(57)【要約】  誘導システム及び関連の方法を開示する。１つの方法は、手術の前にマクロ走査データを受信する段階と、マクロ走査データから身体情報モデルを定める段階と、手術中に身体内にナビゲーション構成要素を位置決めする段階と、ナビゲーション構成要素を用いてミクロ走査データを生成する段階と、身体情報モデル内でマクロ走査データ内の場所をミクロ走査データ内の場所と相関させる段階と、及び／又はミクロ走査データ内の画像とマクロ走査データ内の画像とを組み合わせることによって身体情報モデルを修正する段階とを含む。【選択図】      図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体の第１の画像と各第１の画像に関連付けられた第１の場所データとを含むマクロ走査データを受信する段階と、
前記第１の場所データに従って前記第１の画像を組み合わせて身体情報モデルを生成する段階と、
前記身体内にナビゲーション構成要素を位置決めする段階と、
前記身体の第２の画像と各第２の画像に関連付けられた第２の場所データとを含むミクロ走査データを前記ナビゲーション構成要素によって生成する段階と、
前記身体情報モデル内のターゲット場所で前記第１の場所データを前記第２の場所データと相関させる段階と、
前記ターゲット場所で前記第１の画像を前記第２の画像と組み合わせることによって前記身体情報モデルを修正する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ナビゲーション構成要素は、細長シャフトと、該細長シャフトの遠位部分上に位置付けられた内部スキャナとを含み、
前記方法は、前記内部スキャナを前記身体内に位置決めする段階と、該内部スキャナを用いて前記ミクロ走査データを生成する段階とを更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記内部スキャナは、前記身体の波エネルギ画像を生成するように構成されたプローブを含み、前記第２の画像は、該波エネルギ画像を含み、
前記方法は、前記プローブを用いて前記波エネルギ画像を生成する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記プローブは、前記身体の超音波画像を生成するように構成された１又は２以上の超音波変換器を含み、前記波エネルギ画像を生成する段階は、該１又は２以上の超音波変換器を用いて超音波画像を生成する段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記プローブは、前記身体のレーザ画像を生成するように構成された１又は２以上のレーザ源を含み、前記波エネルギ画像を生成する段階は、該１又は２以上のレーザ源を用いてレーザ画像を生成する段階を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記内部スキャナは、グラフィック画像を生成するように構成された複数の撮像要素を含み、前記第２の画像は、該グラフィック画像を含み、
前記方法は、前記複数の撮像要素を用いて電磁スペクトルの１又は２以上の周波数で前記グラフィック画像を生成する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記グラフィック画像を生成する段階は、可視光範囲の該グラフィック画像を生成する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記内部スキャナは、複数の光源を含み、
前記方法は、前記複数の光源を前記複数の撮像要素とは独立に又はそれと共に作動させる段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ミクロ走査データを生成する段階は、予め決められたシーケンスに従って第２の画像及び場所データを生成する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の画像は、前記予め決められたシーケンスで６０Ｈｚ又はそれよりも高い速度で発生されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナビゲーション構成要素は、細長シャフトを含み、前記身体内にナビゲーション構成要素を位置決めする段階は、該身体を通して該細長シャフトの遠位部分を移動する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記細長シャフトの前記遠位部分は、追跡センサを含み、
前記方法は、前記追跡センサを用いて前記場所データを生成する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記追跡センサは、磁場に応答し、前記細長シャフトの前記遠位部分を移動する段階は、該磁場内で該追跡センサを移動する段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記身体情報モデルの一部分をナビゲーション画像として出力する段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナビゲーション画像内で前記身体を通る経路を識別する段階と、
前記ナビゲーション画像内で前記ナビゲーション構成要素の場所を識別する段階と、
前記ナビゲーション画像内で前記経路に沿って前記ナビゲーション構成要素を誘導する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
この特許出願は、引用によって本明細書にその全体が組み込まれている２０１６年１１月１１日出願の米国仮特許出願第６２／４２０，８９１号に対する「３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９」の下での優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明の開示の態様は、一般的に医療デバイス及び手術に関する。特定の態様は、誘導システム及び関連の方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
診断、手術、及び／又は治療目的で身体の遠隔領域及び体腔にアクセスするのに細長デバイスが一般的に使用される。例えば、内視鏡は、自然に形成された内腔又は開口部及び／又は手術切開部を使用して結腸、食道、胃、尿道、膀胱、尿管、腎臓、肺、気管支、子宮、及び他の臓器にアクセスすることができ、カテーテルは、心臓に近い処置部位にアクセスする通路として循環系を又は泌尿器領域にアクセスするのに尿管を使用することができる。これらの細長デバイスは、鼠蹊部又は頚部に見出されるものを含む大動脈のような自然な身体経路を通して身体内に導入することができる。同じデバイスはまた、トンネリングツールによって形成されたトンネルのような身体に形成された人工経路を通して導入することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９，３８０，９３０号明細書
【特許文献２】米国特許第８，５１７，９２４号明細書
【特許文献３】米国仮特許出願第６２／２８７，６６７号明細書
【特許文献４】米国特許第２０１４／０２５７０９５号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「光ファイバの形状及び位置の感知（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ）」、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｃｈ？ｖ＝Ｙｃ８Ｑ−ＣｘｖＤＫＵ、２００８年１月１４日アップロード
