(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置を構成するためのコンピュータの方法であって、少なくとも１つのデータ処理装置上でオペレーションを実行するステップを含み、前記オペレーションは：
管の明細事項を表示するステップであり、前記管の明細事項は、複数の異なる直径の管の中の少なくとも１つの直径の指示、及び、各管に対応するそれぞれの曲率半径を少なくとも１つ含み、少なくとも１つの管に対して、前記それぞれの曲率半径は、少なくとも１つのより大きな直径の管に対して可能である曲率半径よりも小さい、ステップ；
前記装置によって調査されることになる空間の説明を受けるステップであり、前記説明は、
少なくとも１つの開始ポイント、
少なくとも１つの自由空間、及び／又は、少なくとも１つの障害、並びに
少なくとも１つの目標ポイント、
の表示を含む、ステップ；
複数の管を選択するステップであり、前記管が展開される場合に、前記空間を通る少なくとも１つの経路を、前記開始ポイントから前記目標ポイントまで自由空間を通り障害を回避して定めるように選択し、前記管の明細事項及び説明に応じて実行されるステップ；
を含み、
前記選択するステップの出力が：
少なくとも一連の管の明細事項；
各管に対する少なくとも１つの曲率半径；
各選択された管に対するそれぞれの長さ；及び
前の管に対する管の角度配向；
を含む、方法。
【請求項２】
前記曲率半径の少なくとも１つが、それぞれの前記管の直径に対するできる限り張った回転半径に基づき選ばれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記管の明細事項は、製造設備にて維持されることが予想される別々の管のセットに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の管を選択するステップは、少なくとも１つの媒体上の機械可読な近傍の読み取りを含み；
前記空間の説明は、前記媒体上で具体化される機械可読な配置空間のデータ構造を含み；さらに、
前記選択するステップが、前記近傍に応じて前記配置空間を通してコスト波動を伝播することによってＡ*を適用するステップを含む；
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記選択するステップの出力がアニメーションを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
同心状の管のセットを計画するためのコンピュータの方法であって、少なくとも１つのデータ処理装置においてオペレーションを実行するステップを含み、前記オペレーションは：
調査されることになる空間の機械可読な説明を、媒体上で具体化される機械可読な配置空間のデータ構造の形状で受けるステップ、並びに、少なくとも１つの開始、少なくとも１つの目標、及び、少なくとも１つの障害を考慮するステップ；
媒体上で具体化され、複数の異なる直径の管、及び、各管に対応する少なくとも１つのそれぞれの曲率に影響を与える特性の情報を含む機械可読な適応的近傍のデータ構造を受けるステップ；
Ａ*、前記配置空間のデータ構造、及び、前記適応的近傍のデータ構造を使用し、前記障害を回避して、最も遠位な管から最も近位な管までコスト波動を伝播するステップであり、前記セットの正味の曲率が、前記それぞれの曲率に影響を与える特性の少なくともいくつかの効果を組み合わせるように個々の管の効果を蓄積するステップを含む、ステップ；並びに、
Ａ*に応じて、コスト波動の伝播から生じる前記開始から前記目標までの経路に従うよう展開されることになる管のセットの明細事項を出力するステップ；
を含む、方法。
【請求項７】
前記曲率に影響を与える特性が曲率半径である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記曲率に影響を与える特性が慣性モーメントである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記曲率に影響を与える特性が弾性である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記曲率に影響を与える特性が角度配向である、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記蓄積するステップが、
前記配置空間の少なくとも１つの状態ノードにおける正味の曲率をセーブするステップ；及び、
前記セーブされた正味の曲率を、前記１つの状態ノードの後に、次の状態ノードを開放することに使用するステップ；
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記蓄積するステップが、
前記配置空間のデータ構造の最新の状態ノードを開放すると、該開放に先立ち行われた少なくとも１つの個々の管の選択に対応する、少なくとも１つの曲率に影響を与える特性に関する少なくとも１つの値を検索するステップ；及び、
前記値を、最新の個々の管選択と付随する値と組み合わせるステップ；
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記近傍のデータ構造が、少なくとも１つの管に対して、少なくとも１つの他の管から曲率に影響を与える特性の効果を蓄積する非対称の結果として生じる角度配向値を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記近傍のデータ構造が適応的であり、前記近傍が、管数に依存し、且つ、各管数に対して、
弾性及び／又は慣性モーメントに応じる少なくとも１つのそれぞれの値；
少なくとも１つの管数に対して対称であり、少なくとも１つの他の管数に対して非対称である、複数のそれぞれの角度回転値；並びに、
それぞれの直径に対応するそれぞれの回転半径を有した管を、前記回転半径がより近位な管に対して可能である回転半径よりも小さいように選択することに対する選択権；
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記出力がアニメーションである、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのデータ処理装置上でオペレーションを実行するステップを含むコンピュータの方法であって：
侵入されることになる物理的なタスク空間を表示するステップ；
前記空間内で展開されることになる管のセットを表示するステップであり、前記管のセットを表示することが、各管に対する少なくとも１つの曲率に影響を与える特性の指示を含む、ステップ；
前記表示された物理的なタスク空間及び管のセットに応じて、同心状の管の構成を計画する一方で、前記曲率に影響を与える特性による前記管間の相互作用を考慮するステップであり、前記構成が、該構成の正味の曲率を示す、ステップ；並びに、
同心状の管の組立体を製造することができる形状で、前記構成を伝えるステップ；
を含む方法。
【請求項１７】
前記物理的なタスク空間を表示するステップが、媒体上の機械可読な配置空間のデータの読み取りを含み、
前記管のセットを表示するステップが、媒体上の機械可読な近傍のデータの読み取りを含み、さらに、
計画するステップが、前記曲率に影響を与える特性を考慮する前記近傍に応じて前記配置空間にＡ*を適用するステップを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記近傍が適応的である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１８に記載の方法のうちいずれかの結果に応じて組み立てられ、人体内に展開される用意ができている、同心状の管の組立体。
【請求項２０】
データ処理装置によって可読な、データ構造を具体化する媒体であって、前記データ構造が、ロボットの装置に対する経路及び／又はロボットの装置の構成を計画することに使用するための近傍であり、前記計画は、Ａ*及び配置空間のデータ構造を使用したコスト波動伝播と協同し、前記近傍は、複数のサブデータ構造を含み、各サブデータ構造は、前記経路に沿った、及び／又は、前記構成におけるあり得る選択権を表し、前記近傍は適応的である、媒体。
