された剛性把持器と、
剛性把持器に固定して取り付けられ、かつ把持器の位置を示すセンサー信号を生成するように構成されたセンサーと、
一対の導電体であって、把持器が前記円筒形プローブの周りに固締されている間、円筒形内視鏡の直径に応じて異なる導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
プロセッサであって、
一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、
そのインピーダンスに応じて直径の示度を生成し、かつ
直径の示度及びセンサー信号に応じて遠位端の位置のメトリックを定式化するように構成された、プロセッサと、
を含む。

プロセッサは、インピーダンスに応じて前記プローブに対するセンサーの変位の示度を生成しかつ変位の示度に応じて前記遠位端の位置のメトリックを定式化するように、構成されてよい。

本発明の一実施形態による方法が更に提供されている。本方法は、
患者のコンピューター断層撮影スキャンを受信することと、
スキャンから導き出された患者の画像を、患者に近接するセンサーを追跡するように構成された磁気追跡システムに登録することと、
遠位端を有する円筒形プローブの周りに固締されるように構成された剛性把持器に、センサーを固定することと、
一対の導電体を、把持器がじて異なる前記導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように把持器に取り付けることと、
一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、そのインピーダンスに応じて直径の示度を生成することと、
遠位端を患者に接触させて位置決めすることと、
遠位端を患者に接触している間、直径の示度に応じてセンサーから遠位端への並進を表すベクトルを決定することと、
磁気追跡システムでセンサーを追跡している間、センサーの部位にベクトルを追加することによって遠位端の配置を特定することと、
を含む。

代替実施形態において、本方法は、インピーダンスに応じてセンサーから円筒形プローブまでの変位を決定し、その変位に応じてベクトルを決定することを含む。

更なる代替実施形態において、本方法は、遠位端が患者に接触する地点から円筒形プローブの軸に沿ってセンサーに近接した軸上の領域までの変位を決定し、その変位に応じてベクトルを決定することを含む。

本発明の一実施形態による方法が、更に提供されている。本方法は、
円筒形物体の周りに剛性把持器を固締することと、
一対の導電体を、把持器が円筒形物体の周りにを固締されている間、円筒形物体の直径に応じて異なる導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように把持器に取り付けることと、
一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、そのインピーダンスに応じて直径の示度を生成することと、
を含む。

本発明の一実施形態による方法が更に提供されている。本方法は、
遠位端を有する剛性円筒形プローブを提供することと、
円筒形プローブの周りに剛性把持器を固締することと、
剛性把持器にセンサーを固定して取り付けることであって、センサーが、把持器の位置を示すセンサー信号を生成するように構成されている、ことと、
一対の導電体を、把持器が円筒形プローブの周りに固締されている間、円筒形内視鏡の直径に応じて異なる導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように把持器に取り付けることと、
一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定することと、
インピーダンスに応じて直径の示度を生成することと、
直径の示度及びセンサー信号に応じて遠位端の位置のメトリックを定式化することと、
を含む。

本発明の一実施形態による器具が更に提供されている。本器具は、
遠位端を有する円筒形プローブと、
円筒形プローブの周りに固締されるように構成された剛性把持器と、
剛性把持器に固定されたセンサーであって、磁気システムにより追跡されるように構成された、センサーと、
一対の導電体であって、把持器が前記円筒形プローブの周りに固締されている間、円筒形プローブの直径に応じて異なる導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
プロセッサであって、
患者のコンピューター断層撮影スキャンを受信し、
スキャンから導き出された患者の画像を、磁気追跡システムに登録し、
一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、そのインピーダンスに応じて直径の示度を生成し、
遠位端が患者に接触している間、直径の示度に応じてセンサーから遠位端への並進を表すベクトルを決定し、
磁気追跡システムでセンサーを追跡している間、センサーの位置にベクトルを追加することによって遠位端の場所を特定するように構成された、プロセッサと、
を含む、器具。

本開示は、以下の「発明を実施するための形態」のその実施形態から、図面と共により完全に理解されるであろう。

本発明の一実施形態による、鼻腔外科用システムの略図である。本発明の一実施形態による、外科用システムで使用される磁場放射組立体の略図である。本発明の一実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一代替実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一代替実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一代替実施形態による、本システムで使用される把持器の様々な図である。本発明の一実施形態による、図３Ａ～図３Ｅの把持器に関連付けられているベクトルを例証した概要図である。本発明の一実施形態による、システムの運用中に実行される工程のフローチャートである。本発明の一実施形態による、フローチャートが実行されている間の画面の略図である。

