(57)【要約】      （修正有）【課題】外科医は、超音波プローブを通じて識別される関心のある解剖学的ロケーションを記憶し、内視鏡ビューにおいてそのスポットを頭の中で位置付けるが、情報のこの頭の中での集積化は、長期の訓練を必要とし、エラーを起こしやすい。【解決手段】形状センシングシステムは、少なくとも１つのファイバ１２２を各々が有する複数の形状センシング可能な医療装置１１８を有する。光学センシングモジュール１３０は、少なくとも１つの光学ファイバから光学信号を受け取り、光学信号を解釈して、複数の形状センシング可能な医療装置の各々についての形状センシングデータを提供するように構成される。レジストレーションモジュール１３４は、形状センシングデータを使用して複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするように構成される。【選択図】図１
2019213879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのファイバを各々が有する複数の形状センシング可能な医療装置と、
少なくとも１つの光学ファイバから光学信号を受け取り、光学信号を解釈して、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々について形状センシングデータを提供するように構成される光学センシングモジュールと、
前記形状センシングデータを使用して前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするように構成されるレジストレーションモジュールと、
を有する形状センシングシステム。
【請求項２】
前記レジストレーションモジュールは、前記複数の形状センシング可能な医療装置のうちの１つを、前記複数の形状センシング可能な医療装置の他のものの視野内における既知の位置に位置付けることによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置をレジストレーションするように構成される、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項３】
前記レジストレーションモジュールが、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々を固定具に配置し、知られている態様で前記固定具を移動させることによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするように構成される、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項４】
前記レジストレーションモジュールは、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々からの画像を比較することによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするように構成される、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項５】
前記複数の形状センシング可能な医療装置は、医療措置の周りにフィットされる少なくとも１つのファイバを有する形状センシングスリーブによって該医療装置に固定される少なくとも１つのファイバ、医療装置のチャネル内に配置される少なくとも１つのファイバ、医療装置のヘッド部に結合される少なくとも１つのファイバ、及び収縮チューブによって医療装置に固定される少なくとも１つのファイバのうち、少なくとも１つのファイバを有する、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項６】
前記複数の形状センシング可能な医療装置に結合される１又は複数の可動フィーチャを有する設定可能な装置を更に有する、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項７】
前記設定可能な装置が、前記形状センシングデータをフィードバックとして使用する閉ループロボットを有する、請求項６に記載の形状センシングシステム。
【請求項８】
前記１又は複数の可動フィーチャが、１又は複数の形状センシング可能な可動フィーチャを有する、請求項６に記載の形状センシングシステム。
【請求項９】
前記レジストレーションモジュールが、予め規定された間隔でレジストレーションを更新するように構成される、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項１０】
前記複数の形状センシング可能な医療装置が、内視鏡、超音波プローブ及び医療装置を有し、ロボットが、プロシージャを実施するために前記超音波プローブからのレジストレーションされた入力に基づいて前記内視鏡の画像ビューのロケーションに前記医療装置をナビゲートするように構成される、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項１１】
プロセッサと、
前記プロセッサに結合されるメモリ装置であって、
少なくとも１つの光学ファイバから光学信号を受け取り、光学信号を解釈して、複数の形状センシング可能な医療装置の各々についての形状センシングデータを提供する光学センシングモジュールと、
前記形状センシングデータを使用して前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするレジストレーションモジュールと、
を記憶するように構成されたメモリ装置と、
を有するワークステーション。
【請求項１２】
前記レジストレーションモジュールが、前記複数の形状センシング可能な医療装置のうちの少なくとも１つを、前記複数の形状センシング可能な医療装置の他のものの視野における既知の位置に位置付けることよって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションする、請求項１１に記載のワークステーション。
【請求項１３】
前記レジストレーションモジュールは、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々を固定具に配置し、知られている態様で前記固定具を移動させることによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションする、請求項１１に記載のワークステーション。
【請求項１４】
