(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に針（３１）を挿入するため及び前記患者の軟部組織内で前記針を操縦するためのシステムであって、
前記針に所望の姿勢を与える複数の自由度を有するロボットプラットフォーム（１１）と、
前記ロボットプラットフォームに取り付けられるように且つ前記針の軸をその遠位端で把持するように構成されているニードルグリッパー（７１）であって、前記針に対して前記針の長手方向に運動を与えるために作動されるように構成されているニードルグリッパーと
を含み、
前記針（３１）が皮膚を貫通した後に患者の体内で動かされているときに前記患者の軟部組織内での前記針（３１）の配向角を調整するべく前記ロボットプラットフォームが構成されるように、前記ロボットプラットフォーム（１１）及び前記ニードルグリッパー（７１）は協調して作動されるように構成され、
前記ロボットプラットフォーム（１１）は、セミアクティブ支持アーム（１３）を介してベース要素（１２）に連結するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記ニードルグリッパー（７１）は、ローラーの協調的な回転が前記針を前記長手方向に移動させるように、前記針（３１）の両側に少なくとも１対のローラー（５１）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記針をその軸線回りに回転させるように構成されている針回転機構（５４）を更に含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ニードルグリッパー（７１）は、前記針が長手方向に自由に移動することを可能にするために、前記針（３１）に対するその把持の解除を可能にするように適合されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記ロボットプラットフォーム（１１）は被作動プラットフォーム（３２）とベースプレート（４１）とを含み、前記ベースプレートは前記患者の皮膚に位置するように構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記ロボットプラットフォーム（１１）は、パラレル、シリアル及びハイブリッドのロボットプラットフォームのいずれかである、請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記セミアクティブ支持アーム（１３）は、前記ロボットプラットフォームが前記患者の体と接触したままであるように前記ロボットプラットフォーム（１１）に圧力をかけるように構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記セミアクティブ支持アーム（１３）は、前記ロボットプラットフォーム（１１）が前記患者の体の動きと共に自由に動くように、その動きが前記患者の体の表面に対して垂直な方向において実質的に拘束されないように構成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記セミアクティブ支持アーム（１３）は、前記ロボットプラットフォーム（１１）を前記患者の体の所定の位置に拘束するように構成されている、請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記患者の体の動きを検出するように構成されているセンサーシステムを更に含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記センサーシステムは、検出された前記患者の体の動きと協調した前記針の挿入のために、前記ロボットプラットフォームのためのコマンドを提供する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記患者の体の動きは呼吸に関連した動きである、請求項１０又は１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記セミアクティブ支持アーム（１３）は、アーチ形支持アーム（２１）を介して前記ベース要素（１２）に連結されるように構成されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ロボットプラットフォームは、前記針の前記所望の姿勢を達成するために前記被作動プラットフォーム（３２）を前記ベースプレート（４１）に対して適切に位置決め及び配向することによって前記針を空間内で位置決め及び配向するように適合されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ロボットプラットフォーム（１１）の前記複数の自由度及び前記針（３１）の軸のその遠位端における前記把持は、前記システムの作業空間が平坦又は平面的であり且つ前記針（３１）の長さに依存しないようなものである、請求項１から１４のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、針操縦用装置及び画像誘導下のロボットによる針操縦におけるそれらの使用の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現代の臨床診療で用いられる多くの日常的な処置は、生検及び薬物送達及び他の治療のための針又はカテーテルの経皮挿入を伴う。針挿入作業の目的は、病変、臓器又は血管であり得る標的部位に適切な針の先端を安全且つ正確に配置することである。針の挿入を必要とする処置の例は、予防接種、血液／体液のサンプリング、局所麻酔、組織生検、カテーテル挿入、極低温切除、電解切除、小線源治療、神経系外科手術、脳深部刺激及び様々な低侵襲手術を含む。
【０００３】
軟部組織での針の誘導及び操縦は、良好な３次元座標、患者の解剖学的構造の情報、及び高レベルの技能を必要とする、複雑な作業である。従って、これらの機能を果たすためのロボットシステムが提案されてきた。このようなロボットシステムには、「Ｘ線透視下でターゲッティングを行うロボットのためのシステム及び方法」と題したＤ．Ｓｔｏｉａｎｏｖｉｃｉの特許文献１、及び「患者の体に対して手術器具を位置決めするためのロボットシステム」と題したＦｕｎｄａらの特許文献２、及びドイツ、フィリップスブルク−ラインスハイムのイノメディックス社によって提供されるイノモーションロボットに関する製品データシートに記載されるものがある。
【０００４】
これらのシステムの全てが、挿入位置を選択し且つ針を標的と位置合わせするのに役立つ誘導システムである。挿入はその結果、針を直線に沿って押す外科医によって行われる。このようなシステムは通常、一般的にＣＴ又はＭＲＩによって作業前に撮影された３次元データを使って動作する。患者の解剖学的構造の３次元再構成が最初に行われる。次いで、３次元の解剖学的構造に針が登録され、ロボットはカニューレをそれが標的と位置合わせされるように配向することができる。そのカニューレを通して、医師は、針が直線から外れずに標的に達すると仮定して針を挿入する。この方法の問題点は、針と組織の両方が柔らかく、従って針が軟部組織内でも必ずしも直線的に進まないことである。針は予定された直線経路から外れる可能性があり、針が意図された標的部位に到達することを保証する方法が必要とされている。
【０００５】
柔軟なベベル針の先端にかかる横力に基づく針操縦方法が、「ベベル遠位端針制御装置及びアルゴリズム」と題した、ＲＪ．Ｗｅｂｓｔｅｒ  ＩＩＩらの特許文献３に記載されている。この出願には、ベベル針の基部を把持し、長手方向の進入のために針軸を押し且つ操縦のために針軸を回転させることによって針軸を駆動する、針駆動装置が記載されている。
【０００６】
「柔軟な針の制御された操縦」と題したＤ．Ｇｌｏｚｍａｎらの特許文献４には、針の基部がロボットによって保持され、且つ針がロボットによる針基部の操作によって操縦される他の方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７００８３７３号明細書
【特許文献２】米国特許第５５７２９９９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／００１６０６７号明細書
【特許文献４】国際公開第２００７／１４１７８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記方法及びシステムの全てが患者への挿入位置から離れたそれらの近位端でロボットにより又は他の方法で把持された針を使用する。これにより、仰臥した患者の上の頭上スペースがしばしば制限される撮像システムの分野では特に問題となり得る、大きな作業空間の必要性が生じる。従って、患者への挿入プロセス中に針を操作するよりコンパクトな方法の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
