(57)【要約】  遠隔操作可能な医療システムは、カテーテルの姿勢を測定するセンサ及び機械システムに接続された制御システムを用いる。制御システムは複数の操作モードを有し、複数の操作モードは、制御システムがセンサフィードバックを用い、機械システムを操作して動作形状を維持する保持モードを含む。カテーテルを操舵するため及び姿勢を取らせるために視覚プローブを用いることができ、次いで、肺の生体組織検査のような医療タスクを実行するときに、視覚プローブを医療プローブと入れ替えることができる。システムの機能性は、カテーテルと視覚プローブとの間で分割することができる。センサは、第一の部分を測定する電磁センサ及びより小さな第二の部分を測定するファイバー形状センサを含んでもよい。
2014533996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主管腔及び機械システムを有するカテーテルであって、
前記主管腔は、視覚プローブ及び医療プローブのいずれかを収容でき、かつ前記視覚プローブ及び前記医療プローブの両方を同時に遠位端部まで案内するには狭すぎ、
前記機械システムは、カテーテルの遠位先端の姿勢を制御するために接続されている、カテーテル、及び
前記機械システムを制御するために接続された制御ロジックであって、
該制御ロジックは、前記視覚プローブが前記主管腔内に配置されている間に前記遠位端部の要求される動作形状を特定することができ、かつ、前記視覚プローブが前記カテーテルから取り外され、前記医療プローブが前記主管腔内に配置されたときに、前記カテーテルを前記要求される動作形状に保持すること又は戻すことが可能である、制御ロジックを有する、
医療システム。
【請求項２】
前記カテーテルの遠位部は３mmよりも小さな幅を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記カテーテル内の前記主管腔は、遠位部の幅の半分よりも大きな幅を有する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記制御ロジックは、前記カテーテルを要求される動作形状に保持する又は戻すための、複数のモードで操作可能である、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のモードは位置モードを含み、
該位置モードにおいて、前記制御ロジックは前記機械システムを操作して前記遠位端部を目標位置に保持するか又は該目標位置に戻す、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のモードは方向モードを含み、
該方向モードにおいて、前記制御ロジックは前記機械システムを操作して前記遠位端部を目標方向に保持するか又は該目標方向に戻す、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記複数のモードは目標モードを含み、
該目標モードにおいて、前記制御ロジックは前記機械システムを操作して、前記遠位端部が目標位置を指向するように前記遠位端部の位置及び方向の組み合わせを制御する、請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記複数のモードは目標軸モードを含み、
該目標軸モードにおいて、前記制御ロジックは前記機械システムを操作して、前記遠位端部が目標線上にとどまるか、又は該目標線へ戻るように前記遠位端部の位置及び方向の組み合わせを制御する、請求項４記載のシステム。
【請求項９】
視覚プローブ又は医療プローブがカテーテル内に配置されているかどうかを特定するインターフェイスを更に有し、
前記制御システムは、前記インターフェイスに接続され、視覚プローブ又は医療プローブがカテーテル内に配置されているかどうかに基づいて一つ又は複数のモードを選択及び起動することができる、選択モジュールを有する、
請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記インターフェイスは、操作者が動作モードを選択することを可能にするユーザー入力装置である、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記インターフェイスは、配置される医療プローブの種類を検出し、前記選択モジュールは、検出された医療プローブの種類に応じて一つ又はそれ以上のモードを起動する、請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記遠位端部の姿勢を測定するように構成されたセンサを更に有する、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記制御システム及び前記センサは、前記遠位端部の監視及び前記カテーテルの機械システムの操作のための閉ループシステムを形成する、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記カテーテルから取り外し可能な視覚プローブを更に有し、
該視覚プローブは、前記カテーテル内に配置された場合に前記主管腔を満たす、
請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
カテーテル内に配置された視覚プローブを使用して、前記カテーテルの遠位端部の動作形状を特定するステップ、
前記視覚プローブを前記カテーテルから取り外すステップ、
取り外された前記視覚プローブの位置に、医療プローブを配置するステップ、及び
前記医療プローブが前記カテーテル内の前記視覚プローブの位置に配置された場合に、前記遠位端部の前記動作形状を維持するか又は前記動作形状に戻すために前記カテーテルを起動するステップ、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記視覚プローブが前記カテーテルから取り外されている間に、前記医療プローブを使用して医療タスクを実行するステップを更に含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記医療タスクは、肺生体組織検査の一部分である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記カテーテルを起動するステップは、前記遠位端部を目標位置に保持するか、又は該目標位置に戻すことを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記カテーテルを起動するステップは、前記遠位端部を目標方向に保持するか、又は該目標方向に戻すことを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記カテーテルを起動するステップは、前記遠位端部の位置及び方向の組み合わせを制御して、前記遠位端部を目標位置の方向を向かせることを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
前記カテーテルを起動するステップは、前記遠位端部の位置及び方向の組み合わせを制御して、前記遠位端部が目標位置にとどまるか、又は該目標位置に戻るようにすることを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２２】
前記視覚プローブが取り外され、前記医療プローブが配置される間に、前記カテーテルをリラックスさせるステップを更に含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２３】
取り外し可能な視覚プローブ、及び
遠位端部及び管腔を含み、前記視覚プローブ及び前記医療プローブのいずれか一方を、前記遠位端部まで案内する寸法である、カテーテル、
を有し、
前記カテーテルは、約３mm以下の幅を有しかつ前記視覚プローブ及び前記医療プローブの両方を同時に遠位端部までガイドするには狭すぎる、
医療システム。
【請求項２４】
前記カテーテルの前記管腔は、前記カテーテルの幅の半分より大きい幅を有する、請求項２３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
体の管腔を通る医療装置は、管腔の内側に適合するために十分に物理的に小さいことが必要である。例えば、低侵襲の肺生体組織検査（生検、バイオプシー）又は他の医療処置の実施に用いられ得る肺カテーテルは、カテーテルが枝分かれした通路を通るのに従って寸法が小さくなる気道を辿る必要があるかもしれない。肺内部の目標位置に到達するように、カテーテルは、３mm又はそれ以下の直径を有する通路を辿る可能性がある。遠隔操作又はロボット操作に適した機械構造及びセンサ構造を含み、かつこのような小さな内腔を通るために十分に小さな直径を有するカテーテルを製造することは、困難であり得る。特に、遠隔操作されるカテーテルの一つの望ましい構成は、可動部に取り付けられたツールを提供する。ツールは例えば、カテーテルの長さに渡って延びる腱又は引きワイヤであって、当該腱又は引きワイヤを引いてツール又は可動部を起動する外部の駆動システムまで延びる腱又は引きワイヤ；吸引及び／又は洗浄用の管腔；目標位置を観察するための視覚システム；及び患者の体に関して機器の位置を特定するためのセンサである。ロボット制御されかつ３mm又はそれ以下の直径を有する肺カテーテル又はその他の装置の、望ましい全ての特徴及び要素を収容することは、難しい場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明の一つの態様において、カテーテル制御システムは、カテーテルを所定の医療処置のために要求される動作形状（working  configuration）に能動的に維持する制御モード（本明細書において、保持モードと呼ばれることがある）を有する。この保持モードは、交換可能な複数のプローブ（探針）とともにカテーテルシステムを使用することを容易にする。特に視覚プローブは、カテーテルが作業部位まで進む間に、作業部位を視るため、又は医療タスク（医療上の処置又は任務）の実行中にカテーテルに要求される動作形状を特定することを補助するためにカテーテル内に配置され得る。次いでカテーテル制御システムは、保持モードに切り替わることができ、視覚システムは取り外されることができる。次いで医療プローブは、取り外された視覚プローブの位置にカテーテル内を通って配置されることができる。制御システムは、動作形状を維持して視覚プローブなしでの医療タスクの実行を可能にする。その間要求された動作形状は、固定及び保持されている。一つの実施形態において、医療プローブがカテーテルを通って挿入され、作業部位に到達し、そして医療機能を実行する間に、制御システムは能動的にカテーテルを要求される動作形状に保つ。ある代替的な実施形態において、医療機能が実行される前に、制御システムはカテーテルを記録された動作形状に戻す。カテーテルは視覚プローブ又は医療プローブの両方でなくいずれかのみを収容できればよいため、他の方法で同様の機能性を提供するシステムで可能であろうよりも、カテーテルの直径は小さくてよい。
