(57)【要約】  骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の２つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内するためのシステム及び方法である。
2008508905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用されるシステムであって、
出力を放出するための少なくとも１つのエミッタアレイと、
入力を受信するための少なくとも１つのレシーバアレイと、
少なくとも１つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、
少なくとも１つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、
取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定するための経路決定ユニットと、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示すための表示器ユニットと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
少なくとも１つのエミッタアレイは、超音波出力を放出するように構成され、また少なくとも１つのレシーバアレイは、超音波入力を受信するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つのエミッタアレイは、Ｘ線出力を放出するように構成され、また少なくとも１つのレシーバアレイは、Ｘ線入力を受信するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも１つのエミッタアレイは、ＮＭＲ出力を放出するように構成され、また少なくとも１つのレシーバアレイは、ＮＭＲ入力を受信するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
駆動ユニットは、少なくとも１つのエミッタアレイを駆動して、変化する位相の出力を放出させるように構成されている請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
取得ユニットは、入力を３次元グリッドとして格納し、またグリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てるように構成されている請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
経路決定ユニットは、障害物不在経路を決定するように繰り返し動作する請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
表示器ユニットは、可視的表示をオペレータに与えるように構成されている請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
表示器ユニットは、可聴性表示をオペレータに与えるように構成されている請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
物体のアプローチの位置及び／又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、表示器ユニットは、第１の表示を与えるように構成されている請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
物体のアプローチの位置及び／又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、表示器ユニットは、第２の表示を与えるように構成されている請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項１〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイは、単一の変換器要素に収容されている請求項１〜１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
物体は、針であり、関心のある領域は、硬膜上腔であり、構造体は、骨構造体である請求項１〜１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内するためのシステムであって、
出力を放出するための少なくとも１つのエミッタアレイと、
入力を受信するための少なくとも１つのレシーバアレイと、
少なくとも１つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、
少なくとも１つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、
取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、
使用時に物体が案内されるのに従って、識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定するための経路決定ユニットと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
少なくとも１つのエミッタアレイは、超音波出力を放出するように構成され、また少なくとも１つのレシーバアレイは、超音波入力を受信するように構成されている請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つのエミッタアレイは、Ｘ線出力を放出するように構成され、また少なくとも１つのレシーバアレイは、Ｘ線入力を受信するように構成されている請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
少なくとも１つのエミッタアレイは、ＮＭＲ出力を放出するように構成され、また少なくとも１つのレシーバアレイは、ＮＭＲ入力を受信するように構成されている請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
駆動ユニットは、少なくとも１つのエミッタアレイを駆動して、変化する位相の出力を放出させるように構成されている請求項１５〜１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
取得ユニットは、入力を３次元グリッドとして格納し、またグリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てるように構成されている請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
経路決定ユニットは、障害物不在経路を決定するように繰り返し動作する請求項１５〜２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項１５〜２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイは、単一の変換器要素に収容されている請求項１５〜２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
物体は、針であり、関心のある領域は、硬膜上腔であり、構造体は、骨構造体である請求項１５〜２３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
身体の表面上に配置される本体要素と、
本体要素から延び、使用時に身体に穴を開けてその中に配置されるように構成された突出要素と、
突出要素内に配設される少なくとも１つの変換器アレイと
を備えることを特徴とする変換器要素。
【請求項２６】
少なくとも１つの変換器アレイは、少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイを備える請求項２５に記載の変換器要素。
【請求項２７】
