(57)【要約】  細長ツールの軌道を決定し、細長ツールを使用してターゲットを攻撃するためのシステムおよび方法が開示されている。細長ツールの軌道を決定するためのシステムは、３Ｄ画像化デバイスから身体の予備的３次元（３Ｄ）画像の画像化データを受信するように構成されたメモリモジュールを含み、身体は不透明な身体表面、ターゲット、および身体表面とターゲットの間の少なくとも１つの妨害部位を含み、またシステムはメモリモジュールと通信可能に結合されるプロセッサを含む。プロセッサは、ターゲット、身体表面、および少なくとも１つの妨害部位の位置データを取得するために、３Ｄ画像化デバイスからの身体の予備的３Ｄ画像を処理し、また、身体表面および少なくとも１つの妨害部位に対するターゲットの位置に基づいて、細長ツールがターゲットを攻撃する少なくとも１つの軌道を決定するように構成される。
2022500225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長ツールの軌道を決定するためのシステムであって、
３Ｄ画像化デバイスから身体の予備的３次元（３Ｄ）画像の画像化データを受信するように構成されたメモリモジュールであって、前記身体は、不透明な身体表面、ターゲット、および前記身体表面と前記ターゲットとの間にある少なくとも１つの妨害部位を含むメモリモジュール、
前記メモリモジュールと通信可能に結合されたプロセッサであって、
前記３Ｄ画像化デバイスからの前記身体の前記予備的３Ｄ画像を処理して、前記ターゲット、身体表面、および少なくとも１つの妨害部位の位置データを取得し、
前記身体表面及び少なくとも１つの妨害部位に対する前記ターゲットの位置に基づいて、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃する少なくとも１つの軌道を決定する
ように構成されるプロセッサ
を含む、システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃するための前記少なくとも１つの軌道を決定するために、前記身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記身体表面と前記ターゲットとの間が最短距離である前記身体表面の前記挿入点を決定するようにさらに構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記挿入点と前記ターゲットとの間の線が前記少なくとも１つの妨害部位を迂回するように、前記身体表面の前記挿入点を決定するようにさらに構成される、請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記ターゲットの位置データを取得するために前記ターゲットの重心の座標を決定するようにさらに構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサに結合されたディスプレイデバイスをさらに備え、前記プロセッサは、前記ディスプレイデバイス上に表示するための前記決定された少なくとも１つの軌道に基づいて、前記細長ツールの軌道をシミュレートするようにさらに構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
細長ツールを使用してターゲットを攻撃するためのシステムであって、
３Ｄ画像化デバイス、
前記３Ｄ画像化デバイスに接続された、請求項２から４のいずれか一項に記載のシステム、
前記挿入点に対する前記細長ツールの角度方向を調整するように構成された調整機構、および
前記プロセッサから受信した信号に従って前記調整機構を動かすための前記調整機構に結合されたアクチュエータ
を含み、
前記３Ｄ画像化デバイスは、前記身体および前記細長ツールのリアルタイム３Ｄ画像をキャプチャするようにさらに構成され、
前記プロセッサは、前記リアルタイム３Ｄ画像に基づいて、選択された軌道に前記細長ツールの長手方向軸を位置合わせさせるように前記調整機構を制御するようにさらに構成され、前記プロセッサは、前記挿入点と前記ターゲットの位置データに基づいて、前記挿入点と前記ターゲットとの間の攻撃距離を計算するようにさらに構成され、
前記アクチュエータは、位置合わせ時の前記細長ツールの前記角度方向および前記計算された攻撃距離に基づいて、前記細長ツールを前記ターゲットに向かって駆動するように構成される、システム。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記リアルタイム３Ｄ画像を前記予備的３Ｄ画像と関連付けて、前記細長ツールを前記選択された軌道に位置合わせさせるようにさらに構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記３Ｄ画像化デバイスは、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）機、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ、および蛍光透視鏡からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記調整機構がベースおよびプラットフォームを含み、前記プラットフォームが前記ベースに平行になるように構成される、請求項７から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記調整機構は、前記ベースを前記プラットフォームと連結する複数のアームをさらに含み、前記複数のアームは、前記挿入点に対する前記細長ツールの前記角度方向を調整するために、前記ベースに平行な平面に沿って前記プラットフォームを移動するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プラットフォームが、前記細長ツールを支持するためのボールジョイントコンプライアンスを含み、前記ボールジョイントコンプライアンスが、前記細長ツールのスライド運動を可能にするように構成された穴を含む、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記調整機構は、前記プラットフォームから取り外し可能なツールホルダーをさらに備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
細長ツールの軌道を決定するための方法であって、
身体の予備的３次元（３Ｄ）画像を受信するステップであって、前記身体は、不透明な身体表面、ターゲット、および前記身体表面と前記ターゲットとの間にある少なくとも１つの妨害部位を含む、受信するステップ、
前記ターゲット、身体表面、および少なくとも１つの妨害部位の位置データを取得するべく、前記３Ｄ画像化デバイスからの前記身体の前記予備的３Ｄ画像を処理するステップ、および
前記身体表面及び少なくとも１つの妨害部位に対する前記ターゲットの位置に基づいて、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃する少なくとも１つの軌道を決定するステップ
を含む方法。
【請求項１５】
前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃するための前記少なくとも１つの軌道を決定することは、前記身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記身体表面の前記少なくとも１つのツール挿入点を決定することは、前記身体表面と前記ターゲットとの間で最短距離を有する前記挿入点を決定することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記身体表面の前記少なくとも１つのツール挿入点を決定することは、前記挿入点と前記ターゲットとの間にある線が前記少なくとも１つの妨害部位を迂回するように前記身体表面の前記挿入点を決定することを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ターゲットの位置データを取得するべく前記身体の前記予備的３Ｄ画像を処理することは、前記ターゲットの重心の座標を決定することを含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ディスプレイデバイスに表示するために前記決定された少なくとも１つの軌道に基づいて前記細長ツールの軌道をシミュレートするステップをさらに含む、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
