(57)【要約】  患者の解剖学的構造を物理的に表す解剖学的モデル４０を有する、解剖学的モデルの医療処置を実行するための、解剖学的モデルの医療スイート１０。解剖学的モデル４０の医療スイート１０は、解剖学的モデル４０に対する医療器具２０、及び／又は解剖学的モデル４０に対する器具レプリカ３０の、位置計画及び／又は器具誘導から導出される、患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の位置計画及び／又は器具誘導を制御するための医療処置コントローラ９０を使用する。医療器具２０は、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行うためのものである。器具レプリカ３０は、医療器具２０の物理的表現である。解剖学的モデルの医療スイート１０は更に、撮像システム５０、追跡システム６０、ロボットシステム７０、及び／又は拡張現実システム３００を使用する。
2019530506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の解剖学的構造を物理的に表す解剖学的モデルを有する、解剖学的モデルの医療処置を実行するための、解剖学的モデルの医療スイートであって、前記解剖学的モデルの医療スイートは、
前記患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び治療のうちの少なくとも１つを行うための医療器具と、
医療処置コントローラと
を備え、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する前記医療器具、及び前記解剖学的モデルに対する器具レプリカのうちの少なくとも一方の、位置計画及び器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御するように構造的に構成され、前記器具レプリカは、前記医療器具を物理的に表現する、解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項２】
前記医療処置コントローラは更に、前記患者の解剖学的構造の撮像から導出される、前記解剖学的モデルの解剖学的モデルプロファイルの生成を制御するように構造的に構成される、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項３】
前記医療処置コントローラは更に、前記解剖学的モデルの前記モデルプロファイルへの、生理学的に関連する情報及び処置上の関連する情報のうちの少なくとも一方の組み込みを制御するように構造的に構成される、請求項２に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項４】
前記医療処置コントローラは更に、前記解剖学的モデルの前記モデルプロファイルへの、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の位置計画の組み込みの生成を制御するように構造的に構成される、請求項２に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項５】
前記医療処置コントローラが、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画を制御することは、前記医療処置コントローラが更に、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の処置上の位置決めから導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の処置上の位置決めを制御するように構造的に構成されることを有する、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項６】
前記医療処置コントローラが、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記器具誘導を制御することは、前記医療処置コントローラが更に、前記解剖学的モデルに対する、前記器具レプリカの処置上の位置決めから導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の処置上の位置決めを制御するように構造的に構成されることを有する、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項７】
前記医療処置コントローラが、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記器具誘導を制御することは、前記医療処置コントローラが更に、前記患者の解剖学的構造に対する、前記医療器具の処置上の位置決めから導出される、前記解剖学的モデルに対する前記器具レプリカの処置上の位置決めの生成を制御するように構造的に構成されることを有する、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項８】
前記医療処置コントローラと通信する追跡システムを更に備え、前記追跡システムは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の配置を知らせる、追跡データを生成するように構造的に構成され、前記追跡システムによる前記追跡データの生成に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項９】
前記医療処置コントローラと通信するロボットシステムを更に備え、前記ロボットシステムは、前記患者の解剖学的構造及び前記解剖学的モデルのうちの少なくとも一方に対する、器具ロボットのリアルタイムの姿勢を知らせる、姿勢データを生成するように構造的に構成され、前記ロボットシステムによる前記姿勢データの生成に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１０】
前記医療処置コントローラと通信する拡張現実システムを更に備え、前記解剖学的モデル及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方はホログラムであり、前記拡張現実システムは、ユーザの前記解剖学的モデルとの相互作用、ユーザの少なくとも一方の前記ホログラムとの相互作用を制御するように構造的に構成され、ユーザの少なくとも一方の前記ホログラムとの相互作用に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１１】
前記医療処置コントローラが、前記医療器具の少なくとも１つの運動制限に基づいて、前記解剖学的モデルに対する前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御することを更に有する、請求項１に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１２】
解剖学的モデルの医療処置を実行するための、解剖学的モデルの医療スイートであって、前記解剖学的モデルの医療処置は、
患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び治療のうちの少なくとも１つを行うための医療器具と、
前記患者の解剖学的構造を物理的に表す解剖学的モデルと
を有し、前記解剖学的モデルの医療スイートは
撮像システム、ナビゲーションシステム、ロボットシステム、及び拡張現実システムのうちの少なくとも１つと、
医療処置コントローラと
を備え、前記医療処置コントローラは、前記撮像システム、前記ナビゲーションシステム、前記ロボットシステム、及び前記拡張現実システムのうちの少なくとも１つと通信して、前記解剖学的モデルに対する前記医療器具、及び前記解剖学的モデルに対する器具レプリカのうちの少なくとも一方の、位置計画及び器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御するように構造的に構成され、前記器具レプリカは、前記医療器具を物理的に表現する、解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１３】
前記撮像システムは、前記患者の解剖学的構造の撮像を示す撮像データＩＤを生成するように構造的に構成され、前記撮像システムによる撮像データの生成に応答して、前記医療処置コントローラは更に、前記患者の解剖学的構造の撮像から導出される、前記解剖学的モデルの解剖学的モデルプロファイルの生成を制御するように構造的に構成される、請求項１２に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１４】
前記医療処置コントローラは更に、前記解剖学的モデルの前記モデルプロファイルへの、生理学的に関連する情報及び処置上の関連する情報のうちの少なくとも一方の組み込みを制御するように構造的に構成される、請求項１３に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１５】
前記医療処置コントローラは更に、前記解剖学的モデルの前記モデルプロファイルへの、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の前記位置計画の組み込みの生成を制御するように構造的に構成される、請求項１３に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１６】
前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の配置を知らせる、追跡データを生成するように構造的に構成される追跡システムを更に備え、前記追跡システムによる前記追跡データの生成に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項１２に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１７】
前記患者の解剖学的構造及び前記解剖学的モデルのうちの少なくとも一方に対する、器具ロボットのリアルタイムの姿勢を知らせる、姿勢データを生成するように構造的に構成されるロボットシステムを更に備え、前記ロボットシステムによる前記姿勢データの生成に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項１２に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１８】
前記医療処置コントローラと通信する拡張現実システムを更に備え、前記解剖学的モデル及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方はホログラムであり、前記拡張現実システムは、ユーザの前記解剖学的モデルとの相互作用、ユーザの少なくとも一方の前記ホログラムとの相互作用を制御するように構造的に構成され、ユーザの少なくとも一方の前記ホログラムとの相互作用に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項１２に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項１９】
前記医療処置コントローラが、前記医療器具の少なくとも１つの運動制限に基づいて、前記解剖学的モデルに対する前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御することを更に有する、請求項１２に記載の解剖学的モデルの医療スイート。
【請求項２０】
患者の解剖学的構造の物理的表現として解剖学的モデルを提供することと、
前記患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び治療のうちの少なくとも１つを行うための医療器具を提供することと、
前記解剖学的モデルに対する前記医療器具、及び前記解剖学的モデルに対する器具レプリカのうちの少なくとも一方の、位置計画及び器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する医療処置コントローラと
を備える、解剖学的モデルの医療処置。
【請求項２１】
前記医療処置コントローラが、前記患者の解剖学的構造の撮像から導出された前記解剖学的モデルの製作プロファイル、又は前記患者の解剖学的構造の前記撮像から導出された前記解剖学的モデルのアトラスのプロファイルの、少なくとも一方の生成を制御することを更に有する、請求項２０に記載の解剖学的モデルの医療処置。
【請求項２２】
前記医療処置コントローラが、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画を制御することは、
前記医療処置コントローラが、前記解剖学的モデルの撮像内に描写される前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の計画された経路から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の処置上の配置のうちの少なくとも１つに対する姿勢コマンドの生成を制御することと、
前記医療処置コントローラが、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の少なくとも１つの計画された配置から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の処置上の配置のうちの少なくとも１つに対する姿勢コマンドの生成を制御することと
のうちの少なくとも一方を有する、請求項２０に記載の解剖学的モデルの医療処置。
【請求項２３】
前記医療処置コントローラが、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記器具誘導を制御することは、
前記医療処置コントローラが、前記解剖学的モデルに対する、前記器具レプリカの処置上の姿勢位置から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の少なくとも１つの処置上の配置に対する姿勢コマンドの生成を制御することと、
前記医療処置コントローラが、前記患者の解剖学的構造に対する、前記医療器具の処置上の姿勢位置から導出される、前記解剖学的モデルに対する前記器具レプリカの少なくとも１つの処置上の配置に対する姿勢コマンドの生成を制御することと
のうちの少なくとも一方を有する、請求項２０に記載の解剖学的モデルの医療処置。
【請求項２４】
追跡データ及び姿勢データのうちの少なくとも一方に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する前記医療器具、及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御し、前記追跡データは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の配置を知らせ、前記姿勢データは、前記患者の解剖学的構造及び前記解剖学的モデルのうちの少なくとも一方に対する、器具ロボットのリアルタイムの姿勢を知らせる、請求項２０に記載の解剖学的モデルの医療処置。
【請求項２５】
前記解剖学的モデル及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方は、ホログラムの形態であり、ユーザの少なくとも一方の前記ホログラムとの相互作用に応答して、前記医療処置コントローラは、前記解剖学的モデルに対する、前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方から導出される、前記患者の解剖学的構造に対する前記医療器具の前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項２０に記載の解剖学的モデルの医療処置。
【請求項２６】
前記医療処置コントローラは、前記医療器具の少なくとも１つの運動制限に基づいて、前記解剖学的モデルに対する前記医療器具及び前記器具レプリカのうちの少なくとも一方の、前記位置計画及び前記器具誘導のうちの少なくとも一方を制御する、請求項２０に記載の解剖学的モデルの医療処置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概ね、様々な医療処置（たとえば、腹腔鏡手術、脳神経外科手術、脊椎手術、自然開口経管手術、心臓医療、肺／気管支鏡手術、生検、切除、及び診断のための介入）に関する。本開示は、詳細には、医療処置中の位置計画及び器具誘導のための解剖学的モデルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の手術は、外科医個人のスキルに依存しており、特に外科医の手腕は、外科医の手及び精密な器具に制限される。これは特に、手術のための空間が入口箇所で、且つ解剖学的構造によって制限される、最小侵襲性手術又は自然開口手術において大きな問題となる。この問題に対処するために、外科用ロボットが、体内での外科医の手腕を改善するように設計される。かかる外科用ロボットは、マルチアームシステム、柔軟なロボット、及びカテーテルロボットの形態である。
【０００３】