【０００３】
本発明の別の態様によれば、ロボット制御された装置のためのフィードバック制御方法及びシステムは、閉ループ装置の起動、又は複数の異なる適用及び使用シナリオのための補強の、複数の異なるモードを実装する。複数の異なる補強モードは、例えば、装置が臨床治療空間を通って進むときの又は装置が医療処置の一部として組織と反応するときの組織反応力などの、外部から加えられた力を受けた場合に、装置を要求される方式での反応を引き起こす。
【０００４】
一つの実施形態において、カテーテルのような柔軟な装置は、装置の遠位部を関節接合するために用いられる腱部（tendons）に取り付けられた作動装置への信号の生成において、センサシステムからのリアルタイムのフィードバックを用いる。例えば、カテーテルはその遠位端部に柔軟部を有することができ、柔軟部は二つの方向（上下（ピッチ）方向及び左右（ヨー）方向）に曲がることができる。光ファイバーの形状センサは、柔軟部の曲がりを測定し、検知された形状のベースに対する遠位端部の位置及び方向を指し示す測定データを返す。ベースの位置は、例えば、患者に取り付けられ得る外部基準に対するベースの位置及び方向の測定を提供する電磁センサを用いて測定することができる。複数の作動腱部（例えば引きワイヤ又はケーブル）は遠位端部に付着し、カテーテルの長さに沿って作動装置まで伸びる。腱部を引く作動装置を制御し、ひいては遠位端部をあらゆる上下方向／左右方向に移動させる制御ロジックは、異なる目的のための複数の異なるモードで操作をすることができる。特に、保持モードのために、制御ロジックはセンサのデータ及びカテーテルの目標の形状に固定された情報を使用して作動装置への制御信号を算出してもよい。
【０００５】
ロボット制御カテーテル又は他の柔軟なシステムの制御ロジックは、以下の一つ又はそれ以上を含む操作の複数のモードを有してもよい：１）要求されるカテーテルの遠位端部又はプローブの位置と測定される位置との間の差を最小化するように制御システムが作動装置を制御する位置補強モード；２）要求される遠位端部の方向と測定される方向との間の差を最小化するように制御システムが作動装置を制御する方向補強モード；３）制御システムが、測定される端部の位置及び指向方向の組み合わせを使用して、常に特定の目標点に向けて指向するように遠位端部を制御する目標位置補強モード；及び４）制御システムが、測定される端部の位置及び指向方向の組み合わせを装置の他の部分からのセンサ測定と共に使用して、遠位端部が空間中の特定の軸上に位置し、またその線に沿う向きの指向方向を有することを確かにするように作動装置を制御する目標軸方向運動補強モード。利用可能な複数のモードのうちのいずれを制御システムが用いるかの選択は、使用者による選択によって、使用されているプローブの種類（例えば鉗子、カメラ、レーザー、ブラシ又は針）に基づいて、又はカテーテルが実行している動作（例えば管腔内進行（navigate）又は生検の実行）に基づいてなされてもよい。これらの動作のいずれもが、要求される位置、方向、目標又は線を固定することによって、医療処置のためにカテーテルを保持する目的に用いられ得る。
【０００６】
本発明の一つの態様によれば、カテーテルシステムは取り外し可能な視覚プローブを有する。視覚プローブは、生検プローブ又は医療プローブに取り換えられることができる。視覚プローブは、作業部位への進行に使用されることができ、その後取り外され、組織サンプルを採取する生検プローブに取り換えられる。従って、カテーテルシステムは、高水準の視覚機能性及び医療機能性を、小さな直径の中に提供することができる。カテーテルのロボット作動のための制御ロジックは、ツール又はプローブを交換する間にカテーテルが動くこと又は患者が動くことによる結果に合わせて調整をおこなう。具体的には、視覚プローブが動かされた場合に、フィードバック制御及び遠位センサ（例えば光ファイバー形状センサ）は、生検プローブの使用のために要求される位置又は動作形状を、維持するため又はそれに戻すために、使用され得る。従って、センサからのフィードバック情報は、ツールの取り外し又は体の動きによる攪乱下でさえもカテーテルの遠位端部の動作形状が維持されるように、作動腱部を制御するために使用され得る。このようにして、カテーテルシステムの正確さが維持され、生体組織検査の収量が改善し得る。一定の動作形状を維持することの代わりに、要求される動作形状のパラメータが記録されてもよい。そして、カテーテルは、より容易なプローブの取り外し及び挿入のために真っ直ぐにされるか又はリラックスさせられてもよい。続いてカテーテルは、新たなプローブが挿入された後又は使用者の指示に応じて、要求される動作形状に戻されてもよい。
【０００７】
本発明の一つの具体的な実施形態は、カテーテル及び制御ロジックを有する医療システムである。カテーテルは、主管腔及び機械システムを有する。主管腔は、視覚プローブ又は医療プローブのいずれかを収容でき、視覚プローブ及び医療プローブの両方を同時に遠位端部まで案内するには狭すぎる。制御ロジックは、機械システムを操作して、カテーテルの遠位端部の姿勢を制御する。具体的には、制御ロジックは、視覚プローブが配置されている間に要求される動作形状を特定することができる。そして、制御ロジックは、視覚プローブがカテーテルから取り外され、医療プローブが主管腔内に配置された場合に、カテーテルを要求される動作形状を保持するか又は要求される動作形状に戻ることができる。
【０００８】
本発明の別の具体的な実施形態は、取り外し可能な視覚プローブ及びカテーテルを有する医療システムである。カテーテルは、視覚システム又は医療ツールのいずれかをカテーテルの遠位端部まで案内できる寸法の主管腔を有する。さらに、カテーテルは、約３mmよりも小さな幅を有し、視覚プローブ及び医療プローブの両方を同時に遠位端部まで案内するには狭すぎる
本発明の更に他の実施形態は、カテーテル内に配置された視覚プローブを使用して、前記カテーテルの遠位端部の動作形状を特定するステップ、前記視覚プローブを前記カテーテルから取り外すステップ、取り外された前記視覚プローブの位置に、医療プローブを配置するステップ、及び前記医療プローブが前記カテーテル内の前記視覚プローブの位置に配置された場合に、前記遠位端部の前記動作形状を維持するか又は前記動作形状に戻すために前記カテーテルを起動するステップ、を含む一連の手順（工程）である。
【０００９】
本発明の一つの態様によれば、カテーテルシステムの機能性は、カテーテルと取り外し可能な視覚プローブとの間で分割されている。複数の所定のアレンジメントが、例えば小さな肺の管腔内の直径に適合する、システム全体の小さな断面の有用性を最大化することができる。具体的には、取り外し可能な視覚プローブは、生検プローブ又は処置プローブが配置される前に採用され得る、画像化、照明、洗浄及び吸引の多用途性を提供することができる。カテーテルは、視覚プローブ及び医療プローブの両方とともに有用であるか、又はその両方にとって必要な、作動構造及び検知構造を含んでもよい。
【００１０】
一つの具体的な実施形態において、医療システムのための視覚プローブは、例えば主経路、洗浄及び吸引のための一つ又はそれ以上の細長い経路、及び一つ又はそれ以上の補助経路のような、複数の経路を包含する管を有する。画像化システムは、主経路を通って管の遠位端部まで伸びる。また、一つ又はそれ以上の照明ファイバーは、それぞれの補助経路を通って管内に伸びる。管は、任意的に、複数の経路を包含する押出し成形物として実施されてもよい。一つの具体的な実施形態において、画像化システムは、視覚プローブの遠位端部に備え付けられたカメラを有する。
【００１１】
本発明の更なる態様によれば、医療システムは、医療処置の間に視覚プローブの配置及び取り外しをすることができる管腔を有するカテーテルを更に含む。そのカテーテルは、視覚プローブ又はカテーテル内で視覚プローブと取り換えられるプローブと共に使用可能な操舵システム及びセンサシステムを有してもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様によれば、遠位フィードバックを用いたロボット制御のカテーテルシステムは、カテーテルの遠位端部の小さな直径を提供することができ、また、電磁センサ及びファイバーセンサの両方を含むセンサシステムの使用を通じて遠位端部の姿勢の正確な測定を提供することができる。本発明の一つの態様によれば、カテーテル用のセンサシステムは、一つ又はそれ以上の電磁（EM）センサを包含する太い近位部及びファイバー形状センサを包含する細い遠位部を有する。EMセンサは、患者の体に対する遠位部の基点の正確な測定を提供することができる。一方、ファイバーセンサは基点から伸びる遠位部の形状を測定する。従って、カテーテルの遠位部は、ファイバー形状センサのみを使用するシステムと同等に小さくすることができ、しかもカテーテルシステムは、長いファイバー形状センサに共通する不正確性という難点を持たない。
【００１３】
本発明の一つの具体的な実施形態は、カテーテル、第一センサシステム及び第二センサシステムを有する医療システムである。カテーテルは、第一部分及び第二部分を有し、第二部分は第一部分に隣接している。第一センサシステムは、第一部分内にあり、第一部分の姿勢を測定するように構成されている。第二センサシステムは、第二部分内にあり、第一部分に対する第二部分の姿勢を測定するように構成されている。
【００１４】
本発明の他の実施形態は、医療装置のカテーテルのような、細長く柔軟な構造体の遠位端部の姿勢を感知するための方法である。その方法は、柔軟な構造体の少なくとも一部分を含む空間に時間的に変化する磁場を適用する（apply）ことを含む。医療装置の柔軟な構造体に沿う位置に配置されたコイルから発せられた電気信号は、次いで姿勢測定の一部として分析されることができる。コイルの位置は、柔軟な構造体の近位端部及び遠位端部から離間している。コイルの電気信号の解析に加えて、コイルの位置から柔軟部の遠位端部に向かって伸びる、柔軟な構造体の一部分の形状も測定される。
【００１５】