細長ツールを使用してターゲットを攻撃する方法であって、
請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法を使用して、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃するための少なくとも１つの軌道を決定するステップ、
前記身体と前記細長ツールのリアルタイム３Ｄ画像を受信するステップ、
前記細長ツールの長手方向軸を、前記リアルタイムの３Ｄ画像に基づいて、選択した軌道に位置合わせするステップ、
前記挿入点と前記ターゲットの位置データに基づいて、前記挿入点と前記ターゲットとの間の攻撃距離を計算するステップ、および
前記計算された距離に従って、前記細長ツールを前記ターゲットに向かって前進させるステップを
含む、方法。
【請求項２１】
前記細長ツールの前記長手方向軸を、前記選択された軌道に位置合わせさせることは、前記リアルタイム３Ｄ画像を前記予備的３Ｄ画像と関連付けることを含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細長ツールの軌道を決定するためのシステムおよび方法に広く関する。
【背景技術】
【０００２】
手術で患者の身体に針を挿入する方法はいくつかある。例えば、外科医は、針の一端を患者の皮膚に置き、リアルタイムの画像データに基づいて、針の他端を繰り返し傾けて、針とターゲットの位置合わせを確立することにより、手作業で手術を行うことができる。この方法を使用すると、患者と外科医は、潜在的な健康被害を引き起こす可能性のある過剰な量の放射線にさらされる場合がある。
【０００３】
外科的処置を自動化するために、ロボットアームや可撓性の針などの医療機器が導入されてきた。しかし、これらの機器のほとんどは、臨床医のリモートコントロールによる手作業のプロセスを模倣しているにすぎない。したがって、これらの機器を使用して実行される外科的処置は、依然として、手術の転帰を損なわせる可能性のある人為的な過誤を起こしやすい。
【０００４】
外科的処置における人為的な過誤は、内出血や気胸などの合併症を引き起こす可能性がある。これらの人為的な過誤により、処置全体を繰り返すために針を抜かなければならない場合がある。これは、患者の身体の複数の穿刺が患者に対するリスクを高める可能性があるため、患者の状態を悪化させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、上記の問題の少なくとも１つに対処しようとする、または有用な代替手段を提供しようとする、妨害部位したターゲットを攻撃するためのシステムおよび方法を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、細長ツールの軌道を決定するためのシステムが提供され、このシステムは、
３Ｄ画像化デバイスから身体の予備的３次元（３Ｄ）画像の画像化データを受信するように構成されたメモリモジュールであって、身体は、不透明な身体表面、ターゲット、および身体表面とターゲットとの間にある少なくとも１つの妨害部位を含むメモリモジュール、
メモリモジュールと通信可能に結合されたプロセッサであって、
３Ｄ画像化デバイスからの身体の予備的３Ｄ画像を処理して、ターゲット、身体表面、および少なくとも１つの妨害部位の位置データを取得し、
身体表面及び少なくとも１つの妨害部位に対するターゲットの位置に基づいて、細長ツールがターゲットを攻撃する少なくとも１つの軌道を決定する
ように構成されるプロセッサ
を含む。
【０００７】
プロセッサは、細長ツールがターゲットを攻撃するための少なくとも１つの軌道を決定するために、身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定するようにさらに構成され得る。
【０００８】
プロセッサはさらに、身体表面とターゲットとの間が最短距離である身体表面の挿入点を決定するように構成され得る。
【０００９】
プロセッサはさらに、挿入点とターゲットとの間にある線が少なくとも１つの妨害部位を迂回するように、身体表面の挿入点を決定するように構成され得る。
【００１０】
プロセッサはさらに、ターゲットの位置データを取得するために、ターゲットの重心の座標を決定するように構成され得る。
【００１１】
システムは、プロセッサに結合されたディスプレイデバイスをさらに備え、プロセッサは、ディスプレイデバイス上に表示するための決定された少なくとも１つの軌道に基づいて、細長ツールの軌道をシミュレートするようにさらに構成され得る。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、細長ツールを使用してターゲットを攻撃するためのシステムが提供され、このシステムは、
３Ｄ画像化デバイス、
３Ｄ画像化デバイスに接続された、第１の態様で定義されたシステム、
挿入点に対する細長ツールの角度方向を調整するように構成された調整機構、および
プロセッサから受信した信号に従って調整機構を動かすための調整機構に結合されたアクチュエータ
を含み、
３Ｄ画像化デバイスは、身体および細長ツールのリアルタイム３Ｄ画像をキャプチャするようにさらに構成され、
プロセッサは、リアルタイム３Ｄ画像に基づいて、選択された軌道に細長ツールの長手方向軸を位置合わせさせるように調整機構を制御するようにさらに構成され、プロセッサは、挿入点とターゲットの位置データに基づいて、挿入点とターゲットとの間の攻撃距離を計算するようにさらに構成され、
アクチュエータは、位置合わせ時の細長ツールの角度方向および計算された攻撃距離に基づいて、細長ツールをターゲットに向かって駆動するように構成される。
【００１３】
プロセッサはさらに、リアルタイム３Ｄ画像を予備的３Ｄ画像と関連付けて、細長ツールを選択された軌道に位置合わせさせるように構成され得る。
【００１４】
３Ｄ画像化デバイスは、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）機、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ、および蛍光透視鏡からなる群から選択される少なくとも１つを含み得る。
【００１５】
調整機構は、ベースおよびプラットフォームを備えることができ、プラットフォームは、ベースに平行になるように構成される。
【００１６】
調整機構は、ベースをプラットフォームと連結する複数のアームをさらに含み得、複数のアームは、挿入点に対する細長ツールの角度方向を調整するために、ベースに平行な平面に沿ってプラットフォームを移動するように構成される。
【００１７】
プラットフォームは、細長ツールを支持するためのボールジョイントコンプライアンスを含み得、ボールジョイントコンプライアンスは、細長ツールのスライド運動を可能にするように構成された穴を含む。
【００１８】
調整機構は、プラットフォームから取り外し可能なツールホルダーをさらに含み得る。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、細長ツールの軌道を決定するための方法が提供され、この方法は、
身体の予備的３次元（３Ｄ）画像を受信するステップであって、身体は、不透明な身体表面、ターゲット、および身体表面とターゲットとの間にある少なくとも１つの妨害部位を含む、受信するステップ、
ターゲット、身体表面、および少なくとも１つの妨害部位の位置データを取得するべく、３Ｄ画像化デバイスからの身体の予備的３Ｄ画像を処理するステップ、および
身体表面及び少なくとも１つの妨害部位に対するターゲットの位置に基づいて、細長ツールがターゲットを攻撃する少なくとも１つの軌道を決定するステップ
を含む。
【００２０】
細長ツールがターゲットを攻撃するための少なくとも１つの軌道を決定するステップは、身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定することを含み得る。
【００２１】