ロボットシステムは、外科医によって、ジョイスティック、触覚インタフェース、ヘッドマウントディスプレイ、コンピュータインタフェース（たとえばキーボード、マウス等）を含む、様々な入力機構を使用して制御される。外科医がロボットシステムを制御するとき、手術部位の視覚的フィードバックは、内視鏡カメラ、又は他の撮像様式（たとえば、ＣＴ、ＭＲＩ、Ｘ線、及び超音波）からの画像の描写された提示によってもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より具体的には、外科医の手腕を向上させるために、外科用ロボットは通常、６以上の自由度を有し、それらを制御するのは直感に反する。これは、最小侵襲性手術又は自然開口手術等の限定空間、及び蛇型ロボット等の超冗長ロボットにおいて大きな問題となる。こうしたロボットの制御は、通常、操作が複雑で、通常急峻な学習曲線に関連付けられたハンドルを使用して実行される。更に、最小侵襲性の処置では、外科医への装置及び解剖学的構造の視覚的フィードバックは、著しく限られている。たとえば、心臓の介入治療では、経食道心エコー検査（ＴＥＥ：Ｔｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌ  Ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）プローブ及びＸ線画像を使用して、心臓及び弁のリアルタイム画像を生成する。腫瘍外科では、画像は内視鏡によって提供される。この画像は解釈が難しく、解剖学的構造に関係する。画像が２次元（２Ｄ）スクリーン上に表示され、完全な３次元（３Ｄ）情報を得るために必要なモデルとの相互作用（すなわち回転、平行移動）が作業の流れを中断し、処置の時間を増やすという事実によって、この潜在的な問題が大きくなる。
【０００５】
更に、３Ｄプリントは多くの応用分野で人気が高まっている。医療分野では、医者は、医療処置の知的な計画を容易にする目的で、患者の解剖学的構造を含む医療処置を視覚化するために、特定の患者の解剖学的構造の３Ｄプリントされた解剖学的モデルを使用する。たとえば、大動脈弁の３Ｄプリントされた解剖学的モデルは、大動脈弁の３Ｄプリントされた解剖学的モデル内の経カテーテル弁の配置を視覚化するために使用され、それによって医者は、経カテーテル弁を寸法決定し、位置決めし、且つ首尾良く配置するための適切な行動に基づいて、容易に知的な計画立案を行う。
【０００６】
更に、マウス、キーボード、及び２Ｄディスプレイを介して、３Ｄ画像、モデル、及びデータと相互作用することは時々課題となる。拡張現実は、３Ｄ情報を視覚化し、ユーザが３Ｄ画像、モデル、及びデータと直接相互作用できるようにするための新しい手法を提供することによって、この問題を解決するために使用される。
【０００７】
より具体的には、拡張現実は、一般に、ライブ画像ストリームが、コンピュータで生成された追加情報を使って補足されるときを指す。ライブ画像ストリームは、操作者の目、カメラ、スマートフォン、タブレット等を介して視覚化される。この画像ストリームは、操作者に対してディスプレイを通して拡張され、眼鏡、コンタクトレンズ、投影を介して、又はライブ画像ストリーム装置自体（たとえば、スマートフォン、タブレット等）上で達成される。また、複雑な解剖学的構造において、画像で誘導される介入治療中に最良の視野を得ることは、特にほとんどの撮像システムが、あらゆる可能なポジション（すなわち、位置及び向き）に到達することができず、利用可能な位置が常に操作者にとって直感的な位置というわけではないという事実を考えると、困難であることが多い。たとえば、ロボットの強度変調放射線療法（「ＩＭＲＴ：ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｔｈｅｒａｐｙ」）マシン（たとえば、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）システム）は、軽量の線形加速器を備える、制限されたロボット操縦機である。更なる例では、ロボットＣアーム（たとえばＳｉｍｅｎｓのＡｒｔｉｓ  Ｚｅｅｇｏ）が、診断のための２Ｄ及び３Ｄ  Ｘ線撮像に使用される。かかるシステムは、作業空間の制約内で操縦され、ソフトウェアとハードウェアとを組み合わせて実施することによって実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、患者の解剖学的構造の物理的表現としての解剖学的モデルの新規且つ独自の組み込み、及び医療器具の物理的表現としての器具レプリカの任意選択での組み込みによる、医療処置中の医療器具の直観的制御のための、医療処置及び医療スイートに対する改良について説明する。かかる任意の物理的表現は、患者の解剖学的構造及び／又は対応する医療器具の両方に位置合せされ、それにより物理的表現が医療処置（たとえば最小侵襲性療法）を誘導するために使用され、それによってユーザに、オープンな処置のすべてではないにしても、いくらかの経験及び利益を与える。
【０００９】
より具体的には、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル（たとえば、３Ｄプリントされた解剖学的モデル、標準的なアトラス解剖学的モデル、又は患者の解剖学的構造のホログラム）は、術前又は術中の、患者の解剖学的構造に対する医療器具の位置計画及び／又は器具誘導に利用される。更に、生理学的情報、計画情報及び／又は誘導フィードバック情報は、解剖学的モデルに組み込まれ、且つ／又は解剖学的モデルと関係付けられる。
【００１０】
本開示は更に、３Ｄモデル、画像、及びデータを視覚化し、それらと直接相互作用するための新しい手法を提供する、拡張現実の組み込みを含む医療処置及び医療スイートの改良について説明する。
【００１１】
本開示は更に、撮像システムが到達可能な位置の制約内で、画像に誘導される介入治療中に、関心のある解剖学的構造の最良で可能な視野を得るために、患者に対する撮像システムの位置決めを容易にする、医療処置及び医療スイートの改良について説明する。
【００１２】
本開示の発明の説明及び特許請求において、
（１）用語「医療処置」は、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療のための、本開示の技術分野で知られている、又は以後に考えられる、すべての診断的、外科的、且つ介入治療的処置を広義に包含する。
（２）用語「医療スイート」は、１つ又は複数の特定の種類の医療処置を実行するために必要なシステム及び医療器具を組み込んだ、本開示の技術分野で知られている、また以降に考えられる、すべての医療スイートを広義に包含する。かかるスイートの例は、Ａｌｌｕｒｅ  Ｘｐｅｒ  Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ  Ｓｕｉｔｅｓを含むが、それらに限定されるものではない。かかるシステムの例は、撮像システム、追跡システム、ロボットシステム、及び拡張現実システムを含むが、それらに限定されるものではない。
（３）用語「撮像システム」は、患者の解剖学的構造の撮像のための、本開示の技術分野で知られている、また以後に考えられる、すべての撮像システムを広義に包含する。撮像システムの例は、独立型Ｘ線撮像システム、携帯型Ｘ線撮像システム、超音波撮像システム（たとえばＴＥＥ、ＴＴＥ、ＩＶＵＳ、ＩＣＥ）、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）撮像システム、及び磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムを含むが、それらに限定されるものではない。
（４）用語「追跡システム」は、座標空間内の物体を追跡するための、本開示の技術分野で知られている、また以後に考えられる、すべての追跡システムを広義に包含する。追跡システムの例は、電磁（ＥＭ）追跡システム（たとえば、Ａｕｏｒａ（登録商標）電磁追跡システム）、光ファイバベースの追跡システム（たとえば、Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  ＲｅａｌＳｈａｐｅ（「ＦＯＲＳ」）追跡システム）、超音波追跡システム（たとえば、ＩｎＳｉｔｕ又は画像ベースのＵＳ追跡システム）、光学式追跡システム（たとえばＰｏｌａｒｉｓ光学式追跡システム）、無線周波数識別追跡システム、及び磁気追跡システムを含むが、それらに限定されるものではない。
（５）用語「ＦＯＲＳセンサ」は、当該技術分野で知られているように、光ファイバの中に放射され、光ファイバを通って伝播され、光ファイバ内で伝搬された光とは反対方向に反射して戻された光、及び／又は光ファイバで伝搬された光の方向に送信された光から導出される、光ファイバの高密度歪み測定値を抽出するよう構造的に構成された光ファイバを広義に包含する。ＦＯＲＳセンサの例は、光ファイバの特徴的な後方散乱（たとえば、レイリー後方散乱）、又は反射要素及び／若しくは透過要素の他の任意の構造が、光ファイバ内に埋め込まれるか、エッチングされるか、刻み込まれるか、若しくは他のやり方で光ファイバ内に形成される、光ファイバ内の制御された格子パターン（たとえば、ファイバブラッグ格子）を介して、光ファイバの中に放射され、光ファイバを通って伝播され、光ファイバ内で伝搬された光とは反対方向に反射して戻された光、及び／又は光ファイバで伝搬された光の方向に送信された光から導出された、光ファイバの高密度歪み測定値を抽出するための、光周波数領域反射測定法（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）の原理に基づいて、構造的に構成される光ファイバを含むが、それらに限定されるものではない。商業的に及び学術的に、Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  ＲｅａｌＳｈａｐｅはまた光学式形状検知（「ＯＳＳ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｈａｐｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ」）として知られている。
（６）用語「ロボットシステム」は、ロボットが座標空間内の医療器具を誘導するための、本開示の技術分野で知られている、また以後に考えられる、すべてのロボットシステムを広義に包含する。ロボットシステムの例は、ｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ロボットシステム、Ｍｅｄｒｏｂｏｔｉｃｓ  Ｆｌｅｘ（登録商標）ロボットシステム、Ｍａｇｅｌｌａｎ（商標）ロボットシステム、及びＣｏｒｅＰａｔｈ（登録商標）ロボットシステムを含むが、それらに限定されるものではない。
（７）用語「拡張現実システム」は、ホログラムを用いる物理的な相互作用のための、本開示の技術分野で知られている、また以後に考えられる、すべての拡張現実システムを広義に包含する。拡張現実システムの例は、Ｇｏｏｇｌｅ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、Ｍｅｔａ、Ｍａｇｉｃ  Ｌｅａｐ、及びＶｕｓｉｘから市販されている拡張現実システムを含むが、それらに限定されるものではない。
（８）用語「医療器具」は、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行うための、本開示の技術分野で理解される、また以後に考えられる、器具、道具、装置等を広義に包含する。医療器具の例は、ガイドワイヤ、カテーテル、メス、焼灼器、切除装置、バルーン、ステント、エンドグラフト、粥腫切除装置、クリップ、針、鉗子、ｋワイヤ及び関連するドライバ、内視鏡、超音波プローブ、Ｘ線装置、錐、スクリュードライバ、骨刀、ノミ、マレット、掻爬器、鉗子、箝搾子、ペリアスティアム、及びＪタイプ針を含むが、それらに限定されるものではない。
（９）用語「位置計画」は、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行う目的で、本開示の技術分野で理解される、また本明細書で例示的に説明される、患者の解剖学的構造に対する医療器具の位置決めを計画する際の、システム又は装置の動作を広義に包含する。かかるシステム及び装置の非限定的な例は、ワークステーション内に収容された、又はワークステーションに結合されたコントローラであり、それによってコントローラは、患者の解剖学的構造の画像を選択的に編集（たとえば、画像のスライス、切り出し、及び／又は回転）するためのグラフィカルユーザインタフェースを提供し、それにより、患者の解剖学的構造に対する医療器具の計画された配置を図示する（たとえば、患者の解剖学的構造から離れているか又はその上にある、医療器具の遠位端／動作片部に関する、対象物の描写、或いは患者の解剖学的構造の外部及び／又は内部を空間的に及び／又は連続的に通過する遠位端／動作片部の経路の描写）。
（１０）用語「器具誘導」は、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行う目的で、本開示の技術分野で理解される、また本明細書で例示的に説明される、患者の解剖学的構造に対する医療器具の位置決めを制御する際のシステム又は装置の動作を広義に包含する。かかるシステム及び装置の非限定的な例は、ワークステーションのコントローラであり、それによってコントローラは、特に、患者の解剖学的構造に対する医療器具の、追跡された撮像内で示される位置計画に従って、患者の解剖学的構造に対して操縦が可能な医療器具を平行移動させ、回転させ、及び／又は枢動させるユーザ入力デバイス（たとえば、ジョイスティック）を提供する。他の非限定的な例は、特に、位置計画を知らせる計画データをロボットシステムのコントローラが実行することによって、患者の解剖学的構造に対して、ロボット作動される医療器具の平行移動、回転、及び／又は枢動を制御するためのロボットシステムである。
（１１）用語「解剖学的モデルの医療処置」は、本明細書で例示的に説明される、患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに基づく、医療器具の位置計画及び／又は器具誘導のための、本開示の発明の原理を組み込んだ医療処置を広義に包含する。
（１２）用語「解剖学的モデルの医療スイート」は、本明細書で例示的に説明される、患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに基づく、医療器具の位置計画及び／又は器具誘導のための、本開示の発明の原理を組み込んだ医療スイートを広義に包含する。
（１３）用語「解剖学的モデル」は、本明細書で例示的に説明される、３Ｄプリントされた解剖学的モデル、標準的なアトラス解剖学的モデル、及びホログラフの解剖学的モデルを含むが、それらに限定されるものではない、患者の解剖学的構造に対する医療器具の位置計画及び／又は器具誘導に適した、患者の解剖学的構造の任意の種類の物理的表現を広義に包含する。解剖学的モデルは、たとえば、患者の解剖学的構造の撮像からの解剖学的モデルの製作、特に解剖学的アトラスから製作された、汎用の解剖学的モデルの選択若しくはモーフィングを容易にするための患者の解剖学的構造の撮像からの解剖学的モデルの描写、又は患者の解剖学的構造の撮像から生成されたホログラフの解剖学的モデル等によって、患者固有のものとなる。或いは、解剖学的モデルは、たとえば、解剖学的アトラスから製作／選択された汎用の解剖学的モデル、解剖学的アトラスから選択された汎用の解剖学的モデルから生成されたホログラフの解剖学的モデル、又は患者の解剖学的構造を物理的に表現する任意の種類の物体等、患者固有ではないものである。
（１４）用語「器具レプリカ」は、本明細書で例示的に説明される、医療器具の物理的操作と構造的に等しい又は機能的に等しい、任意の種類の医療器具の物理的表現を広義に包含する。器具レプリカの例は、医療器具のモデル、ロボット、レーザポインタ、光学式プロジェクタ、撮像システムの規模縮小したモデル、及び拡張現実システムの対話型ツールによって生成されたホログラフ器具を含むが、それらに限定されるものではない。
（１５）用語「コントローラ」は、本明細書で後述する、本開示の様々な発明の原理のアプリケーションを制御するための本開示の技術分野で理解される、また本明細書で例示的に説明される、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すべての構造的な構成を広義に包含する。コントローラの構造的構成は、プロセッサ、コンピュータ使用可能／コンピュータ可読の記憶媒体、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、周辺装置コントローラ、スロット、及びポートを含むが、それらに限定されるものではない。コントローラは、ワークステーション内に収容されるか、又はワークステーションと結合される。ワークステーションの例は、独立型のコンピュータ処理システム、サーバシステムのクライアントコンピュータ、デスクトップ、又はタブレットの形態の１つ又は複数のコンピュータ処理装置、ディスプレイ／モニタ、及び１つ又は複数の入力装置（たとえば、キーボード、ジョイスティック、及びマウス）の組立体を含むが、それらに限定されるものではない。
（１６）本明細書での用語「コントローラ」の説明的な表示は、「コントローラ」という用語に対するどんな追加の限定をも特定又は暗示することなく、本明細書で説明及び特許請求されるコントローラ間の区別を容易にする。
（１７）用語「モジュール」は、特定のアプリケーションを実行するための電子回路及び／又は実行可能なプログラム（たとえば、非一時的なコンピュータ可読の媒体上に格納された、実行可能なソフトウェア及び／又はファームウェア）からなる、コントローラ内に組み込まれた、又はコントローラによってアクセス可能なモジュールを広義に包含する。