一つの具体的な実施形態は、カテーテルの遠位端部を制御するために遠隔操作可能な機械システム、遠位端部の姿勢を少なくとも部分的に測定するように構成されたセンサ、及び機械システムに連結された制御システムを有する医療システムである。その制御システムは、保持モードを含む複数の操作モードを有する。保持モードにおいて、制御システムは、センサからのフィードバックに基づいて遠位端部の動作形状を能動的に維持するように、機械システムを操作する。
【００１６】
制御システムの複数の操作モードは、制御システムが、使用者の入力に応じて機械システムを操作して、カテーテルを操舵するモードを更に有してもよい。
【００１７】
制御システム及びセンサは、遠位端部の動き及び遠位端部の動作形状の検知のための閉ループシステムを形成してもよい。
【００１８】
動作形状は、作業部位に対する遠位端部の位置又は作業部位に対する遠位端部の方向を規定してもよい。
【００１９】
動作形状を維持することは、遠位端部が作業部位内の目標を指向し続けるように、遠位端部の位置及び方向の組み合わせを維持することを含んでもよい。このモードと共に、医療システムは、カテーテル内に配置される取り外し可能なプローブを更に有してもよい。そのプローブは、動作形状において目標にレーザーを指向するように構成されたレーザーを含んでもよい。
【００２０】
動作形状を維持することは、遠位端部を目標線（軸）上に維持することを含んでもよい。このモードによって動作形状を維持することは、更に遠位端部の軸を目標線に沿うように維持してもよい。
【００２１】
制御システムの保持モードは、制御システムが遠位端部の異なる側面を維持する、複数のサブモードを含んでもよい。そして、制御システムは、カテーテル内に配置されるプローブの種類に応じて複数のサブモードのうちの一つに制御システムを置く選択モジュールを有してもよい。複数のサブモードは方向サブモードを含んでもよい。方向サブモードにおいて、制御システムは作業部位に対する遠位端部の方向を維持する。選択モジュールは、カテーテル内に視覚プローブが配置されている場合に制御システムを方向サブモードに設定する。複数のサブモードは目標サブモードを含んでもよい。目標サブモードにおいて、制御システムは遠位端部の位置及び方向の組み合わせを維持し、遠位端部が作業部位の目標に指向し続けるようにする。選択モジュールは、カテーテル内にレーザーを有するプローブが配置されている場合に制御システムを目標サブモードに設定することができる。複数のサブモードは目標軸サブモードを含んでもよい。目標軸サブモードにおいて、制御システムは遠位端部の位置及び方向の組み合わせを維持し、遠位端部が目標線上に留まりかつその目標線に沿って指向し続けるようにする。選択モジュールは、カテーテル内に針を有するプローブが配置されている場合に制御システムを目標軸サブモードに設定する。
【００２２】
他の具体的な実施形態は、カテーテルの遠位端部を制御するために遠隔操作される機械システムを包含するカテーテルの制御システム、及び機械システムに連結された遠位端部の姿勢を少なくとも部分的に測定するように構成されたセンサである。その制御システムは、センサからのフィードバックに基づいて機械システムの動作を制御する複数のモジュール、及び遠位端部に要求される動作形状を特定する指標を保存するメモリを有する。各モジュールは、機械システムを操作して、遠位端部を指標によって特定された要求される動作形状に保持する。
【００２３】
複数のモジュールは、遠位端部を測定された位置から要求される位置へ動かすステップを含む工程を実行する位置モードモジュール、遠位端部を測定された方向から要求される方向へ動かすステップを含む工程を実行する方向モードモジュール、遠位端部の位置及び方向の組み合わせを維持し、遠位端部が目標に指向し続けるようにする目標モードモジュール、又は遠位端部の位置及び方向の組み合わせを維持し、遠位端部が目標線上に留まりかつその目標線に沿って指向し続けるようにする目標軸モードモジュール、を有してもよい。
【００２４】
他の具体的な実施形態は：カテーテルの遠位端部を制御するために遠隔操作可能な機械システムを用いてカテーテルを作業部位へ進める（steer）ステップ；遠位端部の動作形状を特定するステップであって、動作形状は作業部位での医療タスクの実行のために遠位端部をポーズさせる、ステップ；遠位端部の姿勢を測定するセンサからのフィードバックをもちいてカテーテルを制御するための複数のモードのうちの一つを選択するステップ；及び選択されたモードでのカテーテルの操作によって遠位端部の動作形状を維持するステップ、を含む方法である。
【００２５】
複数のモードは：作業部位に対する遠位端部の位置を維持する位置モード；作業部位に対する遠位端部の方向を維持する方向モード；遠位端部の位置及び方向の組み合わせを維持し、遠位端部が作業部位の目標に指向し続けるようにする目標モード；又は遠位端部の位置及び方向の組み合わせを維持し、遠位端部が目標線上に留まりかつその目標線に沿って指向し続けるようにする目標軸モード、を含んでもよい。
【００２６】
他の具体的な実施形態は、視覚プローブを有する医療システムである。その視覚プローブは：主経路、洗浄及び吸引のための一つ又はそれ以上の細長い経路、及び一つ又はそれ以上の補助経路を含む、複数の経路を包含する管；主経路を通って管の遠位端部まで伸びる画像化システム；及び管内の各補助経路を通って伸びる一つ又はそれ以上の照明ファイバー、を有する。
【００２７】
プローブは、約２mm以下の直径を有してもよい。プローブは、カテーテル上の相補的なキーイング機構に係合するように形作られたキーイング機構を更に有してもよい。
【００２８】
画像化システムは、管の遠位末端に設けられたCMOSカメラ；又は管を通って管の遠位末端まで伸びるイメージファイバー束を有してもよい。
【００２９】
管は、複数の経路が内在する押出し成形物を含んでもよい。
【００３０】
医療システムは、内部に視覚プローブは配置されることができ、かつ医療処置の間に取り外しができる主管腔を有するカテーテルを更に有してもよい。カテーテルは、カテーテルの遠位端部の可動部、及び可動部に取り付けられ、可動部からカテーテルを通じてカテーテルの近位部まで伸びる複数の腱部を更に有し、可動部は腱部の近位部側末端を引くことによって作動される。可動部は、上下方向（ピッチ）及び左右方向（ヨー）可動部の屈曲を可能にする、複数の屈曲部を提供するための管の切欠きを有してもよい。屈曲部は、例えばニチノールを含んでもよい。
【００３１】
カテーテルは、約３mmよりも小さな幅を有する遠位部を含んでもよい。プローブの幅は、カテーテルの幅の二分の一よりも大きくてもよい。管腔内には、カテーテルと視覚プローブとの間にシースが適合していてもよい。シースは、カテーテルに対して移動可能であり、カテーテルの遠位末端を超えて伸びることができる。
【００３２】
他の具体的な実施形態は：第一部分及び第二部分を有するカテーテルであって、第二部分は第一部分に隣接するカテーテル；第一部分内にあり、第一部分の姿勢を測定するように構成されている第一センサシステム；及び第二部分内にあり、第一部分に対する第二部分の姿勢を測定するように構成されている第二センサシステム、を有する医療システムである。
【００３３】
第二部分は、第一部分よりも狭くてもよく、かつ／或いは第一センサシステムは第二部分よりも幅が広くてもよい。
【００３４】
第一センサシステムは、外部基準に対する第一部分の位置及び方向を測定するように構成された第一センサを有してもよい。第一センサシステムは、外部から加えられた磁場に対する第一部分の位置及び方向に依存した電気信号を生み出す電磁センサを有してもよく、電磁センサは第一部分の自由度６の測定のために立体配置されてもよい。電磁センサは、第一磁気軸を有する第一コイル、及び第一磁気軸に対して傾斜した第二磁気軸を有する第二コイルを有する。第一コイル及び第二コイルは、互いに堅く固定されてもよい。第一コイル及び第二コイルは、第一部分の断面内に存在してもよい。第一測定システムは、重力の方向を測定するように配置された加速度計を更に有してもよい。
【００３５】
第二センサシステムは、第一部分に対する第二部分の位置及び方向を測定するように立体配置された第二センサを有してもよい。第二センサシステムは形状センサを有する。形状センサは、第一部分及び第二部分の少なくとも一部分に沿って伸びてもよい。第一センサシステム内の第一コイル及び第二コイルは、形状センサの長さに沿って離間した位置に配置されてもよい。形状センサは、第一コイルと第二コイルとの間の空間的関係を測定するように立体配置されてもよい。
【００３６】
他の具体的な実施形態は、医療機器の細長く柔軟な構造体の遠位端部の姿勢を検知する方法である。その方法は：柔軟な構造体の少なくとも一部分を含む空間に時間変化する磁界を適用するステップ；医療機器の柔軟な構造体に沿う所定の位置に配置された第一コイルにおいて誘導された電気信号を分析するステップであって、所定の位置は柔軟な構造体の近位端部及び遠位端部から離間した位置である、ステップ；及び医療機器の柔軟な構造体の一部分の形状を測定するステップであって、測定される一部分はコイルの所定の位置から柔軟な部分の遠位端部に向かって伸びる、ステップ、を含む。
【００３７】
柔軟な構造体はカテーテルを有してもよい。カテーテルは、コイルを包含する第一部分、及び第一部分に隣接して遠位端部に伸びる第二部分を有してもよい。
【００３８】
形状は、ファイバー形状センサを用いて測定されてもよい。
【００３９】
第一コイル内の電気信号の分析は、ファイバー形状センサに沿う点における全体的な位置及び方向の決定を含んでもよい。全体的な位置及び方向の決定は、柔軟な構造体に沿って配置された第二コイルにおいて誘導された第二電気信号の使用を更に含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態による、複数の制御モードを有するロボット制御カテーテルシステムを示す。
【図２】図２は、図１のシステムに用いられる、作動される遠位端部の可動部の一つの実施形態を示す。
【図３Ａ】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一つの実施形態に基づくカテーテルの近位部及び遠位部の断面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一つの実施形態に基づくカテーテルの近位部及び遠位部の断面図を示す。
【図４】図４は、図３Ａ及び図３Ｂのカテーテル内に配置され、図３Ａ及び図３Ｂに示されたカテーテル内の医療プローブの使用のために交換される視覚プローブの断面図を示す。
【図５】図５は、取り外し可能な視覚システム及び複数の制御モードを有するカテーテルシステム使用のための工程の流れ図である。
