JP7477494B2 - ツール検出および関連する制御モードのためのシステムおよび方法 - Google Patents

ツール検出および関連する制御モードのためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる2018年7月10日に出願された米国仮出願第62／696,058号の利益を主張する。
本開示は、ツールを検出および認識するためのシステムおよび方法に関し、種々の実施形態では、ツールの適切な設置、ツールタイプ、ツール制御、および／または、ツールおよびその使用の他の特徴を決定することを含むことができる。
低侵襲医療技術は、医療処置中に損傷を受ける組織の量を減らし、それによって患者の回復時間、不快感、有害な副作用を減らすことを意図している。このような低侵襲技術は、患者の解剖学的構造における自然開口部を通して、または１つまたは複数の外科的切開部を通して実施され得る。これらの自然開口部または切開部を介して、医師は、ターゲット組織の位置に到達するために、低侵襲医療器具（外科用器具、診断用器具、治療用器具、または生検用器具を含む）を挿入することができる。いくつかの低侵襲医療ツールは、遠隔操作されるか、さもなければコンピュータ支援され得る。医療器具の適切な設置と認識は、医療処置の間、器具の安全で効果的な使用を可能にする。従って、適切な設置を決定し、医療器具の認識を可能にするためのシステム及び方法が必要である。
本発明のいくつかの実施形態は、明細書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と一致して、医療システムに受容されているツールを検出する方法が提供される。この方法は、第１の検出ゾーンを有する第１のリーダを有するツール認識アセンブリに、第１のターゲットを有し得るツールを受容するステップを含み得る。この方法は、さらに、第１の検出ゾーンについて第１のリーダからの第１のセンサデータを取得するステップを含み得る。この方法は、さらに、第１のセンサデータが第１の所定の閾値範囲内にある場合に、第１のターゲットの不在の指標を検出し、不在の指標をログに記録する（log）ステップを含み得る。この方法は、さらに、第１のセンサデータが第２の所定の閾値範囲内にある場合に、第１のターゲットの存在の指標を検出し、存在の指標をログに記録するステップを含み得る。この方法は、さらに、第１のリーダからの不在および存在の指標を時系列で組み合わせることによって、ツール認識アセンブリに受容されているツールに関連する挿入シグネチャを生成するステップを含み得る。この方法は、さらに、挿入シグネチャを、モデル挿入シグネチャの所定のセットと比較するステップを含み得る。この方法は、さらに、比較に基づいてツール認識アセンブリに受容されるツールの特性を決定するステップを含み得る。
他の実施形態と一致して、ツールがツール認識アセンブリに完全に取り付けられていることを検証するための方法が提供される。この方法は、ツール認識アセンブリ内にツールを受容するステップを含み得、ツールは、ツールの近位部分に第１のターゲットを有し得る。ツール認識アセンブリは、ツールの挿入軌跡に沿って配置される第１の検出ゾーンを有する第１のリーダを有し得る。この方法は、第１のターゲットが第１の検出ゾーン内に存在するとき、および第１のターゲットが第１の検出ゾーンに不在であるとき、第１のリーダからのセンサデータを介して示すステップをさらに含み得る。この方法は、イベントシーケンスにおいて、第１のリーダからの指標を組み合わせることによって、検出挿入シグネチャを生成するステップをさらに含み得る。この方法は、検出挿入シグネチャを、１つまたは複数の予め確立されたモデル挿入シグネチャと比較するステップをさらに含み得る。この方法は、比較に基づいてツールがツール認識アセンブリに完全に取り付けられていることを決定するステップをさらに含み得る。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本質的に例示的かつ説明的なものであり、本開示の範囲を限定することなく、本開示の理解を提供することが意図されていることが理解されるべきである。この点に関して、本開示のさらなる態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかであろう。
いくつかの実施形態による遠隔操作医療システムの簡略化された概略図である。 いくつかの実施形態による医療器具システムの簡略化された部分概略図である。 いくつかの実施形態による伸長された医療ツールを備えた医療器具の簡略図である。 いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の簡略化された側面図である。 いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の簡略化された側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに挿入された状態のツール認識アセンブリの簡略化された概略斜視図である。 いくつかの実施形態によるツール認識アセンブリの簡略化された概略斜視図である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用することができる、ソースおよび検出器の簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用することができる、ソースおよび検出器の簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用することができる、ソースおよび検出器の簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用することができる、ソースおよび検出器の簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用することができる、ソースおよび検出器の簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用することができる、ソースおよび検出器の簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用されることができる、ソースおよび検出器の簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態によるツール認識アセンブリ内に設置されたツールの特性（複数可）を検出するために使用されることができる、種々の他のリーダ：ターゲットセットの簡略化された概略部分断面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されるときのツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されるときのツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されるときのツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されるときのツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されるときのツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるツールがツール認識アセンブリに設置されるときのツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による別のツールがツール認識アセンブリに取り付けられるときの別のツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による別のツールがツール認識アセンブリに取り付けられるときの別のツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による検出器を備えたツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による検出器を備えたツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による検出器を備えたツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による検出器を備えたツール認識アセンブリに設置されたツールの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による別の医療器具がツール認識アセンブリに設置されるときの別の医療器具の簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態によるリーダ：ターゲット対の簡略化された概略斜視図である。 いくつかの実施形態によるリーダ：ターゲット対の簡略化された概略斜視図である。 いくつかの実施形態によるリーダ：ターゲット対の簡略化された概略斜視図である。 いくつかの実施形態によるリーダ：ターゲット対の性能グラフである。 いくつかの実施形態によるリーダ：ターゲット対の簡略化された概略斜視図である。 いくつかの実施形態による複数のリーダ：ターゲット対の性能表である。 いくつかの実施形態によるツール認識アセンブリ内に設置されたツールと共に使用することができる２つのセクションを有する細長いターゲットの簡略化された概略側面図である。 いくつかの実施形態による、図８Ａに示される細長いターゲットのセクションの代表的な部分断面図である。 いくつかの実施形態による、図８Ａに示される細長いターゲットのセクションの代表的な部分断面図である。 いくつかの実施形態による、図８Ａに示される細長いターゲットのセクションの代表的な部分断面図である。 いくつかの実施形態による、他の細長いターゲットの代表的な側面図である。 いくつかの実施形態による、他の細長いターゲットの代表的な側面図である。 いくつかの実施形態によるツールの特性を決定するための方法を提供するフローチャートである。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置された医療器具の特性を検出するための代表的なアルゴリズムを示す表である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置された医療器具の特性を検出するための代表的なアルゴリズムを示す表である。 いくつかの実施形態による、ツール認識アセンブリ内に設置された医療器具の特性を検出するための代表的なアルゴリズムを示す表である。 いくつかの実施形態による、医療器具の遠位端部でカメラによってキャプチャされることができるカテーテル内からの代表的な画像である。 いくつかの実施形態による、構成要素検証のための方法を示す。 いくつかの実施形態による故障検出のための方法を示す。 図１４Ｂのグラフのためのセンサデータを生成するために使用される構成要素を示す。 ツール認識アセンブリにおける構成要素設置中に受信されるセンサデータのグラフを示す。
本開示の実施形態およびそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解される。同様の参照番号は、１つまたは複数の図面に示されている同様の要素を識別するために使用され、その中の表示は、本開示の実施形態を説明するためのものであり、それを限定するためのものではないことが理解されるべきである。
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記載する特定の詳細が記載される。実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかし、いくつかの実施形態が、これらの特定の詳細の一部または全部なしに実施され得ることは、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、例示的であるが、限定するものではないことを意味する。当業者は、本明細書に具体的に記載されていないが、本開示の範囲および精神内にある他の要素を認識することができる。さらに、不必要な繰り返しを避けるために、１つの実施形態に関連して示され説明された１つまたは複数の特徴は、他に特に説明されないかまたは１つ若しくは複数の特徴が実施形態を非機能的にする場合を除いて、他の実施形態に組み込むことができる。
いくつかの例では、良く知られた方法、手順、構成要素、および回路は、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように詳細には説明されていない。
この開示は、三次元空間におけるそれらの状態に関して、種々の器具及び器具の部分を記載する。本明細書で使用する場合、用語「位置」は、三次元空間内の物体または物体の一部の場所を指す（例えば、デカルトｘ、ｙ、およびｚ座標に沿った並進３自由度）。本明細書で使用される場合、用語「向き（orientation）」は、物体または物体の一部の回転配置（回転３自由度‐例えば、ロール、ピッチ、およびヨー）を指す。本明細書で使用される場合、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または物体の一部の位置および少なくとも１つの回転自由度における物体または物体の一部の向きを指す（最大６つのトータルの自由度）。本明細書で使用される場合、「形状（shape）」という用語は、物体に沿って測定された姿勢、位置、または向きのセットを指す。
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の簡略図である。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、手術、診断、治療、または生検処置における使用に適し得る。いくつかの実施形態は、そのような処置に関して本明細書中で提供されるが、医療または手術器具および医療または手術方法へのいかなる言及も、非限定的である。本明細書に記載のシステム、器具、および方法は、動物、ヒトの死体、動物の死体、ヒトまたは動物の解剖学的構造の一部、非外科的診断、ならびに産業システムおよび一般的なロボットまたは遠隔操作医療システムに使用され得る。
図１に示すように、医療システム１００は、概して、患者Ｐに種々の処置を行う医療器具１０４を操作する遠隔操作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１０２は、遠隔操作、非遠隔操作、または、モータ駆動され（motorized）得るおよび／または遠隔操作され得る選択自由度並びに非モータ駆動され得るおよび／または非遠隔操作され得る選択自由度を有するハイブリッド遠隔操作および非遠隔操作アセンブリであり得る。マニピュレータアセンブリ１０２は、手術台Ｔにまたはその近傍に取り付けられている。マスタアセンブリ１０６は、オペレータＯ（例えば、図１に示す外科医、臨床医、または医師）が、介入部位を観察し、マニピュレータアセンブリ１０２を制御することを可能にする。
マスタアセンブリ１０６は、通常、患者Ｐが配置されている手術台の側部など、手術台Ｔと同じ部屋に配置されているオペレータコンソールに配置され得る。しかしながら、オペレータＯは、患者Ｐとは異なる部屋または全く異なる建物に位置することができることが理解されるべきである。マスタアセンブリ１０６は、概して、マニピュレータアセンブリ１０２を制御するための１つまた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、手動コントローラ、音声認識装置、ボディモーションまたは存在センサなど、任意の数の種々の入力装置を含み得る。オペレータＯに器具１０４を直接制御している強い感覚を提供するために、制御装置は、関連する医療器具１０４と同じ自由度を備え得る。このようにして、制御装置は、テレプレゼンス又は制御装置が医療器具１０４と一体的であるという認識をオペレータＯに与える。
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より多いまたは少ない自由度を有し得るが依然としてオペレータＯにテレプレゼンスを提供し得る。いくつかの実施形態では、制御装置は、オプションで、６自由度で動作する手動入力装置であり得、これはまた、器具を作動させるための（例えば、把持ジョー部を閉じる、電極に電位を印加する、医薬治療を送達する等のための）作動可能なハンドルを含み得る。
マニピュレータアセンブリ１０２は、医療器具１０４を支持し、１つまたは複数の非サーボ制御リンク（例えば、手動で配置され、所定の位置にロックされ得る１つまたは複数のリンク、一般にセットアップ構造と呼ばれる）、および／または１つまたは複数のサーボ制御リンク（例えば、制御システムからのコマンドに応答して制御され得る１つまたは複数のリンク）、およびマニピュレータの運動学的構造を含み得る。マニピュレータアセンブリ１０２は、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への入力を駆動する複数のアクチュエータまたはモータをオプションで含み得る。アクチュエータは、オプションで、医療器具１０４に結合されると、医療器具１０４を自然のまたは外科的に形成された解剖学的開口部に前進させ得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の遠位端部を複数の自由度で動かすことができ、これは、３自由度の直線運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸に沿った直線運動）および３自由度の回転運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸周りの回転）を含み得る。さらに、アクチュエータを使用して、生検装置等のジョー部において組織を把持するための医療器具１０４の関節動作可能（articulable）な部分を作動させることができる。レゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、および他の機構などのアクチュエータ位置センサは、モータシャフトの回転および向きを記述するセンサデータを医療システム１００に提供し得る。この位置センサデータは、アクチュエータによって操作される物体の動きを決定するために使用され得る。
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つまた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。このようなサブシステムは、位置／場所（location）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ボディに沿った遠位端部及び／又は１つまた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；および／または、医療器具１０４の遠位端部から画像を取り込むための可視化システム；を含み得る。
遠隔操作医療システム１００はまた、手術部位およびセンサシステム１０８のサブシステムによって生成される医療器具１０４の画像または表現を表示するための表示システム１１０を含む。表示システム１１０およびマスタアセンブリ１０６は、オペレータＯがテレプレゼンスの知覚で医療器具１０４およびマスタアセンブリ１０６を制御できるように配向され（oriented）得る。
いくつかの実施形態では、医療器具１０４は、可視化システム（以下でより詳細に説明する）を有し得、これは、手術部位の同時またはリアルタイムの画像を記録し、表示システム１１０の１つまたは複数のディスプレイなど、医療システム１００の１つまたは複数のディスプレイを介して、画像をオペレータまたはオペレータＯに提供する、観察スコープアセンブリを含み得る。同時画像は、例えば、手術部位内に配置される内視鏡によってキャプチャされる２次元または３次元画像であり得る。いくつかの実施形態では、可視化システムは、医療器具１０４に一体に又は取り外し可能に結合され得る内視鏡コンポーネントを含む。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た別個の内視鏡が、医療器具１０４と共に使用して、手術部位を画像化し得る。可視化システムは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせとして実装され、制御システム１１２のプロセッサを含み得る１つまたは複数のコンピュータプロセッサと対話するか、またはそうでなければそれによって実行される。
表示システム１１０はまた、手術部位及び可視化システムによってキャプチャされた医療器具の画像を表示し得る。いくつかの例では、遠隔操作医療システム１００は、医療器具１０４およびマスタアセンブリ１０６の制御を、医療器具の相対位置がオペレータＯの眼および手の相対位置に類似するように構成し得る。このようにして、オペレータＯは、あたかも実質的に真の存在下で作業空間を見るかのように、医療器具１０４およびハンド制御部を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を物理的に操作している医師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（ＣＴ）、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、蛍光透視、サーモグラフィ、超音波、光干渉断層撮影（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線イメージングなどのイメージング技術からの画像データを使用して、術前または術中に記録された手術部位の画像を提示し得る。術前または術中の画像データは、二次元、三次元、または四次元（例えば、時間ベースまたは速度ベースの情報を含む）画像として、および／または術前また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され得る。
いくつかの実施形態では、しばしば、画像誘導手術処置の目的のために、表示システム１１０は、医療器具１０４の実際の位置が術前または同時画像／モデルとレジストレーションされる（registered）（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、オペレータＯに内部手術部位の仮想画像を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の先端からのものであり得る。医療器具１０４の先端の画像及び／又は他のグラフィカル又は英数字のインジケータが、医療器具１０４を制御するオペレータＯを補助するために、仮想画像上に重ね合わされ得る。いくつかの例では、医療器具１０４は、仮想画像内では見えない場合がある。
いくつかの実施形態では、表示システム１１０は、外部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に提示するように、医療器具１０４の実際の位置が術前または同時画像とレジストレーションされた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、または他のグラフィカル若しくは英数字インジケータが、医療器具１０４の制御においてオペレータＯを補助するために、仮想画像上に重ね合わされ得る。本明細書に記載されているように、データ点の視覚的表現が、表示システム１１０に描画されてもよい。例えば、測定されたデータ点、移動されたデータ点、レジストレーションされたデータ点、および本明細書に記載される他のデータ点は、表示システム１１０上に視覚的表現（visual representation）で表示され得る。データ点は、表示システム１１０上の複数の点またはドットによって、またはデータ点のセットに基づいて作成されたメッシュまたはワイヤモデルなどのレンダリングされたモデルとして、ユーザインタフェース内で視覚的に表現され得る。いくつかの例では、データ点は、それらが表すデータに従ってカラーコード化され得る。いくつかの実施形態では、視覚的表現は、各処理動作がデータ点を変更するために実施された後に、表示システム１１０においてリフレッシュされ得る。