変換器アレイは、少なくとも１つのエミッタアレイを備える請求項２５に記載の変換器要素。
【請求項２８】
変換器アレイは、少なくとも１つのレシーバアレイを備える請求項２５に記載の変換器要素。
【請求項２９】
本体及びそこから延びた長尺な物体を有する装置を搭載パッドに対し移動可能に結合するための結合アセンブリであって、
装置の本体が接続されるコネクタと、搭載パッドに対する装置の移動を可能にするようにコネクタを搭載パッドに接続する柔軟な取付部材とを備えることを特徴とする結合アセンブリ。
【請求項３０】
取付部材は、搭載パッドに対する装置の軸方向及び横方向双方の制御された移動を促進するように構成されている請求項２９に記載の結合アセンブリ。
【請求項３１】
コネクタは、装置の本体に対し固定的に接続されている請求項３０に記載の結合アセンブリ。
【請求項３２】
コネクタは、装置の本体に対し摺動可能に接続されている請求項３１に記載の結合アセンブリ。
【請求項３３】
取付部材は、ベローズ構造体を備える請求項３０〜３２のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項３４】
搭載パッドは、糊又は粘着テープによって、身体に対して取り付けるためのものである請求項２９〜３３のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項３５】
搭載パッドは、剛体の本体を備える請求項２９〜３４のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項３６】
搭載パッドは、半剛体の本体を備える請求項２９〜３４のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項３７】
搭載パッドは、柔軟な本体を備える請求項２９〜３４のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項３８】
変換器アセンブリを更に備え、この変換器アセンブリは、搭載パッドと、そこに搭載される少なくとも１つの変換器アレイとを有する請求項２９〜３７のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項３９】
変換器アセンブリは、複数の変換器アレイを備える請求項３８に記載の結合アセンブリ。
【請求項４０】
身体の表面に取り付けるための変換器アセンブリであって、物体を挿入可能な開口を有した搭載パッドと、少なくとも１つの変換器アレイとを備えることを特徴とする変換器アセンブリ。
【請求項４１】
複数の変換器アレイを備える請求項４０に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４２】
開口は、長尺なスロットを備え、また複数の変換器アレイは、スロットに対向する側に配設されている請求項４１に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４３】
搭載パッドは、糊又は粘着テープによって、身体に対して取り付けるためのものである請求項４０〜４２のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項４４】
搭載パッドは、真空によって、身体に対して取り付けるためのものである請求項４０〜４３のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項４５】
搭載パッドは、剛体の本体を備える請求項４０〜４４のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項４６】
搭載パッドは、半剛体の本体を備える請求項４０〜４４のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項４７】
搭載パッドは、柔軟な本体を備える請求項４０〜４４のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項４８】
搭載パッドは、テープを備える請求項４７に記載の変換器アセンブリ。
【請求項４９】
身体内に挿入される長尺な要素であって、少なくとも１つの変換器アレイを備えることを特徴とする長尺な要素。
【請求項５０】
要素は、少なくとも１つのエミッタアレイを包含している請求項４９に記載の要素。
【請求項５１】
要素は、少なくとも１つのレシーバアレイを包含している請求項４９に記載の要素。
【請求項５２】
要素は、複数の変換器アレイを包含している請求項４９に記載の要素。
【請求項５３】
要素は、少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイを包含している請求項５２に記載の要素。
【請求項５４】
少なくとも１つの変換器アレイは、要素の先端領域に配置されている請求項４９〜５３のいずれかに記載の要素。
【請求項５５】
要素は、筒状要素、特に針を備える請求項４９〜５４のいずれかに記載の要素。
【請求項５６】
身体内に挿入される長尺な要素であって、少なくとも１つのトランスポンダーを包含していることを特徴とする長尺な要素。
【請求項５７】
少なくとも１つのトランスポンダーは、要素の先端領域に配置されている請求項５６に記載の要素。
【請求項５８】
要素は、筒状要素、特に針を備える請求項５６又は５７に記載の要素。
【請求項５９】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用される方法であって、
関心のある領域へ出力を放出する工程と、
関心のある領域から入力を受信する工程と、
受信された入力を取得する工程と、
取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定する工程と、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示す工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項６０】
出力は、超音波出力であり、入力は、超音波入力である請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
出力は、Ｘ線出力であり、入力は、Ｘ線入力である請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
出力は、ＮＭＲ出力であり、入力は、ＮＭＲ入力である請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
出力は、変化する位相を有する請求項５９〜６２のいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
取得する工程は、
入力を３次元グリッドとして格納する工程と、
グリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てる工程と
を備える請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
決定する工程は、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を繰り返し決定する工程を備える請求項５９〜６４のいずれかに記載の方法。
【請求項６６】
示す工程は、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かを可視的にオペレータに示す工程を備える請求項５９〜６５のいずれかに記載の方法。
【請求項６７】
示す工程は、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かを可聴的にオペレータに示す工程を備える請求項５９〜６６のいずれかに記載の方法。
【請求項６８】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び／又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、第１の表示を与える工程を備える請求項５９〜６７のいずれかに記載の方法。