【図６】図６は、保持モードにおけるカテーテル制御工程の流れ図である。
【図７】図７は、本発明のいくつかの実施形態において、医療システム内の電磁センサに用いられ得る検出コイルを示す。
【図８Ａ】図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄは、電磁センサ及び形状センサを含む、本発明の実施形態によるセンサシステムの代替的な立体配置を例示する。
【図８Ｂ】図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄは、電磁センサ及び形状センサを含む、本発明の実施形態によるセンサシステムの代替的な立体配置を例示する。
【図８Ｃ】図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄは、電磁センサ及び形状センサを含む、本発明の実施形態によるセンサシステムの代替的な立体配置を例示する。
【図８Ｄ】図８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄは、電磁センサ及び形状センサを含む、本発明の実施形態によるセンサシステムの代替的な立体配置を例示する。
【図９】図９は、自由度６の電磁センサ及び自由度５の二つの電磁センサを含む、複数のカテーテルシステムの断面図を示す。  異なる複数の図面における同一の参照符号の使用は、同一又は類似の項目であることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
カテーテルシステムは、一つ又はそれ以上の医療プローブ又はツールと交換可能な視覚プローブを採用することができる。視覚プローブは、取り外されること及び医療処置に使用される医療プローブとの交換されることができる。視覚プローブと医療プローブの交換は、カテーテルシステムがより小さな直径を有することを可能にする。従って、この交換は、視覚システムと医療システムの両方を同時に収容する類似のシステムが通り得るよりも小さな通路を、カテーテルシステムが通ることを可能にする。代替的に、プローブを交換することは、視覚システム及び医療システムにより広い空間を提供して、視覚システムと医療システムの両方を同時に収容しなければならないカテーテルが持ち得るよりもよりも多くの機能性を持たせることができる。
【００４２】
カテーテルシステムを使用するための一つの方法は、カテーテルを体の管腔に沿って、医療処置の作業部位への経路の少なくとも一部分に渡って操舵する（steer）ことである。そのため視覚システムは、操舵の間カテーテル内に配置されかつ／或いは操舵が完了したときに到達される作業部位を観察するために使用されてもよい。視覚システムはまた、カテーテルに要求される動作形状を特定することを補助するため及びカテーテルを要求される動作形状に操作（manipulate）するときに使用されてもよい。次いでカテーテルの制御システムは動作形状を記録してもよく、そして患者に対するカテーテルの姿勢が監視され、カテーテルは記録された作業形態を能動的に維持又はこれに戻るように作動される“保持”モードに置かれてもよい。視覚システムが取り外された場合に、視覚プローブと交換される医療プローブの使用のためにカテーテルはなおも検知、操舵及び保持の能力を提供してもよい。視覚プローブと医療プローブとの間の機能性の分割は、コンパクトな断面内での高水準の多用途性提供する。制御システムは、異なる複数の種類の制御モードを提供してもよく、これらの制御モードは、異なる複数の種類の医療プローブ又は異なる複数の種類の医療処置のために有用であり得る。例えば、医療プローブがレーザーを含む場合は、カテーテルの遠位端部の位置及び方向の組み合わせを制御して、患者の特定の部位を遠位端部が目標としたままにしてもよい。ある代替的な保持モードは、カテーテルの遠位端部の位置を維持して、一方で遠位端部の方向が変わることを許容するか、又は遠位端部を所定の線に沿うように維持してもよい。
【００４３】
気道及び気道内の経路のような小さな管腔に使用するロボット制御カテーテルは、小さな直径の遠位端部の姿勢を正確に測定することを提供するために、一つ又はそれ以上の電磁センサ（EMセンサ）及びファイバー形状センサを用いることができる。
【００４４】
図１は、本発明の一つの実施形態によるカテーテルシステム１００を模式的に示す。本実施形態において、カテーテルシステム１００はカテーテル１１０、駆動インターフェイス１２０、制御ロジック１４０、操作インターフェイス１５０、及びセンサシステム１６０を有する。
【００４５】
カテーテル１１０は、主管腔（main  lumen）を含む一つ又はそれ以上の管腔を有する概して柔軟な装置である。主管腔は、更に後述するような複数の交換可能なプローブを収容することができる。柔軟なカテーテルは、編み込み構造を用いて製造することができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）のような柔軟材料又は低摩擦材料の内側又は外側の層を有する金網管を用いることができる。一つの実施形態において、カテーテル１１０は、編み込み構造のジャケット及びポリエーテルブロックアミド（Pebax（登録商標））のような材料のリフローされた（すなわち、溶解によって融合された）ジャケットによってまとめられた管腔又は管の束を有する。代替的に、Pebax（登録商標）のような材料の押し出し成形が、同様にカテーテル１１０内に複数の管腔を形成するために使用されることができる。詳細には、カテーテル１１０は、交換可能なプローブシステムのための主管腔及び引きワイヤ及びセンサ回線のための複数の小管腔を含む。本実施形態において、カテーテル１１０は、駆動インターフェイス１２０に取り付けられた近位部１１２、及び近位部１１２から伸びる遠位部１１４を有する。追加的な可動部１１６（例えば、図２に示され、更に後述するような金属構造）は、遠位部１１４内の遠位の小区分を形成することができる。引きワイヤは、駆動システム１２０から近位部１１２及び遠位部１１４を通って伸び、可動部１１６に接続する。
【００４６】
カテーテル１１０の全長は約６０から８０cm又はそれ以上とし、うち約１５cmの長さの遠位部１１４及び約４から５cmの長さの可動部１１６としてもよい。本発明の一つの態様によれば、遠位部１１４は近位部１１２が有するよりも小さな直径を有し、従ってより小さな生体内の管腔又は通路を通って進むことができる。医療処置の間、近位部１１２の少なくとも一部及び遠位部１１４の全体は患者の気道のような生体内の管腔に沿って挿入されることができる。小さな遠位部１１４の直径は、近位部１１２には小さすぎるかも知れない管腔内での遠位部１１４の使用を許容する。ただし、大きな遠位部１１４の直径は、例えば遠位部１１４に適合し得ない電磁（EM）センサ１６２のような、より多くの又はより大きな構造体又は装置を含めることを容易にする。
【００４７】
可動部１１６は遠隔制御され、詳細には引きワイヤを用いて制御される上下方向の動き（ピッチ）及び左右方向の動き（ヨー）を有する。可動部１１６は、遠位部１１４の全体または一部分を含み、単にPebax（登録商標）のような柔軟な材料の複数管腔の管として実装されてもよい。概して、可動部１１６は残りのカテーテル１１０の部分よりも更に柔軟である。このことは、駆動インターフェイス１２０が作動用腱部を引いたときに、可動部１１６の作動又は屈曲の分離を助ける。カテーテル１１０はまた、例えばカテーテル１１０の近位部１１２（又は可動部１１６を除く遠位部１１４の如何なる部位の）を屈曲させることを防止するために腱部を作動するためのボーデンケーブルの使用のような、追加的な特徴又は構造を採用することができる。図２は、一つの具体的な実施形態を示す。本実施形態において、可動部１１６は、図１のカテーテル１１０において、プローブシステムのための主管腔、及び作動腱部２３０及び図２に図示されない形状センサのための小管腔を画成する複数の管を含む管２１０で製造されている。本実施形態において、腱部２３０は管腔３１２を囲んで９０°離間して配置されており、カテーテル１１０を、腱部２３０の位置によって規定される上下方向及び左右方向に操舵することを容易にしている。可動部１１６の内部構造をよりよく説明するため図２に示されていないが、リフローされたジャケットもまた管２１０を覆ってもよい。図２に示されるように、管２１０は、一連の屈曲部２２０を作り出すように切欠き又は形成されている。腱部２３０は、可動部１１６の遠位端部２１５に接続し、駆動インターフェイス１２０まで後方に伸びる。腱部２３０は、被覆されていても被覆されていなくてもよく、単一のフィラメントであっても複数のより合わされた紐状のワイヤであってもよく、ケーブル、ボーデンケーブル、ハイポチューブ、又は駆動インターフェイス１２０からの力を遠位端部２１５へ伝達し、駆動インターフェイス１２０が腱部２３０を引いたときに近位部１１２の屈曲を制限する如何なる他の構造体であってもよい。腱部２３０は、十分な強度の如何なる材料で製造されてもよい。そのような腱部２３０の材料は、鉄のような金属又はケブラーのような高分子を含むが、これに限定されない。動作中に、腱部２３０のいずれかをより強く引くことは、その腱部２３０の方向に可動部１１６を屈曲させる傾向がある。繰り返しの屈曲に適合するため、管２１０は、例えばごくわずかの損傷で又は全く損傷を受けずに繰り返し屈曲され得る、ニチノールのような材料で作られてもよい。
【００４８】
腱部２３０を引いて可動部１１６を作動させる図１の駆動インターフェイス１２０は、機械システム又は伝達部１２４を有する。機械システム又は伝達部１２４は、作動装置１２２例えば電動モータの動きを、カテーテル１１０を通って伸びかつ可動部１１６に接続する腱部２３０の動き（又は張力）に変換する。（考えられる限りでは、腱部２３０の代わりに押し棒がカテーテル１１０内で使用され得るが、要求される水準の柔軟性は提供されないかも知れない。）それにより、駆動インターフェイス１２０内での作動装置１２２の駆動信号の選択を通じて可動部１１６の動き及び姿勢を制御することができる。腱部２３０を操作することに加えて、駆動インターフェイス１２０はまた、例えば、挿入方向における動きの範囲、及びカテーテル１１０の近位端部の回転又は転動を制御のような、カテーテル１１０の他の動きを制御することができる。これら他の動きも、作動装置１２２及び伝達部１２４によって動力を供給される。フレキシブル‐シャフト器具で知られているバックエンド機構又は伝達機が、概して駆動インターフェイス１２０として使用又は修正され得る。例えば、フレキシブル（柔軟）な器具のための、いくつかの知られた駆動システムが、“適合的な外科装置（Compliant  Surgical  Device）”と表題が付けられた米国特許出願公開第２０１０／０３３１８２０号公報に記載されている。上記公開公報の内容は、参照することによりその全体が本明細書に取り込まれる。駆動インターフェイス１２０は、カテーテル１１０を作動させることに加えて、カテーテル１１０内のプローブの取り外し及び交換を許容することが望ましく、駆動構造がそのような作業の間通路から外れていることが望ましい。