遠隔操作医療システム１００はまた、制御システム１１２を含み得る。制御システム１１２は、少なくとも１つのメモリ（図示せず）と、医療器具１０４、マスタアセンブリ１０６、センサシステム１０８、および表示システム１１０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）とを含む。制御システム１１２はまた、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た態様に従って説明された方法の一部または全部を実施するためのプログラムされた命令（例えば、命令を記憶する非一時的機械読取可能媒体）を含む。制御システム１１２は、図１の簡略化された概略図において単一ブロックとして示されているが、制御システム１１２は、分散されたデータ処理を実行するために、遠隔操作医療システム１００全体に分散された２つ以上のデータ処理回路を含み得る。例えば、分散制御システム１１２によって実行されるデータ処理の一部は、オプションで、マニピュレータアセンブリ１０２上またはその近傍で実行されることができ、データ処理の別の一部は、オプションで、マスタアセンブリ１０６で実行されることができ、データ処理の別の部分は、オプションで、他のデータ処理回路で実行されることができる。制御システム１１２の少なくとも１つのコンピュータプロセッサまたは２つ以上のデータ処理回路は、本明細書に開示され、以下により詳細に説明される処理に対応する命令を実行し得る。広範な種類の集中型または分散型データ処理アーキテクチャのいずれかが使用され得る。同様に、プログラムされた命令は、いくつかの別個のプログラムまたはサブルーチンとして実装され得る、または、それらは、本明細書に記載される遠隔操作医療システムのいくつかの他の態様に統合され得る。一実施形態では、制御システム１１２は、Bluetooth（登録商標）、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT、および無線テレメトリなど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からの力および／またはトルクのフィードバックを受け得る。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つまたは複数のアクチュエータに医療器具１０４を動かすように指示する信号を送信し得る。医療器具１０４は、患者Ｐの体内の１つまたは複数の開口部を介して、患者Ｐの体内の内部手術部位内に延び得る。任意の適切な従来型および／または特殊化されたアクチュエータが使用され得る。いくつかの例では、１つまた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から分離され得る、また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つまたは複数のアクチュエータおよびマニピュレータアセンブリ１０２は、患者Ｐおよび手術台Ｔに隣接して配置された遠隔操作カートの一部として提供される。
制御システム１１２は、オプションで、画像誘導手術処置の間に医療器具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提供するために、仮想可視化システムをさらに含み得る。仮想可視化システムを使用する仮想ナビゲーションは、解剖学的通路の術前または術中の取得データセットを参照することに基づき得る。仮想可視化システムは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、蛍光透視、サーモグラフィ、超音波、光干渉断層撮影（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線イメージングなどのイメージング技術を用いてイメージング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が、記録された画像を、部分的または全体的な解剖学的臓器または解剖学的領域のセグメント化された二次元または三次元の合成表現（composite representation）に変換するために使用される。画像データセットが、合成表現に関連付けられる。合成表現および画像データセットは、通路およびそれらの接続性の様々な位置および形状を記述する。合成表現を生成するために使用される画像は、臨床処置中の術前または術中に記録され得る。いくつかの実施形態では、仮想可視化システムは、標準的表現（すなわち、患者固有（patient specific）ではない）または標準的表現および患者固有のデータのハイブリッドを使用し得る。合成表現および合成表現によって生成される仮想画像は、動きの１つまたは複数のフェーズの間（例えば、肺の吸気／呼気サイクルの間）の変形可能な解剖学的領域の静止姿勢を表し得る。
仮想ナビゲーション手順の間、センサシステム１０８は、患者Ｐの解剖学的構造に対する医療器具１０４の近似位置を計算するために使用され得る。その位置は、患者Ｐの解剖学的構造のマクロレベル（外部）追跡画像および患者Ｐの解剖学的構造の仮想内部画像の両方を生成するために使用され得る。センサシステム１０８は、１つまたは複数の電磁（ＥＭ）センサ、光ファイバセンサ、および／または他のセンサを実装して、手術前に記録された手術画像と共に医療器具をレジストレーションし、表示し得る。例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願第13/107,562号（2011年5月13日出願）（“Medical System Providing Dynamic
Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示）は、１つのそのようなセンサシステムを開示している。遠隔操作医療システム１００は、さらに、オプションの動作並びに照明システム、ステアリング制御システム、洗浄システム、および／または吸引システムなどのサポートシステムを含み得る。いくつかの実施形態では、遠隔操作医療システム１００は、１より多いマニピュレータアセンブリおよび／または１より多いマスタアセンブリを含み得る。遠隔操作医療システムに含まれる遠隔操作マニピュレータアセンブリの総数は、手術処置および手術室内の空間的制約を含むいくつかの要因に依存する。複数ユニットとして実装される場合、マスタアセンブリ１０６は、並置され（collocated）得るまたは別個の位置に配置され得る。複数のマスタアセンブリは、１より多い複数のオペレータが１つまたは複数の遠隔操作マニピュレータアセンブリを種々の組み合わせで制御することを可能にする。
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を用いて実行さ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、非遠隔操作の診査処置（non-teleoperational exploratory procedures）に、または内視鏡などの従来の手動操作の医療器具を伴う処置に使用され得る。オプションで、医療器具システム２００は、患者Ｐなどの患者の解剖学的通路内の位置に対応するデータ点のセットを集める（すなわち、測定する）ために使用され得る。
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などの細長い装置２０２を含む。細長い装置２０２は、近位端部２１７および遠位端部または先端部分２１８を有する可撓性ボディ２１６を含む。いくつかの実施形態では、可撓性ボディ２１６は、約３ｍｍの外径を有する。他の可撓性ボディの外径は、大きくても小さくてもよい。
医療器具システム２００は、さらに、以下にさらに詳細に説明するように、１つまたは複数のセンサおよび／またはイメージング装置を使用して、遠位端部２１８および／または可撓性ボディ２１６に沿った１つまたは複数のセグメント２２４の位置、向き、速さ、速度、姿勢、および／または形状を決定するためのトラッキングシステム２３０を含む。遠位端部２１８と近位端部２１７との間の可撓性ボディ２１６の全長は、セグメント２２４に効果的に分割され得る。トラッキングシステム２３０は、オプションで、図１の制御システム１１２の少なくとも１つのプロセッサまたは２つ以上のデータ処理回路を含み得る１つまたは複数のコンピュータプロセッサとインタラクトするか、またはそうでなければそれ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、またはそれらの組み合わせとして実装され得る。
トラッキングシステム２３０は、オプションで、形状センサ２２２を使用して、遠位端部２１８、および／またはセグメント２２４の１つまたは複数をトラッキングし得る。形状センサ２２２は、オプションで、可撓性ボディ２１６と整列した（例えば、内部チャネル（図示せず）内に設けられた、または外部に取り付けられた）光ファイバを含み得る。一実施形態では、光ファイバは、約２００μｍの直径を有する。他の実施形態では、光ファイバの寸法は、大きくても小さくてもよい。形状センサ２２２の光ファイバは、可撓性ボディ２１６の形状を決定するための光ファイバ屈曲センサを形成する。１つの代替では、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を含む光ファイバが、１つまたは複数の次元における構造の歪み測定値を提供するために使用される。三次元における光ファイバの形状及び相対位置をモニタするための種々のシステム及び方法は、米国特許出願第11/180,389号（2005年7月13日出願）（“Fiber optic position and shape
sensing device and method relating thereto”を開示）；米国特許出願第12/047,056号（2004年7月16日出願）（“Fiber-optic shape and relative position sensing”を開示）；および米国特許第6,389,187号（1998年6月17日出願）（“Optical Fibre Bend Sensor”を開示）に記載されており、これらは全て、それら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、および蛍光散乱などの他の適切な歪検出技術を使用し得る。いくつかの実施形態では、細長い装置の形状は、他の技術を用いて決定され得る。例えば、可撓性ボディ２１６の遠位端部姿勢の履歴が、所与の時間間隔にわたる可撓性ボディ２１６の形状を再構成するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、トラッキングシステム２３０は、位置センサシステム２２０を使用して、遠位端部２１８をオプションでおよび／または追加的にトラッキングし得る。位置センサシステム２２０は、外部で生成された電磁場に曝され得る１つまたは複数の導電性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。その場合、ＥＭセンサシステム２２０の各コイルは、外部生成電磁場に対するコイルの位置およ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自由度、例えば、３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、および基点のピッチ、ヨー、およびロールを示す３つの方向角（orientation angles）、または５自由度、例えば、３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、および基点のピッチおよびヨーを示す２つの方向角を測定するように構成および位置決めされ得る。位置センサシステムのさらなる説明は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第6,380,732号（1999年8月11日出願）（“Six-Degree of Freedom Tracking
System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked”を開示）に提供されている。
いくつかの実施形態では、トラッキングシステム２３０は、呼吸などの交互の運動のサイクルに沿って器具システムの既知のポイントについて記憶された履歴の姿勢、位置、または向きデータに代替的におよび／または追加的に依存し得る。この記憶されたデータは、可撓性ボディ２１６に関する形状情報を発展させるために使用され得る。いくつかの例では、位置センサシステム２２０内のセンサに類似の電磁（ＥＭ）センサなどの一連の位置センサ（図示せず）が、可撓性ボディ２１６に沿って位置決めされ、次いで、形状感知のために使用され得る。いくつかの例では、特に解剖学的通路が概して静止している場合には、処置中に取られたこれらのセンサのうちの１つまたは複数からのデータの履歴が、細長い装置２０２の形状を表すために使用され得る。
可撓性のボディ２１６は、医療ツール２２６を受け入れるようにサイズが決められかつ成形されたチャネル２２１を含む。図２Ｂは、いくつかの実施形態による医療ツール２２６が伸長された状態の可撓性ボディ２１６の簡略図である。いくつかの実施形態では、医療ツール２２６は、手術、生検、アブレーション、照明、洗浄、または吸引などの処置に使用され得る。医療ツール２２６は、可撓性ボディ２１６のチャネル２２１を通して展開され、解剖学的構造内のターゲット位置で使用され得る。医療ツール２２６は、例えば、画像キャプチャプローブ、生検器具、レーザアブレーションファイバ、および／または他の手術、診断、または治療ツールを含み得る。医療ツールは、メス、ブラントブレード、光ファイバ、電極等のような単一の作業部材を含み得る。他の医療ツールは、例えば、鉗子、把持器、はさみ、クリップ装着器等を含み得る。他の医療ツールは、電気手術用の電極、トランスデューサ、センサなどの電気的に作動されるツールをさらに含み得る。様々な実施形態では、医療ツール２２６は、生検器具であり、これは、ターゲットの解剖学的位置から試料組織または細胞のサンプリングを除去するために使用され得る。
医療ツール２２６は、これもまた可撓性ボディ２１６内の画像キャプチャプローブと共に使用され得る。様々な実施形態では、医療ツール２２６は、表示のために可視化システム２３１によって処理される、および／または、遠位端部２１８および／またはセグメント２２４のうちの１つまたは複数の追跡をサポートするためにトラッキングシステム２３０に提供される、画像（ビデオ画像を含む）をキャプチャするために、可撓性ボディ２１６の遠位端部２１８またはその近傍に立体またはモノスコピックカメラを備えた遠位部分を含む画像キャプチャプローブであり得る。画像キャプチャプローブは、キャプチャされた画像データを送信するためにカメラに結合されたケーブルを含み得る。いくつかの例では、画像キャプチャ装置は、可視化システム２３１に結合するファイバスコープなどの光ファイバ束であり得る。画像キャプチャ装置は、例えば、可視スペクトル、赤外スペクトル、および／または紫外スペクトルのうちの１つまたは複数で画像データをキャプチャする、単一またはマルチスペクトルであり得る。代替的には、医療ツール２２６自体が画像キャプチャプローブであり得る。医療ツール２２６は、処置を行うためにチャネル２２１の開口部から前進され、処置が完了したときにチャネル内に戻され得る。医療ツール２２６は、可撓性ボディ２１６の近位端部２１７から、または可撓性ボディ２１６に沿った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。
医療ツール２２６は、医療ツール２２６の屈曲した遠位端部を制御するために、その近位端部と遠位端部との間に延在するケーブル、リンケージ、または他の作動制御部（図示せず）をさらに収容し得る。操作可能な器具は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,316,681号（2005年10月4日に出願）（“Articulated Surgical Instrument for
Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”を開示）および米国特許出願第12／286,644号（2008年9月30日に出願された）（“Passive
Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments”を開示）に詳細に記載されている。
可撓性のボディ２１６はまた、例えば、遠位端部２１８の破線描写２１９によって示されるように、遠位端部２１８を制御可能に曲げるために、駆動ユニット２０４と遠位端部２１８との間に延在するケーブル、リンク、または他のステアリング制御部（図示せず）を収容し得る。いくつかの例では、少なくとも４つのケーブルが、遠位端部２１８のピッチを制御するための独立した「上下」ステアリングと、遠位端部２１８のヨーを制御するための「左右」ステアリングとを提供するために使用される。ステアリング可能な細長い装置は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第13/274,208号（2011年10月14日出願）（“Catheter with Removable Vision
Probe”を開示）に詳細に記載されている。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などの駆動要素に取り外し可能に結合し、電力を受ける駆動入力を含み得る。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の動作を手動で制御するために、把持機能、手動アクチュエータ、または他の構成要素を含み得る。細長い装置２０２は、ステアリング可能であり得る、あるいは、システムは、遠位端部２１８の屈曲のオペレータ制御のための一体化された機構なしでステアリング不能であり得る。いくつかの例では、医療器具が展開され、ターゲットの手術位置で使用されることができる１つまたは複数の管腔が、可撓性ボディ２１６の壁内に画定される。
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、または治療に使用するために、気管支鏡または気管支カテーテルなどの可撓性気管支器具を含み得る。医療器具システム２００はまた、結腸、腸、腎臓および腎杯、脳、心臓、脈管構造を含む循環系などを含む種々の解剖学的システムのいずれかにおいて、自然または外科的に作られた接続通路を経由して、他の組織のナビゲーションおよび治療にも適している。
トラッキングシステム２３０からの情報は、ナビゲーションシステム２３２に送られ、そこでは可視化システム２３１および／または術前に得られたモデルからの情報と組み合わされて、医師または他のオペレータにリアルタイムの位置情報を提供する。いくつかの例では、リアルタイム位置情報は、医療器具システム２００の制御において使用するために、図１の表示システム１１０に表示され得る。いくつかの例では、図１の制御システム１１２は、医療器具システム２００を位置決めするためのフィードバックとして位置情報を利用し得る。手術器具を手術画像とレジストレーションし表示するために光ファイバセンサを使用するための種々のシステムが、「“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an
Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示する2011年5月13日出願の米国特許出願第13/107,562号に提供されており、その全体は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、直接オペレータ制御によって置き換えられ得る。いくつかの例では、直接オペレータ制御は、器具のハンドヘルド操作のための種々のハンドルおよびオペレータインタフェースを含み得る。
図３Ａおよび３Ｂは、いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の側面図の簡略化された図である。図３Ａおよび３Ｂに示すように、手術環境３００は、患者Ｐが図１の手術台Ｔ上に位置決めされることを含む。患者Ｐは、全体の患者の動きが鎮静、拘束、および／または他の手段によって制限されるという意味で、手術環境内に静止し得る。患者Ｐの呼吸および心臓の動きを含む周期的な解剖学的動きは、呼吸の動きを一時的に停止させるために患者に息を止めるように指示しない限り、継続し得る。従って、いくつかの実施形態では、データは、特定の呼吸のフェーズで集められ、そのフェーズでタグ付けされ、識別され得る。いくつかの実施形態では、データが収集されるフェーズは、患者Ｐから収集される生理学的情報から推測され得る。手術環境３００内では、点収集器具３０４は、器具キャリッジ３０６に結合される。いくつかの実施形態において、点収集器具３０４は、ＥＭセンサ、形状センサ、および／または他のセンサモダリティを使用し得る。器具キャリッジ３０６は、手術環境３００内に固定された挿入ステージ３０８に取り付けられる。代替的に、挿入ステージ３０８は、可動であり得るが、手術環境３００内で既知の位置（例えば、トラッキングセンサまたは他のトラッキングデバイスを介して）を有し得る。器具キャリッジ３０６は、挿入運動（すなわち、Ａ軸に沿った運動）および、オプションで、ヨー、ピッチ、およびロールを含む多方向への細長い装置３１０の遠位端部３１８の運動を制御するために点収集器具３０４に結合するマニピュレータアセンブリ（例えば、マニピュレータアセンブリ１０２）の構成要素であり得る。器具キャリッジ３０６または挿入ステージ３０８は、挿入ステージ３０８に沿った器具キャリッジ３０６の運動を制御するサーボモータ（図示せず）などのアクチュエータを含み得る。
細長い装置３１０（例えば、医療器具）は、器具ボディ３１２に結合され得る。器具ボディ３１２は、器具キャリッジ３０６に対して結合および固定される。いくつかの実施形態では、光ファイバ形状センサ３１４が、器具ボディ３１２上の近位点３１６に固定される。いくつかの実施形態では、光ファイバ形状センサ３１４の近位点３１６は、器具ボディ３１２と共に移動可能であり得るが、近位点３１６の位置は既知であり得る（例えば、トラッキングセンサまたは他のトラッキングデバイスを介して）。形状センサ３１４は、近位点３１６から、細長い装置３１０の遠位端部３１８などの別の点への形状を測定する。点収集器具３０４は、医療器具システム２００と実質的に類似し得る。
位置測定装置３２０は、挿入軸Ａに沿って挿入ステージ３０８上を移動するときの器具ボディ３１２の位置に関する情報を提供する。位置測定装置３２０は、器具キャリッジ３０６の運動を制御し、その結果、器具ボディ３１２の運動を制御するアクチュエータの回転および／または向きを決定するレゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、および／または他のセンサを含み得る。いくつかの実施態様では、挿入ステージ３０８は、直線状である。いくつかの実施形態では、挿入ステージ３０８は、湾曲され得る、または湾曲したセクションと直線状セクションとの組み合わせを有し得る。
図３Ａは、挿入ステージ３０８に沿った後退位置にある器具ボディ３１２および器具キャリッジ３０６を示す。この後退位置では、近位点３１６は、軸Ａ上の位置Ｌ０にある。挿入ステージ３０８に沿ったこの後退位置では、近位点３１６の位置の成分（component）は、挿入ステージ３０８上の器具キャリッジ３０６、したがって近位点３１６の位置を記述するためのベース基準を提供するために、ゼロおよび／または別の基準値に設定され得る。器具ボディ３１２および器具キャリッジ３０６のこの後退位置で、細長い装置３１０の遠位端部３１８は、患者Ｐの入口オリフィスのすぐ内側に配置され得る。この位置ではまた、位置測定装置３２０は、ゼロおよび／または別の基準値（例えば、Ｉ＝０）に設定され得る。図３Ｂでは、器具ボディ３１２および器具キャリッジ３０６が挿入ステージ３０８の直線トラックに沿って前進し、細長い装置３１０の遠位端部３１８が患者Ｐ内に前進した。この前進位置では、近位点３１６は軸Ａ上の位置Ｌ１にある。いくつかの例では、器具キャリッジ３０６の挿入ステージ３０８に沿った動きを制御する１つまたは複数のアクチュエータ、および／または、器具キャリッジ３０６および／または挿入ステージ３０８に関連付けられた１つまたは複数の位置センサからのエンコーダおよび／または他の位置データが、位置Ｌ０に対する近位点３１６の位置ＬＸを決定するために使用される。いくつかの例では、位置ＬＸは、細長い装置３１０の遠位端部３１８が患者Ｐの解剖学的構造の通路内に挿入される距離または挿入深さのインジケータとしてさらに使用され得る。
