(57)【要約】画像案内される医療処置を被験者に実施する医用撮像システムと、このシステムを実施する方法が提供される。このシステムは、被験者の三次元画像を捕捉する医用撮像装置、例えば、ＣＴスキャナ、磁気共鳴撮像システム、又は、超音波撮像システム等を含む。介入計画技術を通じ、三次元画像を用いて被験者に対する介入処置が決定される。医用撮像装置の近傍にある機械アーム組立体が介入処置を行う。機械アーム組立体は、介入処置を行うためにベース支持部、遠位の端、複数のアームセグメント、及び、アームセグメントの間に複数の接合部を含む。機械アーム組立体の遠位の端にはエンドエフェクタが配置される。エンドエフェクタは、介入処置中に外科用器具を選択的に把持し解放する把持手段を含む。
2004517659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像案内される医療処置を被験者に実施する医用撮像システムであって、
上記被験者の三次元画像を捕捉する医用撮像装置と、
上記三次元画像を用いて被験者に対する介入処置を計画する手段と、
上記医用撮像装置の近傍に配置され、上記介入処置を行うためにベース支持部、遠位の端、複数のアームセグメント、及び、上記アームセグメントの間に複数の接合部を含む機械アーム組立体と、
上記機械アーム組立体の上記遠位の端に配置され、上記介入処置中に外科用器具を選択的に把持し解放する把持手段を有するエンドエフェクタとを有する医用撮像システム。
【請求項２】
上記エンドエフェクタは、更に、
第１の把持表面を有する第１のフィンガー部分と、
第２の把持表面を有する第２のフィンガー部分と、
上記第１のフィンガー部分に配置され上記第２のフィンガー部分の方に延在する第１の外科用器具案内部と、
上記第２のフィンガー部分に配置され上記第１のフィンガー部分の方に延在する第２の外科用器具案内部とを有し、
上記第１の把持表面と上記第２の把持表面とは上記外科用器具に把持力を加えるよう互いに対向する請求項１記載の医用撮像システム。
【請求項３】
軌道に沿って上記外科用器具を上記被験者の中にインクリメント的に挿入するインクリメント式移動手段を更に有する請求項２記載の医用撮像システム。
【請求項４】
上記軌道は線形である請求項３記載の医用撮像システム。
【請求項５】
上記把持力は、上記外科用器具を上記被験者の中に手動で挿入させることを可能にする大きさを有する請求項２記載の医用撮像システム。
【請求項６】
上記第１の外科用器具案内部は、上記第１の把持表面に対して垂直な方向において上記外科用器具に第１の力を加え、上記第２の外科用器具案内部は上記第２の把持表面に対して垂直な方向において上記外科用器具に第２の力を加える請求項２記載の医用撮像システム。
【請求項７】
上記第１の力及び上記第２の力は略零である請求項６記載の医用撮像システム。
【請求項８】
画像案内される医療処置を被験者に実施する方法であって、
上記被験者の少なくとも一つの三次元画像を生成する段階と、
上記少なくとも一つの三次元画像を使用して上記被験者に対する介入処置を計画する段階と、
機械アーム組立体の遠位の端に配置されるエンドエフェクタを用いて外科用器具を把持する段階と、
上記機械アーム組立体を使用して上記計画された介入処置に従って上記被験者の中に上記外科用器具を軌道に沿って挿入する段階と、
上記外科用器具を解放する段階とを有する方法。
【請求項９】
上記被験者から上記エンドエフェクタを移動する段階、
上記外科用器具を再把持する段階、及び、
上記軌道に沿って上記外科用器具を更に移動する段階を有する請求項８記載の画像案内される医療処置を実施する方法。
【請求項１０】
上記軌道は線形である請求項９記載の画像案内される医療処置を実施する方法。
【請求項１１】
上記把持段階は、上記エンドエフェクタの第１のフィンガー部分に配置される第１の把持表面、及び、上記エンドエフェクタの第２のフィンガー部分に配置される第２の把持表面を用いて上記外科用器具に把持力を加える段階、及び、