【００４９】
駆動インターフェイス１２０内のドック１２６は、駆動インターフェイス１２０とカテーテル１１０との間の機械的連結を提供することができる。ドック１２６はまた、作動腱部２３０を伝達機１２４に結び付けることができる。ドック１２６は追加的に、カテーテル１１０内のセンサシステム１６０の部分からのセンサ信号を、受信、変換及び／又は中継する電気的又は光学的システムを含んでもよく、また、カテーテル１１０内のプローブ又はプローブの種類を特定する電気的又は機械的システムを含んでもよい。
【００５０】
制御ロジック１４０は、駆動インターフェイス１２０内の作動装置を制御して、可動部１１６を作動及び操舵するために必要なだけ、選択的に腱部を引く。概して制御ロジック１４０は、使用者、例えば操作者インターフェイス１５０を使用する外科医又は他の医療関係者からの指令に応えて、かつセンサシステム１６０からの測定信号に応えて、動作する。しかしながら、更に後述する保持モードにおいて、制御ロジック１４０はセンサシステム１６０からの測定信号に基づいて、先に特定された動作形状を維持又は獲得するように動作する。制御ロジック１４０は、操作者インターフェイス１５０からの信号を読み取り、駆動インターフェイス１２０の制御信号を生成するための適切なソフトウェア、ファームウェア及び／又はインターフェイスハードウェアと共に、汎用コンピュータを用いて実装することができる。制御ロジックに関する詳細は、米国特許出願公開第２０１１／０２８２４９１号公報（“位置測定を提供する医療機器における駆動力制御（Drive  Force  Control  in  Medical  Instrument  Providing  Position  Measurements）”を開示する）及び米国特許出願公開第２０１２／０１２３４４１号公報（“複数関節の医療機器の作動における張力制御（Tension  Control  in  Actuation  of  Multijoint  Medical  Instrument）”を開示する）に記載がみられるであろう。両者は参照することにより本明細書に取り込まれる。
【００５１】
本実施形態において、制御ロジック１４０は複数のモジュール１４１，１４２，１４３及び１４４を有する。これら複数のモジュールは、カテーテル１１０の作動を制御するための異なる工程を実装している。具体的には、モジュール１４１，１４２，１４３及び１４４は、位置補強モード、方向補強モード、目標位置モード、及び目標軸モードをそれぞれ実装している。各モードについては更に後述する。モジュール１４６は、いずれの制御工程が使用されるかを選択する。この選択は、使用者の入力、カテーテル１１０内に配置されたプローブの種類又は状態、及び実行されるタスクに基づいてもよい。制御ロジック１４０はまた、タスクのために要求される可動部１１６の動作形状のパラメータ１４８を保存するメモリを含む。そして各モジュール１４１，１４２，１４３及び１４４は、異なる制御工程を用いて、要求される動作形状を能動的に維持又は保持することができる。
【００５２】
操作者インターフェイス１５０は、標準の入力／出力ハードウェアを含んでもよい。例えば、ディスプレイ、キーボード、マウス、ジョイスティック又はその他のポインティングデバイスである。または、手術の環境のためにカスタマイズ又は最適化された類似の入力／出力ハードウェアであってもよい。概して、操作者インターフェイス１５０は、使用者に情報を提供し、使用者からの指示を受ける。例えば、操作者インターフェイス１５０は、システム１００の状態を表示し、使用者に画像及びシステム１００によってなされた測定を含むデータを提供してもよい。使用者が操作者インターフェイス１５０、例えばジョイスティック又は類似のコントローラを通じて提供し得る一つの種類の指示は、可動部１１６の要求される動き又は位置を示す。そして、そのような入力を用いて、制御ロジック１４０は駆動インターフェイス１２０の作動装置への制御信号を生成してもよい。使用者からの他の指示は、例えば、制御ロジック１４０の動作モードを選択してもよい。
【００５３】
センサシステム１６０は、概して可動部１１６の姿勢を測定する。本実施形態において、センサシステム１６０はEMセンサ１６２及び形状センサ１６４を含む。EMセンサ１６２は、一つ又はそれ以上の伝導性コイルを含む。その伝導性コイルは、外部で生成された電磁場の影響を受けてもよい。それによりEMセンサ１６２の各コイルは、外部で生成された電磁場に対するコイルの位置及び方向に依存した特性を有する、誘導された電気信号を生み出す。ある例示的な実施形態において、EMセンサ１６２は、自由度６、例えば３つの位置座標Ｘ，Ｙ，Ｚ及び基点の上下方向（ピッチ）、左右方向（ヨー）及び回転（ロール）を示す３つの配向角、を測定するように構成及び配置される。システム１００の基点は、カテーテル１１０の近位部１１２の終点かつ遠位部１１４の始点、又はその近傍である。本発明の例示的な実施形態における形状センサ１６４はファイバー格子を含む。ファイバー格子は、カテーテル１１０の基点から伸びる部分の形状、例えば遠位部１１４又は可動部１１６の形状を測定することを可能にする。そのようなファイバー格子を用いる形状センサは、“光ファイバー形状センサ（Fiber  Optic  Shape  Sensor）”と表題が付けられた米国特許第７，７２０，３２２号公報に更に記述されている。上記特許公報の内容は、参照することによりその全体が本明細書に取り込まれる。本実施例において記述された種類のセンサシステム１６０の一つの利点は、EMセンサ１６２が外部で生成された電磁場に対する測定を提供でき、その結果は患者の体との関係調整されることである。従って、システム１６０は、EMセンサ１６２を用いて確実に形状センサ１６４の基点の位置及び方向を測定することができる。よって形状センサ１６４は、比較的短い距離の測定を提供するだけでよい。加えて、遠位部１１４は、形状センサのみを包含しており、近位部１１２の直径よりも小さな直径を有することができる。より大まかに言えば、センサシステム１６０は、可動部１１６の姿勢を測定しさえすればよい。また、他の種類のセンサを用いることができる。
【００５４】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の一つの実施形態における、カテーテル１１０の近位部１１２及び遠位部１１４をそれぞれ示す。図３Ａは、本体３１０を有するカテーテル１１０の一つの実施形態を示す。本体３１０は、視覚プローブ又は医療プローブを通す主管腔３１２、腱部２３０を包含する複数の管腔３１４、EMセンサ１６２又は関係する信号線を包含する管腔を１６、及びファイバー形状センサ１６４を包含する管腔３１８を含む。種類のセンサ１２、腱部管腔３１４、及び形状センサ管腔３１８は、図３Ｂに示されるように遠位部１１４内に伸びている。しかし、EMセンサ１６２は近位部１１２内のみに配置されるので、EMセンサ１６２を通す管腔３１６は遠位部１１４においては必要とされない。従って、遠位部１１４は近位部１１２よりも小さくすることができる。それは、詳細には、ファイバー形状センサ１６４を通す管腔３１８は、引きワイヤを通す二つの管腔３１４の間に適合し、遠位部１１４の外形に悪い影響を与えないからである。一つの例示的な実施形態において、近位部１１２内の本体３１０は約４mm（例えば３から６mmの範囲）の外形を有し、約２mm（例えば１から３mmの範囲）の直径の主管腔３１２を提供する。遠位部は、主管腔３１２の直径を約２mmに維持しつつ、約３mm（例えば２から４mmの範囲）の外形を有する。近位部１１２の大きな直径から遠位部１１４の小さな直径への移行には、本体３１０における（図１に示されるような）滑らかな傾斜面又は段差を用いることができる。
【００５５】
上記した具体的な寸法は、主として２mmの直径を有するプローブを収容するカテーテルのためのものである。２mmの直径は、肺の生体組織検査プローブのような現存する医療器具の標準的な寸法である。しかしながら、本発明の代替的な実施形態は、より大きな直径又はより小さな直径の医療プローブを収容するために、より大きく、又はより小さく作ることができる。例えば直径１mmのプローブに対応することも可能である。このような実施形態の一つの具体的な利点は、カテーテル内で用いられるプローブの寸法に比べて比較的小さな外形で、高水準の機能性が提供されることである。
【００５６】
図３Ａ及び３Ｂはまた、カテーテル本体３１０と主管腔３１２内のプローブとの間に用いられ得るシース３６０を示す。カテーテル１１０の一つの実施形態において、シース３６０は本体３１０に対して移動することができ、可動部１１６の末端を超えて伸びることができる。シース３６０は遠位部１１４よりもさらに小さく、従ってより小さな生体の管腔又は通路の内部に適合することができるため、この構成は、いくつかの医療処置において有利であり得る。例えば、カテーテル１１０が、可動部１１６が入り込むには小さすぎるような複数の管腔の分岐に到達した場合に、可動部１１６は要求された分岐の方向に向けられ、シース３６０が可動部１１６の末端を超えてその分岐内に押し出されることができる。シース３６０は、その後確実に医療プローブを要求された分岐内に案内することができる。しかしながら、その際シース３６０は直接的に作動又は操舵されていないため、受動的である。遠位部１１４は対照的に、可動部１１６に接続する作動テンション２３０を収容でき、可動部１１６を操舵又はポーズさせるように操作することができる。いくつかの医療上の応用において、可動部１１６の能動的な制御が、医療処置の間に望ましいか、又は必要である。本発明のいくつかの実施形態において、受動的なシース３６０は使用されなくてもよい。
【００５７】