概要
外科手術に用いられる剛性工具によっては、工具内に位置センサーが固定して組み込まれていないものが多くあり、そのような工具は他の手段（例えば、Ｘ線透視など）で追跡することが可能であるが、この種の追跡は、工具上に位置センサーを用いた追跡に比べて利便性に劣るのが一般的である。

本発明の実施形態は、工具内にセンサーが組み込まれていない工具に関連する問題を、工具に取り付けてあるセンサーを工具上の好都合な任意の配置に提供することによって、克服するものである。また、そのために必要な、剛性工具の直径を測定するための器具及び方法を提供するものである。いったん取り付けると、取り付けられたセンサーの工具の遠位端からの変位が、自動的に測定され、取り付けられたセンサーの読み取り値に組み込まれる。

一実施形態において、剛性把持器は、円筒形物体（例えば、外科用工具であると想定）の周りに固締され、この把持器に取り付けられた一対の導電体は、この把持器が工具の周りに固締されている間、互いに接触するようになっている。この接触は、工具の直径に応じて変動する導電体の長さに沿った位置で為される。

センシング回路は、一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、そのインピーダンスに応じて直径の示度を生成する。位置センサーを把持器に取り付けてもよく、工具の直径が既知である場合、工具に対するセンサーの変位値を求めることが可能であり、この変位を工具の追跡に使用することができる。

代替実施形態では、患者のコンピューター断層撮影スキャンを受信し、このスキャンから導き出された患者の画像を、患者に近接するセンサーを追跡するように構成された磁気追跡システムに登録する。

遠位端を有する円筒形プローブの周りに固締されるように構成された剛性把持器に、センサーを固定してもよい。円筒形プローブの直径に応じて異なる導電体の長さに沿った位置にて円筒形プローブの周りに把持器を固締しながら、一対の導電体を互いに接触するように把持器に装着してもよい。

一対の導電体を通過する電流のインピーダンスは測定されることができ、そのインピーダンスに応じて直径の示度を生成することができる。

遠位端は、患者に接触させて位置決めされ得、そのように位置決めした状態で、センサーから遠位端までの並進を表すベクトルが、直径に応じて決定され得る。

磁気追跡システムでセンサーを追跡している間、このセンサーの位置にベクトルを追加することによって、遠位端の場所を特定することができる。

システムの説明
ここで、図１を参照すると、同図は鼻腔外科用システム２０の略図であり、図２を参照すると、同図は本発明の実施形態による、システムで用いられる磁場放射組立体２４の略図である。システム２０は、患者２２の鼻腔に対する侵襲的処置及び／又は治験的処置中に使用されるのが一般的である。

この処置では、例えば、患者が横たわっているベッド２５に組立体を固定することによって、患者の頭部の下位に組立体２４を位置決めできるとともに、患者の頭部を組立体に対して移動しないように締着させることができる。組立体２４は、例えば蹄鉄形フレーム内に固定される５つの磁場ラジエータ２６を備え、このフレームは、患者２２の頭部がラジエータで囲繞されるように、患者の下位に位置決めされる。ラジエータ２６は、患者２２の頭部を含む領域３０内に交流磁場を放射するように、組立体２４に近接して、構成される。交流磁場（典型的には、直交する一組の３つのコイル）によってセンサー３２内で信号が誘発される。この信号を解析することによって、組立体２４に対するセンサーの位置及び配向を導き出すことが可能である。当然のことながら、センサー３２の位置及び配向を特定することによって、領域３０の内部のセンサーを実質的に位置決めすることができる。

後で詳しく述べるように、剛性円筒形プローブ２８の周りに固締されている剛性センサーホルダー３６に、センサー３２を固定することによって、このホルダーがプローブを把持する。本明細書において、センサーホルダー３６は、剛性把持器３６又は単に把持器３６とも呼ばれる。センサーの位置及び配向を特定することによって、患者の鼻腔に挿入され得るプローブの遠位端３４の位置及び配向を追跡することが可能になる。把持器３６は、直径が異なる剛性プローブ２８に接続するように構成されており、直径が異なるプローブは、必要に応じて、その識別数字２８にある英字を付加することによって本明細書中で区別される。

ラジエータ２６のような磁場ラジエータを用いたシステムは、患者に挿入されたエンティティの追跡を目的としたものであり、本明細書中に参照により援用されている米国特許出願第１４／７９２，８２３号（Ｇｏｖａｒｉらに付与）に記載されている。更に、ＤｉａｍｏｎｄＢａｒ，ＣＡのＢｉｏｓｅｎｓｅＷｅｂｓｔｅｒにより生産されているＣａｒｔｏ（登録商標）システムでは、本明細書に記載されるものと同様の追跡システムを用いて、磁場により放射される領域内のコイルの位置及び配向が求められる。