前記レジストレーションモジュールは、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々からの画像を比較することによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションする、請求項１１に記載のワークステーション。
【請求項１５】
前記複数の形状センシング可能な医療装置は、医療装置の周りにフィットされる少なくとも１つのファイバを有する形状センシングスリーブによって該医療装置に固定される少なくとも１つのファイバ、医療装置のチャネル内に配置される少なくとも１つのファイバ、医療装置のヘッド部に結合される少なくとも１つのファイバ、及び収縮チューブによって医療装置に固定される少なくとも１つのファイバのうち、少なくとも１つのファイバを有する、請求項１１に記載のワークステーション。
【請求項１６】
複数の形状センシング可能な医療装置を被検体に提供するステップと、
前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々についての形状センシングデータを計算するステップと、
前記形状センシングデータを使用して前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするステップと、
を有する方法。
【請求項１７】
前記レジストレーションするステップは、前記複数の形状センシング可能な医療装置のうち少なくとも１つを、前記複数の形状センシング可能な医療装置の他のものの視野内の既知の位置に位置付けることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記レジストレーションするステップが、前記複数の形状センシング可能な医療装置を固定具に配置し、知られている態様で前記固定具を移動することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記レジストレーションするステップが、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々からの画像を比較することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の形状センシング可能な医療装置が、医療装置の周りにフィットされる少なくとも１つのファイバを有する形状センシングスリーブによって医療装置に固定される該少なくとも１つのファイバ、医療装置のチャネル内に配置される少なくとも１つのファイバ、医療装置のヘッド部に結合される少なくとも１つのファイバ、及び収縮チューブによって医療装置に固定される少なくとも１つのファイバのうち、少なくとも１つのファイバを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記提供するステップは、前記複数の形状センシング可能な医療装置に結合される１又は複数の可動フィーチャを有する設定可能な装置を提供することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記設定可能な装置が、前記形状センシングデータをフィードバックとして使用する閉ループロボットである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記１又は複数の可動フィーチャが、１又は複数の形状センシング可能な可動フィーチャである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記レジストレーションするステップは、予め規定された間隔でレジストレーションを更新することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数の形状センシング可能な医療装置が、内視鏡、超音波プローブ及び医療装置を有し、前記方法が更に、プロシージャを実施するために、前記超音波プローブからのレジストレーションされた入力に基づいて、前記内視鏡の画像ビューのロケーションにロボットを使用して前記医療装置をナビゲートするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療器具に関し、特に最小侵襲性のインターベンションのための形状センスされる超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
腎部分切除術及び前立腺切除術のような特定の最小侵襲性のプロシージャにおいて、超音波が、健康組織と腫瘍組織との間のマージンを識別するために使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超音波プローブは、かなり大きく、健康組織と腫瘍組織との間の判別のために、解剖学的領域を先に走査するためにロボットアームに一般に搭載される。その後、プローブは、関心領域から離れるほうに移動される。外科医は、超音波プローブを通じて識別される関心のある解剖学的ロケーションを記憶し、内視鏡ビューにおいてそのスポットを頭の中で位置付ける。これは、外科医が内視鏡ビューにおいて外科ツールをナビゲートし、腫瘍の除去をガイドすることを可能にする。しかしながら、情報のこの頭の中での集積化は、長期の訓練を必要とし、エラーを起こしやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本原理によれば、形状センスシステムは、少なくとも１つのファイバを各々が有する複数の形状センシング可能な医療装置を有する。光学センシングモジュールは、少なくとも１つの光学ファイバから光学信号を受け取り、光学信号を解釈して、複数の形状センス可能な医療装置の各々について形状センシングデータを提供するように構成される。レジストレーションモジュールは、形状センシングデータを使用して複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするように構成される。
【０００５】
ワークステーションは、プロセッサ及びプロセッサに結合されるメモリ装置を含む。メモリは、少なくとも１つの光学ファイバから光学信号を受け取り、光学信号を解釈して、複数の形状センシング可能な医療装置の形状センシングデータを提供するように構成される光学センシングモジュールと、形状センシングデータを使用して複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするように構成されるレジストレーションモジュールと、を記憶するために構成される。
【０００６】
方法は、複数の形状センシング可能な医療装置を被検体に提供することを含む。形状センシングデータは、複数の形状センシング可能な医療装置の各々について計算される。複数の形状センシング可能な医療装置は、形状センシングデータを使用して互いにレジストレーションされる。