【請求項２１】
１又は複数の値、及び／又は、前記データ構造内のサブデータ構造が、経路及び／又は装置の構成に対して前に選択された選択権に依存している、請求項２０に記載の媒体。
【請求項２２】
計画するステップが、同心状カニューレの組立体の構成に対するものであり、
前記配置空間が、前記組立体が展開されることになる体の内部の走査に応じて表示を含み、
各サブデータ構造が、管、及び、該管のそれぞれの曲率に影響を与える特性の表示を含み、さらに、
Ａ*及び配置空間と協同して前記近傍が適応されて、前記組立体を出力する、
請求項２０に記載の媒体。
【請求項２３】
システムであって、
体の走査に関するデータを受けるためのインターフェースと；
コード及びデータを記憶するための少なくとも１つの媒体と；
オペレーションを行うことによって同心状カニューレのセットを計画するための少なくとも１つのプロセッサであり、
前記オペレーションが、
管の明細事項を表示するステップであり、前記管の明細事項は、複数の異なる直径の管の中の少なくとも１つの直径の指示、及び、各管に対応するそれぞれの曲率半径を少なくとも１つ含み、少なくとも１つの管に対して、前記それぞれの曲率半径は、少なくとも１つのより大きな直径の管に対して可能である曲率半径よりも小さい、ステップ；
前記同心状カニューレのセットによって調査されることになる空間の説明を受けるステップであり、前記説明は、
少なくとも１つの開始ポイント、
少なくとも１つの自由空間、及び／又は、少なくとも１つの障害、並びに
少なくとも１つの目標ポイント、
の表示を含む、ステップ；
複数の管を選択するステップであり、前記管が展開される場合に、前記空間を通る少なくとも１つの経路を、前記開始ポイントから前記目標ポイントまで自由空間を通り障害を回避して定めるように選択し、前記管の明細事項及び説明に応じて実行されるステップ；
を含み、
前記選択するステップの出力が：
少なくとも一連の管の明細事項；
各管に対する少なくとも１つの曲率半径；
各選択された管に対するそれぞれの長さ；及び
前の管に対する管の角度配向；
を含む、プロセッサと；
前記計画に応じて入れ子式カニューレの明細事項を供給するためのインターフェースと；
を含むシステム。
【請求項２４】
システムであって、
体の走査に関するデータを受けるためのインターフェースと；
コード及びデータを記憶するための少なくとも１つの媒体と；
オペレーションを行うことによって同心状カニューレのセットを計画するための少なくとも１つのプロセッサであり、
前記オペレーションが、
調査されることになる空間の機械可読な説明を、媒体上で具体化される機械可読な配置空間のデータ構造の形状で受けるステップ、並びに、少なくとも１つの開始、少なくとも１つの目標、及び、少なくとも１つの障害を考慮するステップ；
媒体上で具体化され、複数の異なる直径の管、及び、各管に対応する少なくとも１つのそれぞれの曲率に影響を与える特性の情報を含む機械可読な適応的近傍のデータ構造を受けるステップ；
Ａ*、前記配置空間のデータ構造、及び、前記適応的近傍のデータ構造を使用し、前記障害を回避して、最も遠位な管から最も近位な管までコスト波動を伝播するステップであり、前記セットの正味の曲率が、前記それぞれの曲率に影響を与える特性の少なくともいくつかの効果を組み合わせるように個々の管の効果を蓄積するステップを含む、ステップ；並びに、
Ａ*に応じて、コスト波動の伝播から生じる前記開始から前記目標までの経路に従うよう展開されることになる管のセットの明細事項を出力するステップ；
を含む、プロセッサと；
前記計画に応じて入れ子式カニューレの明細事項を供給するためのインターフェースと；
を含むシステム。
【請求項２５】
システムであって、
体の走査に関するデータを受けるためのインターフェースと；
コード及びデータを記憶するための少なくとも１つの媒体と；
オペレーションを行うことによって同心状カニューレのセットを計画するための少なくとも１つのプロセッサであり、
前記オペレーションが、
侵入されることになる物理的なタスク空間を表示するステップ；
前記空間内で展開されることになる管のセットを表示するステップであり、前記管のセットを表示することが、各管に対する少なくとも１つの曲率に影響を与える特性の指示を含む、ステップ；
前記表示された物理的なタスク空間及び管のセットに応じて、同心状の管の構成を計画する一方で、前記曲率に影響を与える特性による前記管間の相互作用を考慮するステップであり、前記構成が、該構成の正味の曲率を示す、ステップ；並びに、
同心状の管の組立体を製造することができる形状で、前記構成を伝えるステップ；
を含む、プロセッサと；
前記計画に応じて入れ子式カニューレの明細事項を供給するためのインターフェースと；
を含むシステム。
【請求項２６】
複数の管を含む展開可能な同心状カニューレのセットであって、各管が、直径、長さ、及び、回転半径を含むパラメータによって定められ、前記複数の管のうち少なくとも１つが、より大きな直径の管に対して可能である回転半径よりも張ったそれぞれの回転半径を有する、同心状カニューレのセット。
【請求項２７】
前記それぞれの回転半径が、前記１つの管に対する最大の歪みを考慮して、できる限り張った値である、請求項２６に記載の同心状カニューレのセット。
【請求項２８】
少なくとも第１及び第２の管が直線ではなく、それぞれ第１及び第２の曲率半径を有し、該第１及び第２の曲率半径が等しくない、請求項２６に記載の同心状カニューレのセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、医療患者の人体等、体内への同心状カニューレの挿入を計画する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の関連する出願及び特許文献：
・Ｔｒｏｖａｔｏ等に対して１９９０年８月１４日に発行された米国特許第４，９４９，２７７号
・Ａｖｅｒｋｉｏｕ等に対して１９９９年３月９日に発行された米国特許第５，８７９，３０３号
・Ｄｏｒｓｔ等に対して２００３年８月５日に発行された米国特許第６，６０４，００５号
・２００６年１０月６日に出願した、Ｔｒｏｖａｔｏ等による先行の同時係属中の米国特許出願第１２／０８８８７０号（３Ｄ  Ｐａｔｈ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、米国公開特許出願第２００８／０２３４７００号、２００８年９月２５日
・２００９年６月１６日に出願した国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５２５０号である、Ｔｒｏｖａｔｏ等による先行の同時係属中の米国仮特許出願第６１／０７５，８８６号、２００８年６月２６日、及び、第６１／０９９，２２３号、２００８年９月２３日、（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｆａｓｔ，Ｐｒｅｃｉｓｅ  Ｐａｔｈ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ）
・２００９年１０月１２日に出願した国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５４４７４号である、２００８年１０月１７日出願したＧｒｅｅｎｂｌａｔｔ等による先行の同時係属中の米国仮特許出願第６１／１０６２８７号（Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ  Ｎｅｓｔｅｄ  Ｃａｎｎｕｌａ）
・国際公開ＷＯ２００８／０３２２３０  Ａ１号、２００８年３月２０日である、２００７年８月１５日に出願したＴｒｏｖａｔｏによる先行の同時係属中の国際出願ＩＢ２００７／０５３２５３号（Ａｃｔｉｖｅ  Ｃａｎｎｕｌａ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｓｕｒｇｅｒｙ）
・２００９年６月１２日に出願した国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５２５２１号である、２００８年６月２５日に出願したＴｒｏｖａｔｏによる先行の同時係属中の米国仮特許出願第６１／０７５４０１号（Ｎｅｓｔｅｄ  Ｃａｎｎｕｌａｅ  ｆｏｒ  Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｓｕｒｇｅｒｙ）
は、全内容を本出願に援用する。
【０００３】
これらの文献は、漸増的に選ばれた場合、以下のように概略で要約される医療用途を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，９４９，２７７号
【特許文献２】米国特許第５，８７９，３０３号
【特許文献３】米国特許第６，６０４，００５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
適応的近傍及び改善された計算を使用して、以下の目標のうち１又は複数の目標を達成することが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図１では、患者１０１が、走査装置１０２において走査されている。走査装置は、超音波、ＣＴ走査、又は、ＭＲＩ走査等、いかなる適したタイプのものでもあり得る。例えば肺等、患者の体のいかなる部分も走査することができる。走査の結果は、患者の体の内部構造を示すことである。内部構造は、肺の気道、血管、尿道、鼻孔、又は、腸等の管状経路を含み得る。内部空間は、胃、膀胱、又は、洞等、より開いた状態であり得る。場合によっては、内部構造は固体の組織であるが、例えば脳内等、特定の領域が好ましい場合もある。医療用途は、いかなる特定の走査技術にも、又は、いかなる特定の体の内部空間にも限定されない。
【０００７】
前記走査装置は、走査からのデータを集める及び処理するためにプロセッサ１０３を含む。プロセッサは、いかなる適したタイプのものでもありえ、一般的には、実行可能なプログラムコード及びデータを記憶するために少なくとも１つの機械可読媒体を含む。１又は複数の異なるタイプの多数のプロセッサ及び多数の記憶媒体が存在する場合がある。前記プロセッサは、外部の装置と連絡するある種の方法を有する場合が多くある。このプロセッサは、無線通信のためのアンテナ１０５と共に例示されているが、連絡は、インターネット、赤外線等に対して、光ファイバーを介して、又は、いかなる適した方法を介しても、等しく優れて接続され得る。前記走査装置は、ディスプレイ、タッチスクリーン、キーボード、ポインター装置、マイクロフォン、ラウドスピーカー、プリンター、及び／又は、いかなる他のユーザーインターフェースの周辺機器のうち１又は複数含んだ少なくとも１つのユーザーインターフェース１０４も含む。本発明は、使用者又は外部の機器と連絡するためのいかなる特定の周辺機器にも限定されない。
【０００８】
全ての処理が走査装置内で生じ得るけれども、経路、及び、その経路に従うための「正味の形状」の仮のセットの計画を行うための外部のプロセッサ１０６もあり得る。プロセッサ１０６は、データ及びプログラムコードを記憶するために少なくとも１つの媒体１０７と付随する。媒体１０７は、磁気、光学、又は、電子等、種々のタイプのドライブ、及び、実行コード及びデータ構造が属することができるキャッシュ等のメモリも含み得る。計画処理の出力が概略的に例示されており、いかなる適切なフォーマットでの技術的詳述１０８、及び、同心状カニューレ１０９自体も含む。
【０００９】
図２は、走査による画像から区分された患者の肺における管状経路の画像を示している。標的位置への途中でのダメージを最小限にするため、前記管状経路内に医療装置を挿入することが所望される。この種の外科的手術は、内視鏡が経路を通り抜けるよう使用される場合に、ＮＯＴＥＳ（経管腔的内視鏡手術）と呼ばれる。この種の外科的手術は、外科的標的が管状のアクセス内にあることを必要としないが、正しくは、経管腔的に標的に到達することができるよう現存する管を通り抜ける道具を有することによって標的がより少ない外傷で到達されることを必要とする。
【００１０】
アクティブカニューレ等の管状装置が提案されてきた（例えば、Ｒ．Ｊ．Ｗｅｂｓｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｏｗａｒｄ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃａｎｎｕｌａｓ：Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｓｎａｋｅ−ｌｉｋｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｒｏｂｏｔｓ”２００６  ＩＥＥＥ／ＲＳＪ（Ｏｃｔ．２００６，Ｂｅｉｊｉｎｇ，  Ｃｈｉｎａ）ｐｐ．２８５７−２８６３を参照）。これらの装置は、２つ以上の管が互いに相対して回転するため、この管間での相互作用に頼って、横方向の動きを止める。特に、１つの管に沿って異なる曲率を有する場合に、管が互いから伸長されるため、種々の横方向の動きも止めることができる。動きが注意深く特徴づけられる場合、自由空間におけるロボットと同様に、これらの動きを使用して多数の位置に到達することができる。しかし、これらの装置は、横の動きが利用可能な手技空間よりも大きいと、経管腔的に伸長された場合に問題を有する恐れがある。Ｗｅｂｓｔｅｒの論文は展開中の管の相互作用を考慮しているけれども、アクティブカニューレに計画した経路に従わせることに関する問題点の考慮が欠けている。
【００１１】
そのような装置は、データを集めること、組織を集めること、又は、他の処置を行うことに寄与し得る。例えば患者の画像に基づき、最大から最小まで一組の管を伸長させることができるため、展開された場合に、前記管は、各カニューレのうち少なくとも一部が患者の近位端にて残り、一方、より小さなカニューレが、直径とは逆の順序で患者の内部空間内に伸長される構造を有する。このように、最も太いカニューレがより近位で終了し、一方、最も細いカニューレがより遠位に及ぶ。本明細書において、カニューレは、展開された場合により遠位で終了すると、より遠位であると考慮され、展開された場合により近位で終了すると、より近位であると考慮される。
【００１２】
入れ子式カニューレは、最小限の横方向の動き（くねくねさせる動き）を用いて特定の環境における特定の位置に到達するよう構成されるため、アクティブカニューレとはいくぶん異なる。入れ子式カニューレの１つの種類において、管は、互いに対して回転しないように重ねあわされる。挿入は、管状経路又は他の組織に対する外傷を最小限にするべきである。そのような外傷は、カニューレの動きから生じ得る。入れ子式カニューレは、例えば、２００９年１０月１２日に出願した国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２００９／０５４４７４号である、２００８年１０月１７日に出願したＧｒｅｅｎｂｌａｔｔ等による先行の同時係属中の米国仮特許出願第６１／１０６２８７号（Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ  Ｎｅｓｔｅｄ  Ｃａｎｎｕｌａ）に記載されている。
【００１３】
図３は、従われる処理の例を概略的に示している。第一に、患者は、３０１にて走査される。禁制の領域、及び、一般的に、他の領域を通り抜けるためのコストを示した画像が、次に、３０２にて作製される。例えば、図２に示されているように、気道を画像の残りから抽出するために画像を区分することができる。次に、３０３にて一連の形状を含む経路が計画される。先行の経路計画の適用において記載されているように、これは、探し始めるために種の位置（ｓｅｅｄ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）を定めることを必要としている。後に、同心状カニューレ装置が、３０４にて専門家によって受け取られる特定の形状に達するために構築される。最後に、特定の順序で管を伸長させることによって、３０５にて患者において所望の処置を行うことができる。
【００１４】