ラジエータ２６をはじめとするシステム２０の要素は、１つ以上のメモリと通信する処理ユニットを備えるシステムプロセッサ４０によって制御され得る。典型的に、要素はケーブルを介してプロセッサに接続できる。例えば、ラジエータ２６はケーブル５８を介してプロセッサ４０に接続できる。代替的に又は追加的に、要素は、プロセッサに無線で連結することが可能である。プロセッサ４０は、キーパッド、及び／又はマウス若しくはトラックボールなどのポインティングデバイスを典型的に含む動作制御装置５１を備えたコンソール５０内に実装され得る。コンソール５０はまた、例えばプローブ２８の近位端５２など、システム２０の他の要素に接続され得る。医師５４が処置の実行中に動作制御装置を用いてプロセッサと対話すると、このプロセッサは、システム２０により生成された結果を画面５６上に提示することができる。

図１では、明確にするために、把持器３６から（典型的には、プローブ２８の近位端５２に至るまで）の導電リード線が図示されていない。ただし、他の図には図示してある。センシング回路５３は、コンソール５０内に組み込んでもよく、この回路は把持器３６の導電リード線に連結し、そのリード線間のインピーダンスを測定するように構成されている。回路５３の機能については、以下に更に詳しく記載する。いくつかの実施形態において、回路５３は、コンソール５０内に位置する代わりに、寧ろ把持器３６内に組み込んである。そのような組み込みによって、把持器が独立型ユニットとして機能することが可能になる。

プロセッサ４０は、プロセッサのメモリ内に保存されたソフトウェアを用いてシステム２０を操作する。ソフトウェアは、例えば、ネットワークを介して、電子的形態でプロセッサ４０にダウンロードすることも可能であるし、あるいは代替的若しくは追加的に、磁気メモリ、光メモリ、若しくは電子メモリなどの、非一時的な有形媒体上に提供及び／又は保存することも可能である。

図３Ａは、把持器３６の概略斜視図であり、図３Ｂは、剛性プローブ２８Ａの一部分の周りに固締された把持器の概略斜視図であり、図３Ｃは、剛性プローブ２８Ｂの一部分の周りに固締された把持器の概略斜視図であり、図３Ｄ及び図３Ｅは、本発明の一実施形態による、把持器の概略分解図である。図３Ａ、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、把持器３６は、ロッド６１で接続された湾曲した二重ジョー付き区画６０を備える。この区画６０のジョーのうちの一方は、平坦な導電表面６２を有し、この表面にはリード線６３が接続されている。把持器３６はまた、平坦な導電表面６６を有する湾曲した単一ジョー付き区画６４を備え、この表面にはリード線６７が接続されている。

区画６０及び６４は両方ともロッド６８の周りを回転できる。このロッドは、区画用のヒンジとして作用し、その遠位端にてロッドに固定されたセンサー３２を有し、その近位端では、係止用ねじ７０を受容するように構成されている。係止用ねじを締めることによって、センサー３２が把持器３６に固定される。追加的に、区画６０及び６４が互いに向かって回転すると、導電表面６２及び６６は互いに直流電気的に（galvanically）接触する。前述したように、リード線６３及び６７をセンシング回路５３に連結することによって、プロセッサ４０は、２つの接触表面間のインピーダンスを記録することができる。

図３Ｂは、剛性プローブ２８Ａの一部分の周りに固締されるように構成された後の把持器３６を示す。すなわち、区画６０及び６４を回転させてプローブを把持することにより、その後、係止用ねじ７０を締めて、そのプローブに把持器を強固に取り付けた状態に維持できる。この事例では、プローブ２８Ａの直径が比較的大きく、表面６２と表面６６との間の接触面積が比較的小さいため、結果として、２つの表面間のインピーダンス測定値は大きくなる。

図３Ｃは、剛性プローブ２８Ｂの一部分の周りに固締されるように構成された後の、プローブ２８Ａに比べて直径が小さい把持器３６を示す。プローブ２８Ｂの直径が小さいことから、いったん把持器がプローブ上の所定位置に締め付けられた後は、表面６２と表面６６との間の接触面積が比較的大きくなるため、結果として、２つの表面間で測定されたインピーダンスは小さくなる。

