(57)【要約】  関連する画像化装置（１００）と使用するガイド装置（２００）を備え、画像化装置（１００）に配置された患者（２０）に対する関連するインターベンショナル手段（１９２）の動きを指示する。前記ガイド装置（２００）は、前記ガイド装置を前記ロボット手段（１９０）の先端の関連した画像化装置（１００）と結合するコネクター部（２１０）を含む。メインボディ部（２２０）が前記コネクター部（２１０）により前記関連した画像化装置に対して支持されている。グリッピングエリア（２３０）は、前記メインボディ部（２２０）の第１端（２２２）に形成され、関連したオペレータによりマニュアルグリップするための前記ガイド装置（２００）を受ける。ホールディングエリア（２４０）が、前記メインボディ部（２２０）の第２端（２２４）に形成されている。そのホールディングエリア（２４０）は、選択されたリニアパス（P）に沿って前記患者（２０）に対して動くために好適な方向に前記医療装置（１９１）を保持するように構成され、前記グリッピングエリア（２３０）で前記関連する人間オペレータにより加えられた力に応じて前記選択されたリニアパス（P）に沿って前記医療装置（１９１）を並進移動するように動作する。ロボットアーム（１９０）は、仮想計画トラジェクトリに基づき患者に対して生検針を保持する装置を位置決めする。リニアスライダがニードルの動きをパス（P）に制約し、ニードルのマニュアル挿入と触知フィードバックを可能とする。
2007527733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に医療装置を挿入するシステムであって、
前記システムは、
前記患者をスキャンして前記患者の立体的画像データセットを生成する画像化装置と、
前記立体的画像データセットから得られた前記患者の画像を表示する人間可読装置と、
前記患者に前記医療装置を挿入するためのパスを規定した仮想トラジェクトリを選択する手段と、
前記画像化装置に対して選択された位置に移動可能な、前記画像化装置上のロボット手段と、
前記ロボット手段上に配置された前記患者に対する前記医療装置の動きを指示するガイド装置を含み、
前記ガイド装置は、
前記ガイド装置を前記ロボット手段の先端の関連した画像化装置と結合するコネクター部と、
前記コネクター部により前記関連した画像化装置に対して支持されたメインボディ部と、
前記メインボディ部の第１端に形成され、関連したオペレータによりマニュアルグリップするための前記ガイド装置を受けるグリッピングエリアと、
前記メインボディ部の第２端に形成された、選択されたリニアパスに沿って前記患者に対して動くために好適な方向に前記医療装置を保持するように構成され、前記グリッピングエリアで前記関連する人間オペレータにより加えられた力に応じて前記選択されたリニアパスに沿って前記医療装置を並進移動するように動作するホールディングエリアとを有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、
前記画像化装置はCTスキャナー、MRIスキャナー、CCTスキャナー、フルオロスコープ、SPECTスキャナー、PETスキャナー、またはこれらの組み合わせであることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムであって、
前記医療装置は切除プローブまたは生検針であることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか一項に記載のシステムであって、
前記仮想トラジェクトリを選択する手段は、
前記患者の画像に第１の座標を特定することにより前記患者の画像に仮想ターゲットポイントを選択する手段と、
前記選択した仮想ターゲットポイントから伸び前記患者の体から出る仮想パスを特定する手段とを有することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか一項に記載のシステムであって、
前記ロボット手段は、前記医療装置が前記仮想ターゲットポイントから伸び前記患者の体から出る前記仮想パスと一致する前記選択されたリニアパスに沿う前記患者に対する運動に好適な方向である位置に、前記ガイド装置を動かすよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか一項に記載のシステムであって、
前記ガイド装置のコネクター部分は、リニアスライドジョイント及びプリズムジョイントの一方を含むことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか一項に記載のシステムであって、
前記患者に対して前記ガイド装置の位置を示すフィードバック信号を供給する、前記ガイド装置の前記コネクター部分に設けられた位置フィードバック装置と、
前記医療装置が前記患者に対して物理的に動いている時に、前記フィードバック信号に基づき、前記患者と前記仮想パスの画像とともに、前記医療装置の画像を表示する手段とをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか一項に記載のシステムであって、