明細書のこのセクション及び他のセクションに記載された刊行物の各々の開示内容は、参照によりその全体がそれぞれ本明細書に組み込まれているものとする。
【００１０】
本開示は、針軸の操作及び患者の体への操縦ロボットの配置及び配向のためのセミアクティブ装置の使用による軟部組織の内部での柔軟な針の操縦のための方法及び装置について記載している。他の操縦方法とは対照的に、ロボットは、針の基部又は針の基部に近い近位点を保持せず、むしろ操作可能なニードルグリッパーを用いて患者への挿入位置に近いその遠位部分によって針の軸を把持する。ニードルグリッパーとニードルグリッパーを操作するためのロボットプラットフォームの組み合わせは、本出願において、ロボット針マニピュレーターと称される。
【００１１】
ロボット針マニピュレーターは、少なくとも４自由度で移動することができなければならない。最小限の４自由度により、ロボット針マニピュレーターの配向及び位置決めが可能になる。針の進入位置を位置決めするのに２自由度、配向に２自由度が必要とされる。針の挿入動作は、下記のように、ロボット針マニピュレーター内で生じた押圧動作によってもたらすことができるので、平面に対して垂直な運動は必須ではない。ロボット針マニピュレーターは相当量である可能性がある針の全長の挿入に必要な運動を生じる必要がないので、システムに必要な作業空間は、ロボットによる挿入をそれ自体で行う従来技術のシステムに比べて著しく小さい。しかしながら、一般に針を挿入するのに必要とされる大きな移動はロボット針マニピュレーターのロープロファイルの作業空間を維持する必要性と矛盾する可能性があるので、針に対して平行な方向にある自由度方向の使用は一般に針を挿入するのに使用されないものの、４より大きい自由度を有するロボットプラットフォームの使用も有利であり得る。
【００１２】
上記のようなロボットアクチュエーターによって生じる針の配向及び位置決め機能の他に、ロボット針マニピュレーターは針をその長手方向に移動させる機構を用いて針を挿入することもできなければならない。この機構は針軸を把持し且つそれを内側及び外側に動かすように設計された機械システムであることができ、或いは、ロボット針マニピュレーターの把持動作が解除されているか、或いは取り付けられてさえおらず、針がカニューレ内に自由に保持されているとき、「機構」は単に、手で針を挿入する医療従事者による手作業である。
【００１３】
更に、針の回転は、ベベル針誘導システムでの使用に、すなわち、挿入中に横力が生じた場合、ベベル針によって生じる偏位がこのような偏位を検出するための撮像に最適な撮像面内にあるように、単にベベルを撮像面に対して９０度に維持するのに有用であり得る。提案されるシステムは、ＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴ又は超音波など、様々な医用画像モードで動作することができる。
【００１４】
針は、連続的に、又はステップ毎にオペレーターの承認を必要とするステップバイステップで挿入することができる。このシステムの極めて革新的な側面は、その遠位部を用いた針の操作にある。
【００１５】
本出願に記載されたシステムの１つの利点は、ロボットが針の基部を操作する従来技術のシステムよりもロボットに必要な作業空間が大幅に小さいことであり、針の基部は、長い針の場合、針の先端の進入位置から１０ｃｍ以上であり得る。作業空間は、従来技術のシステム用の数センチメートルとは対照的に、わずか１０ミリメートルのオーダーである可能性がある。本出願に記載されたシステムでは、長手方向の針の運動は、針の横方向の操作から機械的に分離される。本開示の装置のこれらの実施形態の特徴は、針駆動機構が可変長の針を駆動することができ、一方、駆動機構の寸法及び作業空間が針の長さに依存しないことである。従来技術のシステムでは、長手方向の針挿入は、ロボット制御で利用できないか、又は可能な場合、マニピュレーターが少なくとも針の挿入長さと同じ長さの可動域を有することを必要とする。
【００１６】
針基部の駆動及び針軸の駆動の実施例は、数値シミュレーションによって以下に示される。小さい作業空間により、このような医療用途に有利な小さいロボットの使用が可能になる。わずか１０ミリメートル程度のこのような作業空間は、安全性の観点から有利である。ロボットは、その結果、誤って大きく移動して隣接する臓器を傷つけることができない。
【００１７】