医療器具システムを安全かつ効果的に動作させるために、医療ツールは、マニピュレータアセンブリ１０２などのシステムに取り付けられたとき、または医療器具システム２００などの受容部材に挿入されたときに、適切に設置、配置、識別、認証、および／またはその他の方法で受容され且つ認識される必要があり得る。本明細書に開示されているように、受容部材におけるツール認識アセンブリは、ツール上のターゲットの存在、近接、および／または不在を検出して、挿入された各ツールに対する挿入シグネチャを検出および発展させる（develop）ために使用され得る。検出および発展された挿入シグネチャに基づいて、ツールまたは医療器具システムを操作するための種々のオプションが、有効または無効にされ得る。本明細書に記載される実施形態の多くは、受容部材をカテーテルとして記載するが、記載されるツール認識システムおよび方法は、任意のタイプのツールおよび受容部材と共に使用するのに適している。以下に詳細に説明する一例では、ツール認識アセンブリは、医療ツールがカテーテルアセンブリに完全に挿入されているかどうかに基づいて動作モードを決定するために使用され得る。例えば、ツールがカメラプローブである場合、ツール認識アセンブリは、カテーテルが駆動モードで操作され、患者に前進される前に、プローブがデリバリーカテーテル内に適切に位置している（seated）かどうかを決定するために使用され得る。カメラプローブが適切に位置決めされることを確実にせずに、カテーテルを盲目的に前進させることを許容することは、ツール認識アセンブリの使用によって防ぐことができる患者に怪我をさせる可能性がある。一旦目的地に到達すると、カメラプローブは、異なる医療ツールのためのスペースを作るためにカテーテルから引き出され得る。カメラプローブの引き込みは、治療または評価されることになる体内構造を医師が見えないままにする可能性がある。本開示の教示と一致して、ツール認識アセンブリは、カメラが取り外されたことを検出し得、呼応してセーフモードに入り得る。セーフモードでは、制御システム（例えば、図１の制御システム１１２）の１つまたは複数の機能は、制限されても、無効にされてもよい。例えば、カテーテルの柔軟性および／またはカテーテルの位置に対する調整がなされ得る速度を制限することができる。このような制限は、カメラの引き出し後に患者に挿入されたままの器具に対する盲目的な調整の結果として生じる患者の怪我の可能性を低減することが期待される。従って、本開示の教示の実施は、低侵襲処置の安全性を向上させることが期待される。ツール認識アセンブリはまた、偽造、競合他社、またはその他の認可されていない装置若しくはツール（競合他社または認可されていない製造業者によって製造された装置またはツールなど）を認識するために使用され得る。ツール認識アセンブリはまた、ツールのタイプ（例えば、ニードル、アブレーションツール、カッター、グラスパーなど）を識別するために使用され得、ツールのタイプの認識に基づいて、制御モードの変更またはツール挙動の変更が実施され得る。
図４Ａは、中に受容部材４５０（例えば、カテーテル、可撓性ボディ２１６、または細長い装置３１０）が延び得るツール認識アセンブリ４１０として実装される例示的なツール認識システムを示す。また、受容部材４５０（例えば、カテーテル）は、ツール認識アセンブリ４１０を通って挿入されることができ、受容部材４５０および／またはツール４０４が挿入されると、挿入シグネチャを生成することができることが理解されるべきである。この実施形態では、ツール認識アセンブリ４１０は、リーダマウント４０２を含む。様々な実施形態では、リーダマウント４０２は、図４Ｂでより詳細に説明されるように、マニピュレータアセンブリ（例えば、マニピュレータアセンブリ１０２）に取り付けられ得る。ツール認識アセンブリ４１０は、ツールおよび／またはカテーテル上の１つまたは複数のターゲットを検出するように構成される１つまたは複数のターゲットリーダを組み込むことができる。図４Ａに示す例では、ターゲットリーダ４０６は、リーダマウント４０２の近位端部に結合され、別のターゲットリーダ４０７が、リーダマウントの遠位端部に結合される。この実施形態では、リーダマウント４０２は、細長いボディ４０３によって隔てられたチャネル４５２を有するシリンダまたはボビンとして示されている。リーダマウント４０２は、ターゲットリーダ４０６、４０７との干渉を最小限にするプラスチック、セラミック、または別のタイプの材料で形成され得る。ターゲットリーダ４０６、４０７の各々は、リーダマウント４０２に結合するようにチャネル４５２のうちの対応するものの中に延びている。ターゲットリーダ４０６、４０７は、距離Ｄ１だけ隔てられている。ターゲットリーダ４０６は、ツール認識アセンブリ４１０の受容部材４５０に挿入されることになるツール上の対応する１つまたは複数のターゲットを読み取ることができる、インダクティブセンサ（例えば、材料の強磁性特性および導電特性によって引き起こされるインダクタンスの変化を検出するインダクタまたは誘導コイル）、容量センサ、ホール効果センサ、フォトゲートセンサ、光学センサ、磁気スイッチ、バーコードスキャナ、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）スキャナ、相対位置センサ、またはそれらの組み合わせを有し得る。異なるタイプのターゲットリーダの任意の組み合わせが、ツール認識アセンブリ４１０内に実装され得る。
例示的なツール４０４（例えば、ツール２２６）および／または受容部材４５０は、ツール認識アセンブリ４１０上の１つまたは複数のターゲットリーダ４０６、４０７によって読み取ることができる１つまたは複数のターゲットを含むことができる。図４Ａに示す例では、ツール４０４は、距離Ｄ２だけ隔てられたターゲット４５６およびターゲット４５７を含む。ツール上のターゲット４５６、４５７間の距離Ｄ２は、ターゲットリーダ４０６、４０７間の距離Ｄ１に対して所定の関係を有することができる。ツール４０４は、挿入軌道経路４５８に沿ったリーダマウント４０２および受容部材４５０への挿入のためにサイズ決定される。ツール４０４は、リーダマウント４０２および受容部材４５０を通って延び得る。また、受容部材４５０は、１つまたは複数のターゲット（ターゲット４５６、４５７に類似していてもよい）とともにリーダマウント４０２を通って延びるように構成され得、それによって、ターゲットリーダ４０６、４０７が、受容部材４５０およびツール４０４の両方の上のターゲットの存在を検出することを可能にする。受容部材４５０は、ターゲットリーダ４０６、４０７とターゲット４５６、４５７との間の干渉を最小限に抑えるように構成および／または構築され得る。しかしながら、受容部材４５０は、受容部材４５０（例えば、カテーテル）の存在を示すために、ターゲットリーダにおけるインダクタンス読み取り値を所定の量だけ増加させるように構成され得る。ターゲットリーダ４０６、４０７間の干渉を最小限に抑えるために、種々の技術を実装することができる。例えば、ターゲットリーダ４０６、４０７は、時分割多重化の形態として、異なる時間で対応するタスクを実行することができる。以下により詳細に説明されるように、ターゲット４５６、４５７の存在、近接性、および／または不在は、ターゲットリーダ４０６、４０７によって感知、検出、または他の方法で認識され得る。例えば、ターゲットは、強磁性材料（例えば、金属シリンダ、金属コーティング）、１つまたは複数の開口、様々な光学吸収特性を有する表面または材料、バーコード、ＲＦＩＤチップ、またはターゲットリーダによって感知、検出、または他の方法で認識され得るそれらの組み合わせを有し得る。一例では、ターゲットリーダは、ターゲットがターゲットリーダに近接して配置されるときに、インダクタンスおよび／またはインダクタンスの変化を検出することによって、ターゲットの存在を検出し得る。ツール４０４上のターゲットに関する議論はまた、受容部材４５０（例えば、カテーテル）上のターゲットにも適用可能であることが理解されるべきである。受容部材４５０が認識アセンブリ４１０に挿入されるとき、受容部材４５０に対して挿入シグネチャを生成することができ、ツール４０４が認識アセンブリ４１０に挿入されるとき、ツール４０４に対して挿入シグネチャを生成することができる。ツール４０４および受容部材４５０の両方が認識アセンブリ４１０に挿入される場合、インダクタンス読み取りは、受容部材４５０またはツール４０４のいずれかにおけるターゲットの個々の読み取りよりも高くなり得る。これは、いくつかの実施態様において、受容部材４５０及びツール４０４の存在及び／又は不在を決定するために使用することができる。
図４Ａの実施形態では、リーダマウント４０２は、２つのチャネル４５２を含み、したがって、２つのターゲットリーダ４０６、４０７－各チャネル４５２に１つを収容し得る。代替実施形態では、リーダマウントは、任意の数のチャネルを有し得、任意の数のターゲットリーダを収容し得る。例えば、リーダマウント４０２は、単一のチャネル４５２、３つのチャネル４５２、４つのチャネル４５２、またはいくつかの他の数のチャネル４５２を有し得、チャネルと同じ数のターゲットリーダを収容し得る。いくつかの実施形態では、リーダマウント４０２は、チャネルを欠いてもよいが、それにもかかわらず、他の結合機構を介して任意の数のターゲットリーダを収容し得る。いくつかの実施形態では、チャネルよりも少ないターゲットリーダが存在してもよく、いくつかのチャネルが空であることもできる。いくつかの実施形態では、リーダマウントは、非円筒形の形状を有してもよく、受容部材に近接した位置に１つまたは複数のターゲットリーダを取り付けるための任意のタイプのブラケットまたは取り付け機構であってもよい。いくつかの実施形態では、受容部材は、ツールの長手方向の移動を受容し許容するための開口チャネルまたは任意の形状を有し得る。いくつかの実施形態では、リーダマウント４０２（又はリーダマウントの領域）は、ツール４０４上の１つ又は複数のターゲットの検出においてリーダマウント４０２が役割を果たし得るという点で、ターゲットリーダ４０６、４０７の１つの要素又は複数の要素であると考えられ得る。例えば、チャネル４５２は、リーダマウント４０２の残りの部分とは異なる組成であってもよく、ツール４０４上の１つまたは複数のターゲットの検出を容易にし得る。
図４Ａの実施形態では、ツール４０４は、ツールの長さに沿って配置された任意の数のターゲットを含み得る。例えば、ツールは、単一のターゲット、３つのターゲット、またはいくつかの他の数のターゲットを含み得る。ターゲットリーダとは、ターゲットの数が異なることがある。例えば、ツールに２つのターゲットを有するツール認識アセンブリに３つのターゲットリーダ、ツールに２つのターゲットを有するツール認識アセンブリに１つのターゲットリーダ、またはツールに１つのターゲットを有するツール認識アセンブリに２つのターゲットリーダがある。
ターゲット４５６、４５７は、ツールが受容部材４５０内に少なくとも部分的に取り付けられる（または挿入される）ときにターゲットリーダ４０６、４０７によって検出されるように、ツール４０４上に配置され得る。図４Ａの実施形態では、ターゲット４５６、４５７は、ツール４０４の近位端部４１１の近くに取り付けられ得、ターゲットリーダ４０６、４０７は、受容部材４５０の近位端部の近くに（例えば、マニピュレータアセンブリ１０２に）取り付けられ得る。受容部材４５０およびツール４０４上のターゲット４５６、４５７に対するターゲットリーダ４０６、４０７の近位位置は、ツール４０４が受容部材４５０内に完全に延びていることをツール認識アセンブリ４１０が認識することを可能にする構成を提供する。代替実施形態では、ターゲット４５６、４５７は、ツール４０４に沿った他の位置に配置され得、ターゲットリーダ４０６、４０７は、受容部材４５０に沿った他の位置に配置され得る。例えば、いくつかの実施形態では、遠位位置が適切であり得る。他の代替実施形態では、リーダマウントは省略され得、ターゲットリーダは、受容部材自体に結合または統合され得る。
ターゲットリーダ４０６、４０７は、ターゲットリーダからのデータ（例えば、インダクタンスの変化、磁場の変化、光の強度の変化、光の色の変化など）を処理するように構成されるコンピューティングシステムと通信し得る。コンピューティングシステムは、例えば、遠隔操作医療システムの構成要素（例えば、制御システム１１２）であり得る。コンピュータシステムは、ターゲットリーダ４０６、４０７から定期的に、または不規則な間隔で、または連続的に、データを受信し得る。例えば、ターゲットリーダ４０６、４０７は、ターゲットリーダによって感知されるデータの変化（例えば、インダクタンスの変化、抵抗の変化、キャパシタンスの変化、磁場の変化、光の強度の変化、光の色の変化など）に応答して、データをコンピューティングシステムに通信し得る。他の例では、ターゲットリーダからのデータは、定期的または連続的のいずれかで、コンピューティングデバイスに定期的に通信され、コンピューティングデバイスは、データがいつ変更されたかを判断する役割を課せられる。コンピューティングシステムは、ターゲットリーダ４０６、４０７から受信した感知データの変化を検出することを含むターゲットリーダ４０６、４０７から受信したデータを処理するように構成された１つまたは複数のプロセッサを含み得る。
記載のように、ツール認識アセンブリ４１０は、ツール４０４が受容部材４５０に完全に挿入されているか否かを検出するように構成され得る。ツール認識アセンブリ４１０はまた、受容部材４５０（カテーテルなど）が患者に完全に挿入されているか否かを検出するように構成され得る。ツール４０４は、ツール４０４が、患者の身体内で使用されることを可能にする程度に挿入される、ツール４０４の遠位端部４１３が、受容部材４５０の遠位端部の特定の距離内にある程度に挿入される、ツール４０４がリーダマウント４０２を通って延びる程度に挿入される、ツール４０４の遠位部分が、受容部材の遠位端部を越えた相対距離を延びる程度に挿入される、またはそれらの組み合わせの場合に、完全に挿入されたとみなされ得る。いくつかの実施形態では、ツール４０４は、ツールの遠位端部４１３が受容部材の遠位端部と同一平面にあるように、受容部材４５０を通って同軸的に挿入される場合に、完全に挿入されたとみなされ得る。
ツール４０４が受容部材４５０に対して完全に挿入されているか否か（または動作のために許容可能に配置されているか否か）を検出することは、ターゲットリーダ４０６、４０７からの読み取り値を、予め確立されたモデル挿入シグネチャと比較することを含み得る。本明細書で使用される「予め確立されたモデル挿入シグネチャ」または「モデル挿入シグネチャ」とは、モデリングソフトウェアアプリケーション、ユーザインタフェースからの入力、他のツールの取り付け中にログに記録された測定値、などによって生成された挿入シグネチャを指し、これらは、受容部材４５０内に挿入されている間のツールの位置を表すように確立されている。ツール４０４は、完全に挿入されたツールを示すモデル挿入シグネチャにターゲットリーダ４０６、４０７からの読み取りが一致したときに動作のために許容可能に位置決めされ、従って完全に挿入されていると決定され得、ターゲットリーダ４０６、４０７からの読み取りが完全に挿入されたツールを示すモデル挿入シグネチャに一致しないときに動作のために許容可能に位置決めされておらず、従っては完全に挿入されないと決定され得る。完全に挿入されたツールを示すモデル挿入シグネチャに対応するターゲットリーダ４０６、４０７からの読み取り値は、ターゲットリーダ４０６、４０７によるターゲット読み取り値のシーケンス、ターゲットリーダ４０６、４０７によるターゲット読み取り値のしきい値持続時間、様々なしきい値、値の比、またはシーケンス、しきい値持続時間、しきい値、および／または値の比の組み合わせなど、様々な特徴を含むことができる。
ターゲットリーダ４０６および４０７によって検出される読み取り値の種々の特性は、ターゲットリーダ４０６および４０７からの特定の読み取り値が検出挿入シグネチャに寄与することができるかどうかの決定に影響を及ぼす可能性がある。例えば、強度（すなわち閾値）、持続時間、複数の閾値、または強度、持続時間、および読み取り値の複数の閾値の組み合わせを使用して、ターゲットがいつターゲットリーダ４０６および４０７によって検出されるかを決定することができる。加えて、または代替的に、ターゲットリーダ４０６、４０７によって読み取られたシグナルの微分特性、例えば、シグナルの変化の速度（例えば、勾配）が、検出挿入シグネチャの決定に使用され得る。誘導性要素がターゲットとして使用される場合、ターゲットリーダ４０６、４０７は、ターゲット４５６、４５７がターゲットリーダ４０６、４０７に近づくとき、ターゲット４５６、４５７がターゲットリーダ４０６、４０７に近接するとき、およびターゲット４５６、４５７がターゲットリーダ４０６、４０７から離れるとき変化するインダクタンス測定信号を生成することができる。インダクタンス測定値の振幅（または強度）は、ターゲットリーダ４０６、４０７の検出ゾーン内にターゲット４５６、４５７が存在することを示すことができる。インダクタンス測定値の強度（すなわち、振幅閾値）、インダクタンス測定値の持続時間、複数の閾値、およびターゲットリーダ４０６および４０７によって読み取られる強度、インダクタンス測定値の持続時間、および複数の閾値の組み合わせを使用して、ターゲットがターゲットリーダ４０６、４０７の検出ゾーンで検出されたかどうかを決定することができる。さらに、インダクタンス測定信号のスロープ、インダクタンス比、および／または他の微分を使用して、ターゲットリーダ４０６、４０７の検出ゾーン内のターゲットの存在または不在を示すことができる。ターゲット検出および非検出をそれぞれ表現する１つの方法は、ターゲットリーダ４０６および４０７からのインダクタンス測定信号の強度、持続時間、勾配、比率、およびそれらの組み合わせ、ならびに他の微分によって決定される、それぞれのターゲットリーダ４０６、４０７の検出ゾーン内のターゲットの存在又は不在を示すために、バイナリ（例えば、「１」または「０」）信号を使用することである。
例えば、それぞれのターゲットリーダ４０６、４０７の検出ゾーン内のターゲットの存在（「１」によって示すことができる）および／または不在（「０」によって示すことができる）は、インダクタンス測定値の比率によって決定されることができる。比率がターゲットの存在又は不在を示すために使用される場合、ベースラインインダクタンスが測定され、次いで、ツール認識アセンブリ４１０におけるカテーテルおよび／またはツールの挿入前、挿入中および／または挿入後の他のインダクタンス測定値と比較するために使用される。ベースラインインダクタンス測定値は、カテーテルまたはプローブが挿入されていないベースラインターゲットリーダから収集することができる、および／またはベースラインインダクタンス測定値は、カテーテルまたはプローブが挿入されていない場合に、ターゲットリーダ４０６、４０７から収集することができる。ターゲットリーダ４０６、４０７からのインダクタンス測定値についての比率は、以下の式（１）によって計算することができる：
Figure 0007477494000001
 ここで、Ｌｂａｓｅｌｉｎｅはインダクタンスベースライン、Ｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔはターゲットリーダからのインダクタンス測定値、Ｋはインダクタンス測定値とインダクタンスベースラインの間の比である。
比Ｋが決定される場合、値は、受容部材４５０および／またはツール（複数可）４０４の存在および／または不在を示し得る。以下の表１は、ターゲットリーダ４０６、４０７のうちの１つまたは複数から受信され得る可能性のあるインダクタンス測定値、およびその値によって示され得る可能性のある構成を示す。
Figure 0007477494000002
 この例では、インダクタンス測定値が０．９９～１．０１の範囲内にある場合、これは、受容部材４５０もツール４０４も、ターゲットリーダ４０６、４０７の検出ゾーン内にターゲット４５６、４５７を有しない（すなわち、不在「０」）ことを示し得る。インダクタンス測定値が１．０２～１．０４の範囲内にある場合、これは、ツール♯１がターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有し（すなわち、存在「１」）、一方、カテーテル、ツール♯２、およびツール#３がターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有しない（すなわち、不在「０」）ことを示し得る。インダクタンス測定値が１．０４～１．０６の範囲内にある場合、これは、カテーテルがターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有すること（すなわち、存在「１」）し、一方、ツール♯１、ツール♯２、およびツール#３は、ターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有しない（すなわち、不在「０」）ことを示し得る。インダクタンス測定値が１．０６～１．０８の範囲内にある場合、これは、カテーテルおよびツール♯１（例えば、視覚プローブ）が、各々、ターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有し（すなわち、存在「１」）、一方、ツール♯２およびツール#３は、ターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有しない（すなわち、不在「０」）ことを示し得る。インダクタンス測定値が１．０８～１．１０の範囲内にある場合、これは、カテーテル、ツール♯１、およびツール♯２が、それぞれ、ターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有し（すなわち、存在「１」）、一方、ツール#３が、ターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有しない（すなわち、不在「０」）ことを示し得る。インダクタンス測定値が１．１０～１．１２の範囲内にある場合、これは、カテーテル、ツール♯１、ツール♯２、およびツール#３が、それぞれ、ターゲットリーダの検出ゾーン内にターゲットを有する（すなわち、存在「１」）ことを示し得る。インダクタンス測定値が１．１２を超える場合、これは、ツール認識アセンブリ４１０内のカテーテルおよび／またはツールの構成が不明であることを示し得る。これは、未識別のツールまたはカテーテルがツール認識アセンブリ４１０内に存在することを示し得る。インダクタンス比Ｋを決定することは、使用、製造、材料変動、環境条件などによる様々なターゲットリーダ間のインダクタンス変動の影響を最小限に抑えることができる。検出されたカテーテルおよびツールの構成に基づいて、システムは、動作モードを決定し得る又は挙動を有効／無効にし得る。
図４Ａに示されるように、２つのターゲットリーダ４０６、４０７が組み合わせて使用される場合、完全に挿入されたツールを示すモデル挿入シグネチャは、ツール４０４（および／またはカテーテル）が挿入される際に、近位ターゲットリーダ４０６および遠位ターゲットリーダ４０７から読み取られた測定値の特定のシーケンスを含み得る。さらに、ターゲットリーダ４０６および４０７から読み取られた測定値は、ツール４０４上に存在するターゲットの数に依存し得る。ターゲット４５７のような単一のターゲット実装では、遠位ターゲットリーダ４０７は、ターゲット検出について陽性の読み取り値（positive reading）または存在読み取り値を有し、一方、近位ターゲットリーダ４０６は、ターゲット検出について陰性の読み取り値（negative reading）または不在読み取り値を有する。単一のターゲット実装の場合、ツール４０４が受容部材４５０内に完全に挿入されたとき、ターゲット４５７は、まず、近位ターゲットリーダ４０６によって、次いで、遠位ターゲットリーダ４０７によって読み取られ得る。従って、単一のターゲット４５７を有する完全に挿入されたツール４０４に関連するターゲット検出の例示的なシーケンスは、（１）近位ターゲットリーダ４０６および遠位ターゲットリーダ４０７の両方がターゲット４５７を検出しない（２つのターゲットリーダ４０６、４０７それぞれからの組み合わされた「０」、「０」の読み取り値）；（２）近位ターゲットリーダ４０６がターゲット４５７を検出し、一方、遠位ターゲットリーダ４０７はターゲット４５７を検出しない（２つのターゲットリーダ４０６、４０７それぞれからの組み合わされた「１」、「０」の読み取り値）；および次の（３）近位ターゲットリーダ４０６はもはやターゲット４５７を検出せず、一方、遠位ターゲットリーダ４０７はターゲット４５７を検出する（２つのターゲットリーダからの組み合わされた「０」、「１」の読み取り値）；を含むことができる。
第２のターゲット（例えば、ターゲット４５６）がツール４０４上に含まれる場合、ターゲット検出のシーケンスは、第２のターゲットに適応するように変化する。例えば、ターゲット４５６がターゲット４５７に加えてツールに含まれる場合、ターゲット４５６は、近位ターゲットリーダ４０６によってのみ読み取られ得るまたは検出され得る。いくつかの実施形態では、ターゲット４５６が遠位ターゲットリーダ４０７によって読み取られるまたは検出されるとき、完全に挿入されたツール４４０が示され得る。例えば、ターゲット４５６が近位端部４１１から遠位に位置する場合、完全に挿入されたツールは、「０」読み取り値を有する近位ターゲットリーダ４０６と、（遠位ターゲットリーダによるターゲット４５７の検出に対応する）「１」読み取り値を有する遠位ターゲットリーダ４０７と関連付けられ得る。
いくつかの実施形態では、ツール４０４は、ターゲットリーダ４０６、４０７が、所定の最低期間、例えば、1秒の何分の1か（a fraction of one
second）、1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、10秒など、モデル挿入シグネチャに一致する読み取る知を生成しない限り、受容部材４５０に完全に挿入された（または取り付けられた）とはみなされない。完全に挿入されたツールを示すために指定されるよりも短い時間のモデル挿入シグネチャの検出は無視され得る。また、モデル挿入シグネチャの内容は、イベントのシーケンスの間の種々の時間遅延を有するイベントのタイミングが合わされた（timed）シーケンスであり得ることも理解されるべきである。ターゲットリーダ４０６、４０７からの読み取り値は、イベントのタイミングおよびイベントのタイプがターゲットリーダ４０６、４０７からの読み取り値とモデル挿入シグネチャとの間で一致する場合に、与えられたモデル挿入シグネチャと一致すると決定することができる。
