(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶される患者の解剖学的形態の画像における連結した解剖学的構造体を同定するステップ、
前記連結した解剖学的構造体を表す複数の連鎖要素を生成するステップであって、各連鎖要素は、前記連結した解剖学的構造に関連した解剖学的中心線の周りに形成された境界面を含む、生成するステップと、
前記連結した解剖学的構造体のうち少なくとも１つの構造体内に置かれた器具上のポイントに対応する追跡データを受信するステップ、及び
前記器具上のポイントを、前記複数の連鎖要素のうちの１つにマッチさせるステップ、を含み、
前記器具上のポイントを、前記複数の連鎖要素のうちの１つにマッチさせるステップが、前記器具上のポイントの位置座標に最も近い前記複数の連鎖要素の組を決定するステップを含み、且つ前記組における各連鎖要素に対して、前記器具上のポイントと前記連鎖要素の解剖学的中心線との距離を決定するステップをさらに含む、
方法。
【請求項２】
前記記憶される患者の解剖学的形態の画像を作成するために、コンピュータメモリ装置内に手術前の医療画像を受けるステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記連結した解剖学的構造体は肺の気道を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記組における最も近い連鎖要素を同定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記最も近い連鎖要素の解剖学的中心線まで、前記器具上のポイントを映し出すステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記解剖学的中心線から半径の距離にて、前記映し出されたものに沿ったスナッピングポイントを同定するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記器具上のポイントが、前記最も近い連鎖要素を通る前記解剖学的中心線の２つの基点のうちの１つに最も近いか、又は、前記２つの基点間の中間点に最も近いかどうかを決定するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
可撓性の器具であって、該器具上のポイントに対する追跡データを提供するように適応されたセンサを含む器具、
患者の解剖学的形態の画像を記憶するメモリ、及び、
前記記憶される患者の解剖学的形態の画像における連結した解剖学的構造体を同定し、
前記連結した解剖学的構造体を表す複数の連鎖要素を生成することであって、各連鎖要素は、前記連結した解剖学的構造に関連した解剖学的中心線の周りに形成された境界面を含む、生成し、
前記連結した解剖学的構造体のうち少なくとも１つの構造体内に置かれた前記器具上のポイントに対応する前記追跡データを受信し、さらに、
前記器具上のポイントを、前記複数の連鎖要素のうちの１つにマッチさせる、
ように構成されるプロセッサ、を含み、
前記プロセッサは、前記器具上のポイントの位置座標に最も近い前記複数の連鎖要素の組を決定することによって、前記器具上のポイントを、前記複数の連鎖要素のうちの１つにマッチさせるよう構成され、且つ前記組における各連鎖要素に対して、前記器具上のポイントと前記連鎖要素の解剖学的中心線との距離を決定するようさらに構成される、
医療システム。
【請求項９】
前記記憶される患者の解剖学的形態の画像が、手術前に記録される医療画像を含む、請求項８に記載の医療システム。
【請求項１０】
前記連結した解剖学的構造体が肺の気道を含む、請求項８に記載の医療システム。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記組における最も近い連鎖要素を同定するようさらに構成される、請求項８に記載の医療システム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、前記最も近い連鎖要素の解剖学的中心線まで前記器具上のポイントを映し出すようさらに構成される、請求項１１に記載の医療システム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、前記解剖学的中心線から半径の距離にて、前記映し出されたものに沿ったスナッピングポイントを同定するようさらに構成される、請求項１２に記載の医療システム。
【請求項１４】
前記プロセッサは、前記器具上のポイントが、前記最も近い連鎖要素を通る前記解剖学的中心線の２つの基点のうちの１つに最も近いか、又は、前記２つの基点間の中間点に最も近いかどうかを決定するようさらに構成される、請求項１２に記載の医療システム。
【請求項１５】
前記プロセッサが、前記連結した解剖学的構造体の画像と、前記患者の解剖学的形態内の前記器具上のポイントの画像とを含む合成画像を生成するようさらに構成される、請求項８に記載の医療システム。
【請求項１６】
患者の解剖学的形態の一組の連結した通路の画像を生成するステップであって、各通路は、前記患者の解剖学的形態の連結した通路に関連した解剖学的中心線の周りに形成された境界面を含む、生成するステップ、
器具上のポイントに対する位置情報を受信するステップであって、前記情報が、前記連結した通路に対する前記ポイントの位置を示す、ステップ、
前記ポイントに対する調整された位置情報を生成するステップであって、前記患者の解剖学的形態の一組の連結した通路を、連鎖した境界表面の要素の構造体としてモデリング
することを含む、ステップ、
前記調整された位置情報を用いて、調整された器具の画像を作成するステップ、及び、
前記一組の連結した通路の画像と前記調整された器具の画像とを含む合成画像を生成するステップ、を含み、
前記ポイントに対する調整された位置情報を生成するステップが、複数の連鎖された境界表面の要素の構造体における最も近い連鎖された境界表面の要素を同定することを含み、且つ前記器具上のポイントと前記同定された境界面の要素の解剖学的中心線との距離を決定することをさらに含む、
方法。
【請求項１７】