【請求項６９】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び／又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、第２の表示を与える工程を備える請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項５９〜６９のいずれかに記載の方法。
【請求項７１】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内する方法であって、
関心のある領域へ出力を放出する工程と、
関心のある領域から入力を受信する工程と、
受信された入力を取得する工程と、
取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定する工程と、
物体を障害物不在経路に従って案内する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項７２】
出力は、超音波出力であり、入力は、超音波入力である請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
出力は、Ｘ線出力であり、入力は、Ｘ線入力である請求項７１に記載の方法。
【請求項７４】
出力は、ＮＭＲ出力であり、入力は、ＮＭＲ入力である請求項７１に記載の方法。
【請求項７５】
出力は、変化する位相を有する請求項７１〜７４のいずれかに記載の方法。
【請求項７６】
取得する工程は、
入力を３次元グリッドとして格納する工程と、
グリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てる工程と
を備える請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
決定する工程は、
障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で繰り返し決定する工程を備える請求項７１〜７６のいずれかに記載の方法。
【請求項７８】
案内する工程は、  
オペレータが物体を障害物不在経路に従って案内する工程と、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示して、オペレータが物体を障害物不在経路に従って案内できるようにする工程と
を備える請求項７１〜７７のいずれかに記載の方法。
【請求項７９】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び／又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、第１の表示を与える工程を備える請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び／又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、第２の表示を与える工程を備える請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
案内する工程は、  
自動的に物体を障害物不在経路に従って案内する工程を備える請求項７１〜７７のいずれかに記載の方法。
【請求項８２】
少なくとも１つのエミッタアレイと少なくとも１つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項７１〜８１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の２つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内するためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
画像化技術、例えば超音波画像化［１］、Ｘ線蛍光画像化及び磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）技術は、特にヒト構造中の身体構造体を画像化することに時々使用されている。
【０００３】
本発明の１つの目的は、そのような画像化技術の形態を利用することにあり、高度に修正された形態では、骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の２つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内することを可能にする。
【０００４】
１つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用されるシステムを提供する。このシステムは、出力を放出するための少なくとも１つのエミッタアレイと、入力を受信するための少なくとも１つのレシーバアレイと、少なくとも１つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、少なくとも１つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定するための経路決定ユニットと、物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示すための表示器ユニットとを備える。
【０００５】
もう１つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内するためのシステムを提供する。このシステムは、出力を放出するための少なくとも１つのエミッタアレイと、入力を受信するための少なくとも１つのレシーバアレイと、少なくとも１つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、少なくとも１つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、使用時にそれに従って物体が案内される障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定するための経路決定ユニットとを備える。
【０００６】
異なる形態において、本発明は、変換器要素を提供する。この変換器要素は、身体の表面上に配置される本体要素と、本体要素から延び、使用時に身体に穴を開けてその中に配置されるように構成された突出要素と、突出要素内に配設される少なくとも１つの変換器アレイとを備える。
【０００７】
更に異なる形態において、本発明は、本体及びそこから延びた長尺な物体を有する装置を搭載パッドに対し移動可能に結合するための結合アセンブリを提供する。この結合アセンブリは、装置の本体が接続されるコネクタと、搭載パッドに対する装置の移動を可能にするようにコネクタを搭載パッドに接続する柔軟な取付部材とを備える。
【０００８】
更に別の異なる形態において、本発明は、身体の表面に取り付けるための変換器アセンブリを提供する。この変換器アセンブリは、物体を挿入可能な開口を有した搭載パッドと、少なくとも１つの変換器アレイとを備える。
【０００９】
更にもう１つの形態において、本発明は、身体内に挿入される長尺な要素を提供する。この要素は、少なくとも１つの変換器アレイを備える。
【００１０】
更に別のもう１つの形態において、本発明は、身体内に挿入される長尺な要素を提供する。この要素は、少なくとも１つのトランスポンダーを備える。
【００１１】
更に別の異なる形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用される方法を提供する。この方法は、関心のある領域へ出力を放出する工程と、関心のある領域から入力を受信する工程と、受信された入力を取得する工程と、取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定する工程と、物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示す工程とを備える。