主管腔３１２は、様々な医療プローブを収容できる寸法とされる。一つの具体的なプローブは、図４に示されるような視覚プローブ４００である。視覚プローブ４００は、カテーテル１１０の主管腔３１２内側に適合する外径（例えば、約２mm）、及び視覚プローブ４００の構造体を包含する複数の内部管腔を持つ、柔軟な本体４１０を有する。本体４１０は、例えばPebax（登録商標）又はその他の高分子のような柔軟な材料を押し出し成形することで形成されてもよい。このようにすることで、最小限の断面面積内の最大限の有用性のために複数の管腔と薄い壁を作り出すことが可能になる。複数の管腔をもつ押し出し成形はまた、構成要素の位置をきちんと組織化する。本体４１０の長さは、任意的に、二つの複数管腔の押し出し成形物の組み合わせ、例えば近位の押し出し成形物に“末端‐溶接された”  遠位の押し出し成形物を含んでもよい。この構成は、例えば、近位又は遠位の押し出し成形物が要求された形状、例えばクローバーの葉又は楕円の外形を持たせ、カテーテル１１０の相補的なキーイング（鍵のように組み合わせられる）形状と相関性をもたせるためになされ得る。これらの一致する形状又はキーイング構造は、プローブがカテーテル内で回転することを防ぎ、カテーテル１１０に対するカメラ３２０の方向が分かる状態を確かにする。
【００５８】
本実施形態において、視覚プローブ４００の構造体は、CMOSカメラ４２０を含む。CMOSカメラ４２０はプローブの遠位端部にあり、例えば図１に示されるように制御ロジック１４０又は操作者インターフェイス１５０に映像信号を提供するため、視覚プローブ４００の長さに沿って伸びる一つ又はそれ以上の信号線（図示なし）を介して接続されている。代替的にファイバーバンドル画像化システムを用いることができるが、CMOSカメラ４２０は典型的にファイバーバンドル画像化システムが達成しうるよりも高品質の画像を提供することができる。視覚プローブ４００はまた、カメラ４２０を取り囲み、体の管腔内での画像化に用いる光を提供する照明ファイバー４３０を含む。一つの例示的な実施形態において、照明ファイバー４３０は、グラスファイバーよりも大きな柔軟性を有する傾向がある、プラスチックのような柔軟な材料で製造される。細長い流体ポート４４０は、例えばカメラ４２０のレンズを洗い流すために有用であり得る吸引及び洗浄のために、本体４１０に設けられる。流体ポート４４０はまた、例えば視覚プローブ４００がカテーテル１１０から取り出されて生検プローブに取り換えられる前の麻酔用に、薬品を供給するために使用されてもよい。図示された視覚プローブ４００の実施形態は複数の流体ポート４４０を含むが、単一の流体ポートも洗浄及び吸引の両方に用いることができる。視覚プローブ４００は、代替的に単一の流体ポートのみを有することによって、空間を節約することができる。視覚プローブ４００は追加的に、CMOSカメラ４２０の極めて近位に埋め込まれ、視覚プローブ４００先端について追加的な姿勢情報を提供する電磁センサ（図示なし）を含んでもよい。
【００５９】
視覚プローブ４００は、カテーテル１１０が医療処置に使用されている間にカテーテル１１０内に挿入され又は引き抜かれるように適合させられる。そのため、視覚プローブ４００は、概してカテーテル１１０に対して自由に動くことができる。カテーテル１１０に対する相対移動は視覚プローブ４００の挿入又は引き抜きの間に必要とされるか又は要求されるが、視覚プローブ４００（及びいくつかの医療プロ―ブ）の方向は、最適な使用又はより容易な使用のために、把握されている必要があるかも知れない。例えば、視覚プローブ４００からの映像を視て、カテーテル１１０を操舵するためにジョイスティックに類似したコントローラを操作している使用者は、概して、コントローラの動きの方向が可動部１１６の反応に対応し、視覚プローブ４００からの画像の変化に結果することを期待する。操作者インターフェイス１５０は、使用者インターフェイスに使用される方向に一貫性を提供するため、視覚プローブ４００の複数の腱部２３０に対する方向の情報を必要とする（又は少なくとも使用する）。本発明の一つの態様によれば、キーイングシステム（図示なし）は視覚プローブ４００を固定して、カテーテル１１０及び腱部２３０に対して知られた角度とすることができる。キーイングシステムは、例えば、プローブ４００の近位部又は遠位部の形状を通して実行されてもよく、または、バネ、固定された突起、又は視覚プローブ４００又は可動部１１６上のラッチ及び可動部１１６又は視覚プローブ４００上の相補的なノッチ又は形状を含んでもよい。
【００６０】
視覚プローブ４００は、カテーテル１１０内に配置又はカテーテル１１０内を作業部位まで案内され得るプローブの、ほんの一例に過ぎない。使用され得る他のプローブシステムは、生検鉗子、生検針、生検ブラシ、アブレーションレーザー、及び放射状超音波プローブを含むが、これに限定されない。概して、カテーテル１１０は既存の手動医療プローブと共に使用され得る。これらのプローブは、例えばOlympus  Europa  Holding  GmbHのような医療会社から商業的に入手可能である。
【００６１】
図１のカテーテルシステム１００は、視覚プローブと医療プローブを交換する手順に使用することができる。図５は、図１のカテーテルシステム１００を使用するための工程の一つの実施形態の流れ図である。工程５００中で、ステップ５１０において視覚プローブ４００は、カテーテル１１０内に配置され、カテーテル１１０は患者の生体内の管腔を含む経路に沿って挿入される。例えば、肺の生体組織検査のため、カテーテル１１０の可動部１１６は患者の口を通って患者の気道内に導入される。視覚プローブ４００は、完全にカテーテル１１０内に配置された場合に、キーイング構造内に適合してもよい。キーイング構造は、カテーテル１１０の可動部１１６からの良好な前方視界を提供するため、視覚プローブ４００を可動部１１６に又はさらに可動部１１６を超えて伸びるように、かつ要求される方向に保つ。先に指摘したように、カテーテル１１０の可動部１１６は操舵可能であり、視覚プローブ３２０はカテーテル１１０を目標作業部位に進行させるときに使用者を補助する気道の映像を提供することができる。しかしながら、進行の間の視覚プローブ４００の使用は厳密に必要なものではない。なぜなら、センサシステム１６０、又はカテーテル１１０内で使用又は配置される視覚プローブ４００の有無に関わらず他のいくつかのシステムを使用することで、カテーテル１１０の進行は可能であり得るからである。作業部位まで辿られるこの経路は、完全に気道内の空気通路のような生体内の管腔の中であってもよく、又は一つ又はそれ以上の点で組織を貫通及び通過してもよい。
【００６２】
可動部１１６が目標作業部位に到着したときに、視覚プローブ４００は、ステップ５３０にあるように作業部位を視るため、及びステップ５４０にあるように目標作業部位でのタスクの実行のために可動部１１６に姿勢（ポーズ）を取らせるために使用され得る。可動部１１６に姿勢を取らせることは、作業部位の特徴を明らかにして要求される動作形状を決定するために、視覚プローブ４００からの画像又は視覚情報及びセンサシステム１６０からの測定を使用する。要求される動作形状はまた、使用される予定のツールの種類又は次の医療タスクに依存する。例えば、カテーテル１１０の要求される動作形状を達成することは、カテーテル１１０内の視覚プローブ４００と取り換えられる医療ツールによる処置、採取又は除去を受ける組織への可動部１１６の遠位端部の接触をもたらすかも知れない。他の種類の動作形状は、アブレーション（切断）レーザーを用いて除去される目標の組織へ可動部１１６を指向させる。例えば、組織は一つ又はそれ以上の２次元（２D）カメラ画像で目標とされ得るが、視覚プローブ４００は猶もカテーテル１１０内の位置にある。または目標の組織は、患者の型らに対する位置感知と共に術前の３次元（３D）画像データを使用して、作業部位の仮想的画像上に配置され得る。更に他の種類の動作形状は、針又は他の医療ツールの組織への挿入のための線を規定してもよい。また、その動作形状は、可動部１１６の遠位端部が目標線（軸）に沿う姿勢を含む。概して、要求される動作形状は、可動部１１６の遠位端部の位置又は方向への拘束を規定する。また、カテーテル１１０のより近位の部分は、同様に拘束されることはなく、患者の便宜のために必要なように変化することができる。
【００６３】
ステップ５５０は、制御ロジックのメモリに要求される動作形状を特定するパラメータを保存する。例えば、遠位端部又は目標組織の位置が、３つの目標を用いて定義され得る。針のための目標線は、線上のある点の座標及びその点からの線の方向を示す角度によって定義され得る。概して、制御ロジック１４０は、保持モードで操作する場合には要求される動作形状を定義する保存されたパラメータを使用する。保持モードでは、更に後述するように、カテーテル１１０の可動部１１６を要求される動作形状に維持する。
【００６４】
ステップ５６０は、要求される動作形状が確立及び記録された後に、カテーテルシステムの保持モードを選択及び起動する。図１のカテーテル１１０の制御ロジック１４０は、複数の補強モードを実行する一つ又はそれ以上のモジュール１４１，１４２，１４３及び１４４を有してもよい。複数の補強モードは、可動部１１６の要求される形状が固定的な拘束を有する場合には、保持モードとして使用されてもよい。利用可能な制御モードは、以下の一つ又はそれ以上を含んでもよい。
【００６５】
１．）位置補強モードは、センサシステム１６０によって測定された可動部１１６の位置を要求される位置と比較し、要求される端部位置と測定される端部位置との差を最小化するように作動装置を制御する。位置補強モードは、使用者が先端の位置を正確に制御することを試みる一般的な操作タスクのため、及び遠位端部が組織に接触する状況に特に好適であり得る。
【００６６】
２．）方向補強モードは、測定された方向又は遠位端部が指向する方向を遠位端部の要求される指向方向と比較し、要求される端部の指向方向と実際の端部の指向方向との差を最小化するように作動装置を制御する。この方向補強は、例えば、可動部１１６に取り付けられた視覚プローブ４００のような画像化装置を制御する場合に好適であり得る。このような場合では、視る方向は要求される方向に保たれ、一方、可動部１１６の精密な位置は比較的重要性が低いかも知れない。
【００６７】
３．）目標位置補強モードは、測定された端部位置及び指向方向の組み合わせを使用して、常に可動部１１６の遠位端部が、いくらかの距離をおいて可動部１１６の前に存在する特定された目標点を指向するようにカテーテル１１０を制御する。外部的な攪乱がある場合に、制御ロジック１４０はこの目標位置補強動作を実行するように作動装置を制御してもよい。この動作は、例えば、カテーテルを通って挿入される医療プローブがアブレーションレーザーを含むときに適しているかも知れない。アブレーションレーザーは、常に組織内の目標の切断点に向けられていることが望ましい。
【００６８】