本出願に記載されるロボット針マニピュレーターは、それらのロープロファイルによって、患者の体に容易に配置することができ、これにより作業中の患者の動きが補正される（ロボットが患者と共に移動する）という理由でも有利である。ロボットは患者に直接配置され且つベルト又は接着剤で結合され、それによってその横方向の位置を患者の皮膚に取り付けることができる。
【００１８】
また、ロープロファイルにより、ロボット針マニピュレーターをＣＴ又は他の３次元撮像システムの限られたスペースでより容易に使用することが可能になる。
【００１９】
本発明の例示的な態様によれば、ロボット針マニピュレーターはセミアクティブ支持アームによって支持され、その目的は、以下の
（ｉ）優しい力を加えることによってロボット針マニピュレーターを患者の体表面に付けるため、及び、
（ｉｉ）リアルタイムでロボットの位置を追跡するため
の１つ以上であり得る。
【００２０】
セミアクティブアームは、針進入位置の上にロボットを横方向に位置付け且つ患者の体に対してロボット平面を配向することができるように、３以上の自由度、好ましくは６自由度を有することができる。セミアクティブアームは、シリアルロボットのように、関節によって連結された一連のリンクを含むことができる。しかしながら、パラレルロボット又はシリアル／パラレルハイブリッドロボットもこの用途で使用され得ることを理解すべきである。シリアルロボットの場合、エンドエフェクタの位置及び向きを順運動学問題の解によって計算することができるように、それぞれのこのようなセミアクティブ関節は、関節の回転を監視するエンコーダーを有さなければならない。一方、セミアクティブアームは代替的に、完全に受動的である（関節内にモーターがなく、関節が自由に回転してロック解除されることができることを意味する）ことができ、又は少なくとも１つの関節の角度を制御することができるように、１つ以上の関節に作用するモーター若しくはバネがあってもよい。或いは、１つ以上の関節がロックされ、他の関節が受動的であることができる。使用される実際の構成にかかわらず、関節のエンコーダーは（取り付けられている場合）、患者の体に対するセミアクティブアームの位置を測定するため、結果として、例えば本明細書に記載される登録のために、ロボットの位置及び向きを測定するためのセンサーとして使用することができる。
【００２１】
１つ以上の関節の制御は、ロボットが患者の体の動きに同期して動く必要がある呼吸ゲート問題の解決（呼吸補正）に有用である。セミアクティブアームの更なる機能は、患者の呼吸を監視することであり得る。セミアクティブアームは、患者の呼吸周期の段階を監視するために、従来技術の方法で行われるように、患者の皮膚に外部センサーを配置する必要性を低減する。ロボット針マニピュレーターは患者の胸部との接触を維持するので、そのセンサーは患者の呼吸周期を明確にすることができる。
【００２２】
支持アームの特に有用な構成は、ロボット針マニピュレーターが患者と接触したままであるのに十分な圧力を加え、それにもかかわらずロボット針マニピュレーターが患者の呼吸周期と共に上下することを可能にするように、例えばバネを使用することなどによって、患者の体表面に対して垂直な方向に確実な制御を提供することである。同時に、ロボット針マニピュレーター制御システムの他の自由度方向は、有利には、ロボット針マニピュレーターが針挿入位置で患者の体上にあるその所定の位置に支持アームによって名目上拘束されたままであり、それにもかかわらず作業中に患者が咳又は不快感などによって横方向に動いた場合にある程度自由に動くことを可能にするように、十分堅固に制御された状態に維持することができる。
【００２３】
また、セミアクティブアーム上のセンサーの必要性は、ＣＴ座標系へのロボット位置の登録を継続する必要性によって決定され得る。ロボットとＣＴシステムの間の正確な座標変換を定めるための最初のロボット登録は、患者の呼吸運動によって無効になり、患者の呼吸運動はまたロボットを移動させる。セミアクティブアーム内のセンサーは、ロボットが移動しても、最初の登録作業から適切な電流座標変換を継続するように、ロボット位置を追跡することができる。
【００２４】
セミアクティブアームによってロボットを連結することの更なる利点は、アームが今やロボット及び患者と共に移動し、挿入された針を用いて患者のボリュームスキャンを行うことができることである。ボリュームスキャンを行うために、ＣＴベッドは移動する必要がある。針が患者の体内にあり且つＣＴベッドが移動したとき、針及びロボットはベッド及び患者と共に移動するので、針と患者の間に相対運動はない。