前記保持エリアはX線透過材料で形成されていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか一項に記載のシステムであって、
前記保持エリアは、前記アーム部により形成されたV形のグルーブで前記医療装置を保持するように構成された一組のピンセット状アーム部を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
患者に医療装置を挿入する方法であって、
前記患者をスキャンして前記患者の立体的画像データセットを生成する画像化装置を設けるステップと、
前記立体的画像データセットから得られた前記患者の画像を表示する人間可読装置を設けるステップと、
前記患者に前記医療装置を挿入するためのパスを規定した仮想トラジェクトリを選択する手段を設けるステップと、
前記画像化装置に対して選択された位置に移動可能な、前記画像化装置上のロボット手段を設けるステップと、
前記ロボット手段上に配置された前記患者に対する前記医療装置の動きを指示するガイド装置を設けるステップと、
前記ガイド装置を前記患者に向けてマニュアルで押すことにより前記患者に前記医療装置を挿入するステップとを有し、
前記ガイド装置は、
前記ガイド装置を前記ロボット手段の先端の関連した画像化装置と結合するコネクター部と、
前記コネクター部により前記関連した画像化装置に対して支持されたメインボディ部と、
前記メインボディ部の第１端に形成され、関連したオペレータによりマニュアルグリップするための前記ガイド装置を受けるグリッピングエリアと、
前記メインボディ部の第２端に形成された、選択されたリニアパスに沿って前記患者に対して動くために好適な方向に前記医療装置を保持するように構成され、前記グリッピングエリアで前記関連する人間オペレータにより加えられた力に応じて前記選択されたリニアパスに沿って前記医療装置を並進移動するように動作するホールディングエリアとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記画像化装置を設けるステップは、CTスキャナー、MRIスキャナー、CCTスキャナー、フルオロスコープ、SPECTスキャナー、PETスキャナー、またはこれらの組み合わせを設けることであることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の方法であって、
前記設けるステップは、前記医療装置は切除プローブまたは生検針を設けることであることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２いずれか一項に記載の方法であって、
前記仮想トラジェクトリを選択する手段を設けるステップは、
前記患者の画像に第１の座標を特定することにより前記患者の画像に仮想ターゲットポイントを選択する手段を設けることと、
前記選択した仮想ターゲットポイントから伸び前記患者の体から出る仮想パスを特定する手段を設けることとを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３いずれか一項に記載の方法であって、
前記ロボット手段を用いて、前記医療装置が前記仮想ターゲットポイントから伸び前記患者の体から出る前記仮想パスと一致する前記選択されたリニアパスに沿う前記患者に対する運動に好適な方向である位置に、前記ガイド装置を動かすステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４いずれか一項に記載の方法であって、
前記ガイド装置のコネクター部分を設けるステップは、リニアスライドジョイント及びプリズムジョイントの一方を設けることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１０ないし１５いずれか一項に記載の方法であって、
前記患者に対して前記ガイド装置の位置を示すフィードバック信号を供給する、前記ガイド装置の前記コネクター部分に設けられた位置フィードバック装置を設けるステップと、
前記医療装置が前記患者に対して物理的に動いている時に、前記フィードバック信号に基づき、前記患者と前記仮想パスの画像とともに、前記医療装置の画像を表示するステップをとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１０ないし１６いずれか一項に記載の方法であって、
前記保持エリアをX線透過材料で形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１０ないし１７いずれか一項に記載の方法であって、
