JP7383489B2 - ロボット的装置ガイドと音響プローブの統合 - Google Patents

ロボット的装置ガイドと音響プローブの統合 Download PDF

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Description

本開示の発明は、全体として、ロボット制御式の介入デバイスの音響ガイダンス（例えば、ロボット制御式の針、導入器、スコープなどの超音波ガイダンス）に関する。
本開示の発明は、より詳細には、ロボット制御式の介入デバイスの音響ガイダンスを向上させる、ロボット的装置ガイドと音響プローブとの統合に関する。
超音波誘導経皮針生検では、難しい病変を標的にするのには時間がかかることがある。厳しい時間的制約は、主に、臓器の奥深く若しくは重要な解剖学的構造の近く、又はその両方に位置する病変を穿刺するのに重要である。かかる病変には、面外の斜め方向の針軌道が必要なことがあるので、施術者は、針を一定して視野内に保つのに求められる、良好な視覚と手の協調並びに画像化スキルを示すことが要求される。広視野の超音波立体画像は、面外の針軌道にとって、並びに術中の状況をより良好に理解するために、潜在的に役立つことがあり得る。更に、針のロボット制御を広視野の超音波と統合することは、皮膚進入点付近での針を中心にした旋回、及び／又は皮膚進入点内での針の並進に関して、潜在的に役立つことがあり得る。
本開示の発明は、より直感的で安全な介入処置のための、患者の解剖学的構造の皮膚進入点に配置可能な遠隔運動中心（ＲＣＭ）を有するロボット的音響プローブを提供する。
本開示の発明の一実施形態は、音響プローブ及びロボット的装置ガイドを用いるロボット的音響プローブである。
音響プローブは、デバイス挿入ポート入口及びデバイス挿入ポート出口を規定するデバイス挿入ポートを有する画像化プラットフォームを含み、更に、デバイス挿入ポート出口に対して配設された音響変換器アレイ（例えば、音響変換器アレイがデバイス挿入ポート出口を包囲する）を含む。
ロボット的装置ガイドは、デバイス挿入ポート入口に対して画像化プラットフォームに装着された基部を含み、更に、基部に連結され、複数の装置姿勢間で遠隔運動中心に対して遷移可能なエンドエフェクタを含む。
エンドエフェクタは、デバイス挿入ポートを通って延在する介入デバイス軸を規定し、遠隔運動中心は、デバイス挿入ポート出口に隣接して介入デバイス軸上に配置される。
本開示の発明の第２の実施形態は、ロボット的音響プローブの上述の実施形態を用い、更に、エンドエフェクタが複数の装置姿勢間で遠隔運動中心に対して遷移するのを制御する、ロボット的装置ガイドコントローラを用いる、ロボット的音響システムである。
複数の装置姿勢間での遠隔運動中心に対するエンドエフェクタの遷移は、エンドエフェクタが遠隔運動中心を中心にして旋回すること、及び／又はエンドエフェクタが介入デバイス軸に沿って並進することを含む。
ロボット的装置ガイドコントローラは、複数の装置姿勢間での遠隔運動中心に対するエンドエフェクタの遷移の制御を、音響変換器アレイによる患者の解剖学的構造の超音波立体画像化、画像化モダリティによる患者の解剖学的構造のモダリティ立体画像化、及び／又は追跡座標系内でのロボット的装置ガイドの位置追跡から導き出す。
本開示の発明の第３の実施形態は、ロボット的音響プローブの上述の実施形態を利用する介入方法である。
介入方法は、ロボット的音響プローブを患者の解剖学的構造の皮膚進入点に対して位置決めすることを伴い、遠隔運動中心は皮膚進入ポートと一致する。
それに続いて、介入方法は更に、音響変換器アレイによる患者の解剖学的構造の超音波立体画像化、及び／又は複数の装置姿勢間での遠隔運動中心に対するエンドエフェクタの遷移を伴う。
本開示の発明について説明し請求する目的で、
（１）限定されるわけではないが、「音響変換器」、「ポート」、「姿勢」、「アーム」、「アーク」、「回転関節」、「エンドエフェクタ」、及び「立体画像化」を含む本開示の専門用語は、本開示の分野で知られているように理解されるべきであり、本開示において例示的に記載される。
（２）「音響プローブ」という用語は、本開示の分野で知られており、以下に想到され、介入デバイスを患者の解剖学的構造内に挿入するためのデバイス挿入ポートに対して、音響変換器アレイと共に構造的に配置されるような、全ての音響プローブを広く包含する。
（３）「画像化プラットフォーム」という用語は、音響変換器アレイによって目的物を超音波立体画像化するため、音響プローブの位置決めを支援する、任意のタイプの構造を広く包含するものであり、画像化プラットフォームの例としては、基板、ＣＭＵＴ、及びプローブハンドルが挙げられる。
（４）「音響変換器アレイ」という用語は、音響変換器の視野内で目的物を超音波立体画像化するための、複数の音響変換器の任意のタイプの装置構成を広く包含するものである。
（５）「ロボット的装置ガイド」という用語は、本開示の分野で知られており、以下に想到され、遠隔運動中心（ＲＣＭ）で交差する回転軸を有する２つ以上の回転関節と共に構造的に配置されるような、全ての装置ガイドを広く包含する。
（６）遠隔運動中心及びデバイス挿入ポート出口に関連する場合の「隣接」という用語は、遠隔運動中心がデバイス挿入ポートに隣接してデバイス挿入ポートの内側にあること、遠隔運動中心がデバイス挿入ポート出口の面内にあること、及び遠隔運動中心がデバイス挿入ポートに隣接してデバイス挿入ポートの外側にあることを含めて、遠隔運動中心が患者の解剖学的構造の皮膚進入点と一致する、遠隔運動中心及びデバイス挿入ポート出口の空間的位置決めを広く包含する。
（７）「介入デバイス」という用語は、本開示の前後に知られている介入デバイスを含めて、本開示の分野で知られているように広く解釈されるものであり、介入デバイスの例としては、血管介入ツール（例えば、ガイドワイヤ、カテーテル、ステントシース、バルーン、アテレクトミーカテーテル、ＩＶＵＳ画像化プローブ、展開システムなど）、腔内介入ツール（例えば、内視鏡、気管支鏡など）、及び整形外科介入ツール（例えば、ｋワイヤ、ねじ回し）が挙げられるが、それらに限定されない。
（８）「介入画像化システム」という用語は、本開示の分野で知られており、以下に想到されるような、介入処置中に患者の解剖学的構造を術前及び／又は術中に画像化する、全ての画像化システムを広く包含するものであり、介入画像化システムの例としては、独立型Ｘ線画像化システム、移動式Ｘ線画像化システム、超音波立体画像化システム（例えば、ＴＥＥ、ＴＴＥ、ＩＶＵＳ、ＩＣＥ）、コンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）画像化システム（例えば、コーンビームＣＴ）、陽電子放出断層撮影（「ＰＥＴ」）画像化システム、及び磁気共鳴断層撮影（「ＭＲＩ」）システムが挙げられるが、それらに限定されない。
（９）「位置追跡システム」という用語は、本開示の分野で知られており、以下に想到されるような、座標系内における目的物の位置（例えば、位置及び／又は向き）を追跡する、全ての追跡システムを広く包含するものであり、位置測定システムの例としては、電磁（「ＥＭ」）測定システム（例えば、Ａｕｏｒａ（登録商標）電磁測定システム）、光ファイバーによる測定システム（例えば、Ｆｉｂｅｒ－Ｏｐｔｉｃ ＲｅａｌＳｈａｐｅ（商標）（「ＦＯＲＳ」）測定システム）、超音波測定システム（例えば、ＩｎＳｉｔｕ又は画像ベースのＵＳ測定システム）、光学測定システム（例えば、Ｐｏｌａｒｉｓ光学測定システム）、無線周波数識別測定システム、及び磁気測定システムが挙げられるが、それらに限定されない。