【００２５】
従って、本開示に記載された装置の例示的な実施形態に従って、患者への針の挿入のためのシステムであって、
（ｉ）針に所望の姿勢を与える複数の自由度を有するロボットプラットフォームと、
（ｉｉ）ロボットプラットフォームに取り付けられたニードルグリッパーであって、針に対してその長手方向に運動を与えるように作動されるニードルグリッパーと
を含み、
前記ニードルグリッパーは針の基部に対して遠位で針の軸を把持するシステムが提供される。
【００２６】
このようなシステムは、患者への針の挿入位置の近くでロボットプラットフォームを位置決めするための位置決めシステムを更に含むことができる。また、ニードルグリッパーは、ローラーの協調的な回転が針をその長手方向に移動させるように、針の両側に少なくとも１対のローラーを含むことができる。また、針がその軸を中心に回転することができるように、針回転機構を組み込むことができる。更に他の実施形態では、ニードルグリッパーは、針が長手方向に自由に移動することができるように、その針に対する把持を解除するように適合されることができる。
【００２７】
本発明の針挿入システムの更に他の実施形態では、ロボットプラットフォームは、ベースプレートを患者の皮膚に対して並置された状態でロボットプラットフォームを位置決めすることができるように、ベースプレートを含むことができる。また、姿勢は、針が患者に挿入されるときに針の向きを調整することができるように、ニードルグリッパーの作動と協調して調整されることができる。
【００２８】
更に、上記システムのいずれかにおいて、針基部に対して遠位での針軸の把持は、システムがそのいかなる部分も針の基部よりも患者から更に延びることなく動作することができるようになっている。一部の例示的な実施形態では、システムの作業空間は針の挿入位置から最大で５０ｍｍ、他の実施形態では最大で３０ｍｍ、更に他の実施形態では最大で２０ｍｍしか延びないことができる。
【００２９】
上記システムのいずれかにおいて、ロボットプラットフォームは、パラレル、シリアル、又はハイブリッドのロボットプラットフォームであることができる。
【００３０】
本開示に記載された装置の別の例示的な実施形態に従って、患者への針の挿入のためのシステムであって、
（ｉ）患者に針を位置合わせし且つ挿入するためのロボットプラットフォームと、
（ｉｉ）患者への針の挿入位置の近くでロボットプラットフォームを位置合わせするための支持アームと、
（ｉｉｉ）針の挿入位置の近くで患者の体の動きを検出するためのセンサーシステムと
を含み、
前記センサーシステムは、検出された患者の体の動きと協調した針の挿入のために、ロボットプラットフォームのためのコマンドを提供するシステムが更に提供される。
【００３１】
このようなシステムに関連して上述した患者の体の動きは、呼吸に関連した動きであることができる。また、支持アームは、ロボットプラットフォームが患者の体に接触したままであるように、ロボットプラットフォームに圧力をかけるように設計されてもよく、支持アームは、ロボットプラットフォームが患者の体の動きと共に自由に動くように、その動きが患者の体の表面に対して垂直な方向において実質的に拘束されないようになっていてもよい。更に、支持アームの動きは、ロボットプラットフォームが患者の体の所定の位置に支持アームによって概ね拘束されるように、患者の体の表面に対して平行な方向において部分的に拘束されてもよい。
【００３２】
更に他の実施形態は、患者に針を挿入するための方法であって、
（ｉ）針をその所望の姿勢に位置合わせするために複数の自由度を有するロボットのプラットフォームを設けることと、
（ｉｉ）ロボットプラットフォームに取り付けるためのニードルグリッパーを設けることと、
（ｉｉｉ）針の基部から遠位で針の軸を把持するのにニードルグリッパーを使用することと、
（ｉｖ）針に対してその長手方向に運動を与えるためにニードルグリッパーを作動させることと
を含む方法を行う。
【００３３】
患者に針を挿入するための更なる例示的な方法は、
（ｉ）患者に挿入するために針を位置合わせするためのロボットプラットフォームを設けることと、
（ｉｉ）患者への針の挿入位置の近くでロボットプラットフォームを位置合わせするための支持アームを設けることと、
（ｉｉｉ）針の挿入位置の近くで患者の体の動きを検出することと、