【００１２】
更に別のもう１つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内する方法を提供する。この方法は、関心のある領域へ出力を放出する工程と、関心のある領域から入力を受信する工程と、受信された入力を取得する工程と、取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定する工程と、物体を障害物不在経路に従って案内する工程とを備える。
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して、例としてのみ説明される。
【００１４】
図１及び２は、本発明の第１の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【００１５】
このシステムにおいて、少なくとも１つの変換器要素３は、少なくとも１つのエミッタアレイ５ａと少なくとも１つのレシーバアレイ５ｂ、この実施形態では超音波変換器アレイを有する。制御ユニット７は、エミッタ及びレシーバアレイ５ａ，５ｂに動作可能に接続されて、物体（この実施形態では針）がその間に挿入される骨構造体と、その間に挿入中の針を画像化し、それから挿入経路を決定する。表示器ユニット９は、針の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、ユーザが針の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針の挿入経路を訂正できるようにする。１つの実施形態において、制御及び表示器ユニット７，９は、一体的ユニットとして設けられる。
【００１６】
このシステムの第１及び第２の変換器要素３ａ，３ｂは各々、エミッタアレイ５ａとレシーバアレイ５ｂのそれぞれ１つを収容する。代替実施形態のシステムでは、単一の変換器要素３がエミッタアレイ５ａとレシーバアレイ５ｂの双方を収容する。
【００１７】
この実施形態の変換器要素３ａ，３ｂは、典型的にはプラスチック素材で形成された画鋲の形態を有する。画鋲の各々は、患者の皮膚の表面上に配置される本体１５と、この本体１５から延びて、使用時に関心のある骨構造体に近い患者の皮下肉質組織を貫通する鋭い突出部１７とを有する。この実施形態の突出部１７は、それぞれの変換器アレイ５ａ，５ｂを収容し、変換器アレイ５ａ，５ｂが関心のある骨構造体付近に配置されるようにして、画像化を改善する。変換器要素３ａ，３ｂを画鋲として設けることによって、特殊な糊やゲルの使用を必ずしも必要としない場合に、変換器要素３ａ，３ｂの固定が促進される。
【００１８】
代替実施形態の変換器要素３ａ，３ｂは、典型的にはプラスチック素材で形成され、各々は、それぞれの変換器アレイ５ａ，５ｂを収容する本体１５を備える。この本体１５は、粘着テープ又は糊によって皮膚に接着され、そして随意にゲルを使用して本体１５と皮膚表面との界面に気泡が発生することを防止する。
【００１９】
制御ユニット７は、少なくとも１つのエミッタアレイ５ａを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット２１と、入力、この実施形態では超音波入力を、少なくとも１つのレシーバアレイ５ｂから受信する取得ユニット２３と有する。この実施形態では、駆動ユニット２１と取得ユニット２３は、エミッタ及びレシーバアレイ５ａ，５ｂに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【００２０】
この実施形態の駆動ユニット２１は、駆動されると、少なくとも１つのエミッタアレイ５ａを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、少なくとも１つのレシーバアレイ５ｂによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【００２１】
この実施形態の取得ユニット２３は、少なくとも１つのレシーバアレイ５ｂから受信された入力を３次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ／細かさは、変換器アレイ５ａ，５ｂの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【００２２】
制御ユニット７は更に、取得ユニット２３によって開又は閉表面に割り当てられたデータを繰り返しモデル化するモデル化ユニット２７を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針を表す。この場合、Ｂ−パッチ等［２］の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針は、隣接する椎骨間に精密に挿入されて、硬膜上腔に到達する必要がある。１つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【００２３】
制御ユニット７は更に、１つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット２９を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット２７によってモデル化された針の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法［３−６］の分野では周知である。
【００２４】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【００２５】
表示器ユニット９は、針の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット２９によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器３１を有する。１つの実施形態の表示器３１は、配送装置に搭載されて、オペレータが配送装置以外のものを見なければならないことを不要にする。
【００２６】
この実施形態の表示器３１は、可視的表示器、ここでは針の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるＬＥＤを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び／又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び／又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び／又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【００２７】
他の実施形態では、表示器３１は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第１の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び／又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び／又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び／又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【００２８】
異なる実施形態では、表示器３１は、隣接する骨構造体間に挿入中の針のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与える表示器を備えることができる。
【００２９】
以下、添付図面の図３〜６を参照して、物体案内システムの動作が説明される。
【００３０】