前記保持エリアを設けるステップは、前記アーム部により形成されたV形のグルーブで前記医療装置を保持するように構成された一組のピンセット状アーム部を設けることを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、インターラクティブな術中の画像ガイド手術及びインターラクティブな術前の手術計画に関する。本発明は、ロボット位置決め装置を用いてCT画像化システムで実行される最低侵襲的定位固定手術の計画及び実行に応用でき、オブジェクトの計画及び配置または患者の体内からの組織を抽出するために、生検針や切除プローブ等の医療装置を正しく配置することができる。この応用例を参照して本発明を説明する。しかし、言うまでもなく、本発明は、超音波装置及び磁気共鳴装置等の画像化装置及び方法に広く応用することができ、多くの手術でインターベンショナルラジオロジー等で患者内の正確な位置にオブジェクトを配置したり、切除及び生検の際に患者内の正確な位置から組織を切除したりすることに応用することができる。
【０００２】
インターベンショナルな医学的処置はできるだけ最低侵襲的であることが望ましい。しかし、周囲の組織に対する手術器具や装置の相対的位置及び／または方向を視覚化または知ることができることが望ましい。後者の目的は組織を直接視診により達成できる。しかし、内部組織の場合、直接視診のために内部組織を露出しアクセスするために追加的なより大きい切開が必要なので、直接視診は思ったよりも侵襲的である。
【０００３】
例えば、具体的には、潜在的な癌性腫瘍、悪性状態、その他の病気または疾患の診断及び処置で、人間または動物から組織の一部をサンプルとして取り出したりテストすることが望ましいことが多い。一般的に、腫瘍の場合、医師がガンまたは病変状態の存在を疑った時、生検を実行して腫瘍の細胞が癌性または病変しているかどうかを判断する。経皮的生検等多くの生検は、分析のために細胞を収集するためにニードル状の装置を用いて実行される。
【０００４】
近年、X線画像化、CTスキャン、連続的CT（CCT）、磁気共鳴画像化（MRI）、フルオロスコピー、単一光子放射CT（SPECT）、陽電子放射トモグラフィー（PET）等の使用により、生検針等のインターベンショナルな医学的処置の性能がよくなっている。画像化装置により、医療行為者（放射線科医、外科医、内科医、その他の医療従事者）は診断及び処置の際に患者内のインターベンショナル装置（生検針等）の挿入をトラックすることができる。画像化モダリティは、これにより診断及び処置を最低の侵襲性で実行することができ、医療行為者及び患者にとって役に立つが、欠点も有する。
【０００５】
例えば、CT画像化を用いる一部の画像ガイド手段では、ニードルのトラッキングをリアルタイムでできない。すなわち、静止画を取得してその中にニードル位置を示すだけである。その後、ニードルを少しだけ前進または後退させ、新しいニードル位置を検証するために次の静止画を取得する。ニードルの進行をトラックするのに必要なだけ多くの回数このシーケンスを繰り返す。画像化の間にニードルは短い距離しか進まず、画像中はニードルの進行は停止されるので、上記の方法には時間がかかる。さらに、途中（すなわち、画像の間）ニードル位置を可視化できない分、精度が落ちる。
【０００６】
CCT画像化及びフルオロスコピーの開発により、リアルタイム画像化が可能となった。CCTスキャンでは、回転するX線源が被験者を連続的に照射し、毎秒約６フレームのレートで画像を生成する。生検の際、リアルタイムでニードルをガイド及び／またはトラッキングするために、医療行為者によるCCTまたはフルオロスコピーの使用が増えつつある。結果として、生検は正確になっただけではなく、時間が短くなった。しかし、画像化は連続的に行われるので、患者及び潜在的に医療行為者はともに、例えば不連続CTと比較してより大きな放射線量にさらされる。
【０００７】
従って、従来技術においては、放射線被曝レベルとリアルタイム可視化の間にはトレードオフの関係がある。すなわち、従来は、リアルタイムの可視化の代償を払って放射線被曝量を減らし、逆に、放射線被曝量を大きくするという代償を払ってリアルタイムの可視化を達成している。
【０００８】
医療行為者の放射線被曝からの保護には問題がある。例えば、ニードル（針）による生検の場合、生検針とガイドをX線放射面内またはその近くに保持し、ニードルの先端が画像平面内にあり連続的にトラッキングができるようにする。画像化平面の近くにあることにより、しばしば、被験者に刺すニードルの長さを最小化することができる。その結果、一般的に、医療行為者が自分の手をX線ビーム内に入れることとなる。一日に何件もこのような処置をする医療行為者は、危険な放射線量を手に受けやすい。それゆえ、放射線被曝のリスク無しに医療行為者がニードル生検を実行できる方法が望まれる。
【０００９】
上記の問題の解決に向けたアプローチとして、ロボットのような自動化機械システムを用いて、医療行為者がX線ビームに手を入れなくても生検針を遠隔操作できるようにするものが提案されている。しかし、このようなシステムは一般的に、医療行為者が直接ニードルを操作していれば得られたであろう触感（例えば、圧力、張力、剪断、及び／またはニードルのモーメント）を減少または無くしてしまう。これは、一般的に、医療行為者が触感から有用な情報を得ており、処置の際にその触感に依存しているという点で不利である。例えば、医療行為者は、ニードルが異なるタイプの組織に入り、骨に接触し、皮膚を突き破りつつ進むのを感じることができることが多い。医療行為者は、生検を実行するとき、この「感覚」を必要とする。訓練を受けた人間には、ニードルの位置の付加的表示として機能する。