身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定するステップは、身体表面とターゲットとの間で最短距離を有する挿入点を決定することを含み得る。
【００２２】
身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定するステップは、挿入点とターゲットとの間にある線が少なくとも１つの妨害部位を迂回するように、身体表面の挿入点を決定することを含み得る。
【００２３】
ターゲットの位置データを取得するべく身体の予備的３Ｄ画像を処理するステップは、ターゲットの重心の座標を決定することを含み得る。
【００２４】
この方法は、ディスプレイデバイスに表示するために決定された少なくとも１つの軌道に基づいて、細長ツールの軌道をシミュレートするステップをさらに含み得る。
【００２５】
本発明の第４の態様によれば、細長ツールを使用してターゲットを攻撃する方法が提供され、この方法は、
第３の態様で定義された方法を使用して、細長ツールがターゲットを攻撃するための少なくとも１つの軌道を決定するステップ、
身体と細長ツールのリアルタイム３Ｄ画像を受信するステップ、
細長ツールの長手方向軸を、リアルタイムの３Ｄ画像に基づいて、選択した軌道に位置合わせするステップ、
挿入点とターゲットの位置データに基づいて、挿入点とターゲットの間の攻撃距離を計算するステップ、および
計算された距離に従って、細長ツールをターゲットに向かって前進させるステップを
含む。
【００２６】
細長ツールの長手方向軸を、選択された軌道に位置合わせするステップは、リアルタイム３Ｄ画像を予備的３Ｄ画像と関連付けることを含み得る。
【００２７】
本発明の実施形態は、例としてのみ提供されており、以下の書面による説明および図面から、当業者によりよく理解されるものであり、容易に明らかになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】例示的な実施形態による、細長ツールの軌道を決定するためのセットアップを示す概略図を示す。
【００２９】
【図１Ｂ】図１Ａのセットアップの構成要素間の接続を示している。
【００３０】
【図２Ａ】図１Ａおよび図１Ｂのシステムでの使用に適した調整機構の斜視図を示している。
【００３１】
【図２Ｂ】図２Ａの調整機構の正面図を示している。
【００３２】
【図２Ｃ】図２Ａの調整機構のツールホルダーの使用を示す２つの斜視図を示している。
【００３３】
【図２Ｄ】図２Ａの調整機構を使用した外科用ツールの調整を示している。
【００３４】
【図２Ｅ】動作中の図２Ａの調整機構の別の例示的な構成を示している。
【００３５】
【図３】図１Ａおよび図１Ｂのセットアップを使用した病変の治療プロセスを示すフローチャートを示している。
【００３６】
【図４】ＣＴスキャンでの肺の横断面図を示している。
【００３７】
【図５】図１Ａおよび図１Ｂのシステムを使用したＣＴスキャンのセグメンテーションプロセスを示している。
【００３８】
【図６】図５のセグメント化された見え方での病変の重心の位置を示している。
【００３９】
【図７Ａ】例示的な実施形態による３Ｄボクセルグリッドにおける病変の第１の図を示す。
【００４０】
【図７Ｂ】例示的な実施形態による３Ｄボクセルグリッドにおける病変の第２の図を示す。
【００４１】
【図８】例示的な実施形態による、病変を攻撃するための外科用ツールの軌道の決定を示す。
【００４２】
【図９】例示的な実施形態のシステムおよび方法を実施するのに適したコンピュータを示す概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１Ａは、例示的な実施形態による、細長ツールの軌道を決定するためのセットアップ１００を示す概略図を示す。以下の説明では、セットアップ１００は、患者の身体１０２に対して外科手術を実行するために使用される。さらに、手術で使用される細長ツールは、身体１０２内部の臓器の内側にある病変を治療するための、生検または切除針などの外科用ツール１０４として表される。セットアップ１００はまた、生検や切除治療以外の用途、ならびに腎臓結石除去や椎体形成術などの異なる身体器官で使用できることが理解されよう。
【００４４】
図１Ａは、身体１０２の予備的３Ｄ画像をキャプチャするように構成された３次元（３Ｄ）画像化デバイス１０６を示している。３Ｄ画像化デバイス１０６のいくつかの例には、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）機、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンおよび蛍光透視鏡が含まれる。
【００４５】
セットアップ１００は、３Ｄ画像化デバイスから予備的３Ｄ画像の画像化データを受信するためのメモリモジュール（図９の９０８、図１Ａには示されていない）を有するシステム１０１を含む。システム１０１はさらに、メモリモジュールと通信可能に結合されたプロセッサ（図９の９０７、図１Ａには示されていない）を含む。プロセッサは、３Ｄ画像化デバイス１０６からの予備的３Ｄ画像を処理して、病変、身体表面、および少なくとも１つの妨害部位、例えば身体１０２内部の他の臓器、骨、動脈の位置データを取得するための人工知能（ＡＩ）のソフトウェアを含む。腫瘍の画像化では、病変は通常、正常な体細胞よりも血液供給が豊富であるため、３Ｄ画像に識別可能な陰影が生成され、ＡＩソフトウェアが病変の画像を識別できるようになる。予備的３Ｄ画像の病変はまた、ＡＩを使用する代わりに、ディスプレイデバイスにて臨床医によって手動で選択され得ることが理解されるであろう。
【００４６】
例えば、プロセッサは、予備的３Ｄ画像を自動的にセグメント化して、１つまたは複数のセグメント化された見え方を生成し、セグメント化された見え方における病変の画像を識別することができる。次に、プロセッサは、病変の画像に基づいて、病変の位置データを抽出する。実施形態では、プロセッサは、生成されたセグメント化された見え方に基づいて、３Ｄボクセルグリッド内の病変の重心の座標を計算する。プロセッサはまた、生検処置または病変の切除におけるサンプルの収集のために、３Ｄボクセルグリッド内の重心の座標の周りにある１つまたは複数の座標のセットを決定するように構成される。
【００４７】
身体表面および身体１０２内部の妨害部位に対する重心の座標に基づいて、プロセッサは、外科用ツール１０４が病変を攻撃するための少なくとも１つの軌道を決定する。実施形態では、プロセッサは、外科用ツール１０４を挿入するために、身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定する。外科用ツール１０４の挿入点は、通常「Ｘ」というマークで、患者の身体１０２の皮膚に、マークされている。外科用ツール１０４の先端は、外科用ツール１０４の角度方向が、ピボットポイントとして機能するマークに対して調整されているときに、マークの上に配置することができる。
【００４８】
ツールの挿入点は、身体表面と病変との間の距離に基づいて決定できる。実施形態では、プロセッサは、身体表面と病変との間の距離が最も短い、身体表面の挿入点を決定する。プロセッサはまた、挿入点と病変との間の線が少なくとも１つの妨害部位を迂回するように、身体表面の挿入点を決定するように構成される。例えば、外科用ツール１０４の軌道は、気管、食道、および大血管などの重要な臓器を迂回して、外科用ツール１０４の挿入中に臓器を損傷することを回避する。さらに、軌道はまた、生検の針を曲げることが可能な骨などの硬い構造を迂回する。
【００４９】
システム１０１は、プロセッサに結合されたディスプレイデバイス（図示せず）をさらに含む。プロセッサはさらに、ディスプレイデバイスにおいて、決定された軌道に基づいて、病変に向かう外科用ツール１０４の軌道をシミュレートするように構成される。シミュレーションを検討することにより、臨床医は、プロセッサによって決定された外科用ツール１０４の軌道を視覚化することができる。プロセッサによって決定された複数の軌道がある場合は、手術に適した軌道を選択する際に、シミュレーションが臨床医を導いていくことができる。
【００５０】