前記一組の連結した通路の画像を生成するステップが、コンピュータメモリ装置内に手術前の医療画像を受けることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記器具上のポイントに対する位置情報を受信するステップが、前記患者の解剖学的形態の連結した通路の１つの外側に前記器具上のポイントを置いている位置情報を受信することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記器具上のポイントに対する位置情報を受信するステップが、前記連結した通路の１つにおいて前記器具上のポイントを置いている位置情報を受信することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ポイントに対する調整された位置情報を生成するステップが、前記ポイントに対する位置情報を、前記最も近い連鎖された境界表面の要素の壁上の位置に変えることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療処置の間に患者の解剖学的形態内の医療装置を追跡するためのシステム及び方法を対象としており、特に、制限された探索空間を使用した患者の解剖学的形態内の医療装置を効率的に追跡するためのシステム及び方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
最小侵襲医療技術は、診断又は外科手術手技の間にダメージを受ける組織の量を減らし、その結果、患者の回復時間を短くする、不快感を減らす、及び、有害な副作用を減らすように意図される。そのような最小侵襲技術は、患者の解剖学的形態における自然孔を介して、又は、１つ又は複数の外科的切開を介して行ってもよい。これらの自然孔又は切開を介して、臨床医は、手術器具を挿入して標的組織位置に到達してもよい。標的組織位置に到達するために、最小侵襲手術器具は、肺、大腸、腸管、腎臓、心臓、循環器系等の解剖学的システム内の自然の又は外科的に作られた連結した通路を進んでもよい。ナビゲーション補助システムは、臨床医が手術器具の経路を定める、及び、解剖学的形態に対するダメージを回避するのに寄与する。これらのシステムは、実際の空間における又は処置前若しくは同時発生の画像に関する手術器具の形状、ポーズ及び位置をより正確に表す位置及び形状センサの使用を具体化することができる。多くの解剖学的通路が密集した動的な解剖学的システムにおいて及び／又は解剖学的領域において、最小侵襲器具を解剖学的システムに正確に位置合わせすることは、時間のかかる且つ多量のコンピュータ処理を必要とする作業である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
改善されたシステム及び方法が、最小侵襲器具を解剖学的システムに位置合わせするシステム及び方法の精度及び能率を上げるために必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態が、以下に続く特許請求の範囲によって要約される。
【０００５】
一実施形態において、方法が、記憶される患者の解剖学的形態の画像における連結した解剖学的構造体を同定するステップ、及び、連結した解剖学的構造体を表す複数の連鎖要素を生成するステップを含む。当該方法は、連結した解剖学的構造体のうち少なくとも１つの構造体内に置かれた器具上のポイントに対応する追跡データを受信するステップ、及び、その器具上のポイントを、複数の連鎖要素のうちの１つにマッチさせるステップも含む。
【０００６】
別の実施形態において、医療システムが、可撓性の器具であって、該器具上のポイントに対する追跡データを提供するように適応されたセンサを含む器具、及び、患者の解剖学的形態の画像を記憶するメモリを含む。当該システムは、記憶される患者の解剖学的形態の画像における連結した解剖学的構造体を同定し、さらに、連結した解剖学的構造体を表す複数の連鎖要素を生成するプロセッサも含む。プロセッサはまた、連結した解剖学的構造体のうち少なくとも１つの構造体内に置かれた器具上のポイントに対応する追跡データを受信し、さらに、その器具上のポイントを、複数の連鎖要素のうちの１つにマッチさせる。
【０００７】
別の実施形態において、方法が、患者の解剖学的形態の一組の連結した通路の画像を生成するステップ、及び、器具上のポイントに対する位置情報を受信するステップであって、その情報が、連結した通路に対するそのポイントの位置を示す、ステップを含む。当該方法は、前記ポイントに対する調整された位置情報を生成するステップであって、患者の解剖学的形態の一組の連結した通路を、連鎖した円筒の構造体としてモデリングすることを含む、ステップ、及び、調整された位置情報を用いて、調整された器具の画像を作成するステップも含む。当該方法は、一組の連結した通路の画像及び調整された器具の画像を含む合成画像を生成するステップも含む。
【０００８】
本開示の態様は、以下の詳細な説明から、付随の図と共に読まれた場合に最も理解される。当産業における標準的技法に従って、種々の特徴は一定の比例に応じて描かれているのではないということが強調される。実際、種々の特徴の大きさは、考察を明瞭にするため、任意に増やすか又は減らしてもよい。加えて、本開示は、種々の例において参照番号及び／又は文字を繰り返してもよい。この繰り返しは、単純性及び明瞭性のためであり、それ自体が、考察される種々の実施形態及び／又は構成間の関係を決定するわけではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態によるロボット手術システムを示した図である。
【図２】本開示の態様を利用した手術器具システムを例示した図である。
【図３ａ】最小侵襲器具の画像に位置合わせされたヒトの肺の画像を示した図である。
【図３ｂ】最小侵襲器具の視点からヒトの肺の領域を描いた、ヒトの肺の内部画像を示した図である。
【図４】肺の気管支通路の一部を例示した図である。
【図５】図４の気管支通路を表す複数の円筒形の連鎖要素を例示した図である。
【図６】円筒形の連鎖要素を例示した図である。
【図７】器具のポイントを解剖学的通路まで動かす（ｓｎａｐｐｉｎｇ）ための方法を例示した流れ図である。
【図８】円筒形の連鎖要素を例示した図である。
【図９】円筒形の連鎖要素の中心線まで映し出された（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ）器具のポイントを例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の本発明の実施形態の詳細な説明において、数多くの特定の詳細が明記され、開示される実施形態の完全な理解を提供している。しかし、この開示の実施形態は、これらの特定の詳細を要することなく実行されてもよいということが当業者には明らかである。他の例において、よく知られた方法、手順、構成要素及び回路は、本発明の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように詳細に記載されていない。
【００１１】