【００１０】
Furst等の共有米国特許第6,245,028号は、感覚の欠如及び医療行為者の放射線被曝問題を部分的に解決している。しかし、そこに開示された管状の曲がったニードルガイドは、生検針を含むが、横方向のリリース手段は提供していない。そのニードルがまっすぐのパスを駆動できるかどうか、または、医療行為者が、必要なときに、例えばニードルの先端を傾斜させること等によりそのニードルを操作するためにいかにマニュアル調整するかについては明らかではない。そこに開示されたニードル生検システムの一部の実施形態において、ジョイスティック制御のモータ化装置がニードルを制御するマスタースレーブシステムを使用している。駆動メカニズムでもシミュレーションされた力フィードバックシステムにおいても、故障モードまたはメカニズムは説明されていない。
【００１１】
本発明は、放射線科医がリアルタイムX線CTフルオロスコピーの下でニードルを挿入中にCT開口のアクティブ領域に安全に手を伸ばすことができるための遠隔操作ニードルガイド装置を含む、新しいまたは改良されたインターラクティブな画像ガイドインターベンショナル方法及びシステムの提供を意図したものである。本発明は、当業者には明らかとなるように、従来技術等で発生する上記問題を解消する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、画像化装置に配置された患者に対する関連する医療手段の動きを指示する、関連する画像化装置と共に使用するガイド装置が設けられる。そのガイド装置は、それを関連する画像化装置と結合するコネクター部と、メインボディ部と、グリップ部と、保持エリアとを有する。メインボディ部は、コネクター部により関連した画像化装置に対して支持されている。グリップエリアは、メインボディ部の第１端に形成され、本ガイド装置の関連する（人間）オペレータによりマニュアルグリップするように構成されている。保持部は、メインボディ部の第２端に形成され、選択されたリニアパスに沿って患者に対する動きの好適な方向で関連する医療手段を保持するように構成されている。保持エリアは、関連するオペレータによりグリップエリアに加えられた力に応じて、選択されたリニアパスに沿って関連する医療手段を並進移動するように動作可能である。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、医療装置を患者に挿入するためのシステムが提供される。本システムは、患者をスキャンして、患者の立体画像データセットを生成する。その立体画像データセットから導かれた患者の画像を表示する、人間読み取り可能ディスプレイ装置が設けられる。医療装置を患者に挿入するためのパスを規定する仮想トラジェクトリを選択する手段が設けられる。画像化装置に対して選択された位置に動くことができるロボット手段が画像化装置に設けられる。患者に対する医療装置の動きを指示するように構成されたガイド装置がロボット手段に配置される。
【００１４】
本発明のさらに別の態様によれば、前記画像化装置はCTスキャナー、MRIスキャナー、CCTスキャナー、フルオロスコープ、SPECTスキャナー、PETスキャナー、またはこれらの組み合わせである。
【００１５】
本発明のさらに別の態様によれば、前記医療装置は切除プローブまたは生検針である。
【００１６】
本発明のさらに別の態様によれば、ガイド装置は、単一リニアトラジェクトリに沿ってガイド装置の動かすリニアスライドジョイントを有するコネクタ部である。
【００１７】
本発明の利点のひとつは、医療行為者と患者の両方を過度の放射線被爆から保護することである。
【００１８】
本発明の他の利点は、医療行為者に感覚によるフィードバックを提供することである。
【００１９】
本発明のさらに別の利点は、医療行為者が、検証のために実際の処置のリアルタイム画像を継続的に取得しながら、仮想ビューを介して処置の進展を継続的にモニター及び／または視覚化することができることである。
【００２０】
本発明のさらに別の利点と利益は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読んで理解すれば当業者には明らかになるであろう。
【００２１】
本発明は、いろいろな構成要素もしくはその配置、及びいろいろなステップもしくはその配置の形をとる。図面は好ましい実施形態を例示するためだけのものであり、本発明を限定するように解釈してはならない。
【００２２】
図１を参照して、画像ガイドインターベンショナル医療処置システム１０は、被験者２０の医療診断画像を生成できる診断画像化装置１００を含む。任意的に、画像化装置１００は、Ｘ線画像化装置、CTスキャナー、CCTスキャナー、MRIスキャナー、フルオロスコピー、SPECTスキャナー、PETスキャナー、これらの組み合わせ等である。
【００２３】