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一部の身体経路を通るナビゲーションは、デバイスの遠位端が体内の手術部位に到達するまで減幅し続ける直径を細長デバイスに通過させることを必要とする。遠位端を手術部位に位置付けることは困難である可能性がある。一部の事例では、蛍光透視鏡を使用して遠位端を１つの移動平面で身体を通して誘導することができる。Ｘ線は、外部から単一撮像平面に印加されるので、それらは、多くの場合に身体経路、特に身体内に深く延びる経路の限局性態様に対処することができない。身体経路のより広い範囲を通して医療デバイスを誘導し、かつそのようなナビゲーションに関連付けられるリスクを低減する追加の感知技術が必要である。本明細書に説明するデバイス、方法、及びシステムの態様は、これらの問題に対処するために提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開示の態様は、誘導デバイス、システム、及び方法に関する。本発明の開示の多くの態様をここで説明する。
【０００８】
本発明の開示の一態様は、身体の第１の画像と各第１の画像に関連付けられた第１の場所データとを含むマクロ走査データを受信する段階と、第１の場所データに従って第１の画像を組み合わせて身体情報モデルを生成する段階と、ナビゲーション構成要素を身体内に位置決めする段階と、身体の第２の画像と各第２の画像に関連付けられた第２の場所データとを含むミクロ走査データをナビゲーション構成要素によって生成する段階と、身体情報モデル内のターゲット場所で第１の場所データを第２の場所データと相関させる段階と、及び／又はターゲット場所で第１の画像を第２の画像と組み合わせることによって身体情報モデルを修正する段階とを含む方法である。
【０００９】
この態様により、ナビゲーション構成要素は、細長シャフトと、細長シャフトの遠位部分上に位置付けられた内部スキャナとを含むことができ、本方法は、内部スキャナを身体内に位置決めする段階と、内部スキャナを用いてミクロ走査データを生成する段階とを含むことができる。内部スキャナは、身体の波エネルギ画像を生成するように構成されたプローブを含むことができ、第２の画像は、波エネルギ画像を含むことができ、本方法は、プローブを用いて波エネルギ画像を生成する段階を更に含む。プローブは、身体の超音波画像を生成するように構成された１又は２以上の超音波変換器を含むことができ、波エネルギ画像を生成する段階は、１又は２以上の超音波変換器を用いて超音波画像を生成する段階を含むことができる。プローブは、身体のレーザ画像を生成するように構成された１又は２以上のレーザ源を含むことができ、波エネルギ画像を生成する段階は、１又は２以上のレーザ源を用いてレーザ画像を生成する段階を含むことができる。
【００１０】
一部の態様では、内部スキャナは、グラフィック画像を生成するように構成された複数の撮像要素を含むことができ、第２の画像は、グラフィック画像を含むことができ、本方法は、複数の撮像要素を用いて電磁スペクトルの１又は２以上の周波数でグラフィック画像を生成する段階を更に含む。グラフィック画像を生成する段階は、可視光範囲のグラフィック画像を生成する段階を含むことができる。内部スキャナは、複数の光源を含み、本方法は、複数の光源を複数の撮像要素とは独立に又はそれと共に作動させる段階を更に含むことができる。ミクロ走査データを生成する段階は、予め決められたシーケンスに従って第２の画像及び場所データを生成する段階を含むことができる。例えば、第２の画像は、予め決められたシーケンスで６０Ｈｚ又はそれよりも高い速度で生成することができる。
【００１１】
他の態様では、ナビゲーション構成要素は、細長シャフトを含むことができ、身体内にナビゲーション構成要素を位置決めする段階は、身体を通して細長シャフトの遠位部分を移動する段階を含むことができる。例えば、細長シャフトの遠位部分は、磁場に応答する追跡センサを含むことができ、第２の場所データを生成する段階は、磁場内でセンサを移動する段階を含むことができる。
【００１２】
本発明の開示の別の態様は、手術の前にマクロ走査データを受信する段階と、マクロ走査データから身体情報モデルを生成する段階と、手術中に身体内にナビゲーション構成要素を位置決めする段階と、ナビゲーション構成要素を用いてミクロ走査データを生成する段階と、身体情報モデル内でマクロ走査データ内の場所をミクロ走査データ内の場所と相関させる段階と、及び／又はミクロ走査データ内の画像をマクロ走査データ内の画像と組み合わせることによって身体情報モデルを修正する段階とを含む方法である。
【００１３】
この態様により、本方法は、身体情報モデルの一部分をナビゲーション画像として出力する段階を含むことができる。例えば、本方法は、ナビゲーション画像内で身体を通る経路を識別する段階と、ナビゲーション画像内でナビゲーション構成要素の場所を識別する段階と、ナビゲーション画像内で経路に沿ってナビゲーション構成要素を誘導する段階とを含むことができる。本方法は、経路に対して身体内の物体を位置付ける段階と、位置付けられた物体にナビゲーション構成要素を誘導する段階とを更に含むことができる。一部の態様では、本方法は、位置付けられた物体の特性を決定する段階を含む。本方法はまた、位置付けられた物体のうちの１つをその特性に基づいて選択する段階と、選択された物体に対して処置を実施する段階と、選択された物体が処置されたことを示すように身体情報モデルを修正する段階とを含むことができる。
【００１４】
本発明の開示の更に別の態様は、身体の第１の画像と各第１の画像に関連付けられた第１の場所データとを含むマクロ走査データを手術の前に受信する段階と、第１の場所データに従って第１の画像を組み合わせて身体情報モデルを生成する段階と、手術中に身体内にナビゲーション構成要素を位置決めする段階と、身体の第２の画像と各第２の画像に関連付けられた第２の場所データとを含むミクロ走査データをナビゲーション構成要素によって生成する段階と、身体情報モデル内のターゲット場所で第１の場所データを第２の場所データと相関させる段階と、ターゲット場所で第１の画像を第２の画像と組み合わせることによって身体情報モデルを修正する段階と、身体情報モデルの一部分をナビゲーション画像として出力する段階と、ナビゲーション画像内で身体を通る経路を識別する段階と、ナビゲーション画像内でナビゲーション構成要素の場所を識別する段階と、及び／又はナビゲーション画像内で経路に沿ってナビゲーション構成要素を誘導する段階とを含む方法である。
【００１５】
以上の概要と以下の詳細説明の両方は、単に例示的かつ説明的であり、いずれも下記で主張する本発明を限定するものではないことは理解することができる。
【００１６】
添付図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成する。本明細書に説明する記述と共に本発明の開示を解説するのに寄与するこれらの図面は、本発明の開示の態様を例示するものである。各図面は、以下のように本発明の開示の１又は２以上の態様を描いている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】システムの例示的マッピング構成要素を描く図である。
【図２Ａ】マクロ走査データの例示的態様を描く図である。