（１０）「コントローラ」という用語は、本開示に例示的に記載するような本開示の様々な発明原理の適用を制御する、特定用途向けメインボード又は特定用途向け集積回路の全ての構造的構成を広く包含するものであり、コントローラの構造的構成としては、プロセッサ、コンピュータ使用可能／コンピュータ可読記憶媒体、オペレーティングシステム、アプリケーションモジュール、周辺機器コントローラ、インターフェース、バス、スロット、及びポートが挙げられるが、それらに限定されず、本開示の特定のコントローラに対して本明細書で使用するよう説明的表示は、「コントローラ」という用語に対する更なる限定を何も指定若しくは示唆することなく、本明細書に記載し請求するような特定のコントローラを特定するために他のコントローラと区別するものである。
（１１）「アプリケーションモジュール」という用語は、特定のアプリケーションを実行する、電子回路及び／又は実行可能プログラム（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体に格納された、実行可能ソフトウェア及び／若しくはファームウェア）から成るコントローラの構成要素を広く包含するものであり、本開示の特定のアプリケーションモジュールに対して本明細書で使用するような説明的表示は、「アプリケーションモジュール」という用語に対する更なる限定を何も指定若しくは示唆することなく、本明細書に記載し請求するような特定のアプリケーションモジュールを特定するために他のアプリケーションモジュールと区別するものである。
（１２）「信号」、「データ」、及び「コマンド」という用語は、本開示で後述するような本開示の様々な発明原理の適用を支援する、情報及び／又は命令を送信するための、本開示の分野で理解されるような、また本開示に例示的に記載するような、検出可能な物理的量又はインパルス（例えば、電圧、電流、若しくは磁界の強度）の全ての形態を広く包含するものであり、本開示の様々な構成要素間での信号／データ／コマンドの通信には、任意のタイプの有線若しくは無線データリンクを通じた信号／データ／コマンドの送受信、並びにコンピュータ使用可能／コンピュータ可読記憶媒体にアップロードされた信号／データ／コマンドの読取りを含むが、それらに限定されない、本開示の分野で知られているような任意の通信方法が関与し、本開示の特定の信号／データ／コマンドに対して本明細書で使用するような説明的表示は、「信号」、「データ」、及び「コマンド」という用語に対する更なる限定を何も指定若しくは示唆することなく、本明細書に記載し請求するような特定の信号／データ／コマンドを特定するために他の信号／データ／コマンドと区別するものである。
本開示の発明の上述の実施形態及び他の実施形態、並びに本開示の発明の様々な特徴及び利点は、本開示の発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を添付図面と併せ読むことによって、更に明白になるであろう。詳細な説明及び図面は、限定ではなく本開示の発明の単なる例示であり、本開示の発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びその等価物によって定義される。
本開示の発明の原理による、ロボット的音響システムの例示的実施形態を示す図である。 本開示の発明の原理による、音響プローブの第１の例示的実施形態を示す図である。 本開示の発明の原理による、音響プローブの第１の例示的実施形態を示す図である。 本開示の発明の原理による、ロボット的装置ガイドの例示的実施形態を示す図である。 本開示の発明の原理による、図４のロボット的装置ガイドの様々な姿勢を示す上面図である。 本開示の発明の原理による、図１のロボット的音響システムの超音波誘導の例示的実施形態を示す図である。 本開示の発明の原理による、図１のロボット的音響システムの体積誘導の例示的実施形態を示す図である。 本開示の発明の原理による、図１のロボット的音響システムの位置追跡の例示的実施形態を示す図である。
本開示の様々な発明の理解を容易にするため、図１～図６の以下の説明は、本開示の発明の原理による、ロボット的音響プローブ及びロボット的音響システムの実施形態を教示する。この説明から、当業者であれば、本開示の発明の原理によるロボット的音響プローブ及びロボット的音響システムの多種多様な実施形態をどのように実施するかを認識するであろう。
また、この説明から、当業者であれば、本開示のロボット的音響システムが、本開示のロボット的音響ガイドを利用する多種多様なタイプのロボット制御式画像誘導介入に組み込まれることを認識するであろう。
かかる画像誘導介入の例としては次のものが挙げられるが、これらに限定されない。
１．細長い介入器具が関与する画像誘導下の介入画像化（例えば、生検針、焼灼アンテナ、スパイナル針などが関与する、肝病変の不可逆電気穿孔法、ラジオ波／マイクロ波焼灼療法、椎間関節注射、神経ブロックのターゲティング、経皮的生検など）。
２．経心尖導入器デバイス及び経心尖アクセスの閉止デバイスが関与する、構造的心臓疾患に対する介入（例えば、三尖弁インリング埋込み、経心尖大動脈弁置換、経心尖経カテーテル僧帽弁埋込みなど）。
３．特に直径約３．５ｍｍの皮膚進入点に対する、ミニ腹腔鏡が関与する腹腔鏡下処置（例えば、ミニ腹腔鏡下胆嚢摘出術、ミニ腹腔鏡下虫垂切除術、様々なタイプのミニ腹腔鏡下小児科手術、ミニビデオ補助下胸部外科手術など）。
図１を参照すると、本開示のロボット的音響システム１０は、音響プローブ２０と音響プローブ２０上に装着されたロボット的装置ガイド４０とを含む、ロボット的音響プローブを用いる。
音響プローブ２０は、デバイス挿入ポート２２を通って延在する装置デバイス軸４８に沿ってロボット的装置ガイド４０によって保持される、介入デバイス６０を挿入するためのデバイス挿入ポート入口２２及びデバイス挿入ポート出口２４を有するデバイス挿入ポート２２を有する、画像化プラットフォーム２１の構造的配置を有する。
本開示において更に例示的に記載するように、動作の際、例えば、音響プローブ２０の画像化プラットフォーム２１に対する、ロボット的装置ガイド４０の基部４１のアタッチメント又は連結具などによって、ロボット的装置ガイド４０が音響プローブ２０上に装着される。ガイド４０をプローブ２０上に装着することによって、デバイス挿入ポート出口２３に隣接して装置デバイス軸４８に沿って、ロボット的装置ガイド４０の遠隔運動中心４９の位置が確立され、それによって遠隔運動中心４９を患者の解剖学的構造への皮膚進入点と一致させて位置合わせすることが容易になる。
実際には、画像化プラットフォーム２１及びデバイス挿入ポート２２は任意の幾何学形状を有し、画像化プラットフォーム２１は、任意の介入処置又は特定の介入処置に適した任意の材料組成である。
また実際には、画像化プラットフォーム２１は、本開示で更に記載するように、ロボット的装置ガイド４０の基部４１を画像化プラットフォーム２１上に装着するのに適した任意の構成を有する。
音響プローブ２０は、音響変換器アレイ２５の視野２５内で任意の目的物の超音波立体画像化を実行するため、画像化プラットフォーム２１によって支持され、挿入ポート出口２３に対して配設される、音響変換器アレイ２５の構造的配置を更に有する。より詳細には、本開示の分野では知られているように、システム１０の音響プローブコントローラ３０は、変換器励起信号３２を音響変換器アレイ２５に通信することによって、音響変換器アレイ２５を活性化して超音波を送受信させ、それによって音響プローブ２０は、視野２５内で任意の目的物の超音波立体画像３１を生成するため、エコーデータ３３を音響プローブコントローラ３０に通信する。
ガイド４０をプローブ２０上に装着するのを容易にすることに加えて、実際には、画像化プラットフォーム２１は、音響変換器アレイ２５によって患者の解剖学的構造を超音波立体画像化するため、音響プローブ２０を手動で又はロボットによって位置決めするように、構造的に構成される。例えば、画像化プラットフォームは構造的に、患者の解剖学的構造上で位置決め可能な基板／ＣＭＵＴ、又は患者の解剖学的構造上で手動又はロボットによって保持されたプローブハンドルの形態である。