以下の実施形態は、種々の器具及び器具の一部を、三次元空間におけるその状態の観点から説明している。本明細書において使用される場合、「位置」という用語は、（例えば、デカルトＸ、Ｙ、Ｚ座標に沿った３つの並進移動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ）自由度等）三次元空間における対象又は対象の一部の位置を意味する。本明細書において使用される場合、「方向」という用語は、対象又は対象の一部の回転による配置（３つの回転自由度、例えばロール、ピッチ及びヨー等）を意味する。本明細書において使用される場合、「ポーズ」という用語は、（全部で６つの自由度までで）少なくとも１つの並進移動自由度における対象又は対象の一部の位置、及び、少なくとも１つの回転自由度におけるその対象又は対象の一部の方向を意味する。本明細書において使用される場合、「形状」という用語は、対象に沿って測定される一組のポーズ、位置又は方向を意味する。
【００１２】
図面の図１を参考にすると、ロボット手術システムが、参照番号１００によって概して示されている。図１において示されているように、ロボットシステム１００は、一般に、患者Ｐに対して種々の処理を行うことにおいて手術器具１０４を操作するための外科用マニピュレーターアセンブリ１０２を含む。アセンブリ１０２は、手術台Ｏに載せられるか又はその近くにある。マスターアセンブリ１０６は、外科医Ｓが手術部位を見るのを、及び、マニピュレーターアセンブリ１０２を制御するのを可能にする。
【００１３】
別の実施形態において、ロボットシステムは、２つ以上のマニピュレーターアセンブリを含んでもよい。マニピュレーターアセンブリの正確な数は、複数の要因の中でも外科手術手技及び手術室内の空間制限次第である。
【００１４】
マスターアセンブリ１０６は、手術台Ｏと同じ室内に通常置かれる外科医のコンソールＣに置かれてもよい。しかし、外科医Ｓは、患者Ｐとは異なる部屋又は完全に異なる建物に置くことができるということが理解されるべきである。マスターアセンブリ１０６は、一般に、任意の支持物１０８、及び、マニピュレーターアセンブリ１０２を制御するための１つ又は複数の制御装置１１２を含む。１つ又は複数の制御装置１１２は、ジョイスティック、トラックボール、グローブ、トリガーガン、手動操作制御装置又は音声認識装置等、いかなる数の種々の入力装置を含んでもよい。いくつかの実施形態において、１つ又は複数の制御装置１１２には、付随の手術器具１０４と同じ自由度が提供されて、テレプレゼンス、又は、１つ又は複数の制御装置１１２が器具１０４と一体であるという知覚を外科医に提供するため、外科医は、器具１０４を直接制御しているという強い感覚を有する。いくつかの実施形態において、制御装置１１２は、６つの自由度で動く手動の入力装置であり、（例えば、はさみ口（ｇｒａｓｐｉｎｇ  ｊａｗ）を閉じるため、電極に電位を加えるため又は薬物治療を送達するため等）器具を作動させるための作動可能ハンドルも含んでよい。
【００１５】
可視化システム１１０は、手術部位の同時発生又はリアルタイム画像が外科医コンソールＣに提供されるように、（以下でより詳細に記載される）目視鏡（ｖｉｅｗｉｎｇ  ｓｃｏｐｅ）アセンブリを含んでもよい。同時発生画像は、例えば、手術部位内に置かれた内視鏡によってキャプチャされる二次元又は三次元画像であってもよい。この実施形態において、可視化システム１００は、手術器具１０４に統合して又は取外し可能に結合されてもよい内視鏡的構成要素を含む。しかし、別の実施形態において、別のマニピュレーターアセンブリに取り付けられた別の内視鏡を手術器具と共に使用し、手術部位を画像表示してもよい。可視化システム１１０は、１つ又は複数のコンピュータプロセッサと相互作用するか又さもなければ１つ又は複数のコンピュータプロセッサによって実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はその組み合わせとして実行されてもよく、１つ又は複数のコンピュータプロセッサは、（以下に記載される）制御システム１１６のプロセッサを含んでもよい。
【００１６】
表示システム１１１は、可視化システム１１０によってキャプチャされた手術部位及び手術器具の画像を表示してもよい。ディスプレイ１１１及びマスター制御装置１１２は、スコープアセンブリにおける画像処理装置と手術器具との相対位置が、外科医の眼と手との相対位置と類似するように方向づけられてもよく、従って、オペレータは、実質的に本当に目の前で作業空間を見ているかのように、手術器具１０４及び手動の制御を操縦することができる。本当に目の前でとは、画像の提示が、本当の眺望の画像であり、手術器具１０４を物理的に操縦しているオペレータの視点をシミュレートしているということを意味している。
【００１７】
或いは又は加えて、モニター１１１は、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、蛍光透視法、サーモグラフィー、超音波、光干渉断層撮影法（ＯＣＴ）、熱画像測定、インピーダンス画像法、レーザー画像法又はナノチューブＸ線画像法等の画像処理技術を使用して手術前に記録された及び／又はモデリングされた手術部位の画像を示してもよい。示された手術前画像は、二次元、三次元又は四次元画像を含んでもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態において、モニター１１１は、手術器具の実際の位置が、手術前又は同時発生の画像に位置合わせされて（すなわち動的に参照されて）手術器具の先端の位置の内部の手術部位の仮想的な画像を外科医Ｓに与える仮想的なナビゲーション画像を表示してもよい。手術器具の先端の画像又は他のグラフィカル若しくは英数字の表示を仮想的な画像に重ねて、手術器具を制御する外科医を補助してもよい。或いは、手術器具は、仮想的な画像において可視でなくてもよい。
【００１９】
他の実施形態において、モニター１１１は、手術器具の実際の位置が、手術前又は同時発生の画像に位置合わせされて、外部視点からの手術位置内の手術器具の仮想的な画像を外科医Ｓに与える仮想的なナビゲーション画像を表示してもよい。手術器具の一部の画像又は他のグラフィカル若しくは英数字の表示を仮想的な画像に重ねて、手術器具を制御する外科医を補助してもよい。
【００２０】