図示した好ましい実施形態において、診断画像化装置１００は、中央検査領域１１２の輪郭を示す静止ガントリー１１０を有するCTスキャナーである。回転ガントリー１１４は、検査領域１１２に対して回転するように静止ガントリ１１０にマウントされている。X線管等の透過放射線源１２０が、回転ガントリー１１４とともに回転するように、それに配置されている。透過放射線源は、回転ガントリー１１４が回転するに従って、検査領域１１２を透過する放射線ビーム１２２を生成する。コリメータ・シャッターアセンブリ１２４は、放射線ビーム１２２を薄い扇形に形成し、その放射線ビーム１２２を選択的にオン・オフする。あるいは、放射線ビーム１２２は放射線源１２０で電気的にオンオフしてもよい。CTスキャナーから取得したデータとともに適当な再構成アルゴリズムを使用して、被験者２０の画像を選択的に再構成する。
【００２４】
被験者サポート１３０（例えば、手術台、ソファベッド等）が、少なくとも部分的に検査領域１１２内に被験者２０（人間または動物の患者等）を支持または保持し、薄い扇形の放射線ビーム１２２がその被験者２０の関心領域の断面スライスを切るようにする。
【００２５】
図示した第４世代CTスキャナにおいて、放射線検出器１４０のリングが、静止ガントリー１１０上に検査領域１１２をめぐる周囲にマウントされている。あるいは、放射線源１２０に対向して検査領域１１２の側に回転ガントリー１１４上に弧状の放射線検出器１４０を有する第３世代のCTスキャナを用いて、その放射線検出器１４０が薄い扇形の放射線ビーム１２２により規定された弧に広がるようにしてもよい。構成に係わらず、放射線検出器１４０は、放射線源１２０から放射された放射線が検査領域１１２を横切った後、それを受けるように構成されている。
【００２６】
ソースファンジオメトリにおいては、放射線源１２０から放射された放射線を測る弧状の検出器は、放射線源１２０が検査領域１１２の後を回転するに従って、短時間に同時にサンプリングされ、ソースファンビューを生成する。検出器ファンジオメトリにおいては、各検出器は、放射線源１２０が検査領域１１２の後を回転するに従って、複数回サンプリングされる。放射線源１２０と各放射線検出器１４０の間のパスは光線として示されている。
【００２７】
放射線検出器１４０は、検出した放射線を電子的プロジェクションデータに変換する。すなわち、各放射線検出器１４０が、受けた放射線の強さに比例した出力信号を生成する。任意的に、基準検出器は、検査領域１１２を通過していない放射線を検出する。基準検出器により受けられた放射線の強さと各放射線検出器１４０により受けられた放射線の強さの間の差異は、サンプリングされた扇状放射線の対応する光線に沿った減衰量を示す。いずれの場合にも、各放射線検出器１４０は、そのビュー内の各光線に沿ったプロジェクションに対応するデータ要素を生成する。データライン中の各データ要素は、再構成される被験者を通過した対応する光線に沿ってとった線積分に関係する。
【００２８】
CTスキャナによる各スキャンで、放射線検出器１４０からの画像データを収集し、通常のやり方で被験者２０の画像表現を再構成する。例えば、ワークステーション及び／または制御コンソール１５０に組み込まれたデータ処理部は、画像データを収集し、リビニング方法、畳み込み／バックプロジェクションアルゴリズム、及び／または他の適当な再構成方法を用いて、画像表現を再構成する。好ましい実施形態において、被験者２０の関心領域を通る薄い扇状の放射線ビーム１２２が横切った断面スライスに対応する画像表現が、コンソール１５０の一部であるビデオモニター１５２等の、人間が見ることができるディスプレイ上に表示される。図５にいくつかの好ましいビューを示した。これらは後でより詳しく説明する。制御コンソール１５０は、任意的に、画像化装置１００に対して離れた場所（例えば、画像化装置１００があるスキャニング室の隣のシールドされた部屋）にあってもよく、一般的には、１以上のモニター１５２、コンピュータまたはデータ処理ハードウェア及び／またはソフトウェア、１以上のメモリまたは他のデータ記憶装置、及び１以上の標準入力装置（例えば、キーボード、マウス、トラックボール等）を含む。
【００２９】
図２ないし４B、及び引き続き図１を参照して、好ましい実施形態において、画像ガイドインターベンショナル医療処置システム１０はロボットアーム１９０を含み、そのロボットアーム１９０は好ましくは静止ガントリー１１０に取り付けられている。ロボットアーム１９０は、所望の場所及び軌跡に、医療手段またはその他の医療装置１９１を有する遠隔操作ニードルガイド装置２００を支持する。医療装置１９１は、図示したように、検査領域１１２内に支持されている。ロボットアーム１９０は、ロボットアーム１９０は、好ましくは、完全に調節可能なマルチジョイント・マルチセグメントアームであり、各ジョイントは少なくとも１自由度を有する。後でより詳細に説明するが、医療装置１９１は、好ましくは、切除プローブまたは生検針１９２であり、ニードルガイド装置２００により保持されている（図３で最もよく示されている）。従って、ロボットアーム１９０を適当に配置すること（すなわち、マルチジョイント及び／またはセグメントを動かすこと、または調節すること）により、しかし好ましくはアームを計画した軌跡通りに動かすプログラムを実行することにより、及び被験者２０とロボットアーム１９０を互いに適当に位置づけることにより、生検針１９２は被験者２０に対していかなる位置及び／または方向にもすることができる。好ましくは、医療装置１９１の位置及び／または方向により、仮想計画トラジェクトリと一致する物理パスが規定される。