４．）目標軸運動補強モードは、測定された端部位置及び指向方向の組み合わせを使用して、可動部１１６の遠位端部が常に空間内の所定の線上にあり、かつその線に沿う指向方向を有することを確かにする。このモードは、例えば、生検針を特定された線に沿って組織内に挿入するときに有用であり得る。組織の反作用力は、カテーテル１１０の柔軟部の曲がりを引き起こし得るが、この制御戦略は針が常に正しい線に沿っていることを確かにするであろう。
【００６９】
ステップ５６０におけるモードの選択は、使用者による手動選択を通じて、カテーテル１１０内で使用されているプローブの種類に基づいて（例えば、把持装置、カメラ、レーザー又は針）、又はカテーテル１１０が実行している活動に基づいてなされ得る。例えば、カテーテル１１０内にレーザーが配置されている場合に、制御ロジック１４０は、カテーテル１１０内に配置されたレーザーがオフのときに位置補強モードで操作し、そしてカテーテル１１０内に配置されたレーザーがオンのときには要求される目標にレーザーの焦点を合わせるために目標位置補強モードで操作してもよい。“保持”が起動されたときに、制御ロジック１４０は、駆動インターフェイス１２０のための制御信号の生成において、保存された動作形状（操作者インターフェイス１５０からの直後の入力の代わりに）のパラメータを使用する。
【００７０】
ステップ５７０において、視覚プローブはカテーテルから取り外される。ステップ５７０では、カテーテル１１０を通して医療プローブ又はツールを挿入するステップ５８０のために、カテーテル１１０の主管腔を空ける。図５に示された具体的なステップ順のために、視覚システムが取り外され（ステップ５７０）、医療プローブが挿入される（ステップ５８０）間、制御ロジック１４０は保持モードで操作をおこない、可動部１１６を要求される動作形状に維持する。従って、医療プローブが完全に配置された、例えば可動部１１６の末端に到達した場合に、医療プローブは要求される動作形状にある。それにより、ステップ５９０にあるような医療タスクの実行が、取り外され視覚プローブの更なる必要性又は使用なく、実行され得る。ひとたび医療タスクが完了すると、医療プローブが取り外されることができるように、カテーテルは保持モードを解除又はリラックスされることができる。医療処置が完了していれば、次いでカテーテルは患者から取り外されてもよく、又は、更なる医療タスクが要求される場合は、視覚プローブ又はその他のプローブがカテーテルを通して挿入されてもよい。
【００７１】
工程５００のステップ順の一つの代替的において、医療プローブが挿入されている間はカテーテル１１０は保持モードでなくてもよく、医療プローブが完全に配置された後に保持モードに切り替えられてもよい。例えば、カテーテル１１０は、容易な視覚プローブの取り外し（ステップ５７０）及び医療プローブの挿入（ステップ５８０）のために、リラックスされる又は真っ直ぐにされてもよい。要求される動作形状に姿勢を取らせたのちに可動部１１６が動いた場合は、例えば医療プローブの挿入の後にひとたび保持モードが起動されると、制御ロジック１４０は可動部１１６を要求される動作形状に戻すように駆動インターフェイス１２０を制御する。その後、ステップ５９０において医療タスクが実行される間、制御ロジック１４０は可動部１１６の姿勢を監視し、能動的に可動部１１６を要求される動作形状に維持する。
【００７２】
図６は、図１の制御ロジック１４０に実装され得る保持モードの工程６００の流れ図を示す。工程６００は、センサシステム１６０からの測定信号の受信を伴うステップ６１０から開始する。実装される保持モードの種類によって個別の測定が要求されるが、一つの例として、測定は位置座標、例えば可動部１１６の遠位端部のＸ，Ｙ及びＺ座標及び配向角、例えば可動部１１６の遠位端部の中心軸のＸ，Ｙ及びＺ座標軸に対する角度θＸ，θＹ及びθＺを示してもよい。可動部１１６の姿勢を代表する他の座標系及び方法が使用され得る。そして全ての座標及び方向角の測定は必須ではない。しかしながら、一つの例示的な実施形態において、センサシステム１６０は、自由度（DoF）６での可動部１１６の遠位端部の測定が可能であり、ステップ６１０において、これらの測定を制御ロジック１４０に提供するようになっている。
【００７３】
ステップ６２０において、制御ロジック１４０は、可動部１１６の要求される動作形状を決定する。例えば、制御ロジック１４０は、可動部１１６の末端の要求される位置座標、例えばＸ’，Ｙ’及びＺ’、及び要求される配向角、例えば可動部１１６の中心軸のＸ，Ｙ及びＺ座標軸に対する角度θ’Ｘ，θ’Ｙ及びθ’Ｚを決定することができる。前述した保持モードは、概して要求される座標に対して６よりも少ない拘束を提供する。例えば、位置補強モードは、自由度３の可動部１１６の末端の位置を拘束する操作を行い、配向角を拘束しない。対称的に、方向補強モードは、一つ又はそれ以上の配向角を拘束し、可動部１１６の末端の位置を拘束しない。目標位置補強モードは自由度４を拘束し、軸補強モードは自由度５を拘束する。制御ロジック６１０は、例えばＸ’，Ｙ’及びＺ’及び角度θ’Ｘ，θ’Ｙ及びθ’Ｚのような、要求される動作形状を提供するパラメータのセットの一つを選択するために、更なる拘束を課すことができる。その様な更なる拘束は、可動部１１６及びカテーテル１１０の機能に一般的に要求される機械的拘束、又は実用的な拘束を含むが、これらに拘束されない。実用的な拘束は、例えば可動部１１６の運動の最小化又は滑らかで、周期的な振動がなく、かつ予測可能な運動のような要求される動作特性の提供を含む。また、カテーテル１１０へのストレスの制御も要求し得る。ステップ６２０は、測定された姿勢から拘束を満足する姿勢への最小の動きを発見することによって、単に姿勢をセットされた可動部１１６を保つことが含まれ得る。ステップ６２０は、例えば、軸運動補強のための測定位置に最も近い目標線上の点を発見すること、又は現在の姿勢に近い登録された手術前データからいくつかの適切な姿勢を発見することが含まれ得る。
【００７４】
ステップ６３０において、制御ロジック１４０は、要求される及び／又は測定された姿勢を使用して、修正された制御信号を決定する。修正された制御信号は、駆動インターフェイス１２０による要求される姿勢への可動部１１６の動作を引き起こすことができる。例えば、カテーテル１１０の機構及び駆動インターフェイス１２０は、要求される座標Ｘ’，Ｙ’及びＺ’及び角度θ’Ｘ，θ’Ｙ及びθ’Ｚから、要求される姿勢を提供する作動装置制御信号へのマッピングの現像（development）を可能にし得る。他の実施形態は、測定された指定と要求される姿勢との間の差を使用して、修正された制御信号を決定してもよい。概して制御信号は、腱部を通じて可動部１１６に接続される作動装置を制御するために使用され得るのみでなく、全体としてのカテーテル１１０の挿入または転動を（ある程度まで）制御するためにも使用され得る。
【００７５】
制御システム１４０が新たな制御信号を駆動インターフェイス１２０に適用した後に、分岐ステップ６５０は、工程６００を測定ステップ６１０に戻らせることによってフィードバックループを完成させる。制御システム１２０が保持モードに留まる限り、そのようにして遠位端部の姿勢は固定された拘束に基づいて能動的に監視及び制御される。しかしながら、可動部１１６のいくつかの自由度は能動的な制御を要求しないかも知れないことに留意されたい。例えば、方向補強モードにおいて、フィードバック制御は可動部１１６の上下（ピッチ）及び左右（ヨー）を能動的に維持し、一方、カテーテル１１０の機械的捻じれ剛性は、ロール角度が固定された保持力に依存している。しかしながら、概してカテーテル１１０は、工程６００の適用がなければカテーテル１１０を作業部位に対して移動させることになる、予測不能な外力又は患者の動きの対象となり得る。そして、工程６００のような能動的な制御は、要求される動作形状を維持又は保持するために必要とされる。
【００７６】
前述したようなカテーテル１００のセンサシステム１６０は、EMセンサ１６２及びファイバー形状センサ１６４の両方を用いることができる。EMセンサ又は追跡装置は、全体的な高精度と小さなパッケージサイズ（例えば約１x１０mm）を兼ね備える、最先端の位置及び方向センサである。EMセンサは、例えばAscension  Technology  CorporationやNorthern  Digital  Inc.のような会社から商業的に入手可能である。前述の複数の実施形態において使用可能な形状検知技術は、共通して光ファイバー内の反射及び干渉を用いて光ファイバーの長さに沿う形状を測定する。この形状検知技術は、制御可能な関節の屈曲角度の測定又は完全な三次元形状情報の提供だけでなく、ファイバーに沿う２点間の自由度６（6-DoF）の相対的測定の提供のために良い。この種の典型的なファイバー形状センサは、約０．２mmの直径を有してもよい。この直径は、典型的なEMセンサよりも大幅に小さい。
【００７７】
図７は、EMセンサ内で使用しうる、３つの異なる種類の検知コイル７１０，７２０及び７３０を示す。動作中、カテーテル内又は他の装置内の検知コイル、例えばコイル７１０は、外部のEM発生器が作り出した、良好に制御された磁場内に配置される。EM発生器は、典型的には２０‐６０cm幅及び数cmの厚さの四角又は円筒形状の箱の形態を有し、患者に対して固定された位置を有していてもよい。発生器によって作り出された磁場は、時間とともに変化し、検知コイル７１０に電圧及び電流を誘導する。“カテーテルの位置及び方向を決定するシステム（System  for  Determining  the  Position  and  Orientation  of  a  Catheter）”と表題が付けられた米国特許第７，１９７，３５４号公報、及び“医療応用のための体内誘導システム（Intrabody  Navigation  System  for  Medical  Applications）”と表題が付けられた米国特許６，８３３，８１４号公報、及び“自由度６の無線探知機（Wireless  Six-  Degree-  of-  Freedom  Locator）”と表題が付けられた米国特許６，１８８，３５５号公報は、医療環境に適したいくつかのEMセンサシステムの動作を記述しており、その全体において参照されることにより本明細書に取り込まれる。