オペレータは、変換器要素３ａ，３ｂを患者の身体に、この実施形態では、椎骨Ｖ１，Ｖ２のそれぞれの側に取り付け、この間に、図３及び４に示されているように、硬膜外配送用に、針３３が挿入される。この実施形態では、変換器要素３ａ，３ｂの本体１５が患者の皮膚の表面に接するまで、変換器要素３ａ，３ｂの鋭い突出部１７は、患者の皮膚中に押し込まれる。必要に応じて、穿孔部位を麻痺させることに局部麻酔が使用でき、また針は、患者の皮膚を事前に穿孔することに使用できる。
【００３１】
オペレータは、それからシステムを作動し、モデル化ユニット２７を使用して椎骨Ｖ１，Ｖ２と、存在する場合には、針３３をモデル化すると共に、決定ユニット２９を使用して障害物不在曲線を繰り返し決定する。
【００３２】
システムの作動後に、オペレータは、針３３の先端を皮膚の表面に配置し、そして図５に示されるように、針３３を接近角度βで皮膚に挿入開始する。
【００３３】
この実施形態では、針３３の先端の配置が正しい場合、表示器３１はＬＥＤを緑色点滅光として照明することによって正しい位置を確認する。しかし、針３３の先端の配置が障害物不在曲線によって規定される窓のエッジに近い場合、表示器３１はＬＥＤを黄色点滅光として照明することによって窓のエッジに接近していることを示す。また、針３３の先端の配置が障害物不在曲線によって規定される窓の外にある場合、表示器３１はＬＥＤを赤色点滅光として照明することによって、この正しくない位置を示す。この場合、オペレータは、針が障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に配置されるまで、針３３を再位置決めする。このことは緑色又は黄色点滅光の１つとして照明される表示器３１のＬＥＤによって表される。
【００３４】
オペレータはそれから、針３３を椎骨Ｖ１，Ｖ２間に挿入し続ける。
【００３５】
針３３の接近角度βが正しさを保ち、そして障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に良好に入る場合、表示器３１はＬＥＤを緑色点滅光として照明することによって正しい接近角度βを確認し、そしてオペレータは、針３３の挿入を継続する。
【００３６】
針３３の接近角度βによって、針３３が障害物不在曲線によって規定される窓のエッジに近くなる場合、表示器３１はＬＥＤを黄色点滅光として照明することによって窓のエッジに接近していることを示す。この場合、オペレータは、針３３を挿入し続ける際に針３３の位置を警戒する必要がある。
【００３７】
針３３の接近角度βが障害物不在曲線によって規定される窓の外にある場合、表示器３１はＬＥＤを赤色点滅光として照明して、この正しくない位置を示す。この場合、オペレータは、更に針３３を挿入し続ける前に、針３３が障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に配置されるまで、針３３の接近角度βを修正する必要がある。このことは緑色又は黄色点滅光の１つとして照明される表示器３１のＬＥＤによって表される。この針３３の接近角度βの修正は、任意の回数だけ繰り返される。例として、図６は、経路Ａから経路Ｂを通り最後に経路Ｃに至る針３３の接近角度βの修正を表している。このことにより、必要とされる椎骨Ｖ１，Ｖ２間への完全な挿入が可能になる。針３３の接近角度βの修正に際し、オペレータは、針３３の接近角度βを不連続なステップで、あるいは連続的に変化させることができる。連続的とは、実際には多数の非常に小さな不連続なステップに対応する。
【００３８】
この処置に続いて、必要とされる空洞、この実施形態では図７に示されるように硬膜上腔に針３３が挿入されるまで、針３３の挿入は続く。
【００３９】
図８及び９は、本発明の第２の実施形態に係る物体案内システムの配送装置４１を示している。
【００４０】
この実施形態のシステムは、上述された第１の実施形態のシステムと同様であるので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【００４１】
この実施形態のシステムが上述された第１の実施形態のそれと異なるのは、修正された配送装置４１を備える点である。
【００４２】
配送装置４１において、本体４３は、流体室４５を規定する。また、プランジャ４７は、流体室４５内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素４９、この実施形態では針は、流体室４５に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００３３８に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【００４３】
この実施形態の少なくとも１つのレシーバアレイ５ｂは、別の変換器要素３ｂ内に収容される代わりに、配送装置４１の針４９に、この実施形態では針４９の遠端に配設され、接続リード５１は、取得ユニット２３との接続のために、針４９に沿って外側へ通り抜けている。
【００４４】
この実施形態の針４９は積層構造であり、接続リード５１は積層体の間を針４９に沿って通り抜けている。
【００４５】
代替実施形態では、代わりに、少なくとも１つのエミッタアレイ５ａが針４９に配設され得る。
【００４６】
このシステムの動作は、上述された第１の実施形態のシステムに対するものと同じである。
【００４７】
図１０及び１１は、本発明の第３の実施形態に係る物体案内システムの配送装置４１を示している。
【００４８】
この実施形態のシステムは、上述された第２の実施形態のシステムと非常に類似しているので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【００４９】
この実施形態のシステムが上述された第２の実施形態のそれと異なるのは、エミッタ及びレシーバアレイ５ａ，５ｂの双方が、別々の変換器要素３ａ，３ｂ内に収容される代わりに、配送装置４１の針４９に、この実施形態では針４９の遠端に配設され、接続リード５１，５３が、駆動及び取得ユニット２１，２３のそれぞれとの接続のために、針４９に沿って外側へ通り抜けている点である。
【００５０】
図１２及び１３は、本発明の第４の実施形態に係る物体案内システムの配送装置４１を示している。
【００５１】
この実施形態のシステムは、上述された第１の実施形態のシステムと非常に類似しているので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【００５２】
この実施形態のシステムが上述された第１の実施形態のそれと異なるのは、修正された配送装置４１を備える点である。
【００５３】
配送装置４１において、本体４３は、流体室４５を規定する。また、プランジャ４７は、流体室４５内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素４９、この実施形態では針は、流体室４５に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００３３８に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【００５４】
この実施形態の配送装置４１の針４９、この実施形態ではその遠端は、トランスポンダー５５を有する。このトランスポンダーは、少なくとも１つのエミッタアレイ５ａの出力によって作動されると、取得ユニット２３の入力で容易に識別可能なサインを発生して、針４９の先端位置が精密に決定され得るようにする。この場合、取得ユニット２３によって取得される画像をモデル化して針４９を識別し、その先端位置を決定することは、必要とされない。
【００５５】
この実施形態のシステムの動作は、他の点では上述された第１の実施形態のシステムに対するものと同じである。
【００５６】
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【００５７】
このシステムにおいて、変換器アセンブリ１００は、患者の皮膚に取り付けられる。また、結合アセンブリ１０１は、配送装置１０２を変換器アセンブリ１００に対し移動可能に結合し、変換器アセンブリ１００に対する配送装置１０２の移動を容易に制御するためのものである。
【００５８】