完全に挿入されたツールを示すモデル挿入シグネチャを確立することは、部分的に挿入されたツールによって引き起こされる偽陽性の発生を減少させ得る。例えば、ツール４０４がリーダマウント４０２に部分的に挿入される場合、遠位ターゲットリーダ４０７は、ターゲット４５７のターゲット検出について陽性の読み取り値（例えば、「１」の読み取り値）を有することができ、一方、近位ターゲットリーダ４０６は、ターゲット４５７のターゲット検出について陰性の読み取り値（例えば、「０」の読み取り値）を有する。本明細書で使用されるとき、「陽性の」読み取り値は、ターゲットがターゲットリーダの検出ゾーン内にあるという陽性の検出を意味する。したがって、「陽性の」読み取り値は、ターゲットリーダの受信信号強度が閾値を超えている、受信信号の比が所定の範囲内であり、受信信号の勾配は、ターゲットの存在を示す許容範囲内であり、受信信号の積分値は、許容範囲内であり、受信信号の強度閾値は、所定の期間保持されることができかるか、またはこれらの組み合わせ、並びにターゲットリーダ検出ゾーン内のターゲットの存在を示す他の信号属性であることができる。本明細書で使用されるとき、「陰性の」読み取り値は、ターゲットがターゲットリーダの検出ゾーン内にない検出を意味する。従って、「陰性の」読み取り値は、ターゲットリーダの受信信号強度が閾値を下回り、受信信号の比が所定の範囲内であり、受信信号の勾配が、ターゲットが検出ゾーン内に存在しないことを示す許容可能な範囲外であり、受信信号の積分値が、ターゲットが不在であることを示す範囲内であり、受信信号の強度閾値が、所定の期間保持されない、またはこれらの組み合わせ、並びにターゲットがターゲットリーダ検出ゾーン内に存在しないことを示す他の信号属性であることができる。
上記のモデル挿入シグネチャは、近位のターゲットリーダ４０６および遠位のターゲットリーダ４０７の両方がターゲット検出について陽性の読み取り値を示すような、ツール上のターゲットに類似した組成の細長いアイテムなど、異物の挿入から生じる偽陽性の発生を減少させることが同様に期待される。例えば、誘導センサ（inductive sensors）がターゲットリーダ４０６、４０７に実装されるとき、ターゲットリーダ４０６、４０７を通過してツール認識アセンブリ４１０に挿入される鉄棒は、両方のターゲットリーダ４０６にターゲット検出について陽性の値を読み取らせる可能性がある。上記で特定されたモデル挿入シグネチャは、このような二重陽性がツール４０４の検出として解釈されることを防止する。
偽陽性の可能性があるにもかかわらず、モデル挿入シグネチャは、場合によっては、ツール上のターゲットの存在を示すターゲットリーダの全てに対応し得る。そのようなモデル挿入シグネチャは、より費用効率の高いターゲットリーダ、またはより少ない数のターゲットリーダ（例えば、単一のターゲットリーダ）が使用されることを可能にし得る。
ある場合には、１より多いモデル挿入シグネチャは、ツールが受容部材内に許容可能に位置決めされていることを示し得る。従って、ある場合には、ターゲットリーダからの読み取りは、１より多い予め確立されたモデル挿入シグネチャと比較され得る。一般に、ターゲットリーダの数を増やすと、可能なモデル挿入シグネチャの数が増える。例として、限定されるものではないが、いくつかの例示的なモデル挿入シグネチャが、以下により詳細に本明細書に記載される。
ツールが動作のために許容可能に位置決めされるか否かを決定することに加えて、ツール認識アセンブリ４１０は、ツール４０４を分類するために使用され得る。例えば、ターゲットリーダからの読み取り値から得られた検出挿入シグネチャは、異なるタイプのツールに関連付けられ得る複数のモデル挿入シグネチャと比較され得る。従って、異なるツールタイプは、ターゲットリーダによって読み取られるターゲットの異なる数またはタイプを特徴とし得る。対応するツールタイプを特徴付ける特定の読み取り値はまた、ツールが受容部材４５０内で動作のために許容可能に位置決めされる（例えば、完全に挿入される）ことを示すためのモデル挿入シグネチャに含まれ得る。ある場合には、異なる医療ツールのターゲットに対して異なる材料が使用され得る。従って、ツールは、ターゲットリーダからの読み取り値に基づいて得られる検出される挿入シグネチャによってだけでなく、感知されたデータのバリエーションによっても分類され得る。例えば、異なるツール内のターゲットは、ターゲットリーダによって検出されるとき、追加の異なる感知データを提供し得る。
ツール認識アセンブリ４１０は、さらに、挿入／位置ステータスおよび器具タイプの一方または両方に基づいて動作のモードを決定するために使用され得る。例えば、ツールが完全に挿入されていると決定される場合、制御システム１１２は、マニピュレータアセンブリ１０２の種々の機能の使用に制限がない一般動作モード（general operation mode）に入り得る。しかし、ツールが完全に挿入されていないと決定される場合、制御システム１１２は、マニピュレータアセンブリ１０２の動作に対する１つまたは複数の制限を含むセーフモードに入り得る。制限の例には、動作速度（例えば、カテーテルの挿入の速度）を制限すること、カテーテルの柔軟性を制限すること、カテーテルの柔軟性を増大させること、カテーテルに対する調整が行われ得る速度を制限すること、および洗浄を行うために空気または他の流体の吹き出し（puffs）を使用することができるレンズ洗浄機能のような特定の機能を無効にすることが含まれる。場合によっては、機能は、機器毎に起動または無効化され得る。例えば、ある機能、例えば、レンズ洗浄機能は、ツールが受容部材（例えば、カテーテル）に完全に挿入され、内視鏡または視覚プローブを含むと決定される場合に作動され得る。これらの同じ機能は、ツールが完全に挿入されているが、代わりにアブレーションツールを含んでいる場合には無効にされ得る。他の実施形態では、視覚プローブが検出されないと、照明源が淡色化または無効化され得る。
さらに、制御システム１１２は、ツールが受容部材に、完全に挿入されているか、部分的に挿入されているか、または全く挿入されていないかに応じて、イメージングツールの画像収集を制御し得る。例えば、ツールが挿入されない場合、制御システム１１２は、ツールの挿入前の画像処理を最小限にしながら、ツールがまだ挿入されていないことを確認するために、画像を低速（例えば、1秒間に１つのイメージ、またはより遅いイメージ）で収集するように、イメージングツールを制御し得る。ツールが少なくとも部分的に受容部材に挿入される場合、制御システム１１２は、受容部材内のツールの方向（orientation）を決定するために画像収集速度を増加させることができる。受容部材内の収集された画像は、受容部材内のツールの相対回転方向を決定するために使用され得る長手方向マーキング（または「ストライプ」）を含むことができる。長手方向マーキングは、受容部材内からのみ見ることができるので、受容部材の外側のまたは受容部材の遠位端部から見る画像収集は、長手方向マーキングを含まなくてもよい。ツールの遠位端部が受容部材（例えば、カテーテル）の遠位端部に到達すると、ツール上の１つまたは複数のターゲットは、受容部材のターゲット検出器の１つまたは複数によって検出され得る。これらの検出は、ツールが受容部材への完全な挿入に近づいていること、またはツールが完全に挿入されていることを示すことができる。完全な挿入の直前に収集される画像は、解剖学的構造によってますます支配され得る。従って、ツールはもはや長手方向マーキングを見ることができないので、方向決定のために使用される画像のツールによる画像収集を低減または停止することが望ましい。ツールの挿入位置に基づいて起こり得る制御のこれらの、しかし少数の例が変化することは理解されるべきである。
図４Ｂは、遠隔操作マニピュレータアセンブリ（例えば、遠隔操作マニピュレータアセンブリ１０２）の器具キャリッジ４１５（例えば、器具キャリッジ３０６）に結合されたツール認識アセンブリ４１０を示す。代替実施形態では、ツール認識アセンブリ４１０は、ツールを受けるために使用される非遠隔操作マニピュレータまたは他の構造に結合されてもよい。図４Ｂにおいて、ツール認識アセンブリ４１０は、患者の解剖学的構造の外側で受容部材４５０の延長された長さを支持するために使用され得る伸縮可能（expandable）な支持構造４１７の近位の器具キャリッジ４１５に結合される。例えば、ツール認識アセンブリ４１０は、伸縮可能な支持構造４１７上の近位マウント（図示せず）にプレス嵌めされ得る。図４Ｂに示すように、ツール認識アセンブリ４１０はまた、ベースラインリーダ４０８を含み得る。ベースラインリーダ４０８は、誘導センサ（例えば、材料の強磁性特性および導電特性によって生じるインダクタンスの変化を検出するインダクタまたは誘導コイル）、容量センサ、ホール効果センサ、フォトゲートセンサ、光学センサ、磁気スイッチ、バーコードスキャナ、ＲＦＩＤスキャナ、相対位置センサ、またはこれらの組み合わせを含み得る。図４Ｂの実施形態に示されるように、ベースラインリーダ４０８は、ターゲットリーダ４０６、４０７と軸方向に位置合わせされないことがある。例えば、ベースラインリーダは、ターゲットリーダ４０６、４０７に直交する方向を有してもよい。いくつかの実施形態では、ベースラインリーダは省略されてもよく、またはベースラインリーダは単一のターゲットリーダと共に使用されてもよい。ベースラインリーダ４０８は、ターゲットリーダからの読み取り値（例えば、インダクタンスの変化、抵抗の変化、キャパシタンスの変化、磁場の変化、光の強度の変化、光の色の変化など）を処理するように構成されたコンピューティングシステムと通信し得る。コンピューティングシステムは、例えば、遠隔操作医療システムの構成要素（例えば、制御システム１１２）であり得る。
いくつかの実施形態において、ツール４０４は、カテーテルまたは他の受容部材４５０が治療または評価部位に送達されるとき医師が内部身体構造を見ることを可能にするように構成された内視鏡または視覚プローブを含み得る。目的地に到着すると、別の医療ツールのためのスペースを確保するためにまたはいくつの他の理由のために視覚プローブは引き抜かれ得る。プローブの引き抜きは、治療または評価される内部の身体構造を医師が見ることをできなくすることがある。従って、プローブがカテーテル内に完全に挿入されていないことを検出したときにセーフモードに入ることは、プローブの引き抜き後に患者に挿入されたツールの調整に起因する患者を傷つける可能性を減少させ得る。プローブが除去されると、オペレータは、調整中に内部身体構造を見ることができなくなる可能性があり、従って、制御システムは、カテーテルの柔軟性および／またはカテーテルに対する調整を行う速度を制限するモードに入り得る。同様に、プローブがカテーテル内に完全に挿入されていない場合に特定の機能を無効にすることは、そのような機能の偶発的な使用、例えば患者の肺内への空気の吹き出しの偶発的な噴出による患者を傷つけるリスクを低下させ得る。
いくつかの実施形態では、ツール認識アセンブリまたは他のツール検出センサは、他の位置に配置され得る。例えば、ツール検出センサは、視覚プローブとカテーテルとの間のクイック接続カップリング上に、または遠隔操作マニピュレータアセンブリのモータパック上に配置され得る。いくつかの実施形態では、ツール認識アセンブリは、ツールがツールホルダに不在であることを認識し得、従って、ツールがカテーテルなど別の位置にあり得ることを示す。
いくつかの実施形態では、識別されたツールに基づいて、カテーテルが弛緩するのに必要とし得る時間の量を考慮するように、時定数を変化させることができる。いくつかの実施形態では、識別されたツールに基づいて、引っ張りワイヤモータのトルク制限値を変更することができ、これは、カテーテルが弛緩される量に影響を及ぼし得る（例えば、引っ張りワイヤモータによって加えられるトルクの量は、取り付けられたツールのタイプに基づいて変化し得る）。検出挿入シグネチャが針を識別する場合、カテーテルは一時的に「弛緩」され得る（すなわち、カテーテルを制御する引っ張りワイヤは、カテーテルがより柔軟になることを可能にする少量の緩みを提供し得る）。カテーテルの弛緩は、カテーテルの内腔を掻き取ることなく、針の挿入を容易にし得る。また、どのタイプのツールが検出されるかに応じて、制御装置上のユーザインタフェース入力ボタンを再構成することができる。例えば、カメラプローブが検出された場合、カメラをクリーニングするためのボタンを設けることができる。アブレーションプローブが検出される場合、同じボタンを再構成して、送達されるアブレーションエネルギを提供することができる。バキュームを伴う針（needle with vacuum）が検出された場合は、同じボタンを再構成してバキュームを提供することができる。検出挿入シグネチャによってどのツールが識別されるかに基づいて、また、ツールが受容部材内に完全に挿入されているかどうかに基づいて、多くの異なる調整を行うことができることが理解されるべきである。
図４Ｃ～４Ｊは、ツール認識アセンブリ４１０内に取り付けられるツールおよび／またはカテーテルの特性（複数可）を検出するために使用され得るターゲットリーダおよびターゲットの様々な実施形態を示す。図４Ｃは、ソース４３０および検出器４３６（光検出器であり得る）を有するターゲットリーダを含むツール認識アセンブリ４１０を示す。ソース４３０および検出器４３６は、ソースと検出器との間に挿入されるツール４０４（例えば、イメージングプローブ、カテーテルなど）に関する存在、不在、位置、分類（ツール製造者のＩＤ（identification）などの固有の識別子を含み得る）または他の情報を検出するために使用され得る。ボディ４１６（例えば、リーダマウント４０２の一部）を使用して、ツール４０４が取り付けられる領域の両側に、ソース４３０および検出器４３６を位置決めし得る。ソース４３０および検出器４３６は、検出器４３６がソース４３０から送信された信号を十分に検出できるように、互いに対して位置決めされる。ソース４３０の一例は、検出器４３６に向かって放射される光信号４２０を生成し得る光源であることができ、この検出器は光検出器であることができる。生成された光信号４２０の一部（例えば、検出された光信号４２２）は、障害物（例えば、ツール４０４）が、ソース４３０と検出器４３６との間の領域内にない場合に、検出器４３６によって検出され得る。ソース４３０に接続された導体４１２は、ソースに給電し、光信号４２０を生成するために、信号を（例えば、電源からの電気的および／または光学的手段を介して）ソース４３０に伝達することができる。検出器４３６に接続された導体４１４は、検出器４３６によって受信された検出された光信号４２２の検出された特性または複数の特性（例えば、強度）に基づいて、信号を検出器４３６から制御システム１１２などの制御システムに（例えば、電気的および／または光学的手段を介して）伝達することができる。図４Ｃに見られるように、ツールは、ソース４３０と検出器４３６との間に配置されず、それによって、ツールが不在の場合の検出器４３６で受信される検出光信号４２２の強度の閾値レベルを提供する。ツールが不在の場合の検出光信号４２２の強度の閾値レベルは、ソース４３０と検出器４３６との間にツールが存在する場合よりも高い。
図４Ｄおよび４Ｅは、ツール４０４が、ソース４３０と検出器４３６との間に位置決めされた状態を示す。図４Ｄは、生成された光信号４２０の一部が開口を通過し、検出光信号４２２として検出器４３６によって受信されることを可能にするように位置決めされたターゲット４１８（開口、光学ターゲット、または任意の他の適切なターゲットであり得る）を有するツール４０４を示す。検出器４３６で受信される検出光信号４２２の強度は、導体４１４を介して制御システムに通信することができる。図４Ｄの開口を有するツール４０４の位置は、検出器４３６に検出光信号４２２の高強度を検出させることができる。ソース４３０と検出器４３６との間に位置決めされたターゲット４１８（例えば、開口）を伴わない図４Ｅにおけるツール４０４の位置は、生成された光信号４２０とのツール４０４の干渉のために、検出器４３６に検出光信号の低強度を検出させることができる。制御システム１１２内の１つまたは複数のプロセッサは、検出器４３６からのセンサデータを使用して、ツール認識アセンブリ４１０内に取り付けられたツールの存在、不在、位置、および／または分類を決定することができる。
ツール４０４の位置および／または分類を識別するための適切な検出挿入シグネチャを生成するために、１つまたは複数のターゲット４１８（例えば、開口）をツール４０４に含めることができる。ツール４０４上の複数のターゲット４１８によって、検出器４３６は、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に挿入される際に検出光４２２の強度のいくつかの変化を検出することができる。例えば、検出挿入シグネチャは、（１）ターゲットが、ソース４３０と検出器４３６との間の領域内にまだ位置していないために、ターゲットが検出されない場合の、図４Ｅにおけるような検出光４２２の低強度、（２）ターゲットが、ソース４３０と検出器４３６との間の領域内に移動されるために検出される場合の、図４Ｄにおけるような検出光４２２の高強度、（３）ターゲットが、挿入されるツール４０４の挿入シグネチャを生成するために使用されることができるソース４３０と検出器４３６との間の領域を越えて移動する場合の、図４Ｅにおけるような検出光４２２の低強度を含むことができる。上述の検出挿入シグネチャは、ツール４０４に追加のターゲットが含まれる場合に、低強度と高強度との間で検出される交互の強度を含むことができる。検出挿入シグネチャは、挿入されるツール４０４のタイプを識別するために、既存のモデル挿入シグネチャと比較されることができる。ツール４０４に沿ったターゲット（例えば、開口）の広範囲の数およびターゲットの間隔を使用して、検出挿入シグネチャを構成する測定値の固有のパターンを提供することができることは理解されるべきである。
次に、図４Ｆおよび４Ｇを参照すると、ソース４３０および検出器４３６の別の構成が代表的に示されており、ツールに関する存在、不在、位置、分類またはその他の情報を検出するために使用することができる。ツール４０４は、ソース４３０および検出器４３６対に隣接して配置されることができ、ターゲット４１８（例えば、この実施形態では、反射表面または表面処理）は、検出光信号４２２として受信されることになる検出器４３６に向かう生成された光信号の一部を向け直すように位置決めされる。検出器４３６で受信される検出光信号４２２の強度は、導体４１４を介して、例えば、制御システムに通信することができる。ターゲット４１８がソース－検出器（４３０：４３６）対に近接する図４Ｆにおけるツール４０４の位置は、検出器４３６に高強度の検出光信号４２２を検出させることができる。ターゲット４１８がソース－検出器（４３０：４３６）対に近接していない図４Ｇにおけるツール４０４の位置は、検出器４３６に低強度の検出光信号４２２を検出させることができる。制御システム１１２内の１つまたは複数のプロセッサは、検出器４３６から通信される信号を使用して、ツール認識アセンブリ４１０内に取り付けられるツールの存在、不在、位置、および／または分類を決定することができる。
ツール４０４の位置および／または分類を識別するための適切な検出挿入シグネチャを構成する読み取り値を生成するために、必要に応じて、１つまたは複数のターゲット４１８をツール４０４に含めることができる。ツール４０４上の複数のターゲット４１８を用いて、検出器４３６は、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に挿入され、ツール４０４の挿入シグネチャを構成するターゲット検出パターンを生成する際の、複数のターゲット４１８の検出と一致する検出光信号４２２の光強度のいくつかの変化（例えば、図４Ｇにおけるようなターゲット検出を示さない低強度、図４Ｆにおけるようなターゲット検出を表す高強度、次に、ターゲットが離れるときの再びの図４Ｇにおけるような低強度、次いで、次のターゲットが検出されるときの再びの図４Ｆにおけるような高強度）を検出することができる。ツール４０４の検出挿入シグネチャを、既存のモデル挿入シグネチャと比較して、取り付けられているツール４０４のタイプを識別することができる。ツール４０４に沿ったターゲット４１８の広範な数およびターゲットの間隔を使用して、固有の検出挿入シグネチャを生成することができることが理解されるべきである。ターゲット４１８は、検出器４３６に向けられる光の強度など、ソース４３０によって生成される信号の１つまたは複数の特性に影響を及ぼすために使用されることができる任意の材料または表面であることができる。例えば、ターゲット４１８は、ターゲット４１８がソース：検出器対に近接しているときに、より多くの光をソース４３０から検出器４３６に反射するツール４０４の外側表面の周りに配置される材料の反射性バンド（金属のバンドなど）であることができる。また、ターゲット４１８は、ターゲット４１８が異なる色である場合（すなわち、外表面４０５の一部を外表面４０５の残りの部分と異なる色に着色する、および／または、ツール４０４を様々な色の材料から作る）、外表面４０５がターゲット位置でより多くの光を吸収するように処理される場合（すなわち、白色および黒色、異なる色相などを含む、より明るいおよびより暗い色合い）、および／または、外表面４０５が、光を異なって拡散および／または分散させる様々なテクスチャを有し、それによって、検出器４３６が受け取る検出光信号（複数可）の強度に変動を生じさせる場合など、検出器４３６に導かれる光の強度を変化させる表面処理または材料であることができる。ターゲット４１８はまた、低強度の光を検出器４３６によって検出させることができ、一方、ターゲットの不在は、高強度の光を検出器４３６によって検出させることができることを理解されたい。
次に、図４Ｈおよび図４Ｉを参照すると、ツール認識アセンブリ４１０内のターゲットリーダの別の構成が示されている。図４Ｈおよび４Ｉに示される例において、ターゲットリーダは、ツールに関する存在、不在、位置、分類、または他の情報を検出するために（ソースなしの）検出器４３６を含むように実装される。この構成は、少なくとも、ターゲットリーダがソースを含まず、光信号４２０などのソース信号を供給しないという点で、前述のターゲットリーダとは異なる。この構成では、ツール４０４上のターゲット４１８は、光源などのソースであることができ、ターゲット４１８から放射する光信号４２０などのソース信号を供給することができる。ツール４０４は、検出器４３６に隣接して位置決めされることができ、ターゲット４１８（例えば、リン光などの光源または光学光源、離散ＬＥＤ、発光リング、離散光源からの光を拡散するリングなど）は、検出器４３６によって検出光信号４２２として受信されるソース光信号４２０を生成するように位置決めされる。検出器４３６で受信される検出光信号の強度は、導体４１４を介して、例えば、制御システムに通信することができる。ターゲット４１８が検出器４３６に近接する図４Ｈにおけるツール４０４の位置は、検出器４３６に、検出光信号４２２としてターゲット４１８からの高強度の光を検出させることができる。ターゲット４１８が検出器４３６に近接していない図４Ｉにおけるツール４０４の位置は、検出器４３６に、検出光信号４２２としてターゲット４１８からの低強度の光を検出させることができる。制御システム１１２内の１つまたは複数のプロセッサは、検出器４３６から通信される信号を使用して、ツール認識アセンブリ４１０内に取り付けられたツールの存在、不在、位置、および／または分類を決定することができる。
ツール４０４の位置および／または分類を識別するための適切な検出挿入シグネチャを構成する読み取り値を生成するために、１つまたは複数のターゲット４１８をツール４０４に含めることができる。複数のターゲット４１８を用いて、検出器４３６は、ツール４０４が、ツール認識アセンブリ４１０に挿入される際のターゲット４１８の不在および存在を検出することに対応する光強度のいくつかの変化（例えば、ターゲットの不在を示す図４Ｉにおける低強度、ターゲットの存在を示す図４Ｇにおける高強度、次に、ターゲットの不在を示す図４Ｉにおける低強度）を検出して、ツール４０４の固有の検出挿入シグネチャを生成することができる。再度、ツール４０４の検出挿入シグネチャを、既存のモデル挿入シグネチャと比較して、取り付けられているツール４０４のタイプを識別することができる。検出挿入シグネチャを生成するために、広範囲のターゲット４１８、ターゲット４１８の数、およびツール４０４に沿ったターゲット４１８の間隔を使用できることが理解されるべきである。光学ターゲットリーダおよび光学ターゲットのこの構成では、ターゲットは、検出器４３６に導かれることができる光源信号４２０を生成するために使用されることができる任意の材料または光源であることができる。例えば、ターゲット４１８は、リン光リング、リング内に配置された離散光源（例えば、ＬＥＤ）、ルミネッセンスリング、および／または離散光源（例えば、ＬＥＤ）からの光を拡散するリングであることができる。
また、光学ターゲットリーダおよび光学ターゲットは、本開示において提供される任意の他のタイプのターゲットリーダおよびターゲットとともに、および／または、それらの代替として使用され得ることも理解されるべきである。例えば、このバージョンおよび他のバージョンの光学ターゲットリーダおよび光学ターゲットは、ターゲットリーダおよびターゲットの電磁気的実施形態と共に使用することができる。