実際には、音響変換器アレイ２５は、音響送受信機、又は音響送信機のサブアレイ及び音響受信機のサブアレイを含む。
図２Ａ～図２Ｃは、音響プローブ２０（図１）の例示的実施形態２０ａを示している。図２Ａ～図２Ｃを参照すると、音響プローブ２０ａは、図２Ａに示される上面と図２Ｃに示される下面とを有するディスクとして構築される基板の形態の、画像化プラットフォーム２１ａを含む。デバイス挿入ポート２２ａは、画像化プラットフォーム２１ａを貫通し、画像化プラットフォーム２１ａの上面に形成された円形デバイス挿入点入口２３ａから、画像化プラットフォーム２１ａの下面に形成された円形デバイス挿入点出口２４ａへと先細になっている。
音響変換器のアレイ２５ａは、画像化プラットフォーム２１ａの下面で支持され、デバイス挿入ポート出口２４ａの周りに配設される。音響変換器アレイ２５ａは、音響プローブ２０ａの視野２６ａ内で超音波を送受信するのに、本開示の分野で知られているように活性化される。
一対のフック２７は、音響プローブ２０ａを患者の周りにストラップで固定するのを容易にするため、画像化プラットフォーム２１ａの上面に設けられる。
画像化プラットフォーム２１ａは、画像化プラットフォーム２１ａに埋め込まれた独自のクリップ又はロックを介して、ロボット的装置ガイド５０（図１）を装着するのを支援する。
図３Ａ～図３Ｃは、音響プローブ２０（図１）の更なる例示的実施形態２０ｂを示している。図３Ａ～図３Ｃを参照すると、デバイス挿入ポート２２ｂが、画像化プラットフォーム２１ａを貫通し、画像化プラットフォーム２１ａの上面に形成された細長いデバイス挿入点入口２３ｂから、画像化プラットフォーム２１ａの下面に形成された細長いデバイス挿入点出口２４ｂへと先細になっていることを除いて、音響プローブ２０ｂは音響プローブ２ａ（図２Ａ～図２Ｃ）と同一である。
図１に戻って、ロボット的装置ガイド４０は、本開示の分野で知られているように、回転関節４４及びエンドエフェクタ４５の回転軸の交差によって確立されるＲＣＭ４９を規定する、基部４１と、２つ以上のアーム／アーク４３と、１つ又は複数の回転関節４４と、エンドエフェクタ４５との構造的配置を有する。
実際には、基部４１、アーム／アーク４３、回転関節４４、及びエンドエフェクタ４５の構造的配置は、任意の介入処置又は特定の介入処置に適している。
やはり実際には、基部４１は、本開示に例示的に記載するように、音響プローブ２０の画像化プラットフォーム２１に取り付けるのに適した構造的構成を有する。一実施形態では、基部４１は、装置デバイス軸４８がデバイス挿入ポート２２を通って延在し、ＲＣＭ４９がデバイス挿入ポート出口２４に隣接して軸４８上に位置する状態を維持したまま、エンドエフェクタ４５を音響プローブ２０のデバイス挿入ポート２３に対して垂直方向及び／又は水平方向にそれぞれ並進させる、垂直並進関節４２ａ及び／又は水平並進関節４２ｂを含む。
更に実際には、介入デバイス６０は、エンドエフェクタ４５によって保持されるのに適した任意のタイプの介入デバイスを含む。介入デバイス６０の例としては、生検針、焼灼アンテナ、スパイナル針、導入器及び閉止デバイス、並びにミニ腹腔鏡が挙げられるが、それらに限定されない。一実施形態では、したがって、エンドエフェクタ４５は、特定の介入処置を行うのに適した構造的構成を有する。別の実施形態では、ロボット的装置ガイド４０は多数の交換可能な装置デバイスアダプタ４６を含み、各アダプタ４６は、エンドエフェクタ４５がアダプタ４６の任意の１つを含むように再構成可能なように、異なるタイプの介入デバイス６０に適応するように構造的に構成される。
また実際には、エンドエフェクタ４５は軸並進関節４７を含み、それによってエンドエフェクタ４５が装置デバイス軸４９に沿って並進されて、任意の介入デバイス６０の深度が、音響プローブ２０によって画像化するために準備された患者の解剖学的構造内でエンドエフェクタ４５によって保持される。
引き続き図１を参照すると、本開示の分野で知られているように、システム１０のロボット的装置ガイドコントローラ５０は、ロボット的装置ガイド４０を包囲する作業空間５１内でのエンドエフェクタ４５の姿勢の情報を提供する回転関節データ５２を受信し、それによってロボット的装置ガイドコントローラ５０は、作業空間５１内において複数の姿勢の間でエンドエフェクタ４５を遷移させる。
実際には、１つ又は全ての回転関節４３は電動であってもよく、それによってロボット的装置ガイドコントローラ５０が、ロボット作動コマンド５３を電動回転関節４４に通信して、電動回転関節４４を作動させて作業空間５１内における所望の姿勢までエンドエフェクタ４５を遷移させる。
また実際には、１つ又は全ての回転関節４３は機械的であってもよく、それによってロボット的装置ガイドコントローラ５０がロボット作動データ５４を表示させることにより、操作者が手動で回転関節４４を作動させて、作業空間５１内における所望の姿勢までエンドエフェクタ４５を並進させる。
図４は、基部４１ａと、回転軸１４４ａを中心にして回転可能な主要回転関節４４ａと、回転軸１４４ｂを中心にして回転可能な補助回転関節４４ｂと、支持アーク４３ａと、装置デバイス軸４８ａに沿って介入デバイス（図示なし）を保持するアダプタ４６ａを有するエンドエフェクタ４５ａに統合された装置アーク４３ｂとを用いる、例示的なロボット的装置ガイド４０ａを示している。支持アーク４３ａは回転関節４４ａ及び回転関節４４ｂに同心で接続され、装置アーク４３ｂは回転関節４４ｂに同心で接続される。より詳細には、
１．回転軸１４４ａ、１４４ｂ、及び４８はロボット的装置ガイド４０ａの遠隔運動中心４９ａで交差し、
２．支持アーク４３ａの基部アーク長さθＢは、回転軸１４４ａと１４４ｂとの間で延在し、
３．装置アーク４３ｂのアーク長さθＥ１は、回転軸１４４ａと装置デバイス軸４８ａとの間で延在し、
４．主要回転関節４４ａのアクチュエータは、電動であれ機械的であれ、回転軸１４４ａを中心にして所望のφ１度分、アーク４３ａ及び４３ｂを共働回転させて、複数の姿勢（図５Ａ～図５Ｃにそれぞれ示される姿勢Ｐ１～Ｐ３）の間で作業空間内においてエンドエフェクタ４５ａの広範な移動を制御するように操作され、
５．補助回転関節４４ｂのアクチュエータは、電動であれ機械的であれ、回転軸１４４ｂを中心にして所望のφ２度分、装置アーク４３ｂを回転させて、複数の姿勢（図５Ａ、図５Ｄ、及び図５Ｃにそれぞれ示される姿勢Ｐ１、Ｐ４、及びＰ５）の間で作業空間内においてエンドエフェクタ４５ａの標的の移動を制御するように操作される。
図４に示されるように、基部４１ａは、垂直並進関節４２ａ（図１）及び／又は水平並進関節４２ｂ（図１）を組み込んで、本明細書で上述したように、音響プローブのデバイス挿入ポート出口に対する所望の位置まで、遠隔運動中心４９ａを移動させる。それと同時に又はその代わりに、主要回転関節４４ａは、垂直並進関節及び／又は水平並進関節を組み込んで、音響プローブのデバイス挿入ポート出口に対する所望の位置まで、遠隔運動中心４９ａを移動させる。
図１に戻って、システム１０の超音波誘導介入処置の一実施形態では、音響プローブコントローラ３０及びロボット的装置ガイドコントローラ５０は協働して、音響プローブ２０による三次元超音波立体画像化を考慮して、介入デバイス６０のロボット制御を実施する。
一般に、介入処置を実行する際、音響プローブコントローラ３０は、ケーブルを介して音響プローブ２０の音響変換器アレイから受信したエコーデータ３３に基づいて、患者の解剖学的構造の三次元超音波立体画像化の情報を提供する超音波立体画像データ３４を生成し、超音波立体画像データ３４をロボット的装置ガイドコントローラ５０に通信し、それによってコントローラ５０は、必要に応じてロボット的装置ガイド４０の回転関節に対してロボット作動コマンドを生成して、ロボット的装置ガイド４０の電動遷移エンドエフェクタ４５ａを作動させて作業空間内の所望の姿勢に至らせるか、又は必要に応じて表示用の作動データを生成することによって、ロボット的装置ガイド４０の機械的遷移エンドエフェクタ４５を作動させて作業空間内の所望の姿勢に至らせることに関する情報を提供する。