典型的に、剛性プローブの対称軸からセンサー３２までの距離Ａは、プローブの直径Ｄに依存する。いくつかの実施形態では、プローブ２８が把持された後、プローブの異なる直径Ｄに対して距離Ａが実質的に等距離になるように区画６０及び６４のジョーが成形される。図５に、対称軸、直径Ｄ、及び距離Ａを示す。

本発明の実施形態では、プロセッサ４０が、センシング回路５３を使用して較正を実行すると、接触表面６２及び６４のインピーダンスＺが測定され、直径Ｄと距離ＡとインピーダンスＺとの間の相関関係が生成される。いくつかの実施形態では、低周波数又はＤＣ電流を接触表面６２及び６４に通過させることによって、インピーダンスＺが測定され、結果として、この測定されたインピーダンスが事実上接触表面のオーム抵抗になる。

典型的に、把持器３６は、１ｍｍ～１０ｍｍの範囲内にある直径を有する剛性プローブ２８を受容できるが、いくつかの実施形態では、この範囲外の直径を有する剛性プローブが、ホルダー３６に受容され得る。

図４Ａは、剛性プローブ２８Ａの一部分の周りに固締されているセンサーホルダー１３６の概略斜視図であり、図４Ｂは、剛性プローブ２８Ｂの一部分の周りに固締されているセンサーホルダー１３６の概略斜視図であり、図４Ｃは、本発明の代替実施形態による、代替視点から図４Ａ及び図４Ｂの代替視点までのホルダーの概略斜視図である。

センサーホルダー１３６は、センサーホルダー３６とは物理的に異なるが、同様な機能、例えば、センサー３２を固定して把持している間、直径の異なる円筒形プローブの周りに固締する、などを実行する。ゆえに、本発明の実施形態では、センサーホルダー３６の代わりにセンサーホルダー１３６を使用してもよく、そのため、変更すべきところは変更してセンサーホルダー１３６の操作にセンサー３６の操作の説明（図３Ａ～図３Ｅ）が準用される。本明細書において、センサーホルダー１３６は把持器１３６とも呼ばれる。

把持器１３６はウェッジ１３８を備えているが、このウェッジは、フレーム１４０に摺動することにより、開いた略矩形のフレーム１４０と嵌合する。ウェッジ１３８は、典型的に１ｍｍ～１０ｍｍの範囲の直径を有する剛性プローブ２８を受容する寸法になっているＶ字形上面１４２を有し、センサー３２は区画の遠位面１４４内に固定されている。ウェッジ１３８は上面１４２に対して平行ではない下面１４６を有する。ゆえに、上面及び下面はウェッジ１３８を形成する。下面１４６には２本の導電線１４８、１５０が組み込まれており、導電線からの対応する導電リード線１５２、１５４が存在する。

矩形フレーム１４０は、Ｖ字形表面１４２に平行な上面１６０と、下面１４６に平行な下面１６２と、を有する。図４Ｃに示すように、下面１６２はまた導電体１６４を備えるが、この導電体は、ウェッジ１３８が矩形フレーム内に摺動して剛性プローブを把持したときに、導電線１４８及び１５０を接続する。

図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、剛性プローブ２８Ａの一部分及び剛性プローブ２８の一部分の周りに固締されている把持器１３６を示す。いずれの場合においても、剛性プローブは、矩形フレームの上面１６０及びウェッジのＶ字形表面により把持される。いったん剛性プローブが把持された後は、係止用ねじ１６８を締めることによって、ホルダーをプローブに強固に取り付けられた状態に維持できる。

前述したように、導電体１６４が導電線１４８及び１５０を接続する。図４Ａ及び図４Ｂから明らかであるように、把持器１３６がプローブ２８Ａの周りに固締されているとき、接続されている導電線の全長は、その把持器がプローブ２８ＢＡの周りに固締されているときに接続されている線の全長よりも長い。ゆえに、接続された導電線のインピーダンス（導電リード線１５２、１５４間のセンシング回路５３により測定される）は、プローブ２８Ａが把持されている場合の方が、プローブ２８Ｂが把持されている場合よりも大きい。

本発明の実施形態では、プロセッサ４０が、センシング回路５３を使用して較正を実行すると、接続されている導電線１４８、１５０のインピーダンスＺと、剛性プローブの直径Ｄと、剛性プローブの対称軸からセンサー３２までの距離Ａとの相関関係が生成される。