【図２Ｂ】ミクロ走査データの追加の例示的態様を描く図である。
【図３】例示的身体情報モデルの態様を描く図である。
【図４Ａ】身体内の第１の場所での例示的ナビゲーション構成要素の態様を描く図である。
【図４Ｂ】身体内の第２の場所での図２Ａのナビゲーション構成要素を描く図である。
【図５】図４Ａ−Ｂに描くナビゲーション構成要素の例示的構成を描く図である。
【図６Ａ】ミクロ走査データの例示的態様を描く図である。
【図６Ｂ】ミクロ走査データの追加の例示的態様を描く図である。
【図７】例示的コントローラを描く図である。
【図８Ａ】例示的ナビゲーションデバイスを描く図である。
【図８Ｂ】別の例示的ナビゲーションデバイスを描く図である。
【図９Ａ】例示的方法を描く図である。
【図９Ｂ】別の例示的方法を描く図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本発明の開示の態様を例示的な誘導システム及び関連の方法を参照して説明する。一部の態様は、細長デバイスの遠位端が体腔（又は体内の他のターゲット部位）内に位置付けられるまで細長デバイスが身体経路を通して誘導される作動に関して説明する。例えば、内視鏡は、尿道、膀胱、及び／又は尿管を含む自然な身体経路を通して内視鏡の遠位端が腎臓の内腔に位置付けられるまで誘導される細長本体を含むことができる。医療のような特定のタイプの手術又は手順に関して、自然又は人工であるような身体経路又は腎臓の内腔のような体腔は、便宜上与えられるものであり、特許請求しない限り、本発明の開示を制限するように意図していない。従って、本明細書に説明する概念は、あらゆる類似のデバイス又は方法に対して、医療用途又はそれ以外、腎臓特定又はそうでないものに対して利用することができる。
【００１９】
多くの軸を説明する。各軸は、次の軸を横断するか又は原点Ｏ（又はＯ’）を有する直交座標系が確立されるように次の軸と垂直である場合さえもある。１つの軸は、要素又は身体経路内に定められた原点を通って延びる縦軸に沿って延びる。これらの軸に関して相対的な構成要素及び特徴部を説明するために「近位」及び「遠位」という方向用語、並びにそれぞれの頭文字「Ｐ」及び「Ｄ」を使用することができる。近位は、身体の外部又はユーザに近い位置を指し、それに対して遠位は、身体の内部に近いか又はユーザから遠い位置を指す。頭文字「Ｐ」又は「Ｄ」を要素番号に付加することによって近位又は遠位場所を示し、Ｐ又はＤを図内の矢印に付加することによって１又は２以上の軸に沿う近位方向又は遠位方向を示している。いずれかの軸に沿う近位方向又は遠位方向に延びるいずれかの態様を説明するために「細長」という用語を使用することができる。特許請求しない限り、これらの用語は、便宜上与えられるものであり、本発明の開示を特定の場所、方向、又は向きに限定するように意図していない。
【００２０】
本明細書に使用する場合に、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、又は同様の変形は、非限定的包含を網羅するように意図しており、従って、列記する要素を含むデバイス又は方法は、これらの要素のみを含むわけではなく、明示的に列記していない他の要素又は元来備わっているものを含むことができる。別途示さない限り、「例示的」という用語は、「理想」ではなく「例」の意味に使用する。それとは逆に、「ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｏｆ」、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ」という用語は、限定的包含を網羅するように意図しており、従って、列記する要素から構成されるデバイス又は方法は、これらの要素のみを含む。本明細書に使用する場合に、「約」、「実質的」、「近似的に」のような用語又は同様の変形は、説明する値の±５％以内の値の範囲を示すことができる。
【００２１】
本発明の開示の態様は、例示的誘導システム１０に関連し、その例を例示的身体１に関して図１〜図８Ｂに示している。身体１は、患者の身体（例えば、人体）又はその一部分とすることができる。図１では、例えば、身体１は、外面２、その上の進入点３、体腔４、及び進入点３と体腔４との間を延びる身体経路５を含むヒト本体の正中横断面として示されている。身体１内の原点Ｏを通って身体軸Ｂ−Ｂが延び（例えば、図１）、身体経路５内の原点Ｏ’を通って身体経路Ｐ−Ｐが延びる（例えば、図４Ａ〜図４Ｂ）。
【００２２】
システム１０は、身体１のミクロ走査（例えば、図１）を実施し、マクロ走査データ２３（例えば、図２Ａ〜図２Ｂ）を出力するように構成されたマッピング構成要素２０と、身体１のマクロ走査（例えば、図４Ａ〜図５）を実施し、ミクロ走査データ４３（例えば、図６Ａ〜図６Ｂ）を出力するように構成されたナビゲーション構成要素４０と、マクロ走査データ２３から手術前身体情報モデル２５（例えば、図３）を発生させ、ミクロ走査データ４３を用いて情報モデル２５を作動的に更新し、及び／又はモデル２５の一部分をナビゲーション画像２７（例えば、図７）として出力するように構成されたコントローラ６０（例えば、図７）とを含むことができる。本明細書では、システム１０の態様を説明するために「マクロ走査」及び「ミクロ走査」という用語を利用する。この出願では、マクロ走査は、外部から印加される走査媒体（例えば、ＣＴスキャナからのＸ線）から取得することができ、それに対してミクロ走査は、体内で印加される走査媒体（例えば、変換器からの音波）から取得することができる。
【００２３】
マッピング構成要素２０は、身体１のマクロ走査を実施してマクロ走査データ２３を出力するように構成される。図１には例示的マッピング構成要素２０を身体１の１又は２以上のマクロ走査を取得するように構成された外部スキャナ２２と、マクロ走査データ２３を出力するように構成された送信機２６とを含むものとして示している。図２Ａ〜図２Ｂに示すように、マクロ走査データ２３は、マクロ走査から発生される撮像データ２３ＩＤ（例えば、波エネルギ画像）と、マクロ走査が実施される時に発生される場所データ２３ＬＤ（例えば、軸Ｂ−Ｂに沿う波エネルギ画像の場所）とを含むことができる。
【００２４】
撮像データ２３ＩＤは、外部スキャナ２２によっていずれかの走査媒体を用いていずれかの解像度でいずれかのフォーマットで発生されるあらゆる枚数の２次元又は３次元の画像を含むことができる。例えば、スキャナ２２は、波エネルギ（例えば、光、音、Ｘ線のような）を身体１の外面２に向けて誘導し、波エネルギの反射部分を受波し、身体１の波エネルギ画像を含む撮像データ２３ＩＤを生成するように構成することができる。一部の態様では、スキャナ２２は、Ｘ線を撮像軸Ｉ−Ｉに沿って誘導して受波し、身体１に対する１又は２以上の角度及び／又は位置で撮影された複数の２次元断面Ｘ線画像を含む撮像データ２３ＩＤを生成するように構成されたＣＴスキャナとすることができる。代表的な断面Ｘ線画像をＣＴスキャナによって発生された撮像データ２３ＩＤとして図２Ａに描いている。類似の画像を他の波エネルギを用いて生成することができる。他の態様では、外部スキャナ２２は、磁場、電波、及び場の勾配を用いて複数の３次元画像を含む撮像データ２３ＩＤを生成するように構成された磁気共鳴撮像デバイスを含むことができる。
【００２５】
