JP7225259B2 - 器具の推定位置を示すためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2018年3月28日に出願された米国仮出願第62/649,501号の利益を主張するものであり、当該仮出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示されるシステム及び方法は、器具の推定位置を表示することを対象とし、より具体的には、器具の位置の表示における待ち時間を補償するための技術を対象とする。
本開示の態様は、腹腔鏡検査などの低侵襲性、及び内視鏡検査などの非侵襲性の両方の処置を含む、様々な医療処置を実行することができるロボット制御可能な医療システムに統合され得る。内視鏡検査処置のうち、システムは、気管支鏡検査、尿管鏡検査、胃鏡検査などを実行することができる。
ロボット制御可能な医療システムは、特定の処置に応じて様々な方法で構成され得る。図1は、診断及び/又は治療用気管支鏡検査処置のために配置された、カートベースのロボット制御可能なシステム10の実施形態を示す。気管支鏡検査の間、システム10は、気管支鏡検査のための処置特有の気管支鏡であり得る操縦可能な内視鏡13などの医療用器具を、診断及び/又は治療用具を送達するための自然オリフィスアクセスポイント(すなわち、本実施例ではテーブル上に位置付けられた患者の口)に送達するための1つ又は2つ以上のロボットアーム12を有するカート11を含み得る。図示のように、カート11は、アクセスポイントへのアクセスを提供するために、患者の上部胴体に近接して位置付けられ得る。同様に、ロボットアーム12は、アクセスポイントに対して気管支鏡を位置付けるために作動され得る。図1の配置はまた、胃腸管(gastro-intestinal、GI)処置を胃鏡(GI処置のための特殊な内視鏡)を用いて実行するときにも利用され得る。図2は、カートの例示的な実施形態をより詳細に描画する。
ロボット制御可能な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。テーブルの組み込みは、カートを除去することによって手術室内の資本設備の量を低減し、患者へのより大きなアクセスを可能にする。図5は、気管支鏡検査処置のために配されたこのようなロボット制御可能なシステムの一実施形態を示す。システム36は、床の上にプラットフォーム38(「テーブル」又は「ベッド」として図示)を支持するための支持構造体又はカラム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、器具ドライバ42の線形整列から形成された仮想レール41を通して、又はそれに沿って、図5の気管支鏡40などの細長い医療用器具を操作するように設計された器具ドライバ42を含む。実際には、X線透視撮像を提供するためのCアームは、放射器及び検出器をテーブル38の周囲に置くことによって、患者の上部腹部領域の上方に配置されてもよい。
システムのロボットアームのエンドエフェクタは、(i)医療用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(代替的には、「器具駆動機構」又は「器具デバイスマニピュレータ」と呼ばれる)と、(ii)モータなどの任意の電気機械的構成要素を欠いていてもよい除去可能な又は取り外し可能な医療用器具と、を含む。この二分法は、医療処置に使用される医療器具を滅菌する必要性、それらの複雑な機械的アセンブリ及び敏感な電子機器により、高価な資本設備を十分に滅菌することができないことにより駆動され得る。したがって、医療用器具は、医師又は医師のスタッフによる個々の滅菌又は廃棄のために、器具ドライバ(したがってそのシステム)から取り外し、除去、及び交換されるように設計され得る。対照的に、器具ドライバは交換又は滅菌される必要がなく、保護のために掛け布がされ得る。
図13は、ペアにされた器具ドライバを備えた例示的な医療用器具を示す。ロボットシステムと共に使用するために設計された他の器具と同様に、医療用器具70は、細長いシャフト71(又は細長い本体)及び器具基部72を含む。医師による手動相互作用のために意図された設計により「器具ハンドル」とも呼ばれる器具基部72は、概して、ロボットアーム76の遠位端で器具ドライバ75上の駆動インターフェースを通って延在する駆動出力部74と嵌合するように設計された、回転可能な駆動入力部73、例えば、レセプタクル、プーリ、又はスプールを含んでもよい。物理的に接続、ラッチ、かつ/又は結合されるときに、器具基部72の嵌合された駆動入力部73は、器具ドライバ75における駆動出力部74と回転軸線を共有してもよく、駆動出力部74から駆動入力部73へのトルクの伝達を可能する。いくつかの実施形態では、駆動出力部74は、駆動入力部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含んでもよい。
従来の内視鏡検査は、(例えば、Cアームを通して送達され得るような)蛍光透視法の使用、及び操作者の医師に腔内誘導を提供するための他の形態の放射線ベースの撮像モダリティの使用を伴うことがある。対照的に、本開示によって企図されるロボットシステムは、放射線への医師の曝露を低減し、手術室内の機器の量を低減するための非放射線ベースのナビゲーション及び位置特定手段を提供することができる。本明細書で使用するとき、用語「位置特定」は、基準座標系内のオブジェクトの位置を判定及び/又は監視することを指すことがある。術前マッピング、コンピュータ視覚、リアルタイムEM追跡、及びロボットコマンドデータなどの技術は、放射線を含まない動作環境を達成するために個別に又は組み合わせて使用されてもよい。放射線ベースの撮像モダリティが依然として使用される場合、術前マッピング、コンピュータ視覚、リアルタイムEM追跡、及びロボットコマンドデータは、放射線ベースの撮像モダリティによってのみ取得される情報を改善するために、個別に又は組み合わせて使用されてもよい。