図５は、本発明の一実施形態による、剛性プローブ２８Ａの周りに固締されたときに、把持器３６に関連付けられるベクトルを示す概要図である。先に説明したように、いったん把持器３６がプローブ２８Ａを把持するように固締されると、この把持器にセンサー３２が固定される。センサーと対話するラジエータ２６からの磁場に応答してセンサーからの信号が生成されると、その信号を用いて、このラジエータにより画定される座標系に対してセンサーの位置及び配向が特定される。センサーからの信号を伝達する導電ワイヤは、プローブ２８Ａの近位端５２に接続し、そこからコンソール５０に接続できる。図５には導電ワイヤが図示されていない。

センサーは、必ずしもそうとは限らないが、典型的にはセンサーの内側対称軸の方向であるセンサー方向２００を有するものと想定され、本明細書において言及されている配向によって、ラジエータ２６により画定される座標系に対してセンサー方向の配向が測定される。プローブ２８Ａは、対称軸２０２を有するものと想定される。

図５では、センサー３２のセンサー方向２００が矢印で図式的に示してある。更に、センサー３２は把持器３６に固定されているため、センサー方向７０に対して既知の配向θを有し、この配向は対称軸２０２に対して９０°をなす（すなわち、この対称軸に直交する）。ゆえに、本明細書において既知の変位ベクトル（Ａ、θ）はまたベクトルＶとも呼ばれ、図５に示すように、センサー３２から軸２０２上の地点Ｐまでの並進に対応する。

前述したように、センサー３２から対称軸までの距離Ａは典型的に、プローブ２８Ａの直径Ｄに依存する。いったん上記（接触表面６２、６４のインピーダンスＺ、直径Ｄ、及び距離Ａ）の較正が実行されると、プロセッサ４０は、測定された接触表面のインピーダンスＺからプローブ２８Ａの直径Ｄ及び距離Ａを計算できる。

地点Ｐから対称軸２０２に沿って遠位端３４（地点Ｑとも呼ばれる）まで測定された距離を、距離Ｂであると仮定する。ベクトルＶに対して９０°をなし、かつ軸２０２に沿ったＱの方向は既知であるが、把持器３６がプローブ２８Ａに固締されているときの距離Ｂ（ＰＱ）は、距離Ａとは異なり、不明である。ただし、後述するように、システム２０の運用中に、プロセッサ４０は距離Ｂを計算することができる。

図６は、システム２０の運用中に実行される工程のフローチャートであり、図７は、本発明の一実施形態による、フローチャートが実行されている間の画面５６の略図である。このフローチャートは、明確にするために、剛性プローブ２８Ａの周りに把持器３６が固締されていることを想定して記載されている（図３Ａ～図３Ｅ）。この把持器のジョーは、把持されたプローブの異なる直径に関して距離Ａが等距離になるようには形成されていない。当業者であれば、距離Ａが等距離になるようにジョーが成形されている実施形態及び把持器３６の代わりに把持器１３６を用いる実施形態に適合するように、変更すべきところは変更してこの記述を準用することができるであろう。

初期工程３００では、コンピューター断層撮影（ＣＴ）（本明細書中では、例えば、Ｘ線透視ＣＴと想定される）によって患者２２の頭部がスキャンされ、そのスキャンで得られたＣＴデータがプロセッサ４０により取得される。鼻腔外科的処置に対応するフローチャートの残りの工程の実行とは独立して、患者２２のＣＴスキャンが実行される場合もある。

追加的に、プロセッサ４０はセンサーホルダー３６に対して上述の較正を実行し、この較正によって、直径Ｄと距離ＡとインピーダンスＺとの間の相関関係が生成される。

典型的に、工程３００は、本処置の以下の外科手術工程の何日も前に実施され得る。

第１の処置工程３０２では、患者２２の頭部の下位に、放射組立体２４が実装される。その後、ラジエータ２６を操作し、位置合わせ工程３０４では、ラジエータの座標系を被験者の頭部の座標系に位置合わせする。この位置合わせは、典型的には、当該技術分野において公知の任意の手段によって（例えば、患者の外側形体並びにラジエータを保持しているフレームに関して１つ以上の既知の位置及び配向にて磁場センサーコイルを設置するか、あるいはそのようなコイルをグループ化することによって）為される。

初期表示工程３０６において、プロセッサ４０は、工程３００で受信されたＣＴデータを用いて、描示（representation）３５０（本明細書において患者の外側形体の画像３５０とも呼ばれる）を生成する。ＣＴデータは、ハウンスフィールド単位（ＨＵ）を用いたボクセルの形態であり、周知のように、ボクセル値及びそのＨＵ値から、患者２２の外側形体の画像３５０を生成することができる。プロセッサ４０によって、画面５６上に画像３５０が表示される。図７は、この画面上に表示される画像を概略的に示す。