場所データ２３ＬＤは、身体１内で自然マーカ及び／又は人工マーカに対して撮像データ２３ＩＤを位置付けるために使用することができる。図１では、原点Ｏ及びそこを通って延びる身体軸Ｂ−Ｂを通って撮像平面Ｉ−Ｉが延びる。原点Ｏは、身体１の椎骨の重心に定めることができ（例えば、図２Ａ）、身体軸Ｂ−Ｂが身体１の脊柱を通って延びる縦軸と一致し、各マクロ走査において共通の基準点を与えることを可能にする。原点Ｏ及び／又は身体軸Ｂ−Ｂの場所を定めるのに、これに代えて人工マーカを身体１内又は上に配置することができる。例えば、人工マーカは、外面２上、体腔４の内部、及び／又はベッド８上に置くことができ、身体１の断面Ｘ線画像内で点Ｏ及び／又は軸Ｂ−Ｂの場所を定めるように成形された放射線不透過要素を含むことができる。
【００２６】
送受信機２６は、マクロ走査データ２３を出力するように構成されたいずれかの有線技術又は無線技術を含むことができる。例えば、送受信機２６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、光ファイバケーブル、及びＷｉ−Ｆｉなどを含むいずれかの公知のデータ通信技術を用いてデータ２３を出力し、及び／又はコントローラ６０の送受信機６６と別途通信するように構成することができる。マッピング構成要素２０、ナビゲーション構成要素４０、及びコントローラ６０が全て同じデバイスの一部である場合に、送受信機２６は、単純にそのようなデバイスのそれぞれの構成要素間の直接接続又は有線接続とすることができる。
【００２７】
図４Ａを参照して、ナビゲーション構成要素４０は、身体１のミクロ走査を実施してミクロ走査データ４３を出力するように構成される。ナビゲーション構成要素４０の多くの態様を説明する。例えば、図４Ａ〜図５に示す一態様により、ナビゲーション構成要素４０は、身体経路５を通してステアリング可能な細長シャフト４１と、シャフト４１が経路５に沿って移動される時に１又は２以上のミクロ走査を実施するように構成された内部スキャナ又はセンサ４２と、経路５の周りに磁場を生成するように構成された磁場発生器４４と、磁場内でスキャナ４２の位置付けるように構成された追跡センサ５０と、ミクロ走査データ４３を出力するように構成された送受信機４６とを含むことができる。図６Ａ〜図６Ｂに示すように、ミクロ走査データ４３は、ミクロ走査から発生される撮像データ４３ＩＤ（例えば、波エネルギ画像）と、ミクロ走査が実施される時に発生される場所データ４３ＬＤ（例えば、軸Ｐ−Ｐに沿う波エネルギ画像の場所）とを含むことができる。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｂの細長シャフト４１は、その中を通って延びる少なくとも１つのチャネル４５と、チャネル４５と共に作動可能ないずれかの個数の関節部分及び／又はステアリング機構とを含むことができる。例示的ステアリング機構は、２０１６年７月５日に付与されて全内容が引用によって本明細書に組み込まれている米国特許第９，３８０，９３０号明細書の場合と同様に、シャフト４１の近位端に取り付けられたハンドルと、シャフト４１を通って延びる複数のプルワイヤとを含むことができ、これらのワイヤは、ハンドル上のアクチュエータに印加された物理的な力に応答してシャフト４１を関節作動させるように構成される。他の態様では、シャフト４１は、２０１３年８月２７日に付与されて全内容が引用によって本明細書に組み込まれている米国特許第８，５１７，９２４号明細書の場合と同様に、コントローラ６０からの制御信号に応答してシャフト４１を関節作動させるように構成された複数の電気応答性関節セクションを含むことができる。例えば、制御信号は、ジョイスティック又は２０１６年１月２７日に出願されて全内容が引用によって本明細書に組み込まれている米国仮特許出願第６２／２８７，６６７号明細書に記載されているものを含む類似の入力デバイスの移動のようなユーザ入力に応答して生成することができる。
【００２９】
撮像データ４３ＩＤは、内部スキャナ４２によっていずれかの走査媒体を用いていずれかの解像度でいずれかのフォーマットで発生されるあらゆる枚数の２次元又は３次元の画像を含むことができる。例えば、スキャナ４２は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、超音波、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）、及び／又は類似の技術を用いて発生される３次元画像を含む撮像データ４３ＩＤを生成するように構成することができる。それぞれ図２Ｂ及び図６Ｂに示す例示的格子パターンによって示すように、撮像データ４３ＩＤの奥行き、品質、及び／又は解像度は、撮像データ２３ＩＤとは異なる及び／又はそれよりも大きいとすることができる。例示的スキャナ４２を図５に示している。図示のように、スキャナ４２は、シャフト４１の遠位部分４１Ｄ上に配置することができ、複数の撮像要素４７と、複数の光源４９と、プローブ５２とを含むことができる。次いで、例示的スキャナ４２の各要素を説明する。
【００３０】
複数の撮像要素４７は、撮像データ４３ＩＤの一部分を生成するように構成することができる。例えば、データ４３ＩＤは、連続的に及び／又はシャフト４１が身体経路軸Ｐ−Ｐに沿って移動される時に生成することができる。撮像要素４７は、可視光範囲又はそれよりも高い周波数を含む１又は２以上の電磁スペクトル周波数で身体１の画像を生成するように作動可能である場合がある。図５に示すように、撮像要素４７は、身体１内の２次元グラフィック画像（例えば、写真及びトポグラフィなど）を生成するように構成されたデジタルカメラ回路を含むことができる。例えば、複数の撮像要素４７は、シャフト４１の外面の周りに環状に離間させることができ、従って、取得される画像を身体経路５及び／又は体腔４内の連続パノラマグラフィック画像を形成するように組み合わせることができる。
【００３１】
複数の光源４９は、１又は２以上の波長の光を生成するように構成された発光ダイオードを含むことができる。光源４９は、撮像データ４３ＩＤに向けて照明を印加するように撮像要素４７と共と作動可能にすることができる（例えば、一緒に起動される）。光源４９は、撮像目的に限定されたものとすることができる。例えば、追跡センサ５０は磁場に応答することができ、下記で説明するように、ナビゲーション構成要素４０を暗所での使用、すなわち、いかなるナビゲーション光も用いない使用に向けて、又は高速パルス振動レーザエネルギによって発生させた光のような視認を阻む可能性がある光の存在下での使用に向けて構成することができる。一部の態様では、複数の光源４９は、身体１の内面からの感光応答を生成するように構成することができる。例えば、感光材料は、内腔４５、身体経路５、及び／又は体腔４を通して送出され、次いで、経路４及び／又は体腔５内のターゲット組織との光過敏性反応をもたらすように構成された波長で光源４９によって照明することができる。一部の態様では、この反応の特性（例えば、密度、強度、サイズのような）を撮像要素４７が取り込み、ミクロ走査データ４３内に撮像データ４３ＩＤとして出力し、及び／又はコントローラ６０が処理することができる。
【００３２】