図６は、システム１０の超音波誘導介入処置１０ａの例示的実施形態を示している。
図６を参照すると、ワークステーション９０は、本開示の分野で知られているように、モニタ９１、キーボード９２、及びコンピュータ９３の構成を含む。
音響プローブコントローラ３０ａ及びロボット的装置ガイドコントローラ５０ａは、コンピュータ９３にインストールされ、各コントローラは、１つ又は複数のシステムバスを介して相互接続された、プロセッサ、メモリ、ユーザインターフェース、ネットワークインターフェース、及び記憶装置を含む。
プロセッサは、本開示の分野で知られているか又は以下に想到されるような、メモリ若しくは記憶装置に格納された命令を実行するか、又は別のやり方でデータを処理することができる、任意のハードウェアデバイスである。非限定例では、プロセッサは、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の類似のデバイスを含む。
メモリは、本開示の分野で知られているか又は以下に想到されるような、Ｌ１、Ｌ２、若しくはＬ３キャッシュ又はシステムメモリを含むがそれらに限定されない、様々なメモリを含む。非限定例では、メモリは、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、又は他の類似のメモリデバイスを含む。
ユーザインターフェースは、本開示の分野で知られているか又は以下に想到されるような、管理者などのユーザと通信できるようにする、１つ又は複数のデバイスを含む。非限定例では、ユーザインターフェース、ネットワークインターフェースを介して遠隔端末に対して提示される、コマンドラインインターフェース又はグラフィカルユーザインターフェースを含む。
ネットワークインターフェースは、本開示の分野で知られているか又は以下に想到されるような、他のハードウェアデバイスと通信できるようにする、１つ又は複数のデバイスを含む。非限定例では、ネットワークインターフェースは、イーサネット（登録商標）プロトコルにしたがって通信するように構成された、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を含む。それに加えて、ネットワークインターフェースは、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルにしたがって、通信用のＴＣＰ／ＩＰスタックを実現する。ネットワークインターフェースに関する様々な代替若しくは追加のハードウェア又は構成が、明白となるであろう。
記憶装置は、本開示の分野で知られているか又は以下に想到されるような、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、又は類似の記憶媒体を含むがそれらに限定されない、１つ又は複数の機械可読記憶媒体を含む。様々な非限定的実施形態では、記憶装置は、プロセッサによって実行される命令、又はプロセッサが動作するのに用いるデータを格納する。例えば、記憶装置は、ハードウェアの様々な基本動作を制御する基本オペレーティングシステムを格納する。記憶装置は更に、実行可能なソフトウェア／ファームウェアの形態の、１つ又は複数のアプリケーションモジュールを格納する。
或いは、音響プローブコントローラ３０ａ及びロボット的装置ガイドコントローラ５０ａは、コンピュータ９３にインストールされるものとして統合される。
この実施形態の場合、本開示のロボット的音響プローブに関連する介入処置の第１のステップは、ロボット的装置ガイド４０ａを音響プローブ２０ａの上に装着する位置で、音響プローブ２０ａに取り付けることである。取付けは、音響プローブ２０ａの基板ケーシングに埋め込まれた独自のクリップ又はロックと自己接着テープとによって可能である。独自のクリップを使用することによって、ロボット的装置ガイド４０ａが音響プローブ２０ａに対して位置決めされ、したがって、超音波立体画像空間とロボット作業空間との間のマッピングが、ロボット的音響プローブの校正によって分かる。
実際には、ロボット的音響プローブの校正は、本開示の分野で知られているように実施される。例えば、装着後、次の校正ステップが実施される。
第一に、コントローラ５０ａは、ポインタツールを保持しているエンドエフェクタ４５ａをｎ位置まで移動させ、順運動学を使用して計算されたエンドエフェクタ位置Ｔ（向き及び並進）を取得する。
第二に、音響プローブ２０ａを超音波ファントム（例えば、ゼラチン媒質）（図示なし）上に位置決めして、先に取得したエンドエフェクタ位置Ｔに対して特定の深度分、ツールを超音波ファントムに挿入する。ガイド４０ａが挿入深度を制御する自由度をもたらす場合、コントローラ５０ａは、順運動学を使用してエンドエフェクタの先端を得る。それ以外の方法では、ツールの先端に対する最終エンドエフェクタ位置（並進）からのオフセットを測定しなければならない。
第三に、コントローラ３０ａは、超音波立体画像上でセグメント化されたツール先端の位置（ｐ）を取得する。
第四に、最初の３つのステップを、好ましくはより精度を上げるために４回以上繰り返す。
第五に、コントローラ５０ａは、本開示の分野で知られているような点ベースの位置合わせ方法を使用して、位置合わせマトリックスを計算する。点ベースの位置合わせで利用される点としては、（１）測定されたオフセット及びツール配向軸によって投影される取得したエンドエフェクタ位置、並びに（２）ＵＳ画像ツール先端位置においてセグメント化された標的点が挙げられる。挿入深度が作動させられる場合、エンドエフェクタ位置が点ベースの位置合わせにおいて直接利用される。
引き続き図５を参照すると、校正の際、ロボット的装置ガイドが装着された音響プローブ２０ａは、患者の解剖学的構造１００上に位置決めされ、施術者が音響プローブ２０ａを患者の皮膚にしっかり押し付けることによって音響カップリングが確認される。
その後、コントローラ３０ａを動作させて、関心点（例えば、病変）を含む臓器又は他の内部構造の超音波立体画像化が制御される。画像から、標的位置が三次元超音波立体画像上において手動で規定されるか（例えば、病変位置）、又は標的位置は、本開示の分野で知られている方法を使用して、三次元超音波立体画像から自動的にセグメント化される（例えば、領域ベースのセグメント化、閾値設定セグメント化、モデルベースのセグメント化、又は機械学習ベースのセグメント化）。
標的位置が規定されると、介入ツール６０ａ（例えば、針）の進入点は、皮膚進入点と一致するＲＣＭ４９ａの設計によって制約され、それによってコントローラ５０ａは、ロボット運動学を使用して、患者の解剖学的構造１００内への介入ツール６０ａの所望の軌道を達成する姿勢まで、エンドエフェクタ４５ａを自動的に移動させる。
一実施形態では、コントローラ５０ａは、本開示の分野で知られているようなビジュアルサーボ技術を実現してもよい。例えば、標的位置は、三次元超音波立体画像内でユーザ選択されるか又は自動的に選択され、コントローラ５０ａは、内視鏡によって見える画像特徴に対するエンドエフェクタ４５ａの姿勢を制御するビジュアルサーボを使用することによって、患者の解剖学的構造１００内への介入ツール６０ａの所望の軌道を達成する姿勢までの、エンドエフェクタ４５ａの遷移を制御する。超音波立体画像空間におけるエンドエフェクタ４５ａの位置は、上述した校正プロセスから、コントローラ５０ａには分かっている。この方策は、腹腔鏡が装置ガイドによって保持され、腹腔鏡画像上における標的の移動によって内視鏡の位置を更新する、内視鏡処置にも適用される。
このビジュアルサーボの場合、標的位置は呼吸運動によって動くので、コントローラ５０ａは、画像特徴を追うことによってエンドエフェクタの姿勢を調節することができる。