“画像で案内された介入に有用な方法、装置及びシステム（Methods,  Apparatuses,  and  Systems  useful  in  Conducting  Image  Guided  Interventions）”と表題が付けられた米国特許７，３９８，１１６号公報、“自動的な画像で案内された精度検査のための装置及び方法（Apparatus  and  Method  for  Automatic  Image  Guided  Accuracy  Verification）”と表題が付けられた米国特許７，９２０，９０９号公報、“画像で案内された介入において有用な方法、装置、及びシステム（Methods,  Apparatuses,  and  Systems  Useful  in  Conducting  Image  Guided  Interventions）”と表題が付けられた米国特許７，８５３，３０７号公報及び“装置及び方法（Apparatus  and  Method  for  Image  Guided  Accuracy  Verification）”と表題が付けられた米国特許７，９６２，１９３号公報は、医療処置のガイドに電磁検知コイルを用いるシステム及び方法を更に記述し、その全体において参照されることにより本明細書に取り込まれる。概して、検知コイル内に誘導される電圧は、磁束の時間微分に依存する。同様に、磁束は、磁界の強さ及びコイルのループの領域への法線に対する磁界の方向に依存する。磁界発生器は、誘導される電気信号から少なくとも部分的なコイル７１０の姿勢の測定を可能にする、体系的方法で磁界の方向及び強度を変えることができる。単一の検知コイル７１０を包含するセンサ１６２を用いて、自由度５までが測定されることができる。しかしながら、検知コイル７１０は円筒状に対称であり、転動角度例えばコイル７１０の誘導領域への法線７１２の辺りの方向を示す角度は、測定され得ない。単一のコイル７１０を用いて、位置及び指向方向のみが測定され得る。それでも、単一の検知コイル７１０を包含する自由度５（5-DoF）のセンサは、多くの医療システムにおいて有用である。特に、典型的な検知コイルの機械的形状（長く、かつ、細い）は、低侵襲医療ツールの機械的形状に良く適合し、そのツールが回転対称であれば（例えば針又はレーザーファイバーの場合）、転動角度は問題とならない。
【００７８】
カテーテル１１０のようなロボット制御のカテーテルは、作動腱部の位置が把握されるように、転動角度を含む自由度６（6-DoF）の測定を必要とするかも知れない。転動角度の測定に関心がある場合は、一つの自由度６（6-DoF）のEMセンサを創り出すために二つの自由度５（5-DoF）のEMセンサを組み合わせることができる。自由度６（6-DoF）のEMセンサの一つの具体的な立体配置は、二つのコイル（例えば７１０）を用いる。二つのコイルの誘導領域は、傾斜した、例えば、互いに垂直な法線ベクトルを有する。より一般的には、その二つのコイルは、誘導領域に対する法線ベクトルが同一の軸に沿わないように配置される必要がある。二つの法線ベクトル間の角度が大きいほど、概して、より良い測定精度が得られる。図中のコイル７２０及びコイル７３０は、どのような状態でコイル７２０又はコイル７３０がこれら二つのコイルを包含するシリンダーの軸に対してゼロでない角度の法線７２２又は７３２を持つワイヤループを有し得るかを例示している。そのようにしてコイル７２０及びコイル７３０は、同一の方向、例えばカテーテル又はその他の医療ツールに長さに沿って向けられるにも関わらず、自由度６を測定するために使用され得る。
【００７９】
図８Ａは、カテーテルシステム８１０の立体配置を示す。カテーテルシステム８１０は、自由度６の（6-DoF）EMセンサ８２０を包含する近位部８１２及びファイバー形状センサ８２２を包含する遠位部８１４を有する。EMセンサ８２０は、近位部８１２の遠位部側の末端又はその近傍で終結する。その結果、遠位部８１４は、近位部８１２の直径（例えば約４mm）よりも小さな直径（例えば、約２mmの直径のプローブを収容する場合で約３mm）を有することができる。これは、EMセンサ８２０が遠位部８１４内部まで伸びていないからである。部分８１４の遠位端部の姿勢は、形状センサ８２２に沿う所定の点の全体的な位置及び方向を測定又は決定するEMセンサ８２０、及び測定された所定の点から伸びる遠位部８１４の形状を決定する形状センサ８２２を用いて、決定することができる。形状センサ８２２の精度は、比較的高いものであり得る。これは、形状センサ８２２はカテーテル８１０全体ではなくカテーテル８１０の比較的短い部分８１４の形状を測定するのみでよいからである。例えば、ある場合において、部分８１４の遠位端部の位置測定の精度は、EMセンサ８２０の位置及び方向の精度（典型的にはそれぞれ約１mm及び０．０１ラジアン）、及び形状センサの位置精度（部分８１４の長さの０．１５％）の関数である。自由度６の（6-DoF）EMセンサ８２０が遠位端部から約１１５mm離れている場合は、典型的な端部位置の精度は約２．５mmとなる。
【００８０】
図８Ｂは、カテーテル８３０を示す。カテーテル８３０は、近位部８３２内の二つの自由度５（5-DoF）のEMセンサ８４０及び８４１を使用して、形状センサ８４２に沿う基点について自由度６（6-DoF）の測定を行う。形状センサ８４２は、カテーテル８３０の遠位部８３４内に伸びる。EMセンサ８４０及び８４１の二つのコイルは、近位部８３２の同一の断面内に存在し、従って互いに対して堅く固定されている。EMセンサ８４０及び８４１はまた、例えば７２０及び７３０のような、異なる方向の複数のワイヤループを有して形状センサ８４２に沿う点の異なる自由度を測定する、複数の検知コイルを有する。それにより、転動角度は、基準座標系を規定するセンサ８４０及び８４１の二つの測定された指向方向を用いて、決定されることができる。自由度５（5-DoF）の複数のセンサ８４０及び８４１の使用は、近位部８３２の直径の低減を可能にする。詳細には、商業的に入手可能な自由度６（6-DoF）のセンサは、一般的に類似の自由度５（5-DoF）のセンサの直径よりも大きな直径を有する。本発明の一つの態様によれば、自由度５（5-DoF）のセンサの使用によってカテーテルの直径を減少させることができる。図９は、例えば、どのようにしてカテーテル８３０の遠位部８３２が二つの自由度５（5-DoF）のセンサ８４０及び８４１と主管腔９１０を、カテーテル８１０の遠位部８１２の領域よりも小さな、円形の断面領域内に収容することができるかを例示する。詳細には、部分８１２は、主管腔に加えて自由度５（5-DoF）のセンサ８４０及び８４１よりも大きな直径を有する自由度６（6-DoF）のセンサを収容しなければならないため、比較的大きな寸法を有する。
【００８１】
図８Ｃは、センサシステムを使用する本発明の一つの実施形態を示す。そのセンサシステムは、近位部８５２の長さに沿って離間した二つの自由度５（5-DoF）のEMセンサ８６０及び８６１を使用することによって、カテーテル８５０の近位部８５２を更に小さくすることを可能にし得る。その結果、自由度５（5-DoF）のEMセンサ８６０又は８６１の一つだけが、近位部８５２の断面内に収容される必要がある。しかしながら、近位部８５２は柔軟であり、使用中に屈曲可能であるため、二つのEMセンサ８６０又は８６１は互いに堅く固定されていない。そして形状センサ８６２は、二つのEMセンサ８６０と８６１との間の近位部８５２の一部分の形状、及び二つのEMセンサ８６０及び８６１の相対的方向を測定するために使用される。二つのEMセンサ８６０と８６１との間の形状測定は、センサ８６１に対するセンサ８６０の位置及び方向を示す。その相対的立体配置は、その二つの自由度５（5-DoF）の測定からの自由度６（6-DoF）の測定の決定に必要とされる。形状センサ８６２はまた、EMセンサ８６０及び８６１を用いて決定された全体的な位置及び方向の測定に対する遠位端部の位置及び方向を示す、遠位部８５４の形状も測定する。
【００８２】
図８Ｄは、更に他のカテーテル８７０を示す。カテーテル８７０は、その長さに沿って離間した二つの自由度５（5-DoF）のEMセンサ８８０及び８８１を使用する。図８Ｄのカテーテル８７０における検知システムは、一方のEMセンサ８８０がカテーテル８７０の近位部８７２に位置し、他方のEMセンサ８８１がカテーテル８７０の遠位部８７４に位置する点で、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃの検知システムと異なる。その結果、遠位部８７４はセンサ８８１を包含するために十分なほど大きくなければならないが、それでもなお、遠位端部に自由度６（6-DoF）のEMセンサを有するカテーテルと比較した場合はカテーテル８７０の直径の低減を可能とすることができる。
【００８３】
図８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄの実施形態における二つの自由度５（5-DoF）のEMセンサの使用は、自由度６（6-DoF）の測定に厳密に要求されるよりも多くの情報を提供する。本発明の更なる態様によれば、図８Ｂ，８Ｃ又は８Ｄのカテーテル８３０，８５０又は８７０の二つの自由度５（5-DoF）のEMセンサのうちの一つは、自由度５の測定ができない他の種類のセンサと取り換え得る。例えば、加速度計は、二つのEMセンサのうちの一つの代わりに用いられて、加速度計は重力の方向、例えば下方向の測定を提供することができ得る。他方の自由度５（5-DoF）のEMセンサの対称軸が鉛直でないという条件下で、自由度５（5-DoF）のセンサの測定及び鉛直方向に対する方向の測定の組み合わせは、自由度６について測定を指し示すのに十分である。
【００８４】
以上、本明細書に記述された、いくつかの実施形態又は要素は、コンピュータ可読の媒体、例えば、光学的又は磁気的ディスク、メモリカード、又はソリッドステートの記憶装置その他のトランジェントメディア内に実装され得る。これらの媒体は、本明細書において記述したような具体的な工程を実行するために、コンピュータ装置が遂行できる命令を含む。このような媒体は更に、インターネットのような、データ及び遂行可能な命令のダウンロードを提供するネットワークに接続されたサーバー又は他の装置であってもよく、これらに含まれていてもよい。
【００８５】
本発明は特定の実施形態を参照して記述されたが、本明細書における記述は本発明の適用の例に過ぎず、限定として取られるべきではない。本明細書において記述された実施形態の特徴の様々な適応及び組み合わせが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に含まれる。
【図１】
2014533996.tif 000003
【図２】
2014533996.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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