本開示の実施形態は、器具の位置の表示を表示する際に導入される待ち時間の影響を低減させることを含む、器具のセンサに基づくナビゲーションを改善するためのシステム及び技術に関する。例えば、受信したユーザコマンドに基づいて器具の位置を制御するように構成された外科用ロボットシステムでは、ユーザ入力デバイスによってユーザコマンド(複数可)が受信された時間と、ディスプレイを介した器具の移動の表示との間に、一定量の待ち時間が存在し得る。待ち時間が閾値待ち時間値よりも長い場合、待ち時間はユーザに知覚可能であり得、ユーザエクスペリエンスの低下につながり得る。例えば、より短い待ち時間は、より長い待ち時間を有するシステムよりも、ユーザに対して「応答性」の高いシステムとして知覚され得る。
以下、器具の位置を推定及び表示するための技術を用い得る例示的なシステムを、EMナビゲーション案内気管支鏡検査処置において経験することになる器具の位置の推定及び表示の実施形態に関して説明する。しかしながら、本開示の態様はまた、対応する位置センサ座標系内の位置データを生成することができる他の位置センサ、並びに他の医療種類の医療処置にも適用され得る。
図18は、本開示の態様による、医療処置中に表示することができる例示的な画像の図を示す。示される実施例では、患者の管腔網のモデル300は、器具310の以前の位置を示す経路305と共に表示される。器具310の現在の位置もまた、モデル300に重ね合わせられて、器具310の現在の位置に関するフィードバックをシステムのユーザに提供する。任意の好適なシンボル又はアイコン(グラフィカル及び/又はテクスチャ)を使用して、器具310の1つ又は2つ以上の位置を示すことができる。図18の実施例では、三角形シンボルを使用して、器具310の現在の位置を示す。シンボルは、随意に、器具310の位置を指定するために使用されるシンボルの形状に応じて、器具の方向及び/又は方向を示すことができる。
本明細書に開示される実施形態は、器具の推定位置を表示するためのシステム、方法、及び装置を提供する。
(1) システムであって、
プロセッサと、
少なくとも1つのコンピュータ可読メモリであって、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリは、前記プロセッサと通信し、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
器具のための一組の1つ又は2つ以上の位置センサによって生成された第1の位置データに基づいて、前記器具の第1の位置を決定することであって、前記第1の位置データが第1の期間に対応する、決定することと、
前記第1の期間後に、第2の期間中に前記器具を移動させるためのユーザコマンドを受信することと、
前記第1の位置及び受信した前記ユーザコマンドに基づいて、前記器具の第2の位置を推定することであって、推定した前記第2の位置が前記第2の期間に対応する、推定することと、
前記一組の位置センサによって生成された第2の位置データに基づいて、前記推定した第2の位置を確認することであって、前記第2の位置データが前記第2の期間に対応する、確認することと、
前記推定した第2の位置の前記確認前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を行わせる、少なくとも1つのコンピュータ可読メモリと、を備える、システム。
(2) 前記第1の期間と前記第2の期間との差が、前記第2の位置推定の前記確認のための処理期間に基づく、実施態様1に記載のシステム。
(3) 前記第2の位置を前記推定することが、第1の処理遅延を有し、
前記推定した第2の位置を前記確認することが、第2の処理遅延を有し、
前記第1の処理遅延が、前記第2の処理遅延未満である、実施態様1に記載のシステム。
(4) 前記メモリが、前記メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記第1の期間にわたって前記器具の前記第1の位置を推定することと、
前記第1の位置データに基づいて、推定した前記第1の位置を確認して、前記第1の位置を決定することと、を行わせる、実施態様1に記載のシステム。
(5) 前記メモリが、前記メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記器具の予測位置の一組の予測状態を維持することであって、前記予測状態の各々が、対応する確率と関連付けられる、維持することと、
前記第2の期間の最高確率を有する前記予測状態に基づいて、前記第2の位置を推定することと、を行わせる、実施態様1に記載のシステム。
前記予測状態の前記確率が閾値確率未満であることに応じて、前記器具の移動速度を調整することを行わせる、実施態様5に記載のシステム。
(7) 前記メモリが、前記メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記第2の期間中に、一組の前記位置センサから第2の位置データを受信することであって、前記推定した第2の位置を前記確認することが、前記第2の位置データに基づいて前記器具の前記第2の位置を決定することを含む、受信することと、