図１において示されているように、制御システム１１６は、外科用マニピュレーターアセンブリ１０２とマスターアセンブリ１０６と画像及び表示システム１１０との間の制御に影響を与えるための少なくとも１つのプロセッサ及び典型的には複数のプロセッサを含む。制御システム１１６は、本明細書において記載される方法の一部又は全てを実行するソフトウェアプログラミング命令も含む。制御システム１１６は、図１の概略図において単一のブロックとして示されているけれども、このシステムは、処理の少なくとも一部が任意で入力装置に隣接して行わる、一部がマニピュレーターに隣接して行われる等、（例えば、外科用マニピュレーターアセンブリ１０２及び／又はマスターアセンブリ１０６上に）多くのデータ処理回路を含んでもよい。種々様々な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャーのいずれも利用してよい。同様に、プログラミングコードを、多くの別のプログラム若しくはサブルーチンとして実行してもよく、又は、本明細書に記載されるロボットシステムの多くの他の態様に統合させてもよい。一実施形態において、制御システム１１６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩｒＤＡ、ＨｏｍｅＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ及びＷｉｒｅｌｅｓｓ  Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ等の無線通信プロトコルをサポートしてもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態において、制御システム１１６は、手術器具１０４からの力及びトルクフィードバックを手動の制御装置１１２に提供するためにサーボコントローラを含んでもよい。いかなる適した従来又は専門のサーボコントローラも使用してよい。サーボコントローラは、マニピュレーターアセンブリ１０２とは別であってもよく、又は、マニピュレーターアセンブリ１０２と一体であってもよい。いくつかの実施形態において、サーボコントローラ及びマニピュレーターアセンブリは、患者の体に隣接して置かれるロボットアームカートの一部として提供される。サーボコントローラは、体内の開口部を介して患者の体内の内部手術部位内に延びる器具をマニピュレーターアセンブリに動かすように命令する信号を送る。
【００２２】
手術器具１０４を支えるマニピュレーターアセンブリ１０２のそれぞれが、一般的にはセットアップ接合と呼ばれる一連の手動でつなげることができるリンケージ、及び、ロボットマニピュレーターを含んでもよい。ロボットマニピュレーターアセンブリ１０２は、一連の作動装置（例えばモータ等）によって駆動されてもよい。これらのモータは、制御システム１１６からのコマンドに応答してロボットマニピュレーターを積極的に動かす。モータは、自然に又は外科的に作られた解剖学的孔の中に手術器具を進めるよう、及び、複数の自由度において手術器具の遠位端を動かすように手術器具にさらに結合され、複数の自由度は、（例えばＸ、Ｙ、Ｚの直進運動等の）３つの直線運動度、及び、（例えば、ロール、ピッチ、ヨー等の）３つの回転運動度を含んでもよい。加えて、モータを使用して、生検装置等のはさみ口において組織をとらえるために、器具のつなげることができるエンドエフェクタを作動させることができる。
【００２３】
図２は、手術器具システム１０４を含む追跡される器具システム１１８及びそのインターフェースシステムを例示している。手術器具システム１０４は、インターフェース１２２によって、マニピュレーターアセンブリ１０２及び可視化システム１１０に結合される可撓性の器具１２０を含む。器具１２０は、可撓体１２４、その遠位端１２８にて先端１２６、及び、その近位端１３０にてインターフェース１２２を有している。可撓体１２４は、例えば点線のバージョンの曲げられた先端１２６によって示されているように先端を制御可能に曲げる又は回転させるため、及び、いくつかの実施形態においては任意のエンドエフェクタ１３２を制御するために、インターフェース１２２と先端１２６との間を延びるケーブル、リンケージ又は他の操縦制御装置（図示せず）を収容している。可撓性の器具は、上記の操縦制御装置を含んで操縦可能であってもよく、又は、器具の曲りのオペレータ制御に対して統合された機構を有することなく操縦不可能であってもよい。エンドエフェクタは、例えば標的組織の所定の処理に影響を与えるため等、医療作用に対して操作可能な作業遠位部分であってもよい。例えば、いくつかのエンドエフェクタは、外科用メス、刃又は電極等、１つの作業部材を有する。図２の実施形態において示されているもの等の他のエンドエフェクタは、例えば、鉗子、捕捉器具、はさみ又はクリップアプライヤー等、一対又は複数の作業部材を有する。電気活性化エンドエフェクタの例として、電気外科的な電極、トランスデューサー及びセンサ等が挙げられる。エンドエフェクタは、例えば、流体送達、付属品導入及び生検抽出等を要する吸引、吸入、灌漑、処理を行うために、流体、ガス又は固形物を運ぶための導管も含んでよい。他の実施形態において、可撓体１２４は１つ又は複数の管腔を定めることができ、管腔を介して、手術器具を展開し、さらに、標的手術位置にて使用することができる。
【００２４】
器具１２０は画像キャプチャ要素１３４を含むこともでき、画像キャプチャ要素１３４は、表示システム１１１による表示のために、可視化システム１１０に送られ、さらに、可視化システム１１０によって処理される画像をキャプチャするために、遠位端１２８にて配置される双眼実体カメラ又は単眼実体カメラを含んでもよい。或いは、画像キャプチャ要素１３４は、ファイバースコープ等、器具１２０の近位端上の画像及び処理システムに結合するコヒーレント光ファイバー束であってもよい。画像キャプチャ要素１３４は、可視又は赤外線／紫外線スペクトルにおける画像データをキャプチャするために、単一又は多スペクトル感応性であってもよい。
【００２５】
追跡システム１３５は、遠位端１２８並びに器具１２０に沿った１つ又は複数のセグメント１３７の位置、方向、速度、ポーズ及び／又は形状を決定するために、電磁（ＥＭ）センサシステム１３６及び形状センサシステム１３８を含む。追跡システムはまた、記憶される患者の解剖学的形態の画像と、患者に固定されたリファレンスフレームにおける形状センサとを位置合わせするために使用してもよい。レジストレーションは、或いは、当業者によって理解されるＥＭセンサシステムを利用しない他の技術を使用して行ってもよい。例証的な組のセグメント１３７のみが図２において描かれているけれども、遠位端１２８と近位端１３０との間の、且つ、先端１２６を含む器具１２０の全長は、複数のセグメントへと効果的に分割されてもよい。追跡システム１３５は、１つ又は複数のコンピュータプロセッサと相互作用するか又さもなければ１つ又は複数のコンピュータプロセッサによって実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はその組み合わせとして実行されてもよく、１つ又は複数のコンピュータプロセッサは、制御システム１１６のプロセッサを含んでもよい。