上記第１のフィンガー部分に配置される第１の器具案内部、及び、上記第２のフィンガー部分に配置される第２の器具案内部を用いて上記外科用器具を安定させる段階を含む請求項８記載の画像案内される医療処置を実施する方法。
【請求項１２】
上記外科用器具を安定させる段階は、関連する上記第１の及び上記第２の把持表面に対して垂直な方向に安定力を有する請求項１１記載の画像案内される医療処置を実施する方法。
【請求項１３】
上記安定力は略零である請求項１２記載の画像案内される医療処置を実施する方法。
【請求項１４】
被験者の少なくとも一つの三次元画像を生成する撮像手段と、
上記被験者に対する介入処置を計画する計画手段と、
上記撮像手段に近接して配置され、ベース支持部、複数のアームセグメント、複数の接合部、及び、遠位の端を含む機械アーム組立体と、
上記機械アーム組立体の上記遠位の端に配置されるエンドエフェクタとを有し、
上記エンドエフェクタは、
第１の把持表面を有する第１のフィンガー部分、
第２の把持表面を有する第２のフィンガー部分、
上記第１のフィンガー部分に配置され、上記第１の把持表面に対して垂直方向に延在する第１の外科用器具案内部、及び、
上記第２のフィンガー部分に配置され、上記第２の把持表面に対して垂直方向に延在する第２の外科用器具案内部を含み、
上記第１の及び第２の把持表面は上記外科用器具に把持力を加えるよう互いに対向する医用撮像システム。
【請求項１５】
上記計画された介入処置に従って路の方向に上記外科用器具を移動させるよう上記機械アームを制御する機械アーム制御器を更に有する請求項１４記載の医用撮像システム。
【請求項１６】
上記路は上記被験者への線形の軌道を有する請求項１５記載の医用撮像システム。
【請求項１７】
上記路の方向における上記外科用器具の運動は、線形の軌道の方向における上記外科用器具と上記エンドエフェクタとの間の相対運動を含む請求項１６記載の医用撮像システム。
【請求項１８】
上記外科用器具の位置を追跡する位置追跡手段を更に有する請求項１７記載の医用撮像システム。
【請求項１９】
上記第１の外科用器具案内部は、第１の及び第２のプロングを含み、上記第１の及び第２のプロングは、上記第１の把持表面を超えて延在し、
上記第２の外科用器具案内部は、上記第３の及び第４のプロングを含み、第３の及び第４のプロングは第２の把持表面を超えて延在する請求項１４記載の医用撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景］
本発明は、医用診断撮像、及び、侵入が最少の定位外科手術の技術に関わる。本発明は、一体化されたＣＴスキャナ及び機械的に案内される外科用器具と共に特に適用され、これらを特に参照して説明する。しかしながら、本発明が磁気共鳴、超音波、及び、他の撮像システムで案内外科用器具を案内することに適用可能であることも理解すべきである。
【０００２】
侵入が可能な限り最少の介入医療処置がしばしば望ましい。しかし周囲の生体組織に対する外科用工具或いは装置の相対的な位置及び／又は向きを見えるようにする、さもなければこれら位置及び／又は向きを知ることが望ましい。位置及び／又は向きを知ることは、生体組織を直接的に検査することで実現される。しかし体内生体組織の場合、直接検査するために体内生体組織を露出若しくは体内生体組織に近づけるよう切開が比較的大きくなくてはならないため、直接的な検査は望むよりもより侵入的となる場合がある。
【０００３】
例えば、特に、潜在的に癌性の腫瘍、悪性前状態、及び他の病気若しくは疾患の診断及び治療において、人間若しくは動物の被験者から組織の一部分をサンプル化或いは試験することがしばしば望ましい。典型的には、腫瘍の場合、医師が癌、さもなければ病気にかかった状態であると疑うと、腫瘍からの細胞が実際に癌性かさもなければ病気にかかっているかを決定するために生検が実施される。多くの生検例えば、経皮的生検は、分析するために細胞を収集することに使用される針のような器具で実施される。
【０００４】