（１８）本明細書での用語「モジュール」の説明的な表示は、「モジュール」という用語に対するどんな追加の限定をも特定又は暗示することなく、本明細書で説明及び特許請求されるモジュール間の区別を容易にする。
（１９）用語「データ」及び「コマンド」は、本明細書で後述する、本開示の様々な発明の原理の適用をサポートする、情報及び／又は命令を送信するための本開示の技術分野で理解され、また本明細書で例示的に説明される、検出可能な物理量又はインパルス（たとえば電圧、電流、又は磁場強度）のあらゆる形態を広義に包含する。本開示の解剖学的モデルの医療スイートの構成要素間のデータ／コマンド通信は、任意の種類の有線又は無線のデータリンク、及びコンピュータ使用可能／コンピュータ可読の記憶媒体にアップロードされたデータ／コマンドの読み取りを介してのデータ／コマンドの送信／受信を含むが、それらに限定されるものではない、本開示の技術分野で知られている任意の通信方法を含む。
（２０）本明細書での用語「データ」の説明的な表示は、「データ」という用語に対するどんな追加の限定をも特定又は暗示することなく、本明細書で説明及び特許請求されるデータ間の区別を容易にする。
【００１３】
本開示の発明の第１の実施形態は、解剖学的モデルの医療処置を実行するための患者の解剖学的構造を物理的に表す解剖学的モデル（たとえば、３Ｄプリントされた解剖学的モデル、標準的なアトラスの解剖学的モデル、又はホログラムの解剖学的モデルであり、これらのすべてが患者固有か、又は患者固有ではない）を備える、解剖学的モデルの医療スイートである。
【００１４】
解剖学的モデルの医療スイートは、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行うための医療器具を使用する。
【００１５】
解剖学的モデルの医療スイートは更に、解剖学的な世界に関連する医療器具、及び／又は解剖学的モデルに対する器具レプリカの位置計画及び／又は器具誘導から導出される、患者の解剖学的構造に対する医療器具の位置計画及び／又は器具誘導を制御するための、医療処置コントローラを使用する。
【００１６】
器具レプリカは、医療器具を物理的に表現する。
【００１７】
本開示の発明の第２の実施形態は、解剖学的モデルの医療処置を実行するための、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行うための医療器具を備え、更に患者の解剖学的構造を物理的に表す解剖学的モデル（たとえば、３Ｄプリントされた解剖学的モデル、標準的なアトラスの解剖学的モデル、又はホログラムの解剖学的モデルであり、これらのすべてが患者固有か、又は患者固有ではない）を備える、解剖学的モデルの医療スイートである。
【００１８】
解剖学的モデルの医療スイートは、医療処置コントローラを使用し、並びに更に、患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療の術前段階及び／又は術中段階の間に、医療処置コントローラと共に動作する、撮像システム、追跡システム、ロボットシステム、及び／又は拡張現実システムを使用する。
【００１９】
医療処置コントローラは、解剖学的モデルに対する医療器具、及び／又は解剖学的モデルに対する器具レプリカの位置計画及び／又は器具誘導から導出される、患者の解剖学的構造に対する医療器具の位置計画及び／又は器具誘導を制御する。
【００２０】
本明細書で例示的に説明される例では、解剖学的モデルの医療処置は、術前に、患者の解剖学的構造に対する医療器具の位置計画を知らせる計画データを生成するために、患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに対する器具レプリカの手動での器具誘導又はロボットの器具誘導を含み、術中に、その計画データに従った、患者の解剖学的構造に対する医療器具の手動での器具誘導又はロボットの器具誘導を含む。
【００２１】
更に、計画立案及び／又は器具誘導の行動を向上させるために、生理学的情報が解剖学的モデルに組み入れられ、及び／又は解剖学的モデルに関係付けられる。
【００２２】
より具体的には、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術では、術前に、追跡システムによって追跡されるレーザポインタの光ビームは、患者の心臓のカテーテル切除のシミュレーションとして、患者の心臓の解剖学的モデルの外部全体にわたって手動で誘導され、それにより、医療処置コントローラは、患者の心臓のシミュレーションされたカテーテル切除を知らせる計画データの生成を制御する。術中には、医療処置コントローラは、シミュレーションされたカテーテル切除を実施するための計画データに従って、患者の心臓全体にわたって、切除カテーテルのロボットシステムによるロボットの器具誘導を制御する。
【００２３】
更に、解剖学的モデルは、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術のために、患者の心臓の安全な／手術可能領域と危険な／手術不能領域とを識別するために色分け又は紋様分けされ、それによってシミュレーションされたカテーテル切除は、危険な／手術不能領域を回避する。
【００２４】
或いは術前に、レーザポインタの光ビームは、患者の心臓のカテーテル切除のシミュレーションとして、患者の心臓の外部全体にわたって、ロボットシステムによってロボット誘導され、それにより、医療処置コントローラは、患者の心臓のシミュレーションされたカテーテル切除を知らせる計画データの生成を制御する。
【００２５】
更に本明細書で例示的に説明される例では、解剖学的モデルの医療処置は、術前に、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル内に組み込まれた計画情報を含み、それによって計画情報は、患者の解剖学的構造に対する医療器具の計画された経路を示し、術中には、器具レプリカが、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル内に組み込まれた、計画された経路に対して手動で誘導されるような、患者の解剖学的構造に対する医療器具のロボット器具誘導を含む。
【００２６】
より具体的には、膝関節置換手術では、術前に、医療処置コントローラが、撮像システムによって撮像された患者の膝の画像内の患者の膝全体にわたって、手術経路の位置計画を制御し、それによって医療処置コントローラは、手術経路を組み込んでいる患者の膝の解剖学的モデルの製作（たとえば、３Ｄプリント）のための解剖学的モデルのプロファイルを生成する。術中に、医療処置コントローラは、ロボットシステムによるロボット鋸のロボット器具誘導を、患者の膝全体にわたって制御し、患者の膝の解剖学的モデルの手術経路全体にわたって、追跡システムにより追跡されたレプリカ鋸の手動器具誘導に従って、又は患者の膝の解剖学的モデルの手術経路全体にわたって、追加の鋸のロボットシステムによるロボット器具誘導に従って、手術経路を形成する。
【００２７】
更に本明細書で例示的に説明される例では、解剖学的モデルの医療処置は、術前に、材料へ熱又は光が加わることに応答して、色の変化を受けやすい材料から、患者の解剖学的構造の解剖学的モデルを製作及び／又は被覆することを含み、術中には、患者の解剖学的構造に対する、医療器具の手動での器具誘導を模倣する、患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに対するレーザポインタでのロボットシステムによるロボット器具誘導を含み、それによって、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル上のレーザポインタによって加えられる熱／光は、患者の解剖学的構造に対する医療器具の手動での器具誘導を示す。
【００２８】
より具体的には、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術では、術前に、患者の心臓の解剖学的モデルが、材料へ熱又は光が加わることに応答して、色の変化を受けやすい材料から製作され、又は被覆される。術中には、医療処置コントローラは、患者の心臓に対する医療器具の手動での器具誘導を模倣する、患者の心臓の解剖学的モデルに対するレーザポインタでのロボットシステムによるロボット器具誘導を制御し、それにより、患者の心臓の解剖学的モデル上のレーザポインタによって加えられる熱／光は、患者の心臓全体にわたる切除カテーテルの手動での器具誘導を示す。
【００２９】
更に本明細書で例示的に説明される例では、解剖学的モデルの医療処置は、術前に、患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに対するエンコードされた面セレクタの手動での又はロボットの操作を含む。面セレクタの位置は、術前の患者の解剖学的構造の３Ｄ画像（たとえば、超音波、ＭＲＩ、ＣＴ等）からの特定のスライスを抽出するために使用される。或いは、面セレクタの位置は、術中に、撮像装置の位置決めを制御する（たとえば、介入治療のＸ線Ｃアームの角度付け制御、ロボット制御ＴＥＥプローブの位置決めの制御、又は超音波トランスデューサの焦点深度／視野の制御）ために使用される。
【００３０】
更に本明細書で例示的に説明される例では、解剖学的モデルは、術前に、患者の解剖学的構造又は汎用の標準解剖学的モデルの画像からのホログラムの解剖学的モデルの生成を含み、それによって経路計画及び／又は器具誘導のベースとして機能するホログラムの解剖学的モデルとの相互作用を利用する。より具体的には、患者の解剖学的構造の所望の視野は、術前又は術中に、ホログラフの解剖学的モデルとのユーザの相互作用を介して、計画及び／又は誘導され、それによって術中に撮像システムは、患者の解剖学的構造の所望の視野を実現させるように操作される。ホログラフの解剖学的モデルとのかかる相互作用は、術中に、撮像システムの運動制限内で実行される。
【００３１】
本開示の発明の前述の実施形態及び他の実施形態、並びに本開示の様々な特徴及び利点は、添付図面と併せて読まれる本開示の発明の様々な実施形態の、以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。詳細な説明及び図面は、限定するもの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均等物によって定義されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルの医療スイートの、第１の例示的な実施形態の構成図である。
【図１Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルの医療処置の第１の例示的な実施形態の構成図である。
【図２Ａ】本開示の発明の原理による、画像ベースのモデル製作方法を実行するための、解剖学的モデルの医用ワークステーションの例示的な実施形態の構成図である。
【図２Ｂ】本開示の発明の原理による、画像ベースのモデル選択方法を実行するための、解剖学的モデルの医用ワークステーションの例示的な実施形態の構成図である。
【図３Ａ】本開示の発明の原理による、画像ベースのモデル製作方法の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図３Ｂ】本開示の発明の原理による、画像ベースのモデル選択方法の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図４Ａ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル向上の例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル向上の例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル向上の例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｄ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル向上の例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｅ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル向上の例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｆ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル向上の例示的な実施形態を示す図である。
【図５Ａ】本開示の発明の原理による、非モデルベースの位置計画方法を実行するための解剖学的モデルの医用ワークステーションの例示的な実施形態の構成図である。
【図５Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルベースで、術前／術中ベースの位置計画方法を実行するための解剖学的モデルの医用ワークステーションの例示的な実施形態の構成図である。
【図６Ａ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル内に組み込まれた非モデルベースの位置計画の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図６Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル内に組み込まれた非モデルベースの位置計画の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図６Ｃ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル内に組み込まれた解剖学的モデルベースの術前の位置計画の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図６Ｄ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデル内に組み込まれた解剖学的モデルベースの術中の位置計画の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図７Ａ】本開示の発明の原理による、非モデルベースの器具誘導方法を実行するための解剖学的モデルの医用ワークステーションの例示的な実施形態の構成図である。
【図７Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルベースの術前の器具誘導方法を実行するための、解剖学的モデルの医用ワークステーションの例示的な実施形態の構成図である。
【図７Ｃ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルベースで、術中の器具誘導方法を実行するための解剖学的モデルの医用ワークステーションの例示的な実施形態の構成図である。
【図８Ａ】本開示の発明の原理による、非モデルベースの器具誘導方法の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図８Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルベースの術前の器具誘導方法の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図８Ｃ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルベースの術中の器具誘導方法の例示的な実施形態の作業の流れを示す図である。
【図９Ａ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルの医療スイートの第２の例示的な実施形態の構成図である。
【図９Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルの医療処置の第２の例示的な実施形態の構成図である。
【図１０Ａ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルの３次元ホログラムの解剖学的モデルの第１の例示的な実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルの３次元ホログラムの解剖学的モデルの第２の例示的な実施形態を示す図である。
【図１１Ａ】本開示の発明の原理による、ユーザの図１０Ａに示すホログラムの解剖学的モデルとの相互作用の第１の例示的な実施形態を示す図である。
【図１１Ｂ】本開示の発明の原理による、ユーザの図１０Ａに示すホログラムの解剖学的モデルとの相互作用の第２の例示的な実施形態を示す図である。
【図１１Ｃ】本開示の発明の原理による、ユーザの図１０Ａに示すホログラムの解剖学的モデルとの相互作用の第３の例示的な実施形態を示す図である。
【図１２】本開示の発明の原理による、運動制御方法を表すフローチャートの例示的な実施形態を示す図である。
【図１３】本開示の発明の原理による、解剖学的モデルの医療スイートの第３の実施形態の例示的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本開示の理解を容易にするために、図１Ａの以下の説明は、本開示の例示的な解剖学的モデルの医療スイートの、発明の基本原理を教示する。当業者であれば、本説明から、本開示の解剖学的モデルの医療スイートの多数の変更された実施形態を製作及び使用するために、本開示の発明の原理を、どのように適用するかを理解するであろう。