【００２６】
ＥＭセンサシステム１３６は、外部で生成される電磁場に供することができる１つ又は複数の導電コイルを含む。ＥＭセンサシステム１３６のそれぞれのコイルは、次に、外部で生成される電磁場に対するコイルの位置及び方向次第である特徴を有する誘導電気信号を生じる。一実施形態において、ＥＭセンサシステムは、例えば、３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、並びに、基点のピッチ、ヨー及びロールを示す３つの配向角度等、６つの自由度を測定するように構成され及び置かれてもよい。ＥＭセンサシステムのさらなる説明が、全内容を本願に援用する“Ｓｉｘ−Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｆｒｅｅｄｏｍ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｂｅｉｎｇ  Ｔｒａｃｋｅｄ”を開示している１９９９年８月１１日に出願した米国特許第６，３８０，７３２号において提供されている。
【００２７】
センサシステム１３８は、（例えば、内部のチャネル（図示せず）内に提供される、又は、外側に載せられる等）可撓体１２４に合わせられた光ファイバー１４０を含む。追跡システム１３５は、光ファイバー１４０の近位端に結合される。この実施形態において、ファイバー１４０は、約２００μｍの直径を有する。他の実施形態において、その大きさは、より大きいか又はより小さくてもよい。
【００２８】
光ファイバー１４０は、器具１２０の形状を決定するための光ファイバー曲げセンサを形成する。別の手段において、ファイバーブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ（ＦＢＧ））を含む光ファイバーが、１つ又は複数の大きさの構造体におけるひずみ測定試験を提供するために使用される。三次元における光ファイバーの形状及び相対位置をモニターするための種々のシステム及び方法が、全内容を本願に援用する“Ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｈａｐｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｒｅｌａｔｉｎｇ  ｔｈｅｒｅｔｏ”を開示している２００５年７月１３日に出願した米国特許出願第１１／１８０，３８９号、“Ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ  ｓｈａｐｅ  ａｎｄ  ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｎｇ”を開示している２００４年７月１６日に出願した米国仮特許出願第６０／５８８，３３６号、及び、“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｒｅ  Ｂｅｎｄ  Ｓｅｎｓｏｒ”を開示している１９９８年６月１７日に出願した米国特許第６，３８９，１８７号において記載されている。他の手段において、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリュアン散乱及び蛍光散乱等、他のひずみ感知技術を利用するセンサが適していてもよい。他の別の実施形態において、器具１２０の形状は、他の技術を使用して決定されてもよい。例えば、器具の先端のポーズの経緯が、ナビゲーション表示を更新するための期間よりも短いある時間の間、又は、（例えば吸息及び呼息等）変化する動きの間記憶される場合、そのポーズの経緯を使用して、その期間にわたって装置の形状を再現することができる。別の例として、過去のポーズ、位置又は方向のデータは、呼吸等、変化する動きのサイクルに沿った器具の既知のポイントに対して記憶してもよい。この記憶されたデータを使用して、器具に関する形状の情報を開発してもよい。或いは、器具に沿って置かれるＥＭセンサ等の一連の位置センサを、形状感知のために使用することができる。或いは、特に解剖学的通路が概して静的である場合に、処理の間の器具上のＥＭセンサ等の位置センサからのデータの経緯を使用して器具の形状を表してもよい。或いは、外部の磁場によって位置又は方向が制御される無線装置を、形状感知のために使用してもよい。その位置の経緯を使用して、ナビゲートされた通路に対する形状を決定してもよい。
【００２９】
この実施形態において、光ファイバー１４０は、１つのクラッド１４６内に複数のコアを含んでもよい。各コアは、各コアにおける光が、他のコアにおいて運ばれている光と著しく相互作用しないように、充分な距離及びコアを隔てるクラッドを持ったシングルモードであってもよい。他の実施形態において、コアの数は変わってもよく、又は、各コアは、別の光ファイバー内に含有されてもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態において、ＦＢＧのアレイが、各コア内に提供されている。各ＦＢＧは、屈折率において空間的周期性を生成するように、一連のコアの屈折率の変調を含む。間隔は、各率の変化からの部分的な反射が、狭帯域の波長に対してコヒーレントに合算され、その結果、はるかに広い帯域を通過させながら、この狭帯域の波長のみを反射するように選ばれてもよい。ＦＢＧを製作している間に、変調は既知の距離によって間隔があけられ、その結果、既知の域の波長の反射を引き起こしている。しかし、ひずみがファイバーコア上で誘発される場合、変調の間隔は、コア内のひずみの量に応じて変わる。或いは、光ファイバーの曲げと共に変わる後方散乱又は他の光学現象を使用して、各コア内のひずみを決定することができる。
【００３１】
従って、ひずみを測定するために、光がファイバーまで送られ、戻ってくる光の特徴が測定される。例えば、ＦＢＧは、ファイバー上のひずみ及びその温度の結果である反射波長を生じる。このＦＢＧ技術は、Ｓｍａｒｔ  Ｆｉｂｒｅｓ社（Ｂｒａｃｋｎｅｌｌ，Ｅｎｇｌａｎｄ）等の種々の供給源から商業的に入手可能である。ロボット手術に対する位置センサにおけるＦＢＧ技術の使用は、全内容を本願に援用する“Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｕｒｇｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ”を開示している２００６年７月２０日に出願した米国特許第７，９３０，０６５号において記載されている。