別の実施形態では、介入処置は複数のデバイス軌道を要する（例えば、ラジオ波焼灼療法又は不可逆電気穿孔法は、複数の針軌道を要する）。かかる処置は、例えば、本開示の分野で知られているように、いくつかの単一の超音波立体画像をつなぎ合わせることによって作られる、三次元超音波立体画像で排他的に遂行されてもよい（例えば、患者の解剖学的構造１００の画像化シーン全体にわたって音響プローブ２０ａを電動で掃引する）。これは、外部追跡デバイスで音響プローブ２０ａを追跡することによって、又は本開示の分野で知られているような画像ベースの位置合わせ方法を使用することによって達成される。
より詳細には、音響プローブ２０ａは関心領域全体にわたって掃引され、それによって関心領域のいくつかの三次元超音波立体画像が取得される。
次に、コントローラ３０ａは、本開示の分野で知られているように、三次元超音波立体画像を画像ベースでつなぎ合わせることによって、複合画像を作成する。
第三に、コントローラ３０ａは、本開示の分野で知られているように、モニタ９４を介して複数の軌道を複合画像上にユーザが規定するのを制御する。ユーザはまた、軌道を介して、回避すべき目的物（例えば、肋骨及び血管）を規定する。
第四に、音響プローブ２０ａ及びそれに装着されたガイド４０ａを、同じ関心領域の上で移動させる。この術中三次元超音波立体画像は、次に、本開示の分野で知られているような位置合わせ技術（例えば、相互情報ベースの位置合わせ）を使用して、コントローラ５０ｃによって複合画像に位置合わせされる。
音響プローブ２０ａが規定された標的のうち１つの近傍に位置決めされると、コントローラ５０ｃは、作動させられたガイド４０ａの移動を介して、デバイス６０ａの向きを自動的に調節する（オンライン調節）。
図１に戻って、システム１０の介入処置の第２の実施形態では、音響プローブコントローラ３０、ロボット的装置ガイドコントローラ５０、及び介入画像化システム７０の画像化モダリティコントローラ７２は協働して、音響プローブ２０ａ及び画像化モダリティ７１によって生成される立体画像に関して、介入デバイス６０のロボット制御を実施する。
実際には、画像化モダリティ７１は、独立型Ｘ線画像化システム、移動式Ｘ線画像化システム、超音波立体画像化システム（例えば、ＴＥＥ、ＴＴＥ、ＩＶＵＳ、ＩＣＥ）、コンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）画像化システム（例えば、コーンビームＣＴ）、陽電子放出断層撮影（「ＰＥＴ」）画像化システム、及び磁気共鳴断層撮影（「ＭＲＩ」）システムの任意の画像化デバイスである。
一般に、介入処置を実行する際、音響プローブコントローラ３０は、ケーブルを介して音響プローブ２０の音響変換器アレイから受信したエコー信号３３に基づいて、患者の解剖学的構造の三次元超音波立体画像化の情報を提供する超音波立体画像データ３４を生成し、超音波立体画像データ３４をロボット的装置ガイドコントローラ５０に通信する。同時に、画像化モダリティコントローラ８２は、画像化モダリティ７１（例えば、Ｘ線、ＣＴ、ＰＥＣＴ、ＭＲＩなど）による患者の解剖学的構造のモダリティ立体画像化の情報を提供するモダリティ立体画像データ７３を生成し、モダリティ立体画像データ７３をロボット的装置ガイドコントローラ５０に通信する。両方のデータ３４及び７３に応答して、コントローラ５０ａは、本開示の分野で知られているような画像ベースの位置合わせを実行することによって、超音波立体画像（例えば、つなぎ合わされた複合立体の単一立体）をモダリティ立体画像に位置合わせする。
画像位置合わせから、コントローラ５０は、ロボット的装置ガイド４０の回転関節に対して必要に応じてロボット作動コマンド５３を生成して、ロボット的装置ガイド４０の電動遷移エンドエフェクタ４５ａを作動させて作業空間内の所望の姿勢に至らせるか、又は必要に応じて表示用のロボット作動データ５４を生成することによって、ロボット的装置ガイド４０の機械的遷移エンドエフェクタ４５を作動させて作業空間５１内の所望の姿勢に至らせることに関する情報を提供する。
図７は、システム１０の画像モダリティ誘導介入処置の例示的実施形態１０ｂを示している。
この実施形態１０ｂの場合、画像化モダリティはＸ線システムであり、ロボット的装置ガイド４０ａの回転関節は電動ではなく機械的であるため、モータは係止メカニズム（例えば、クランプ）に置き換えられる。係止メカニズムが緩められると、ガイド４０ａのアークは所望に応じて自由に回転でき、したがってエンドエフェクタ４５ａの向きを調節することができる。係止メカニズムが締められると、ガイド４０ａのアークは不動化され、エンドエフェクタ４５ａが所望の向きで係止されることによってデバイス６０ａが保持される。施術者に対するフィードバックは、ロボット的装置ガイド４０ａとＣＴ画像との位置合わせによって提供される。
一実施形態では、位置合わせは、ガイド４０ａの移動不能の基部に埋め込まれた、３つ以上のＸ線不透過性マーカーを使用して実施され、次のステップを含む。
第一に、ガイド４０ａは、個別に又は音響プローブ２０ａ上に装着されて、自己接着テープ又は他の任意の取付けメカニズムを介して患者の解剖学的構造１００上に取り付けられる。
第二に、患者の解剖学的構造１００に取り付けられるようなガイド４０ａの立体ＣＢＣＴ画像が、Ｘ線システムによって取得され、コントローラ７２は、立体ＣＢＣＴ画像の情報を提供するモダリティ立体画像化データ７１をコントローラ５０ｃに通信する。
第三に、コントローラ５０ｃは、ガイド４０ａの移動不能の基部に埋め込まれたＸ線不透過性マーカーのうち少なくとも３つを、ＣＢＣＴ画像内で検出することによって、本開示の分野で知られているような位置合わせ技術（例えば、固定点ベースの位置合わせ）を使用して、患者の解剖学的構造１００に対して６つの自由度でガイド４０ａの位置を特定する。
第四に、コントローラ５０ｃは、患者の解剖学的構造１００内におけるデバイス６０ａの軌道（例えば、針軌道）を計画する。
第五に、コントローラ５０ａは、所望のデバイス軌道に達するために、各関節上で求められる回転角の情報を提供する、インターフェースを介してモニタ９０上に表示されるフィードバック９４を制御する。係止メカニズムは、目盛りを組み込むことによって、ユーザがガイド４０ａのアークの適正な回転角を設定するのを支援する。
最後に、同じＸ線不透過性マーカーの２つの２Ｄ蛍光画像がＸ線システムによって取得され、コントローラ５０に通信され、そこで、本開示の分野で知られているように、マーカーを介したガイド４０ａの基部の基準位置に応じて、２Ｄ蛍光画像及び立体ＣＢＣＴ画像を合併するための射影行列を決定することにより、前記射影行列を使用して前記２Ｄ蛍光画像を前記術前３Ｄ画像と合併することによって、立体ＣＢＣＴ画像を２Ｄ蛍光画像に位置合わせする。
図１に戻って、システム１０の介入処置の第３の実施形態では、音響プローブコントローラ３０、ロボット的装置ガイドコントローラ５０、及び位置追跡システム８０の位置追跡コントローラ８０は協働して、位置追跡システム８０の位置追跡要素８１によるロボット的装置ガイド４０の追跡に関して、介入デバイス６０のロボット制御を実施する。
実際には、位置追跡要素８１は、ガイド４０ａの基部４１上に配置される、３つ以上の再帰反射球、ドット、電磁センサ若しくは線、又は光ファイバーなどを含むが、それらに限定されず、それによって標的特徴の三次元位置が、当該分野で知られているような三角測量技術を使用して計算される。
図８は、システム１０の位置追跡誘導介入処置の例示的実施形態１０ｃを示している。
この実施形態１０ｃの場合、位置追跡コントローラ８２は、ガイド４０ａの基部の任意の追跡された位置の情報を提供する位置追跡データ８３を通信する。介入処置を支援して、後に続く三次元超音波立体画像の追跡を容易にするため、三次元超音波立体画像の校正が実施されなければならない。