【００３４】
図１Ａを参照して、本開示の解剖学的モデルの医療スイート１０は、１つ又は複数の医療機器２０、１つ又は複数の任意選択の器具レプリカ３０、及び１つ又は複数の解剖学的モデル４０を使用する。
【００３５】
医療器具２０は、本開示の技術分野で知られている医療処置に従って、患者の解剖学的構造の撮像、診断及び／又は治療を行うために使用される。医療器具の例は、ガイドワイヤ、カテーテル、メス、焼灼器、切除装置、バルーン、ステント、エンドグラフト、粥腫切除装置、クリップ、針、鉗子、ｋワイヤ及び関連するドライバ、内視鏡、超音波プローブ、Ｘ線装置、錐、スクリュードライバ、骨刀、ノミ、マレット、掻爬器、鉗子、箝搾子、ペリアスティアム、及びＪタイプ針を含むが、それらに限定されるものではない。
【００３６】
実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される特定の種類の医療器具２０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、特定の種類の解剖学的モデルの医療処置に依存する。本開示の発明の説明において、明確にするために、図２〜図８で説明される医療器具２０の実施形態は、切除カテーテル、ロボット鋸、及びＣＴ  Ｃアームに限定することとする。それでもなお、本開示の分野の技術者には、本開示の発明に適用可能な医療器具の、多数の変更された実施形態が理解されよう。
【００３７】
また実際には、医療器具２０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行される、１つ又は複数の解剖学的モデルの医療処置のために使用可能な、解剖学的モデルの医療スイート１０の標準構成要素であるか、又は解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、特定の解剖学的モデルの医療処置のために選択的に収集される医療器具である。
【００３８】
器具レプリカ３０は、本明細書で例示的に説明される、医療器具２０の物理的動作と構造的に等しい又は機能的に等しい、医療器具２０の物理的表現である。器具レプリカ３０の例は、医療器具のモデル、ロボットのモデル、レーザポインタ、及び光学式プロジェクタを含むが、それらに限定されるものではない。
【００３９】
実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される、特定の種類の器具レプリカ３０は、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される特定の種類の医療器具２０に依存する。本開示の発明の説明において、明確にするために、図２〜図８で説明される器具レプリカ３０の実施形態は、レーザポインタ及びロボット鋸のレプリカに限定することとする。それでもなお、本開示の分野の技術者には、本開示の発明に適用可能な器具レプリカの多数の変更された実施形態が理解されよう。
【００４０】
また実際には、器具レプリカ３０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行される、１つ又は複数の解剖学的モデルの医療処置のために使用可能な、解剖学的モデルの医療スイート１０の標準構成要素であるか、又は解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、特定の解剖学的モデルの医療処置のために製造される、又は選択的に取得される器具レプリカである。
【００４１】
解剖学的モデル４０は、更に本明細書で以下に説明するように、医療処置の対象者である患者の解剖学的構造の物理的表現である。実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される特定の種類の医療器具４０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、解剖学的モデルの医療処置の対象者である患者の解剖学的構造に依存する。実際には、解剖学的モデル４０はまた、特に解剖学的アトラスから製作された汎用の解剖学的モデルの、選択若しくはモーフィングを容易にするための、患者の解剖学的構造の撮像からの解剖学的モデル４０の製作、又は患者の解剖学的構造の撮像からの解剖学的モデル４０の描写によって、患者固有のものとなる。或いは、解剖学的モデル４０は、たとえば、特に解剖学的アトラスから製作された汎用の解剖学的モデル、又は患者の解剖学的構造を物理的に表現する任意の種類の物体等、患者固有ではないものである。
【００４２】
実際には、患者固有ではない解剖学的モデル４０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行される、１つ又は複数の解剖学的モデルの医療処置のために使用可能な、解剖学的モデルの医療スイート１０の標準構成要素である。
【００４３】
本開示の発明の説明において、明確にするために、図２〜図８で説明される解剖学的モデル４０の実施形態は、患者の心臓、患者の膝、及び患者の肝臓の解剖学的モデルに限定することとする。それでもなお、本開示の分野の技術者には、本開示の発明に適用可能な解剖学的モデルの多数の変更された実施形態が理解されよう。
【００４４】
実際には、解剖学的モデル４０は部分的に、又は全体的に、対象者である患者の解剖学的構造を物理的に表現し、また解剖学的モデル４０は中実であるか、又は部分的に、若しくは全体的に中空である。
【００４５】
依然として図１Ａを参照して、本開示の解剖学的モデルの医療スイート１０は、１つ又は複数の撮像システム５０を使用する。
【００４６】
実際には、撮像システム５０は、使用されるときに、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行される、１つ又は複数の解剖学的モデルの医療処置のために使用可能な、解剖学的モデルの医療スイート１０の標準構成要素であるか、又は解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、特定の解剖学的モデルの医療処置のために選択的に取得される。
【００４７】
更に撮像システム５０は、使用されるときに、本開示の技術分野で知られている撮像様式を実施するための医用撮像装置５１を備える。医用撮像装置５１を使って実施される撮像様式の例は、コンピュータ断層撮影法（「ＣＴ」）、磁気共鳴イメージング法（「ＭＲＩ」）、陽電子放射断層撮影法（「ＰＥＴ」）、超音波（「ＵＳ：ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」）、Ｘ線、及び内視鏡を含むが、それらに限定されるものではない。
【００４８】
各撮像システム５０は更に、撮像様式に従って、対象者である患者の解剖学的構造、医療器具２０、器具レプリカ３０及び／又は解剖学的モデル４０の２次元（「２Ｄ」）画像及び／又は３次元（「３Ｄ」）画像を示す撮像データＩＤの医用撮像装置５１による生成を制御するように構造的に構成された撮像コントローラ５２を備える。
【００４９】
実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される特定の種類の撮像システム５０は、使用されるときに、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、特定の種類の解剖学的モデルの医療処置に基づいて選択される。
【００５０】
また実際には、撮像システム５０は、本明細書で更に以下に説明するように、解剖学的モデルの医療処置の、術前段階及び／又は術中段階の間に使用される。
【００５１】
更に実際には、撮像システム５０を使用する代わりに、解剖学的モデルの医療スイート１０は、撮像システム５０によって生成されるのと同様にリアルタイムで撮像データＩＤを受信するために、撮像システム５０と遠隔通信し、且つ／又は撮像システム５０によって以前に生成された撮像データＩＤのアップロード／ダウンロードのために、記憶装置（図示せず）（たとえばデータベース）を使用する。
【００５２】
依然として図１Ａを参照して、本開示の解剖学的モデルの医療スイート１０は、１つ又は複数の追跡システム６０を使用する。
【００５３】
実際には、追跡システム６０は、使用されるときに、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行される、１つ又は複数の解剖学的モデルの医療処置のために使用可能な、解剖学的モデルの医療スイート１０の標準構成要素であるか、又は追跡システム６０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、特定の解剖学的モデルの医療処置のために選択的に取得される。
【００５４】
更に追跡システム６０は、使用されるときに、本開示の技術分野で知られている追跡方式（たとえば、信号／磁場／光発生器、エミッタ、送信機、受信機及び／又はセンサ）を実施するための空間追跡機６１を備える。空間追跡機６１によって実施される追跡方式の例は、Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  ＲｅａｌＳｈａｐｅ（「ＦＯＲＳ」）センサ追跡、電磁式追跡、カメラを用いた光学式追跡、カメラ画像ベースの追跡、及び機械式デジタル化追跡を含むが、それらに限定されるものではない。
【００５５】
各追跡システム６０は更に、１つ又は複数の座標空間内で、追跡方式に従って、対象者である患者の解剖学的構造、医療器具２０、器具レプリカ３０、及び／又は解剖学的モデル４０の追跡を知らせる追跡データＴＤの空間追跡機６１による生成を制御するように、構造的に構成された追跡コントローラ６２を備える。
【００５６】
実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される特定の種類の追跡システム６０は、使用されるときに、座標空間内での特定の種類の対象者である患者の解剖学的構造、医療器具２０、器具レプリカ３０、及び／又は解剖学的モデル４０に基づいて選択される。
【００５７】
また実際には、追跡システム６０は、本明細書で更に以下に説明するように、解剖学的モデルの医療処置の術前段階及び／又は術中段階の間に使用される。
【００５８】
依然として図１Ａを参照して、本開示の解剖学的モデルの医療スイート１０は、１つ又は複数のロボットシステム７０を使用する。
【００５９】
実際には、ロボットシステム７０は、使用されるときに、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行される、１つ又は複数の解剖学的モデルの医療処置のために使用可能な、解剖学的モデルの医療スイート１０の標準構成要素であるか、又はロボットシステム７０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って実行されることになる、特定の解剖学的モデルの医療処置のために選択的に取得される。
【００６０】
更にロボットシステム７０は、使用されるときに、対象者である患者の解剖学的構造又は解剖学的モデル４０に対する経路に沿って、医療器具２０又は器具レプリカ３０を誘導するための器具ロボット７１を備える。器具ロボット７１の例は、以下を含むがそれらに限定されるものではない。
（１）１つ又は複数の関節及び複数の連結部を備える、精密なロボット（たとえば、自由度６のロボット、又は動作ロボットの遠隔センタ）
（２）ギアードモータの連結又は腱駆動を介して作動可能な、複数の関節を備える蛇型ロボット
（３）カテーテル及び類似の医療器具を支持するロボット（たとえば、作動可能な駆動システムによって駆動される受動カテーテルを支持するロボット、又はモータ及び腱を備える作動可能なカテーテルを支持する、若しくは磁力のような外力によって駆動されるロボット）
（４）自由度１のロボット（たとえば、有窓血管内動脈瘤修復中に使用されるロボット）
【００６１】
実際には、医療器具２０及び／又は器具レプリカ３０は、器具ロボット７０への取り付け／取り外し可能であるか（たとえば、遠隔センタ動作ロボットによって支持される内視鏡、蛇型ロボット内に配置される切除カテーテル、後付けロボットアタッチメントによって操作されるＴＥＥプローブ、血管ナビゲーション又はステント配置のための腱駆動のカテーテルのルート）、又は器具ロボット７０と一体化される（たとえば、遠位に鋸器具を備える精密ロボット、ロボットに組み込まれたトランスデューサを有する超音波ロボット）。
【００６２】
各ロボットシステム７０は更に、本開示の技術分野で知られている、関連する座標空間内での器具ロボット７１の指令される姿勢を指示する姿勢コマンドＰＣに応答して、器具ロボット７１の作動を制御するように構造的に構成されたロボットコントローラ７２を備える。
【００６３】
実際には、器具ロボット７０は、本開示の技術分野で知られている、関連する座標空間内での器具ロボット７１のリアルタイムの姿勢を知らせる姿勢データＰＤを生成するために、エンコーダ等を組み込み、それによってロボットコントローラ７２は更に、本開示の技術分野で知られている、関連する座標空間内での器具ロボット７１のリアルタイムの姿勢を知らせる姿勢データＰＤの生成を制御するように、構造的に構成される。代替的に又は併行して、器具ロボット７０に取り付けられる、又は器具ロボット７０と一体化された空間追跡機６１の構成要素は、器具ロボット７０の姿勢データＰＤとして機能する追跡データＴＤを提供する。
【００６４】
実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される、特定の種類のロボットシステム７０は、使用されるときに、解剖学的モデルの医療スイート１０によって使用される特定の種類の医療器具２０及び器具レプリカ３０に基づいて選択される。
【００６５】
また実際には、ロボットシステム７０は、本明細書で更に以下に説明するように、解剖学的モデルの医療処置の、術前段階及び／又は術中段階の間に使用される。
【００６６】
更に実際には、ロボットシステム７０を使用する代わりに、解剖学的モデルの医療スイート１０は、ロボットシステム７０によって生成されるのと同様にリアルタイムで姿勢データＰＤを受信するために、及び姿勢コマンドをロボットシステム７０にリアルタイムで送信するために、ロボットシステムと遠隔通信し、並びに／又はロボットシステム７０は、解剖学的モデルの医療スイート１０を使って以前に生成された姿勢コマンドＰＣのアップロード／ダウンロードのために、記憶装置（図示せず）（たとえばデータベース）を使用する。
【００６７】
依然として図１Ａを参照して、本開示の解剖学的モデルの医療スイート１０は更に、本開示の発明の原理を実施するための医用ワークステーション８０を使用する。
【００６８】
医用ワークステーション８０は、コンピュータ（図示せず）にインストールされた医療処置コントローラ９０への遠隔アクセス権を含む、又は有する。医用ワークステーション８０は更に、モニタ及び１つ又は複数のユーザ入力装置（たとえば、キーボード及びマウス）を含むがそれらに限定されるものではない、ワークステーションに関連する追加の構成要素（図示せず）を含むのが通例である。
【００６９】
医療処置コントローラ９０は、患者の解剖学的構造を撮像、診断、及び／又は治療するために、解剖学的モデル４０の医療処置の術前段階及び／又は術中段階の間に動作する。
【００７０】
一般に医療処置コントローラ９０は、解剖学的モデル４０に対する医療器具２０、又は解剖学的モデル４０に対する器具レプリカ３０の位置計画及び／又は器具誘導から導出される、患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の位置計画及び／又は器具誘導を制御する。
【００７１】
非制限的な例では、解剖学的モデルの医療処置は、術前に、患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の経路計画を知らせる計画データを生成するために、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０に対する器具レプリカ３０の手動での又はロボットの器具誘導を含み、術中に、その計画データに従って患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の手動での又はロボットの器具誘導を含む。
【００７２】
更に、本明細書で更に以下に説明するように、計画立案及び／又は器具誘導作業を向上させるために、生理学的情報を解剖学的モデル４０に組み入れ、且つ／又は解剖学的モデル４０と関係付ける。
【００７３】
より具体的には、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術では、術前に、追跡システム６０によって追跡されるレーザポインタの光ビームは、患者の心臓のカテーテル切除のシミュレーションとして、患者の心臓の解剖学的モデル４０の外部全体にわたって手動で誘導され、それにより、医療処置コントローラ９０は、患者の心臓のシミュレーションされたカテーテル切除を知らせる計画データの生成を制御する。術中には、医療処置コントローラ９０は、シミュレーションされたカテーテル切除を実施するための計画データに従って、患者の心臓全体にわたって、切除カテーテルのロボットシステム７０によるロボット器具の誘導を制御する。
【００７４】