【００３２】
マルチコアファイバーに適用される場合、光ファイバーの曲げは、各コア内の波長シフトをモニターすることによって測定することができるコア上のひずみを誘発する。３つ以上のコアをファイバー内の軸外しで配置させることによって、ファイバーの曲げは、コアのそれぞれに異なるひずみを誘発する。これらのひずみは、局所的なファイバーの曲げ度の結果である。例えば、ＦＢＧを含有するコアの領域は、ファイバーが曲げられるポイントにて置かれた場合、その結果、それらのポイントでの曲げの量を決定するために使用することができる。既知のＦＢＧ領域の間隔と組み合わされたこれらのデータは、ファイバーの形状を再現するために使用することができる。そのようなシステムは、Ｌｕｎａ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ社（Ｂｌａｃｋｓｂｕｒｇ、Ｖａ）によって記載されてきた。
【００３３】
上記のように、光ファイバー１４０は、器具１２０の少なくとも一部の形状をモニターするために使用される。より明確には、光ファイバー１４０を通過する光が、手術器具１２０の形状を検出するため、及び、その情報を利用して外科手術手技を補助するために、追跡システム１３５によって処理される。追跡システム１３５は、器具１２０の形状を決定するために使用される光を生成及び検出するための検出システムを含んでもよい。この情報は、次に、手術器具の一部の速度及び加速度等、他の関連する変数を決定するために使用することができる。これらの変数のうち１つ又は複数の変数の正確な測定値をリアルタイムで得ることによって、コントローラは、ロボット手術システムの精度を改善する、及び、構成要素部品を駆動させることにおいて導入されるエラーを補うことができる。感知は、ロボットシステムによって作動される自由度のみに限定されてもよく、又は、（例えば、接合間の未作動の堅い部材の曲げ等）受動自由度にも、（例えば、作動された器具の動き等）能動自由度にも適用されてもよい。
【００３４】
追跡システム１３５からの情報は、ナビゲーションシステム１４２に送られてもよく、そこで、可視化システム１１０からの情報及び／又は手術前に撮られた画像と組み合わされて、器具１２０の制御において使用するために、表示システム１１１上でリアルタイムの位置情報を外科医又は他のオペレータに提供する。制御システム１１６は、器具１２０を置くためのフィードバックとしてその位置情報を利用してもよい。手術器具を手術画像に位置合わせする及びそれを表示するために光ファイバーセンサを使用するための種々のシステムが、全内容を本願に援用する“Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  ａｎ  Ａｎａｔｏｍｉｃａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  Ｉｍａｇｅ−Ｇｕｉｄｅｄ  Ｓｕｒｇｅｒｙ”を開示している２０１１年５月１３日に出願した米国特許出願第１３／１０７，５６２号において提供されている。
【００３５】
図２の実施形態において、器具１０４は、ロボット手術システム１００内で遠隔操作される。別の実施形態において、マニピュレーターアセンブリは、直接のオペレータ制御と交換されてもよい。直接の操作の別の手段において、種々のハンドル及びオペレータインターフェースを、器具のハンドヘルドの操作のために含ませてもよい。
【００３６】
図３ａは、可撓性の器具１２０等、可撓性の器具の器具の画像１５４に位置合わせされた、肺の外からの視点からのヒトの肺１５２の画像１５１を含む合成画像１５０を描いている。肺１５２の画像１５１は、手術前に記録された画像から生成されてもよく、又は、外科手術手技の間に同時に生成されてもよい。合成画像１５０は、表示システム１１１を介して表示されてもよい。器具１２０が、肺１５２の気管支通路１５６を通って進められるに従い、追跡システム１３５及び／又は可視化システム１１０からの情報が使用され、肺の画像１５１に器具の画像１５４を位置合わせする。肺１５２の画像１５１は、例えば、吸気又は呼気の状態の肺を描くために変わってもよい。器具の画像１５４は、気管支通路１５６を通った器具１２０の前進又は後退を描くために変わってもよい。時折、合成画像１５０は、器具の画像の一部１５４´が気管支通路の外側にあるように、器具の画像１５４を誤ってレンダリングしてもよい。器具が気管支通路内に置かれるように器具の画像を正すためのシステム及び方法が以下に記載される。
【００３７】
図３ｂは、器具１２０の視点からの肺の領域を描いた、ヒトの肺１５２の内部画像１６０を描いている。画像１６０は、肺１５２の描写された部分に置かれながら器具１２０によって外科手術手技の間に撮られた同時発生の画像であってもよい。より明確には、画像は、可視化システム１１０によってキャプチャされてもよい。或いは、画像１６０は、追跡システム１３５によって決定された器具１２０の先端の位置に基づき選択される手術前に記録された画像であってもよい。
【００３８】
多くは、ＥＭセンサシステム１３６及び形状センサシステム１３８を含む追跡システム１３５が、解剖学的通路の外側にある器具１２０の器具の先端１２６若しくは１つ又は複数のセグメント１３７に対する位置を計算してもよい。これはおそらく、（解剖学的通路の壁は破られていないと仮定して）わずかな測定エラーを示す。そのようなエラーは、肺又は心臓等の特定の解剖学的構造体の動的な性質から生じ得る。例えば、吸息及び呼息は、肺の気管支通路の位置及びサイズを変える。或いは、エラーは、解剖学的通路内の手術器具の存在によって引き起こされる組織の変形から生じ得る。器具の画像及び患者の解剖学的形態の画像が共に位置合わせされる及び表示される場合に、器具の位置を正すために、及び、通路内の器具の１つ又は複数のポイントを正確に突き止めるために、選択された器具のポイントは、解剖学的通路の壁上の位置まで、又は、解剖学的通路の管腔まで動かされるか若しくはグラフィカルに位置合わせされてもよい。
【００３９】