一実施形態では、特にガイド４０ａの基部に取り付けられたガイドトラッカーとしての光学、電磁、又はファイバー追跡に関して、校正は、製造プロセスによって分かっている各装置ガイドトラッカーの位置（ｇｕｉｄｅＴｔｒａｃｋｅｒ）に基づいて、術中に実施される。校正行列は、ｇｕｉｄｅＴｉｍａｇｅ＝ｇｕｉｄｅＴｔｒａｃｋｅｒ・（ｉｍａｇｅＴｔｒａｃｋｅｒ）－１にしたがって計算され、ここで、ｉｍａｇｅＴｔｒａｃｋｅｒは、本開示の分野で知られているように、三次元超音波立体画像に示される特徴から計算される。
図５～図７を参照すると、デバイス６０ａ上における挿入深度が分かっていることが有益である。一実施形態では、ロボット的装置ガイド４０ａは、軸並進関節４８内で上述したようにエンドエフェクタに位置する第３の自由度を有する。この追加のＤＯＦは、針の挿入深度を制御し、エンドエフェクタに埋め込まれた光学エンコーダを使用して測定される。かかる光学エンコーダは、サブミリメートルの分解能で挿入深度を報告することができる。
それに加えて、挿入深度の制御によって、リアルタイム画像ベースのフィードバックを使用した自動装置挿入が実施される。例えば、超音波立体画像及び／又はＸ線蛍光画像は、上述したような患者の解剖学的構造１００の呼吸運動による標的の位置の変化を監視するのに使用され、それによってデバイス６０ａ（例えば、針）を、所望の呼吸サイクルと同期して患者の解剖学的構造に「打つ」ことができる。
図１～図７を参照すると、当業者であれば、より直感的で安全な介入処置のため、患者の解剖学的構造の皮膚進入点に配置可能な遠隔運動中心（ＲＣＭ）を有するロボット的音響プローブを含むがそれらに限定されない、本開示の多数の利益を認識するであろう。
更に、本明細書で提供される教示を鑑みて当業者であれば認識するように、本開示／明細書に記載される、並びに／或いは図面に描写される特徴、要素、構成要素などは、電子構成要素／回路類、ハードウェア、実行可能なソフトウェア、及び実行可能なファームウェアの様々な組み合わせで実現されてもよく、単一の要素又は複数の要素において組み合わされてもよい機能を提供してもよい。例えば、図面に図示／例示／描写される様々な特徴、要素、構成要素などの機能は、専用ハードウェア、並びに適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用によって提供することができる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、又は一部を共有及び／若しくは多重化することができる複数の個別のプロセッサによって提供することができる。更に、「プロセッサ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に指すものと解釈すべきではなく、非限定的に、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、メモリ（例えば、ソフトウェアを格納する読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置など）、並びにプロセスを実行及び／又は制御することができる（及び／又はそのように構成可能な）事実上任意の手段及び／又は機械（ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、回路類、それらの組み合わせなどを含む）を暗示的に含むことができる。
更に、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにそれらの特定の実施例を列挙する、本明細書における全ての記述は、それらの構造上及び機能上両方の等価物を包含するものとする。それに加えて、かかる等価物は、現在知られている等価物、並びに将来的に開発される等価物（例えば、構造に関わらず、同じ又は実質的に同等の機能を行うことができる、開発される任意の要素）の両方を含むものとする。したがって、例えば、当業者であれば、本明細書に提供される教示に鑑みて、本明細書において提示されるあらゆるブロック図は、本発明の原理を具体化する例示的なシステム構成要素及び／又は回路類の概念図を表すことができることを認識するであろう。同様に、当業者であれば、本明細書に提供される教示に鑑みて、あらゆるフローチャート、フロー図などは、コンピュータ可読記憶媒体において実質的に表し、コンピュータ、プロセッサ、又は処理能力を備えた他のデバイスによって、かかるコンピュータ若しくはプロセッサが明示的に示されるか否かに関わらず実行することができる、様々なプロセスを表すことができることを認識するであろう。
更に、本開示の例示的実施形態は、例えば、コンピュータ若しくは任意の命令実行システムによって使用されるか又はそれと関連するプログラムコード及び／又は命令を提供する、コンピュータ使用可能及び／又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能な、コンピュータプログラム製品又はアプリケーションモジュールの形態をとることができる。本開示によれば、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、例えば、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用されるか若しくはそれと関連するプログラムを包含、格納、通信、伝播、若しくは搬送することができる、任意の装置であることができる。かかる例示的媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁、赤外、又は半導体システム（又は装置若しくはデバイス）、或いは電波媒体であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、例えば、半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、取外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ（ドライブ）、剛性磁気ディスク、及び光学ディスクを含む。光学ディスクの現在の例としては、コンパクトディスク（読出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、コンパクトディスク）、読出し書込み（ＣＤ－Ｒ／Ｗ）、及びＤＶＤが挙げられる。更に、今後開発される可能性があるあらゆる新しいコンピュータ可読媒体も、本開示の例示的実施形態にしたがって使用又は言及されるような、コンピュータ可読媒体として考慮すべきであることが理解されるべきである。
新規性及び進歩性があるロボット的音響プローブ及びシステムの好ましい例示的実施形態について記載してきたが（それらの実施形態は、限定ではなく例示であるものとする）、図面を含めて本明細書に提供される教示に照らして、当業者によって修正及び変形が可能であることに留意されたい。したがって、本開示の好ましい例示的な実施形態において／対して、本明細書に開示される実施形態の範囲内で、変更を行うことができることを理解されたい。
更に、本開示によるデバイスで使用／実現されてもよいような、デバイスなどを組み込む並びに／或いは実現する、対応及び／又は関連するシステムも想到され、本開示の範囲内にあるものと見なされることが想到される。更に、本開示によるデバイス及び／又はシステムを製造及び／又は使用する、対応及び／又は関連する方法も想到され、本開示の範囲内にあるものと見なされる。

Claims (14)

  1. デバイス挿入ポート入口及びデバイス挿入ポート出口を規定するデバイス挿入ポートを有するプラットフォームと、
    前記プラットフォームによって支持され、前記デバイス挿入ポート出口が開口する側の面に配設される音響変換器アレイを含む、音響プローブと、
    遠隔運動中心で交差する回転軸を有する２つ以上の回転関節を備えるロボット的装置ガイドとを、含み、前記ロボット的装置ガイドは、
    前記プラットフォームの前記デバイス挿入ポート入口が開口する側の面に装着される基部と、