現代技術の柔軟性が与えられると、これらの操作のうち多くを離れて行うことができる。例えば、１つの場所において（例えば区分された）内部空間のモデル内にデータを処理することができる。前記空間を通る経路、及び、その経路に従うのに適した装置を、第２の場所において計画することができる。次に、前記装置は、患者内への挿入のために技術者又は医師まで戻される前に、第３の場所において組み立てることができる。好ましくは、入れ子式カニューレ装置の組み立ては、優れた品質及び衛生管理を有した製造場所において行われるが、それにもかかわらず、これらのステップ全てを、１つの場所において、医師自身が挿入されることになる装置を組み立てて行うことができるということがあり得る。
【００１５】
アクティブカニューレの展開を容易にするために、Ａ＊スタイルの経路計画を使用することが提案されてきた（例えば、全内容を本出願に援用し、本出願の一部をなす、２００６年１０月６日に出願した、Ｔｒｏｖａｔｏ等による先行の同時係属中の米国特許出願第１２／０８８８７０号“３Ｄ  ＴＯＯＬ  ＰＡＴＨ  ＰＬＡＮＮＩＮＧ，ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ”、米国公開特許出願第２００８／０２３４７００号、２００８年９月２５日を参照）。この種の計画は、「配置空間」を活用する。「配置空間」は、少なくとも１つの機械可読媒体上に記憶されたデータ構造である。配置空間は、物理的なタスク空間に関する情報を表している。この場合、物理的なタスク空間は、アクティブカニューレが挿入されることになる患者の体の内部構造である。配置空間は、多くの「ノード」又は「状態」を含み、それぞれ、挿入中の装置の配置を表している。
【００１６】
図４は、Ｔｒｏｖａｔｏ等による先行の同時係属中の米国仮特許出願第６１／０７５，８８６号、２００８年６月２６日、及び、第６１／０９９，２２３号、２００８年９月２３日によって教示されたように、配置空間においてノードを生じるためのソースプログラムコードを示しており、そこに教示された方法を使用してメモリを最小限にするよう改善されることが好ましい。そのようなプログラムコードは、機械により実行可能なコードに変換され、本発明によって使用するために媒体上で具体化される。コードが実行される場合、媒体上で具体化されたように配置空間のデータ構造を生じる。この特定のコードは、人体の内部空間に関して有利であるとわかった。このコードは、６Ｄ空間が、非常に正確な位置及び配向を有する３Ｄに圧縮されるのを、その配置状態の位置から推測するのではなく、３Ｄ配置空間の経路を増大させることによって可能にしている。
【００１７】
配置空間に適用された場合にＡ＊又は「コスト波動伝播（ｃｏｓｔ  ｗａｖｅ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）」は、配置空間を探索し、ポインター等の方向を残し、訪れた状態全てにて「種までの最良の経路」を生じる。「コスト波動の伝播」は、標的ポイントであることが多い探索の種（ｓｅａｒｃｈ  ｓｅｅｄ）から始まることを含む。配置空間のデータ構造を介したコスト波の伝播は、「近傍」として知られる媒体上で具体化されたさらなるタイプのデータ構造を活用する。近傍は、配置空間における１つの状態からその配置空間内の他の状態までの許される移行の機械可読な表示である。例えば図６において、（ファイバーとも呼ばれる）１つの弧の１つの曲率が、所与の位置に対して８個の平等に離れた回転にて示されている。弧の長さは、用途に応じて９０又は１８０度未満に限定される場合があり、中心に示された糸（ゼロ曲率の弧）も、ほぼ同じ長さに限定される場合がある。
【００１８】
コスト波動の伝播は、１つの状態から近傍の状態までの移行のためにこうむったコストを評価する関数である「距離関数」も含む。
【００１９】
「同心状カニューレ」という用語は、上記のアクティブカニューレ及び入れ子式カニューレを含むよう本明細書において使用される。本発明は、どちらのタイプにも適用可能である。
【００２０】
アクティブカニューレに使用するのに有利な材料は、Ｎｉ−Ｔｉ合金（ニチノール）である。ニチノールは、「形状記憶」を有しており、すなわち、ニチノールの管／ワイヤの形状は、高い温度にてプログラム又は予めセットすることができる。従って、（例えば室温又は体温等の）より低い温度にて、より小さい管が大きな管から伸びる場合に、管はその「プログラムされた形状」まで戻る。ニチノールの別の利点は、ＭＲＩ機械内で使用することができるということである。ニチノールは比較的強い材料であり、従って、薄肉にすることができ、いくつかの管の入れ子を可能にする。０．８ｍｍという５ｍｍから０．２ｍｍまでの外径及びそれ以下を有した管は、市場において容易に入手可能である。ポリカーボネート等の他の材料も、特に、低コストの連動入れ子式カニューレに対して使用することができる。
【００２１】
最新式の同心状カニューレは、２つの一般的なタイプ：  
・管が使用中に互いに対して回転することができるということを意味する「アクティブカニューレ」；及び
・可能なかぎり回転を防ぐように管が構築されることを意味する「入れ子式カニューレ」
に至る。本発明は、どちらのタイプにも適用可能である。しかし、好ましくは、回転が組織にダメージを与える恐れがあるため、管の角度配向は、展開を通して固定されたままである。
【００２２】
アクティブカニューレに使用するのに有利な材料は、Ｎｉ−Ｔｉ合金（ニチノール）である。ニチノールは、「形状記憶」を有しており、すなわち、ニチノールの管／ワイヤの形状は、高い温度にてプログラム又は予めセットすることができる。従って、（例えば室温等の）より低い温度にて、より小さい管が大きな管から伸びる場合に、管はその「プログラムされた形状」をとる。ニチノールの別の利点は、ＭＲＩ機械内で使用することができるということである。ニチノールは比較的強い材料であり、従って、薄肉にすることができ、いくつかの管の入れ子を可能にする。０．８ｍｍという５ｍｍから０．２ｍｍまでの外径及びそれ以下を有した管は、市場において容易に入手可能である。それにもかかわらず、さまざまな種類のプラスチック等の他の材料も使用することができる。
【００２３】
計画の結果は、
・展開可能な同心状カニューレの物理的セット；及び／又は
・長さ及び半径に関するカニューレのセットの詳述；
であることが好ましい。
【００２４】
改善に対する特定の領域は、現存の方法及び装置に関して残されており、例えば、入れ子式カニューレのより優れた巧妙さは、より多くの曲率の半径を使用することができる場合に達成することができる。患者の組織に対する外傷は、前記セットにおけるいくつかのカニューレの、組み合わされた曲率に影響を与える特性を考慮に入れることによってさらに減らすことができる。
【００２５】
適応的近傍及び改善された計算を使用して、これらの目標のうち１又は複数の目標を達成することが所望される。種々の目的及び実施形態は、本文の残りにおいて明らかになる。
【００２６】
以下の図は、非限定的な例によって本発明を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】走査されている患者を示している。
【図２】肺のモデルを示している。
【図３】本発明が操作される処理の概略的な流れ図である。
【図４】キーとなる配置空間のデータ構造要素を満たすための、例として示されるプログラムコードを示している。
【図５】対称的な角度配向を示した管の角度配向の選択における近傍の表示の概略図である。
【図６】図５に示されたように角度がつけられたその他の名目上の糸との先行（特許）の糸の相互作用に基づく、管の糸における近傍の表示の概略図である。
【図７】種々の曲率の半径を有したカニューレの絵である。
【図８】最大の歪みの関数として、カニューレの回転半径に関するシミュレーション結果のグラフである。
【図９】カニューレ回転半径の関数として到達するブタの肺の割合に関するシミュレーション結果のグラフである。
【図１０】湾曲した管のセットの中心線を例示している。
【図１１Ａ】図１０における管に対する半径及び管のサイズの表である。
【図１１Ｂ】正味の曲率（ｎｅｔ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）の計算を示した表である。