プローブ５２は、撮像データ４３ＩＤの別の部分を生成するように撮像要素４７とは独立に又はそれと共と作動可能にすることができる（例えば、一緒に起動される）。例えば、プローブ５２は、波エネルギ（例えば、光、音、Ｘ線のような）を身体１の内面に向けて誘導し、波エネルギの反射部分を受波し、身体１の２次元又は３次元の波エネルギ画像を含む撮像データ４３ＩＤを生成するように構成することができる。図４のプローブ５２は、例えば、経路軸Ｐ−Ｐに沿って及び／又はそれを横断する他の方向（例えば、図４Ａ）に音波を誘導して受波し、複数の２次元断面超音波画像（例えば、図６Ａ）を含む撮像データ４３ＩＤを生成するように構成された複数の前方及び／又は横方向を向く変換器を含む血管内超音波（又は「ＩＶＵＳ」）プローブとすることができる。身体経路５のそれぞれのＩＶＵＳ超音波画像をＩＶＵＳプローブから発生された軸線方向超音波画像として例えば図６Ａに示している。他の態様では、プローブ５２は、レーザエネルギ（例えば、パルス振動又は連続するレーザビーム）を放出し、レーザエネルギの反射部分を受波し、経路５及び／又は体腔４の３次元画像を含む撮像データ４３ＩＤを生成するように構成されたレーザスキャナを含むことができる。
【００３３】
追跡センサ５０は、例えば、複数の撮像要素４７及び／又はプローブ５２のうちの少なくとも１つが作動される度に場所データ４３ＬＤを生成するように磁場発生器４４と共と作動可能にすることができる。図５では、例示的センサ５０は、シャフト４１の遠位部分４１Ｄ上に装着されたハウジングと、その中に装着されたセンサコイル（図示せず）とを含む。図１及び図４Ａ〜図４Ｂには、磁場発生器４４は、例えば身体１を支持するベッド８の下に置く（例えば、図１の場合のように）又は身体１の直下に置くことができ（例えば、図４Ａ〜図４Ｂの場合のように）、身体経路５の周りを延びる磁場（図示せず）を生成するように構成された複数の磁場発生要素（図示せず）を有する平面要素として示している。追跡センサ５０内のコイルは、発生器４４によってもたらされた磁場に応答して連続ロケータ信号（例えば、アナログ信号）を含む場所データ４３ＬＤを実時間で出力することができる。
【００３４】
送受信機４６は、ミクロ走査データ４３を出力するように構成されたいずれかの有線技術又は無線技術を含むことができる。例えば、送受信機４６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、光ファイバケーブル、及びＷｉ−Ｆｉなどを含むいずれかの公知のデータ通信技術を用いてデータ４３を出力し、及び／又はコントローラ６０の送受信機６６と別途通信するように構成することができる。図２の送受信機４６は、例えば、シャフト４１の近位部分に結合され、身体１の外部に位置付けられる。図示のように、送受信機４６は、内部スキャナ４２から有線接続を通してミクロ走査データ４３を受信し、それを送受信機６６にコントローラ６０との無線接続を通して送信するように構成される。
【００３５】
図７のコントローラ６０は、マクロ走査データ２３から手術前身体情報モデル２５（例えば、図３）を発生させ、それをミクロ走査データ４３を用いて作動的に更新し、及び／又は手術前状態又は更新状態にある情報モデル２５の一部分を実時間でナビゲーション画像２７（例えば、図７）として出力するように構成される。従って、コントローラ６０は、１又は２以上のプロセッサ６２と、１又は２以上のプロセッサ６２によって実行可能なコンピュータ可読命令６４を含むメモリ６５と、送受信機６６と、センサインタフェースユニット６８と、位置付けユニット７０と、信号ステーション７２とを含むことができる。
【００３６】
コントローラ６０のこれらの要素は、図７に示すように単一デバイス内に編成するか又はシステム１０を通して分散させることができ、どのように配置された場合にも、各要素は、その次のもの及び／又は構成要素２０及び４０との相互通信の機能を有する。１又は２以上のプロセッサ６２は、例えば、コントローラ６０の一部とする、システム１０を通して分散させる、及び／又はシステム１０から距離を置いて設置されてシステム１０との通信状態に入ることができる。プロセッサ６２は、コンピュータ可読命令６４に応答して本明細書に説明するいずれかのコンピュータ機能を実施するように構成される。メモリ６５は、命令６４、並びに本明細書に説明するいずれかの他のデータ及び／又は情報を格納するように構成されたいずれかの技術を含むことができる。類似のプロセッサ６２、メモリ６５は、システム１０に対してどこにでも位置付けることができる。
【００３７】
送受信機６６は、マクロ走査データ２３及びミクロ走査データ４３を受信するように構成されたいずれかの有線技術又は無線技術を含むことができる。例えば、送受信機４６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、光ファイバケーブル、及びＷｉ−Ｆｉなどを含むいずれかの公知のデータ通信技術を用いてデータ２３及び４３を受信し、及び／又はナビゲーション構成要素４０の送受信機４６と別途通信するように構成することができる。送受信機６６は、システム１０に対してどこにでも位置付けることができる。
【００３８】
プロセッサ６０は、場所データ４３ＬＤをいかなる時でも、例えば、撮像データ４３ＩＤが発生された時には必ず生成するように構成することができる。例えば、センサインタフェースユニット６８（例えば、図７）は、追跡センサ５０からロケータ信号を受信し、それを生磁気データを含むデジタル場所信号に変換（例えば、調整、増幅、及び／又はデジタル化）するように構成することができる。位置付けユニット７０（例えば、図７）は、デジタル場所信号を受信して、少なくとも、複数の撮像要素４７及び／又はプローブ５２のうちの１つが作動される度に生磁気データに基づいて瞬間場所データ４３ＬＤを生成するように構成することができる。信号ステーション７２は、例えば、ナビゲーション画像２７内での表示に向けて場所データ４３ＬＤを出力するように構成される。
【００３９】
身体情報モデル２５は、コントローラ６０を用いて場所データ２３ＬＤに従ってマクロ走査データ２３内で２次元画像又は３次元画像を組み合わせて３次元のデータセット又はデータメッシュを定めることによって生成することができる。例えば、図３に示すように、マクロ走査データ２３は、身体軸Ｂ−Ｂに沿って予め決められた間隔で離間した第１の断面データセット２３’と第２の断面データセット２３’’と第３の断面データセット２３’’’とを含むことができる。第１のデータセット２３’は、外部スキャナ２２を軸Ｂ−Ｂに沿う第１の場所に配置し、撮像データ（例えば、２３ＩＤ’）を発生させてそれに場所データ（例えば、２３ＬＤ’）を関連付けることによって生成することができる。次いで、外部スキャナ２２を軸Ｂ−Ｂ上の第２及び第３の位置まで移動して第２のデータセット２３’’及び第３のデータセット２３’’’を生成することができる。この例では、コントローラ６０は、データセット２３’、２３’’、及び２３’’’内の画像を身体軸Ｂ−Ｂに沿って組み合わせる（例えば、縫い合わせる）ことによって３次元データセットを生成するように構成される。３次元データセットを組み合わせる際に類似の方法を使用することができる。
【００４０】
他の態様では、身体情報モデル２５は、外部スキャナ２２を用いずに別のデバイスによって発生させてコントローラ６０に送出することができる。例えば、情報モデル２５は、患者の電子医療記録内に含めて送受信機６６を通してプロセッサ６０に送出することができる。身体情報モデル２５は、ミクロ走査データ４３を用い、類似の方法を用いて生成することができる。
【００４１】