操作工程３０８では、医師５４が把持器３６をプローブ２８Ａに固締し、この把持器を所定位置に係止する。プロセッサ４０は、センシング回路５３を使用して、一対の接触導電表面６２及び６６により生成されたインピーダンスを読み取る。プロセッサは、工程３００で取得された較正を用い、インピーダンスの測定値から、プローブ２８Ａの直径Ｄの値、及び距離Ａの値を計算する。

いったん把持器が所定位置に係止された後、連続的な操作工程３１０において、医師は、プローブの遠位端３４を、患者の外側形体の選択領域（例えば、患者の鼻の側部領域）に接触させる。

必要とされる遠位端が位置決めされると、把持器３６及びその封入済みセンサー３２が領域３０内に移動し（図１及び図２）、結果として、プロセッサ４０はセンサーの位置及び配向を計算できる。いったんこの計算がプロセッサによって実行されると、センサー方向７０を表すアイコン３５２が、典型的には、画面５６上で画像３５０に近接して生成される。画像３５０及びラジエータ２６の共通座標系の内部のセンサー信号から、センサー３２の位置及び配向が特定されると、それに従って、画面５６上にアイコン３５２が位置付けられ、配向される。

医師は事実上プローブ２８を保持しているため、センサー３２の実際の位置及び配向は、医師により認識される。医師は、アイコン３５２の位置及び配向をセンサー３２の実際の位置及び配向と比較することによって、システム２０の正しい操作を確証することができる。

プローブ較正工程３１２において、医師は、通常は制御装置５１を使用することによって、プローブの遠位端が患者の外側形体に接触していることを、プロセッサ４０に通知する。この通知を受け取り次第、プロセッサは、センサー３２の既知の位置に対して２回の並進を実行する。第１の並進は、ベクトルＶ（Ａ、θ）（図５）に対応する。したがって、プロセッサは、センサーの位置を、軸２０２上の地点Ｐに対してθで画定された方向に沿って値Ａだけ並進させる（図５）。地点Ｐに対応する地点Ｐ’が図７に描画されており、第１の並進の終了を示す。地点Ｐ’は通常、画面５６上に描画されない。

プロセッサは、地点Ｐから軸２０２に沿った方向への第２の並進を実行する。プロセッサは、軸２０２に沿って移動する地点Ｐが患者２２の外面と一致する箇所を、画像データから特定することによって、画像３５０のデータを使用して第２の並進の実際の長さを求める。画像データのハウンスフィールド単位の値に変更があった場合に、外面との一致が起こるが、この一致は、軸２０２上の地点Ｑで起こるものと想定される。Ｑは地点Ｐからの距離Ｂ（ここでは既知）であり、そのため、第２の並進は、図５に示される変位ベクトルＷ（Ｂ、９０）に対応する。

当然のことながら、地点Ｑの場所の計算にはＣＴ画像データが使用されるが、この画像は患者２２の実際の外側形体と位置合わせされるため、地点Ｑは、患者の実際の外部地点に対応する。

較正工程の終了時に、プロセッサは画面５６からアイコン３５２を削除し、アイコン３５４を、地点Ｑに対応する画像３５０の場所に位置付ける。医師は、アイコン３５４の位置及び配向を遠位端３４の実際の位置及び配向と比較することによって、較正工程が正常に完了したことを確証できる。典型的に、プロセッサ４０は、工程３０８で求めた直径Ｄに従って、アイコン３５４のサイズを調整する。

較正工程における２回の並進Ｖ＋Ｗの合計が、プロセッサ４０によって保存されるベクトルである。

連続的な追跡工程３１４において、プロセッサは、工程３１２で保存されたベクトルをセンサーの位置に追加することによって、遠位端３４の部位を特定する。遠位端の配向は、軸２０２の方向に対応しており、この方向も、センサーの追跡の際にプロセッサによって特定される。ゆえに、プロセッサは、センサー３２の位置及び配向を特定することによって、遠位端３４の位置及び配向のメトリックを計算できる。プロセッサによって、遠位端の位置及び配向に対応するアイコンが、画面５６上に位置決めされ得る。いくつかの実施形態では、患者２２の内部に遠位端がある場合、アイコンを隠蔽する可能性のある画像３５０の外側形体は、少なくとも部分的に透明になる。

上記されている実施形態は、例として列挙されており、本発明は、上記で具体的に示され記載されているものに限定されないことが認識されるであろう。寧ろ、本発明の範囲は、上記されている種々の特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせと、前述の説明を読んだ際に当業者が想起するであろう、先行技術に開示されていないそれらの変形例及び修飾と、の両方を含む。