【図１２】３つのあり得る曲率半径を有した３つのカニューレを示している。
【図１３】図１２における３つのカニューレの回転から生じる近傍を示している。
【図１４】異なる配向での２つの管のセットに対する例として示される入力の詳述、及び、共に近傍を形成する各対の相互作用から生じる正味の曲率に対する例として示される出力の詳述を示した表である。
【図１５】近傍のデータ構造要素を満たすためのプログラムコードである。
【図１６】異なる配向での２つの管のセットに対する例として示される入力の詳述、及び、共に近傍を形成する各対の相互作用から生じる正味の曲率に対する例として示される出力の詳述を示した表である。
【図１７】２つ以上の曲率を有した１つの管の概略図である。
【図１８Ａ】訂正されたキーとなる配置空間のデータ構造要素を満たすための例として示されるプログラムコードを示している。
【図１８Ｂ】管の詳述の例を示した表である。
【図１９】管が標的に向かって互いから伸長されるのに従った、管のアニメーションを示している。
【図２０】製造方法の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本明細書において、「管」及び「カニューレ」という用語は、展開されることになる装置の構成要素を表すよう取り替えて使用される。「目標」及び「標的」という用語も取り替えて使用される。
【００２９】
同心の管のセットにおける最小の管は、中央にある管である。この最小の管は、一般的な使用において、その他の管よりも遠くへ伸びることができるため、本明細書において「最も遠位な」管とも呼ばれる。同様に、前記セットにおける最大の管は、同心のセットの外側にあり、「最も近位な」管と呼ばれる。この専門用語は、管が展開されると最大の管が挿入のポイントの最も近くで終了するということを表している。最小の管は、経路全体を通って挿入のポイントから目標まで伸びる。
【００３０】
本発明の適用範囲の分野は、イメージング、化学療法、化学塞栓療法、放射線シード、光線力学的療法、神経系外科手術、アブレーション、腹腔鏡検査、血管手術、及び、心臓手術を含めた多くのタイプの処置を含むよう構想される。本発明による同心状カニューレは、複雑な機械の内部を調査する等、他の状況に適用可能であり得る。本明細書に記述される一般化したバージョンの適応的近傍は、ロボットの広い分野において適応範囲を有し得る。
【００３１】
いくつかの相互に依存する要因が、同心状カニューレの装置及び経路を計画することにおいて考慮されるべきであるということが所望される。これらは：
・標的としても知られる、行われることになる処置又は観察の部位；
・自由空間及び回避しなくてはならない障害を含めた物理的な構造；
・展開されることになるカニューレのセット；
・各カニューレの弾性；
・各カニューレの慣性モーメント；並びに
・各カニューレの曲率半径
を含む。
【００３２】
カニューレの相互作用
カニューレが互いに対して機械的に相互作用する方法のモデルは、参考文献一覧において以下で引用されるＷｅｂｓｔｅｒ等による論文において見られる。この論文は、カニューレ全ての組み合わされた効果の結果である曲率を同心状カニューレが有するということを説明している。
【００３３】
アクティブカニューレが互いに対して回転するに従い、その接合箇所の曲率も平面の曲率も変化する。従って、カニューレは、２つの動き：装置の先端の動き及び横方向の動きを行う。先端の前進は所望された特徴であるけれども、装置の本体の横方向の動きは、障害物との衝突を引き起こし得る。
【００３４】
種々のカニューレの弾性を用いた計画への１つのアプローチは、完全に逆の運動モデルを作成することである。そのようなモデルは、正確さという点で有利であり得るが、障害回避という点で問題点も含み得る。
【００３５】
別のアプローチは、経路及び入れ子式カニューレのセットが計画された後に、事後の補正として弾性に関連した計算を行うことである。これは、本明細書と同時に出願した、出願人のドケット番号が０１２１３９ＵＳ１である同時係属中の出願において取り上げられている。
【００３６】
第３のアプローチは、経路計画に対する人工知能タイプのサーチアルゴリズムの一部として、管の曲率に影響を及ぼす特性を使用することである。これの例は、例えば以下で取り上げられているように、Ａ*及び適切に選択された近傍を使用して配置空間を探すことである。
【００３７】
同心状カニューレのセットの記述は、｛Ｋｉ，αｉ，Ｉｉ｝のｎセットの形をとることができ、Ｋｉは、ｉ番目の区分の曲率であり、αｉは、ｉ−１の管に対するｉ番目の管の角度配向であり、さらに、Ｉｉは、ｉ番目の管の断面の慣性モーメントである。
【００３８】
いくつかの例として示される湾曲した区分（糸と呼ばれることもある）の角度配向は、図５において中央にある直線の区分５０２と共に５０１にて示されている。図において、αｉの角度の各値は、追加の４５度ずつ増え、この場合、完全な３６０度を８個の等しく離され対称の曲線に等しく分けている。各管ｉは、図の平面において反時計回りに測定されるとして示されている。選ばれた離散化は、隣接する曲線間で４５°を有した８個の異なる角度に対して対称のセットである。当業者は、所望のレベルの正確さに対して必要とされるより多くの又はより少ない角度を選び場合があり、あるいは、等しく離されない角度を選ぶ場合がある。生じる角度が多いほど計画はより正確になるが、メモリの必要性をわずかに上げ、計算の複雑さを増す。当業者は、離散化を選ぶことにおいてこれらの要因のバランスを保たなければならない。好ましくは、角度配向αｉは、先行する管、すなわち近位の管に相対して固定される。これは、全体の装置の本体が展開中に横方向に動かないことを保証し、衝突回避とも呼ばれる障害物が接触されないことを保証し、組織外傷が減らされる。
【００３９】
非対称的な管の配向の選択を示した図６は、以下でさらに取り上げられる。
【００４０】
図７は、本発明による種々の「正味の」曲率、
【００４１】
【数１】
0005744753.tif 000002
を有した展開された同心状カニューレを示している。管はどれも直線ではない。一般的に、カニューレが小さいほど、大きなカニューレよりも小さい回転半径（又同等により大きな曲率）を形成する可能性を有している。これは、後により詳細に取り上げられる。これは、平面の図面のため、展開された装置は、平面内に示されている。実物においては、展開された装置は、種々の曲率が異なる平面内にある三次元の形状を有するはずである。
【００４２】
管の曲率（Ｋｉ）の選択
管ｉは、最小の「回転半径」、又同等に、最大の曲率Ｋｉを達成することができ、Ｒｉ＝１／Ｋｉであり、Ｋｉは、管に対する最大の歪み値に依存する。この最大の歪みは、材料の特性である。管が保護管から伸長された後、その元の形状に戻るためにその弾性能力を維持するのを保証すること、及び、多数の操作が可能であると保証することが所望される。これらの要因は、受け入れ可能な量の歪みをさらに減らす。達成可能な曲率は、管の外径及び歪みの関数である。図８において記述されているように、回転半径が小さいほど、小さい管が可能である。しかし、先の計画方法は、全ての管の曲率が、再大の管の１つの「回転半径」に等しかったと仮定している。この仮定は、より小さい直径のカニューレの巧妙さを不必要に限定してしまう。
【００４３】
図８は、外径に基づいた異なる歪みにて達成可能な最小回転半径の例を示している。与えられた歪みは、ニチノールに対する典型的なものである。横軸は、０．３１から４．３７に及ぶ、ミリメートルで表された管の外径を示している。縦軸は、できる限り張った（最小の）回転半径を示している。縦軸は、ミリメートルで示されており、０から５０に及んでいる。三角の印は、０．０５という最大の歪みを有した管に対する外径の関数としての回転半径を表している。四角の印は、０．０６という最大の歪みを有した管に対する外径の関数としての回転半径を表している。ひし形の印は、０．０８という最大の歪みを有した管に対する外径の関数としての回転半径を表している。外径が増すに従い、回転半径も増す。
【００４４】
一般に、各管の最大曲率、すなわち、最小曲率半径は、以下の式、
【００４５】
【数２】