配送装置１０２において、本体１０３は、流体室１０５を規定する。また、プランジャ１０７は、流体室１０５内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素１０９、この実施形態では針は、流体室１０５に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００３３８に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【００５９】
変換器アセンブリ１００の搭載パッド１１１は、患者の皮膚に取り付けられるもので、配送装置１０２の針１０９を挿入可能な開口１１２を有する。少なくとも１つの変換器アレイ１１５、この実施形態では少なくとも１つのエミッタアレイ１１５ａと少なくとも１つのレシーバアレイ１１５ｂ、この実施形態では超音波変換器アレイは、開口１１２を中心として搭載パッド１１１上に同心的に配設されている。
【００６０】
この実施形態の搭載パッド１１１は、柔軟な重合体素材、例えばポリカーボネートで形成されている。この素材は、皮膚と変換器アレイ１１５ａ，１１５ｂとの間に空気不在の閉界面を確保するものである。ゲル、例えば好適な糊や粘着テープもまた、変換器アレイ１１５ａ，１１５ｂと患者の皮膚の表面との間の良好な界面接触を促進することに使用できる。
【００６１】
結合アセンブリ１０１のコネクタ１１７は、配送装置１０２の本体１０３に固定的に接続されている。また、柔軟な取付部材１１８は、コネクタ１１７を搭載パッド１１１に接続して、配送装置１０２、従ってその針１０９を搭載パッド１１１に対し軸方向及び横方向の双方に移動可能にする。
【００６２】
この実施形態の取付部材１１８は、典型的にはステンレス鋼のような金属や、ポリカーボネートのようなプラスチック素材で形成されたベローズ構造体を備える。このベローズ構造体は、搭載パッド１１１が患者の皮膚の定位置に固定されている状態で、軸方向に圧縮されると、配送装置１０２の針１０９の挿入を可能にし、また横方向に曲げられると、配送装置１０２の針１０９の接近角度を変更可能にする。
【００６３】
代替実施形態のコネクタ１１７は、典型的にはステンレス鋼のような金属や、ポリカーボネートのようなプラスチック素材で形成されたハウジングを備えることができる。この場合、配送装置１０２の本体１０３は摺動可能であって、搭載パッド１１１に対する配送装置１０２の本体１０３、従ってその針１０９の軸方向移動を可能する。また、柔軟な取付部材１１８は、鞘を備えることができる。この鞘は、横方向移動を可能にして、搭載パッド１１１が患者の皮膚の定位置に固定されている状態で、配送装置１０２の針１０９の接近角度を変更可能にする。
【００６４】
このシステムの制御ユニット１０９は、エミッタ及びレシーバアレイ１１５ａ，１１５ｂに動作可能に接続されて、配送装置１０２の針１０９がその間に挿入される骨構造体を画像化し、それから挿入経路を決定する。また、表示器ユニット１２０は、針１０９の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、オペレータが針１０９の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針１０９の挿入経路を訂正できるようにする。
【００６５】
１つの代替実施形態では、少なくとも１つのエミッタアレイ１１５ａと少なくとも１つのレシーバアレイ１１５ｂの一方又は双方は、搭載パッド１０３とは別の要素、例えば上述された第１の実施形態で使用された種類の画鋲型変換器要素内に収容され得る。
【００６６】
もう１つの代替実施形態のシステムは、少なくとも１つのエミッタアレイ１１５ａと少なくとも１つのレシーバアレイ１１５ｂの双方を収容する単一の変換器要素を備えることができる。
【００６７】
１つの代替実施形態では、第１の実施形態に関連して上述されたように、変換器アレイ１１５ａ，１１５ｂは、粘着テープ又は糊で皮膚に接着された変換器要素内に収容され得る。この場合、随意にゲルを使用して皮膚表面との界面に気泡が発生することを防止することができる。
【００６８】
制御ユニット１１９は、少なくとも１つのエミッタアレイ１１５ａを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット１２１と、入力、この実施形態では超音波入力を、少なくとも１つのレシーバアレイ１１５ｂから受信する取得ユニット１２３と有する。この実施形態では、駆動ユニット１２１と取得ユニット１２３は、エミッタ及びレシーバアレイ１１５ａ，１１５ｂに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【００６９】
この実施形態の駆動ユニット１２１は、駆動されると、少なくとも１つのエミッタアレイ１１５ａを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、少なくとも１つのレシーバアレイ１１５ｂによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【００７０】
この実施形態の取得ユニット１２３は、少なくとも１つのレシーバアレイ１１５ｂから受信された入力を３次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ／細かさは、変換器アレイ１１５ａ，１１５ｂの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【００７１】
制御ユニット１１９は更に、取得ユニット１２３によって取得されて開又は閉表面に割り当てられたデータをモデル化するように繰り返し動作するモデル化ユニット１２７を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針１０９を表す。この場合、Ｂ−パッチ等［２］の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針１０９は、隣接する椎骨間に精密に挿入される必要がある。１つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【００７２】
制御ユニット１１９は更に、１つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット１２９を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針１０９の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針１０９の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット１２７によってモデル化された針１０９の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法［３−６］の分野では周知である。
【００７３】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針１０９を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【００７４】
表示器ユニット１２０は、針１０９の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット１２９によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器１３１を有する。１つの実施形態の表示器１３１は、配送装置１０２に搭載されて、オペレータが配送装置１０２以外のものを見なければならないことを不要にする。
【００７５】
この実施形態の表示器１３１は、可視的表示器、ここでは針１０９の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるＬＥＤを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び／又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び／又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び／又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【００７６】