【００３０】
特に図３を参照して、遠隔操作ニードルガイド装置２００は、ガイド装置２００を関連する画像化装置１００とともに、好ましくはロボットアーム１９０の先端１９４に結合するコネクター部２１０を含む。好ましい形としては、コネクター部２１０は、自由度１を有するプリズムジョイントリニアスライダーメカニズム２１２を含む。
【００３１】
ニードルガイド装置２００のメインボディ部２２０は、コネクター部２１０により関連する画像化装置１００に対して支持されている。グリップエリア２３０がメインボディ部２２０の第１端に形成されている。グリップエリア２３０は、関連した医療行為者がニードルガイド装置２００をマニュアルで握れるように設けられている。医療装置保持エリア２４０が、図示したようにメインボディ部２２０の第２端に形成されている。保持エリア２４０は、選択されたリニアパスPに沿って患者２０に対する動きについて好適な方向に、関連する医療手段（生検針１９２等）を保持するように構成されている。手段保持エリア２４０は、グリップエリア２３０の関連する医療行為者により加えられた力に応じて、リニアパスに沿って関連するインターベンショナル器具１９２（例えば、切除プローブまたは生検針１９２等）を並進移動するよう動作可能である。リニアパスの選択の仕方については後でより詳しく説明する。そのように、グリップエリア２３０の医療行為者によりA方向に加えられた力により、メインボディ部２２０は、単一自由度のコネクタ部２１０により制約されるので、リニアパスBに沿って並進移動する。これにより、保持エリア２４０もリニアパスCに沿って同様に動く。いうまでもなく、ニードルガイド装置２００の各部がとるリニアパスA、B、Cは、単一自由度のコネクター部２１０により規定されるパスと平行である。コネクター部２１０は、好ましくは、リニアスライダープリズムジョイントであるが、動きを単一リニアパスに制限する好適なメカニズムであればいかなるものを使用してもよい。
【００３２】
上記に関連して、言うまでもなく、関連する医療手段１９２は、リニアスライダープリズムジョイント２１２により制約を受けるので、患者支持台上に寝かされた患者に対して、ニードルガイド装置２００が取るリニアパスA、B、Cと平行なリニアパスPに沿って保持されている。そのため、保持エリア２４０は、計画トラジェクトリPに沿って患者２０に対して動きに好適な方向に手段１９２を保持するように構成されたニードル保持部２５０を含む。好ましくは、ニードル保持部２５０はグリップエリア２３０またはその他の手段によりオープンポジションにバイアスされており、医療行為者の積極的な働きかけのみによってニードル１９２は定位置に保持される。その意味で、保持エリア２４０に形成されたニードルホルダ２５０は「フェイルセイフ」であり、医療行為者がその装置を積極的に物理的に制御するのをやめると、保持されていた場所から解放されることが好ましい。従来技術のシステム（例えば、ロボットやその他のニードルを挿入する直接的メカニカル装置等）にはこの利点がなく、患者を潜在的なリスクにさらしてしまう。ニードルホルダ２５０の少なくとも大部分及び第２端２２４の一部は、好ましくはX線を透過する材料で形成され、散乱を防止して医療プロセスの可視化を容易にする。本装置のニードル保持エリアで使用するのはアクリル系材料が好ましい。しかし、必要に応じて、容易に殺菌可能なX線透過材料であれば他のどんな材料を用いることもできる。ニードル保持部２５０は、必要に応じて、器具１９２をホルダーにしっかり保持するため、X線透過材料でコーティングしてもよい。
【００３３】
図３Aと図３Bは、別の好ましい実施形態によるニードル保持部２５０′を示す。このニードル保持部２５０′は、生検針１２２のニードル部分１９３をV形のグルーブ２５４でグリップするピンセット状のアーム部２５１、２５２、及び２５３を含む。言うまでもなく、V形のグルーブによりいろいろな径のニードルやプローブを保持することができ、その一方で、ニードルガイド装置２００に対して単一共通の中心軸を維持することができる。３つのアーム部分が示されているが、精度と安定性を高めるため、同様な構成のより多くのアームを使用することもできる。図示した形において、最上部アーム部２５１と最下部アーム位置２５３は、中央アーム部２５２から反対側にニードル１９３をはめ込むように構成されている。各アーム部は垂直（またはニードル）方向で互いに重なり、対向するアーム部が互いにメカニカルに干渉せずに垂直方向で重なり合い、小径のニードルを保持する。より大きなニードルの場合、アーム部２５１−２５３は保持方向では重ならず、図３Bに示したように、Vグルーブエリア２５４により作られるリニアコンタクトポイントでニードル１９３を挟む。
【００３４】