【０００７】
本開示のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、その例示の実施形態の以下の詳細な説明から明らかになり、実施形態は、添付の図面に関連して理解されることができる。
【０００８】
この開示は、以下の図面を参照して好適な実施形態を以下に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】１つの例示の実施形態により構成される形状センシングシステムを示すブロック／フロー図。
【図２】１つの例示の実施形態による内視鏡ビュー及び超音波ビューを含む表示を示す図。
【図３】１つの例示の実施形態による光学形状センシングスリーブに取り付けられる超音波プローブを示す図。
【図４】１つの例示の実施形態による、収縮チューブを使用して固定される少なくとも１つのファイバを有する超音波プローブを示す図。
【図５】１つの例示の実施形態による、ヘッド部に結合される１又は複数のファイバを有する超音波プローブを示す図。
【図６】１つの例示の実施形態による形状センスプロシージャの方法を示すブロック／フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本原理により、最小侵襲性のインターベンションのための形状センスロボット超音波のシステム及び方法が提供される。超音波プローブ及び内視鏡のような１又は複数の医療装置が、光学形状センシングと統合される。形状センシングは、少なくとも１つのファイバを、例えばスリーブ、収縮チューブ、プローブ内のチャネル、パッチアタッチメント等を使用して１又は複数の医療装置に固定することによって、１又は複数の医療装置と統合されることができる。形状センシングデータに基づいて、レジストレーションが、１又は複数の医療装置の間で実施される。レジストレーションは、例えばランドマークを利用して、固定具を利用して、画像を利用して、行われることができる。ある実施形態において、１又は複数の医療装置は、設定可能な装置又はロボットガイダンスのためのロボットの１又は複数の可動フィーチャに結合される。１又は複数の可動フィーチャもまた、センシング形状と統合されることができ、それにより、それらの相対位置がわかる。
【００１１】
プロシージャ（例えば腎部分切除、前立腺切除、その他）の最中、形状センシング可能な超音波プローブ及び内視鏡が用いられることができる。超音波プローブは、健康組織と腫瘍組織との間の判別を行うため前もって調べるために使用されることができる。腫瘍組織が識別されると、内視鏡は、そのロケーションにナビゲートされることができる。超音波プローブ及び内視鏡の形状センシングに基づくレジストレーションは、それらの相対ロケーションが知られることを可能にし、これは、腫瘍ロケーションへのロードマップを外科医に提供する。更に、形状センシングに基づくレジストレーションは、内視鏡ビューと少なくとも部分的に重ね合せられる又は並置される超音波画像の表示を可能にする。これは、関心領域の正確なターゲティング、オペレータが視覚化表現を理解する容易さ、及び潜在的に改善される技術的成功及び臨床結果を有する短縮されたプロシージャ時間をもたらす。
【００１２】
更に、本発明が、医療器具に関して記述されることが理解されるべきであるが、本発明の教示は、より広いものであり、任意のファイバ光学器具に適用可能である。ある実施形態において、本原理は、複雑な生物学的又は機械システムを追跡し又は解析する際に用いられる。特に、本原理は、生物学的システムの内部追跡プロシージャ、すなわち肺、消化管、排出器官、血管等の身体のすべての領域におけるプロシージャに適用できる。図に示される素子は、ハードウェア及びソフトウェアのさまざまな組み合わせにおいて実現されることができ、単一の素子又は複数の素子において組み合わせられることができる複数の機能を提供することができる。
【００１３】
図に示されるさまざまな素子の機能は、専用のハードウェア、及び適当なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通じて提供されることができる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、又は一部が共用されることが可能な複数の個別のプロセッサによって、提供されることができる。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」という語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみをさすと解釈されるべきでなく、非限定的に、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するためのリードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置等を暗黙的に含むことができる。
【００１４】
更に、本発明の原理、見地、実施形態及び実施形態の特定の例を列挙するすべてのステートメントは、それらの構造的な等価物及び機能的な等価物の両方を含むことが意図される。更に、このような等価物は、現在知られている等価物及び将来開発される等価物（すなわち、構造に関わらず、同じ機能を実施する開発された素子）の両方を含むことが意図される。従って、例えば、ここに示されるブロック図は、本発明の原理を具体化する例示のシステムコンポーネント及び／又は回路の概念図を表すことが当業者により理解される。同様に、任意のフローチャート、フロー図等は、コンピュータ又はプロセッサが明示的に図示されているか否かに関わらず、コンピュータ可読記憶媒体において実質的に表現され、従ってコンピュータ又はプロセッサによって実行されることができるさまざまなプロセスを表すことが理解される。
【００１５】