（ｉｖ）検出された患者の体の動きと協調して針を挿入することができるように、ロボットプラットフォームのためのコマンドを提供するのに検出された体の動きを使用することと
を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明は、図面と併せて参照される以下の詳細な説明からより完全に理解及び認識されるであろう。
【図１】ＣＴ撮像システムの誘導の下で針を操作するために使用される、本開示のシステムの全体図を示す。
【図２】撮像システムへの挿入のために患者ベースプレートに取り付けられたロボット針マニピュレーターの概略図である。
【図３】針基部から離れて針を保持する様子が示される、完全なロボット針マニピュレーターの概略図である。
【図４】図３のロボット針マニピュレーターの別の概略図である。
【図５】針挿入をロボット制御下で行うことができるように２つ以上のローラーの回転を利用する針駆動機構を組み込んだ完全なロボット針マニピュレーターを異なる挿入角度で概略的に示す。
【図６】針挿入をロボット制御下で行うことができるように２つ以上のローラーの回転を利用する針駆動機構を組み込んだ完全なロボット針マニピュレーターを異なる挿入角度で概略的に示す。
【図７】針基部の操縦による針操縦の従来例を示すグラフである。
【図８】図７に示される従来技術の方法を超える省スペースの利点を示す、本開示の遠位軸把持法を用いた針操縦の実施例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
最初に、例えばＣＴ又はＭＲＩガイダンスなどの撮像システムの誘導の下で針を操作するのに使用されるシステムの全体図を示す、図１及び２を参照する。しかしながら、針操縦操作技術及び針操作ロボットは、ＣＴ又はＭＲＩ撮像モダリティとの使用に限定されず、例えば超音波、ＰＥＴなどの既存の撮像モダリティと共に使用することができることを理解すべきである。
【００３６】
図１は、ＣＴシステムに取り付けられた例示的なシステムを示す図である。システムはＣＴシステムに直接連結される必要はない。ロボット針マニピュレーター１１はセミアクティブアーム１３を介してベース要素プレート１２に連結されることができ、セミアクティブアーム１３はアーチ形支持アーム２１を介してベース要素に連結されることができる。ベース要素は、撮像システムベッド１４に配置されることができ、撮像システムベッドと共に移動する。或いは、支持アーチは、撮像システムベッドに直接取り付けることができる。
【００３７】
ここで、完全なシステムがＣＴなしで示されている図２を参照する。小型ロボット１１は、セミアクティブアーム１３を介してベース要素１２に連結されて示されている。セミアクティブアームは、全ての関節を制御する必要がないように、１つ以上のアクチュエーターを有するが、一般に自由度の数と同数のアクチュエーターを必要としないため、そのように呼ばれる。アームは、ロボット針マニピュレーターを針進入位置及び患者の体勢に対して正しい位置に位置決めすることのみであるその機能のために、不必要に複雑で高価になるだろう。好ましくはＣＴベッドの形状を有するベース要素は、患者がその上に横になることができるように十分堅く、且つアーチ形支持アーム２１のベース要素への連結が十分剛性となるほど十分堅くなければならない。
【００３８】
図示の実施例では、セミアクティブアームは５自由度を有し、３自由度はロボット針マニピュレーターのベースを患者の体の任意の場所へ位置決めするため、２自由度はロボット針マニピュレーターを患者の体に対して概ね平行であり且つ有利には患者の皮膚に接触するように配向するためのものである。
【００３９】
ここで、完全なロボット針マニピュレーターが示されている図３を参照する。針３１を保持しているロボット１１が示されている。例示のために、ロボットは１９６５年に発表された周知のスチュワートゴフプラットフォームに基づいているが、これは単に例示的な実施形態であり、他の任意の適切なタイプのロボットを使用できることを理解すべきである。ロボットは６自由度を有し、ロボットの作動されたプラットフォーム３２をそのベースプレート４１に対して適切に位置決め及び配向することによって、針カニューレを空間内で位置決め及び配向することができる。ロボット針マニピュレーターの内部には、図５及び６に記載される針駆動機構がある。ロボット針マニピュレーターのベースプレート４１は、患者の皮膚上での装置の配向を可能にする、球状又はＵ字状関節によりセミアクティブアーム１３に連結されることができる。