最近では、針による生検のような介入医療処置の成果は、Ｘ線撮像、ＣＴスキャン、連続型ＣＴ（ＣＣＴ）、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、Ｘ線透視、単光子射出ＣＴ（ＳＰＥＣＴ）、陽子射出断層撮影法（ＰＥＴ）等を用いて向上される。撮像機器は、診断及び治療処置中に介入者例えば、放射線技師、外科医、医師、又は他の医療に携わる職員が被験者の中で介入装置例えば、生検針の挿入を追跡することを可能にする。このような撮像モダリティは、侵入度を最少にして処置を実施することを可能にし、介入者及び患者には有益であるが、幾つかの欠点も有する。
【０００５】
例えば、画像案内される処置、例えば、ＣＴ撮像を用いる処置では、針の位置の追跡はリアルタイムで行われない。つまり、静止画像が得られ、その画像において針の位置が示される。その後、針は、少量だけ前進或いは後退され、新しい針の位置を確認するために別の静止画像が得られる。このシーケンスは、針の進行を追跡するために必要なだけ繰り返される。針が短い距離だけ進められるか撮像の間にインクリメントされるため、このような処置は時間がかかる傾向にあり、針の進行は撮像中停止される。更に、合間、即ち、撮像の間に針の位置が見えないことに関して正確さにかける。
【０００６】
ＣＣＴ撮像及びＸ線透視の発展により、リアルタイム撮像が可能となった。ＣＣＴ走査では、回転するＸ線源は被験者を連続的に照射し、１秒当たり約６フレームの速度で画像を生成する。生検中のリアルタイム案内及び／又は針の追跡のために介入者がＣＣＴ又はＸ線透視を使用することがますます一般的となってきた。その結果、生検は、より正確になっただけでなく、その持続時間はより短くなった。
【０００７】
これまで、ユーザがカテーテル、ドレナージ管、又は生検探針を患者の体内に正確に配置することを可能にするよう、ＣＴスキャナと共に使用する幾つかの外科用器具案内装置が提案された。米国特許第４，７３３，６１１号は、ベースを水平位置で維持するためにバブルレベルを有する平坦なベースを含むハンドヘルド案内装置を開示している。針案内部は、ベースに旋回的に固定される支持アームに設けられ、これら案内部はカテーテルが患者の体内に入るさいに所望の角でカテーテルを摺動式に支持する。案内装置は、ＣＴスキャナ機器によって投射される横方向の光ビームと位置合わせされるよう適応されるベースに形成される基準線を含む。全ての意図しないターゲットに損傷を与えることなく患者の体内に生検針を正確に挿入するために装置を使用することは可能であるが、装置の一つの重要な不都合な点は、装置のベースに定められる基準線とＣＴスキャナによって投射される横方向の光ビームとの間の正確な人間による位置合わせに依存することである。従って、手動の位置合わせ段階に依存しない外科用器具案内装置を提供することが望ましい。
【０００８】
米国特許第４，５８３，５３８号は、異なる選択可能な計算された角で針或いは探針を保持するように適合される独立形の生検案内部を提案している。同特許で提案される装置を用いることによって、ＣＴスキャンの点と完全に相互に関係する患者の体における基準点が探される。これは、ＣＴスキャンの断面で識別され得る患者の肌に置かれる位置探し装置を用いて実現される。ＣＴスキャンの位置探し装置の測定は、患者の装置と相互に関係付けられる。独立形生検案内部は、これら計算に従って調節される。同特許によって教授される装置の一つの不都合な点は、ＣＴスキャンの選択された点と患者の体の基準点を相互に関係付けるために要求される時間にある。更に、点を相互に関係付ける段階中に、及び、独立形案内装置を調節しているときにある不正確さが生じ得る。従って、ＣＴスキャナ機器に対して既知の位置に取付けられる生検又は他の外科用器具案内部を提供することが望ましく、案内装置、患者台、及び、患者画像ボリュームの座標系の間の正確且つ自動の相関関係が自動的に確立される。
【０００９】