次に、図４Ｊを参照すると、ツール認識アセンブリ４１０の別のダイアグラム図が、種々のターゲットリーダおよびターゲット対とともに示されている。第１のターゲットリーダ：ターゲット対は、磁石４７４（例えば、電磁石）を含むターゲットによって生成される磁界４６６の近接を検出することができるホール効果センサ４６０を含むターゲットリーダを含むことができる。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられると、ホール効果センサ４６０は、いつ磁石４７４がホール効果センサ４６０からある距離内にあるかを検出することができる。第２のターゲットリーダ：ターゲット対は、ＲＦＩＤスキャナ４６２に対するある距離内でＲＦＩＤチップ４７６を含むターゲットの近接を検出することができるＲＦＩＤスキャナ４６２を含むターゲットリーダを含むことができる。ＲＦＩＤスキャナは、ＲＦＩＤチップ４７６からＩＤを読み取り、その情報を制御システム１１２に転送することができる無線周波数（ＲＦ）信号４７０を放射することができる。ＲＦＩＤターゲットリーダ：ターゲット対は、どのツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられているかを識別するのにより適し得るが、対はまた、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に完全に取り付けられているかどうかを決定するために使用することもできる。例えば、完全に挿入されたツールを示すモデル挿入シグネチャは、ＲＦＩＤ ＩＤを検出することを含むことができる。第３のターゲットリーダ：ターゲット対は、ターゲット４７８を光で照明し、反射光パターンを読み取ることによってターゲット４７８のバーコードを読み取ることができるバーコードスキャナ４６４を含むターゲットリーダを含むことができる。バーコードスキャナターゲットリーダ：ターゲット対は、どのツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられているかを識別するのにより適し得るが、対はまた、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に完全に取り付けられているかどうかを決定するために使用することもできる。例えば、完全に挿入されたツールを示すモデル挿入シグネチャは、バーコードを検出することを含むことができる。
次に、図５Ａ～５Ｓを参照すると、ツール認識アセンブリ４１０の構造および機能の全部または一部を含み得るツール認識アセンブリ５００の様々な構成が示される。ツール認識アセンブリ５００は、図４Ｊに記載されるような、１つまたは複数のターゲットリーダ：ターゲット対を組み込み得る。図５Ａ～５Ｓに示される構成の各々において、ツール４０４（例えば、イメージングツール、アブレーションツール、カテーテルなど）の構造および機能の全部または一部を含み得るツール５２０が、ツール認識アセンブリ５００によって感知される。また、図５Ａ～５Ｓは、複数のツール５２０を含むことができ、各ツール５２０は、各ツール５２０が受容部材５１６内に挿入されるとき、挿入シグネチャを生成する。
次に、図５Ａを参照すると、ツール認識アセンブリ５００は、ターゲット５２８を有するツール５２０を感知するための２つのターゲットリーダ５１０、５１４を含む。ターゲットリーダ５１０、５１４は、ターゲットリーダ４０６または４０７と実質的に類似し得、ターゲット５２８は、ターゲット４５６または４５７と実質的に類似し得る。ツール認識アセンブリ５００は、ツール５２０が受容部材５１６に完全に挿入されているか否かを検出するように構成され得る。
図５Ａの実施形態では、ツール５２０がツール認識アセンブリ５００の受容部材５１６内に完全に挿入されることを決定するためのモデル挿入シグネチャは、遠位ターゲットリーダ５１４からのターゲット検出のための陽性の読み取り値を含み、一方、近位ターゲットリーダ５１０は、ターゲット検出のための陰性の読み取り値を示す。上述のように、このようなモデル挿入シグネチャは、有利には、完全に挿入されたツール５２０の偽陽性の発生を制限し得る。図５Ａでは、ツール５２０は、ツール認識アセンブリ５００に完全に挿入されている。この点に関して、ターゲット５２８は、遠位ターゲットリーダ５１４と整列されている（または、少なくとも近接範囲内にある）。この位置では、遠位ターゲットリーダ５１４はターゲット５２８を検出することができるが、近位ターゲットリーダ５１０はターゲット５２８を検出することができない。ツール５２０は、ターゲットリーダ５１４によって検出不可能な材料から形成され得る。
ターゲット５２８は、ターゲットリーダ５１０、５１４とほぼ同じ寸法（例えば、長さ）を有するように示されているが、様々な代替実施形態では、ターゲット５２８が、ターゲットリーダ５１０、５１４よりも実質的に長いなどの異なる寸法を有することが有利であり得る。オプションで、ツール認識アセンブリ５００は、ターゲット５２８がターゲットリーダ５１０、５１４のうちの１つによって読み取られるときに、指示（indication）（例えば、可聴トーン、視覚プロンプト、触覚フィードバックなど）を提供するように構成され得る。この点に関し、短いターゲット５２８は、ターゲットリーダ５１０、５１４を迅速に通過することがあるので、ターゲット５２８がターゲットリーダ５１０、５１４と整列したことを制御システム１１２が認識し損なうことがある。対照的に、より長いターゲット５２８は、ターゲットリーダ５１０、５１４を通過するのにより長い時間を要することがあり、それにより、制御システム１１２が、ターゲットリーダ５１０、５１４がターゲット５２８を検出することの指示を受け取る可能性を増大させる。
ターゲット５２８は、例えば、７～６８ミリメートルの長さであり得、ターゲットリーダ５１０、５１４は、３～６０ミリメートルの距離だけ離間され得る。ターゲットリーダ５１０、５１４は、所与のターゲット５２８が両方のターゲットリーダ５１０、５１４によって一度に検出されることができないように、互いに十分な距離離間されることができる。例えば、ターゲットリーダ５１０、５１４が４ミリメートル離れたところからターゲット５２８を検出することができ（例として、図５Ｓの距離Ｌ３、Ｌ４を参照）、ターゲット５２８が１５ミリメートルの長さである場合、ターゲットリーダ５１０、５１４は、少なくとも２３ミリメートル離間し得る。同様に、ターゲット５２８が３０ミリメートルの長さであり、ターゲットリーダ５１０、５１４が４ミリメートル離れたところからターゲット５２８を検出することができる場合、ターゲットリーダ５１０、５１４は３８ミリメートル離間し得る。
図５Ｂ～図５Ｄは、ツール認識アセンブリ５００のさらなる実施形態を示し、必要に応じて、前に開示された同じ要素を表すために、繰り返し参照番号を付す。例えば、図５Ｂ、５Ｃ、および５Ｄは、３つのターゲットリーダ５１０、５１２、５１４を示し、図５Ａは、２つのターゲットリーダ５１０、５１４を示す。図５Ａおよび５Ｂは、１つのターゲット５２８を有し、図５Ｃは、２つのターゲット５２６、５２８を有し、図５Ｄは、２つのターゲット５２４、５２６を有する。従って、図５Ｂ～５Ｄの対応する要素に適用可能な図５Ａのこれらの要素の説明は、繰り返されない。
図５Ｂは、単一のターゲット５２８を有するツール５２０を感知するためのターゲットリーダ５１０、５１２、５１４を含むツール認識アセンブリ５００を示す。ツール認識アセンブリ５００が３つのターゲットリーダ５１０、５１２、５１４を含み、ツール５２０が単一のターゲット５２８を含む場合、複数の検出挿入シグネチャを生成し、ツール５２０が動作のために適切に挿入されている（例えば、受容部材５１６に完全に挿入されている）か否かを示すために使用することができる。１つの検出挿入シグネチャは、ターゲットリーダ５１４がターゲット５２８について陽性の検出読み取り値を示し、一方、ターゲットリーダ５１０、５１２が図５Ｂに示すようにターゲット５２８について陰性の検出読み取り値を示すとき、ツール５２０が適切に挿入されることを示すことができる。代替的に（図示せず）、ツール５２０が適切に挿入されることを示す検出挿入シグネチャは、ターゲット５２８がターゲットリーダ５１２と整列されたときに生成されることができる。ターゲットリーダ５１２は、ターゲット５２８について陽性の検出読み取り値を示し得、一方、ターゲットリーダ５１０、５１４は、ターゲット５２８について陰性の検出読み取り値を示す。上述のように、ターゲットリーダ５１０、５１２、５１４は、ターゲットリーダ５１０、５１２、５１４のうちの２つが同じターゲット５２８を同時に検出することを防ぐように、互いに十分な距離離間され得る。
図５Ｃは、２つのターゲット５２６、５２８を有するツール５２０を感知するための３つのターゲットリーダ５１０、５１２、５１４を含むツール認識アセンブリ５００を示す。検出挿入シグネチャは、ターゲットリーダ５１２、５１４がターゲット５２６、５２８それぞれについて陽性の検出読み取り値を示し、ターゲットリーダ５１０がターゲット５２６、５２８について陰性の検出読み取り値を示すときに、ツール５２０がツール認識アセンブリ５００内に完全に挿入されていることを示すために生成されることができる。上述のように、ターゲットリーダ５１０、５１２、５１４は、ターゲットリーダ５１０、５１２、５１４のうちの２つが同じターゲット５２６または５２８を同時に検出することを防ぐように、十分な距離を互いから離間され得る。
図５Ｄは、２つのターゲット５２４、５２８を有するツール５２０を感知するための３つのターゲットリーダ５１０、５１２、５１４を含むツール認識アセンブリ５００を示す。検出挿入シグネチャは、ターゲットリーダ５１０、５１４がターゲット５２４、５２８について陽性の検出読み取り値を示し、一方、ターゲットリーダ５１２がターゲット５２４、５２８について陰性の検出読み取り値を示すとき、ツール５２０がツール認識アセンブリ５００内に完全に挿入されていることを示すために生成されることができる。上述のように、ターゲットリーダ５１０、５１２、５１４は、２つのターゲットリーダ５１０、５１２、５１４が同じターゲット５２４または５２８を同時に検出することを防ぐように、十分な距離互いから離間され得る。
次に、図５Ｅ～５Ｊを参照すると、これらの図は、ツール認識アセンブリ５００に取り付けられているツール５２０の例示的な図式的取り付けシーケンスを示す。この例では、ツール認識アセンブリ５００は、２つのターゲットリーダ５１０、５１２を含み、ツールは、２つのターゲット５２６、５２８を含む。ターゲットリーダ５１０は、不在リーダＡと称され、ターゲットリーダ５１２は、存在リーダＰと称されることができる。図５Ｅ～５Ｊの各々は、ターゲットリーダ５１０、５１２の不在Ａおよび存在Ｐが、ターゲット５２６または５２８について陽性または陰性の検出読み取り値を有するかどうかを示す。例えば、図５Ｅは、ターゲット５２６および５２８を検出しなかったリーダ５１０および５１２の両方に対応する陰性検出読み取り値（Ａ＝０およびＰ＝０）を有する、不在Ａおよび存在Ｐターゲットリーダ５１０および５１２の両方を示す。図５Ｆは、Ａ＝１、およびＰ＝０を示し、これは、不在Ａターゲットリーダ５１０が、ターゲット（例えば、この場合、ターゲット５２８）の陽性の検出読み取り値を有し、存在Ｐターゲットリーダ５１２が、ターゲット５２６、５２８の陰性の検出読み取り値を有することを示す。不在Ａおよび存在Ｐターゲットリーダ５１０、５１２の論理状態を使用して、ツール５２０の不在、存在、位置、および／または分類を決定するために、後に参照および／または以前に保持されたモデル挿入シグネチャとの比較のために保持されることができる（例えば、ストレージに、文書で、図的記述で等）ツール５２０の検出挿入シグネチャを開発することができる。図５Ｅ～５Ｊの実施形態では、検出挿入シグネチャは、ターゲットリーダからの読み取り値の連続したセットなどの、読み取り値の様々な組み合わせを含み得る。ターゲットリーダからの読み取り値は、モデル挿入シグネチャと比較され得る。モデル挿入シグネチャは、ターゲットリーダの現在の論理状態に基づくマッチを識別するスタティックシグネチャであり得る、またはシグネチャマッチが登録される前に検出された読み取り値のセットにマッチしなければならない連続した読み取り値のセットに基づくマッチを識別する一連のモデルシグネチャであり得る。
図５Ｅは、ターゲット５２８がターゲットリーダ５１０にまだ到達していない位置（すなわち、Ａ＝０、Ｐ＝０）までツール認識アセンブリ５００内に挿入されているツール５２０を示す。ツール５２０が、ツール認識アセンブリ内に方向５５０（例えば、患者の方向）に引き続き挿入されると、ターゲット５２８は、図５Ｆに示すように、ターゲットリーダ５１０と整列するようになることができる。この位置では、不在Ａリーダは、陽性検出読み取り値を示す「１」であり、存在Ｐリーダは、陰性検出読み取り値を示す「０」（すなわち、Ａ＝１、Ｐ＝０）である。このポイントで、これまでに生成された読み取り値から得られた検出挿入シグネチャは、モデル挿入シグネチャと一致しない可能性があり、したがって、ツール５２０がツール認識アセンブリ５００に完全には取り付けられていないことを示す。したがって、ツール５２０の挿入を継続することができる。図５Ｇにおけるツール５２０の位置において、ターゲット５２６、５２８のいずれも、ターゲットリーダ５１０、５１２のいずれによっても検出されない。したがって、不在Ａリーダおよび不在Ｐリーダの両方は、陰性検出読み取り値（すなわち、Ａ＝０、Ｐ＝０）を示す「０」である。このポイントで、これまでに生成された読み取り値から得られた検出挿入シグネチャは、依然として、モデル挿入シグネチャと一致しない可能性があり、従って、ツール５２０がツール認識アセンブリ５００に完全に取り付けられていないことを引き続き示す。したがって、ツール５２０の挿入を継続することができる。
図５Ｈにおけるツール５２０の位置において、ターゲット５２６、５２８の両方が、それぞれのターゲットリーダ５１０、５１２によって検出される。したがって、不在Ａリーダ５１０および存在Ｐリーダ５１２の両方が、陽性検出読み取り値を示す「１」を読み取っている（すなわち、Ａ＝１、Ｐ＝１）。このポイントで、これまでに生成された読み取り値から得られた検出挿入シグネチャは、依然としてモデル挿入シグネチャと一致する可能性があり、従って、ツール５２０がツール認識アセンブリ５００に完全には取り付けられていないことを示し続ける。したがって、ツール５２０の挿入を継続することができる。図５Ｉのツール５２０の位置において、ターゲット５２６、５２８のいずれもが、ターゲットリーダ５１０、５１２のいずれによっても検出されない。したがって、不在Ａリーダおよび存在Ｐリーダの両方が、陰性検出読み取り値を示す「０」を読み取っている（すなわち、Ａ＝０、Ｐ＝０）。このポイントでは、これまでに生成された読み取り値から得られた検出挿入シグネチャは、モデル挿入シグネチャと一致しない可能性があり、したがって、ツール５２０がツール認識アセンブリ５００に完全に取り付けられていないことを示し続ける。したがって、ツール５２０の挿入を継続することができる。図５Ｊのツール５２０の位置において、不在Ａリーダは、陰性検出読み取り値を示す「０」を読み取り、存在Ｐリーダは、陽性検出読み取り値を示す「１」を読み取る（すなわち、Ａ＝０、Ｐ＝１）。このポイントで、これまでに生成された読み取り値からの検出挿入シグネチャがモデル挿入シグネチャと比較されることができる。５Ｊを通る読み取り値のシーケンスから得られた検出挿入シグネチャは、モデルの挿入シグネチャにおける読み取り値のシーケンスと一致すると決定されると、ツール５２０は、ツール認識アセンブリ５００に完全に取り付けられていると見なすことができる。従って、ツール認識アセンブリへの挿入を停止することができる。
これは、本開示の原理の単なる一例に過ぎず、リーダ５１０、５１２で生成された読み取り値から得られた検出挿入シグネチャを用いて、ツール５２０の不在、存在、位置、および／または分類を決定することができることを理解されるべきである。図５Ｅ～５Ｊに示されたシステムの例では、挿入シグネチャは、１）Ａ＝０、Ｐ＝０、２）Ａ＝１、Ｐ＝０、３）Ａ＝０、Ｐ＝０、４）Ａ＝１、Ｐ＝１、５）Ａ＝０、Ｐ＝１などの順番に記録された、不在Ａおよび存在Ｐリーダ５１０、５１２の状態として表すことができる。リーダ５１０、５１２における読み取り値のシーケンスを含むこの検出挿入シグネチャは、ツール認識アセンブリ５００内のツール５２０の位置を識別するおよび／またはツールを特定の器具タイプまたは特定の器具として識別するために、他のモデルの挿入シグネチャと比較することができる。検出挿入シグネチャの部分は、ツール５２０の不在（例えば、図５Ｅにおけるように、Ａ＝０、Ｐ＝０の場合）またはツール５２０の存在（例えば、図５Ｆ、５Ｈ、５Ｊにおけるように、Ａ＝１またはＰ＝１のいずれかの場合）を示すために使用されることができる。図５Ｅ～５Ｊにおいて１つのターゲットのみが使用される場合（例えば、ターゲット５２８が使用されなかった）、検出挿入シグネチャは、１）Ａ＝０、Ｐ＝０（図５Ｇだが、ターゲット５２８は使用されない）；２）Ａ＝１、Ｐ＝０（図５Ｈだが、ターゲット５２８は使用されない）；３）Ａ＝０、Ｐ＝０（図５Ｉだが、ターゲット５２８は使用されない）；４）Ａ＝０、Ｐ＝１（図５Ｊだが、ターゲット５２８は使用されない）として表すことができる。従って、リーダおよびターゲットの数のいくつかのバリエーション、ならびに隣接するリーダ間の長手方向の間隔および隣接するターゲット間の長手方向の間隔を使用することができることを理解すべきである。これらの因子の全ては、検出挿入シグネチャの多くのバリエーションに適合するように修正／同調／変更／調整することができる。
図５Ｋおよび５Ｌは、別の構成のターゲットリーダおよびターゲットを持つツール認識アセンブリ５００に取り付けられているツール５２０の別の例示的な概略的な取り付けシーケンスを示す。この例では、ツール認識アセンブリ５００は、２つのターゲットリーダ５１０、５１２を含み、ツール５２０は、１つの細長いターゲット５２８を含む。細長いターゲット５２８は、図５Ｌに示されるように、ターゲットリーダ５１０、５１２の間に及ぶ（span）のに十分な長さであることができ、その結果、不在Ａリーダおよび存在Ｐリーダは、同一のターゲット５２８を同時に検出し得、これは、固有の検出挿入シグネチャを生成するために使用されることができる。図５Ｋおよび５Ｌに示される検出挿入シグネチャは、１）Ａ＝１、Ｐ＝０、２）Ａ＝１、Ｐ＝１として表すことができる。検出挿入シグネチャがモデル挿入シグネチャに一致する場合、ツールは、完全にまたは適切に挿入されたものとして認識され得る。
次に、図５Ｍ～５Ｒを参照すると、これらの図は、ツール認識アセンブリ５００の様々な実施形態のダイアグラム図を示す。これらの図は、図４Ｃ～４Ｅに示される光学ターゲットリーダ４０６および光学ターゲット４５６などの光学ターゲットリーダおよび光学ターゲットを利用することができるシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）の構成を示す。これらの光学ターゲットリーダおよび光学ターゲット、ならびに図４Ｆ～４Ｇに示される光学ターゲットリーダおよび光学ターゲットなどの他の構成は、本開示のシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）実施形態のいずれかにおけるリーダ：ターゲットセットのいずれかと置き換えることができることを理解されたい。
図５Ｍは、２つの光学リーダ対：ターゲット対、および１つの非光学リーダ対：ターゲット対（例えば、ＲＦＩＤリーダ：ターゲット対、磁気リーダ：ターゲット対、電磁リーダ：ターゲット対など）を含む、ツール認識アセンブリ５００の概略図を示す。２つの光学リーダの光源５３０、５３２は、それぞれの光検出器５３６、５３８に向かって光信号を放射する。ターゲット５２４（開口であってもよい）が、ツール５２０を通って形成され、光学リーダによって検出されるように位置決めされると、光源５３０、５３２からのソース光信号の少なくとも一部は、ターゲットを通って光検出器５３６、５３８によって受信されることができる。光検出器５３６、５３８で受信された光信号は、ターゲットが光学リーダによって検出されないように位置決めされるときに対して、より高い強度を有することができる。ターゲット（例えば、開口）が不在の場合、限定された光信号が、光学検出器によって検出され得、これは、ターゲットがターゲットリーダによって検出されるように位置決めされたときに対して、低強度の検出器で受信される光信号を導くことができる。より高い強度の光検出は、ツール５２０の不在または開口（例えば、ターゲット５２４）の存在を示し、「０」の陰性読み取り値によって表すことができる。低強度光検出は、少なくともリーダ：ターゲット対の位置における、ツール５２０の存在を示し、「１」の陽性の読み取り値によって表すことができる。したがって、図５Ｍのシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）は、３つのターゲットリーダ（すなわち、２つの光源：検出器対５３０：５３６、５３２：５３８、１つの非光学リーダ５１４）、および２つのターゲット（すなわち、１つの開口ターゲット５２４、１つの非開口ターゲット５２８）を有するものと見ることができる。図５Ｍに示されるツール認識アセンブリ５００におけるツール５２０の現在の位置は、リーダ５３０：５３６＝「０」、リーダ５３２：５３８＝「１」、およびリーダ５１４＝「１」として、３つのリーダの状態を生じることができる。
同様に、図５Ｎのシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）は、２つのターゲットリーダ（すなわち、光源：検出器対５３０：５３６、５３２：５３８）、および１つのターゲット（開口５２８）を有するものとして見ることができる。図５Ｎに示されるツール認識アセンブリ５００におけるツール５２０の現在の位置は、リーダ５３２：５３８＝「１」、リーダ５３４：５４０＝「０」として、２つのリーダの状態を生じることができる。
同様に、図５Ｐのシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）は、３つのターゲットリーダ（すなわち、光源：検出器対５３０：５３６、５３２：５３８、５３４：５４０）と、２つのターゲット５２６、５２８（開口であり得る）とを有するものとして見ることができる。図５Ｐに示されるツール認識アセンブリ５００におけるツール５２０の現在の位置は、リーダ５３０：５３６＝「１」、リーダ５３２：５３８＝「０」、およびリーダ５３４：５４０＝「０」として、３つのリーダの状態を生じることができる。
同様に、図５Ｒのシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）は、３つのターゲットリーダ（すなわち、光源：検出器対５３０：５３６、５３２：５３８、５３４：５４０）と、２つのターゲット５２４、５２８（開口であり得る）とを有するものとして見ることができる。図５Ｒに示されるツール認識アセンブリ５００におけるツール５２０の現在の位置は、リーダ５３０：５３６＝「０」、リーダ５３２：５３８＝「１」、およびリーダ５３４：５４０＝「０」として、３つのリーダの状態を生じることができる。
図５Ｓは、２つのターゲットリーダ５１０、５１２および１つのターゲット５２６（アイテム５２６ａ～ｅは、１つのターゲット５２６の異なる位置である）を有するツール認識アセンブリ５００の概略図を示す。ツール５２０がツール認識アセンブリ５００を通って挿入されると、ターゲット５２６は様々な位置５２６ａ～５２６ｅを通って移動することができる。ターゲット５２６が第１のリーダ５１０に近づくと、ターゲット５２６がリーダ５１０からＬ１の距離内（例えば、位置５２６ａ）に来るまで、ターゲット５２６は第１のリーダ５１０によって検出可能ではない。第１のリーダ５１０までの距離Ｌ１内では、ターゲットは検出可能であり得るが、検出信号は、検出が有効であることを保証するのに十分に強力ではない場合がある。しかしながら、第１のリーダ５１０までの距離Ｌ３内で、ターゲット５２６の検出は、有効な検出として信頼されることができる（例えば、位置５２６ｂ）。ターゲット５２６がリーダ５１０を通過するとき、ターゲット５２６の検出は、ターゲット５２６がリーダ５１０からの距離Ｌ４を通過するまで、有効な検出として信頼されることができる。従って、ターゲット５２６距離Ｌ５内にとどまるときのターゲット５２６の検出は、有効な検出と見なすことができる。
距離Ｌ２は、リーダ５１０の長手方向長さを表す。したがって、距離Ｌ５は、距離Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を含み、リーダ５１０の検出ゾーンとして見ることができる。ターゲット５２６が距離Ｌ１だけ第１のリーダ５１０を通過すると（基本的に位置５２６ｄ）、ターゲット５２６は、第１のリーダ５１０によってもはや検出可能でない。距離Ｌ６は、ターゲット５２６を検出する際に、２つのリーダ５１０、５１２間の干渉を最小限にすることができる第１のリーダ５１０と第２のリーダ５１２との間の距離である。これらの距離は、例示的なものであり、図５Ｋおよび５Ｌに示される例示的なシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）のような、ターゲットが両方のリーダによって検出され得る他の例に対して異なることが可能であることが理解されるべきである。光学ターゲットリーダ（図４Ｃ～図４Ｅのような）の検出ゾーンは、ターゲット４１８（例えば、開口）の直径に加えて、ターゲット４１８（例えば、開口）の両側に短い距離Ｌ３、Ｌ４を加えたものとすることができ、これは、ターゲットリーダが、ターゲット４１８（例えば、開口）を通過するが、ターゲットリーダに直接当たらない間接光を検出する検出ゾーンの一部を表すことができる。ターゲットリーダが開口の真下にあるとき、光信号は、光学リーダに直接当たることができ、増大した強度の検出光を提供する。