更に、解剖学的モデル４０は、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術のために、患者の心臓の安全な／手術可能領域と危険な／手術不能領域とを識別するために色分け又は紋様分けされ、それによってシミュレーションされたカテーテル切除は、危険な／手術不能領域を回避する。
【００７５】
或いは術前に、レーザポインタの光ビームは、患者の心臓のカテーテル切除のシミュレーションとして、患者の心臓の外部全体にわたって、ロボットシステム７０によってロボット誘導され、それにより、医療処置コントローラ９０は、患者の心臓のシミュレーションされたカテーテル切除を知らせる計画データの生成を制御する。
【００７６】
更に非限定的な例では、解剖学的モデル４０の医療処置は、術前に、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０内に組み込まれた計画情報を含み、それによって計画情報は、患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の計画された経路を示し、術中には、器具レプリカ３０が、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０内に組み込まれた、計画された経路に対して手動で誘導されるのと同様の、患者の解剖学的構造に対する医療器具２０のロボット器具の誘導を含む。
【００７７】
より具体的には、膝関節置換手術では、術前に、医療処置コントローラ９０が、撮像システム５０によって撮像された患者の膝の画像内の患者の膝全体にわたって、手術経路の位置計画を制御し、それによって医療処置コントローラ９０は、手術経路を組み込んでいる患者の膝の解剖学的モデル４０の製作（たとえば、３Ｄプリント）のための解剖学的モデル４０のプロファイルを生成する。術中に、医療処置コントローラ９０は、ロボットシステム７０によるロボット鋸のロボット器具誘導を、患者の膝全体にわたって制御し、患者の膝の解剖学的モデル４０の手術経路全体にわたって、追跡システム６０により追跡されたレプリカ鋸の手動器具誘導に従って、又は患者の膝の解剖学的モデル４０の手術経路全体にわたって、追加の鋸のロボットシステム７０によるロボット器具誘導に従って、手術経路を形成する。
【００７８】
更に非制限的な例では、解剖学的モデル４０の医療処置は、術前に、材料へ熱又は光が加わることに応答して、色の変化を受けやすい材料から、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０の製作及び／又は被覆することを含み、術中には、患者の解剖学的構造に対する、医療器具２０の手動での器具誘導を模倣する、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０に対するレーザポインタでのロボットシステム７０によるロボット器具誘導を含み、それによって、患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０上のレーザポインタによって加えられる熱／光は、患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の手動での器具誘導を示している。
【００７９】
より具体的には、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術では、術前に、患者の心臓の解剖学的モデル４０が、材料へ熱又は光が加わることに応答して、色の変化を受けやすい材料から製作され、又は被覆される。術中には、医療処置コントローラ９０は、患者の心臓に対する医療器具２０の手動での器具誘導を模倣する、患者の心臓の解剖学的モデル４０に対するレーザポインタでのロボットシステム７０によるロボット器具誘導を制御し、それにより、患者の心臓の解剖学的モデル４０上のレーザポインタによって加えられる熱／光は、患者の心臓全体にわたる切除カテーテルの手動での器具誘導を示している。
【００８０】
本明細書に例示的に記載される更なる例では、解剖学的モデルの医療処置は、術前に、患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに対する、エンコードされた面のセレクタの手動又はロボットによる操作を含み、それによって、医療処置コントローラ９０は、術前の患者の解剖学的構造の３Ｄ画像（たとえば超音波、ＭＲＩ、ＣＴ等）から特定のスライスを抽出するための、面セレクタの使用を制御する。或いは、医療処置コントローラ９０は、術中に、撮像装置の位置決めを制御する（たとえば、介入治療のＸ線Ｃアームの角度付け制御、ロボット制御ＴＥＥプローブの位置決め制御、又は超音波トランスデューサの焦点深度／視野の制御）ために、面セレクタの位置の使用を制御する。
【００８１】
依然として図１Ａを参照して、本開示の発明の原理による、前述の非限定的で例示的な解剖学的モデルの医療処置、並びに追加の解剖学的モデルの医療処置を実行する目的で、医療処置コントローラ９０は、撮像データ処理モジュール９１、追跡データ処理モジュール９２、及び／又はロボット姿勢データ処理モジュール９３を使用する。
【００８２】
撮像データ処理モジュール９１は、対象者である患者の解剖学的構造の当該の２Ｄ／３Ｄ画像、及び関連するグラフィカルユーザインタフェースを、医用ワークステーション８０のモニタ上に表示するように、撮像コントローラ５２からの撮像データＩＤを処理するための本開示の技術分野において知られているソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。撮像データ処理モジュール９１は更に、解剖学的モデルの医療処置に必要な２Ｄ／３Ｄ画像に示されるように、医療器具２０、器具レプリカ３０、解剖学的モデル４０、及び／又は器具ロボット７１間での画像位置合せを容易にするための、本開示の技術分野で知られているソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。画像位置合せの例は、手動での位置合せ、ランドマークベースの位置合せ、特徴ベースの位置合せ、及び機械式位置合せを含むが、それらに限定されるものではない。
【００８３】
追跡データ処理モジュール９２は、医療処置に必要な、医療器具２０、器具レプリカ３０、解剖学的モデル４０、医用撮像装置５１、及び器具ロボット７１間での空間位置合せを容易にする、追跡データＴＤを処理するための本開示の技術分野で知られているソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。空間位置合せの例は、手動での位置合せ、ランドマークベースの位置合せ、特徴ベースの位置合せ、及び機械式位置合せを含むが、それらに限定されるものではない。
【００８４】
ロボット姿勢データ処理モジュール９３は、姿勢データＰＤを処理し、それによって、関連する座標空間内での器具ロボット７１の指示された姿勢と、姿勢データＰＤによって示された関連する座標空間内での器具ロボット７１のリアルタイムの姿勢との間の差分に基づいて、姿勢コマンドＰＣを生成するための本開示の技術分野で知られているソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。
【００８５】
本開示の発明の原理を実施する目的で、医療処置コントローラ９０は更に、モデル取得モジュール９４、位置計画モジュール９５、及び／又は器具誘導モジュール９６を使用する。
【００８６】
モデル取得モジュール９４は、主に、撮像コントローラ５２によって処理される画像データＩＤ、追跡コントローラ６２によって処理される追跡データＴＤ、及び／又は本明細書において更に以下で説明される当該座標系での位置合せに基づいて、対象者である患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０の製作又は選択を容易にするための、ソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。モデル取得モジュール９４は更に、本明細書において更に以下で説明される、解剖学的モデル４０を向上させるためのソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路を構造的に備える。
【００８７】
位置計画モジュール９５は、対象者である患者の解剖学的構造に対する、医療器具２０の位置計画を容易にするためのソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。位置計画は主に、撮像コントローラ５２によって処理される画像データＩＤ、追跡コントローラ６２によって処理される追跡データＴＤ、ロボットコントローラ７２によって処理される姿勢データＰＤ、及び／又は本明細書において更に以下で説明される当該座標系での位置合せに基づく。
【００８８】
器具誘導モジュール９６は、特に位置計画に従って、対象者である患者の解剖学的構造に対する、医療器具２０の器具誘導を容易にするためのソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。器具誘導は主に、追跡コントローラ６２によって処理される追跡データＴＤ、ロボットコントローラ７２によって処理される姿勢データＰＤ、及び／又は本明細書において更に以下で説明される当該座標系での位置合せに基づく。
【００８９】
依然として図１Ａを参照して、実際には、医療処置コントローラ９０の各モジュール９１〜９６は、図示のように医用ワークステーション８０にインストールされるか、又は医用ワークステーション８０に結合される。或いは、医療処置コントローラ９０のモジュール９１〜９６のうちの各モジュールは、システム５０、６０、及び／若しくは７０のコントローラのうちの１つの中に、部分的に若しくは完全に統合されるか、又は医療処置コントローラ９０のモジュール９１〜９６は、部分的に若しくは完全に、システム５０、６０、及び７０のコントローラの間に分散される。
【００９０】
本開示、特にモジュール９４〜９６の理解を更に容易にするために、図１Ｂの以下の説明は、本開示の例示的な解剖学的モデルの医療処置の、発明の基本原理を教示する。当業者であれば、本説明から、本開示の解剖学的モデルの医療処置の、多数の変更された実施形態を製作及び使用するために、本開示の発明の原理を、どのように適用するかを理解されよう。
【００９１】
図１の解剖学的モデルの医療処置の説明において、明確にするために、図２〜図８に関して、撮像システム５０について説明する実施形態はＣＴ撮像システムに限定し、追跡システム６０について説明する実施形態は、電磁式追跡システムに限定し、ロボットシステム７０について説明する実施形態は、蛇型ロボットに限定することとする。それでもなお、本開示の分野の技術者には、本開示の解剖学的モデルの医療処置に適用可能な撮像システム、追跡システム、及びロボットシステムの、多数の変更された実施形態が理解されよう。
【００９２】
図１Ｂを参照して、一般に、本開示の解剖学的モデルの医療処置１００は、対象者である患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行うために、解剖学的モデル取得段階１１０、位置計画段階１５０、及び器具誘導段階１９０を実施する。
【００９３】
解剖学的モデル取得段階１１０は、一般に、本明細書において以下に更に例示的に説明されるように、対象者である患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０（図１Ａ）を提供する。実際に解剖学的モデル取得段階１１０では、医療処置コントローラ８０は、解剖学的モデル４０を取得するために必要な任意の撮像及び／若しくは空間位置合せを実行し、且つ／又は解剖学的モデル４０を取得するために必要な、任意の種類のロボット制御を実施する。
【００９４】
位置計画段階１５０は、一般に、本明細書において以下に更に例示的に説明されるように、解剖学的モデルに対する医療器具２０又は器具レプリカ３０（図１）の器具誘導から導出された、対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０（図１Ａ）の計画された配置又は計画された経路を提供する。実際に位置計画段階１５０では、医療処置コントローラ８０は、対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の位置計画のために必要な任意の撮像及び／若しくは空間位置合せを実行し、且つ／又は対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の位置計画のために必要な任意の種類のロボット制御を実施する。
【００９５】
器具誘導段階１９０は、一般に、本明細書において以下に更に例示的に説明されるように、解剖学的モデル４０（図１）の位置計画から導出される、対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０（図１Ａ）の器具誘導、及び／又は解剖学的モデル４０に対する器具レプリカ３０（図１）の器具誘導を提供する。実際に器具誘導段階１９０では、医療処置コントローラ８０は、医療器具２０及び／若しくは器具レプリカ３０の器具誘導のために必要な、任意の撮像及び／若しくは空間位置合せを実行し、且つ／又は医療器具２０及び／若しくは器具レプリカ３０の器具誘導のために必要な、任意の種類のロボット制御を実施する。
【００９６】
実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０（図１Ａ）は、順次及び／又は同時に、段階１２０、１３０、及び１４０を実行する。
【００９７】
図１Ｂの説明を、排他的に本開示の発明の原理に向ける目的で、解剖学的モデルの医療処置１００は、本明細書に記載されていない、追加の段階を実行することを、当業者は理解されよう。
【００９８】
依然として図１Ｂを参照して、解剖学的モデル取得段階１１０は、対象者である患者の解剖学的構造の画像から解剖学的モデルを製作するよう、モデルのプロファイルを生成するための画像ベースのモデル製作方法１２０、解剖学的モデルのデータベースから解剖学的モデルを選択するよう、モデルのプロファイルを生成するための、画像ベースのモデル選択方法１３０、並びに／又はモデル取得方法１２０及び１３０に適用可能な、解剖学的モデル向上方法１４０を包含する。
【００９９】
方法１２０及び１３０は、解剖学的モデルを取得するための患者固有の方法である。方法１２０及び１３０の代替では、解剖学的モデルは、たとえば、解剖学的アトラスから製作／選択された汎用の解剖学的モデル、又は患者の解剖学的構造を物理的に表現する任意の種類の物体等、患者固有ではないものである。解剖学的モデル向上方法１４０はまた、患者固有ではない解剖学的モデルにも適用可能である。
【０１００】
依然として図１Ｂを参照して、画像ベースのモデル製作方法１２０は、本開示の技術分野で知られている、解剖学的モデルの３Ｄプリント／高速プロトタイプ作製（又は他の好適な技術）を提供する。実際には、解剖学的モデルのかかる３Ｄプリント／高速プロトタイプ作製は、単一の合成解剖学的モデルとして、又は解剖学的モデルの中に後から組み合わせられる個々の部品として、解剖学的モデルの製作を容易にする。
【０１０１】
画像ベースのモデル製作方法１２０の一実施形態では、図２Ａに示す医用ワークステーション９０ａ上にインストールされる、又は医用ワークステーション９０ａによってアクセス可能なモデル取得モジュール９４ａは、図３Ａに示す画像ベースのモデル製作方法１２０ａを実行するよう動作する。
【０１０２】
図３Ａを参照して、画像ベースのモデル製作方法１２０ａは、医用撮像装置５１（図１Ａ）によって、患者の解剖学的構造Ｐを術前に撮像又は術中に撮像し、それによって、方法１２０ａのステージＳ１２４中に、撮像コントローラ５２（図１Ａ）又はモデル取得モジュール９４ａ（図２Ａ）によって処理される、３Ｄ画像５３の形の画像データＩＤ（図１Ａ）を生成するステップを有する、ステージＳ１２２を含む。撮像コントローラ５３又はモデル取得モジュール９４ａによるかかる処理は、方法１２０ａのステージＳ１２６の間に、モデル取得モジュール９４ａによる、患者の解剖学的構造Ｐの３Ｄ画像のセグメント化、及び患者の解剖学的構造Ｐの１つ又は複数の３Ｄ解剖学的メッシュ５４の生成を含み、それによって、方法１２０ａの段階Ｓ１２８の間に、モデル取得モジュール９４ａによって生成されたモデルのプロファイル５５を介して、３Ｄプリント／高速プロトタイプ作製（又は他の好適な技術）を利用して、患者の解剖学的構造Ｐのスケーリングされていない又はスケーリングされた解剖学的モデル４０（図１Ａ）がプリントされる。より具体的には、本開示のモデルプロファイルは、メッシュ５４から導出された解剖学的モデルの寸法仕様及び材料組成を描写し、それによって仕様及び材料組成は、解剖学的モデルのプリントに好適なものとなる。
【０１０３】
方法１２０ａの結果、解剖学的モデル４０は、患者の解剖学的構造Ｐの物理的表現となる。実際には、本開示は、解剖学的モデルの医療処置１００（図１Ｂ）の実行に必要であるか、又は最小限必要であると見なされる、患者の解剖学的構造Ｐの解剖学的モデル４０ａの物理的表現のどんなレベルの詳細をも意図している。
【０１０４】
たとえば、依然として図３Ａを参照して、ＣＴ撮像システムのＣアーム５１ａは、患者の心臓Ｈの術前の画像を生成し、それによってモデル取得モジュール９４Ａ（図２Ａ）によって処理される３Ｄ画像５３ａの形の画像データＩＤを生成するよう操作される。モデル取得モジュール９４Ａによるかかる処理は、画像のセグメント化と、患者の心臓Ｈの１つ又は複数の３Ｄ解剖学的メッシュ５４ａの生成とを含み、それによって、患者の心臓Ｈのスケーリングされていない又はスケーリングされた解剖学的モデル４０ａが、３Ｄプリント／高速プロトタイプ作製（又は他の好適な技術）を利用してプリントされる。この結果、解剖学的モデル４０ａは、患者の心臓Ｈの物理的表現となる。