図４Aは、本ガイド装置２００のコネクター部２１０を示す断面図である。図示した実施形態において、コネクター部２１０はリニアスライダ２６０を含み、そのリニアスライダ２６０は、内部スプリングメカニズム２６２を含むロボットアーム１９０の先端の重力に対して装置２００のメインボディ部２２０を支持するコネクター部の下端２６４をバイアスする。好ましい形式において、スプリングメカニズム２６２は、ガイド装置２００の全重量を補償する適当なスプリング力を有する。そのように、ガイド装置は、医療行為者が保持エリア２３０を積極的に下向きに押し下げるまで、伸びていない位置に保持される。好ましくは、図３に示したように、保持エリア２３０は、メインボディ部２２０の第１端２２２に対して選択可能な角度関係で保持されたあぶみ状のハンドル２６６を含む。調整を容易にし便利にするように、一組の大きな蝶ナット２６８等が設けられている。
【００３５】
図４Bは、別の実施形態によるプリズムジョイント２７０の形の本コネクター部２１０を示す断面図である。上で説明したリニアスライドジョイント２６０と同様に、プリズムジョイント２７０は、単一自由度の動きだけを許されている。このように、ジョイントは、計画トラジェクトリPに沿ってのみ装置２００及びインターベンショナル生検針１９２を並進移動するように設けられている。
【００３６】
好ましくは、上で説明した各コネクターエリア２１０において、図５に示したように、医療処置中に患者に対する生検針１９２の位置の仮想表示を得るための位置フィードバック装置２８０が設けられている。そのためには、外科医が本装置の保持エリアに対してマニュアル力を加えるにつれ、ニードルは患者に入れられ、フィードバック装置により、ロボットアームの先端に対するニードルの動きのフィードバックがスキャナに提供される。好ましくは、本装置２００の固定部及び稼働部の間に配置されたギアコネクション等を用いたレゾルバを設ける。しかし、スライドスケール、リニアワイパー、その他の装置を用いることも可能である。
【００３７】
好ましい実施形態において、被験者２０の関心領域の診断医療画像をインターベンショナル医療処置を実行する前に取得する。例えば、関心処置が組織切除処置または生検である場合、腫瘍または病変組織を含む、またはそれに近い軸上のスライスまたはビューを含む処置前、または術前画像を取得する。任意的に、術前画像または画像データを画像化装置１００またはその他の診断医療画像化装置で取得する。術前画像データを用いて、医療行為者またはその他の医療従事者は、仮想処置計画システム及び／または方法により処置を計画する。仮想処置計画の好ましい実施例は、Yanof等の共有に係る米国特許第6,064,904号に記載されている。この文献はここに含まれる。
【００３８】
図５を参照して、仮想処置計画の結果、仮想外科器具（例えば、仮想切除プローブまたは仮想生検針３００）がスーパーインポーズされた関心領域の画像が得られる。この仮想外科器具は、マウスポインター等を用いて、取得した術前画像に対して所望の方向と位置にスクリーン上で動かすことができる。すなわち、術前画像は関心組織３１０を可視化し、仮想計画により、仮想ニードル３００またはその他の医療器具が処置を行うために所望の位置及びトラジェクトリにスーパーインポーズまたは組み込まれる。図示した実施形態において、仮想ニードル３００は、エントリーまたは経皮的インサーションポイント３０２、ターゲットポイント３０４、及び／またはターゲットまでの深さの読み３０５、及び２つのポイントをつなぐニードルトラジェクトリ３０６、及び／または角度の読みにより規定される。集合的に、仮想的外科または医療器具が示された術前または処置前画像を、仮想及び／または計画ビュー２９０−２９４と呼ぶ。好ましい実施形態において、仮想計画ビューは、ニードルのトラジェクトリを含む軸上のスライスまたは斜め平面に仮想ニードル３００がスーパーインポーズされている。マルチプレーナビュー（MPR）を用いて、ニードルのトラジェクトリ３０６を仮想計画ビュー内でトラッキングするが、その仮想計画ビューが横軸平面であるかどうかは問わない。すなわち、仮想計画ビューを立体データから任意的に生成すると、その仮想計画ビューは、通例、横軸ビューの画像のみを取得できるCTスキャナーにより生成された実際の画像とは異なり、どの方向であっても仮想ニードル３００の完全なトラジェクトリを示す。したがって、ニードルトラジェクトリが横軸ビューと同一平面でない場合であっても、完全なニードルトラジェクトリの可視化は失われない。
【００３９】
仮想計画ビューは、好ましくはワークステーションまたは制御コンソール１５０にロードされ、及び／または保持される。あるいは、別のコンピュータ、ワークステーション、またはコンソールに保持され、医療行為者に表示される。
【００４０】