更に、本発明の実施形態は、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に関連して使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能な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の形をとりうる。この記述の目的で、コンピュータ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、装置又は機器によって又はそれに関連して使用されるプログラムを含み、記憶し、通信する、伝搬し又は運ぶいかなる装置であってもよい。媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外線又は半導体のシステム（又は機器又は装置）又は伝搬媒体でありうる。コンピュータ可読媒体の例は、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ディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、剛体磁気ディスク、及び光学ディスクを含む。光学ディスクの現在の例は、リードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）のようなコンパクトディスクや、リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ブルーレイ及びＤＶＤのようなコンパクトなディスクを含む。
【００１６】
同様の数字が同じ又は同様の素子を表す図面を参照し、及び最初に図１を参照して、形状センスロボット超音波のシステム１００が、一実施形態に従って例示的に示されている。システム１００は、ワークステーション又はコンソール１０２を有することができ、かかるワークステーションから、プロシージャが指揮され及び／又は管理される。ワークステーション１０２は、好適には、１又は複数のプロセッサ１０４及びプログラム、アプリケーション及び他のデータを記憶するメモリ１１０を有する。システム１００の機能及びコンポーネントは、１又は複数のワークステーション又はシステムに統合されることができることが理解されるべきである。
【００１７】
ワークステーション１０２は、被検体の内部画像をビューするためのディスプレイ１０６を有することができる。ディスプレイ１０６は、ユーザが、ワークステーション１０２並びにそのコンポーネント及び機能とインタラクトすることを可能にしうる。これは、ワークステーション１０２とのユーザインタラクションを可能にするために、キーボード、マウス、ジョイスティック又は任意の他の周辺機器又は制御機器を含むことができるユーザインタフェース１０８によって一層容易にされる。
【００１８】
形状センシングシステムは、装置１１８に搭載される又はそれと統合される光学センシングユニット／モジュール１３０及び形状センシング装置１２０を有する。光学センシングモジュール１３０は、形状センシング装置又は光学形状センシング（ＯＳＳ）用のシステム１２０からの光学フィードバック信号を解釈するように構成される。光学センシングモジュール１３０は、光学信号フィードバック（及び例えば電磁（ＥＭ）追跡のような任意の他のフィードバック）を使用して、１又は複数の医療装置又は器具１１８及び／又はその周囲領域と関連する変形、撓み及び他の変化を再構成するように構成される。これは、装置１１８の形状、方向、その他を解釈するために使用されるひずみ又は他のパラメータの決定を可能にする。装置１１８は、例えばプローブ、イメージング装置、内視鏡、カテーテル、ガイドワイヤ、ロボット、電極、フィルタ装置、バルーン装置又は他の医療装置又はコンポーネント等の１又は複数の介入装置を有することができる。
【００１９】
形状センシングシステムは、選択された信号を提供し光学応答を受け取る光学インタロゲータ１１２を有する。光源１１４は、インタロゲータ１１２の一部として又は形状センシング装置１２０に光信号を提供する別個のユニットとして、提供されることができる。形状センシング装置１２０は、１又は複数の設定されたパターンで装置１１８に結合される１又は複数の光学ファイバ１２２を有する。光学ファイバ１２２は、装置１１８の形状の検出及び補正／較正のためにそれらのジオメトリを利用するように構成される。光学センシングモジュール１３０は、器具又は装置１１８の追跡を可能にするために、光学センシングモジュール１１５（例えば形状決定プログラム）と共に動作する。光学ファイバ１２２は、配線１２４を通じてワークステーション１０２に接続する。配線１２４は、必要に応じて、ファイバ光学素子、電気的接続、他の計装、その他を有することができる。
【００２０】
ファイバ光学素子を有する形状センシングシステム１２０は、ファイバ光学のブラッググレーティングセンサを利用するものでありうる。ファイバ光学ブラッググレーティング（ＦＢＧ）は、光の特定の波長を反射し他のすべての波長を透過する光学ファイバの短いセグメントである。これは、ファイバコアに屈折率の周期的バリエーションを加えることによって達成され、これは、波長特有の誘電体ミラーを生成する。従って、ファイバブラッググレーティングが、特定の波長を阻止する組み込み光学フィルタとして、又は波長特有の反射体として、使用されることができる。
【００２１】
ファイバブラッググレーティングの動作の背後の基本原理は、屈折率が変化するインタフェースの各々におけるフレネル反射である。ある波長について、さまざまな周期の反射光は同期し、それにより、反射の場合は強め合う干渉が存在し、透過の場合は弱め合う干渉が存在する。ブラッグ波長は、ひずみ及び温度に対しセンシティブである。これは、ブラッググレーティングがファイバ光学センサのセンシング素子として使用されることができることを意味する。ＦＢＧセンサにおいて、測定される対象（例えばひずみ）は、ブラッグ波長のシフトを生じさせる。
【００２２】
この技法の１つの利点は、さまざまなセンサ素子がファイバの長さにわたって分布されることができることである。埋め込まれるファイバの長さに沿って３又は複数のコアをさまざまなセンサ（計器）と一体にすることは、このような構造の３次元の形が、１ｍｍより高い正確さを伴って精確に決定されることを可能にする。ファイバの長さに沿ったさまざまな位置に、多数のＦＢＧセンサが位置されることができる（例えば、３又は複数のファイバセンシングコア）。各々のＦＢＧのひずみ測定から、構造の当該位置における曲率が推定されることができる。測定された複数の位置から、全体の３次元形状が決定される。
【００２３】
ファイバ素子のブラッググレーティングに代わるものとして、従来の光学ファイバの固有の後方散乱が利用されることもできる。そのようなアプローチは、標準のシングルモード通信ファイバにおいてレイリー散乱を使用することである。レイリー散乱は、ファイバコアにおける屈折率のランダムな揺らぎの結果として生じる。これらのランダムな揺らぎは、グレーティング長に沿った振幅及び位相の不規則変動を有するブラッググレーティングとしてモデル化されることができる。マルチコアファイバの単一長さの範囲内に延びる３又はそれより多くのコアにおいてこの効果を使用することによって、関心のある表面の３Ｄ形状及び動態が追跡されることができる。向上されたレイリー散乱が更に用いられることができる。向上されたレイリー散乱は、レイリー散乱と同様であるが、固有の後方散乱に代わって、ファイバ内の不純物のレベルが増加され、その結果として、より高い信号を与える。