一実施形態において、器具上のポイントを解剖学的通路まで動かすことは、記憶された解剖学的通路の画像をモデリングすることによって始められる。図４は、手術前の画像においてキャプチャされた肺の気管支構造体２０２の一部の三次元モデル２００である。気管支構造体２０２は、別々の気管支通路２０４乃至２１６を含む。気管支通路２０４乃至２１６を通る一連の中心点が、解剖学的中心線２１８を形成している。画像２００は、複数の手術前画像から形成された合成画像であってもよい。図５は、気管支通路２０４乃至２１６を表す円筒形の連鎖要素３０４乃至３１６の三次元の連結された構造体３０２の実例３００である。以下において詳細に説明されるように、連結した円筒形の連鎖要素３０４乃至３１６は、解剖学的中心線２１８から決定される。連結された円筒構造体３０２として気管支構造体２０２を表すことによって、器具のポイントの位置が突き止められる特定の気管支通路を決定するための探索空間が減らされ得る。枝分かれした解剖学的通路を参照することが多くあるけれども、本願のシステム及び実施形態は、一連のつなげられた円筒として単一の通路をモデリングすることにも適用可能である。これは、通路が、その長手方向に沿って曲がっているか又はその直径が変わっている場合に特に有用であり得る。
【００４０】
図６は、円筒形の連鎖要素３０４の実例である。円筒形の連鎖要素３０４は、解剖学的中心線２１８の枝３２０に周りに形成される。枝３２０は、枝の両端に基点ＢＰ０及び基点ＢＰ１を含む。円筒の中心線３２２は、基点ＢＰ０と基点ＢＰ１との間の最短距離にわたっている。円筒形の連鎖要素３０４の全体の半径ＲＴは、半径Ｒ１と半径Ｒ２との組み合わされた長さであり得る。半径Ｒ１は、解剖学的中心線２１８と円筒の中心線３２２との最大偏差である。従って、中心線間の偏差が大きいほど、全体の円筒半径の近似値も大きい。半径Ｒ２は、例えばモデル２００から得られた気管支通路２０４の平均半径である。一実施形態において、円筒形の連鎖要素３０４は、球面形状の末端３２４、３２６を含み得る。重複する球面形状の末端３２４、３２６は、連鎖要素３０４をモデリングすることと付随するコンピュータ計算の義務を単純にすることができ、さらに、理解しやすい「接合」要素に隣接する連鎖要素を提供することができる。しかし、種々の他の実施形態において、円筒形の連鎖要素３０４は、（例えば、平ら、角度のついた、切子面のついた、又は、いかなる他のモデリング構成等）いかなる構成の末端も有し得る。
【００４１】
種々の他の実施形態において、全体の半径ＲＴは種々の別の様式において、枝３２０に対する所望のレベルの描写を提供するように定めることができるということに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態において、全体の半径ＲＴは単純に、気管支通路２０４の平均半径（すなわち半径Ｒ２）、気管支通路２０４の最大半径、又は、気管支通路２０４のいかなる他の適切な特徴と同等であり得る。他の実施形態において、半径Ｒ１（又は、円筒形の連鎖要素３０４に沿った所定の「バッファ」距離若しくは可変半径等、いかなる他の調整係数）を、上記の気管支通路に関連する半径のいずれにも加えることができる。
【００４２】
図７は、器具１５４の三次元のポイントＰを気管支通路まで動かすための方法を例示した流れ図４００である。この方法は、例えば図３ａにおいて示されているように、形状センサ及び／又はＥＭセンサからの情報を含む追跡システム情報が、ポイントＰを含む器具の一部を気管支通路の外側に置く場合に、ポイントＰでの器具の画像を正すために使用してもよい。最初に、連結した解剖学的構造体が、記憶される患者の解剖学的形態の画像において同定される。連結した解剖学的構造体は、枝分かれした解剖学的通路を含み、各通路は、少なくとも１つの他の通路に連結している。複数の円筒形の連鎖要素が、上記の連結した解剖学的構造体を表すために生成される。
【００４３】
ステップ４０２にて、ポイントＰが同定されて、気管支通路まで動かされる。ポイントＰは、気管支通路の外側の位置まで追跡されてきた気管支器具上のポイントとして同定されてもよい。いくつかの実施形態において、ポイントＰは、気管支器具の遠位の先端であってもよいが、別の実施形態において、ポイントＰは、気管支通路内の器具に沿ったいかなるポイントであってもよい。ステップ４０４にて、ポイントＰに対する円筒形の連鎖要素３０４乃至３１６の最も近いものが同定される。例えば、ポイントＰと各円筒形の連鎖要素３０４乃至３１６との距離を決定するために、円筒形の連鎖要素に対するポイントＰの一般的な位置が第一に決定される。計算されることになる距離は、ポイントＰと、基点ＢＰ０及びＢＰ１を含むそれぞれの要素の円筒の中心線上の最も近いポイントとの距離であるため、円筒形の連鎖要素のそれぞれに対するポイントＰの一般的な位置が考慮される。
【００４４】
図８を参考にすると、ポイントＰは、円筒形の連鎖要素３０４に対する３つの位置のうち１つにあってもよい。第一に、ポイントＰは、ＢＰ０付近の領域Ａ内のＰＡであり得る。第二に、ポイントＰは、ＢＰ０とＢＰ１との間の領域Ｂ内のＰＢであり得る。第三に、ポイントＰは、ＢＰ１付近の領域Ｃ内のＰＣであり得る。ポイントＰが置かれている領域を決定するために、ＢＰ０からＢＰ１までの単位座標ベクトルＶと、ＢＰ０からＰまでのベクトルとの内積が計算される。内積がゼロ未満である場合、Ｐは、ＢＰ０に最も近い（領域Ａ）。内積が、ＢＰ０からＢＰ１までである場合、Ｐは、ＢＰ１により近い（領域Ｃ）。内積がそうでなければ、Ｐは、ＢＰ０からＢＰ１までの中間点のどこかにある。円筒形の連鎖要素３０４に対するポイントＰの位置が決定された後、Ｐから中心線３２２上の最も近いポイントまでの距離が計算される。このポイントＰの位置及び距離の決定は、円筒形の連鎖要素３０４乃至３１６のそれぞれに対して行われる。Ｐへの最短距離を有した円筒形の連鎖要素３０４乃至３１６が、最も近い円筒形の連鎖要素と考慮される。さらなる処理が、これらの最も近い円筒形の連鎖要素に対してのみ行われる。一実施形態において、最も近い５つの円筒形の連鎖要素が選ばれてもよいが、他の実施形態において、より多く又はより少ない要素が適し得る。
【００４５】
ステップ４０６にて、ポイントＰに最も近い円筒形の連鎖要素に対して、最も近い円筒形の連鎖要素のそれぞれに対する解剖学的中心線上の最も近いポイントを同定するために探索が行われる。解剖学的中心線上の最も近いポイントが、最も近い円筒形の連鎖要素のそれぞれに対して決定された後、最も近い総括解剖学的中心線ポイントＰｉを有した円筒形の連鎖要素が選ばれる。
【００４６】