システム１０１は、挿入点に対する外科用ツール１０４の角度方向を調整するための、ロボット１１０として表される調整機構をさらに含む。ロボット１１０は、プロセッサから受信した信号に基づいて移動するためのアクチュエータ（図示せず）を含む。軌道が決定された後、外科用ツール１０４を伴うロボット１１０は、粘着テープまたはゲルを使用して、患者の身体１０２の所望の場所に取り付けられる。
【００５１】
有利なことに、ロボット１１０は、身体１０２の呼吸運動と並行して移動し、手術中の皮膚および器官の破裂を最小限に抑える。ロボット１１０のベースは、患者の身体１０２の代わりに、ベースが静止するように、手術中上向きまたは逆向きの構成で、患者の身体１０２の上方の剛性構造に取り付けられ得ることが理解されよう。手術中のロボット１１０の構成は、図２Ａから図２Ｅを参照しながら以下でさらに詳細に説明される。
【００５２】
次に、一実施形態では、３Ｄ画像化デバイス１０６は、身体１０２および外科用ツール１０４のリアルタイム３Ｄ画像をキャプチャする。プロセッサは、３Ｄ画像化デバイス１０６から画像データを受信し、リアルタイム３Ｄ画像を予備的３Ｄ画像と融合し、続いてロボット１１０の較正を行って、リアルタイム３Ｄ画像に基づいてロボット１１０を制御する際のプロセッサの精度を高める。プロセッサはさらに、ロボット１１０を制御して、挿入点に対する外科用ツール１０４の角度方向を調整し、外科用ツール１０４の長手方向軸を、選択された軌道に位置合わせする。
【００５３】
次に、プロセッサは、リアルタイム３Ｄ画像から外科用ツール１０４の挿入点の位置データを抽出する。ピボットポイントと病変の位置データに基づいて、挿入点と病変との間の攻撃距離が計算される。実施形態では、プロセッサは、計算された距離に基づいて、病変に向かう外科用ツール１０４の軌道をシミュレートする。シミュレーション結果が満足のいくものである場合、臨床医は、プロセッサによって制御される自動挿入または臨床医によって制御される手作業挿入のいずれかによって、病変に向けて外科用ツール１０４の挿入を続行することを確認する。プロセッサは、アクチュエータに信号を送信して、位置合わせにおける外科用ツール１０４の角度方向および計算された攻撃距離に基づいて、外科用ツール１０４を病変に向かって駆動する。
【００５４】
図１Ｂは、図１Ａのセットアップ１００の構成要素間の接続を示している。図１Ｂに見られるように、セットアップ１００は、病変を攻撃するプロセスが完了するまで動作し続ける閉ループ制御セットアップである。セットアップは、電源ジャック１１４を介してセットアップ１００の他の構成要素に電力を供給する電源１１２を含む。
【００５５】
システム１０１（コンピュータとして表される）は、医療におけるデジタルイメージングおよび通信（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ；ＤＩＣＯＭ）を可能にする１つまたは複数のソケットコネクタ１１８を使用して結合されたイーサネットケーブル１１６などの有線接続を使用して、３Ｄ画像化デバイス１０６（コンピュータ断層撮影システムとして表される）と通信可能に結合される。システム１０１はさらに、シリアルケーブル１２０を介してモータコントローラに接続され、ロボット１１０（自動針ターゲット化ロボットまたはＡＮＴロボットとして表される）を使用して、外科用ツール１０４の調整および挿入のために、信号をモータコントローラに送信する。
【００５６】
セットアップ１００内の構成要素は、有線接続の代わりに、無線接続を介して接続できることが理解されよう。
【００５７】
図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、図１Ａおよび図１Ｂのシステム１０１で使用するのに適した調整機構２００の斜視図および正面図を示す。調整機構２００は、環状リングの形態のベース２０２と、第１のアーム２０４ａ、第２のアーム２０４ｂ、および第３のアーム２０４ｃと表される複数のアームとを備える。アーム２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、互いに実質的に均一な角距離でベース２０２に接続されている。
【００５８】
調整機構２００は、それぞれアーム２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃのエンドエフェクタ２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃに接続された、隆起したプラットフォーム２０６をさらに備える。プラットフォーム２０６は、環状リングの形態であり、プラットフォーム２０６の中心にボールジョイントコンプライアンス２１０を備える。ボールジョイントコンプライアンス２１０は、外科用ツール２１２を保持し、外科用ツール２１２のスライド運動を可能にする穴を備える。ボールジョイントコンプライアンス２１０は、外科用ツール２１２を保持して患者の体内に挿入するための、プランジャ（図示せず）の形態の駆動機構をさらに備える。
【００５９】
手術中、ベース２０２は患者の身体に付着している。アーム２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、少なくとも１つのアクチュエータ（図示せず）によって作動されて、互いに協調して、プラットフォーム２０６の位置を調整し、かようにピボットポイント２１４に対する外科用ツール２１２の向きを調整する。プラットフォーム２０６は、通常、各動作中にベース２０２に対して所定の一定の高さで同じ平面を移動し、ベース２０２に対するプラットフォーム２０６の移動は、矢印２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃによって図２Ａに示されている。高さは通常、針ゲージ、患者の生理機能などの要因に基づいて、手術前の較正段階で決定される。
【００６０】
プラットフォーム２０６の位置がアーム２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃによって調整されると、外科用ツール２１２は、プランジャおよびボールジョイントコンプライアンス２１０によって緩く保持され、外科用ツール２１２がピボットポイント２１４を中心に自由にピボットまたは旋回できるようにする。この構成は、プラットフォーム２０６が同じ平面で動かされるときに外科用ツール２１２の傾斜を可能にし、外科用ツール２１２の傾斜は、図２Ａの矢印２１８によって示されている。
【００６１】
例示的な実施形態における外科用ツール２１２は、ピボットポイント２１４の反対側の外科用ツール２１２の端部２２２に隣接して取り付けられた調整可能なストッパー２２０を備える。外科用ツール２１２の向きおよび挿入の深さを確認すると、ボールジョイントコンプライアンス２１０の位置がロックされ、ストッパー２２０とボールジョイントコンプライアンス２１０との間の距離が挿入する深さにほぼ等しく、外科用ツール２１２の挿入の深さがボールジョイントコンプライアンス２１０とストッパー２２０との間の距離によって制限される状態で、ストッパー２２０が外科用ツール２１２に取り付けられる。この構成は、外科用ツール２１２の患者の体内への過度の挿入を、有利にも制限することができる。次に、プランジャがアクチュエータによって作動されて、外科用ツール２１２を保持し、患者の体内に挿入する。
【００６２】
調整機構２００の構造は、通常、軽くて剛性の材料でできている。実施形態では、調整機構２００は、３Ｄ画像化デバイスによって提示される３Ｄ画像が調整機構２００の画像をキャプチャしないように、放射線透過性材料で作られている。別の実施形態では、調整機構２００の部品は、異なる放射線透過性を有する材料で作ることができる。例えば、調整機構２００のプラットフォーム２０６は、放射線不透過性材料、例えばステンレス鋼でできているが、調整機構２００の他の部分は、放射線透過性材料でできている。この場合、プラットフォーム２０６の画像は、３Ｄ画像化デバイスによって３Ｄ画像にキャプチャされ、プラットフォーム２０６の位置データは、ボールジョイントコンプライアンスの座標、したがって、外科用ツール２１２の角度方向を容易に決定するために３Ｄ画像から抽出することができる。
【００６３】