【００２４】
１又は複数の装置１１８は、好適には、イメージング装置及び外科装置を有する複数の装置１１８を有する。好適な実施形態において、イメージング装置は、１又は複数のイメージングシステム１２６の部分でありうる超音波プローブ及び内視鏡を有する。他の装置１１８又はイメージング装置が更に、例えば２つの内視鏡、２つの超音波プローブ、超音波プローブを有する形状物（ある瞬間に又はある時間にわたって形状物でコーティングされるボリューム）又はビデオ画像とのさまざまな組み合わせにおいて用いられることができる。装置１１８は、イメージングボリューム１３２を生成するために、プロシージャの間、イメージングデータを収集することによって被検体１１６のターゲットを発見し又は観察するために用いられることができる。ターゲットは、例えば病変、外傷部位、機能している器官、その他を含みうる被検体１１６上又は被検体１１６内の任意の関心領域を含みうる。各々のイメージング装置からの画像１３２が、同じ時間に又は異なる時間に取得されることができる。１つの例において、超音波プローブは、２次元プローブ、３次元プローブ（例えばPhilipsのS8-3t MicroTEEプローブ）、又は４次元プローブ（すなわち３次元プラス時間）でありうる。プローブの選択は、臨床アプリケーションに基づくことができる。
【００２５】
好適には、複数の装置１１８がＯＳＳ可能であるように、複数の装置１１８の各々が形状センシング１２０と統合される。形状センシング１２０は、（１）装置１１８の本体にＯＳＳスリーブをフィットさせる、（２）装置１１８内部のチャネル内にＯＳＳファイバ１２２を配置する、（３）例えばテープ／パッチアタッチメント等を使用して装置１１８のヘッド部にＯＳＳファイバ１２２を結合する、又は（４）装置１１８の長さの一部又は全体にわたって収縮チューブ内にＯＳＳファイバ１２２をおく、ことによって、装置１１８に統合されることができる。形状センシングシステム１２０を装置１１８と統合する他の手段が、ＯＳＳ可能な装置を提供するために、本発明の文脈において用いられることもできる。
【００２６】
レジストレーションモジュール１３４が、形状センシングデータを使用して複数の装置１１８を互いにレジストレーションするために用いられることができる。好適な実施形態において、複数の装置１１８は、ＯＳＳ可能な超音波プローブ、ＯＳＳ可能な内視鏡及びＯＳＳ可能な外科装置を有し、レジストレーションモジュール１３４は、超音波情報、内視鏡情報及び外科情報を互いにレジストレーションするように構成されることができる。これは、改善されたワークフローを可能にするユーザ（例えば外科医）のためのロードマップを生成する。レジストレーションは、ランドマークを利用する、固定具を利用する、又は画像を利用するものでありうる。レジストレーションの他の方法が更に本原理の文脈において用いられることができる。特に有用な実施形態において、ＯＳＳ可能な医療装置に対するＯＳＳ可能なイメージング装置のレジストレーションが、連続的に（例えば、リアルタイムに、設定された時間間隔で、その他で）更新され、それによって、プロシージャが実施されているとき、動的に更新されたロードマップを外科医に提供する。
【００２７】
一実施形態において、レジストレーションモジュール１３４は、ランドマークに基づくレジストレーションを実施する。ランドマーク（例えば、基準マーカ、被検体１１６の解剖学的基準ポイント、その他）の知られている位置が、基準位置として用いられる。第１のＯＳＳ可能な装置１１８は、３次元イメージングのために、他のＯＳＳ可能な装置の視野内における３又はそれより多くの基準位置に移動される（２次元の場合は２又はそれより多くの基準位置が可能でありうる）。例えば、ＯＳＳ可能な超音波プローブが、内視鏡視野内の３つの基準位置に移動されることができ、又は、ＯＳＳ可能な内視鏡が、超音波視野内の３つの基準位置に移動されることができる。特に有用な実施形態において、ＯＳＳ可能な装置１１８の各々は、他のＯＳＳ可能な装置の視野内の３又はそれより多くの基準位置に移動され、これは、最適化のために組み込まれた冗長性を提供する。
【００２８】
別の実施形態において、レジストレーションモジュール１３４は、固定具に基づくレジストレーションを実施する。各々のＯＳＳ可能な装置１１８が、或る固定具内に配置される。固定具は、知られている態様で移動される。一実施形態において、それぞれの装置１１８は、各装置１１８ごとに異なる時間（例えば１つずつ順に）に同じ固定具に配置される。別の実施形態において、それぞれの装置１１８は、（同じ時間に又は個々の異なる時間に）それぞれ異なる固定具内に配置される。例えば、各固定具の移動は、知られている経路を有する又は知られている速度又は加速を有することによって、知られる。経路間の関係に基づいて、複数の装置１１８のロケーションは、互いに知られる。
【００２９】
更に別の実施形態において、レジストレーションモジュール１３４は、画像に基づくレジストレーションを実施する。イメージング装置（例えばＸ線）が、ＯＳＳ可能な装置１１８の像を取得することができ、ＯＳＳは、Ｘ線の中の装置１１８の位置に整合されることができる。同様に、超音波プローブは、Ｘ線に整合されることができ、内視鏡は、画像に基づくレジストレーションのために、装置の相対的な姿勢及び方向を決定するために、Ｘ線に整合されることができる。
【００３０】
このイメージング情報は、装置１１８の知覚された位置及び方向を補正するために用いられることができる。
【００３１】
１つの特に有用な実施形態において、ワークステーション１０２は、ロボット１２８を任意に有することができる。ロボット１２８は、可動フィーチャを有する設定可能な装置又はロボットを含みうる。（複数の）可動フィーチャは、リンク機構、付属物、ジョイントなどをもつアームを有することができる。ロボット１２８のアームは、１又は複数の装置１１８に結合されることができ、これは、ロボット１２８が、制御された態様で装置１１８を作動させることを可能にする。理論上、ロボット１２８の相対的な姿勢及び方向は、（複数の）可動フィーチャの運動学的な移動から解読可能でありうる。しかしながら、これは、先端部における機械的許容差及び制御のため非常に困難である（例えば近位領域の２ｍｍの並進は、遠位位置で全く同じように現れる必要はない）。印加される電圧又は近位部の力の制御に基づいて、ロボット装置の遠位先端がどこにあるかを正確に知ることは可能でないことがある。