距離Ｌ１は、例えば、４ｍｍ、５ｍｍ、または約４～５ｍｍの間の値であり得る。幾つかの実装形態では、距離Ｌ１はより大きくなり得、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、または約４ｍｍ～１０ｍｍの間の値を含む。距離Ｌ３およびＬ４は、例えば、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、または約２ｍｍ～４ｍｍの間の値であり得る。距離Ｌ２は、利用されるターゲットリーダに適した任意の距離とすることができる。いくつかの実施形態では、距離Ｌ２は、約３ｍｍ～６０ｍｍの範囲内にある。距離Ｌ２は、例えば、３ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、1２ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、および６０ｍｍであることができる。距離Ｌ５は距離Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の合計であるので、Ｌ５は約７ｍｍ～６８ｍｍの範囲であることができる。距離Ｌ５はまた、隣接するターゲット間の望ましい分離距離として見ることもできる。しかしながら、ターゲットは、距離Ｌ５よりも小さいまたは大きい距離だけ離すことができる。距離Ｌ６は、例えば、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、1２ｍｍ、1３ｍｍ、1４ｍｍ、１５ｍｍ、1６ｍｍ、1７ｍｍ、1８ｍｍ、１９ｍｍ、２０ｍｍ、または約９～２０ｍｍの値であり得る。距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、およびＬ６に対して指定された範囲から所望の寸法を選択することは、システムで使用されるターゲットリーダ（例えば、ツール認識アセンブリ５００）、リーダの強度および感度、リーダに供給される電流（例えば、強磁性材料を検出するインダクタまたは誘導コイル）、および周囲条件に依存し得る。従って、ルーチンの実験が、特定のシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）について、これらの距離に対する最良の寸法を決定するために使用されることができる。
次に、図６Ａを参照すると、リーダ：ターゲット対６００は、電磁ターゲットリーダ６０１（図４Ａに示されるターゲットリーダ４０６の一例であり得る）および強磁性ターゲット（図４Ａに示されるターゲット４５６の一例であり得る）を利用するように示される。ターゲットリーダ６０１は、コア６０４の周囲に配置されたコイル６０２を含むことができ、ツール認識アセンブリ６０８（例えば、ツール認識アセンブリ５００）に取り付けることができる。強磁性ターゲット６０６は、ツール４０４などのツールに沿って設置することができる。ツール４０４がツール認識アセンブリ６０８に挿入されると、強磁性ターゲット６０６を囲む磁場（図示せず）は、ターゲットリーダ６０１によって検出されることができる。コイル６０２は、例えば、約３～５ｍｍの長さであることができる。コア６０４は、強磁性材料などの誘導性材料を含むことができ、例えば、幅約５～６ｍｍ、高さ約４～５ｍｍ、長さ約６～７ｍｍであることができる。ここで使用されるとき、幅は、種々の図に示されるＸ軸に沿った寸法に対応し、高さは、種々の図に示されるＹ軸に沿った寸法に対応し、長さは、種々の図に示されるＺ軸に沿った寸法に対応する。
コイル６０２は、ターゲット６０６がコイル６０２からある距離内に配置されるときに起こり得るインダクタンスの変化を読み取ることによって、コイルからある距離内のターゲット６０６の近接を検出し得る。インダクタンスの変化を検出するために、ベースラインインダクタンスが確立される必要があり得る。例えば、リーダ：ターゲット対６００がツール認識アセンブリ４１０に実装される場合、ベースラインインダクタンスは、ベースラインリーダ４０８によって確立され得、このベースラインリーダ４０８は、空の環を読み取るように構成されたターゲットリーダ４０６を有し得る。ベースラインリーダは、温度変化、振動変化、患者の血液中の鉄、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）化合物、近傍の機械アセンブリ等を含む環境要因によって影響される環境インダクタンスを測定し得る。ベースラインインダクタンスは、一度確立され得る、または医療操作中に複数回確立され再確立されることができる。従って、ベースラインは、一度、またはツール認識アセンブリ４１０の電源がオンになる毎に、または規則的な間隔（例えば、毎分、毎時、毎日、毎週）で、または特定のイベントの発生後（例えば、各処置の後、ツール４０４の除去後）に、またはそれらの組み合わせに応答して、確立されることができる。インダクタンスの変化は、ベースラインインダクタンスに対して測定することができ、電流がコイル６０２を通過するときに測定することができる。ベースラインインダクタンスに対するインダクタンスのどのような変化が、ターゲット６０６の存在に対する陽性または陰性の読み取り値とみなされるかについて、閾値を設定することができる。
リーダ：ターゲット対６００は、リーダ：ターゲット対６００からの読み取り値を処理するように構成された制御システム１１２の１つまたは複数のプロセッサと通信し得る。例えば、１つまたは複数のプロセッサは、リーダ：ターゲット対６００から受信されるデータに基づいて、インダクタンスまたは磁界の変化を計算するように構成され得る。いくつかの実施形態では、センサのベースライン読み取り値（例えば、ベースラインインダクタンス）は、製造中に測定されて記憶され、その後、使用中にシステムによって参照されることができる。センサの予め記憶されたベースライン読み取り値を使用することにより、ベースラインコイルの必要性を排除する。
図６Ｂおよび図６Ｃは、リーダ：ターゲット対６００のさらなる実施形態を示す。図６Ｂは、リーダ：ターゲット対６１０を示す。ターゲットリーダ６１１は、コア６１４の周囲に配置されたコイル６１２を含む。ターゲット６１６は、ツール４０４などのツールに沿って取り付けることができる。ツール４０４がツール認識アセンブリ６１８に挿入されると、ターゲット６０６を囲む磁界（図示せず）は、ターゲットリーダ６１１によって検出されることができる。この例では、図６Ａのリーダ：ターゲット対６００と比較すると、コイル６１２はより広く、コア６１４はコア６０４よりも長い。特に、コア６１４は、幅が約８～９ｍｍ、高さが４～５ｍｍ、長さが１３～1４ｍｍであり得る。
同様に、図６Ｃは、リーダ：ターゲット対６２０を示す。ターゲットリーダ６２１は、コア６２４の周囲に配置されたコイル６２２を含む。ターゲット６２６は、ツール４０４などのツールに沿って取り付けることができる。ツール４０４がツール認識アセンブリ６２８に挿入されると、ターゲット６０６を囲む磁界（図示せず）は、ターゲットリーダ６２１によって検出されることができる。この例では、図６Ａのリーダ：ターゲット対６００と比較すると、コイル６２２およびコア６２４は、コイル６０２およびコア６０４よりも長くなり得る。特に、コア６２４は、幅が約５～６ｍｍ、高さが４～５ｍｍ、長さが１３～1４ｍｍであり得る。さらに、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに示される実施形態は、ツール認識アセンブリ（例えば、ツール認識アセンブリ６０８、６１８、６２８）の長さに平行なコア（例えば、コア６０４、６１４、６２４）を示す。しかし、コア（例えば、コア６０４、６１４、６２４）およびツール認識アセンブリ（例えば、ツール認識アセンブリ６０８、６１８、６２８）は、コアエンドポイント（core endpoints）が図４Ｅに示されるような形状が類似するツール認識アセンブリの両側にあるように、互いに直交するように構成することができる。
図６Ｄは、例示的なリーダ：ターゲット対の性能を示す。グラフ６３０は、銅コイル、半インチ長の強磁性コア、および強磁性ターゲットを含むリーダ：ターゲットについての距離に対するインダクタンスのパーセント変化をミリメートルで示す。グラフ６３０から分かるように、インダクタンスの変化は、ターゲットがコイル－コア配置のある距離（例えば、４ミリメートル）内で移動すると、劇的にスパイクする（spikes）。ターゲットの存在についての陽性読み取り値の閾値は、ターゲットがコイル－コア配置、例えばターゲットリーダ４０６から４ミリメートルの距離内にあることと一致するインダクタンスの変化として確立されることができる。
次に、図７Ａを参照すると、リーダ：ターゲット対７００が説明される。リーダ：ターゲット対７００は、コアがコイルを囲むシェル型であるリーダを含む。例えば、リーダ：ターゲット対７００のリーダは、コア７０２またはコイル７０４の周囲に配置された強磁性シールドを含む。コイル７０４は、ターゲットリーダ４０６とも呼ぶことができる。リーダ：ターゲット対７００は、さらに、ツール受容アセンブリ７０８に挿入されるターゲット７０６を有する。ターゲット７０６は、ツール４０４上に配置され得る。コイル７０４は、約３～５ミリメートルの長さであり得、コア７０２は、約１３ミリメートルの長さの強磁性材料を含み得る。コイル７０４は、インダクタンスの変化を感知することによって、ターゲット７０６の存在を検出し得る。図７Ｂは、銅製ソレノイドコイル７０４、強磁性コア７０２、および強磁性ターゲット７０６を特徴とする複数のリーダ：ターゲット対の性能情報を含む表７１０を示す。表７１０は、コア長、電流、インダクタンス、インダクタンス変化、コア外径、およびターゲット（ＣＬ）までの距離に対するカラムを含む。この表は、ターゲットまでの合理的な距離（例えば、２．５ｍｍおよび４.５ｍｍ）内でターゲット７０６を検出するコイル７０４の能力を示す。また、表７１０は、コアの長さ、コアに印加される電流、ターゲット７０６の外径、およびターゲット７０６のコイル７０４（すなわち、リーダ）までの距離におけるいくつかの変化が、検出されるインダクタンスの変化にどのように影響し得るかを示す。
次に、図８Ａ～８Ｆを参照すると、ある長さ（例えば、４０ｍｍ、５０ｍｍ、または６０ｍｍの長さ）の細長いターゲットを有することが望ましい。上述のように、細長いターゲット（例えば、図５Ｋおよび５Ｌのターゲット５２８）は、２つの分離されたリーダによって単一のターゲットを同時に検出するように設計されたアルゴリズムに使用されることができる。しかしながら、これらの細長いターゲットには、使用中に細長いターゲットへの損傷を最小限にするためにある程度の柔軟性を提供しながら、所望の長さおよび直径を有する中空の円筒ターゲットを製造するような、いくつかの課題が生じる。
図８Ａを参照すると、所望の長さがおそらく６０ｍｍの中空円筒ターゲット８００を製造することは、短い長さのターゲットセクション（例えば、チューブセクション、半円筒セクション、または他の任意の適切な形状のセクション）を製造し、短いセクションを互いに接合して、細長いターゲット８００を形成することによって行われることができる。例えば、２つの長さ３０ｍｍのターゲットセクション８１０は、別々に製造され、次いで、それらの端部で互いに結合されることができる。図８Ａは、細長いターゲット８００を形成するために、第２のターゲットセクション８１０の端部８２０に接合された第１のターゲットセクション８１０の端部８３０を示す。一緒に接合されることに加えて、一端（例えば、端部８３０）は、四角形の端部８２０、８３０を接合することよりもさらに強いジョイントを提供する嵌合機能（mating feature）を有する別の端部（例えば、８２０）を受容するように構成されることができる。ターゲット８００の他の長さは、種々の長さのターゲット部分を作り、それらを端と端を接合して、細長いターゲット８００を生成することによって製造することができる。従って、細長いターゲット８００は、細長いターゲット８００の所望の全長を達成するために、様々な長さの２つ以上のターゲットセクションを含むことができる。
図８Ｂを参照すると、ターゲットセクション８１０が、端部８２０および８３０とともに示される。１つのターゲットセクション８１０の端部８２０は、別のターゲットセクション８１０の端部８３０と嵌合するように構成される。ターゲットセクション８１０の内径Ｄ１は、端部８３０の近傍を除いて、ターゲットセクション８１０の長さにわたって概ね一定である。端部８２０からの長さＬ７において、外径は、端部８２０に向かって徐々に減少することができ、角度Ａ１を有するテーパ付き外径を形成する（図８Ｃ参照）。さらに、端部８３０からの長さＬ８において、内径は、端部８３０に向かって徐々に増加することができ、角度Ａ１を有するテーパ付き内径を形成する（図８Ｄ参照）。端部８２０のテーパ付き外径は、端部８３０のテーパ付き内径と嵌合することができる。第１のターゲットセクション８１０の端部８２０を第２のターゲットセクション８１０の端部８３０に挿入し、嵌合した端部を互いに接合することによって、細長いターゲット８００を形成することができ、これは、処置中に細長いターゲット８００に作用する曲げ力によって引き起こされる損傷に対する抵抗を増大させることができる。テーパ付き端部は、嵌合セクション８１０の結合ジョイントの強度を増大させる。
図８Ｅを参照すると、ツール４０４の周囲に金属ワイヤを巻くことによって、細長いターゲット８４０を形成することができる。コイルワイヤは、ばねのような付勢部材、又は非付勢部材であり得る。コイルワイヤは、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられる際に、ターゲット８４０またはツール４０４への損傷を防止する助けとなることができる、ターゲット８４０に対する柔軟性を提供することができる。柔軟性により、ツール認識アセンブリ４１０と共にツール４０４を使用することに重大な影響を及ぼすことなく、ターゲット８４０を６０ｍｍまでの長さまたはより長い長さにすることができる。円筒形チューブと比較して、コイル状ターゲット８４０は、より剛性が低くなり得、ツールシャフトとターゲットとの間の移行部においてツール４０４をねじれさせる（kink）可能性が低くなり得る。
図８Ｆを参照すると、別の可撓性の細長いターゲットは、チューブ８５２を所望の長さ（すなわち、３０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍなど）で取り出し、チューブ８５２の外面の周囲に螺旋状に延びる溝８５４を切り、細長いターゲット８５０の可撓性を高めることによって作製することができる。チューブ８５２は、金属、プラスチック、または任意の他の適切な材料であり得る。この場合も同様に、可撓性は、ツール認識アセンブリ４１０と共にツール４０４の使用に著しい影響を与えることなく、ターゲット８５０が６０ｍｍまでの長さまたはより長い長さにすることを可能にすることできる。螺旋状溝の隣接ループ間の間隔を変化させることができることに留意されたい。細長いターゲット８５０は、ツール認識アセンブリへの設置および患者Ｐの解剖学的構造への挿入をサポートするのに十分な柔軟性を提供することができ、ターゲットリーダ４０６によるターゲット８５０の検出を向上させることができるより多くの材料を提供することができる。
次に、図９を参照すると、方法９００は、ツール認識アセンブリ４１０の１つまたは複数の要素を使用する制御システム（例えば、制御システム１１２）によって実行され得、手術環境３００および／または遠隔操作医療システム１００において実行され得る。方法９００は、プロセス９０２～９１０のセットとして示される。図示されたプロセス９０２～９１０の全てが、方法９００の全ての実施において実行されることは、要件ではない。さらに、図９に明示的に示されていない追加のプロセスが、プロセス９０２～９１０の前に、後に、間に、またはその一部として含まれ得る。ある場合には、例示されたプロセスのうちの１つまたは複数は、少なくとも部分的に、１つまたは複数のプロセッサによって実行されたときに１つまたは複数のプロセッサにプロセスの１つまたは複数を実行させることができる、非一時的、有形、機械可読媒体上に記憶された実行可能なコードの形態で実装され得る。
プロセス９０２において、ツール認識アセンブリ４１０などのツール認識アセンブリは、１つまたは複数のターゲットリーダについてのベースラインセンサデータ読み取り値を検出または計算することができる。ベースラインセンサデータ読み取り値は、空であるベースラインリーダの検出ゾーンについてのセンサデータ読み取り値を得ることができる専用のベースラインターゲットリーダからの読み取り値に基づいて計算することができる。ベースラインリーダは、ベースラインリーダを提供するために専用にすることができるので、ベースラインリーダの検出ゾーンは、ツール認識アセンブリ４１０の動作を通して空のままであり得る。ベースラインセンサデータ読み取り値はまた、空である（例えば、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられていないとき）リーダの検出ゾーンについてのセンサデータ読み取り値を得ることができるターゲットリーダのうちの１つからの読み取り値に基づいて計算することもできる。このプロセスはオプションであり得る。
プロセス９０４において、器具が挿入アセンブリ内に受け入れられる。例えば、ツール４０４をツール認識アセンブリ４１０に受け入れることができる。プロセス９０６において、制御システム１１２は、１つまたは複数のターゲットリーダについてのセンサデータ読み取り値をベースラインセンサデータ読み取り値と比較することができる。比較は、ベースラインセンサデータ値からのセンサデータ値の変化を計算するために使用することができる。プロセス９０８において、制御システム１１２は、ベースラインセンサデータからのセンサデータの変化に基づいて、例えば、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に存在するか否か、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に完全に取り付けられているか否か、および／または器具の分類（例えば、医療用プローブ、内視鏡カメラ、カテーテルなど）を決定することができる。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられているとき、１つまたは複数のリーダのセンサデータの変化は、ツール４０４の検出挿入シグネチャとしてログに記録されることができる。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられる場合、ログに記録された検出挿入シグネチャは、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に完全に取り付けられているかどうかを決定するために、１つまたは複数の予め確立されたモデル挿入シグネチャと比較されることができる。また、前述のように、ログに記録された検出挿入シグネチャは、ツール４０４の分類（例えば、ツール４０４のタイプ、特定のツール４０４など）を決定するために、１つまたは複数の予め確立されたモデル挿入シグネチャと比較されることもできる。
プロセス９１０において、制御システム１１２は、ログに記録された検出挿入シグネチャと１つまたは複数の予め確立されたモデル挿入シグネチャとの比較に基づいて、操作モードを決定または選択することができる。例えば、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に完全に取り付けられている場合、操作の１つのモードを開始することができる（例えば、ツール４０４およびカテーテルを前進させる操作を続行するなど）。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に完全に取り付けられていない場合、操作の別のモードが開始され得る（例えば、ツール４０４を完全に取り付ける）。さらに、検出挿入シグネチャとモデル挿入シグネチャとの比較によって決定されるツール４０４のタイプに応じて、操作の別のモードを開始することができる（例えば、ツール４０４の患者の解剖学的構造への挿入速度を制限する、光源を調光する、カテーテルの柔軟性を制限する、カテーテルの柔軟性を増加させる、カテーテルに対する調整を行う速度を制限する、画像収集などの特定の機能を無効にする／可能にする）。ツール認識アセンブリ４１０に完全に挿入されるツール４０４に応じて、異なる機能が有効または無効にされ得る。
次に、図１０Ａ～１０Ｃを参照すると、複数の検出挿入シグネチャ１０００を表す表が提供され、各表は検出挿入シグネチャ１０００を表す。各検出挿入シグネチャ１０００は、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられるときに生じる一連のイベント（または条件）を有するアルゴリズムとして説明することができる。これらのイベントは、ターゲットリーダがリーダの検出ゾーン内のターゲットの存在又は不在を検出するときに発生する。ターゲットの存在（「１」）または不在（「０」）の検出は、種々の手段、例えば、図４Ａ～４Ｊおよび図５Ａ～５Ｓに関して上述したような手段によって決定することができる。これらのイベントには、信号強度（または強度）、信号持続時間、信号の変化率（rate of change）、信号強度の複数の閾値、検出信号の勾配、インダクタンス測定比、および／またはインダクタンス測定信号の他の微分値（derivatives）が含まれることができる。従って、表１００２～１０１８における存在（「１」）および不在（「０」）インジケータは、本開示に記載される手段のいずれかによって決定することができる。これらのイベントをシーケンスで（例えば、時系列的に）ログに記録することによって、検出挿入シグネチャ（読み取り値のあるシーケンスを含む）を確立し、次いで、１つまたは複数の予め確立されたモデル挿入シグネチャと比較することができる。表１００２～１０１８は、ツール認識アセンブリ５００を対象にし、ツール認識アセンブリ４１０は、図５Ｅ～５Ｌに示されるシステム（例えば、ツール認識アセンブリ５００）と同様に、２つの検出器（例えば、１つの不在Ａターゲットリーダ５１０、および１つの存在Ｐターゲットリーダ５１２）を含むことができ、１つまたは２つのターゲット（例えば、ターゲット５２６、５２８）を含むツール４０４を受容することができる。
本明細書で使用されるとき、ターゲットがターゲットリーダによって「検出される」場合またはターゲットリーダがターゲットを「検出する」場合、これは、ターゲットが、ターゲットの検出ゾーン内に位置することを示す。本明細書で使用されるとき、ターゲットリーダの「検出ゾーン」は、ツール認識アセンブリ４１０に沿った長手方向の距離として定義され、この中で、ターゲットリーダへのターゲットの近接度に基づいて変化するパラメータを検出し、パラメータの値が所定の閾値を上回るか下回るかを決定することによって、ターゲットの検出は決定される。例えば、電磁リーダ／ターゲットセットについて、パラメータは、インダクタンス変化であり得、所定の閾値は、それを上回るとターゲットが検出ゾーン内で「検出された」と考えられるインダクタンス変化であることができる。複数のリーダの検出ゾーンは、互いから分離されるだけでなく、互いに重複し得ることが理解されるべきである。別の例として、光学リーダ：ターゲット対については、パラメータは光強度であることができ、所定の閾値は、それを上回るとターゲットが検出されていると考えられる光強度であることができ、または所定の閾値は、それを下回るとターゲットが検出されていると考えられる光強度であることができる（例えば、器具が白の色合いのように明るい色であり、ターゲットが暗い色、例えば、黒である場合）。他の閾値は、例えば、閾値が、ＲＦＩＤが読取可能である場合のみであるスキャンされるＲＦＩＤからの返されたＲＦ信号のような、他のリーダ：ターゲットセットタイプに使用することができる。
各テーブルは、テーブルによって記述されるアルゴリズムを指定するアルゴリズム番号（例えば、１－１１）、各ターゲットリーダの検出ゾーン内のターゲットの存在または不在の検出を示すアルゴリズムシーケンス番号（例えば、１．１、１．２、１．３など）を含む。「０」は、その特定のターゲットリーダの検出ゾーン内のターゲットの不在を示し、「１」は、検出ゾーン内のターゲットの存在を示す。検出ゾーン内のターゲットの不在（すなわち「０」）は、ターゲットリーダが、所定の閾値を下回る特定の信号（例えば、光信号、電磁信号、ＲＦスキャン信号、磁束信号など）の値を検出するときに決定されることができる。検出ゾーン内のターゲットの存在（すなわち、「１」）は、ターゲットリーダが、所定の閾値を上回るかまたは下回るおよび／またはベースライン測定と比較した測定の比内の特定の信号（例えば、光信号、電磁信号、ＲＦスキャン信号、磁束信号など）の値を検出するときに決定されることができる。しかし、バーコードリーダ：ターゲット対の例では、バーコードリーダによって検出されるパターンが有効なバーコードであるときまたはそうでないとき、ターゲット（バーコード）の存在または不在が決定されることができる。表中に“Ｎ／Ａ"が使用されている場合、これは特定のターゲット（またはリーダ）がアルゴリズムで使用されておらず、そのシーケンスイベントの検出情報を提供しないことを示す。