調整機構２００は、構造が単純であり、サイズが比較的小さいため、プロセッサからの信号に迅速に応答することができる。また、調整機構２００の構成は、過度の動きを制限し、手術中の皮膚の裂傷も低減する。さらに、調整機構２００のほとんどの部分がまた生体適合性材料でできているので、手術における調整機構２００の使用は、患者に望ましくないいずれの影響をも引き起こさない。例えば、適切な材料には、チタンおよびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が含まれる。調整機構２００の構造は、他の材料で作ることができることが理解されよう。
【００６４】
実施形態では、外科用ツール２１２は、外科用ツール２１２の圧力変化を検出するためにプロセッサに通信可能に結合された触覚センサー（図示せず）を備え得る。これは、患者の体内の外科用ツール２１２の深さを検出する際、および病変を検出する際のプロセッサの精度を高めることができる。
【００６５】
図２Ｃは、図２Ａの調整機構２００のツールホルダー２２４の使用を示す２つの斜視図を示す。ここで、ツールホルダー２２４は、プラットフォーム２０６から取り外し可能である。ツールホルダー２２４の構造は、ボールジョイントコンプライアンス２１０と、ボールジョイントコンプライアンス２１０から半径方向外向きに延在し、ボールジョイントコンプライアンス２１０をプラットフォーム２０６の環状リングと連結する複数の支持構造２２６とを含む。キャッチ２２８として表される係合機構は、ツールホルダー２２４をプラットフォーム２０６に取り外し可能に固定するために使用される。
【００６６】
第１の配置（図２Ｃの左側の図）に示されるように、ツールホルダー２２４は、プラットフォーム２０６が動かされて外科用ツール２１２の角度方向を調整するときに、プラットフォーム２０６に取り付けられる。外科用ツール２１２の傾斜が、矢印２１８によって示されている。第２の配置（図２Ｃの右側の図）に示されるように、ストッパー２２０によって許容されている挿入の深さを超えてさらに挿入することが必要な場合、ツールホルダー２２４は、例えばツールホルダー２２４を時計回りまたは反時計回りの方向に回転させることによって、プラットフォーム２０６から取り外され、矢印２３０で示されるように、患者の身体の上に下げる。
【００６７】
次に、ツールホルダー２２４を患者の身体に取り付けることができ、プランジャがアクチュエータによって作動されて、矢印２３２に示すように、外科用ツール２１２を保持し、さらに患者の体内に挿入する。したがって、ツールホルダー２２４は、外科用ツール２１２を患者の体内のより深くに挿入することを可能にし、調整機構２００を使用して実行することができる操作のタイプに柔軟性を付与する。
【００６８】
図２Ｄは、図２Ａの調整機構２００を使用した外科用ツール２１２の調整を示している。図２Ｄに示されるように、第１の角度方向２３４ａから第２の角度方向２３４ｂへの外科用ツール２１２の調整に関与する３つの平面、すなわち、ターゲット平面２３６ａ、ピボットポイント平面２３６ｂ、および調整機構平面２３６ｃが存在する。
【００６９】
３Ｄボクセルグリッドにおける病変の座標はＳ０で示される。外科用ツール２１２の挿入用のピボットポイント座標Ｐ０は、図１Ａおよび図１Ｂのシステム１０１を使用して決定されている。手術中、外科用ツール２１２の先端は、ピボットポイント上に配置される。
【００７０】
座標Ｓ０およびＰ０と実質的に直線を形成する外科用ツール２１２の軌道はまた、図１Ａおよび図１Ｂのシステム１０１によって決定されている。実施形態では、プロセッサは、座標Ｓ０およびＰ０の両方を使用して、調整機構平面２３６ｃでの位置合わせ座標Ｐ１を計算する。位置合わせ座標Ｐ１に基づいて、プロセッサは、調整機構２００を制御して、調整機構平面２３６ｃで外科用ツール２１２を第１の角度方向２３４ａから第２の角度方向２３４ｂに調整して、外科用ツール２１２の長手方向軸が第２の角度方向２３４ｂの位置合わせ座標Ｐ１を通るようにする。これは、例えば、ボールジョイントコンプライアンス２１０が座標Ｐ１にあるようにプラットフォーム２０６を横方向に動かすことによって、行うことができる。第２の角度方向２３４ｂでは、外科用ツール２１２の長手方向軸は、病変およびピボットポイントと位置合わせされている。座標Ｓ０およびＰ０を決定するステップ、位置合わせ座標Ｐ１を計算するステップ、および位置合わせ座標Ｐ１と位置合わせするように外科用ツール２１２を調整するステップは、外科用ツール２１２の長手方向軸が病変と実質的に位置合わせするまで、いずれかの過誤を修正するために自動的に繰り返され得る。
【００７１】
図２Ｅは、動作中の図２Ａの調整機構２００の別の例示的な構成を示している。ここで、調整機構２００は、患者の身体上方の反転位置にあり、ベース２０２は、関節式アーム固定具２３８によって静止状態に保たれている。この構成では、プラットフォーム２０６は、患者の身体に対して持ち上げられ、外科用ツール２１２がプランジャおよびボールジョイントコンプライアンス２１０によって緩く保持されたときに、矢印２４０ａ、２４０ｂによって示されるように、横方向に動くように調整することができ、外科用ツール２１２が、身体表面の挿入点２４２を中心に自由にピボットまたは旋回できるようにする。外科用ツール２１２の傾斜が、矢印２４４によって示されている。角度方向および挿入の深さを確認すると、ボールジョイントコンプライアンス２１０の位置がロックされ、プランジャが作動して、外科用ツール２１２を保持し、体内に挿入する。
【００７２】
図３は、図１Ａおよび図１Ｂのセットアップ１００を使用した病変の治療プロセスを示すフローチャート３００を示している。
【００７３】
ステップ３０２において、３Ｄ画像化デバイス１０６は、ロボット１１０の不在下で身体１０２のＣＴスキャン画像をキャプチャして、予備的３Ｄ画像を生成し、予備的３Ｄ画像の画像データは、ＤＩＣＯＭを介してプロセッサに転送される。
【００７４】
ステップ３０４で、プロセッサは、予備的３Ｄ画像に対して画像セグメンテーションプロセスを実行して、予備的３Ｄ画像上の陰影に基づいて、身体１０２の内側の妨害部位および病変の画像を識別する。病変画像に基づいて、プロセッサは３Ｄボクセルグリッドで病変の重心の座標を計算することにより、病変の位置データを抽出する。
【００７５】
ステップ３０６で、プロセッサは、病変のサンプルを収集するための生検針の少なくとも１つの軌道を決定する。例えば、ＡＩソフトウェアは、予備的３Ｄ画像のすべての重要な器官または動脈を識別し、外科用ツール１０４を挿入するための身体表面のツール挿入点を決定する。実施形態では、ツール挿入点は、身体表面と病変との間の最短距離である。あるいは、またはさらに、ツール挿入点は、病変と線を形成し、それは身体１０２内側の妨害部位を迂回する。
【００７６】
ステップ３０８で、プロセッサは、生検針の身体１０２への軌道をシミュレートする。臨床医は、シミュレートされた軌道によって導かれ、外科用ツール１０４を挿入するための解剖学的に理想的な点を決めることができ、生検針の挿入によって合併症が誘発される可能性を低減することができる。
【００７７】
ステップ３１０において、ロボット１１０は、生検針と共に、患者の身体１０２に取り付けられる。
【００７８】
ステップ３１２で、３Ｄ画像化デバイス１０６は、ロボット１１０および生検針を伴う身体１０２のＣＴスキャン画像をキャプチャして、リアルタイムの３Ｄ画像を生成する。リアルタイム３Ｄ画像の画像データはＤＩＣＯＭを介してプロセッサに転送される。
【００７９】
ステップ３１４で、ＡＩソフトウェアは、予備的３Ｄ画像とリアルタイム３Ｄ画像との画像融合を実行して、ロボット１１０を、融合された３Ｄ画像で較正し、続いて、選択した軌道に位置合わせするために、ロボット１１０を使用して生検針の角度方向を調整する。このプロセス中、ＡＩソフトウェアは、患者の位置の変化、呼吸中の胸部の動きなどの理由による病変の位置の変化を考慮に入れる。これは、有利にも、ＡＩソフトウェアが病変の正確な位置を取得し、病変の位置の変化に従って正確な軌道を決定することを可能にし得る。
【００８０】
ステップ３１６で、プロセッサは、皮膚の表面から病変までの生検針の挿入の深さを計算する。プロセッサはさらに、計算された深さに応じて、生検針の身体１０２への軌道をシミュレートする。
【００８１】
ステップ３１８で、臨床医は最終確認を行い、生検針の身体１０２への挿入を続行する。場合によっては、より正確な検査結果を生成するべく、サンプルの収集のためにプロセッサによって決定された座標に応じて、病変から複数のサンプルが採取され得る。