他の実施形態では、表示器１３１は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第１の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び／又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び／又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び／又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【００７７】
異なる実施形態では、表示器１３１は、表示器を備えることができる。この表示器は、隣接する骨構造体間に挿入中の針１０９のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与えるものである。
【００７８】
この実施形態のシステムの動作は、上述された第１の実施形態に対するものと同じであって、結合アセンブリ１０１の柔軟な取付部材１１８は曲がって、変換器アセンブリ１００の搭載パッド１１１に対する配送装置１０２、従ってその針１０９の軸方向及び横方向移動に適応する。
【００７９】
図１５は、本発明の第６の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【００８０】
このシステムの変換器アセンブリ２００は、搭載パッド２１１を備える。この搭載パッドは、患者の皮膚に取り付けられるもので、開口２１２、この実施形態では長尺なスロットを有し、そこを通して配送装置の針が挿入される。この変換器アセンブリはまた、複数の変換器アレイ２１５、この実施形態では複数のエミッタアレイ２１５ａと複数のレシーバアレイ２１５ｂ、この実施形態では超音波変換器アレイを備える。これら変換器アレイは、搭載パッド２１１の開口２１２の互いに対向する側に配設されている。
【００８１】
この実施形態の搭載パッド２１１は、剛体要素であって、ここでは重合体素材、例えばポリカーボネートで形成されたものである。この要素は、患者の皮膚に、ここでは粘着テープによって取り付けられ、変換器アレイ２１５ａ，２１５ｂと患者の皮膚の表面との間に良好な界面接触を形成する。代替実施形態では、搭載パッド２１１は、患者の皮膚に糊付けされ得る。必要であれば、ゲルもまた、変換器アレイ１１５ａ，１１５ｂと患者の皮膚の表面との間の良好な界面接触を促進することに使用できる。
【００８２】
１つの代替実施形態では、搭載パッド２１１は、半剛体要素、例えばゴム片であり得る。
【００８３】
もう１つの代替実施形態では、搭載パッド２１１は、柔軟な素材、例えばテープで形成され得る。
【００８４】
１つの代替実施形態では、搭載パッド２１１は、２つのパッド部分として設けることができる。この場合、各パッド部分は、複数の変換器アレイ２１５ａ，２１５ｂを支持する。
【００８５】
異なる他の実施形態では、搭載パッド２１１は、真空の適用によって患者の皮膚に取り付けることができる。
【００８６】
このシステムの制御ユニット２１９は、エミッタ及びレシーバアレイ２１５ａ，２１５ｂに動作可能に接続されて、配送装置の針がその間に挿入される骨構造体を画像化し、それから挿入経路を決定する。また、表示器ユニット２２０は、針の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、オペレータが針の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針の挿入経路を訂正できるようにする。
【００８７】
１つの代替実施形態では、エミッタアレイ２１５ａとレシーバアレイ２１５ｂのそれぞれは、搭載パッド２１１とは別の要素、例えば上述された第１の実施形態で使用された種類の画鋲型変換器要素内に収容され得る。
【００８８】
制御ユニット２１９は、エミッタアレイ２１５ａを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット２２１と、入力、この実施形態では超音波入力を、レシーバアレイ２１５ｂから受信する取得ユニット２２３と有する。この実施形態では、駆動ユニット２２１と取得ユニット２２３は、エミッタ及びレシーバアレイ２１５ａ，２１５ｂに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【００８９】
この実施形態の駆動ユニット２２１は、駆動されると、エミッタアレイ２１５ａを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、レシーバアレイ２１５ｂによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【００９０】
この実施形態の取得ユニット２２３は、レシーバアレイ２１５ｂから受信された入力を３次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ／細かさは、変換器アレイ２１５ａ，２１５ｂの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【００９１】
制御ユニット２１９は更に、取得ユニット２２３によって取得されて開又は閉表面に割り当てられたデータをモデル化するように繰り返し動作するモデル化ユニット２２７を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針を表す。この場合、Ｂ−パッチ等［２］の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針は、隣接する椎骨間に精密に挿入される必要がある。１つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【００９２】
制御ユニット２１９は更に、１つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット２２９を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット２２７によってモデル化された針の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法［３−６］の分野では周知である。
【００９３】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【００９４】
表示器ユニット２２０は、針の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット２２９によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器２３１を有する。１つの実施形態の表示器２３１は、配送装置に搭載されて、オペレータが配送装置以外のものを見なければならないことを不要にする。
【００９５】
この実施形態の表示器２３１は、可視的表示器、ここでは針の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるＬＥＤを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び／又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び／又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び／又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【００９６】