〔実施の態様〕
（１）円筒形物体の周りに固締されるように構成された剛性把持器と、
一対の導電体であって、前記把持器が前記円筒形物体の周りに固締されている間、前記円筒形物体の直径に応じて異なる前記導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成するように構成されたセンシング回路と、
を備える、器具。
（２）前記剛性把持器が、共通のヒンジの周りを回転して前記円筒形物体の周りに固締される一対のジョーを具備し、前記導電体のそれぞれが、対応するジョーに取り付けられている、実施態様１に記載の器具。
（３）前記剛性把持器に固定して取り付けられたセンサーを備え、前記センサーが、前記把持器の位置を示すセンサー信号を生成するように構成されている、実施態様１に記載の器具。
（４）前記剛性把持器が、開いた矩形フレーム内に摺動して前記円筒形物体の周りに固締されるように構成されたウェッジを備え、前記一対の導電体が、前記フレームに取り付けられた第１の導電体と、前記ウェッジに取り付けられた第２の導電体と、を備える、実施態様１に記載の器具。
（５）前記第２の導電体が一対の平行な導電線を備え、前記第１の導電体が前記平行な導電線を接続する、実施態様４に記載の器具。

（６）遠位端を有する剛性円筒形プローブと、
前記円筒形プローブの周りに固締されるように構成された剛性把持器と、
前記剛性把持器に固定して取り付けられ、かつ前記把持器の位置を示すセンサー信号を生成するように構成されたセンサーと、
一対の導電体であって、前記把持器が前記円筒形プローブの周りに固締されている間、前記円筒形内視鏡の直径に応じて異なる前記導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
プロセッサであって、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、
前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成し、
前記直径の前記示度及び前記センサー信号に応じて前記遠位端の位置のメトリックを定式化するように構成された、プロセッサと、
を具備する、器具。
（７）前記プロセッサが、前記インピーダンスに応じて前記プローブに対する前記センサーの変位の示度を生成し、かつ前記変位の前記示度に応じて前記遠位端の前記位置の前記メトリックを定式化するように、構成されている、実施態様６に記載の器具。
（８）患者のコンピューター断層撮影スキャンを受信することと、
前記スキャンから導き出された前記患者の画像を、前記患者に近接するセンサーを追跡するように構成された磁気追跡システムに登録することと、
遠位端を有する円筒形プローブの周りに固締されるように構成された剛性把持器に、前記センサーを固定することと、
一対の導電体を、前記把持器が前記円筒形プローブの周りに固締されている間、前記円筒形プローブの直径に応じて異なる前記導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記把持器に取り付けることと、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成することと、
前記遠位端を前記患者に接触させて位置決めすることと、
前記遠位端が前記患者に接触している間、前記直径の前記示度に応じて前記センサーから前記遠位端への並進を表すベクトルを決定することと、
前記磁気追跡システムで前記センサーを追跡している間、前記センサーの位置に前記ベクトルを追加することによって前記遠位端の場所を特定することと、
を含む、方法。
（９）前記インピーダンスに応じて前記センサーから前記円筒形プローブまでの変位を決定することを含み、前記変位に応じて前記ベクトルを決定することを更に含む、実施態様８に記載の方法。
（１０）前記遠位端が前記患者に接触する地点から前記円筒形プローブの軸に沿って前記センサーに近接した前記軸上の領域までの変位を決定することを含み、前記変位に応じて前記ベクトルを決定することを更に含む、実施態様８に記載の方法。

（１１）円筒形物体の周りに剛性把持器を固締することと、
一対の導電体を、前記把持器が前記円筒形物体の周りにを固締されている間、前記円筒形物体の直径に応じて異なる前記導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記把持器に取り付けることと、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成することと、
を含む、方法。
（１２）前記剛性把持器が、共通のヒンジの周りを回転して前記円筒形物体の周りに固締される一対のジョーを具備し、前記導電体のそれぞれが、対応するジョーに取り付けられる、実施態様１１に記載の方法。
（１３）前記剛性把持器にセンサーを固定して取り付けることを含み、前記センサーが、前記把持器の位置を示すセンサー信号を生成するように構成されている、実施態様１１に記載の方法。
（１４）前記剛性把持器が、開いた矩形フレーム内に摺動して前記円筒形物体の周りに固締されるように構成されたウェッジを備え、前記一対の導電体が、前記フレームに取り付けられた第１の導電体と、前記ウェッジに取り付けられた第２の導電体と、を備える、実施態様１１に記載の方法。
（１５）前記第２の導電体が一対の平行な導電線を備え、前記第１の導電体が前記平行な導電線を接続する、実施態様１４に記載の方法。