コントローラ６０は、この３次元データセット内で体腔４、身体経路５、及び経路軸Ｐ−Ｐの少なくとも概略的な表現を定めることができる。例えば、コントローラ６０は、体腔４及び身体経路５の境界条件を自動的に定める及び／又はそこを通る身体経路軸Ｐ−Ｐをプロットすることができる。身体１のこの概略表現を改善するために、コントローラ６０は、身体１内のターゲット場所での場所データ４３ＬＤを場所データ２３ＬＤと相関させてこれらのターゲット場所での撮像データ２３ＩＤを撮像データ４３ＩＤの相関部分と組み合わせることによって身体情報モデル２５の手術前バージョンを作動的に更新するように構成される（例えば、手術中に実時間で）。例えば、身体経路軸Ｐ−Ｐはモデル２５内で定められるので、撮像データ４３ＩＤうちで経路軸Ｐ−Ｐに沿う第１の場所での部分を探し出し、第１の場所で撮像データ２３ＩＤによって定められた境界条件をこの場所で撮像データ４３ＩＤによって定められた境界条件と幾何学的に整合させ（例えば、サイズ変更、移動、回転のような）、次いで、これらの段階を経路軸Ｐ−Ｐに沿う複数の第２の場所で繰り返すことによって場所データ４３ＬＤを場所２３ＬＤと相関させることができる。例えば、身体経路５の直径は、境界条件として使用することができる。
【００４２】
撮像データ２３ＩＤと４３ＩＤは様々な技術を用いて組み合わせることができる。一態様では、軸Ｐ−Ｐに沿う複数の場所で撮像データ４３ＩＤの一部分が撮像データ２３ＩＤの一部分の上に重ね合わせられるか又はこれらの部分と縫い合わされる。例えば、コントローラ６０は、手術前身体情報モデル２５内でターゲット場所を選択し、この場所に関連付けられた撮像データ２３ＩＤ及び４３ＩＤを識別し、この場所でのデータ４３ＩＤの態様をデータ２３ＩＤ上に重ねるように構成することができる。ターゲット場所での撮像データ４３ＩＤ内に含まれる断面画像は、例えば同じ場所での撮像データ２３ＩＤ内に含まれる断面画像上に重ねることができる。同様に、ターゲット場所でのデータ４３ＩＤ内に含まれる３次元画像は、データ２３ＩＤ内に含まれる３次元画像と互いに縫い合わせることができる。
【００４３】
身体情報モデル２５は、撮像データ２３ＩＤを撮像データ４３ＩＤと組み合わせることによって改善することができる。例えば、撮像データ４３ＩＤは、スキャナ４２の異なる性能と身体１内でのその場所とに起因して撮像データ２３ＩＤよりも高い解像度で生成することができるので、撮像データ２３ＩＤと撮像データ４３ＩＤとを組み合わせた場合に身体情報モデル２５の解像度を高めることができる。更に多くの詳細を提供するために、コントローラ６０は、複数の撮像要素４７によって取り込まれたグラフィック画像を身体情報モデル２５内の体腔４及び／又は身体経路５の表現の上に重ねて内面、体腔４、及び／又は経路５の改善された又は更には写真現実的なレンダリングをもたらすように更に構成することができる。これらのグラフィック画像は、身体情報モデル２５内で場所データ２３ＬＤ及び／又は４３ＬＤに従って整合及び配向させることができる（例えば、サイズ変更、シフト、回転など）。例えば、感光材料が身体経路５内に送出され、複数の光源４９によって活性化された場合に、得られるいずれかの感光応答を身体情報モデル２５で表すことができ、これらの応答の識別及び／又は診断が可能になる。類似の方法を用い、感光材料を用いて又は用いずに他の条件を識別及び診断することができる。
【００４４】
身体情報モデル２５は、コントローラ６０によってこれらの態様に従って発生された場合に、外部スキャナ２２のみ又は内部スキャナ４２のみを用いて別途可能になるものよりも遥かに詳細なデータ豊富環境とすることができる。この環境の機能を更に利用するために、コントローラ６０は、モデル２５の態様を２次元又は３次元のナビゲーション画像２７として出力するように構成することができる。本明細書に説明する身体情報モデル２５のあらゆる態様は、画像２７で表すことができる。例えば、図７では、ナビゲーション画像２７は、例えば、コントラスト及び色を調節すること、境界線を追加すること、ワイヤフレームモデルを生成すること、及び無関係な解剖学的構造を切り取ることによって視覚的に改善された３次元表現である。あらゆるグラフィック技術を使用することができる。例えば、図７に示すように、コントローラ６０は、場所データ２３ＬＤ及び４３ＬＤを用いてナビゲーション画像２７を外面２と、進入点３と、内腔４と、身体経路５と、内部スキャナ４２に対する身体経路軸Ｐ−Ｐとを描く身体１の３次元表現として出力することができる。例えば、図７の内腔４は、腎臓の内部とすることができ、ナビゲーション画像２７は、尿道、膀胱、及び／又は尿管を通って腎臓内に延びる自然身体経路を通して移動するスキャナ４２を描く３次元表現を提供することができる。
【００４５】
２次元又は３次元に関わらず、ナビゲーション画像２７の多くの態様をシステム１０内に実現することができる。例えば、コントローラ６０は、ミクロ走査データ４３をマクロ走査データ２３上に重ねて身体経路５及び／又は体腔４を反復的に定めることができる。次いで、例えば、身体１の非常に詳細な２次元又は３次元のマップを提供するために、これらの境界をナビゲーション画像２７上に表示することができる。これらの境界を参照して、図７のコントローラ６０は、身体経路５を通る進路を例えば２次元又は３次元の通路としてナビゲーション画像２７上にプロットするように構成することができる。画像２７は、シャフト４１を身体経路５を通してこの通路に沿って誘導するように構成することができる。例えば、場所データ４３ＩＤから身体１内のスキャナ４２の場所を決定することができるので、ナビゲーション画像２７は、スキャナ４２を身体経路５を通して軸Ｐ−Ｐに沿って誘導するように構成されたグラフィックインジケータ（例えば、有向矢印）を含むことができる。
【００４６】
ナビゲーション画像２７に応答して、ユーザは、例えば、図４Ａと図４Ｂの間の移動によって示すようにシャフト４１の遠位端４１Ｄを身体経路５の蛇行部分を通して及び／又は体腔４の狭いコーナの周りで関節作動及び／又は前進させるように内視鏡のハンドル上のアクチュエータを操作することによって体腔４の特定の部分（例えば、腎臓の腎杯）の中にスキャナ４２を誘導することができる。撮像要素４７によって身体経路５の直接的な視覚化を可能にすることができるが、必要というわけではない。例えば、画像２７を用いて、遠位端４１Ｄは、体腔４内の腎臓結石に向けて、この結石が狭い腎杯内にあり、混濁液によって囲まれている場合であっても、生体インピーダンス変化、呼吸パターン、又は体液ステータスに関係なく位置電極又は視覚画像を頼りとせずに誘導することができる。コントローラ６０は、遠位端４１Ｄを更に誘導するために、聴覚又は触覚フィードバック信号を生成するなどで追加のナビゲーション及び目印特徴を提供するように構成することができる。
【００４７】
コントローラ６０は、身体１内で意図する１又は２以上の物体又は場所を識別し、及び／又はこれらの物体又は場所の特性を決定するように構成することができる。ナビゲーション画像２７は回転及びズームを可能にすることができ、意図する物体又は場所の最適な観察、及び／又は特定の物体又場所の選択を可能にする。従って、コントローラ６０は、ユーザがナビゲーション画像２７を用いて手術を計画し、手術中に例えば体腔４の処置された部分をマーク付けすることによって画像２７に注釈を付けることを可能にすることができる。更に別の例として、プローブ５２によって発生される波エネルギを利用して、体腔４内の腎臓結石を識別し、身体情報モデル２５内で各腎臓結石の場所を決定し、各結石の特性（例えば、組成、密度、脆性、及び／又はサイズ）を確認することができる。
【００４８】