【０１０５】
図１Ｂに戻って参照して、画像ベースのモデル選択方法１３０は、本開示の技術分野で知られている、解剖学的アトラスから当該の解剖学的モデルをモーフィングすることによって、対象者である患者の解剖学的構造の解剖学的モデルの導出をもたらす。実際には、解剖学的アトラスからの当該の解剖学的モデルのかかるモーフィングは、単一の合成解剖学的モデルとして、又は解剖学的モデルの中に後から組み合わせられる個々の部品として、解剖学的モデルの選択を容易にする。
【０１０６】
画像ベースのモデル製作方法１３０の一実施形態では、図２Ｂに示すワークステーション９０ｂ上にインストールされる、又はワークステーション９０ｂによってアクセス可能なモデル取得モジュール９４ｂは、図３Ｂに示す画像ベースのモデル選択方法１３０ａを実行するよう動作する。
【０１０７】
図３Ｂを参照して、画像ベースのモデル製作方法１３０ａは、医用撮像装置５１（図１Ａ）によって、患者の解剖学的構造Ｐを術前に撮像又は術中に撮像し、それによって、方法１３０ａのステージＳ１３４中に、撮像コントローラ５２（図１Ａ）又はモデル取得モジュール９４ｂ（図２Ｂ）によって処理される、一連の３Ｄ画像５３の形の画像データＩＤ（図１Ａ）を生成するステップを有する、ステージＳ１３２を含む。撮像コントローラ５２又はモデル取得モジュール９４ｂによるかかる処理は、対象者である患者の解剖学的構造Ｐの２Ｄ／３Ｄ画像内に示されたランドマークの測定を含み、それによって、方法１３０ａのステージＳ１３６の間に、モデルのプロファイル５６の生成を容易にする。より具体的には、本開示のモデルのプロファイルは、フローチャート１３０のステージＳ１３８の間に、モデル取得モジュール９４ｂによる、データベース９７からの対応する解剖学的モデルの選択に好適な解剖学的モデルの寸法仕様及び材料組成を描写し、それにより選択された解剖学的モデルは使用されるか、又は患者の解剖学的構造Ｐのスケーリングされていない若しくはスケーリングされた解剖学的モデル４０（図１Ａ）へモーフィングされる。
【０１０８】
実際には、データベース９７は、特に解剖学的アトラスからの多数の様々な解剖学的構造のリストを含み、それによって選択された解剖学的モデルが製作されるか、又は予め作製されている。
【０１０９】
方法１３０ａの結果、解剖学的モデル４０は、患者の解剖学的構造Ｐの物理的表現となる。実際には、本開示は、解剖学的モデルの医療処置１００（図１Ｂ）の実行に必要であるか、又は最小限必要であると見なされる、患者の解剖学的構造Ｐの解剖学的モデル４０の物理的表現のどんなレベルの詳細をも意図している。
【０１１０】
たとえば、依然として図３Ｂを参照して、ＣＴ撮像システムのＣアーム５１ａは、患者の心臓Ｈの術前の画像又は術中の画像を生成し、それによってモデル取得モジュール９４ｂ（図２Ｂ）によって処理される、時間的に連続する３Ｄ画像５３ａの形の画像データＩＤを生成するよう操作される。モデル取得モジュール９４ｂによるかかる処理は、患者の心臓Ｈの２Ｄ／３Ｄ画像内で示されるランドマークの描画／測定を含み、それによって、使用される、又は患者の心臓Ｈのスケーリングされていない若しくはスケーリングされた解剖学的モデル４０ｂにモーフィングされる、モデルのデータベース９７からの解剖学的モデルの選択を容易にする。この結果、解剖学的モデル４０ｂは、患者の心臓Ｈの物理的表現となる。
【０１１１】
図１Ｂに戻って参照して、解剖学的モデルの向上方法１４０は、方法１２０／１３０によって生成／選択された解剖学的モデルへの生理学的に関連する情報の組み込みをもたらし、それによって解剖学的モデルは、かかる生理学的に関連する情報を視覚的に強調する。
【０１１２】
より具体的には、本開示で説明される、また特許請求の範囲としての用語「生理学的に関連する」は、臓器運動、電気／血管経路、及び介入治療のための安全領域対回避されるべき危険領域を含むがこれらに限定されない、対象者である患者の解剖学的モデルの医療処置に関連する、対象者である患者の解剖学的構造に生理学的に関連する任意の情報を包含する。
【０１１３】
実際には、生理学的に関連する情報は、以下を含むがこれらに限定されない様々なやり方で、解剖学的モデルに組み込まれる。
（１）レーザポインタ若しくは様々な色の複数のレーザポインタ、又は光学式プロジェクタを介した、解剖学的モデル上への光投射による照射
（２）様々な紋様又は色を用いた、解剖学的モデルのプリント及び／又は描写
（３）解剖学的モデル内でのＬＥＤ等の組み込み
（４）熱又は光のために色を変化させる、解剖学的モデルの材料組成及び／又は被覆（たとえば、熱変色性又は光変色性材料）
（５）解剖学的モデルは可撓性の材料組成を有し、それによって、対象者である患者の解剖学的構造の生理学的運動をシミュレーションするために、能動電子部品／機械部品が、解剖学的モデル内に埋め込まれる、解剖学的モデル上に装着される、又は解剖学的モデルに取り付けられる（たとえば、心臓の拍動をシミュレーションするための振動モータ、触覚スクリーン、圧電素子等の触覚素子）。
【０１１４】
実際には、本開示の技術分野の製作／被覆技術が、解剖学的モデルへの生理学的に関連する情報の組み込みに適用可能であることを、当業者は理解されよう。
【０１１５】
たとえば図４Ａは、医療処置に関連する解剖学的モデル４０ａの安全領域でのレーザポインタ（図示せず）の光投射４１による照射を示す。
【０１１６】
更なる例では、図４Ｂは、医療処置に関連する安全領域４２Ｓ及び危険領域４３Ｕに相異なる紋様又は色を有する、解剖学的モデル４０ｂのプリントを示す。
【０１１７】
更なる例では、図４Ｃは、たとえば大動脈４４Ｙに黄色、心室４５Ｏにくすんだ色、心室４５Ｏをわたる動脈／静脈（図示せず）に赤色等、相異なる色を有する、解剖学的モデル４０ｃのプリントを示す。
【０１１８】
更なる例では、図４Ｄは、解剖学的モデル４０ｄ内の溝４７のプリントを示し、それによってＬＥＤ４７は溝４７内に挿入され、ＬＥＤ４８が緑色４８Ｇと青色４８Ｂとの間で切り替えられて、解剖学的モデル４０ｄ上の動的な生理機能を強調する。
【０１１９】
図４Ａ〜図４Ｄの４つの例では、患者の心臓の鼓動をシミュレーションするために、触覚要素（図示せず）が解剖学的モデルに埋め込まれる／装着される／取り付けられる。
【０１２０】
図１Ｂに戻って参照して、解剖学的モデルの向上方法１４０は、方法１２０／１３０によって生成／選択された解剖学的モデルへの処置上の関連する情報の組み込みをもたらし、それによって解剖学的モデルは、かかる処置上の関連する情報を視覚的に強調する。より具体的には、本開示で説明される、また特許請求の範囲としての用語「処置上の関連する」は、解剖学的モデル内の埋め込み型装置の位置及び向き、解剖学的モデルに対する医療器具２０の基準位置、及び解剖学的モデルに対する医療器具２０の経路が計画された位置を含むがこれらに限定されない、解剖学的モデル及び／又は対象者である患者の解剖学的構造に対する、医療器具及び器具レプリカの位置計画及び器具誘導に関係する任意の情報を包含する。
【０１２１】
実際には、処置上の関連する情報は、１つ又は複数の物理的な特徴（たとえば、フック、孔、クリップ等）の解剖学的モデルへのプリント又は統合を含むが、これらに限定されない様々なやり方で解剖学的モデル内に組み込まれる。
【０１２２】
一実施形態では、処置上の関連する情報は、対象物の位置として、解剖学的モデル上へ、又は解剖学的モデルの中に組み込まれる。たとえば、図４Ｅは、患者の肝臓の解剖学的モデル４０ｅの中に入る対象物の孔４９として識別される、患者の肝臓への入口箇所を有する、対象物への組み込みを示す。
【０１２３】
図１Ｂに戻って参照して、解剖学的モデルの向上方法１４０は、医療器具のモデルとして、器具レプリカ３０の製作を提供する。かかる製作された器具レプリカの例は、医療器具自体、ステント、ガイドワイヤ、及び埋め込み型装置（たとえば弁、クリップ、ネジ、ロッド等）、ポインタ、指、レーザポインタ、Ｃアーム又はＴＥＥプローブのモデルを含むが、それらに限定されるものではない。
【０１２４】
実際には、器具レプリカ３０は、配置されていない、半ば配置された、又は完全に配置された状態で、そして様々な位置にある医療器具のモデルである。
【０１２５】
たとえば、図４Ｆは、患者の心臓の中空の解剖学的モデル４０ｆと共に製作されるか、又はそれと共に使用するために選択された、配置されていない大動脈弁の配置システムのモデル３１を示す。実際には、当業者には、本開示の分野の技術が、医療器具のレプリカ製作に適用可能であることが、理解されよう。
【０１２６】
図１Ｂに戻って参照して、本明細書で前述した、解剖学的モデルのいかなる向上も、解剖学的モデルの製作に適用可能なモデルのプロファイルと結合される、又は解剖学的モデルの選択に適用可能なモデルのプロファイル内に組み込まれる。
【０１２７】
更に、実際には、解剖学的モデルの医療処置１００は、多数の連続した時間セグメントにわたって実行され、それによって患者の解剖学的構造の物理的状態は時間セグメントごとに変化する（たとえばＣｏｘ−Ｍａｚｅ手術）。したがって、実際には、方法１４０によって任意選択で向上される方法１２０及び／又は１３０は、各時間セグメントについて実行され、それによって、対応する時間セグメント中に、患者の解剖学的構造を物理的に表現するそれぞれの解剖学的モデルを使って、複数のバージョンの解剖学的モデルを生成／選択する。
【０１２８】
依然として図１Ｂを参照して、位置計画段階１５０は、対象者である患者の解剖学的構造の撮像からの対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０（図１Ａ）の位置計画のための非モデルベースの位置計画方法１６０を有する。位置計画段階１５０は更に、解剖学的モデル４０（図１Ａ）に対する医療器具２０、又は解剖学的モデル４０（図１Ａ）に対する器具レプリカ３０（図１Ａ）の器具誘導のための対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の位置計画に向けた、モデルベースの術前位置計画方法１７０及びモデルベースの術中位置計画方法１８０を包含する。
【０１２９】
一般に、位置計画は、対象者である患者の解剖学的構造を診断及び／又は治療する目的で、対象者である患者の解剖学的構造上の位置に至る幾何学的空間内での医療器具２０若しくは器具レプリカ３０の任意の平行移動、任意の回転移動、及び任意の枢動移動、並びに／又は対象者である患者の解剖学的構造の外側及び／若しくは内側を、空間的若しくは連続的に通過する、医療器具２０若しくは器具レプリカ３０の任意の平行移動、任意の回転移動、及び任意の枢動移動を広義に包含する、「処置上の位置決め」計画を含む。
【０１３０】
実際には、計画は、以下を含むがこれらに限定されない、空間的表現として表される。
（１）面（たとえば、膝又は股関節置換手術等の整形外科的処置のための切断面）
（２）１つの経路又は１組の経路（たとえば、心臓又はＥＰに対するＣｏｘ−Ｍａｚｅ手術のため）
（３）エリア（たとえば血管内で、グラフト配置でのステントの留置領域、又は腫瘍エリア）
（４）安全領域（たとえば、脈管構造、脳内の傷つきやすい構造体等）
（５）点（たとえば、針生検又は針切除のための挿入箇所）
（６）血管又は気道の対象物の分岐を描写するためのリング
【０１３１】
依然として図１Ｂを参照して、位置計画段階の方法１６０は、本開示の技術分野で知られている、対象者である患者の解剖学的構造の撮像に基づく位置計画を提供する。
【０１３２】
位置計画段階の方法１６０の一実施形態では、図５Ａに示す医用ワークステーション９０ｃ上にインストールされる、又は医用ワークステーション９０ｃによってアクセス可能な位置計画モジュール９５ａは、それぞれ図６Ａ及び図６Ｂに示す非モデルベースの位置計画方法１６０ａ及び１６０ｂを実行するよう動作する。
【０１３３】
図６Ａを参照して、方法１６０ａのステージＳ１６２ａは、患者の心臓の撮像５７ａの表示を包含し、それによって、本開示の技術分野で知られている位置計画技術は、患者の心臓に対する医療器具２０の計画された経路を描写するためのグラフィカルユーザインタフェースを介して、実施される。方法１６０ａのステージＳ１６４ａは、器具誘導段階１９０を実行するための、計画された経路の記憶装置を包含するか、或いは、方法１２０のモデルのプロファイル内又は方法１３０のモデルのプロファイル内への計画された経路の組み込みを包含し、それによって、解剖学的モデル４０は、解剖学的モデル４０内に組み込まれた、計画された経路の機能を使って取得される。
【０１３４】
より具体的には、図６Ａは、点線によってかたどられた、患者の心臓の壁内に埋め込まれた、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術のための計画された経路の機能を有する、解剖学的モデル４０ｇを示す。本明細書で前述したように、計画された経路の埋め込みは、計画された経路を残りの解剖学的モデルから区別するために、色分け若しくは紋様分けされる方式を含むか、又は患者の心臓の壁内の計画された経路を表現する溝を有する、解剖学的壁の３Ｄプリントを含み、それによってＬＥＤが溝内に埋め込まれるか、又は埋め込まれない。
【０１３５】
同様に図６Ｂを参照して、方法１６０ｂのステージＳ１６２ｂは、患者の膝の撮像５７ｂの表示を包含し、それによって、本開示の技術分野で知られている位置計画技術は、患者の膝に対する医療器具２０の計画された経路を描写するためのグラフィカルユーザインタフェースを介して、実施される。方法１６０ｂのステージＳ１６４ｂは、器具誘導段階１９０を実行するための計画された経路の記憶装置を包含するか、或いは、方法１２０のモデルのプロファイル内又は方法１３０のモデルのプロファイル内への計画された経路の組み込みを包含し、それによって、解剖学的モデル４０は、解剖学的モデル４０内に埋め込まれた、解剖学的モデル４０上に装着された、又は解剖学的モデル４０に取り付けられた、計画された経路の機能を使って取得される。
【０１３６】
より具体的には、図６Ｂは患者の膝の撮像５７ｂの表示を示し、それによって膝置換手術のための計画された経路の機能を有する解剖学的モデル４０ｈは、点線によって象られた、患者の膝の骨内に埋め込まれる。本明細書で前述したように、計画された経路の埋め込みは、計画された経路を残りの解剖学的モデルから区別するために、色分け若しくは紋様分けされる方式を含むか、又は患者の心臓の壁内の計画された経路を表現する溝を有する、解剖学的壁の３Ｄプリントを含み、それによってＬＥＤが溝内に埋め込まれるか、又は埋め込まれない。
【０１３７】
図１Ｂに戻って参照して、モデルベースの位置計画方法１７０及び１８０は、本開示の発明の原理に従って、位置計画ベースの解剖学的モデルを提供する。
【０１３８】
モデルベースの位置計画方法１７０及び１８０の一実施形態では、図５Ｂに示す医用ワークステーション９０ｄ上にインストールされる、又は医用ワークステーション９０ｄによってアクセス可能な位置計画モジュール９５ｂは、図６Ｃに示す術前ベースの位置計画方法１７０ａ、及び／又は図６Ｄに示す術中ベースの位置計画方法１８０ａを実行するよう動作する。方法１６０ａ及び１７０ａのために、医用ワークステーション９０ｄは、追跡センサ（たとえばＦＯＲＳセンサ）を含むレーザポインタ３０ａの形の器具レプリカ３０、及びエンコードされたロボットアーム３０ｂの形の追加の器具レプリカ３０を提供する。レーザポインタ３０ａ及びエンコードされたロボットアーム３０ｂは、対象者である患者の解剖学的構造上での医療装置２０の処置上の位置決めのシミュレーションを容易にする。
【０１３９】
図６Ｃを参照して、術前位置計画方法１７０ａの実行に先立ち、本開示の技術分野で知られている任意の好適な位置合せ技術によって、たとえば、対象者である患者の解剖学的構造の術前画像５８ａに示されている、解剖学的モデル４０ｉ上の箇所を識別するレーザポインタ３０ａを使用すること等によって、患者の心臓の解剖学的モデル４０ｉの患者の心臓の術前画像５８ａへの追跡位置合せが行われる。追跡位置合せが完了すると、方法１７０ａのステージＳ１７２は、器具誘導段階１９０中に、対象者である患者の解剖学的構造上の医療器具２０のシミュレーションされた位置又は通過をマークするために、解剖学的モデル上のレーザポインタ３０ａの処置上の位置決めを行うステップを有する。
【０１４０】
方法１７０ａの方法Ｓ１７４は、Ｃｏｘ−Ｍａｚｅ手術のため、点線によって象られた患者の心臓の術前画像５８ａ上へ、計画された経路を重ね合わせるステップを有する。
【０１４１】
図６Ｄを参照して、術中位置計画方法１８０ａの実行に先立ち、本開示の技術分野で知られている任意の好適な位置合せ技術によって、たとえば、ロボットアーム３０ｂ上に追跡センサを置くことを含む位置合せ等によって、エンコードされたロボットアーム３０ｂを患者の膝の解剖学的モデル４０ｊの術中画像５８ｂへの追跡システム５０を使った位置合せが実行される。追跡位置合せが完了すると、方法１８０ａのステージＳ１８２は、器具誘導段階１９０中に、対象者である患者の解剖学的構造上の精密なロボットアーム３０ｂのシミュレーションされた位置又は通過をマークするために、解剖学的モデル上の精密なロボットアーム３０ｂの処置上の位置決めを行うステップを有する。
【０１４２】
方法１８０ａのステージＳ１８４は、膝置換手術のための点線によってかたどられた患者の膝の術中画像５８ｂ上へ、計画された経路を重ね合わせるステップを有する。
【０１４３】