    前記２つ以上の回転関節を介して前記基部に連結され、前記遠隔運動中心に対して複数の姿勢の間で遷移可能なエンドエフェクタとを含み、
    前記エンドエフェクタが、前記デバイス挿入ポートを通って延在する介入デバイス軸を規定し、
    前記遠隔運動中心が、前記デバイス挿入ポート内で前記介入デバイス軸上に配置される、介入デバイスと共に適用される、ロボット的音響プローブ。
  2. 前記プラットフォームは、円盤形状を有し、前記デバイス挿入ポートが前記円盤形状の中心に配置される、請求項１に記載のロボット的音響プローブ。
  3. 前記デバイス挿入ポートが前記デバイス挿入ポート入口から前記デバイス挿入ポート出口へと先細になっている、請求項１に記載のロボット的音響プローブ。
  4. 前記基部が、前記遠隔運動中心を前記デバイス挿入ポート出口に隣接した限定空間内で並進させる、少なくとも１つの並進関節を含む、請求項１に記載のロボット的音響プローブ。
  5. 前記ロボット的装置ガイドが、
    支持アークと、
    前記エンドエフェクタが統合されている装置アークと、を含み、
    前記２つ以上の回転関節は、前記支持アークを前記基部に回転可能に連結する主要回転関節と、前記装置アークを前記支持アークに回転可能に連結する補助回転関節とを含む、請求項１に記載のロボット的音響プローブ。
  6. 前記主要回転関節が主要電動アクチュエータを含み、
    前記補助回転関節が補助電動アクチュエータを含む、請求項５に記載のロボット的音響プローブ。
  7. 前記主要回転関節が主要機械的アクチュエータを含み、
    前記補助回転関節が補助機械的アクチュエータを含む、請求項５に記載のロボット的音響プローブ。
  8. 前記エンドエフェクタが介入デバイスのアダプタを含む、請求項１に記載のロボット的音響プローブ。
  9. 前記エンドエフェクタが前記装置アークに対して並進可能である、請求項５に記載のロボット的音響プローブ。
  10. デバイス挿入ポート入口及びデバイス挿入ポート出口を規定するデバイス挿入ポートを有するプラットフォームと、
    前記プラットフォームによって支持され、前記デバイス挿入ポート出口が開口する側の面に配設される音響変換器アレイを含む、音響プローブと、
    遠隔運動中心で交差する回転軸を有する２つ以上の回転関節を備えるロボット的装置ガイドであって、
    前記プラットフォームの前記デバイス挿入ポート入口が開口する側の面に装着される基部と、
    前記２つ以上の回転関節を介して前記基部に連結され、前記遠隔運動中心に対して複数の姿勢の間で遷移可能なエンドエフェクタとを含み、
    前記エンドエフェクタが、前記デバイス挿入ポートを通って延在する介入デバイス軸を規定し、
    前記遠隔運動中心が、前記デバイス挿入ポート内で前記介入デバイス軸上に配置される、ロボット的装置ガイドと、
    前記エンドエフェクタが前記遠隔運動中心に対して前記複数の姿勢の間で遷移するのを制御するロボット的装置ガイドコントローラとを含む、介入デバイスと共に適用されるロボット的音響システム。
  11. 前記エンドエフェクタが前記遠隔運動中心に対して前記複数の姿勢の間で遷移するのを、前記ロボット的装置ガイドコントローラが制御することは、
    前記遠隔運動中心を中心にして前記エンドエフェクタが回転するのを、前記ロボット的装置ガイドコントローラが制御することと、
    前記介入デバイス軸に沿って前記エンドエフェクタが並進するのを、前記ロボット的装置ガイドコントローラが制御することとのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のロボット的音響システム。
  12. 前記音響変換器アレイによる患者の解剖学的構造の超音波立体画像化を制御する音響プローブコントローラを更に備え、
    前記エンドエフェクタがロボット座標内で前記遠隔運動中心に対して前記複数の姿勢の間で遷移するのを、前記ロボット的装置ガイドコントローラが制御することが、前記音響変換器アレイによる前記患者の解剖学的構造の前記超音波立体画像化に基づいて行われる、請求項１０に記載のロボット的音響システム。
  13. 画像化モダリティによる患者の解剖学的構造のモダリティ立体画像化を制御する介入画像化システムと、
    前記音響変換器アレイによる前記患者の解剖学的構造の超音波立体画像化を制御する音響プローブコントローラとを更に備え、
    前記ロボット的装置ガイドコントローラが、前記エンドエフェクタがロボット座標内で前記遠隔運動中心に対して前記複数の姿勢の間で遷移するのを制御することが、前記画像化モダリティによる患者の解剖学的構造の前記モダリティ立体画像化と、前記音響変換器アレイによる前記患者の解剖学的構造の前記超音波立体画像化との位置合わせから導き出される、請求項１０に記載のロボット的音響システム。
  14. ロボット座標系内で前記遠隔運動中心に対する前記エンドエフェクタのロボット姿勢を追跡するのを制御する位置追跡システムと、
    前記音響変換器アレイによる前記患者の解剖学的構造の超音波立体画像化を制御する音響プローブコントローラとを更に備え、
    前記ロボット的装置ガイドコントローラが、前記エンドエフェクタがロボット座標内で前記遠隔運動中心に対して前記複数の姿勢の間で遷移するのを制御することが、前記ロボット座標系内における前記遠隔運動中心に対する前記エンドエフェクタの前記ロボット姿勢の前記位置追跡システムによる追跡から導き出される、請求項１０に記載のロボット的音響システム。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020168359A (ja) * 2019-04-03 2020-10-15 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 医用画像診断装置、手術支援ロボット装置、手術支援ロボット用制御装置及び制御プログラム
US11426198B2 (en) * 2019-07-04 2022-08-30 Aaron Fenster Biopsy apparatus
EP4142636A1 (en) * 2020-04-29 2023-03-08 Medtronic Navigation, Inc. System and method for a navigated procedure
US20230240757A1 (en) * 2020-06-05 2023-08-03 Koninklijke Philips N.V. System for guiding interventional instrument to internal target
US11903663B2 (en) 2021-08-24 2024-02-20 Hyperion Surgical, Inc. Robotic systems, devices, and methods for vascular access
US11678944B1 (en) 2022-08-23 2023-06-20 Hyperion Surgical, Inc. Manipulators and cartridges for robotic-assisted vascular access
US20230116781A1 (en) * 2021-09-29 2023-04-13 Cilag GmbH Intemational Surgical devices, systems, and methods using multi-source imaging

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012035010A (ja) 2010-08-11 2012-02-23 Waseda Univ 穿刺支援システム