また、各表は、「ストライプ」が検出されるか否かを示す。本明細書で使用されるとき、「ストライプ」は、基準点またはフレームとして役立つことができるカテーテル（例えば、図４Ｂの４５０）などの医療器具の内面に含まれる長手方向マーキングをいう。ツール４０４がカテーテル内に取り付けられると、ツール４０４の遠位端部４１３のカメラは、ツール４０４がカテーテル内に完全に取り付けられる前に、カテーテル内から画像を収集することができる。長手方向マーキングは、カテーテルの内側表面上に見え、カテーテルの内側表面の残りの部分と区別可能な任意の特徴であることができる。また、長手方向マーキングは、内面周りの全周距離と比較すると、内面の小さな周方向距離を占めることができる。従って、長手方向マーキングは、カテーテルの内面のかなりの部分に沿って延びる長手方向ストライプを形成することができる。
図１１を参照すると、カテーテル内からの代表的な画像が示されている。ツール４０４の取り付け中に、カテーテル１０１２内から画像１１００を収集することによって、ツール４０４が、画像１１００内の長手方向マーキング１０１０を見ることによって、カテーテル１０１２内に少なくとも部分的に取り付けられていることを確認することができる。ツール４０４が少なくとも部分的にカテーテルに取り付けられていることを決定した後、ツール４０４がカテーテル（またはツール認識アセンブリ４１０）にいつ完全に取り付けられているかを確認するために、リーダ：ターゲット対を使用することができる。ストライプ検出は必要とされず、検出挿入シグネチャを確立する際の単なるオプションであることが理解されるべきである。リーダ：ターゲット対は、ツール４０４の完全な取り付けを確認し、ツール４０４の分類のようなツール４０４の他の特性を示すことができる。
表１００２は、シーケンス１．１～１．３を含むアルゴリズム１を記述する。アルゴリズム１は、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、およびツール４０４の近位部分におけるターゲット５２６を含む。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられると、リーダ５１０、５１２は、表１００２に示されるように、検出挿入シグネチャを構成するイベントシーケンスを検出することができる。シーケンスイベント１．１は、どちらのリーダもターゲット５２６を検出しないことを示す。シーケンスイベント１．２は、不在リーダ５１０がターゲット５２６を検出し、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２６を検出しないことを示す。シーケンスイベント１．３は、不在リーダ５１０がターゲット５２６を検出せず、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２６を検出することを示す。
表１００４は、シーケンス２．１～２．３を含むアルゴリズム２を記述する。アルゴリズム２は、ストライプ検出、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、およびツール４０４の近位部分におけるターゲット５２６を含む。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられると、ツール４０４の端部のカメラは、カテーテルの内側の画像をキャプチャすることができる。キャプチャされた画像（複数可）を見ることによって、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に少なくとも部分的に取り付けられていることを確認することができる。ストライプが検出された後、リーダは、ツール４０４がアセンブリ４１０に取り付けられているときに、表１００４に示されるシーケンスを検出することができる。表１００４（すなわち、アルゴリズム２）は、ストライプ検出イベントが追加されたことを除いて、表１００２（すなわち、アルゴリズム１）と同様である。シーケンスイベント２．１は、ストライプが検出され、いずれのリーダもターゲット５２６を検出しないことを示す。シーケンスイベント２．２は、不在リーダ５１０がターゲット５２６を検出し、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２６を検出しないことを示す。シーケンスイベント２．３は、不在リーダ５１０がターゲット５２６を検出せず、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２６を検出することを示す。
表１００６は、シーケンス３．１～３．４を含むアルゴリズム３を記述する。アルゴリズム３は、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、およびツール４０４の近位部分近くのターゲット５２８を含む。リーダが、アルゴリズム１のリーダと同じツール認識アセンブリ４１０内の位置に配置されている場合、ターゲットは、近位部分の近くにあるが、近位部分にはないため、ツール４０４が完全に取り付けられるときに、ターゲットは、両方のリーダを通過し得る。ツール４０４がアセンブリ４１０に取り付けられると、リーダ５１０、５１２は、表１００６に示されるシーケンスを検出することができる。シーケンスイベント３．１は、いずれのリーダ５１０、５１２もターゲット５２８を検出しないことを示す。シーケンスイベント３．２は、不在リーダ５１０がターゲット５２８を検出し、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２８を検出しないことを示す。シーケンスイベント３．３は、不在リーダ５１０がターゲット５２８を検出せず、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２８を検出することを示す。シーケンスイベント３．４は、いずれのリーダ５１０、５１２もターゲット５２８を検出しないことを示す。
表１００８は、シーケンス４．１～４．５を含むアルゴリズム４を記述する。アルゴリズム４は、不在リーダ５１０、不在リーダ５１２、ツール４０４の近位部分のターゲット５２６、およびツール４０４の近位部分の近くであるが近位部分から離間しているターゲット５２８を含む。この例では、ターゲット５２６、５２８間の間隔は、リーダ５１０、５１２間の間隔よりも小さい。したがって、ターゲット５２８、５２６は、いずれかのターゲット５２６、５２８が存在リーダ５１２の検出ゾーンに入る前に、不在リーダ５１０の検出ゾーンを通過することができる。シーケンスイベント４．１は、いずれのリーダ５１０、５１２も、ターゲット５２６、５２８のいずれかを検出しないことを示す。シーケンスイベント４．２は、不在リーダ５１０がターゲット５２８を検出するが、ターゲット５２６を検出せず、一方、存在リーダ５１２は、いずれのターゲット５２６、５２８も検出しないことを示す。これは、近位端部に近いターゲット５２８が、ツール４０４がアセンブリ４１０内に取り付けられるとき、最初に不在リーダ５１０に到達することができるため、この例では予想される。ツール４０４がアセンブリ４１０にさらに取り付けられると、ターゲット５２８は、不在リーダ５１０を通過することができ、ターゲット５２６は、不在リーダ５１０の検出ゾーンに次に入ることができる。したがって、シーケンスイベント４．３は、不在リーダ５１０がターゲット５２６を検出するがターゲット５２８を検出せず、一方、存在リーダ５１２は、ターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを続けることを示す。シーケンスイベント４．４は、存在リーダ５１２がターゲット５２８を検出するが、ターゲット５２６を検出せず、一方、不在リーダ５１０は、ターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。シーケンスイベント４．５は、不在リーダ５１０がターゲット５２６、５２８のいずれも検出せず、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２６を検出するが、ターゲット５２８は検出しないことを示す。
表１０１０は、シーケンス５．１～５．５を含むアルゴリズム５を記述する。アルゴリズム５は、ストライプ検出、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、ツール４０４の近位部分のターゲット５２６、およびツール４０４の近位部分の近くであるが近位部分から離間されているターゲット５２８を含む。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられると、ツール４０４の端部のカメラは、カテーテルの内側の画像をキャプチャすることができる。キャプチャされた画像（複数可）を見ることは、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に少なくとも部分的に取り付けられていることの確認を提供することができる。ストライプが検出された後、リーダは、ツール４０４がアセンブリ４１０に取り付けられているときに、表１０１０に示されているシーケンスを検出することができる。表１０１０（すなわち、アルゴリズム５）は、ストライプ検出イベントが追加されたことを除いて、表１００８（すなわち、アルゴリズム４）と同様である。シーケンスイベント５．１は、ストライプが検出され、いずれのリーダ５１０、５１２もターゲット５２６、５２８のいずれかを検出しないことを示す。残りのシーケンス５．２～５．５は、アルゴリズム４のシーケンス４．２～４．５と同じであり、その説明は上に示されている。
次に、図１０Ｂを参照すると、表１０１２は、シーケンス６．１～６．４を含むアルゴリズム６を記述する。アルゴリズム６は、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、およびツール４０４の近位部分の細長いターゲット５２６を含む。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられると、リーダ５１０、５１２は、表１００２に示すように、読み取り値のシーケンスを検出することができる。細長いターゲット５２６は、リーダ５１０、５１２の両方の検出ゾーン内に延びるのに十分な長さである。シーケンスイベント６．１は、いずれのリーダも、細長いターゲット５２６を検出しないことを示す。シーケンスイベント６．２は、不在リーダ５１０が細長いターゲット５２６を検出し、一方、存在リーダ５１２は細長いターゲット５２６を検出しないことを示す。シーケンスイベント６．３は、両方のリーダ５１０、５１２が、細長いターゲット５２６を検出することを示す。シーケンスイベント６．４は、不在リーダ５１０が細長いターゲット５２６を検出せず、一方、存在リーダ５１２は細長いターゲット５２６を検出することを示す。
表１０１４は、シーケンス７．１～７．５を含むアルゴリズム７を記述する。アルゴリズム７は、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、およびツール４０４の近位部分近くの細長いターゲット５２８を含む。リーダが、アルゴリズム６におけるリーダと同じツール認識アセンブリ４１０内の位置に位置する場合、ターゲットは近位部分の近くにあるが、近位部分にはないため、ツール４０４が完全に取り付けられたときにターゲットは両方のリーダを通過し得る。ツール４０４がアセンブリ４１０に取り付けられると、リーダ５１０、５１２は、表１０１４に示されるシーケンスを検出することができる。シーケンスイベント７．１は、リーダ５１０、５１２のいずれも、細長いターゲット５２８を検出しないことを示す。シーケンスイベント７．２は、不在リーダ５１０が細長いターゲット５２８を検出し、一方、存在リーダ５１２は細長いターゲット５２８を検出しないことを示す。シーケンスイベント７．３は、両方のリーダ５１０、５１２が、細長いターゲット５２８を検出することを示す。シーケンスイベント７．４は、不在リーダ５１０が細長いターゲット５２８を検出せず、一方、存在リーダ５１２は細長いターゲット５２８を検出することを示す。シーケンスイベント７．５は、いずれのリーダ５１０、５１２も、細長いターゲット５２８を検出しないことを示す。
表１０１６は、シーケンス８．１～８．７を含むアルゴリズム８を記述する。アルゴリズム８は、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、ツール４０４の近位部分の細長いターゲット５２６、およびツール４０４の近位部分の近くにあるが近位部分から離間された細長いターゲット５２８を含む。シーケンスイベント８．１は、リーダ５１０、５１２が、細長いターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。シーケンスイベント８．２は、不在リーダ５１０が、細長いターゲット５２８を検出するが、細長いターゲット５２６を検出せず、一方、存在リーダ５１２は、細長いターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。これは、近位部分近くの細長いターゲット５２８が、ツール４０４がアセンブリ４１０内に取り付けられるとき、最初に不在リーダ５１０に到達することができるため、この例では予想される。ツール４０４がアセンブリ４１０内にさらに取り付けられると、細長いターゲット５２８は、存在リーダ５１２の検出ゾーン内に延びることができ、一方、細長いターゲット５２８の一部は、不在リーダ５１０の検出ゾーン内に留まる。したがって、シーケンスイベント８．３は、両方のリーダ５１０、５１２が細長いターゲット５２８を検出するが、いずれのリーダ５１０、５１２も細長いターゲット５２６を検出しないことを示す。
シーケンスイベント８．４は、不在リーダ５１０は、もはや、細長いターゲット５２８を検出しないが、存在リーダは、細長いターゲット５２８を検出し、一方、いずれのリーダ５１０、５１２も、細長いターゲット５２６を検出しないことを示す。この例では、細長いターゲット５２６、５２８間の間隔は、リーダ５１０、５１２間の間隔よりも大きい。したがって、細長いターゲット５２８は、細長いターゲット５２６が不在リーダ５１０の検出ゾーンに入る前に、存在リーダ５１２の検出ゾーンを通過することができる。シーケンスイベント８．５は、不在リーダ５１０は、細長いターゲット５２６を検出するが、細長いターゲット５２８を検出せず、一方、リーダ５１０、５１２はいずれも、細長いターゲット５２８を検出しないことを示す。ツール４０４がアセンブリ４１０内にさらに取り付けられると、細長いターゲット５２６は、存在リーダ５１２の検出ゾーン内に延びることができ、一方、細長いターゲット５２６の一部は、不在リーダ５１０の検出ゾーン内に留まる。したがって、シーケンスイベント８．６は、両方のリーダが細長いターゲット５２６を検出し、一方、いずれのリーダ５１０、５１２も細長いターゲット５２８を検出しないことを示す。シーケンスイベント８．７は、不在リーダ５１０が、細長いターゲット５２６、５２８のいずれをも検出せず、一方、存在リーダ５１２は、細長いターゲット５２６を検出するが、細長いターゲット５２８を検出しないことを示す。
表１０１８は、シーケンス９．１～９．７を含むアルゴリズム９を記述する。アルゴリズム８は、ストライプ検出、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、ツール４０４の近位部分における細長いターゲット５２６、およびツール４０４の近位部分の近くにあるが近位部分から離間された細長いターゲット５２８を含む。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられると、ツール４０４の端部のカメラは、カテーテルの内側の画像をキャプチャすることができる。キャプチャされた画像（複数可）を見ることは、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に少なくとも部分的に取り付けられていることの確認を提供することができる。ストライプが検出された後、リーダは、ツール４０４がアセンブリ４１０に取り付けられているときに、表１０１６に示されているシーケンスを検出することができる。表１０１８（すなわち、アルゴリズム９）は、ストライプ検出イベントが追加されたことを除いて、表１０１６（すなわち、アルゴリズム８）と同様である。シーケンスイベント９．１は、ストライプが検出され、リーダ５１０、５１２が細長いターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。残りのシーケンス９．２～９．７は、アルゴリズム８のシーケンス８．２～８．７と同じである。
次に、図１０Ｃを参照すると、表１０２０は、シーケンス１０．１～１０．６を含むアルゴリズム１０を記述する。アルゴリズム１０は、不在リーダ５１０、不在リーダ５１２、ツール４０４の近位部分のターゲット５２６、およびツール４０４の近位部分の近くであるが近位部分から離間しているターゲット５２８を含む。このアルゴリズムは、図５Ｅ～５Ｊを参照して上述した検出挿入シグネチャをキャプチャする。シーケンスイベント１０．１は、リーダ５１０、５１２がターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。シーケンスイベント１０．２は、不在リーダ５１０がターゲット５２８を検出するが、ターゲット５２６を検出せず、一方、存在リーダ５１２は、ターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。シーケンスイベント１０．３は、リーダ５１０、５１２が再び、ターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。この例では、リーダ５１０、５１２間の間隔は、ターゲット５２６、５２８間の間隔と同様である。従って、ターゲット５２６、５２８は、それぞれ、不在リーダ５１０、５１２の検出ゾーン内に位置することができる。従って、ツール４０４がアセンブリ４１０にさらに取り付けられると、ターゲット５２８は、存在リーダ５１２の検出ゾーンに入ることができ、一方、ターゲット５２６は、不在リーダ５１０の検出ゾーンに入る。シーケンスイベント１０．４は、不在リーダ５１０がターゲット５２６を検出するが、ターゲット５２８を検出せず、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２８を検出するが、ターゲット５２６を検出しないことを示す。シーケンスイベント１０．５は、リーダ５１０、５１２が再び、ターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。シーケンスイベント１０．６は、不在リーダがターゲット５２６、５２８のいずれも検出せず、一方、存在リーダ５１２はターゲット５２６を検出するが、ターゲット５２８は検出しないことを示す。
表１０２２は、シーケンス１１．１～１１．６を含むアルゴリズム１１を示す。アルゴリズム１１は、ストライプ検出、不在リーダ５１０、存在リーダ５１２、ツール４０４の近位部分のターゲット５２６、およびツール４０４の近位部分の近くであるが、近位部分から離間されているターゲット５２８を含む。ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に取り付けられると、ツール４０４の端部のカメラは、カテーテルの内側の画像をキャプチャすることができる。キャプチャされた画像（複数可）を見ることは、ツール４０４がツール認識アセンブリ４１０に少なくとも部分的に取り付けられていることの確認を提供することができる。ストライプが検出された後、ツール４０４がアセンブリ４１０に取り付けられたときに、リーダは、表１０２２に示されたシーケンスを検出することができる。表１０２２（すなわち、アルゴリズム１１）は、ストライプ検出イベントが追加されたことを除いて、表１０２０（すなわち、アルゴリズム１０）と同様である。シーケンスイベント１１．１は、ストライプが検出され、リーダ５１０、５１２がターゲット５２６、５２８のいずれも検出しないことを示す。残りのシーケンス１１．２～１１．６は、アルゴリズム１０のシーケンス１０．２～１０．６と同じである。
代替実施形態では、ターゲットリーダは、非バイナリセンサデータ（すなわち、「不在」または「存在」以外のデータ）を検出し得る。例えば、ターゲットは、コイルの長さに沿って不均等に離間したターンを有するコイルを有してもよい。一実施形態では、ターンの数は、コイル長さに沿って増加してもよい。ターゲットリーダは、コイル長に沿ったターンのパターンの変化を検出することができ、これらの検出された変化は、例えば、挿入距離に関連し得る。
いくつかの実施形態では、ツール認識アセンブリ（例えば、ツール認識アセンブリ４１０）の近くまたは内部の１つまたは複数の構成要素の存在は、１つまたは複数の構成要素についての較正値に対する比較することによって決定され得る。リアルタイムセンサ値を、処置を実行するために使用される予想される構成要素についての既知の較正値との比較は、予期せぬ構成要素、破壊された構成要素、または他の計画されていない状態の検出を可能にし得る。図１２は、いくつかの実施形態による、構成要素の検証のための方法１２００を示す。方法１２００は、一連の操作またはプロセスを含む。例示されたプロセスの全てが、本方法の全ての実施形態で実施されるわけではない。さらに、明示的に示されていない１つまたは複数のプロセスが、図示されたプロセスの前に、後に、間に、または一部として含まれ得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプロセスは、少なくとも部分的に、１つまたは複数のプロセッサ（例えば、制御システム１１２のプロセッサ）によって実行されるとき、１つまたは複数のプロセッサにプロセスのうちの１つまたは複数を実行させ得る、非一時的、有形、機械可読媒体上に記憶された実行可能コードの形態で実装され得る。
プロセス１２０２において、ターゲットリーダ（例えば、４０６、４０７）から受信される第１のセンサ値が、第１の予想される構成要素についての較正値と比較される。較正値は、医療処置の前に決定され得る。例えば、構成要素の較正値は、構成要素内またはその近傍に他の構成要素が存在しない製造設定において、制御された条件下で決定され得る。較正値は、構成要素に結合された不揮発性メモリデバイスに格納され得る。いくつかの実施形態において、第１の構成要素は、伸縮可能な支持構造（例えば、伸縮可能な支持構造４１７または他のタイプのカテーテル座屈防止ガイド）であり得る。伸縮可能な支持構造は、ツール認識アセンブリ（例えば、アセンブリ４１０）を含み得るかそれにその他の方法で結合され得、また、誘導センサ、容量センサ、または他の検知コンポーネントなどのセンサを含むターゲットリーダを含み得る。伸縮可能な支持構造が取り付けられた後、ターゲットリーダから受信されるセンサ値は、伸縮可能な支持構造について事前に決定された較正されたセンサ値と比較され得る。
プロセス１２０４において、比較は、第１の構成要素に故障又は他の予期しない問題があるかどうかを決定するために使用される。例えば、第１の受信センサインダクタンス値が、所定の一致（matching）範囲内で較正センサインダクタンス値と一致しない場合、この不一致は、伸縮可能な支持構造が誤作動していること、ターゲットリーダが誤作動していること、別の構成要素が伸縮可能な支持構造内に取り付けられていること、または何らかの他の予期しない状態が発生していることを示し得る。
プロセス１２０６において、問題が比較に基づいて第１の構成要素で検出される場合、問題を解決するために警告または他のタイプの指示がユーザに提供され得る。警告には、構成要素を取り外して再取り付けする、構成要素を交換する、構成要素を修正する、構成要素内の予期しないデバイスをチェックする、またはその他の是正措置若しくは調査措置を講じる指示を含み得る。問題が解決された後、プロセス１２０２～１２０４は、プロセス１２０４において問題が検出されなくなるまで繰り返され得る。
プロセス１２０８において、ターゲットリーダ（例えば、４０６、４０７）から受信される第２のセンサ値が、第２の予想される構成要素についての較正値と比較される。第２の構成要素についての較正値は、医療処置の前に決定され得る。例えば、第２の構成要素について較正値は、構成要素内又はその近傍に他の構成要素が存在しない製造設定において、制御された条件下で決定され得る。較正値は、構成要素に結合された不揮発性メモリデバイスに格納され得る。いくつかの実施形態では、第２の構成要素は、ツール認識アセンブリによって読取可能なターゲットを含むカテーテルなどの受容部材（例えば、受容部材４５０）であり得る。カテーテルが取り付けられた後、ツール認識アセンブリのターゲットリーダから受信されるセンサ値は、カテーテルについて事前に決定された較正センサ値と比較され得る。比較は、ツール認識アセンブリからの受信値に対する第１の構成要素の寄与を考慮し得る。例えば、受信又は較正された伸縮可能な支持構造センサ値と組み合わせた較正されたカテーテルセンサ値は、受信又は較正された伸縮可能な支持構造センサ値と組み合わせた受信したカテーテルセンサ値と比較され得る。