従来の機械連結型システムの別の図面は、典型的には針又は他の外科用器具を直線方向に移動させることに関わる。直線を維持することは、生検針が移動すべき距離、即ち、挿入の深さが大きい場合に問題となる。従って、介入処置中に、機械システムが生検針を把持し、挿入し、解放し、更に挿入するために遠位的に再び把持することが望ましい。このようにして、機械システムの移動範囲は比較的小さく、且つ、線形であり、針の挿入の深さは比較的大きい。
【００１０】
本発明は、上記参照する問題及び他の問題を克服する新規の改善された交換可能な外科用器具案内装置と、上記外科用器具案内装置を用いる方法を提供することを目的とする。
【００１１】
［要約］
本発明の一面によると、画像案内される医療処置を被験者に行う医用撮像システムが提供される。このシステムは、被験者の三次元画像を捕捉する医用撮像装置と、三次元画像を用いて被験者に対する介入処置を計画する手段と、医用撮像機器に近接して配置される機械アーム組立体とを有する。機械アーム組立体は、介入処置を行うためにベース支持部、遠位の端、複数のアームセグメント、及び、アームセグメントの間に複数の接合部を含む。撮像システムは、機械アーム組立体の遠位の端に配置されるエンドエフェクタを更に含む。エンドエフェクタは、介入処置中に外科用器具を選択的に把持し解放する把持手段を含む。
【００１２】
本発明のより限定された面によると、エンドエフェクタは、更に、第１の把持表面を有する第１のフィンガー部分と、第２の把持表面を有する第２のフィンガー部分とを有し、第１の把持表面と第２の把持表面とは外科用器具に把持力を加えるよう互いに対向している。エンドエフェクタは、第１のフィンガー部分に配置され第２のフィンガー部分の方に延在する第１の外科用器具案内部、及び、第２のフィンガー部分に配置され第１のフィンガー部分の方に延在する第２の外科用器具案内部を更に含む。
【００１３】
本発明のより限定された面によると、医用撮像システムは、更に、外科用器具を軌道に沿って被験者の中にインクリメント的に挿入するインクリメント式移動手段を含む。
【００１４】
本発明のより限定された面によると、軌道は線形である。
【００１５】
本発明のより限定された面によると、把持力は、外科用器具を被験者の中に手動で挿入させることを可能にする大きさを有する。
【００１６】
本発明のより限定された面によると、第１の外科用器具案内部は、第１の把持表面に対して垂直な方向において外科用器具に第１の力を加え、第２の外科用器具案内部は第２の把持表面に対して垂直な方向において外科用器具に第２の力を加える。
【００１７】
本発明のより限定された面によると、第１の力及び第２の力は略零である。
【００１８】
本発明の別の面によると、画像案内される医療処置を被験者に行う方法が設けられ、この方法は、被験者の少なくとも一つの三次元画像を生成する段階と、少なくとも一つの三次元画像を使用して被験者に対する介入処置を計画する段階と、機械アーム組立体の遠位の端に配置されるエンドエフェクタを用いて外科用器具を把持する段階と、機械アーム組立体を使用して計画された介入処置に従って軌道に沿って被験者の中に外科用器具を挿入する段階と、外科用器具を解放する段階とを有する。
【００１９】
本発明のより限定された面によると、画像案内される医療処置を行う方法は、被験者からエンドエフェクタを移動する段階、外科用器具を再び把持する段階、及び、軌道に沿って外科用器具を更に移動する段階を更に有する。
【００２０】
本発明のより限定された面によると、軌道は線形である。
【００２１】
本発明のより限定された面によると、把持段階は、エンドエフェクタの第１のフィンガー部分に配置される第１の把持表面、及び、エンドエフェクタの第２のフィンガー部分に配置される第２の把持表面を用いて外科用器具に把持力を加える段階、及び、第１のフィンガー部分に配置される第１の器具案内部、及び、第２のフィンガー部分に配置される第２の器具案内部を用いて外科用器具を安定させる段階を含む。
【００２２】
本発明のより限定された面によると、外科用器具を安定させる段階は、関連する第１及び第２の把持表面に対して垂直な方向に安定力を有する。
【００２３】
本発明のより限定された面によると安定力は略零である。
【００２４】