ステップ４０８にて、及び、図９を参考にして、最も近い円筒形の連鎖要素の解剖学的中心線に沿った最終ポイントＰｆが決定される。より明確には、リファインメント計算（ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われて、最終ポイントＰｆが、２つの中心線ポイントＰｉとＰｉ＋１との間、又は、ＰｉとＰｉ−１との間にあるかどうかが決定される。最終ポイントＰｆが決定された後で、ポイントＰは、Ｐｆの気管支通路の直径とほぼ等しい半径を有するＰｆの周りの球体と交わるまで、Ｐｆに向かう直線に沿って映し出される。ポイントＰｓは、ポイントＰが動かされる気管支通路の壁上の位置を表している。ステップ４１０にて、ポイントＰは、円筒形の連鎖要素の外側又は円筒形の連鎖要素の内側にあるかどうか決定するために評価される。ポイントＰが円筒形の連鎖要素の内側にある場合、ステップ４１２にて、器具の画像上のレンダリングされたポイントＰの画像が、共に位置合わせされた肺の画像上の気管支通路内に維持される。ポイントＰが円筒形の連鎖要素の外側にある場合、ステップ４１４にて、器具の画像上のレンダリングされたポイントＰの画像が、ＰとＰｆとの間の映し出されたもの（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）に沿ってポイントＰｓまで調整又は動かされ、ポイントＰｓにて、その映し出されたものは気管支通路の壁と交わる。ステップ４１６にて、訂正された器具の画像１５４と位置合わせされた、ヒトの肺１５２の画像１５１を描く訂正された合成画像１５０が用意される。訂正された画像において、ポイントＰは、気管支壁の外側に延びるのではなく気管支通路まで動かされている。
【００４７】
上記のシステム及び方法は、気管支通路の壁に沿った各ポイントにて、又は、気管支通路の中心線に沿った各ポイントにて包括的に考慮することによって、正しい気管支通路までポイントＰを直接動かすことを試みる「力ずくの」方法と比較して、時間を短縮する及びコンピュータ処理資源の保全をすることができる。例えば、本開示の方法を用いた動かす処理に対する時間は、力づくの方法に対する２１０μｓと比較して、約３５μｓであってもよい。
【００４８】
可撓性の器具の少なくとも一部の画像を、解剖学的システムの画像に位置合わせするための別のシステム及び方法が、全内容を本願に援用する“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｈａｐｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ”を開示している米国特許出願第（参照番号ＩＳＲＧ０４３００）、及び、“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｒａｐｉｄ  Ｐｏｓｅ  Ｓｅａｒｃｈ”を開示している米国特許出願第（参照番号ＩＳＲＧ０３７４０）において開示されている。参照システム及び方法によって具体化されるこれらの態様は上記のシステム及び方法と共に使用して、可撓性の器具の少なくとも一部の画像を、解剖学的システムの画像に正確に位置合わせする別の方法を提供してもよい。
【００４９】
レジストレーションシステム及び方法が、遠隔操作又は手動の外科手術システムに関して本明細書において記載されてきたけれども、これらのレジストレーションシステム及び方法は、種々の医療器具及び医療以外の器具において応用されることになり、さもなければ、それらの種々の医療器具及び医療以外の器具において、正確な器具の画像レジストレーションは、時間がかかり過ぎるか、又は、多量のコンピュータ処理を要する。
【００５０】
本開示のシステム及び方法は、肺の連結した気管支通路において使用するために例示されてきたけれども、大腸、腸管、腎臓、脳、心臓又は循環器系等を含む種々の解剖学的システムのいずれにおける自然の又は外科的に作られた連結した通路を介した他の組織のナビゲーション及び処置にも適している。本開示の方法及び実施形態は、非外科的適用にも適している。
【００５１】
本発明の実施形態における１つ又は複数の要素は、制御システム１１６等のコンピュータシステムのプロセッサ上で行うようにソフトウェアにおいて実行されてもよい。ソフトウェアにおいて実行される場合、本発明の実施形態の要素は、本質的に、必要なタスクを行うコードセグメントである。プログラム又はコードセグメントは、プロセッサ可読記憶媒体又は装置において記憶することができ、伝送媒体又は通信リンクにわたる搬送波で表されるコンピュータデータシグナルとしてダウンロードされてもよい。プロセッサ可読記憶装置は、光媒体、半導体媒体及び磁気媒体を含む、情報を記憶することができるいかなる媒体を含んでもよい。プロセッサ可読記憶装置の例として、電子回路、半導体素子、半導体メモリ素子、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、消去プログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク又は他の記憶装置が挙げられる。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のコンピュータネットワークを介してダウンロードされてもよい。
【００５２】
示された処理及び表示は、いかなる特定のコンピュータ又は他の装置にも本質的には関連しないということに留意されたい。種々の汎用システムを、本明細書における教示によるプログラムと共に使用することができるか、又は、記載される動作を行うためにより専門の装置を構成するのに便利であると証明することができる。種々のこれらのシステムに対する要求される構造は、特許請求の範囲における要素として明らかになる。加えて、本発明の実施形態は、いかなる特定のプログラム言語を参考にしても記載されない。種々のプログラム言語を使用して、本明細書において記載される本発明の教示を実行してもよいということが正しく理解されることになる。
【００５３】
本発明の特定の例証的な実施形態が記載され、さらに、付随の図面において示されてきたけれども、そのような実施形態は単に広義の発明を例示したものであって、その広義の発明を限定するのではないということ、及び、本発明の実施形態は、種々の他の修正が当業者に対して生じ得るため、示され且つ記載される特定の構造及び配置に限定されないということが理解されることになる。
【００５４】
上記の実施形態は円筒形の連鎖を使用して解剖学的構造体をモデリングするけれども、当業者は、本発明の真意から逸脱することなく、明確な表面を有したさらなる境界表面連鎖をどのようにして使用するのか知っている。例えば、楕円体の、双曲的な、回転楕円体の連鎖を使用することができる。一般に、境界エンベロープタイプの明確な表面を、上記の実施形態のいずれに対しても使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【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８】
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【図９】
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