プロセス１２１０において、比較は、第２の構成要素に予期しない問題があるかどうかを決定するために使用される。例えば、第２の受信センサインダクタンス値が、所定の整合範囲内で較正されたセンサインダクタンス値と整合しない場合、この不一致は、カテーテルが欠陥であること、ターゲットリーダが誤作動していること、別の構成要素（例えば、鉗子または生検プローブなどのツール）がカテーテル内に設置されていること、または何らかの他の予期しない状態が発生したことを示し得る。
プロセス１２１２において、比較に基づいて、問題が第２の構成要素に検出される場合、問題を解決するために、警告または他のタイプの指示がユーザに提供され得る。警告は、構成要素を取り外して再び取り付ける、構成要素を交換する、構成要素を修正する、構成要素内の予期しないデバイスをチェックする、その他の是正措置や調査措置を講じる指示を含み得る。問題が解決された後、プロセス１２０８～１２１０は、プロセス１２１０において問題が検出されなくなるまで繰り返され得る。
プロセス１２１４において、組み立てられた第１の構成要素および第２の構成要素についてのベースラインセンサ値が確立され得る。ベースラインセンサ値は、例えば、カテーテルが伸縮可能な支持構造内に取り付けられているときの受信センサ値に対応し得る。時間の経過とともに、誘導特性などの構成要素特性は変化する可能性がある。受信センサ値が較正値の許容可能な範囲内にある場合、受信センサ値は、追加の構成要素が取り付けられた後にツール認識アセンブリから受信される任意の追加の値に対するベースラインセンサ値として使用され得る。例えば、ツールがカテーテル／伸縮可能な支持構造アセンブリに挿入され、受信センサ値が許容可能に較正値と比較される場合、受信センサ値は、ツールが挿入された後に受信センサ値を評価するために使用されるベースライン値であり得る。
ツールがカテーテル及び伸縮可能な支持構造のアセンブリに挿入されると、ツール認識アセンブリによって検出されるセンサ値は、閾値に達するまで増加し得る。検出されたセンサ値における特定のパターンは、ツールがツール認識アセンブリのターゲットリーダを通って移動するときに識別され得る。検出されたパターンは、特定のツールタイプと関連付けられ得る。検出されたパターンが予想されるツールに対応しない場合、故障が検出される可能性がある。図１３は、いくつかの実施形態による、故障検出のための方法１３００を示す。方法１３００は、一連の動作またはプロセスを含む。例示されたプロセスの全てが、本方法の全ての実施形態で実施されるわけではない。さらに、明示的に示されていない１つまたは複数のプロセスは、示されたプロセスの前に、後に、間に、または一部として含まれ得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプロセスは、少なくとも部分的に、１つまたは複数のプロセッサ（例えば、制御システム１１２のプロセッサ）によって実行されるとき、１つまたは複数のプロセッサにプロセスのうちの１つまたは複数を実行させ得る、非一時的、有形、機械可読媒体上に格納される実行可能コードの形態で実装され得る。
プロセス１３０２では、ツール認識アセンブリを通過するツールについて、予想されるセンサパターンが受信される。ツール認識アセンブリは、例えば、２つのターゲットリーダを含み得る。予想されるセンサパターンは、対照試験または製造条件下で測定された較正値に基づき得る、または類似の従来の手順で検出されたパターンに基づき得る。
プロセス１３０４では、ツールが挿入されると、センサデータのリアルタイムパターンが収集され、予想されるセンサパターンと比較され得る。一実施形態では、図１４Ａに示すように、ツールは、遠位端リング部分１４０４と、背（spine）部分１４０２とを含むカテーテル１４００であり得る。図１４Ｂは、カテーテル１４００がツール認識アセンブリを通って経時的に挿入されるときに受信されるセンサデータのグラフ１４１０を示す。センサデータ１４１２は、ツール認識アセンブリの第１のターゲットリーダから受信され得、センサデータ１４１４は、ツール認識アセンブリの第２のターゲットリーダから受信され得る。センサデータ１４１２は、部分１４１６および部分１４１８を含むパターンを形成する。部分１４１６は、遠位端リング部分１４０４が第１のターゲットリーダを通過するときの、受信センサデータ（例えば、インダクタンス値）をプロットする。部分１４１８は、背部分１４０２が第１のターゲットリーダを通過するときの受信センサデータをプロットする。プロセス１３０４において、ツール１４００についての予想されるパターンは、パターンが形状および／または大きさに基づいて一致基準を満たすかどうかを決定するために、リアルタイムセンサデータ１４１２、１４１４と比較され得る。パターン比較は、受信センサデータおよび予想されるセンサデータの形状およびエッジの比較を含み得る。例えば、部分１４１６の下落は、ターゲットリーダを通過する遠位端リング部分の金属と関連付けられ得る。したがって、形状１４１６は、ツール１４００の予想されるパターンに関連付けられ得る。予想されるパターンは、信号の大きさとは無関係であり得るので、たとえセンサ値の大きさが同じタイプのツール間で変化しても、パターン検出はツール検出のための信頼できるインジケータであり得る。
プロセス１３０６において、パターン比較は、故障が検出されるかどうかを決定するために使用され得る。故障は、例えば、予期しないツールまたは欠陥のあるツールを含み得る。プロセス１３０８において、比較に基づいて故障が検出される場合、警告または他のタイプの指示が、問題を解決するためにユーザに提供され得る。警告は、ツールを取り外して再び取り付ける、ツールを交換する、ツールを修正する、ツール内の予期しないデバイスをチェックする、その他の是正措置や調査措置を講じるための指示を含み得る。問題が解決された後、プロセス１３０４～１３０６は、プロセス１３０６において問題が検出されなくなるまで繰り返され得る。問題が検出されない場合、処置は、プロセス１３１０において継続され得る。
提示されるプロセスおよび表示は、本質的に特定のコンピュータまたは他の装置に関連しないことに留意されたい。様々なこれらのシステムに必要な構造は、請求項の要素として現れる。さらに、実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して記載されていない。本明細書に記述されるように、本発明の教示を実装するために、様々なプログラミング言語が使用され得ることが理解される。
本発明の特定の例示的な実施形態が添付の図面に記載され、示されているが、当業者には様々な他の変更が生じ得るので、このような実施形態は、広範な本発明を単に例示するものであり、限定するものではないこと、および本発明の実施形態は、図示および説明された特定の構成および配置に限定されないことが理解されるべきである。
本明細書に記載される主題の種々の態様は、以下の番号付きの例に記載される：
例１：第１の検出ゾーンを有する第１のリーダを含むツール認識アセンブリと、プロセッサと、その上に記憶されるコンピュータ可読命令を有するメモリとを有する医療システムであって、コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されるとき、システムに：第１のリーダからセンサデータを受信させ；センサデータから、第１の検出ゾーン内のターゲットの不在を決定させ；ターゲットの決定された不在に基づいて、不在指示（absence indication）をログ記録させ；センサデータから、第１の検出ゾーン内のターゲットの存在を決定させ；決定されたターゲットの存在に基づいて、存在指示をログに記録させ；時系列で、不在および存在指示を組み合わせることによって、ターゲットを運ぶツールの挿入シグネチャを作成させ；挿入シグネチャを所定のモデル挿入シグネチャのセットと比較させ；比較に基づいて、ツールの特性を決定させる。
例２．第１のリーダは、誘導センサ、ホール効果センサ、フォトゲートセンサ、光学センサ、磁気スイッチ、バーコードスキャナ、ＲＦＩＤスキャナ、または相対位置センサである、例１の医療システム。
例３.ターゲットは、強磁性材料、金属円筒、磁石、開口、様々な光吸収特性を有する表面または材料、バーコード、ＲＦＩＤチップ、または光学光源を含む、例２の医療システム。
例４．第１のリーダは誘導センサを含み、ターゲットは強磁性材料を含み、センサデータを受信することは、誘導センサのインダクタンスを感知することを含む、例１の医療システム。
例５．第１のリーダは、光学センサと光源とを有するフォトゲートセンサを有し、ターゲットは、ツール内の開口であって、開口を通って、ターゲットが第１の検出ゾーン内にあるときに、光源からの光信号が光学センサに移動する、開口を有し、センサデータを受信することは、光学センサによって光強度を感知することを含む、例１の医療システム。
例６.第１のリーダは、光学センサと光源とを有し、光源は、ツール上の表面によって光学センサに向けられる光信号を生成し、センサデータを受信することは、光学センサによって光強度を感知することを含む、例１の医療システム。
例７．ターゲットは、ツールのボディとは異なって光を反射するツール上の領域を有し、ターゲットは、光学信号を光学センサに反射する反射バンド、またはツールとは異なる色のバンド、または光学センサに向けられる光の量を変化させる異なる表面テクスチャを有するバンド、またはツールの異なる色のセクション、異なる色調を有するツールのセクション、またはそれらの組み合わせを有する、例６の医療システム。
例８．第１のリーダは光学センサを有し、ターゲットは光源を有し、光源は、ターゲットが第１の検出ゾーン内にあるときに光学センサに向けられる光信号を生成し、センサデータを取得することは、光学センサによって光強度を感知することを含む、例１の医療システム。
例９．ツール認識アセンブリは、第２の検出ゾーンを有する第２のリーダを含む、例１の医療システム。
例１０．第１のリーダは、誘導センサを有し、ターゲットは、強磁性材料を有し、センサデータを取得することは、誘導センサ内のインダクタンスを検知することを含み、コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されると、さらに、インダクタンスをベースラインインダクタンスと比較することによって、システムにインダクタンス比を決定させる、例１の医療システム。
例１１．第１の検出ゾーン内の第１のターゲットの決定された不在または存在は、インダクタンス比によって決定される、例１０の医療システム。
例１２．インダクタンス比が０．９９～１．０１の範囲にある場合、ターゲットは第１の検出ゾーンに不在であると決定され、インダクタンス比が１．０２～１．０４の範囲にある場合、ターゲットは第１の検出ゾーンに存在すると決定される、実施例１１の医療システム。
例１３．インダクタンス比が１．０４～１．０６の範囲である場合、カテーテルの第２のターゲットが第１の検出ゾーンに存在すると決定される、例１１の医療システム。
例１４．インダクタンス比が１．０６～１．０８の範囲である場合、ターゲットおよびツールによって担持される第２のターゲットが、第１の検出ゾーンに存在すると決定される、例１１の医療システム。
例１５. インダクタンス比が１．０８～１．１０の範囲である場合、ターゲット、ツールによって担持される第２のターゲット、及び第２のツールによって担持される第３のターゲットが、第１のリーダの第１の検出ゾーンに存在すると決定される、例１１の医療システム。
例１６．第１の検出ゾーンを有する第１のリーダを含むツール認識アセンブリと、プロセッサと、その上に記憶されたコンピュータ可読命令を有するメモリとを有する医療システムであって、コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されるとき、システムに、第１のリーダからセンサデータを受信させ；ツールによって担持されるターゲットが第１の検出ゾーンに存在する場合およびターゲットが第１の検出ゾーンに不在である場合を、センサデータから決定させ；イベントシーケンスにおいて、第１のリーダからの指示を組み合わせることによって、検出挿入シグネチャを作成させ；検出挿入シグネチャを１つまたは複数の予め確立されたモデル挿入シグネチャと比較させ；比較に基づいて、ツールがツール認識アセンブリ内に完全に取り付けられた構成にあることを決定させる。
例１７．コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されるとき、システムにさらに、比較に基づいてツールの特性を決定させ、ツールの特性は、ツール認識アセンブリ内のツールの不在または存在、ツール認識アセンブリ内のツールの位置、ツールがツール認識アセンブリ内に完全に取り付けられているかどうか、ツールの分類、ツールが偽造ツールであるかどうか、ツールが競合他社のツールであるかどうか、またはそれらの組み合わせを含む、例１６の方法。
例１８．イベントシーケンスの第１のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第２のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示す、例１７の方法。
例１９．イベントシーケンスの第１のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第２のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示し、イベントシーケンスの第３のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示す、例１７の方法。
例２０．コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されるとき、さらに、システムに、ツールの遠位端部に配置されたカメラを介して画像をキャプチャさせ、キャプチャされた画像は、ツールが配置されているカテーテルの内部表面の画像を含む、例１７の方法。
例２１．キャプチャされた画像が長手方向マーキングを含むことを示す陽性の指標が、イベントシーケンスの第１のイベントに追加される、例２０の方法。
例２２．ツール認識アセンブリは、第１の検出ゾーンから離間された第２の検出ゾーンを有する第２のリーダを有し；コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されるとき、さらにシステムに、第２のリーダからの第２のセンサデータを介して、ターゲットが第２の検出ゾーン内にある場合およびターゲットが第２の検出ゾーンに存在しない場合を指示させ、検出挿入シグネチャは、イベントシーケンスにおいて、第１のリーダおよび第２のリーダからの指示を組み合わせることによって作成される、例２１の方法。
例２３．イベントシーケンスの第１のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスにおける第２のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在、および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示す、例２２の方法。
例２４．イベントシーケンスの第１のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第２のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示し、イベントシーケンスの第３のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在、および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示す、例２２の方法。
例２５．イベントシーケンスの第１のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第２のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示し、イベントシーケンスの第３のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第４のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示す、例２２の方法。
例２６．ターゲットは細長いターゲットを含み、イベントシーケンスの第１のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第２のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示し、イベントシーケンスの第３のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示し、イベントシーケンスの第４のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示す、例２２の方法。
例２７．ターゲットは細長いターゲットを含み、イベントシーケンスの第１のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第２のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示し、イベントシーケンスの第３のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在を示し、イベントシーケンスの第４のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示し、イベントシーケンスの第５のイベントが第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在および第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示す、例２２の方法。
例２８．ツールが、ターゲットから離間した第２のターゲットをさらに有し、コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されるとき、さらにシステムに、第１のリーダからのセンサデータを介して、第２のターゲットが第１の検出ゾーン内に存在する場合および第２のターゲットが第１の検出ゾーンに不在である場合を指示させ；第２のリーダからのセンサデータを介して、第２のターゲットが第２の検出ゾーン内に存在する場合および第２のターゲットが第２の検出ゾーンに不在である場合を指示させ、検出挿入シグネチャが、イベントシーケンスにおいて、第１のリーダおよび第２のリーダからの指示を組み合わせる、例２２の方法。
例２９．イベントシーケンスの第１のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第１の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在を示し；イベントシーケンスの第２のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第１の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおける第２のターゲットの存在を示し；イベントシーケンスの第３のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第１の検出ゾーンにおける第２のターゲットの存在、および第２の検出ゾーンにおける第２のターゲットの存在を示し；イベントシーケンスの第４のイベントが、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在を示す、第１の検出ゾーンにおける第２のターゲットの存在、および第２の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在を示し；イベントシーケンスの第５のイベントは、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在、第１の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在を示し；イベントシーケンスの第６のイベントは、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの存在、第２の検出ゾーンにおけるターゲットの存在、第１の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在を示し；イベントシーケンスの第７のイベントは、第１の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第２の検出ゾーンにおけるターゲットの不在、第１の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在、および第２の検出ゾーンにおける第２のターゲットの不在を示す、例２８の方法。

Claims (9)

  1. システムであって：
    ツール認識アセンブリと、
    プロセッサと、
    メモリであって、前記メモリに記憶されるコンピュータ可読命令を有するメモリと；を有し、前記コンピュータ可読命令は、前記プロセッサによって実行されるとき、前記システムに：
    前記ツール認識アセンブリからの第１の受信センサ値を第１の構成要素についての第１の較正センサ値と比較させ；
    前記第１の受信センサ値の前記第１の較正センサ値との前記比較に基づいて前記第１の構成要素に障害が存在するかどうかを決定させ、前記第１の受信センサ値が前記第１の較正センサ値についての所定の一致範囲の外側にある場合に前記障害が前記第１の構成要素に存在し；
    前記ツール認識アセンブリからの第２の受信センサ値を第２の構成要素についての第２の較正センサ値と比較させ、前記第２の構成要素がアセンブリを形成するように前記第１の構成要素内に取り付けられているときに前記第２の受信センサ値は前記ツール認識アセンブリによって生成され；
    前記第２の受信センサ値の前記第２の較正センサ値との前記比較に基づいて前記第２の構成要素に障害が存在するかどうかを決定させ、前記第２の受信センサ値が前記第２の較正センサ値についての所定の一致範囲の外側にある場合に前記障害が前記第２の構成要素に存在し；
    前記第１または前記第２の構成要素に障害が存在しない場合、前記第１の構成要素内に取り付けられた前記第２の構成要素を含む前記アセンブリ内にツールが挿入されているかどうかを検出するのに使用できるベースラインセンサ値を確立させ、前記ベースラインセンサ値は前記第２の受信センサ値に対応する、
    システム。
  2. 前記第１または前記第２の構成要素に障害が存在すると決定される場合、前記システムによって警告が提供される、
    請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１の構成要素は、伸縮可能な支持構造を含む、
    請求項１に記載のシステム。
  4. 前記第２の構成要素は、カテーテルを含む、
    請求項１に記載のシステム。
  5. 前記第１の較正センサ値は、前記第１の構成要素に結合されるメモリデバイスに記憶される、
    請求項１に記載のシステム。
  6. 前記コンピュータ可読命令は、前記プロセッサによって実行されるとき、さらに前記システムに、前記第２の構成要素を通って延び且つ前記ツール認識アセンブリを通過する前記ツールについての所定のセンサパターンを受信させる、
    請求項１に記載のシステム。
  7. 前記ツール認識アセンブリは、前記ツールが前記ツール認識アセンブリを通過する間のセンサパターンデータを検出し、前記コンピュータ可読命令は、前記プロセッサによって実行されるとき、さらに前記システムに、前記通過中に前記ツール認識アセンブリからの検出センサパターンを前記所定のセンサパターンと比較させ、前記検出センサパターンは、前記通過中に前記ツール認識アセンブリによって検出された前記センサパターンデータに対応する、
    請求項６に記載のシステム。
  8. 前記コンピュータ可読命令は、前記プロセッサによって実行されるとき、さらに前記システムに、前記検出センサパターンが前記所定のセンサパターンの一致基準を満たさないという決定に基づいて障害を検出させる、
    請求項７に記載のシステム。
  9. 前記第１の受信センサ値は前記ツール認識アセンブリ内のセンサによって生成され、
    前記センサは、インダクティブセンサ、容量センサ、ホール効果センサ、フォトゲートセンサ、光学センサ、磁気スイッチ、バーコードスキャナ、ＲＦＩＤスキャナ、又は相対位置センサを含む、
    請求項１に記載のシステム。
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