コントローラ６０は、ターゲット特性を有する結石を識別する、ナビゲーション画像２７内でこれらのターゲット結石を１又は２以上のタグ又はアイコンに関連付ける、ユーザがターゲット結石を除去した（又は捉え損ねた）か否かを決定する、及び／又は体腔４から全ての結石がなくなったことを検証するように更に構成することができる。迅速な識別を容易にするために、各ターゲット結石に、例えば、異なるタグ又はアイコンを関連付けることができる。これらのタグ又はアイコンは、結石のサイズ、例えば、結石の最大幅を示すことができる。コントローラ６０は、各結石の最大幅を回収デバイスの予め決められた最大サイズ（例えば、回収バスケット又は回収チャネルの最大直径）と比較し、各結石をこのデバイスを用いて除去することができるか否かを示し、ユーザが、追加の処置を必要とするか否かを決定することを可能にするように構成することができる。例えば、結石は、最大幅を決定するようなサイズを有する回収バスケット内に捕捉され、捕捉した結石を更に別の処置なく当該回収バスケット内で除去することができるか否かを示すタグ又はアイコンに関連付けることができる。これらのタグ又はアイコンは、例えば、捕捉された結石を解除して小さめのプロファイルの向きに再捕捉した場合に除去することができるか否か、及び／又はレーザエネルギを用いて処置して捕捉結石のサイズを縮小することができるか否かを示すことができる。
【００４９】
体腔４及び／又は身体経路５の特性（例えば、サイズ、面積、又は体積）を決定し、体腔４及び／又は経路５をこれらの特性に関連付ける際に類似の技術を使用することができる。例えば、体腔４及び経路５のそれぞれの体積を通信するために、体腔４及び／又は身体経路５内の様々な自然なマーカをナビゲーション画像２７内でタグ及びアイコンに関連付けることができる。
【００５０】
次いで、ナビゲーション構成要素４０及びコントローラ６０の追加の又は代わりの態様を図８Ａ〜図８Ｂを参照して説明する。システム１０は、これらの態様と本明細書に説明するいずれかの他の態様とのあらゆる組合せを含むことができ、各可能な組合せは本発明の開示の一部である。
【００５１】
一部の追加の態様により、コントローラ６０は、ミクロ走査シーケンスを実施するように構成される。例えば、複数の撮像要素４７、複数の光源４９、及びプローブ５２を予め決められたシーケンスで作動させることができ、位置付けユニット７０は、予め決められたシーケンスで作動される度に場所データ４３ＬＤを生成することができる。従って、システム１０は、例えば画像２７の望ましいリフレッシュ速度（例えば、６０ｈｚ又は１２０Ｈｚ）と一致する連続作動速度を有する第１のモード、望ましい撮像方法又は処置方法（例えば、光過敏性反応）と一致するパルス作動速度及び／又は交互作動速度を有する第２のモード、及び／又は内部スキャナ４２が身体経路軸Ｐ−Ｐに沿って予め決められた距離（例えば、＜１ｍｍ）移動される度にミクロ走査データ４３が自動的に発生される第３のモード中に切換可能にすることができる。
【００５２】
図１及び図４Ａ〜図４Ｂには磁場発生器４４を平面要素として示すが、磁場発生器４４は、あらゆる形状を取ることができ、あらゆる個数の磁場発生要素を含むことができる。例えば、図８Ａには、代替磁場発生器１４４は、身体１が各マクロ走査及び／又はミクロ走査間の期間中に移動される場合であってもセンサ５０を追跡するための固定基準フレームを設けるために身体１の一部分（例えば、背中）に直接に取り付けられる（例えば、接着される）可撓性要素として示している。発生器４４は、身体１に対する基準場所を与えることができるベッド８（図１）と一体形成することができる。
【００５３】
一部の態様では、追跡センサ５０は、追加又は代替追跡デバイスと共に作動可能である。例えば、センサ５０は、図８Ｂに身体１の周りに巻き付けられたものとして示すセンサベルト２４４と共と作動可能とすることができる。図示のように、ベルト２４４は、３つの外部センサ２４６を含むが、あらゆる個数のセンサを設けることができる。図８Ｂのベルト２４４は、センサ２４６が身体１の身体軸Ｂ−Ｂの周りにほぼ三角形の構成で配置されるように身体１の正中軸の周りに巻き付けられる。この構成では、センサ２４６は、追跡センサ２５０がベルト２４４の内径を通して移動される時に追跡センサ２５０に関する場所データ４３ＬＤを生成することができる。例えば、図５Ｂでは、追跡センサ２５０は、細長要素の遠位部分上に位置付けられたＲＦＩＤセンサ又はアンテナを含み、センサ２４６は、細長要素がベルト２４４を通過する時に場所データ４３ＬＤを生成するようにＲＦＩＤセンサと共に作動可能である。ベルト２４４は、狭い幅（例えば、１〜３インチ）を有することができ、又はスリーブを定めるように細長とすることができる。一部の態様では、ベルト２４４は、ベルト２４４を身体１に対する固定位置に保持するように構成された引張要素（例えば、弾性バックルのような）を含む。
【００５４】
更に他の態様では、内部スキャナ４２は、シャフト４１の形状から場所データ４３ＬＤを決定するように構成された形状感知機構を含むことができる。例えば、形状感知機構は、シャフト４１の長さに沿う様々な位置で細長シャフト４１の応力及び撓みを測定し、そこから場所データ４３ＬＤをシャフト４１に印加されたいずれかの温度又は負荷とは独立に決定するように構成することができる。一部の態様では、形状感知機構は、シャフト４１内を延びる光ファイバ、例えば、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）ファイバ内に含めることができる。他の例示的な形状感知ファイバは、Ｌｕｎａ  Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎｓ（登録商標）によって販売されているもの（例えば、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｃｈ？ｖ＝Ｙｃ８Ｑ−ＣｘｖＤＫＵ（２００８年１月１４日にアップロードされた）において情報利用可能な「光ファイバの形状及び位置の感知（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ）」を参照されたい）、及び／又は２０１４年３月１１日に出願されて全内容が引用によって本明細書に組み込まれている米国特許公開第２０１４／０２５７０９５号明細書に記載されているものを含むことができる。
【００５５】
必要ではないが、身体情報モデル２５に応答して身体経路５を少なくとも部分的に通じて及び／又は体腔４内にナビゲーション画像２７を用いて又は用いずにシャフト４１をステアリングするようにコントローラ６０を構成することができる。例えば、シャフト４１は、複数の電気応答性関節セクションを含むことができ、コントローラ６０は、近位方向又は遠位方向へのジョイスティックの移動及び／又は体腔４の場所に関する確認のようなユーザ入力に応答してステアリング信号を生成するように構成されたステアリングモジュール７４（図４の上に点線に示す）を含むことができる。ステアリングモジュール７４は、ステアリング信号を用いてシャフト４１の複数の電気応答性関節セクションを選択的に作動させることができる。ユーザ入力は、正確又は精密である必要はない。例えば、身体情報モデル２５は、詳細な３次元データセットを含むので、ステアリングモジュール７４は、一般的なユーザ入力（例えば、ジョイスティックの前方移動）に応答して身体経路５の一部分を通る正確な進路を自動的にプロットし、及び／又はこの進路上でユーザからの正確な修正なしに身体経路５を通してシャフト４１をステアリングするように構成することができる。
【００５６】