本発明の別の面によると、医用撮像システムが設けられる。医用撮像システムは、被験者の少なくとも一つの三次元画像を生成する撮像手段と、被験者に対する介入処置を計画する計画手段と、撮像手段に近接して配置される機械アーム組立体とを有し、機械アーム組立体は、ベース支持部、複数のアームセグメント、複数の接合部、及び、遠位の端を含み、機械アーム組立体の遠位の端に配置されるエンドエフェクタを更に有する。エンドエフェクタは、第１の把持表面を有する第１のフィンガー部分、第２の把持表面を有する第２のフィンガー部分を含み、第１の及び第２の把持表面は、外科用器具に把持力を加えるよう互いに対向している。エンドエフェクタは、第１のフィンガー部分に配置され第１の把持表面に対して垂直方向に延在する第１の外科用器具案内部、及び、第２のフィンガー部分に配置され第２の把持表面に対して垂直方向に延在する第２の外科用器具案内部を含む。
【００２５】
本発明のより限定された面によると、医用撮像システムは、計画された介入処置に従って路の方向に外科用器具を移動させるよう機械アームを制御する機械アーム制御器を更に含む。
【００２６】
本発明のより限定された面によると、路は被験者への線形の軌道を有する。
【００２７】
本発明のより限定された面によると、路の方向における外科用器具の運動は、線形の軌道における外科用器具とエンドエフェクタとの間の相対運動を含む。
【００２８】
本発明のより限定された面によると、医用撮像システムは、更に、外科用器具の位置を追跡する位置追跡手段を更に含む。
【００２９】
本発明のより限定された面によると、第１の外科用器具案内部は、第１の及び第２のプロングを含み、第１の及び第２のプロングは、第１の把持表面を通って延在し、第２の外科用器具案内部は、第３の及び第４のプロングを含み、第３の及び第４のプロングは第２の把持表面を通って延在する。
【００３０】
本発明の一つの利点は、被験者の中への外科用器具の線形の軌道を提供する点である。
【００３１】
本発明の別の利点は、被験者への同じ軌道を維持しながら、外科用器具を把持し、被験者の中へ挿入し、再び把持し、被験者の中に更に挿入することを可能にする点である。
【００３２】
本発明の別の利点は、被験者の中に外科用器具を挿入するために人間によるアライメント段階を要求しない点である。
【００３３】
本発明の別の利点は、エンドエフェクタにおいて最小限のトルクだけを外科用器具に与える点である。
【００３４】
本発明の別の利点は、様々な外科用器具を収容することができる点である。
【００３５】
本発明の別の利点は、患者における外科用器具の深さを追跡することができる点である。
【００３６】
本発明の別の利点は、把持手段が容易に（把持するために）閉じられ、解放するために開けられる点である。
【００３７】
本発明の更なる利点は、好ましい実施例の以下の詳細な説明を読み、理解することで当業者に明らかとなるであろう。
【００３８】
［説明］
本発明は、様々な構成要素並びに構成要素の配置、及び、様々な段階並びに段階の配置の形態を取り得る。図面は、好ましい実施例を例示するために提供されるに過ぎず、本発明を制限するものとして解釈されてはならない。
【００３９】
図１を参照するに、患者台のような対象物支持部１０は、ベース部分１４に対して長手軸方向に運動するよう取付けられる対象物支持表面１２を有する。ベース部分１４は、対象物支持表面１２を上下させ、且つ、支持表面を長手軸方向に移動させるモータを含む。対象物支持部の高さ及び長手軸方向の位置を示す電気信号を生成する位置エンコーダも設けられる。
【００４０】