US20150065916A1 (en) 2013-08-29 2015-03-05 Vasculogic, Llc Fully automated vascular imaging and access system
WO2016009339A1 (en) 2014-07-15 2016-01-21 Koninklijke Philips N.V. Image integration and robotic endoscope control in x-ray suite
WO2016009301A2 (en) 2014-07-15 2016-01-21 Koninklijke Philips N.V. Reconfigurable robot architecture for minimally invasive procedures
WO2017114956A1 (en) 2015-12-31 2017-07-06 Koninklijke Philips N.V. Device for interventional acoustic imaging

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2906569A (en) 1957-07-01 1959-09-29 Russell Mfg Co Ball joint actuator
JPS6063308U (ja) * 1983-10-06 1985-05-04 株式会社日立メデイコ 穿刺針用超音波探触子
JPH02126841A (ja) * 1988-07-27 1990-05-15 Olympus Optical Co Ltd 超音波治療装置
US6124710A (en) 1998-11-13 2000-09-26 Cts Corporation Rotary magnetic encoder using hall effect for detecting revolution of a shaft
US6911008B2 (en) 2003-02-19 2005-06-28 Ultrasonix Medical Corporation Compound ultrasound imaging method
DE10323008A1 (de) 2003-05-21 2004-12-23 Siemens Ag Verfahren zur automatischen Fusion von 2D-Fluoro-C-Bogen-Bildern mit präoperativen 3D-Bildern unter einmaliger Verwendung von Navigationsmarken
US7476050B2 (en) 2005-06-30 2009-01-13 Deere & Company Grease actuated ball and socket joint
GB0521281D0 (en) * 2005-10-19 2005-11-30 Acrobat Company The Ltd hybrid constrant mechanism
CN101529211B (zh) 2006-08-21 2011-12-21 Gsi集团公司 采用具有公共刻线基板的多个子编码器的旋转光学编码器
WO2009063360A1 (en) 2007-11-14 2009-05-22 Koninklijke Philips Electronics, N.V. System and method for automatic calibration of tracked ultrasound
WO2011083374A1 (en) 2010-01-08 2011-07-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Uncalibrated visual servoing using real-time velocity optimization
US20140039314A1 (en) * 2010-11-11 2014-02-06 The Johns Hopkins University Remote Center of Motion Robot for Medical Image Scanning and Image-Guided Targeting
BR112014013073A2 (pt) * 2011-12-03 2017-06-13 Koninklijke Philips Nv sistema e método para orientação robótica cirúrgica
US9622720B2 (en) * 2013-11-27 2017-04-18 Clear Guide Medical, Inc. Ultrasound system with stereo image guidance or tracking
CN111973225A (zh) * 2014-01-02 2020-11-24 皇家飞利浦有限公司 相对超声成像平面的仪器对准和跟踪
US11324477B2 (en) * 2014-04-16 2022-05-10 Bk Medical Aps Multi-purpose instrument guide
US9664652B2 (en) * 2014-10-30 2017-05-30 The Boeing Company Non-destructive ultrasonic inspection apparatus, systems, and methods
EP3037660B1 (en) 2014-12-23 2018-06-06 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Ultrasonic actuator device and applications thereof
US10398412B2 (en) 2015-03-31 2019-09-03 Aaron Fenster 3D ultrasound image stitching
US11331070B2 (en) 2015-12-31 2022-05-17 Koninklijke Philips N.V. System and method for probe calibration and interventional acoustic imaging
CN106344153B (zh) * 2016-08-23 2019-04-02 深圳先进技术研究院 一种柔性穿刺针针尖自动跟踪装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012035010A (ja) 2010-08-11 2012-02-23 Waseda Univ 穿刺支援システム
US20150065916A1 (en) 2013-08-29 2015-03-05 Vasculogic, Llc Fully automated vascular imaging and access system
WO2016009339A1 (en) 2014-07-15 2016-01-21 Koninklijke Philips N.V. Image integration and robotic endoscope control in x-ray suite
WO2016009301A2 (en) 2014-07-15 2016-01-21 Koninklijke Philips N.V. Reconfigurable robot architecture for minimally invasive procedures
WO2017114956A1 (en) 2015-12-31 2017-07-06 Koninklijke Philips N.V. Device for interventional acoustic imaging

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