例示的方法を本明細書に説明するシステム１０の様々な要素を参照して図９Ａ〜図９Ｂに示している。次いで、これらの方法の多くの態様を説明する。図９Ａに示す一態様により、例示的方法３００は、マクロ走査データ２３を受信する段階（３１０）と、マクロ走査データ２３を用いて手術前身体情報モデル２５を生成する段階（３２０）と、手術中にミクロ走査データ４３を受信する段階（３３０）と、ミクロ走査データ４３の一部分とマクロ走査データ２３の相関部分とを組み合わせることによって身体情報モデルを更新する段階（３４０）とを含むことができる。
【００５７】
方法３００では、マクロ走査データ２３は、手術の前に撮影された診断前及び／又は手術前の画像を含むことができる。各画像は、外部スキャナ２２によって生成することができる。例えば、方法３００は、３１０において、波エネルギ（例えば、光、音、Ｘ線のような）を身体１の外面２に向けて誘導する段階と、波エネルギの反射部分を受波する段階と、身体１の波エネルギ画像を含む撮像データ２３ＩＤを生成する段階とを更に含むことができる。波エネルギは、波エネルギ画像が身体１の断面画像（例えば、図２Ａ）を含むように撮像軸Ｉ−Ｉに沿って誘導することができる。方法段階３１０は、身体１の身体軸Ｂ−Ｂに沿う複数の位置で繰り返すことができる。例えば、段階３１０は、外部スキャナ２２を身体１の身体軸Ｂ−Ｂに沿う複数の位置に位置決めする段階と、これら複数の位置の各々での撮像データ２３ＩＤ及び場所データ２３ＬＤを含むマクロ走査データ２３を生成する段階と、マクロ走査データ２３をコントローラ６０に出力する段階とを含むことができる。
【００５８】
方法３００は、段階３２０において、マクロ走査データ２３を用いて手術前身体情報モデル２５を生成する段階を含む。マクロ走査が完了した後に、方法段階３２０を方法３１０の後に常に行うことができるように身体１を移動することができる。前の例を踏まえて、方法段階３２０は、場所データ２３ＬＤに従ってマクロ走査データ２３を組み合わせて３次元データセットを定める段階を含むことができる。段階３２０は、この３次元データセット内の体腔４、身体経路５、及び経路軸Ｐ−Ｐの少なくとも概略的な表現を提供する段階を更に含むことができる。
【００５９】
上述のように、身体情報モデル２５は、外部スキャナ２２を用いずに別のデバイスが発生させてコントローラ６０に送出することができ、この場合に、方法３００は、段階３１０及び３００において、送受信機６６を用いてモデル２５を受信する段階を含むことができる。例えば、方法３００は、患者の電子医療記録から身体情報モデル２５を受信する段階、本明細書に説明するようにモデル２５の態様を修正する段階、及び／又は相応に電子医療記録を更新する段階を含むことができる。
【００６０】
ミクロ走査データ４３は、手術中に撮影された２次元又は３次元の画像を含むことができる。これらの画像の各々は、内部スキャナ４２が生成することができる。例えば、プローブ５２に起因して、方法３００は、段階３２０において、波エネルギ（例えば、光、音、Ｘ線のような）を身体１の内面に向けて誘導する段階と、波エネルギの反射部分を受波する段階と、身体１の波エネルギ画像を含む撮像データ４３ＩＤを生成する段階とを含むことができる。各波エネルギ画像は、例えば、身体経路５の断面画像（例えば、図６Ａ）を含むことができる。同じく撮像要素４７からのグラフィック画像を撮像データ４３ＩＤ内に含めることができる。従って、方法段階３３０は、内部スキャナ４２を経路軸Ｐ−Ｐに沿う複数の位置に位置決めする段階と、これら複数の位置の各々での撮像データ４３ＩＤ及び場所データ４３ＬＤを含むミクロ走査データ４３を生成する段階と、データ４３を出力する段階とを含むことができる。
【００６１】
図９Ａの方法段階３４０は、ミクロ走査データ４３の一部分をマクロ走査データ２３の相関部分と組み合わせることによって手術前身体情報モデル２５を更新する段階を含む。一部の態様では、情報モデル２５は、内部スキャナ２２が身体１の中を通して移動される時に実時間で更新される。例えば、段階３４０は、身体１内のターゲット場所での場所データ２３ＬＤを場所データ４３ＬＤと相関させる段階と、このターゲット場所での撮像データ２３ＩＤを撮像データ４３ＩＤと組み合わせる段階とを含むことができる。場所データ２３ＬＤと４３ＬＤは、身体情報モデル２５内でいずれかの技術を用いて相関させることができる。マクロ走査データ２３とミクロ走査データ４３を組み合わせるあらゆる手段を段階３３０において同じく使用することができる。例えば、撮像データ４３ＩＤ内に含まれる２次元断面超音波画像を撮像データ２３ＩＤ内に含まれる２次元断面Ｘ線画像の上に重ねて体腔４及び／又は身体経路５の境界条件を更新することができる。同様に、データ２３ＩＤ内の３次元画像の一部分をデータ４３ＩＤ内の２次元画像と重ねるか、又はデータ２３ＩＤ内の３次元画像の一部分と互いに縫い合わせることができる。
【００６２】
方法３００のための追加の段階は、身体情報モデル２５の一部分をナビゲーション画像２７として出力する段階（３５０）と、画像２７に応答して又はその関数として身体１の中を通してシャフト４１を誘導する段階（３６０）とを含むものとして図９Ｂに描いている。ナビゲーション画像２７は、いずれかの技術を用いて発生された２次元又は３次元の画像とすることができる。例えば、方法段階３５０は、身体情報モデル２５内に含まれる３次元データセットをグラフィック的にレンダリングする段階を含むことができる。ナビゲーション画像２７は、段階３５０で改善することができる。例えば、段階３５０は、体腔４及び／又は身体経路５の境界条件を特定の色又は線の太さに関連付ける段階を含むことができる。更に別の例として、段階３５０は、撮像要素４７からのグラフィック画像をこれらの境界条件の上に重ねる段階を更に含むことができる。
【００６３】
段階３６０での方法３００は、誘導段階を含むことができる。例えば、方法段階３６０が、最適な経路５に関するユーザ入力を取得する段階を含むように、複数の身体経路５を身体１の中を通して定めることができる。段階３６０は、経路５を通して細長シャフト４１を誘導するように構成された１又は２以上のグラフィックインジケータ（例えば、有向矢印）を生成する段階を更に含むことができる。段階３６０では、聴覚又は触覚フィードバック信号を生成するなどで追加のナビゲーション及び目印特徴を提供することができる。方法３００では身体１内の追加のターゲットを識別することができる。例えば、段階３６０は、体腔４内で意図する１又は２以上の物体又は場所を識別する段階と、特定の物体又は場所の特性に基づいてそれに向けて細長シャフト４１の遠位端４１Ｄを誘導する段階とを更に含むことができる。図９Ａ〜図９Ｂには示していないが、本明細書に説明するシステム１０のいずれかの態様に関して追加の方法段階を設けることができる。
【００６４】
本明細書では本発明の開示の原理を特定の用途に対する例示的態様を参照して説明したが、本発明の開示はこれらの態様に限定されない。本明細書に提供した教示を利用することができる当業者は、追加の修正、用途、態様、及び均等物の置換が全て本明細書に説明した態様の範囲に収まることを認識するであろう。従って、本発明の開示は、以上の説明によって限定されるように考えないものとする。
【図１】
2019533540.tif 000002
【図２Ａ】
2019533540.tif 000003
【図２Ｂ】
2019533540.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2019533540.tif 000008
【図６Ａ】
2019533540.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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