0005744753.tif 000003
によって算出することができ、ｄｉは、ｉ番目の管の外径であり、εｉは、ｉ番目の管の歪みであり（同じ材料を有した管に対して、εは全ての管に対して同じになる）、
【００４６】
【数３】
0005744753.tif 000004
は、最大曲率である（以下のｐ２８２５にて参考文献一覧において引用したＷｅｂｓｔｅｒの論文を参照）。
【００４７】
図９は、８個の湾曲した近傍及び１つの直線の近傍を有した図５において示されたもの等の近傍に基づく到達可能性の調査を示している。湾曲した近傍は、全ての直径の管に対して固定された回転半径を有していると仮定される。横軸は、５から４０に及ぶミリメートルでの選択された回転半径である。縦軸は、ゼロから１００％に及び、到達された気道のボクセル全ての割合を示している。この図において、印は、試料であるブタの肺の９９％に到達することができる８ミリメートルの回転半径；ブタの肺の９３％に到達することができる１８ミリメートルの回転半径；ブタの肺の８８％に到達することができる２８ミリメートルの回転半径；及び、肺のうち８５％のみに到達することができる３８ｍｍの回転半径；に対して強調されている。曲線上に重ねられた肺モデルの実例は、どのようにして曲率半径を大きくすることが肺内の微細構造までの接近を減らすかということを示している。グラフ上には、各印に対する実例が存在する。
【００４８】
ブタの肺のコンピュータモデルに基づいたこのシミュレーションの目的で、衝突の観点からの限定として管の直径は考慮しなかった。経路計画の計算の間、経路が肺内にある限り、印を、回転半径の問題なしに、幅が広い管により理論的に「到達可能である」と考慮した。
【００４９】
到達可能性に対する回転半径の効果に関するシミュレーションが、肺に関して本明細書において与えられているけれども、有利な結果を、脈管構造等の他の本体領域に関して達成することができる。
【００５０】
任意選択として、管の各サイズに対するできる限り張った曲率を使用するために組み込まれた特許文献に従い経路プラナーを注文に応じて作ることによって、より大きな巧妙の同心状カニューレのセットを計画することができる。しかし、ｉ番目の管の曲率は、ゼロの曲率が直線の管を定める可能な範囲、
【００５１】
【数４】
0005744753.tif 000005
においていかなる値も有するよう選択することができる。
【００５２】
図１０は、例として示される、先端が９０度回転されるまで伸びる曲率のセットに加えて、同じグラフ上に示された直線の糸を示している。これらの曲率は、管の中心線を示してはいるが、内又は外径は示していない。示された糸は、直線の糸１００９と共に、図１１の表に明記されているように、外径に関連した例として示される曲率を有している。選択された曲線は、近傍のデータ構造において表すことができる関連する湾曲した糸の選択のセットを形成するためにＸ軸に関して回転することができる。図１２は、３つの曲率の選択のセットの例を示している。図１３は、管の選択の近傍の概略的実例を生じるために、いくつか別の角度配向まで回転される３つの曲率を示している。
【００５３】
同心状カニューレのセットが組み立てられた時、カニューレの数は、管の最も外側の直径を定める。管の数は、計画者によって選択された近傍から生じる管の特定の曲率及び配向を伴う。
【００５４】
適応的近傍
「適応的」近傍は、配置空間内の状態の関数として変化し得るものである。これらの変化は、通常、１又は複数の隣接する状態と付随した値に基づき、通常、コスト波動伝播の間に動的に生じる。同心状カニューレの場合、近傍は、管の数の関数として、さらに、コスト波動伝播の間に訪ねられた管の関数としても変化する。
【００５５】
異なる曲率を有した２つの管が互いに対して角度的に回転される場合、その角度及び曲率の相互作用が考慮されなければならない。結果として生じる曲率は、２つの平面要素を有する。一般化された形状の結果として生じる「正味の曲率」は、２つの管間での弾性の相互作用に頼り、
【００５６】
【数５】
0005744753.tif 000006
として与えられ、α１及びα２は、参照軸についての回転角度であり、Ｋ１及びＫ２は、管の曲率であり、さらに、Ｅ１Ｉ１及びＥ２Ｉ２は、それぞれ各管に対するヤング率及び慣性モーメントの積である。
【００５７】
結果として生じる曲率
【００５８】
【数６】
0005744753.tif 000007
は、２Ｄベクター：
【００５９】
【数７】
0005744753.tif 000008
であり、
【００６０】
【数８】
0005744753.tif 000009
及び
【００６１】
【数９】
0005744753.tif 000010
は、最終的な（正味の）曲率及び配向である。
【００６２】
【数１０】
0005744753.tif 000011
という値は、組み立てられる管に対する正味の曲率及び正味の配向を表している一方で、｛Ｋｉ，αｉ｝という値は、「本来の」予め組み立てられた管の曲率及び配向を表している。
【００６３】
展開中、一般的には、ｉが最も外側の管を表してモーメントＩｉ，Ｉｉ＋１，Ｉｉ＋２、曲率Ｋｉ，Ｋｉ＋１，Ｋｉ＋２、及び、角度αｉ，αｉ＋１，αｉ＋２を有した３つの管等、２つ以上の管の間で相互作用が生じる。計算を簡単にするために、結果として生じる曲率は、２つの入れ子式管（例えば、ｉ及びｉ＋１）が、第３の管と相互作用する場合に１つの管として作用するという事実を用いた数式５を使用してコンピュータで計算される。前記２つの管は、慣性モーメントＩ１＝Ｉｉ＋Ｉｉ＋１、及び、曲率
【００６４】
【数１１】
0005744753.tif 000012
を有する。第３の管は、１つの管として作用し、Ｉ２＝Ｉｉ＋２及びＫ２＝Ｋｉ＋２を定める。
【００６５】
この適応的近傍モデルが、米国仮特許出願第６０／７２５，１８５（ＷＯ２００７／０４２９８６）号における「許される動きの近傍」の糸をコンピュータで計算するために使用される場合、各伝播ステップにおいて、Ａ＊アルゴリズムが伝播するに従い、管の相互作用を説明することが可能である。伝播は、管を順次に層にすることができるように、最小の管が一般的には標的まで伸びる場所に位置した「種」から生じることが好ましい。
【００６６】
本明細書において計算を簡単にするために、管全てがまさに同じ材料から作製されると仮定されるため、
【００６７】
【数１２】
0005744753.tif 000013
及び
【００６８】
【数１３】
0005744753.tif 000014
が存在し、式中、
【００６９】
【数１４】
0005744753.tif 000015
及び
【００７０】
【数１５】
0005744753.tif 000016
は、それぞれ、管の外半径及び内半径であり、ｃｏｎｓｔ１は、
【００７１】
【数１６】
0005744753.tif 000017
を有した定数である。この場合、数式５は、全てのＥｉ及びｃｏｎｓｔ１を相殺し、従って、
【００７２】
【数１７】
0005744753.tif 000018
を使用して簡単にすることができる。当業者は、異なる材料を含むよう装置を変えることができる。そのような場合、計算は、それを反映するよう変えられなければならない。
【００７３】
図１１Ｂは、０、１、及び、２と番号がつけられた３つの管を使用した例を示している。
【００７４】
管０は、最小の外径（ＯＤ）を有した最小の管であり、一般的に、標的（探索のための種の位置）に接触する。管０は、１８ｍｍの回転半径（曲率＝０．０５６ｍｍ−１）、及び、４５°の角度配向（０．７８５４ｒａｄ）を有している。管１は、次の物理的な管であり、曲率０．０３６ｍｍ−１（半径＝２８ｍｍ）を有している。管２は、０．０２９ｍｍ−１の曲率を有している。
【００７５】
管０及び管１に対する数式５の相互作用モデルから、正味の曲率及び角度を定めるために結果として生じる相互作用をコンピュータで計算することが可能である。これは、図１４の表に示されている。この表は、従って、２つの相互作用する管の例であり、第１の管は、ある角度で設定されると仮定され、例えば、それは、標的からその時の位置まで導く管の角度であり得る。第２の管は、例えば第１の管の先端から伸びる８個の異なる角度のいずれにおいても置くことができる。その相互作用の正味の結果は、図６において示されたものと類似の正味の近傍である。従って、図５で示された対称的な近傍の代わりに、正味の近傍は、図６で示されているように曲率においても角度においても非対称的であり、相互作用する管の結果としてとられる経路を描く。