図１Ｂに戻って参照して、器具誘導段階１９０は、対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０（図１Ａ）の術前に計画された経路を実行するための非モデルベースの器具誘導方法２００、並びに対象者である患者の解剖学的構造に対する医療器具２０を誘導するためのモデルベースの術前器具誘導方法２１０及びモデルベースの術中器具誘導方法２２０を包含する。
【０１４４】
一般に、器具誘導は、術前に計画された経路に従って、関連する座標空間内で器具ロボット７１（図１Ａ）の指示される姿勢を知らせる姿勢コマンドＰＣを生成し、対象者である患者の解剖学的構造に対する、医療器具２０の処置上の位置決めを行う、又は対象者である患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０（図１Ａ）に対する、器具レプリカ３０（図１Ａ）の処置上の位置決めを行う、器具誘導モジュール９６（図１Ａ）を含む。器具誘導は更に、対象者である患者の解剖学的構造の解剖学的モデル４０に対する器具レプリカ３０の処置上の位置決めに従って、関連する座標空間内で医用撮像装置５１（図１）の指示される姿勢を知らせる姿勢コマンドＰＣを生成する、器具誘導モジュール９６を含む。
【０１４５】
依然として図１Ｂを参照して、非モデルベースの器具誘導方法２００は、術前に計画された経路、特に、方法１６０、１７０、及び２８０によって生成された、術前に計画された経路に従って、医療器具２０の器具誘導を提供する。
【０１４６】
非モデルベースの器具誘導方法２００の一実施形態では、図７Ａに示す医用ワークステーション９０ｅ上にインストールされる、又は医用ワークステーション９０ｅによってアクセス可能な器具誘導モジュール９６ａは、非モデルベースの器具誘導方法２００を実行するよう動作する。
【０１４７】
方法２００の本実施形態の実行に先立って、ロボットシステム７０ｂは、位置計画段階１５０において使用される場合、追跡システム６０（図１Ａ）に位置合せされる。かかる位置合せは、たとえば、ロボットシステム７０ｂのロボットアーム上に追跡センサを置くことを含む位置合せ等、本開示の技術分野で知られた位置合せ技術に従って実行される。さもなければ、ロボットシステム７０ｂは、ロボットシステム７０ｂ又は同等のロボットシステムが位置計画段階１５０で使用されていた場合、エンコードされた術前の経路計画データを有することになる。
【０１４８】
方法２００は、最初に、術前に計画された経路の始点に応じて、患者に挿入される又は患者の解剖学的構造の近位に位置決めされる医療器具２０（図示せず）（たとえば、切除カテーテル）を支持する、ロボット器具７１ａを包含する。
【０１４９】
方法２００はその後、追跡された術前計画経路をロボット座標系に変換し、また姿勢コマンドＰＣをロボットシステム７０ｂに伝達し、それによって、ロボット器具７１ａが、対象者である患者の解剖学的構造の術前画像上のロボット器具７１ａの仮想オーバレイに示される術前経路をたどる、器具誘導モジュール９６ａ、又はエンコードされた術前経路計画データを処理し、それによってロボット器具７１ａが、対象者である患者の解剖学的構造の術前画像上のロボット器具７１ａの仮想オーバレイに示される術前経路をたどる、ロボットシステム７０ｂのどちらか一方を包含する。
【０１５０】
方法２００は更に、解剖学的モデル４０ｆに対して、ロボット器具７１ｂを位置決めするためのロボットシステム７０ｂを組み込み、それにより対象者である患者の解剖学的構造に対する、ロボット器具７１ａの処置上の位置決めの追加のフィードバックを提供する。
【０１５１】
たとえば、ロボットシステム７０ｂは、器具レプリカ３０（図１Ａ）（たとえば、レーザポインタ）を支持するロボット器具７１ｂを備え、それによって、ロボットシステム７０ｂはロボットシステム７０ａに位置合せされる。ロボット器具７１ｂは、解剖学的モデルに対して、術前に計画された経路の始点に位置決めされ、それによってロボットシステム７０ａは、ロボット器具７１ａの姿勢データＰＤを器具誘導モジュール９６ａに提供し、そこで姿勢データＰＤをロボットシステム７０ｂのための姿勢コマンドに変換して、ロボット器具７１ｂによって支持された器具レプリカ３０を、解剖学的モデル４０ｆに対して、実際的に位置決めする。
【０１５２】
結果として、図８Ａに示すように、ロボット器具７１ｂによって支持される器具レプリカ３０は、対象者である患者の解剖学的構造に対する、ロボット器具７１ａの処理する位置決めのフィードバックを提供する。
【０１５３】
図１Ｂに戻って参照して、モデルベースの術前器具誘導方法２１０は、対象者である患者の解剖学的構造を診断するための医療器具として機能する、医用撮像装置５１（図１Ａ）の器具誘導を提供する。たとえば、医用撮像装置５１は、ＣＴ  Ｃアーム、ロボット制御される超音波トランスデューサ（たとえば、ＴＥＥプローブ）、又はロボット制御される内視鏡を含むがこれらに限定されない任意の医用撮像装置である。適切に位置合せされた器具レプリカ３０（図１Ａ）は、次いで、解剖学的モデルに対する器具レプリカ３０の任意の配置を、対象者である患者の解剖学的構造に対する医用撮像装置５１の処置上の位置に変換するために使用される。
【０１５４】
たとえば、方法２１０の一実施形態では、図７Ｂに示す医用ワークステーション９０ｆ上にインストールされる、又は医用ワークステーション９０ｆによってアクセス可能な器具誘導モジュール９６ｂは、方法２１０を実行するよう動作する。本実施形態において、追跡ポインタ３０ａは、図８Ｂに示す解剖学的モデル４０ｆに対する、関心のある位置又は面を識別するために使用され、次いでＸ線アーム５１ａは、患者の心臓Ｈの所望の位置上の視野を提供するように方向付けられる。
【０１５５】
或いは、ＣＴ  Ｃアーム５１ａのモデルは追跡ポインタであり、それによってユーザは、ＣＴ  Ｃアーム５１ａのモデルを、解剖学的モデルに対して意図された位置及び向きに操作し、次いでＣＴ  Ｃアーム５１ａは、対象者である患者の解剖学的構造に対する、対応する位置及び向きをとる。
【０１５６】
更なる例では、医用撮像装置５１は、ロボット制御されるＴＥＥプローブであり、それによって、ＴＥＥプローブのヘッドの器具レプリカとして機能する追跡ポインタが、対象者である患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに対して位置決めされ、ロボット制御されるＴＥＥプローブは、解剖学的モデルに対して対応する位置に移動するようになる。或いは、追跡ポインタは、対象者である患者の解剖学的構造の解剖学的モデルに対して直角に移動し、３Ｄ超音波ボリュームの２Ｄ断面を選択するために使用される面セレクタを表現する。
【０１５７】
方法２１０の別の実施形態では、医用撮像装置５１は、ユーザによって手動で制御される。たとえば、ＣＴ  Ｃアーム５１ａの角度は、そうした角度の値についての知識に基づいて、ユーザによって、撮像コントローラ５２（図１Ａ）を介して制御される。本実施形態では、器具誘導モジュール９６ｂは、解剖学的モデルに対して位置合せされた器具レプリカ３０の配置から導出された、対象者である患者の解剖学的構造に対する医用撮像装置５１の配置を、ディスプレイを介して通知する。たとえば、器具誘導モジュール９６ｂは、図８Ｂに示される解剖学的モデル４０ｆに対する、追跡ポインタ３０ａへの位置決めによって導出される、患者の心臓Ｈに対するＣＴ  Ｃアーム５１ａの所望の位置及び向きを、ディスプレイを介してユーザに知らせ、ユーザは、撮像コントローラ５２を使って、ＣＴ  Ｃアーム５１ａを患者の心臓Ｈに対して所望の位置及び向きに操作する。
【０１５８】
図１Ｂに戻って参照して、モデルベースの術中器具誘導方法２２０は、対象者である患者の解剖学的構造を診断、及び／又は治療するための医療器具の器具誘導を提供する。
【０１５９】
方法２２０の一実施形態では、図７Ｃに示す医用ワークステーション９０ｇ上にインストールされる、又は医用ワークステーション９０ｇによってアクセス可能な器具誘導モジュール９６ｃは、方法２２０を実行するよう動作する。方法２２０を実行する前提条件は、以下の通り。
（１）本開示の技術分野において知られている、対象者である患者の解剖学的構造の術前の画像に、解剖学的モデル３０（図１Ａ）を位置合せすること。
（２）本開示の技術分野において知られている、手術室内の対象者である患者の解剖学的構造に、追跡システム６０（図１Ａ）を位置合せすること。
（３）本開示の技術分野において知られている、対象者である患者の解剖学的構造の術前の画像に、対象者である患者の解剖学的構造を位置合せするために、追跡システム６０を使用すること。それによって暗に、解剖学的モデルを、患者の解剖学的構造に位置合せすることになる。
【０１６０】
或いは、術中撮像システムは、対象者である患者の解剖学的構造を、対象者である患者の解剖学的構造の術前の映像に位置合せするために、又は解剖学的モデルと対象者である患者の解剖学的構造との両方を示す、術中の画像を生成するために使用される。
【０１６１】
位置合せに続いて、方法２２０は、患者の中に挿入される、又は医療現場の近くに配置されることになる、ロボット器具７１ａによって支持される医療器具を包含する。その後、レーザポインタ３０ａは、ロボット器具７１ａが、患者の心臓Ｈに対して位置決めされるべき経路又は位置をマークするために、解剖学的モデル上に位置決めされる。器具誘導モジュール９６ｃは、所望の経路又は位置をロボットシステム７０ｂの座標フレームに変換し、姿勢コマンドＰＣのロボットコントローラ７２への伝送を制御し、ロボットコントローラ７２は、姿勢コマンドをロボット器具７１ｂのための作動信号に変換し、それによって、ロボット器具７１ｂは、図８Ｃに示す解剖学的モデル４０ｆに対するレーザポイント３０ａの経路によって定義される、患者の心臓Ｈに対する経路をたどる。撮像システム３０は、患者の解剖学的構造の仮想表現における医療器具の位置を表示する。
【０１６２】
本開示の更なる理解を容易にするために、以下の図９Ａの説明は、解剖学的モデル４０（図１Ａ）及び／又はホログラムの器具レプリカ３０（図１Ａ）を組み込んだ、本開示の例示的な解剖学的モデルの医療スイートの発明の基本原理を教示している。当業者であれば、本説明から、解剖学的モデル及び／又はホログラムの器具レプリカを組み込む、本開示の解剖学的モデルの医療スイートの多数の変更された実施形態を製作及び使用するために、本開示の発明の原理を、更にどのように適用するかを理解されよう。
【０１６３】
図９Ａを参照して、本開示の解剖学的モデルの医療スイート１０’は、図１Ａで示した解剖学的モデルの医療スイート１０に向けて本明細書に前述したのと同様に、１つ又は複数の医療器具２０、１つ又は複数の任意選択の器具レプリカ３０、１つ又は複数の任意選択の撮像システム５０、１つ又は複数の任意選択の追跡システム６０、及び１つ又は複数の任意選択のロボットシステム７０を使用する。
【０１６４】
依然として図９Ａを参照して、解剖学的モデルの医療スイート１０’は更に、本開示の技術分野で知られている、１つ若しくは複数のホログラムの解剖学的モデル４０、及び／又は１つ若しくは複数の任意選択のホログラムの器具レプリカ３０を生成するための、１つ又は複数の拡張現実システム３００を使用する。
【０１６５】
実際には、拡張現実システム３００は、解剖学的モデルの医療スイート１０’によって実行される、１つ若しくは複数の解剖学的モデルの医療処置のために使用可能な、解剖学的モデルの医療スイート１０’の標準構成要素であるか、又は解剖学的モデルの医療スイート１０’によって実行されることになる、特定の解剖学的モデルの医療処置のために選択的に取得される。
【０１６６】
更に実際には、拡張現実システム３００は、本開示の技術分野で知られている、ユーザが解剖学的モデル４０及び／又は器具レプリカ３０の２Ｄ又は３Ｄホログラムと相互作用するのを容易にするための１つ又は複数の対話型ツール３０１を備える。対話型ツール３０１の例は、以下を含むがそれらに限定されるものではない。
１．ポインタ（エンコードされた、追跡された、ロボットの）
２．指／手／身振り追跡装置（カメラベースの身振り認識）
３．面セレクタ（エンコードされた、追跡された、ロボットの）
４．音声認識装置
５．ユーザ位置追跡装置（たとえば、室内での物理的位置、視線、頭の位置）
６．ロボット
７．３Ｄプリントされた、同じホログラムの解剖学的モデル
８．撮像システム５０のレプリカ
９．マーカベースの追跡物体
【０１６７】
それぞれの拡張現実システム３００は更に、本開示の技術分野で知られている、ユーザの解剖学的モデル４０及び／又は器具レプリカ３０の２Ｄホログラム又は３Ｄホログラムとの相互作用を制御するよう構造的に構成される、相互作用コントローラ３０２を備える。より詳細には、相互作用コントローラ３０２は、本明細書で以下に更に例示的に説明する、医療処置コントローラ９０’のホログラム制御モジュール３１０によって、撮像されたホログラムデータＩＨＤで示される、解剖学的モデル４０及び／又は器具レプリカ３０のホログラム表示を制御する。ホログラムの表示によって、相互作用コントローラ３０２は、操作されるホログラムデータＭＨＤをホログラム制御モジュール３１０に伝送し、それによってホログラム制御モジュール３１０に、ユーザの解剖学的モデル４０及び／又は器具レプリカ３０の２Ｄホログラム又は３Ｄホログラムとの相互作用での、任意の経路計画及び／又は器具誘導の態様を知らせる。
【０１６８】
実際には、解剖学的モデルの医療スイート１０’によって使用される特定の種類の拡張現実システム３００は、解剖学的モデルの医療スイート１０’によって実行されることになる、特定の種類の解剖学的モデルの医療処置に基づいて選択される。
【０１６９】
また実際には、拡張現実システム３００は、本明細書で更に以下に説明するように、解剖学的モデルの医療処置の術前段階及び／又は術中段階の間に使用される。
【０１７０】
更に実際には、拡張現実システム３００を使用する代わりに、解剖学的モデルの医療スイート１０’は、拡張現実システム３００によって生成されるのと同様にリアルタイムで、操作されるホログラムデータＭＨＤを受信するために、拡張現実システム３００と遠隔通信し、且つ／又は拡張現実システム３００によって以前に生成された、操作されたホログラムデータＭＨＤのアップロード／ダウンロードのために、記憶装置（図示せず）（たとえばデータベース）を使用する。
【０１７１】
依然として図９Ａを参照して、本開示の解剖学的モデルの医療スイート１０’は更に、本開示の発明の原理を実施するための医用ワークステーション８０’を使用する。
【０１７２】
医用ワークステーション８０’は、コンピュータ（図示せず）にインストールされた医療処置コントローラ９０’への遠隔アクセス権を含む、又は有する。医用ワークステーション８０’は更に、モニタ及び１つ又は複数のユーザ入力装置（たとえば、キーボード及びマウス）を含むがそれらに限定されるものではない、ワークステーションに関連する追加の構成要素（図示せず）を含むのが通例である。
【０１７３】
医療処置コントローラ９０’は、患者の解剖学的構造を撮像、診断、及び／又は治療するために、解剖学的モデル４０の医療処置の術前段階及び／又は術中段階の間に動作する。
【０１７４】
一般に、医療処置コントローラ９０（図１Ａ）と同様に、医療処置コントローラ９０’は、解剖学的モデル４０に対する医療器具２０、又は解剖学的モデル４０に対する器具レプリカ３０の位置計画及び／又は器具誘導から導出される、患者の解剖学的構造に対する医療器具２０の位置計画及び／又は器具誘導を制御する。医療処置コントローラ９０と同様に、医療処置コントローラ９０’は、モジュール９１〜９６（図１Ａ）を使用する。更に、医療処置コントローラ９０’は、ホログラム制御モジュール３１０及び任意選択の運転制限モジュール３１１を使用する。
【０１７５】
ホログラム制御モジュール３１０は、術前又は術中に、患者の関心のある解剖学的構造の実例の撮像データＩＤ情報から、撮像されたホログラムデータＩＨＤを生成するための、ソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。実際には、ホログラム制御モジュール３１０は、本開示の技術分野で知られているセグメント化技術を実行し、それによって関心のある患者の解剖学的構造を、撮像データＩＤからセグメント化し、セグメント化された患者の解剖学的構造を、撮像されたホログラムデータＩＨＤとして伝送する。
【０１７６】
ホログラム制御モジュール３１０は、ホログラムの解剖学的モデル４０及び／又は器具レプリカ３０とユーザとの任意の相互作用を反映するように、操作されるホログラムデータＭＨＤを処理するためのソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成され、それによって、かかる処理が行われ操作されたホログラムデータＭＨＤを、表示する目的で撮像システム５０へ、計画する目的で計画モジュール９５へ、及び／又は誘導する目的で器具誘導モデル９６へ伝送する。かかる処理の例は、以下を含むがそれらに限定されるものではない。
１．ホログラフの解剖学的モデル４０及び／又はホログラフの器具レプリカ３０の、任意のユーザ編集（たとえば、ホログラフの解剖学的モデルの画像切り出し）を反映するための、ホログラフの解剖学的モデル４０及び／又はホログラフの器具レプリカ３０の更新
２．ホログラフの解剖学的モデル４０及び／又はホログラフの器具レプリカ３０の、任意のユーザ編集（たとえば、超音波画像の切り出し、術前のＣＴ画像の回転）を反映するための、撮像システム５０とは別個のモニタ上の撮像データＩＤの表示の更新
３．撮像システム５０の撮像パラメータ制御（たとえば、Ｃアームの構台の位置、超音波トランスデューサの焦点等）
【０１７７】