【００３２】
好適には、装置１１８及び／又はロボット１２８のアームが、形状センシン装置グ１２０と統合され、それにより、各アームの相対位置が、ロボットの位置及び移動に基づいて知られる。ＯＳＳを用いることは、すべての装置の動きが、ＯＳＳの座標系である単一の座標系に記録されることを可能にする。その結果、複数の装置１１８（例えば、超音波プローブ、内視鏡、外科装置、その他）の各々の動的な動きが、記録されることができる。ロボット１２８は、ＯＳＳからのフィードバックを使用した開ループロボット及び閉ループロボットでありうる。
【００３３】
プロシージャ（手作業又はロボットによる）の間、形状センシング装置１２０からの形状センシングデータが、レジストレーションのためにＯＳＳ可能な装置１１８（例えば超音波プローブ及び内視鏡）について収集される。外科医は、ＯＳＳ可能な装置１１８の動きを追跡するので、除去すべき腫瘍の正確なロケーションがわかる。ディスプレイ１０６及び／又はユーザインタフェース１０８は、内視鏡ビューからの関心のあるロケーションの超音波画像を表示するために用いられることができる。これは、例えばランドマーク、関心領域などにおいて、内視鏡ビューの上に少なくとも超音波画像の一部をオーバレイすることを含むことができる。術中補正及び動き補償（例えば心拍、呼吸、その他に基づく）が、画像内でそれらを考慮するために実施されることができる（例えば、呼吸による変形は、形状センシングを使用して測定されることができる）。
【００３４】
一実施形態において、ＯＳＳ可能なイメージング装置は、被検体１１６内をあちらこちらに移動されることができ、ＯＳＳによりその位置を追跡することによって、より大きい視野が、互いに縫合されることができ、これは、ターゲット領域のより良好な視覚化を可能にする。別の実施形態において、オペレータは、オペレータが進行するに従って、リアルタイムの視覚化のために、第１のイメージング装置（例えば超音波イメージング）において識別されたランドマーク、関心のある他のポイント、又は情報の有用な部分を、第２のイメージング装置（例えば内視鏡ビュー）にドロップすることができる。例えば、超音波画像では、オペレータは、良性組織及び悪性組織の間の境界を観察することができる。少数のランドマーク又はラインが、選択されることができ、これらのポイント／ラインが、内視鏡ビューに（例えばオーバレイされて又は並べられて）表示されることができる。別の例において、ロボット１２８は、選択されたラインに基づいてプロシージャ（例えば、はさみ又は焼灼器）を実施するために用いられることができる。プロシージャの直後に、ＯＳＳ可能な超音波プローブ１１８は、プロシージャが成功した（例えばターゲット腫瘍は除去された）ことを確認するために使用されることができる。形状センシングシステム１２０を用いることによって、外科医は、すばやく容易にターゲットロケーションにナビゲートし、必要な場合はプロシージャを繰り返すことができる。
【００３５】
ある実施形態において、術前情報が、イメージング装置１１８の視覚化表現（例えば内視鏡の視覚化表現）とレジストレーションされることができる。術前イメージングは、任意のプロシージャに先立って、別の設備、ロケーション、その他において実施されることができる。ＯＳＳは、仮想内視鏡ビューを生成するために用いられることができ、こうして、外科医が、プロシージャをより安全に且つより速く実施することを可能にする。仮想画像は、例えばコンピュータトモグラフィ（ＣＴスキャン）、コーンビームＣＴ、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、超音波イメージングなどの以前に取得されたデータに基づいて、（例えば内視鏡からの）実際の画像がどのように見えうるかの描写でありうる。
【００３６】
図２を参照して、ディスプレイ２００は、１つの例示の実施形態により、プロシージャ（例えば腎部分切除）の間の内視鏡ビュー２０２及び超音波ビュー２０４を示す。超音波ビュー２０４は、健康組織と腫瘍組織の間の区別を行うために、解剖学的領域を前もって走査する。腫瘍２０８は、超音波ビュー２０４において識別される。内視鏡装置及び超音波装置は、装置の間のレジストレーションを可能にするためにＯＳＳ可能である。これは、外科装置２０６が、内視鏡ビュー２０２の腫瘍２０８のロケーションに手動で又はロボット制御でガイドされることを可能にする。ＯＳＳ可能な装置をレジストレーションすることによって、ターゲット領域までの外科医のためのロードマップが、ワークフローを改善するために生成されることができる。ある実施形態において、内視鏡ビュー２０２は、超音波ビュー２０４（例えば腫瘍２０８）の少なくとも部分的なオーバレイを含むことができる。
【００３７】
図３を参照して、１つの実施形態によるＯＳＳ可能な超音波プローブ３００が示される。超音波プローブ３０２は、プローブ３０２の長さにわたってＯＳＳスリーブ３０４に取り付けることによって、光学形状センシングと統合される。スリーブ３０４は、形状センシングのために、プローブ３０２に沿ってファイバを固定する。スリーブ３０４は、ファイバがプローブ３０２に固定されるように、ファイバ及びプローブ３０２の長さの周りにフィットするように構成される任意の構造を有することができることが理解されるべきである。
【００３８】
図４を参照して、ＯＳＳ可能な超音波プローブ４００は、１つの例示の実施形態に従って表示される。超音波プローブ４０２は、光学形状センシングを使用する収縮チューブ４０４と統合される。ファイバは、少なくともプローブ４０２の長さの一部に沿って、小さいチューブ内に配置されることができる。チューブ内に位置付けられると、収縮チューブ４０４は、形状センシングのためにチューブをプローブ４０２に固定するように適用される。収縮チューブ４０４がファイバ及びプローブ４０２の周りにしっかりフィットするように、熱が収縮チューブ４０４に与えられることができる。
【００３９】
図５を参照すると、１つの例示の実施形態によるＯＳＳ可能な超音波プローブ５００が示される。超音波プローブ５０２は、テープ／パッチアタッチメント５０４を使用してプローブ５０２のヘッド部にファイバを結合することによって、光学形状センシングと統合される。一実施形態において、テープ／パッチアタッチメント５０４が、ファイバをプローブ５０２のヘッド部に固定するために用いられる（点又は数ミリメートルでありうる）。ファイバの残りの部分はプローブ５０２に固定されないままであり、これは、ファイバが、経路の長さ変化を許容することを可能にする。別の実施形態において、テープ／パッチアタッチメント５０４は、プローブ５０２のヘッド部及びプローブ５０２の長さの近位セクションに固定される。この実施形態において、バッファループが、経路の長さ変化を補償するために提供されることができる。テープ、接着剤などの、プローブ５０２のヘッド部にファイバを結合するための他のアプローチが、用いられることができる。