【００４０】
ここで、改良されたスチュワートゴフプラットフォームがクローズアップで示されている図４を参照する。ベースプレート４１は患者の皮膚に配置される。ベースは、患者の体に適合するように柔らかいクッション４２を有することができる。図４及び５は６自由度の改良されたスチュワートゴフロボットを示しているが、ロボット針マニピュレーターは、スチュワートゴフのようなパラレルでも、シリアルでも、ハイブリッドでも、あらゆる適切なタイプのロボットプラットフォームを利用できることが理解されるべきである。
【００４１】
図１から４に示されるロボット針マニピュレーターは、針の手動挿入のために医師に使用されることができような、単純なロボットによる針位置決め及び配向装置として使用することができ、又は針挿入もロボット制御の下で行うことができるように、針駆動機構を組み込むことができる。ここで、２つ以上のローラー５１の回転を用いるこのような針駆動機構の実施例が２つの異なる挿入配向角で示されている図５及び６を参照する。駆動力は、針軸３１とローラー５１の間の非滑り摩擦によって生じる。ローラーを通過した後、針は方向付けカニューレ５３を通り抜け、方向付けカニューレ５３は出る針の方向をより正確に制御する。図５及び６には針回転機構５４も模式的に示されている。この機構は、それらの軸が針の軸に対して本質的に平行な平面内に位置合わせされた１対の摩擦ローラーに基づくか、又はクラッチの利用とプーリーホイールの回転が針を回転させるようにその平面内で針軸が摩擦クラッチの中心を貫通する単独の従動プーリーホイールに基づくことができ、或いはこのような選択可能な回転運動を与えるための他の任意の既知の機構によることができる。任意のこのような回転機構は、挿入ステップが作動されたときに針の自由な長手方向の動きを可能にしなければならない。
【００４２】
ここで、針基部の操縦による針操縦の従来例の空間シミュレーションが示されている図７を参照する。シミュレーションは、特許文献４に記載されたシステムに基づいている。針周囲の縦及び横の見える範囲を表す軸がｃｍ単位で示されている。針ホルダー７１は、図示のように針３１の基部３４を保持し且つ針の基部を操作する。ロボットマニピュレーターが針を挿入するのに必要な作業空間は、少なくとも針の高さでなければならないことがわかる。例えば、患者の体内に針を６センチ挿入するのに、ロボットマニピュレーターの作業空間は少なくとも長さが６ｃｍでなければならず、図７のシミュレーションで示される配向操作のために、針基部３４の横方向の移動の範囲である幅が約５〜６ｃｍでなければならない。医療用途では、大きな作業空間を有するロボットは、安全性の問題があって不都合である。大きな作業空間は、ロボットが誤って間違った場所に移動する可能性があることを意味する。
【００４３】
ここで、本発明のロボット針マニピュレーターを用いた針軸の操作による針操縦の実施例が示されている図８を参照する。針は図７と同じ軌道を実現しなければならないが、必要なロボットマニピュレーターの作業空間は、マニピュレーターが皮膚に非常に近いため、はるかに小さいことがわかる。図示の実施例では、作業空間はわずか、高さ２ｃｍ、幅約３ｃｍであることがわかる。高さは使用されるロボットのタイプに依存するが、それでも５ｃｍまでの高さの典型的なロボットは従来のロボットによる針挿入方法に比べて作業空間の点で有利である。このような小規模の作業空間用に作られたロボットは、マニピュレーターが物理的に小さな領域に拘束され、近くの領域に害を与える可能性がないため、安全性に関する重要な利点がある。また、位置決め及び配向操作機構の押圧機構からの分離も安全性の向上に寄与する。更に、ロボットの作業空間は平坦又は平面的であり、針の長さに依存しない。同ロボットは、任意の実際に使用されている長さの針を効率的に収容することができる。また、ロボットは、断層撮像システムの限られた範囲内により容易に収容されることができる。
【００４４】
本発明が以上に詳細に示され且つ記載されたものに限定されないことは、当業者によって理解される。むしろ、本発明の範囲は、本明細書に記載された様々な特徴のコンビネーションとサブコンビネーションの両方と、当業者が上記記載を読めば思いつく従来技術ではない変形及び修正とを含む。
【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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