前記第2の位置データに基づいて前記第2の位置を決定する前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を行わせる、実施態様1に記載のシステム。
(8) 前記メモリが、前記メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記第2の位置と前記推定した第2の位置とを比較することと、
前記第2の位置が前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置を前記メモリに記憶することと、を行わせる、実施態様7に記載のシステム。
(9) 前記メモリが、前記メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記推定した第2の位置に基づいて、前記器具の第3の位置を推定することであって、推定した前記第3の位置が、前記第2の期間後の第3の期間に対応する、推定することと、
前記第2の位置が、前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置に基づいて、前記推定した第3の位置を更新することと、を行わせる、実施態様8に記載のシステム。
(10) 前記一組の位置センサが、電磁(EM)センサ、形状検知ファイバ、及びカメラ、のうちの少なくとも1つを備える、実施態様1に記載のシステム。
器具のための一組の1つ又は2つ以上の位置センサによって生成された第1の位置データに基づいて、前記器具の第1の位置を決定することであって、前記第1の位置データが第1の期間に対応する、決定することと、
前記第1の期間後に、第2の期間中に前記器具を移動させるためのユーザコマンドを受信することと、
前記第1の位置及び受信した前記ユーザコマンドに基づいて、前記器具の第2の位置を推定することであって、推定した前記第2の位置が前記第2の期間に対応する、推定することと、
前記一組の位置センサによって生成された第2の位置データに基づいて、前記推定した第2の位置を確認することであって、前記第2の位置データが前記第2の期間に対応する、確認することと、
前記推定した第2の位置の前記確認前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を行わせる、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(12) 前記第1の期間と前記第2の期間との差が、前記第2の位置推定の前記確認のための処理期間に基づく、実施態様11に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(13) 前記第2の位置を前記推定することが、第1の処理遅延を有し、
前記推定した第2の位置を前記確認することが、第2の処理遅延を有し、
前記第1の処理遅延が、前記第2の処理遅延未満である、実施態様11に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(14) 前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶された命令を更に有し、前記命令は、実行されたときに、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに、
前記第1の期間にわたって前記器具の前記第1の位置を推定することと、
前記第1の位置データに基づいて、推定した前記第1の位置を確認して、前記第1の位置を決定することと、を行わせる、実施態様11に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(15) 前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶された命令を更に有し、前記命令は、実行されたときに、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに、
前記器具の予測位置の一組の予測状態を維持することであって、前記予測状態の各々が、対応する確率と関連付けられる、維持することと、
前記第2の期間の最高確率を有する前記予測状態に基づいて、前記第2の位置を推定することと、を行わせる、実施態様11に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
前記予測状態の前記確率が閾値確率未満であることに応じて、前記器具の移動速度を調整することを行わせる、実施態様15に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(17) 前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶された命令を更に有し、前記命令は、実行されたときに、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに、
前記第2の期間中に、一組の前記位置センサから第2の位置データを受信することであって、前記推定した第2の位置を前記確認することが、前記第2の位置データに基づいて前記器具の前記第2の位置を決定することを含む、受信することと、