三次元（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）撮像装置１８は台と軸方向に整列して配置され、対象物即ち、患者支持表面１２は、三次元イメージャのボア２０の中に移動され得る。例示する実施例では、三次元イメージャは、予め選択された面内において繰り返し円形移動するよう取付けられるＸ線源（図示せず）を含むＣＴスキャナである。Ｘ線源は、被験者の関心領域を通り、その後Ｘ線源の反対側に位置決めされる放射線検出器（図示せず）のリング或いはアークにファン形状のビームを投射する。Ｘ線源が患者の回りを回転すると、一連のデータラインが生成され、これらデータラインは制御コンソール２４に含まれる再構成プロセッサによって少なくともスライス画像に再構成される。より特定的には、Ｘ線源が被験者の回りを回転して患者支持部１２が長手軸方向に移動され、患者の体内の選択された立体部（ｖｏｌｕｍｅ）が螺旋状の路又は一連のスライスの方向に走査される。Ｘ線源の位置は、回転位置エンコーダによってモニタされ、患者支持部の長手軸方向の位置は台１０内の長手軸方向の位置エンコーダによってモニタされる。再構成プロセッサは、生成されたデータラインからの三次元画像（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｉｍａｇｅ）表示を再構成する。制御コンソール２４は、典型的には、一つ以上のモニタ２６と、キーボード、トラックボール、マウス等のような様々な標準的操作入力装置とを含む。介入者制御コンソール２８は、図示するようにＣＴスキャナの上のトラックで頭上から支持されてもよい。
【００４１】
図１を続けて参照し、更に図２を参照するに、ＣＴスキャナに対して既知の空間位置に機械アーム組立体３０が位置する。機械アーム組立体３０は、例えば、図示するように床に取付けられてもよく、或いは、ＣＴスキャナ１８自体に取付けられてもよい。機械アーム組立体３０は、制御器７２によって制御され、複数のアームセグメントを有し、これらアームセグメントは、ピボット部材によって相互接続され、アームセグメント間に接合部が形成される。各ピボット部材又は接合部は、各接合部を所望の位置に移動させる動力源を提供する電気モータのような駆動部を含む。各接合部は、直角エンコーダ、電位差計、又は、接合部の実際の位置に応じてフィードバックを供給するようなものを含む。一実施例では、機械アームの接合部は、６度の自由度を定める。
【００４２】
図２をより参照するに、ベース部材４２は、ＣＴスキャナ１８に対して既知の位置に位置する。ベース接合部４４は、Ａ方向に主な支持キャリッジ４６の回転を可能にする。同様にして、第１の接合部４８は、Ｂ方向に第１のアーム部材５０の回転を可能にし、第２の接合部５２はＣ方向に第２のアーム部材５４の回転を可能にし、第３の接合部５６はＤ方向に第３のアーム部材５８の回転を可能にする。第４の接合部６０は、Ｅ方向に第４のアーム部材６２の回転を可能にし、第５の接合部６４は、Ｆ方向に機械アーム組立体３０の遠位の端に配置される把持装置のようなエンドエフェクタ６６の回転を可能にする。
【００４３】
エンドエフェクタ６６は、一般的に図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示されており、エンドエフェクタ６６はエンドエフェクタ接合部６４に取付けられるベース６８を有する。ベース６８には空気グリッパ７０が取付けられている。グリッパはレール７４を有し、このレール上でグリップキャリヤ７６，７８が圧縮された空気を用いて互いから遠ざかり、近づくよう並進され、これは制御器７２によって制御される。従って、図示する実施例では、グリップキャリヤ７６、７８は、Ｘ方向に可動である。グリッパ６６は、例えば、ＺＡＹＴＲＡＮ，Ｉｎｃ．Ｅｌｙｒｉａ，Ｏｈｉｏ，ｍｏｄｅｌ  ｎｏ．ｍａｇｎｕｍ−ｐｅｔ−１３０−１３から提供される平行開閉式グリッパでもよい。グリッパは空気制御器として説明されているが、電気モータのような他の駆動タイプが実行されてもよい。更に、空気駆動器は作動液等を使用してもよい。或いは、グリッパは、介入者によって手動で操作されてもよい。
【００４４】