（１６）遠位端を有する剛性円筒形プローブを提供することと、
前記円筒形プローブの周りに剛性把持器を固締することと、
前記剛性把持器にセンサーを固定して取り付けることであって、前記センサーが、前記把持器の位置を示すセンサー信号を生成するように構成されている、ことと、
一対の導電体を、前記把持器が前記円筒形プローブの周りに固締されている間、前記円筒形内視鏡の直径に応じて異なる前記導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記把持器に取り付けることと、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定することと、
前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成することと、
前記直径の前記示度及び前記センサー信号に応じて前記遠位端の位置のメトリックを定式化することと、
を含む、方法。
（１７）前記インピーダンスに応じて前記プローブに対する前記センサーの変位の示度を生成し、前記変位の前記示度に応じて前記遠位端の前記位置の前記メトリックを定式化することを更に含む、実施態様６に記載の方法。
（１８）遠位端を有する円筒形プローブと、
前記円筒形プローブの周りに固締されるように構成された剛性把持器と、
前記剛性把持器に固定されたセンサーであって、磁気追跡システムにより追跡されるように構成された、センサーと、
一対の導電体であって、前記把持器が前記円筒形プローブの周りに固締されている間、前記円筒形プローブの直径に応じて異なる前記導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
プロセッサであって、
患者のコンピューター断層撮影スキャンを受信し、
前記スキャンから導き出された前記患者の画像を、前記磁気追跡システムに登録し、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成し、
前記遠位端が前記患者に接触している間、前記直径の前記示度に応じて前記センサーから前記遠位端への並進を表すベクトルを決定し、
前記磁気追跡システムで前記センサーを追跡している間、前記センサーの位置に前記ベクトルを追加することによって前記遠位端の場所を特定するように構成された、プロセッサと、
を備える、器具。
（１９）前記インピーダンスに応じて前記センサーから前記円筒形プローブまでの変位を決定し、前記変位に応じて前記ベクトルを決定するように、前記プロセッサを構成することを含む、実施態様１８に記載の器具。
（２０）前記遠位端が前記患者に接触する地点から前記円筒形プローブの軸に沿って前記センサーに近接した前記軸上の領域までの変位を決定し、前記変位に応じて前記ベクトルを決定するように、前記プロセッサを構成することを含む、実施態様１８に記載の器具。

Claims

外科手術に用いられる剛性工具の円筒形物体の周りに固定されるように構成され、位置センサーを備える剛性把持器と、
一対の導電体であって、前記剛性把持器が前記円筒形物体の周りに固定されている間、前記円筒形物体の直径に応じて異なる前記一対の導電体を構成する導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記剛性把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成するように構成されたセンシング回路と、
を備え、
前記剛性把持器が、共通のヒンジの周りを回転し、係止用ねじによって当該回転を固定されることで前記円筒形物体の周りを囲うように固定され、これにより、前記円筒形物体の軸線方向に直交する任意の方向へ動かないように前記円筒形物体に固定される一対のジョーを具備し、前記一対の導電体を構成する導電体のそれぞれが、対応するジョーに取り付けられている、器具。
円筒形物体の周りに固定されるように構成された剛性把持器と、
一対の導電体であって、前記剛性把持器が前記円筒形物体の周りに固定されている間、前記円筒形物体の直径に応じて異なる前記一対の導電体を構成する導電体の長さに沿った位置にて互いに接触するように前記剛性把持器に取り付けられている、一対の導電体と、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスに応じて前記直径の示度を生成するように構成されたセンシング回路と、
を備え、
前記剛性把持器が、前記円筒形物体を挿通させる矩形フレームと、前記矩形フレームを前記円筒形物体に固定するようにこれらと嵌合するウェッジを備え、前記一対の導電体が、前記矩形フレームに取り付けられた第１の導電体と、前記ウェッジに取り付けられた第２の導電体と、を備える、器具。
前記第２の導電体が一対の平行な導電線を備え、前記第１の導電体が前記平行な導電線を接続する、請求項２に記載の器具。
円筒形物体の周りに請求項１から３の何れかに記載の器具の前記剛性把持器を前記円筒形物体の軸線方向に直交する任意の方向へ動かないように固定することと、
前記一対の導電体を通過する電流のインピーダンスを測定し、前記インピーダンスに応じて前記円筒形物体の直径の示度を生成することと、
を含む、方法。