或いは実際には、相互作用コントローラ３０２は、ホログラム制御モジュール３１０を使用するか、又はホログラム制御モジュール３１０は、医療処置コントローラ９０’と相互作用コントローラ３０２との間に分配される。
【０１７８】
運動制限モジュール３１１は、本開示の当業者によって理解されるように、撮像システム５０、撮像システム５０の器具レプリカ３０、及び／又は拡張現実システム３００の対話型ツール３０１（たとえば、運動装置）の、運動制限を示すためのソフトウェア／ファームウェア／ハードウェア／回路で構造的に構成される。かかる運動制限の例は、以下を含むがそれらに限定されるものではない。
１．実際に確認されるような、関心のある解剖学的構造を囲繞する、患者の解剖学的構造の干渉
２．実際に確認されるような、患者及び／又は撮像システム／レプリカを囲繞する、物体及び／又は医療従事者との干渉
３．実際に確認されるような、運動装置の及ばない位置
４．実際に確認されるような、患者の解剖学的構造及び／又は医療器具２０の、知られた部分的に最適な視野
５．実際に確認されるような、患者及び／又は医療従事者への放射線被曝を制限する、特定位置の回避
６．実際に確認されるような、治療上の放射線量情報
７．手術固有の制限
【０１７９】
実際には、運動制限モジュール３１１は、撮像システム５０、撮像システム５０の器具レプリカ３０、及び／又は拡張現実システム３００の対話型ツール３０１と通信して、その位置を確認し、以下を含むがそれらに限定されるものではない、本開示の技術分野で知られた任意のフィードバック技術を実行する。
１．運動装置の位置が制約に違反するか、又は解剖学的モデル若しくは患者の解剖学的構造に対して不都合な／到達し得ない位置に近づくたびに、触覚フィードバック（たとえば、振動）を提供すること
２．運動装置が解剖学的モデル又は患者の解剖学的構造に対して不都合な、又は到達し得ない位置に近づくときに、運動装置の機械的抵抗が増すように制御すること
３．運動装置の、解剖学的モデル若しくは患者の解剖学的構造に対して好都合な／到達可能な位置を示す（たとえば、ＬＥＤは緑）、又は運動装置の解剖学的モデル若しくは患者の解剖学的構造に対して不都合な／到達し得ない位置を示す（たとえば、ＬＥＤは赤）ように、視覚的インジケータ（たとえばＬＥＤ）の作動／非作動を制御すること
４．解剖学的モデル及び運動装置の表示を制御し、それによって視覚的フィードバックが、解剖学的モデル若しくは患者の解剖学的構造に対する運動装置の好都合な／到達可能な位置の指示（たとえば、運動装置は緑）、又は解剖学的モデル若しくは患者の解剖学的構造に対する運動装置の不都合な／到達し得ない位置の指示（たとえば、運動装置は灰色／赤、及び／又は点滅）を提供すること
５．特に拡張現実のヘッドセットを介して、聴覚的フィードバックを制御すること
【０１８０】
運動制限モジュール３１１、撮像システム５０、撮像システム５０の器具レプリカ３０、及び／又は拡張現実システム３００（すなわち、運動装置）の対話型ツール３０１と並行して、又は代替的に、本開示の技術分野で知られている、運動装置が不都合な位置に移動するのを防ぐ／妨げる物理的停止及び／又は機械的抵抗の組み込みを含むがこれらに限定されない機械的フィードバックが提供されるよう、製作／後付けされる。
【０１８１】
本開示の特にモジュール３１０及び３１１（図９Ａ）の更なる理解を容易にするために、以下の図９Ｂの説明は、解剖学的モデル４０（図９Ａ）及び／又はホログラムの器具レプリカ３０（図１Ａ）を組み込んだ、本開示の例示的な解剖学的モデルの医療処置の、発明の基本原理を教示している。当業者であれば、本説明から、解剖学的モデル及び／又はホログラムの器具レプリカを組み込む、本開示の解剖学的モデルの医療処置の、多数の変更された実施形態を製作及び使用するために、本開示の発明の原理をどのように適用するかを理解されよう。
【０１８２】
図９Ｂの解剖学的モデルの医療処置の説明において、明確にするために、図１０Ａ〜図１１Ｃに関して、ホログラムの解剖学的モデル４０について説明する実施形態は、腹部大動脈瘤に限定し、撮像システム５０について説明する実施形態は、ＣＴ撮像システムに限定することとする。それでもなお、本開示の分野の技術者には、本開示の解剖学的モデルの医療処置に適用可能な、解剖学的モデル及び撮像システムの多数の変更された実施形態が理解されよう。
【０１８３】
図９Ｂを参照して、解剖学的モデルの医療処置１００（図１Ｂ）と同様に、本開示の解剖学的モデルの医療処置１００’は、対象者である患者の解剖学的構造の撮像、診断、及び／又は治療を行うために、解剖学的モデル取得段階１１０’、位置計画段階１５０’、及び器具誘導段階１９０’を実施する。
【０１８４】
解剖学的モデル取得段階１１０’は、本明細書に前述したように、解剖学的モデル取得段階１１０（図１Ｂ）への追加として、画像ベースのホログラム生成４００を組み込む。
【０１８５】
実際には、解剖学的モデル取得段階１１０は、本明細書に前述したように、ホログラムの解剖学的モデル４０及び／又はホログラムの器具レプリカ３０のホログラム制御モジュール３１０（図９Ａ）による生成を含む。更に実際には、ホログラム制御モジュール３１０は、本明細書に前述したように、以下を含むがこれらに限定されない解剖学的モデル向上１４０を、ホログラムの解剖学的モデル４０に適用する。
１．その身体的特徴（たとえば、患者の血圧、心拍数、及び他の生体情報）を反映するためのホログラムの解剖学的モデル４０の一部又は全体の色変更
２．呼吸、心拍等による、任意の実際の解剖学的動きを模倣するためのホログラムの解剖学的モデル４０の大きさ及び／又は位置／向きの変更
３．ホログラムの解剖学的モデル４０に対する、対話型ツール３０１の現在の撮像位置を強調するためのホログラムの解剖学的モデル４０の陰影付け
【０１８６】
実際には、ホログラムの解剖学的モデル４０及び／又はホログラムの器具レプリカ３０は、位置計画段階１５０’及び／又は器具誘導段階１９０’の間に使用される。
【０１８７】
例では、術前の撮像システム５０（図９Ａ）による患者の胸部領域のＣＴスキャンは、ホログラム制御モジュール３１０（図９Ａ）によってセグメント化され、それによって拡張現実システム３００（図９Ａ）は、腹部大動脈瘤及び大動脈の分岐血管の患者固有のホログラフの３Ｄモデル６００を生成するように動作する。図１０Ａは、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔによって市販されているＨｏｌｏｌｅｎｓ（商標）の使用により生成される、かかる腹部大動脈瘤及び大動脈の分岐血管の患者固有のホログラムの３Ｄモデルを示す。図１０Ｂに示すように、操作者は、対話型ツール３０１（図１Ｂ）を使用して、モデル６００を全体にわたって切断し、モデル６０１に対する対象者の頭の位置決めを通して、モデル６０１の様々な態様を見るためにモデル６０１を作成し、それによってその解剖学的構造をより良く理解していることを確認する。
【０１８８】
実際には、モデル６００の任意の編集の前又は後に、操作者は、経路計画目的及び／又は器具誘導目的で、以下を含むがこれらに限定されない様々なやり方で、モデル６００又はモデル６０１と相互作用する。
１．操作者が、骨盤に対して輪状のランドマークを追加するために、３Ｄモデル６００又は３Ｄモデル６０１を指すこと
２．操作者が、たとえば図１１Ａに示すように、Ｘ線透視を取得するようＣアームの位置を画定するために、ポインタとして指を使用すること
３．操作者が、たとえば図１１に示すように、３Ｄモデル６００又は３Ｄモデル６０１を、身振りを使って所望の視野に向けること
４．補足的拡張現実システム（たとえば、Ｆｌｅｘｉｖｉｓｉｏｎ）を使用して、それにより、補足的システムの２Ｄ表示が同じ向き及び位置を模倣し、それによって術前のＣＴの再構成を示すこと
５．操作者が、３Ｄモデル６００又は３Ｄモデル６０１に対して、エンドグラフトの３Ｄホログラムを位置決めし、それによってエンドグラフトの位置決めの練習をすること
６．操作者が、３Ｄモデル６００又は３Ｄモデル６０１と相互作用し、たとえば図１１Ｃに示すような、エンドグラフトの留置領域を画定するために、エンコードされたポインタ（物理的な）を使用すること
【０１８９】
図９Ｂに戻って参照して、本明細書で前述した、位置計画段階１５０（図１Ｂ）及び器具誘導段階１９０（図１Ｂ）それぞれへの追加として、位置計画段階１５０’及び器具誘導段階１９０’は、運動制限を組み込む。
【０１９０】
図１２は、位置計画段階１５０’及び器具誘導段階１９０’に組み込まれる、本開示の運動制御方法を表すフローチャート５００を示す。
【０１９１】
図１２を参照して、フローチャート５００のステージＳ５０２は、経路計画モジュール９５（図９Ｂ）又は器具誘導モジュール９６（図９Ｂ）で、本開示の技術分野で知られる任意の好適な位置合せ技術による、ホログラムの解剖学的モデル４０を、患者の解剖学的構造の術前ＣＴ画像へ位置合せするステップを有する。
【０１９２】
フローチャート５００のステージＳ５０４は、ホログラムの解剖学的モデルに対して、対話型ツール３０１で対話式に位置決めし、それによって、関心のある撮像角度を描写するステップを有する。ステージＳ５０４は更に、ホログラムの解剖学的モデルに対する、対話型ツール３０１での対話式位置決めを容易にするために、患者の解剖学的構造の、術前ＣＴ画像をシミュレーションして観察するステップを有する。
【０１９３】
段階Ｓ５０４の一実施形態では、追跡されたポインタ、手振り等を利用して、関心のある視野角が描写される。
【０１９４】
ステージＳ５０４の第２の実施形態では、関心のある視野角を描写するために、撮像システム５０（図９Ｂ）の運動が正確にスケーリングされたホログラフの解剖学的モデルが、ホログラフの解剖学的モデルに対して、位置決めされる。たとえば、図１３は、腹部大動脈瘤の関心のある視野角を描写するために、３Ｄモデル６００に対して位置決めされたＣＴ撮像システム７００の運動が正確にスケーリングされたホログラフの解剖学的モデルを示す。
【０１９５】
図１２に戻って参照して、ステージＳ５０６は、経路計画モジュール９５（図９Ｂ）又は器具誘導モジュール９６（図９Ｂ）で、本開示の技術分野で知られるように、術中の撮像システムに関連する任意の運動制限に基づいて、視野角が到達可能かどうかを判断するステップを有する。
【０１９６】
視野角が到達不可能である場合、操作者は、本明細書で前述したように、フィードバックを介して通知され、それによって操作者は、ステージＳ５０４に戻って、ホログラフの解剖学的モデルに対する対話型ツール３０１で、新たに対話式位置決めを実行する。
【０１９７】
視野角が到達可能である場合、経路計画モジュール９５（図９Ｂ）又は器具誘導モジュール９６（図９Ｂ）は、フローチャート５００のステージＳ５０８に進み、患者の解剖学的構造を観察する目的で、術中の撮像システムに視野角を伝達する。たとえば図１３は、Ｃアームの構台を位置決めする目的での、術中のＣＴ撮像システム７０２への視野角の伝送７０１を示す。
【０１９８】
実際には、ステージＳ５０２〜Ｓ５０８は、位置計画段階１５０’（図９Ｂ）、器具誘導段階１９０’（図９Ｂ）、又はその組合せで実行される。
【０１９９】
図１〜図１３を参照して、本開示の当業者には、医療処置の実行中での医療器具の直感的な制御を含むがこれに限定されない、本開示の多くの利点を理解されよう。
【０２００】
更に、当業者が本明細書で与えられる教示に鑑みて理解することになるように、本開示／明細書に記載された、且つ／又は図に示された、特徴、要素、構成要素等は、電子部品／電子回路、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合せで実施され、単一の要素又は複数の要素に組み合わせられる機能を提供する。たとえば、図中で開示された／例示された／描かれた、様々な特徴、要素、構成要素等の機能は、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を使用することによって、提供され得る。この機能は、プロセッサによって提供されるとき、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はそのうちのいくつかが共有及び／若しくは多重化され得る、複数の個別のプロセッサによって提供され得る。更に、用語「プロセッサ」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と解釈されるべきではなく、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、メモリ（たとえば、ソフトウェアを格納するための読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置等）、並びにプロセスを実行及び／又は制御できる（及び／又は設定できる）、実質的にどんな手段及び／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、その組合せ等を含む）をも暗黙的に含むことができ、またこれらに限定されない。
【０２０１】
更に、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の例を列挙する本明細書のすべての記載は、その構造的及び機能的な、その両方の均等物を包含することを意図している。更に、かかる均等物は、現在知られている均等物並びに将来開発される均等物（たとえば、構造にかかわらず、同じ又は実質的に類似の機能を実行することができる、開発される任意の要素）の両方を含むことを意図している。したがって、たとえば、本明細書で提供される教示に鑑みて、本明細書に提示される任意の構成図が、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／又は回路の概念図を表すことができることが、当業者には理解されよう。同様に、当業者には、本明細書で提供される教示に鑑みて、任意のフローチャート、流れ図等が、コンピュータ可読記憶媒体内で実質的に表され、かかるコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているかどうかにかかわらず、コンピュータ、プロセッサ、又は処理機能を有する他の装置によってそのように実行され得る、様々なプロセスを表すことが可能であることを理解されたい。
【０２０２】
更に、本開示の例示的実施形態は、たとえばコンピュータ又は任意の命令実行システムによって、又はそれらに関連して使用されるプログラムコード及び／又は命令を提供する、コンピュータが使用可能な、及び／又はコンピュータ可読の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取り得る。本開示によれば、コンピュータが使用可能な又はコンピュータ可読の記憶媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって又はそれらに関連して使用されるプログラムを、たとえば含む、格納する、通信する、伝搬する、又は転送することが可能な任意の装置であり得る。かかる例示的な媒体は、たとえば電子、磁気、光、電磁気、赤外線、若しくは半導体のシステム（又は装置若しくはデバイス）又は伝播媒体であり得る。コンピュータ可読の媒体の例は、たとえば、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータのフロッピーディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ（ドライブ）、剛性磁気ディスク、及び光ディスクを含む。現在の光ディスクの例は、読み出し専用メモリのコンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、読み／書きできるコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤを含む。更に、今後開発されるどんな新しいコンピュータ可読媒体もまた、本開示及び開示の例示的実施形態に従って、使用又は参照されるようなコンピュータ可読媒体と見なすべきであることを理解されたい。
【０２０３】
医療処置中の位置計画及び器具誘導のための、新規且つ発明性のある解剖学的モデルの好ましい例示的実施形態を説明してきたが（これらの実施形態は例示的であり、非限定的であることを意図している）、図を含む、本明細書で提供される教示に照らして、当業者によって修正形態及び変更形態が作製され得ることに留意されたい。したがって、本明細書に開示されている実施形態の範囲内にある、本開示の好ましい例示的な実施形態の中で／実施形態に対して、変更を加えることができることを理解されたい。
【０２０４】
更に、本開示による、装置、又は装置内で使用される／実施されるもの等を組み込む且つ／又は実施する、対応する及び／又は関連するシステムもまた、本開示の範囲内であると意図され、解釈されることが意図されている。更に、本開示による装置及び／又はシステムを製作及び／又は使用するための対応する及び／又は関連する方法もまた、本開示の範囲内であると意図され、解釈される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2019530506.tif 000022
【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2019530506.tif 000032
【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2019530506.tif 000036
2019530506.tif 000037