グリップキャリヤ７６、７８にはＬ字形状のフランジ８０、８２が夫々取付けられている。Ｌ字形状のフランジは、夫々のベースがグリップキャリヤと平行であり、グリップキャリヤに対して垂直なフランジの部分がエンドエフェクタ接合部６４から遠位の方向に向けられるようにしてグリップキャリヤに取外し可能に取付けられる。フランジ８０、８２は、それらが取付けられているグリップキャリヤと一緒に並進される。フランジ８０、８２の遠位の方に延在する部分にフィンガー９０、９２が夫々取外し可能に取付けられる。機械アーム３０と患者との間に間隙が設けられるよう、フィンガーの長手軸と機械アーム組立アーム３０の方向に遠位に延在する軸との間に角Ｙが画成されるようにして、フィンガーはフランジに例えば、止ねじ又はボルトで取付けられ得る。フィンガーは、それらが取付けられているフランジと一緒に並進される。例示する閉位置では、エンドエフェクタは、生検針、探針等のような器具１３０を捕えるために使用され得る。
【００４５】
図４を参照するに、開位置にあるエンドエフェクタ６６のフィンガーが示されている。フィンガー９０、９２は、動作中、患者の方に向けられる第１の表面１００と、患者の方に向けられない第２の表面１０２とを夫々有する。フィンガー９０、９２の遠位の端には把持表面１０４、１０６が互いに対向するようにして夫々位置される。
【００４６】
把持表面１０４、１０６に加えて、略Ｖ字形状の器具案内部１１０、１１２が夫々フィンガー９０、９２の遠位の端に配置される。
【００４７】
図４に示されるように、器具案内部は、一方の案内部１１０がフィンガー９０の第１の表面１００に位置し、他方の案内部１１２が他方のフィンガー９２の第２の表面１０２に位置するようにしてフィンガーに配置される。
【００４８】
図５を参照するに、各器具案内部１１０、１１２は、所与のフィンガー９０、９２に取付けられる本体部分１１４と、各フィンガーの把持表面１０４、１０６を距離Ｌだけ超えて延在する２つのプロング１２０、１１２とを有する。プロングは、間に角Ｚを形成するように配置される。距離Ｌ及び角Ｚは、エンドエフェクタ６６が異なる大きさの器具を把持し安定させることができるよう選択される。従って、様々な寸法の案内部がフィンガーに取付けられるように器具案内部１１０、１１２がフィンガーに取外し可能に付けられることが有利である。
【００４９】
エンドエフェクタ６６は、ＣＴ、ＭＲＩ、及び、超音波システムのような撮像システム内での使用を容易にする材料から有利には製造され得る。更に、エンドエフェクタは、その使用中に器具１３０が見られるよう、アクリルのような透明材料から製造され得る。
【００５０】
動作中、患者の関心領域の三次元画像は、ＣＴスキャナを用いて得られる。介入者は、制御コンソール２４を使用してその上に表示される一つ以上の画像に関して器具１３０の所望の位置及び／又は軌道を定める。ＣＴスキャナの撮像領域に関連する対象物支持部１０（従って、患者）と、機械アームのベース４２の位置が既知であるため、エンドエフェクタ６６の所望の位置は制御器７２によって計算され得、エンドエフェクタ６６に把持される器具は所望の位置及び／又は軌道に配置される。
【００５１】
一旦患者が位置決めされると、制御器７２は、器具１３０が所望の位置及び／又は軌道に位置決めされるよう所望の軌道の方向に機械アーム組立体３０の各接合部におけるモータを駆動させる。このようにして、患者に対して器具を様々な所望の位置に位置決めするために、必要であれば外科用器具１３０を多数の向きに選択的に移動することができる。従って、器具は、外科処置を行う準備において、及び、同処置を行うことにおいて所定の向きに位置決めされ得る。
【００５２】
図６に示すように、外科用器具が生検針である場合、器具１３０はフィンガーの把持表面１０４、１０６の間に置かれる。把持表面１０４、１０６が器具１３０に加える把持圧力は、制御器７２によって制御され、所望のとおりに針とフィンガーとの間の相対運動を禁止又は許可する。更に、器具１３０は、器具案内部１１０、１１２のプロング１２０、１２２を通る。プロングは、器具を安定させ、所望の軌道線から器具が回転して離れることを防止させる。更に、プロングの延長部分Ｌ及び間に画成される角Ｚは、プロングが器具を安定させるときに把持表面が器具と接触し把持することを可能にするよう選択される。
【００５３】