【００４０】
図６を参照して、１つの例示の実施形態による形状センスロボット超音波のための方法を示すブロック／フロー図が、図示されている。ブロック６０２において、複数の形状センシング可能な医療装置が、被検体の周りに提供される。好適には、複数の医療装置は、形状センシング可能な超音波プローブ、内視鏡及び介入医療装置を有する。形状センシングは、例えばＯＳＳスリーブ、収縮チューブ等を使用することによって、医療装置のチャネル内に１又は複数のファイバを配置することによって、医療装置のヘッド部に１又は複数のファイバを（テープ又はパッチアタッチメントで）結合すること等によって、複数の医療装置に１又は複数のファイバを固定することにより医療装置に統合されることができる。形状センシングを統合する他の方法が用いられることもできる。一実施形態において、複数の医療装置は、１又は複数の可動フィーチャ（例えば、リンク機構、付属物、ジョイント）を有する設定可能な装置、例えばロボットに結合されることができる。１又は複数の可動フィーチャは、形状センシングと統合されることができる。
【００４１】
ブロック６０４において、複数の形状センシング可能な医療装置の各々からの形状センシングデータが計算される。ブロック６０６において、複数の医療装置は、複数の医療装置の各々からの形状センシングデータに基づいて互いにレジストレーションされ、それにより、複数の医療装置の各々の相対位置が知られる。ブロック６０８において、レジストレーションは、ランドマークを利用するレジストレーション、固定具を利用するレジストレーション、及び画像を利用するレジストレーションの少なくとも１つを含むことができる。ランドマークを利用するレジストレーションは、他の医療装置の視野内の３又はそれより多くの知られている位置に医療装置を位置付けることを含む。固定具を利用するレジストレーションは、複数の医療装置の各々を固定具に配置することを含む。同じ固定具が、それぞれ異なる時間に用いられることができ、又はそれぞれ異なる固定具が用いられてもよい。固定具は、知られている態様で、すなわち、知られている経路で又は知られている速度又は加速で移動される。医療装置の相対ロケーションは、経路間の関係に基づいてわかる。画像を利用するレジストレーションは、医療装置の相対位置及び方向を決定するために、複数の医療装置からのイメージングデータを比較することを含む。
【００４２】
ブロック６１０において、プロシージャは、ターゲット上で実施される。ブロック６１２において、プロシージャを実施することは、レジストレーションに基づいて第２の医療装置のロケーションに第１の医療装置をナビゲートすることを含む。ロケーションは、ターゲットのロケーションでありうる。ブロック６１４において、複数の医療装置の画像が、複数の医療装置の知られている相対ロケーションに基づいて視覚化されることができる。視覚化は、第２の医療装置の画像に、第１の医療装置からの画像を少なくとも部分的にオーバレイする又は並置することを含むことができる。視覚化は更に、より大きい視野を提供するために医療装置の複数の視野を互いに縫合することを含むことができる。視覚化は、視覚化において、被検体からの動き（例えば呼吸によるもの）を補償することを含むことができる。ブロック６１６において、レジストレーションは、プロシージャの最中に動的に更新されることができる。ブロック６１８において、プロシージャが完了した後、医療装置は、プロシージャが成功裏に実施されたことを確認するために前記ロケーションにナビゲートされることができる。
【００４３】
添付の請求項を解釈する際に、
ａ）「含む、有する」という語は、与えられた請求項に列挙されるもの以外の別の素子又は工程の存在を除外しない；
ｂ）素子に先行する「a」又は「an」という語は、このような素子の複数の存在を除外しない；
ｃ）請求項における参照符号は、それらの範囲を制限しない；
ｄ）いくつかの「手段」は、同じアイテムによって表現されることができ、又はハードウェア又はソフトウェア実現される構造又は機能でありうる；
ｅ）特に示されない限り、工程の特定のシーケンスは必要とされることを意図しない。
【００４４】
最小侵襲性のインターベンションのための形状センスロボット超音波のための好適な実施形態を記述したが（説明的であって制限することを意図しない）、変更及び変形が、上述の教示を考慮して当業者によって実施されることができることに注意されたい。従って、変更が、開示の特定の実施形態において行われることができ、それらは、添付の請求項によって概要を記述されるここに開示される実施形態の範囲内にあることが理解されることができる。特許法によって要求される詳細及び特殊性を記述したが、特許証によって主張され保護される必要のあるものは、添付の請求項に示される。
【図１】
2019213879.tif 000003
【図２】
2019213879.tif 000004
【図３】
2019213879.tif 000005
【図４】
2019213879.tif 000006
【図５】
2019213879.tif 000007
【図６】
2019213879.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月22日(2019.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状センシングシステムであって、
少なくとも１つのファイバを各々が有する複数の形状センシング可能な医療装置と、
１又は複数の形状センシング可能な可動フィーチャを有するロボットであって、前記複数の形状センシング可能な医療装置に結合され、前記複数の形状センシング可能な医療装置を作動させるように構成される、ロボットと、
命令を記憶するメモリと、
前記命令を実行するプロセッサと
を有し、
前記プロセッサによって実行されるとき、前記命令は前記形状センシングシステムに、
前記ロボットの形状センシング可能な可動フィーチャ及び前記少なくとも１つの光学ファイバから光学信号を受け取り、前記光学信号を解釈して、前記ロボット及び前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々について形状センシングデータを提供し、
前記形状センシングデータを使用して前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションする
ことを含む処理を実行させる、