他の実施形態では、表示器２３１は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第１の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び／又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び／又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び／又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【００９７】
異なる実施形態では、表示器２３１は、表示器を備えることができる。この表示器は、隣接する骨構造体間に挿入中の針のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与えるものである。
【００９８】
この実施形態のシステムの動作は、上述された第１の実施形態に対するものと同じであって、配送装置の針は、搭載パッド２１１の開口２１２を通して挿入される。図１６及び１７は、患者の背中の脊柱より上に取り付けられた変換器アセンブリ２００の平面図及び立面図を示し、また図１８は患者の脊柱を通る長手方向断面図を示している。
【００９９】
最後に、本発明はその好ましい実施形態について説明されてきたが、添付の請求の範囲によって規定される発明の範囲から逸脱することなく、多くの異なる仕方で変形できることが理解されるであろう。
【０１００】
１つの変形例では、上述されたシステムは、配送装置の針を椎骨間に自動挿入するように変形することができる。この実施形態では、針の位置は、挿入配置及び接近角度の双方に関して、モータ制御式機構を使用して制御され得る。このモータ制御式機構としては、ラック・ピニオン式アクチュエータ、リードスクリュー式アクチュエータ、ボールスクリュー式アクチュエータ、ソレノイド式アクチュエータ、又はボイスコイル式アクチュエータがある。
【０１０１】
配送装置の針を進めるために全自動化システムを使用する場合、オペレータの役割は、障害物不在曲線を監視し、その曲線を、適切な入力手段を使用して、手動操作で変化させることである。例えば、オペレータは、障害物不在曲線を表すＢ−スプラインの制御点を、例えばマウス、キー入力、またはライトペンを使用して変化させることができる。追従されるべき障害物不在曲線をオペレータが決定すると、自動化システムは、その特定された経路に沿って針を移動させることに使用される。オペレータは、単純な押し釦で作動できる手動インターロックを使用して、針の移動をいつでも中断又は停止することができる。
【０１０２】
上述されたシステムのもう１つの変形例では、上述されたようなモータ制御式機構は、配送装置の針を進めるための手段として使用され得る。この場合、オペレータは、モータ制御式機構の運動の範囲全体にわたって完全に制御することができ、そしてジョイスティックやダイアル等のような好適な入力の手段を使用して、手動操作で機構の位置を変更することができる。この実施形態では、針は、オペレータからの入力を使用して進められる。これは、障害物不在曲線を入力として使用して、オペレータが手動操作で針を進めるときとほぼ同様である。
【０１０３】
自動化された針の進行に対する上述された構成において、気圧式又は水圧式アクチュエータが、モータや電磁式アクチュエータの代わりに使用できる。
【０１０４】
本発明は、上述された実施形態では硬膜外麻酔用に隣接する椎骨間に針を挿入することに関連して具体化されているが、骨のような硬い構造体の間の柔軟な身体物質、例えば組織、靱帯又は筋肉を通して長尺な物体を挿入することにも及ぶものであることが理解されるであろう。例えば、本発明は、胸郭を通して肺の中へ針を挿入することに使用できる。
【０１０５】
本発明は、超音波画像化の使用に関連して具体化されているが、高密度の構造体、特に骨と、挿入される物体の識別を可能にする他の画像化技術、例えばＸ線蛍光及び磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）を使用する同等の応用を与えるものである点も理解されるであろう。
【０１０６】
さらに、配送装置によって流体が配送される実施形態について、特に自動化されたシステムでは、流体の配送は、ドップラーセンサを使用して検出できる。
【０１０７】
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［３］Ｅ．ライモン及びＤ．Ｅ．コディチェック、「人工ポテンシャル機能を使用した確実なロボット航法」、ＩＥＥＥロボット工学及び自動制御会報、８卷、５０１−５１８頁、１９９２年。
［４］Ｚ．シラー及びＳ．デュボウスキー、「アクチュエータ、グリッパー及びペイロード制約のある障害物存在下のロボット操縦体に対する最適経路計画」、国際ロボット工学研究ジャーナル、８卷、６号、３−１８頁、１９８９年１２月。
［５］Ｍ．ニブ及びＤ．Ｍ．オースランダー、「障害物のあるロボットの最適制御」、１９８４年アメリカ制御会議の議事録、サンディエゴ、ＣＡ、２８０−２８７頁、１９８４年６月。
［６］Ｒ．ボルプ及びＰ．コースラ、「障害物回避用の楕円イソポテンシャル輪郭を有する人工ポテンシャル」、ＩＥＥＥ国際ロボット工学及び自動制御会議の議事録、１９８７年、１８０−１８５頁。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】配送装置の針をヒト患者の脊柱の椎骨間に挿入する場合に具体化された本発明の第１の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図２（ａ）】図１のシステムの変換器要素の斜視図を示す。
【図２（ｂ）】図２（ａ）の変換器要素の平面図を示す。
【図２（ｃ）】図２（ａ）の変換器要素の（図２（ｂ）断面Ｉ−Ｉに沿った）第１の縦断面図を示す。
【図２（ｄ）】図２（ａ）の変換器要素の（図２（ｂ）断面ＩＩ−ＩＩに沿った）第２の縦断面図を示す。
【図３】患者の背中の平面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器要素の取付を示す。
【図４】図３に示された患者の背中を通る（断面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った）縦断面図を示す。
【図５】隣接する椎骨間に針を挿入開始する時の患者の皮膚の表面における針の位置を示す。
【図６】隣接する椎骨間に針を挿入している間の針の再整列を示す。
【図７】隣接する椎骨間の硬膜上腔に完全に挿入された場合の針を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図９】図８の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図１１】図１０の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図１３】図１２の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図１５】配送装置の針をヒト患者の脊柱の椎骨間に挿入するために具体化された本発明の第６の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図１６】患者の背中の平面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器アセンブリの取付を示す。
【図１７】患者の背中の立面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器アセンブリの取付を示す。
【図１８】患者の脊柱を通る（図１６の断面ＩＶ−ＩＶに沿った）長手方向断面図を示す。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図２（ｄ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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