【００８２】
ステップ３２０で、採取されたサンプルは、病変の悪性度を決定するため臨床検査に送られる。
【００８３】
臨床検査で病変が良性の病変であることが判明した場合、病変の切除が必要ではない場合があり、ステップ３２２で、臨床医は、結果の確認のために後で生検を繰り返すように患者に助言することを含め、状態の予後を提示することができる。
【００８４】
臨床検査で病変が悪性の病変であることが判明した場合、ステップ３２４で、臨床医は、ロボット１１０を使用して病変の切除治療をもたらすことを続行する。切除針を挿入するための計画は、ステップ３０２から３１８までの生検プロセスと同じステップを使用して実行される。
【００８５】
図４は、ＣＴスキャンにおける肺４０２の横断面図４００を示している。ＣＴスキャンに示されるように、左肺４０２は、病変を伴う２つのスポットを有し、ＣＴスキャンの暗陰影領域４０４および明陰影領域４０６によって表される。ＡＩソフトウェアは、以下でさらに説明するように、色の違いに基づいて病変を識別できる。これらの病変の悪性度を決定するために、生検プロセスを実施することができる。
【００８６】
図５は、図１Ａおよび図１Ｂのシステム１０１を使用したＣＴスキャンのセグメンテーションプロセスを示している。セグメンテーションプロセスは３つのステップに分割され、第１の画像５０２は、左肺４０２に病変を有する図４の肺４０２のＣＴスキャンを示している。プロセッサは、３Ｄ画像化デバイス１０６からＣＴスキャンを受信し、ＣＴスキャンを処理して、病変を有する左肺４０２の画像を識別する。左肺４０２の画像は、ＣＴスキャンからセグメント化されて、第２の画像５０４を生成する。
【００８７】
プロセッサはさらに、陰影の違いに従って病変を識別し、病変の画像を第２の画像からセグメント化して、第３の画像５０６を生成する。プロセッサはさらに、第３の画像５０６上の暗陰影領域４０４を識別し、暗陰影領域４０４を第３の画像からセグメント化して、第４の画像５０８を生成する。セグメンテーションプロセスは、暗陰影領域４０４によって表されるセグメント化された病変画像を生成する。病変の位置データは、プロセッサによって病変画像から正確に抽出することができ、抽出された位置データに基づいて、病変が生検または切除治療のターゲットとして設定される。
【００８８】
図６は、図５のセグメント化された見え方５０４での病変の重心の位置６０２を示している。実施形態では、３Ｄボクセルグリッド内の病変の重心の位置６０２は、体積積分の第１のモーメントを適用するアルゴリズムを使用して、プロセッサによって計算されている。各次元での重心の座標の計算式を以下に示す。
【数１】
2022500225.tif 000003
【００８９】
積分の計算では、ｘ、ｙ、ｚの座標に沿ったすべての量がそれぞれ合計され、病変の総体積で除算されて、各々の軸に沿った一方の端部からもう一方の端部までの体積の変化率を得る。任意の点での体積の変化率は、軸に垂直な断面の断面積に相当する。この式は、各次元の平均座標を決定する際に断面積の変動を考慮に入れることができる。
【００９０】
重心の座標は、複合部品の方法などの他の数学的な方法を使用して決定することもできることが理解されよう。
【００９１】
図７Ａおよび図７Ｂは、例示的な実施形態による３Ｄボクセルグリッドにおける病変７０２の図７００を示している。病変７０２の重心を使用して、プロセッサは、病変７０２の体積に基づいて最適なグリッドサイズを決定し、生検処置中に病変のサンプルを収集するためか、切除を実行するために、重心の周りの位置（すなわち、位置Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）を提示する。３Ｄボクセルグリッドを使用すると、正確な細胞間の距離を決定でき、臨床医は正確な場所で治療を行って最良の結果を得ることができる。
【００９２】
図８は、例示的な実施形態による、病変８０２を攻撃するための外科用ツール１０４の軌道の決定を示す。プロセッサは、病変を攻撃するための複数の軌道を計算し、直線８０４、８０６、８０８、８１０、８１２として表される。次に、プロセッサは、決定された軌道に従って、病変８０２に向かう外科用ツール１０４の軌道をシミュレートする。シミュレーションに基づいて、プロセッサはアルゴリズムを適用して最適な軌道を選択する。この場合、軌道８０８が最適軌道として選択される。選択された軌道は、上記のような手術における外科用ツール１０４の位置合わせに使用される。
【００９３】
本発明の実施形態は、細長ツールの軌道を決定するためのシステムおよび方法を提供する。システムと方法を使用した外科的プロセスは、最小限の人の入力にすることで簡素化することができる。体内の病変や臓器の位置を正確に決定することができ、システムは決定された位置に基づいて外科用ツールの最適な軌道を計算する。これは、人為的な過誤を有利に低減し、外科用ツールの挿入中の臓器の損傷を回避し、したがって、手術の成功率を改善し得る。
【００９４】
図９は、例示的なコンピューティングデバイス９００を描写しているが、これは以下で互換的にコンピュータシステム９００と呼ばれ、これにおいて、１つまたは複数のそのようなコンピューティングデバイス９００を使用して、細長ツールの軌道を決定することができる。例示的なコンピューティングデバイス９００は、図１Ａおよび図１Ｂに示されるシステム１０１を実装するために使用することができる。コンピューティングデバイス９００の以下の説明は、例としてのみ提供されており、限定することを意図するものではない。
【００９５】
図９に示されるように、例示的なコンピューティングデバイス９００は、ソフトウェアのルーチンを実行するためのプロセッサ９０７を含む。明確にするために単一のプロセッサが示されているが、コンピューティングデバイス９００はまた、マルチプロセッサシステムを含み得る。プロセッサ９０７は、コンピューティングデバイス９００の他の構成要素と通信するために、通信インフラストラクチャ９０６に接続されている。通信インフラストラクチャ９０６は、例えば、通信バス、クロスバー、またはネットワークを含み得る。
【００９６】
コンピューティングデバイス９００は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの主要メモリ９０８と、二次メモリ９１０とをさらに含む。二次メモリ９１０は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブまたはハイブリッドドライブであり得るストレージドライブ９１２、および／または磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、ソリッドステートストレージドライブ（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、フラッシュメモリデバイス、ソリッドステートドライブまたはメモリカード）などを含み得るリムーバブルストレージドライブ９１７を含み得る。リムーバブルストレージドライブ９１７は、周知の方法でリムーバブルストレージメディア９７７から読み取り、および／またはそれに書き込む。リムーバブルストレージメディア９７７は、磁気テープ、光ディスク、不揮発性メモリストレージメディアなどを含み得、これらは、リムーバブルストレージドライブ９１７によって読み取られ、書き込まれる。関連技術の当業者によって理解されるように、リムーバブルストレージメディア９７７は、コンピュータ実行可能プログラムコード命令および／またはデータをその中に記憶したコンピュータ可読ストレージメディアを含む。
【００９７】
代替の実装形態では、二次メモリ９１０は、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピューティングデバイス９００にロードすることを可能にするための他の同様の手段を追加的または代替的に含み得る。そのような手段は、例えば、リムーバブルストレージユニット９２２およびインターフェース９５０を含むことができる。リムーバブルストレージユニット９２２およびインターフェース９５０の例には、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェース（ビデオゲームコンソールデバイスに見られるものなど）、リムーバブルメモリチップ（ＥＰＲＯＭまたはＰＲＯＭなど）および関連するソケット、リムーバブルソリッドステートストレージドライブ（ＵＳＢフラッシュドライブ、フラッシュメモリデバイス、ソリッドステートドライブまたはメモリカードなど）、およびソフトウェアとデータをリムーバブルストレージユニット９２２からコンピュータシステム９００に転送できるようにする他のリムーバブルストレージユニット９２２およびインターフェース９５０が含まれる。