形状センシングシステム。
【請求項２】
前記形状センシングシステムによって実行される前記処理は、前記複数の形状センシング可能な医療装置のうちの少なくとも１つを、前記複数の形状センシング可能な医療装置の他のものの視野内における既知の位置に位置付けることによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置をレジストレーションすることを更に含む、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項３】
前記形状センシングシステムによって実行される前記処理は、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々を所定の経路において移動させることによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションすることを更に含む、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項４】
前記形状センシングシステムによって実行される前記処理は、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々からの画像を比較することによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションすることを更に含む、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項５】
前記複数の形状センシング可能な医療装置は、医療措装置の周りにフィットされる少なくとも１つのファイバを有する形状センシングスリーブによって該医療装置に固定される少なくとも１つのファイバ、医療装置のチャネル内に配置される少なくとも１つのファイバ、医療装置のヘッド部に結合される少なくとも１つのファイバ、及び収縮チューブによって医療装置に固定される少なくとも１つのファイバのうち、少なくとも１つのファイバを有する、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項６】
前記ロボットは、前記形状センシングデータをフィードバックとして使用する、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項７】
前記形状センシングシステムによって実行される前記処理は、予め規定された間隔でレジストレーションを更新することを更に含む、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項８】
前記複数の形状センシング可能な医療装置が、内視鏡、超音波プローブ及び医療装置を有し、前記ロボットが、プロシージャを実施するために前記超音波プローブからのレジストレーションされた入力に基づいて前記内視鏡の画像ビューのロケーションに前記医療装置をナビゲートするように構成される、請求項１に記載の形状センシングシステム。
【請求項９】
ワークステーションであって、
命令を記憶するメモリと、
前記命令を実行するように構成されるプロセッサと、
前記プロセッサによって実行されるとき、前記命令は前記ワークステーションに、
前記複数の形状センシング可能な医療装置に結合される形状センシング可能な可動フィーチャを有するロボット及び少なくとも１つのファイバから光学信号を受け取り、前記光学信号を解釈して、複数の形状センシング可能な医療装置の各々についての形状センシングデータを提供し、
前記形状センシングデータを使用して前記ロボット及び前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションする
ことを含む処理を実行させる、
ワークステーション。
【請求項１０】
前記ワークステーションによって実行される前記処理は、前記複数の形状センシング可能な医療装置のうちの少なくとも１つを、前記複数の形状センシング可能な医療装置の他のものの視野における既知の位置に位置付けることよって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションすることを更に含む、請求項９に記載のワークステーション。
【請求項１１】
前記ワークステーションによって実行される前記処理は、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々を所定の経路において移動させることによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションすることを更に含む、請求項９に記載のワークステーション。
【請求項１２】
前記ワークステーションによって実行される前記処理は、前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々からの画像を比較することによって、前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションすることを更に含む、請求項９に記載のワークステーション。
【請求項１３】
前記複数の形状センシング可能な医療装置は、医療装置の周りにフィットされる少なくとも１つのファイバを有する形状センシングスリーブによって該医療装置に固定される少なくとも１つのファイバ、医療装置のチャネル内に配置される少なくとも１つのファイバ、医療装置のヘッド部に結合される少なくとも１つのファイバ、及び収縮チューブによって医療装置に固定される少なくとも１つのファイバのうち、少なくとも１つのファイバを有する、請求項９に記載のワークステーション。
【請求項１４】
複数の形状センシング可能な医療装置を被検体に提供するステップと、
前記複数の形状センシング可能な医療装置に結合される一つ又はそれより多くの形状センシング可能な可動フィーチャを有するロボットを提供するステップと、
前記ロボット及び前記複数の形状センシング可能な医療装置の各々についての形状センシングデータを計算するステップと、
前記形状センシングデータを使用して前記ロボット及び前記複数の形状センシング可能な医療装置を互いにレジストレーションするステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
前記複数の形状センシング可能な医療装置は、前記複数の形状センシング可能な医療装置のうち少なくとも１つが、前記複数の形状センシング可能な医療装置の他のものの視野内の所定の位置に位置付けられるときにレジストレーションされる、請求項１４に記載の方法。
【外国語明細書】
2019213879000001.pdf