前記第2の位置データに基づいて前記第2の位置を決定する前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を行わせる、実施態様11に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(18) 前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶された命令を更に有し、前記命令は、実行されたときに、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに、
前記第2の位置と前記推定した第2の位置とを比較することと、
前記第2の位置が前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置を前記メモリに記憶することと、を行わせる、実施態様17に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(19) 前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶された命令を更に有し、前記命令は、実行されたときに、少なくとも1つのコンピューティングデバイスに、
前記推定した第2の位置に基づいて、前記器具の第3の位置を推定することであって、推定した前記第3の位置が、前記第2の期間後の第3の期間に対応する、推定することと、
前記第2の位置が、前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置に基づいて、前記推定した第3の位置を更新することと、を行わせる、実施態様18に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
(20) 前記一組の位置センサが、電磁(EM)センサ、形状検知ファイバ、及びカメラ、のうちの少なくとも1つを備える、実施態様11に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
前記器具のための一組の1つ又は2つ以上の位置センサによって生成された第1の位置データに基づいて、前記器具の第1の位置を決定することであって、前記第1の位置データが第1の期間に対応する、決定することと、
前記第1の期間後に、第2の期間中に前記器具を移動させるためのユーザコマンドを受信することと、
前記第1の位置及び受信した前記ユーザコマンドに基づいて、前記器具の第2の位置を推定することであって、推定した前記第2の位置が前記第2の期間に対応する、推定することと、
前記一組の位置センサによって生成された第2の位置データに基づいて、前記推定した第2の位置を確認することであって、前記第2の位置データが前記第2の期間に対応する、確認することと、
前記推定した第2の位置の前記確認前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を含む、方法。
(22) 前記第1の期間と前記第2の期間との差が、前記第2の位置推定の前記確認のための処理期間に基づく、実施態様21に記載の方法。
(23) 前記第2の位置を前記推定することが、第1の処理遅延を有し、
前記推定した第2の位置を前記確認することが、第2の処理遅延を有し、
前記第1の処理遅延が、前記第2の処理遅延未満である、実施態様21に記載の方法。
(24) 前記第1の期間にわたって前記器具の前記第1の位置を推定することと、
前記第1の位置データに基づいて、推定した前記第1の位置を確認して、前記第1の位置を決定することと、を更に含む、実施態様21に記載の方法。
(25) 前記器具の予測位置の一組の予測状態を維持することであって、前記予測状態の各々が、対応する確率と関連付けられる、維持することと、
前記第2の期間の最高確率を有する前記予測状態に基づいて、前記第2の位置を推定することと、を更に含む、実施態様21に記載の方法。
(27) 前記第2の期間中に、一組の前記位置センサから第2の位置データを受信することであって、前記推定した第2の位置を前記確認することが、前記第2の位置データに基づいて前記器具の前記第2の位置を決定することを含む、受信することと、
前記第2の位置データに基づいて前記第2の位置を決定する前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を更に含む、実施態様21に記載の方法。
(28) 前記第2の位置と前記推定した第2の位置とを比較することと、
前記第2の位置が前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置を前記メモリに記憶することと、を更に含む、実施態様27に記載の方法。
(29) 前記推定した第2の位置に基づいて、前記器具の第3の位置を推定することであって、推定した前記第3の位置が、前記第2の期間後の第3の期間に対応する、推定することと、
前記第2の位置が、前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置に基づいて、前記推定した第3の位置を更新することと、を更に含む、実施態様28に記載の方法。
(30) 前記一組の位置センサが、電磁(EM)センサ、形状検知ファイバ、及びカメラ、のうちの少なくとも1つを備える、実施態様21に記載の方法。
Claims (12)
- システムであって、
プロセッサと、
少なくとも1つのコンピュータ可読メモリであって、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリは、前記プロセッサと通信し、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