【００９８】
コンピューティングデバイス９００はまた、少なくとも１つの通信インターフェース９２７を含む。通信インターフェース９２７は、ソフトウェアおよびデータが、通信経路９２６を介してコンピューティングデバイス９００と外部デバイスとの間で転送されることを可能にする。本発明の様々な実施形態では、通信インターフェース９２７は、コンピューティングデバイス９００と、パブリックデータ通信ネットワークまたはプライベートデータ通信ネットワークなどのデータ通信ネットワークとの間でデータを転送することを可能にする。通信インターフェース９２７は、そのようなコンピューティングデバイス９００が、相互接続されたコンピュータネットワークの一部を形成する異なるコンピューティングデバイス９００間で、データを交換するために使用され得る。通信インターフェース９２７の例は、モデム、ネットワークインターフェース（イーサネットカードなど）、通信ポート（シリアル、パラレル、プリンタ、ＧＰＩＢ、ＩＥＥＥ  １３９４、ＲＪ４５、ＵＳＢなど）、関連する回路を備えたアンテナなどを含むことができる。通信インターフェース９２７は、有線であっても、無線であってもよい。通信インターフェース９２７を介して転送されるソフトウェアおよびデータは、通信インターフェース９２７によって受信することができる電子、電磁気、光学または他の信号であり得る信号の形態である。これらの信号は、通信経路９２６を介して通信インターフェースに伝えられる。
【００９９】
図９に示されるように、コンピューティングデバイス９００は、関連するディスプレイ９５０に画像をレンダリングするための操作を実行するディスプレイインターフェース９０２と、関連するスピーカー９５７を介してオーディオコンテンツを再生するための操作を実行するためのオーディオインターフェース９５２とをさらに含む。
【０１００】
本明細書で使用される場合、「コンピュータプログラム製品」という用語は、部分的に、リムーバブルストレージメディア９７７、リムーバブルストレージユニット９２２、ストレージドライブ９１２に取り付けられたハードディスク、または通信インターフェース９２７への通信経路９２６（無線リンクまたはケーブル）を介したソフトウェアを搬送する搬送波を指すことができる。コンピュータ可読ストレージメディアは、実行および／または処理のために記録された命令および／またはデータをコンピューティングデバイス９００に提供する、任意の非一時的、不揮発性有形ストレージメディアを指す。このようなストレージメディアの例には、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙＴＭディスク、ハードディスクドライブ、ＲＯＭまたは集積回路、ソリッドステートストレージドライブ（ＵＳＢフラッシュドライブ、フラッシュメモリデバイス、ソリッドステートドライブまたはメモリカードなど）、ハイブリッドドライブ、磁気光学ディスク、またはＰＣＭＣＩＡカードなどのコンピュータ可読カードが含まれ、そのようなデバイスがコンピューティングデバイス９００の内部または外部であるかどうかにかかわらない。コンピューティングデバイス９００へのソフトウェア、アプリケーションプログラム、命令、および／またはデータの提供にも関与し得る一時的または無形のコンピュータ可読伝送媒体の例には、無線または赤外線伝送チャネル、ならびに別のコンピュータまたはネットワークデバイスへのネットワーク接続、および電子メール送信およびウェブサイトなどに記録された情報を含むインターネットまたはイントラネットが含まれる。
【０１０１】
コンピュータプログラム（コンピュータプログラムコードとも呼ばれる）は、主要メモリ９０８および／または二次メモリ９１０に格納される。コンピュータプログラムはまた、通信インターフェース９２７を介して受信することができる。そのようなコンピュータプログラムは、実行されると、コンピューティングデバイス９００が、本明細書で論じられる実施形態の１つまたは複数の特徴を実行することを可能にする。様々な実施形態では、コンピュータプログラムは、実行されると、プロセッサ９０７が上記の実施形態の特徴を実行することを可能にする。したがって、そのようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム９００のコントローラを表す。
【０１０２】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に格納され、リムーバブルストレージドライブ９１７、ストレージドライブ９１２、またはインターフェース９５０を使用してコンピューティングデバイス９００にロードされ得る。コンピュータプログラム製品は、非一時的なコンピュータ可読媒体であり得る。あるいは、コンピュータプログラム製品は、通信経路９２６を介してコンピュータシステム９００にダウンロードされ得る。ソフトウェアは、プロセッサ９０７によって実行されると、コンピューティングデバイス９００に、本明細書に記載の実施形態の機能を実行させる。
【０１０３】
図９の実施形態は、単に例として提示されていることを理解されたい。したがって、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス９００の１つまたは複数の特徴を省いてもよい。また、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス９００の１つまたは複数の特徴を一緒に組み合わせることができる。さらに、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス９００の１つまたは複数の特徴は、１つまたは複数の構成要素の部分に分割され得る。
【０１０４】
コンピューティングデバイス９００が細長ツールの軌道を決定するように構成されるとき、コンピューティングシステム９００は、アプリケーションを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体を有し、そのアプリケーションは、実行されると、コンピューティングシステム９００に、身体の予備的３次元（３Ｄ）画像を受信するステップ、身体は、不透明な身体表面、ターゲット、および身体表面とターゲットとの間にある少なくとも１つの妨害部位を含む；ターゲット、身体表面、および少なくとも１つの妨害部位の位置データを取得するために３Ｄ画像化デバイスからの身体の予備的３Ｄ画像を処理するステップ；および、身体表面及び少なくとも１つの妨害部位に対するターゲットの位置に基づいて、細長ツールがターゲットを攻撃するための少なくとも１つの軌道を決定するステップを含むステップを行わせる。
【０１０５】
当業者は、広く記載されている本発明の精神または範囲から逸脱することがなければ、特定の実施形態に示されるように、本発明に対して多数の変形および／または修正を行うことができることを理解されたい。したがって、本実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。
【図１Ａ】
2022500225.tif 000004
【図１Ｂ】
2022500225.tif 000005
【図２Ａ】
2022500225.tif 000006
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
2022500225.tif 000010
【図３】
2022500225.tif 000011
【図４】
2022500225.tif 000012
【図５】
2022500225.tif 000013
【図６】
2022500225.tif 000014
【図７Ａ】
2022500225.tif 000015
【図７Ｂ】
2022500225.tif 000016
【図８】
2022500225.tif 000017
【図９】