一旦機械アーム３０が患者に対して所望の位置に位置決めされ、器具１３０が把持フィンガー９０、９２の間で固定されると、器具は患者の中に挿入される。
【００５４】
一例では、機械アームは、患者の中に器具１３０を挿入する動力を加える。本例において、挿入処理中のエンドエフェクタ６６の直線運動の範囲は、機械アーム３０の接合部の移動範囲、並びに、機械アーム３０から患者までの距離によって制限され得る。この制限を克服するために器具は、患者の中に針を挿入し、把持圧力を解放し、患者から機械アームを移動し、器具を再び把持し、患者の中に器具を更に挿入するといった図７に示す段階を繰り返すことでインクリメント的に挿入される。再把持処理中、器具案内部は、器具が所望の軌道の方向に維持されることを確実にする。針は、同様の方法で取り除かれる。機械アーム組立体３０を制御することで患者の中への針の移動を所望の線形の軌道の方向に行い、所望の針の深さを得ることができる。挿入又は取り除きの各インクリメント中に移動する線形距離は、例えば、２センチメートルである。
【００５５】
把持圧力の解放及び器具の再把持処理は、器具をインクリメント的に挿入又は取り除くことなく実施されてもよい。例えば、一旦器具が患者の中に挿入されると、介入者は、器具を手動で操作することを望んでもよく、又は、患者が器具を固定して保持することなく呼吸する必要がある場合もある。このような状況下では、器具は、所望の軌道が維持されるよう解放され、再把持されてもよい。
【００５６】
別の例では、介入者は、患者の中に器具１３０を手動で挿入することができる。この場合、機械アームは安定しており、患者の中への所望の挿入線の方向に器具が向けられるように患者の近傍に位置決めされる。把持圧力は、器具を安定させ、挿入方向に器具に力を加える介入者によって把持表面に対して器具をまだ動かすことができるよう設定される。或いは、器具案内部は、把持フィンガーの間で確実に把持され得る。器具案内部は、ボアを画成し、このボアによって器具は挿入線の方向に安定して保持され、患者の中に挿入される。
【００５７】
別の実施例では、赤外線レーザーのようなポインティング装置がエンドエフェクタ６６によって把持され、患者から例えば、２０センチメートルのところで保持され得る。ポインティング装置は、器具挿入点のような患者の関心領域に方向付けられ、且つ、ビームが挿入軌道の方向に向けられるように機械アームによって向けられる。介入者は、先端が挿入点にあるよう針のような器具を位置決めし、その後ポインティング装置のビームと一直線上になるまで器具を回転させることができる。介入者は、ポインティング装置によって示される軌道を維持しながら所望のとおりに器具を挿入することができる。
【００５８】
別の実施例では、機械アームは、全体的に本願で参照として組み込む米国特許第６０３５２２８号に記載されるように手動で制御される。
【００５９】
本発明は、好ましい実施例を参照して説明した。前述の説明を読み理解することで変更及び修正を見出すことができることは明らかである。本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある限り全てのこのような変化及び修正を含むと解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＣＴスキャナ及び外科用器具案内装置を示す図である。
【図２】
エンドエフェクタを有する機械アーム組立体を示す図である。
【図３Ａ】
エンドエフェクタの平面図である。
【図３Ｂ】
エンドエフェクタの側面図である。
【図３Ｃ】
エンドエフェクタの正面図である。
【図４】
一対の把持フィンガーを示す図である。
【図５】
器具案内部を示す図である。
【図６】
器具を保持するエンドエフェクタを示す図である。
【図７】
患者の中に器具を挿入する段階を示すフローチャートである。
【図１】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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