器具のための一組の1つ又は2つ以上の位置センサによって生成された第1の位置データに基づいて、前記器具の第1の位置を決定することであって、前記第1の位置データが第1の期間に対応する、決定することと、
前記第1の期間後に、第2の期間中に前記器具を移動させるためのユーザコマンドを受信することと、
前記第1の位置及び受信した前記ユーザコマンドに基づいて、前記器具の第2の位置を推定することであって、推定した前記第2の位置が前記第2の期間に対応する、推定することと、
前記一組の1つ又は2つ以上の位置センサによって生成された第2の位置データに基づいて、前記推定した第2の位置を確認することであって、前記第2の位置データが前記第2の期間に対応する、確認することと、
前記推定した第2の位置の前記確認前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を行わせる、少なくとも1つのコンピュータ可読メモリと、を備える、システム。 - 前記第1の期間と前記第2の期間との差が、前記第2の位置推定の前記確認のための処理期間に基づく、請求項1に記載のシステム。
- 前記第2の位置を前記推定することが、第1の処理遅延を有し、
前記推定した第2の位置を前記確認することが、第2の処理遅延を有し、
前記第1の処理遅延が、前記第2の処理遅延未満である、請求項1に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリが、前記メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記第1の期間にわたって前記器具の前記第1の位置を推定することと、
前記第1の位置データに基づいて、推定した前記第1の位置を確認して、前記第1の位置を決定することと、を行わせる、請求項1に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリが、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記器具の予測位置の一組の予測状態を維持することであって、前記予測状態の各々が、対応する確率と関連付けられる、維持することと、
前記第2の期間の最高確率を有する前記予測状態に基づいて、前記第2の位置を推定することと、を行わせる、請求項1に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリが、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
最高確率を有する前記予測状態の確率が閾値確率未満であることに応じて、前記器具の移動速度を制限することを行わせる、請求項5に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリが、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記第2の期間中に、前記一組の1つ又は2つ以上の位置センサから第2の位置データを受信することであって、前記推定した第2の位置を前記確認することが、前記第2の位置データに基づいて前記器具の前記第2の位置を決定することを含む、受信することと、
前記第2の位置データに基づいて前記第2の位置を決定する前に、前記推定した第2の位置を表示させることと、を行わせる、請求項1に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリが、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記第2の位置と前記推定した第2の位置とを比較することと、
前記第2の位置が前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置を前記メモリに記憶することと、を行わせる、請求項7に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリが、前記少なくとも1つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を更に有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、
前記推定した第2の位置に基づいて、前記器具の第3の位置を推定することであって、推定した前記第3の位置が、前記第2の期間後の第3の期間に対応する、推定することと、
前記第2の位置が、前記推定した第2の位置と異なることに応じて、前記第2の位置に基づいて、前記推定した第3の位置を更新することと、を行わせる、請求項8に記載のシステム。 - 前記一組の1つ又は2つ以上の位置センサが、電磁(EM)センサ、形状検知ファイバ、及びカメラ、のうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムが、ユーザの腕の位置を追跡するためのセンサを備え、
前記プロセッサが、前記ユーザの腕の位置の変化に基づいて、前記第2の位置を推定するように更に構成される、請求項1に記載のシステム。 - 前記ユーザコマンドが、前記第2の期間中に前記器具を一定の距離移動させるコマンドを含み、
前記コンピュータ実行可能命令が、前記プロセッサに、前記第1の位置から前記一定の距離にある前記第2の位置を推定させ、
前記器具の前記第2の位置は、前記第2の期間経過時の前記器具の場所に対応する、請求項1に記載のシステム。
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