【００７６】
前記非対称は、図１４の表から、最後２つのコラムにおいて観察することができる。この近傍は、一度だけコンピュータにより計算されるわけではなく、一般的には各新たなノードが開放される（伸長される）時である各区分の移行にて再度計算されなければならない。区分及び区分の移行は、図７に示されており、下付き文字が０（ゼロ）の第１（最小）の管に対しては、近傍における弧状の糸は、３６０°の円上で均一に（例えば、図５の８個の孤形が描かれた近傍に対して４５°ごとに）分布されている。従って、弧の指標ｉから回転角度をコンピュータで計算することが可能である（アルファ＝（ｉ−１）＊４５°、ｉはその時の糸の数）。それぞれの次の管（下付き文字は１からｎ−１）に対して、適応的近傍がコンピュータにより計算されなければならない。管の相互作用の複雑さが与えられると、角度に対する値を図１４の近傍に追加した。
【００７７】
図１５は、近傍及びデータ構造要素を満たすためのプログラムコードを示している。先行出願において、近傍は、「ブラシ」と（ブラシに似ているため）呼ばれることもあったということに留意されたい。
【００７８】
図１５の例において、“ＯＬＤ  ＴＨＲＥＡＤＮＯＤＥ”と名称をつけられた前の方法は、近傍の第１の指標であるため、角度（アルファ）を得るためにスレッド番号を使用することができる。図１５の例では、“ＮＥＷ  ＴＨＲＥＡＤＮＯＤＥ”と名称づけられた現在提案されている方法が、コンピュータにより計算された（正味の）アルファ値を、先行の管に依存し、且つ、後の管の相互作用を計算するよう使用されるため、明白に記憶している。
【００７９】
図１５において、ｎは近傍上の印を表し、実際の（例えば、ｍｍでのｘ、ｙ、ｚ）位置によって記述され、シータ（ｔｈｅｒａ）及びファイ（ｐｈｉ）は配置空間座標空間内の近傍の配向であり、アルファ（ａｌｐｈａ）は前の管に対する近傍の糸の配向である。
【００８０】
近傍のデータ構造のＴＨＲＥＡＤＮＯＤＥにおいて、変数アルファ、ｎ、コスト（ｃｏｓｔ）、シータ、及び、ファイの値は、アルゴリズムが伝播するに従い変わる。
【００８１】
しかし、例えば、２００８年１０月１７日に出願したＧｒｅｅｎｂｌａｔｔ等による先行の、同時係属中の米国仮特許出願第６１／１０６２８７号において提案されたかみ合い機構を使用することが可能であるよう、入れ子式管の区分間で配向を維持することが必要である。これは、管の一末端にて固定された角度が管を通して絶えず方向づけられたままとどまるということを保証する。使用されるインターロックが例えば六角形であり、且つ、管が全面座に沿って曲げられた場合、第２の管を、６個のあり得る配向のうちいずれの中にもうまいぐあいに組み合わせることができる。「正味の糸」の近傍は、現在の管の曲率並びに６個の弧状の管及び任意で直線の管との相互作用に基づき、次にコンピュータにより計算される。
【００８２】
正味の近傍は、従って、第１の管、及び、セットされることになる物理的管に対するいくつかのあり得る配向に基づきコンピュータにより計算される。これらの配向は、用途に応じて、等しく分配することができるか、又は、不規則若しくは優先的に特定の方向に密集させることができる。例えば、現在の管からまさに反対の方向に至る管を回避することが好ましくあり得る。
【００８３】
完全な回転をカバーする等しく分配された角度を達成するために、区分間の固定された別々の相対的な角度を保証すると、ｎの糸が、区分間での名目上の２π／ｎ角度を用いて計算される。しかし、管間で相互作用があると仮定すると、結果として生じる角度
【００８４】
【数１８】
0005744753.tif 000019
は、均一に分配されない。
【００８５】
例として示される適応的近傍が、次に、上記の管のセット（管０、管１、及び、管２）を使用し、さらに、八角形の断面を有すると仮定してコンピュータにより計算される。計画者は、最も低いコストノードが「オープンである」場合に近傍を作成する。本発明の例において、「これまでに最良の経路（ｂｅｓｔ  ｐａｔｈ  ｓｏ  ｆａｒ）」が、図１４において１４０１と標識された弧に従ったことが仮定される。次の近傍が、前の角度から始まる８個の均一に分配された角度を使用して計算されるべきである。図１４において影のついたボックスで標識された区分から、正味の曲率０．０３９ｍｍ−１を有し、及び、結果として生じる１．４８ラジアンという配向を有した近傍を構築する方法の例が、図１６の表において与えられている。図１４における管０と管１との全体（正味）の相互作用を表した正味の曲率Ｋｒ０．０３９ｍｍ−１は、図１６においてＫ１になる。図１４における結果として生じる配向αｒ＝１．４８０は、図１６においてα１になる。この表では、α２は、π／４（＝０．７８５）でのα１のステップにて始まり均一に分配されている。明らかに、近傍は、他のパターンで分配することができるが、しかし、この例において記述されたもの等の六角形の管に対しては、表面に対して整列された増加する角度を選ぶことが好ましい。
【００８６】
アルゴリズムが、障害空間としても考えることができる配置空間内のあり得る管のセットの空間を探索するに従い、近傍は、「これまで」使用された最良の管のシリーズに適応される。適用的近傍の計算は、前の正味の曲率（０．０３９）、前の正味の角度（１．４８ラジアン）、前の慣性モーメント、次の管の曲率（０．０２９）、及び、次の管の慣性モーメントを使用して、次の適応された近傍をコンピュータにより計算する。
【００８７】
図１８Ａは、経路計画における曲率に影響を与える特性を考慮する場合に使用されることになる訂正された配置空間のデータ構造要素を満たすための例として示されるプログラムコードを示している。各管数（各管のサイズ）に対する曲率が計画に先行して知られているため、「次の管」の曲率は、管の曲率の探索アレイから次の管の管数（ｃｕｒｒｅｎｔＴｕｂｅＮｕｍｂｅｒ、図１８Ａ）を使用して検出することができる。従って、米国仮特許出願第６１／０７５８８６号及び図４に記載されたノード構造は、図１８Ａのように、変数ｃｕｒｒｅｎｔＴｕｂｅＮｕｍｂｅｒによって伸長されることが好ましい。各管数の直径は計画に先行して知られているため、各管の慣性モーメントは、予めコンピュータにより計算して、探索アレイに記憶させることができる。
【００８８】
親のパラメータ、すなわち、ｉ番目のノードに対する曲率
【００８９】
【数１９】
0005744753.tif 000020
及び、角度
【００９０】
【数２０】
0005744753.tif 000021
を得るための２つの異なるアプローチがある。
【００９１】
方法１：
この方法においては、米国仮特許出願第６１／０７５８８６号及び図１８Ａに記載されたノード構造が、変数ｐｒｅｖｉｏｕｓＣｕｒｖａｔｕｒｅを用いてさらに伸長される。この変数は、ノードが「改善された」時はいつでもアップデートされるため、このノードに達するために使用される正味の曲率
【００９２】
【数２１】
0005744753.tif 000022
を記憶する。従って、数式５及び７並びに図１６で記述した１つの計算が、新たな伸長の間に各糸に対して行われる。好ましい実施形態において、糸が探索されるに従い、その時の糸が親の糸と同じである場合、曲率、角度、及び、管数は、親から維持することができる。これによって、別の管を追加することなく、親の管が伸長されることが本質的に可能になる。数式５及び７から相互作用をコンピュータにより計算するための時間がｔである場合、１つの伸長に対するこのアプローチの計算時間はＯ（Ｎ＊ｔ）であり、Ｎは近傍における糸の数である。この方法は、Ｍ＊（ＣＵＲＶＡＴＵＲＥＴＹＰＥ）のサイズによる問題を解決するのに必要とされるメモリを増やし、Ｍは改善されたノードの総数であり、（ＣＵＲＶＡＴＵＲＥＴＹＰＥ）のサイズ＝３２ビットのプロセッサ上で４バイトである。しかし、米国仮特許出願第６１／０７５８８６号に記載されているようにメモリの減少方法を使用して、これは、配置空間における小さな増加である。