図６を参照し、また前出の図も引き続き参照して、システム１０を利用した術中処置の実施例を説明する。この実施例の目的において、処置は生検である。画像化装置１００の検査領域１１２内に被験者すなわち患者２０を適当に位置決めして、グリップ部２４０のニードル保持部２５０で生検針１９２を保持しているロボットアーム１９０は、ニードル１９２仮想計画ビュー内で仮想ニードル３００に対応するように初期位置を決められ及び／または配置される。すなわち、実際のニードルの先端がエントリーポイント３０２に来て、実際のニードルの方向が計画トラジェクトリ３０６と一致するようにする。好ましくは、ロボットアーム１９０は、制御コンソール１５０に保持された及びオペレータにより構成された仮想計画ビューから導かれた、及びプログラムにより生成された位置及び方向コマンド信号に基づき、最初の位置及び／または配置に自動的に動く。すなわち、医療行為者またはその他のオペレータは、ロボットコントローラ４００に仮想計画ビューまたはデータを送る（制御コンソール等から）。そのロボットコントローラ４００は、ロボットアーム１９０の動きを制御して然るべく所望の位置と方向にする。ロボットコントローラ４００は、任意的に、制御コンソールに組み込まれた専用プロセッサまたは演算ユニットでもよい。
【００４１】
医療行為者は、ニードルガイド装置２００を物理的に用いて、実際のニードル１９２を駆動する。すなわち、CTフルオロスコピーがアクティブの状態で、（計画）トラジェクトリに沿ってニードル１９２を選択的に前進及び／または後退させる。すなわち、ガイド装置２００のハンドル２６６を操作することにより、医療行為者はニードル１９２を所望量動かす。この動きはフィードバック装置２８０により測定され、そのフィードバック装置２８０は動きに応じた、または比例した信号を生成する。その信号は仮想ビュー処理部４１０に送信される。その仮称ビュー処理部４１０は、モニター１５２上の仮想計画ビュー表示中の仮想ニードル３００の位置を、フィードバック信号２８１に示された量に従って計画トラジェクトリ３０６に沿って仮想ニードル３００を前進及び／または後退させることにより更新する。好ましくは、仮想処理部４１０は、ニードルガイド装置２００の操作によりフィードバック信号が変化するにつれて、このように仮想計画ビューを継続的に更新する。また、必要に応じて、フィードバック信号を用いてリアルタイムCTフルオロスコピー画像／ビュー（図示せず）を更新してもよい。これはリアルタイムビューの更新期間が長いときに有用である。減衰ニードル画像を仮想ニードル付属物とともに表示してもよい。その大きさは、前のCTフルオロスコピー更新のニードルの深さとフィードバック装置２８０から得られた位置信号の間の違いを表す。
【００４２】
ロボットコントローラ４００と同様に、仮想処理部４１０は、任意的に、制御コンソール１５０に組み込まれた専用プロセッサまたは演算ユニットである。任意的に、仮想ニードル３００の前進及び／または後退は以下のように仮想ビューに示される。すなわち、ターゲットまでの深さの読みを調節；ニードルにより占有されていない残りのトラジェクトリ３０６を表す点線または波線と、仮想ニードル３００を表す実線とを選択的に切り替え；これら両方；その他必要に応じその反対。このように、医療行為者は、感謝２０を連続的に画像化せず、よって患者２０を放射線ビーム１２２に連続的にさらさなくても、処置の進行を可視化することができる。
【００４３】
以上説明したように、仮想ビューを介して処置の進行をモニターするのに加えて、医療行為者は、必要に応じて、または要求により、画像化装置１００を用いて術中画像化実験９００を完結的に行い実際の処置を可視化するリアルタイム画像を取得することができる。ここで、これらの術中画像は実際のビューと呼ぶ。画像化は完結的なので、患者２０の放射線被曝する量は、その患者２０が連続的に画像化されている場合に経験する量に比べて小さい。好ましくは、実際のビューは、仮想ビューと共にモニター１５２に表示される。従って、医療行為者は、定期的に更新された実際のビューを調べて、継続的に更新されている仮想ビューと比較して、実際の処置が仮想ビューに示されたように進んでいる確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の態様による画像ガイドインターベンショナル医療処置システムを示す概略図である。
【図２】本発明の態様による生検針を保持する遠隔操作ニードルガイド装置をサポートするロボットアームを示す図である。
【図３】本発明の態様による遠隔操作ニードルガイド装置を示す斜視図である。
【図３Ａ】図３のニードルガイド装置のニードルホルダー部の好ましい実施形態を示す正面図である。
【図３Ｂ】図３のニードルガイド装置のニードルホルダー部の好ましい実施形態を示す正面図である。
【図４Ａ】図３の遠隔操作ニードルガイド装置のリニアガイドメカニズムを示す部分断面図である。
【図４Ｂ】図３の遠隔操作ニードルガイド装置のリニアガイドメカニズムを示す部分断面図である。
【図５】インターベンショナル医療処置の本発明の態様による仮想計画ビューを示す図である。
【図６】本発明の態様による画像ガイドインターベンショナル医療処置システムの好ましい動作を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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