【００９３】
方法２：
この方法では、前の親の曲率はセーブされず、正しくは、「オンザフライ」でコンピュータにより計算される。相互作用は、親までポインターを用いて始まる先行の管全ての特徴を抽出することによって計算され、ポインターは、変数ｖｅｃｔｏｒ（図１８Ａ）である。ポインターを使用して種のポイントを突き止めることができるため、各管の物理的な曲率、及び、前の管に対する相対的な回転を探索することが可能であり、αｉ＝（ｔｈｒｅａｄ−１）・２・π／（Ｎ−１）、Ｎは近傍における糸の数である。
【００９４】
各区分に対して数式５及び７を繰り返して使用して、ｉ番目のノードに到達するための正味の曲率をコンピュータにより計算することができる。
【００９５】
この方法は、米国仮特許出願第６１／０７５８８６号に記載されたものよりも多くのメモリを必要としない。各伸長での計算時間は、Ｏ（（Ｎ＋ｃｕｒｒｅｎｔＴｕｂｅＮｕｍｂｅｒ−１）＊ｔ）であり、各伸長に対するＯ（（ｃｕｒｒｅｎｔＴｕｂｅＮｕｍｂｅｒ−１）＊ｔ）の増加である。
【００９６】
場合によっては、図１７に示されているように、直線部分も湾曲した部分も有する管をより製造し易い場合がある。この例として示される管は、曲率Ｋ２＝０を有した直線部分、及び、曲率半径＝２ｃｍ又同等にＫ１＝０．５を有した湾曲した部分を有している。そのような管は、上記の計算において２つの管として処理することができ、各管は、同じ慣性モーメント及びヤング率を有しているが、異なる曲率を有している。また、前記計算は、これら「２つの」管が互いに相互作用しないということを示すよう調整されなければならない。
【００９７】
一般的に、４つ以上の管を有した組立体においては、最も内側の管が、４つ以上の重なり合う管が存在する領域における装置の全曲率に対する有意な効果を有するのを止める。前記計算は、閾値を適用してどのくらい多くの管が正味の曲率に寄与すると考慮されるかを決定することによって簡単にすることができる。１つのタイプの閾値は、ある外側の管の慣性モーメントのある所定の割合よりも小さい慣性モーメントを内部の管が有する時を決定することに関し得る。そのような１つの所定の割合は１０％であり得る。別の閾値は、重なる領域内で、３つ等、所定数の外側の管のみを考慮する場合がある。
【００９８】
前述の計算の結果は、一般的には一連番号を有した管のリストの形状の、管のセットの詳述である。各一連番号が付けられた管は、例えば図１８Ｂにおいて示されているように、直径、曲率、長さ、及び、配向も特定する。
【００９９】
出力は、アニメーション又は何か他の図形出力の形状であり得る。図１９は、そのようなアニメーションを示しており、肺の中を進む同心状カニューレを連続したフレームが例示している。そのようなアニメーションは、管の特徴及び／若しくは管の展開に関する音声又はテキストの指示を伴う場合がある。製作者は、詳述を受け取ると、同心状のカニューレのセットを含んだ装置を製造する。カニューレは、その遠位端がぴったりはまって配置された気密で無菌の梱包で輸送されることが好ましい。展開は、組立体を挿入して、次に、組立体が管の近位端全てをぴったりはめるまで、管の直径の逆の順序で内部の管を進めることによるのが好ましい。他の順序が可能であり、異なるタイプの管の相互作用を伴う場合がある。
【０１００】
図２０は、インターネット２００２によって検査データをカニューレのセットの集荷業者２００３まで提供するいくつかの個々の検査場所２００１、及び、その業者が、次に、多くの組み立てられた同心状カニューレのセット２００４を、患者内に展開され得る適切なクリニック及び病院まで輸送することを概略的に示している。一般的に、同心状カニューレ装置を計画することは、予め注文されて保管された別の管のセット２００５を用いて始まり得る。この別のセットは、製作者が在庫で有していなければならない管の数、特に、特定の曲率の数を減らすことによって製造コストを減らす。管は、ビジネスが変化を必要とする時に可能な変形を用いて２００６にて順序づけもされなければならない。
【０１０１】
本開示の解釈から、当業者には他の修正が明らかになるはずである。そのような修正は、医療用ロボティクスの設計、製造、及び、使用におけるすでに知られた、及び、本明細書においてすでに記述した特徴の代わりに、若しくは、そのような特徴に加えて使用することができる他の特徴を含み得る。請求項は本願において特定の特徴の組み合わせに系統だてて述べられているけれども、本願の開示の範囲は、本発明のように同じ技術的問題のどれか若しくはその全てを和らげようが和らげまいが、本明細書において明確に、暗示的に、又は、そのいかなる一般化で開示されたいかなる新規の特徴又は新規の特徴の組み合わせも含むということが理解されるべきである。出願人は、本明細書によって、本願又はそこから引き出されるいかなるさらなる出願の遂行の間にも、新たな請求項をそのような特徴に系統だてて述べることができると注意を与える。
【０１０２】
「含む」という単語は、本明細書において使用される場合、さらなる要素を除外するとして考えられるべきではない。単数形に対する不定冠詞は、本明細書において使用される場合、複数の要素を除外するとして考えられるべきではない。「又は（若しくは）」という用語は、非排他的であるか、又は、言い換えると、「及び／又は」として解釈されるべきである。
【０１０３】
〔参考文献〕
・ドイツ特許第４２２３８９７  Ｃ２号
・米国特許第６，５７２，５９３号
・Ｒ．Ｊ．Ｗｅｂｓｔｅｒ＆Ｎ．Ｊ．Ｃｏｗａｎ，“Ｔｏｗａｒｄ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃａｎｎｕｌａｓ：Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｓｎａｋｅ−ｌｉｋｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｒｏｂｏｔｓ”２００６  ＩＥＥＥ／ＲＳＪ（Ｏｃｔ．２００６，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）ｐｐ．２８５７−２８６３
・Ｋ．Ｉ．Ｔｒｏｖａｔｏ，Ａ＊Ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｉｎ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｓｐａｃｅｓ  ｏｆ  Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，（Ｕ．ｏｆ  Ａｍｓｔｅｒｄａｍ  １９９６）
・米国特許第６，２５１，１１５号
・Ｐ  Ｓｅａｒｓ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｉｎｖｅｒｓｅ  ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ  ｏｆ  ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  ｔｕｂｅ  ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  ｎｅｅｄｌｅｓ”，ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓ，ｐｐ．１８８７−１８９２（２００７）
【図１】
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【図２】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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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１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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