2022500225.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月19日(2021.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長ツールの軌道を決定するためのシステムであって、
３Ｄ画像化デバイスから身体の予備的３次元（３Ｄ）画像の画像化データを受信するように構成されたメモリモジュールであって、前記身体は、不透明な身体表面、生検又は切除治療の対象であるターゲット、および前記身体表面と前記ターゲットとの間にある少なくとも１つの妨害部位を含むメモリモジュール、
前記メモリモジュールと通信可能に結合されたプロセッサであって、
前記３Ｄ画像化デバイスからの前記身体の前記予備的３Ｄ画像を処理して、前記ターゲット、前記身体表面、および少なくとも１つの前記妨害部位の位置データを取得し、
前記身体表面及び少なくとも１つの前記妨害部位に対する前記ターゲットの位置に基づいて、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃する少なくとも１つの軌道を決定する
ように構成されるプロセッサ
を含む、システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃するための前記少なくとも１つの軌道を決定するために、前記身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記身体表面と前記ターゲットとの間が最短距離である前記身体表面の前記ツール挿入点を決定するようにさらに構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記ツール挿入点と前記ターゲットとの間の線が前記少なくとも１つの妨害部位を迂回するように、前記身体表面の前記挿入点を決定するようにさらに構成される、請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記ターゲットの位置データを取得するために前記ターゲットの重心の座標を決定するようにさらに構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサに結合されたディスプレイデバイスをさらに備え、前記プロセッサは、前記ディスプレイデバイス上に表示するための前記決定された少なくとも１つの軌道に基づいて、前記細長ツールの軌道をシミュレートするようにさらに構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
細長ツールを使用してターゲットを攻撃するためのシステムであって、
３Ｄ画像化デバイス、
前記３Ｄ画像化デバイスに接続された、請求項２から４のいずれか一項に記載のシステム、
前記ツール挿入点に対する前記細長ツールの角度方向を調整するように構成された調整機構、および
前記プロセッサから受信した信号に従って前記調整機構を動かすための前記調整機構に結合されたアクチュエータ
を含み、
前記３Ｄ画像化デバイスは、前記身体および前記細長ツールのリアルタイム３Ｄ画像をキャプチャするようにさらに構成され、
前記プロセッサは、前記リアルタイム３Ｄ画像に基づいて、選択された軌道に前記細長ツールの長手方向軸を位置合わせさせるように前記調整機構を制御するようにさらに構成され、前記プロセッサは、前記挿入点と前記ターゲットの位置データに基づいて、前記挿入点と前記ターゲットとの間の攻撃距離を計算するようにさらに構成され、
前記アクチュエータは、位置合わせ時の前記細長ツールの前記角度方向および前記計算された攻撃距離に基づいて、前記細長ツールを前記ターゲットに向かって駆動するように構成される、システム。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記リアルタイム３Ｄ画像を前記予備的３Ｄ画像と関連付けて、前記細長ツールを前記選択された軌道に位置合わせさせるようにさらに構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記３Ｄ画像化デバイスは、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）機、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ、および蛍光透視鏡からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記調整機構がベースおよびプラットフォームを含み、前記プラットフォームが前記ベースに平行になるように構成される、請求項７から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記調整機構は、前記ベースを前記プラットフォームと連結する複数のアームをさらに含み、前記複数のアームは、前記挿入点に対する前記細長ツールの前記角度方向を調整するために、前記ベースに平行な平面に沿って前記プラットフォームを移動するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プラットフォームが、前記細長ツールを支持するためのボールジョイントコンプライアンスを含み、前記ボールジョイントコンプライアンスが、前記細長ツールのスライド運動を可能にするように構成された穴を含む、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記調整機構は、前記プラットフォームから取り外し可能なツールホルダーをさらに備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
細長ツールの軌道を決定するための方法であって、
身体の予備的３次元（３Ｄ）画像を受信するステップであって、前記身体は、不透明な身体表面、生検又は切除治療の対象であるターゲット、および前記身体表面と前記ターゲットとの間にある少なくとも１つの妨害部位を含む、受信するステップ、
前記ターゲット、前記身体表面、および少なくとも１つの前記妨害部位の位置データを取得するべく、前記３Ｄ画像化デバイスからの前記身体の前記予備的３Ｄ画像を処理するステップ、および
前記身体表面及び少なくとも１つの前記妨害部位に対する前記ターゲットの位置に基づいて、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃する少なくとも１つの軌道を決定するステップ
を含む方法。
【請求項１５】
前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃するための前記少なくとも１つの軌道を決定することは、前記身体表面の少なくとも１つのツール挿入点を決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記身体表面の前記少なくとも１つのツール挿入点を決定することは、前記身体表面と前記ターゲットとの間で最短距離を有する前記ツール挿入点を決定することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記身体表面の前記少なくとも１つのツール挿入点を決定することは、前記挿入点と前記ターゲットとの間にある線が前記少なくとも１つの妨害部位を迂回するように前記身体表面の前記ツール挿入点を決定することを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ターゲットの位置データを取得するべく前記身体の前記予備的３Ｄ画像を処理することは、前記ターゲットの重心の座標を決定することを含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ディスプレイデバイスに表示するために前記決定された少なくとも１つの軌道に基づいて前記細長ツールの軌道をシミュレートするステップをさらに含む、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
細長ツールを使用してターゲットを攻撃する方法であって、
請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法を使用して、前記細長ツールが前記ターゲットを攻撃するための少なくとも１つの軌道を決定するステップ、
前記身体と前記細長ツールのリアルタイム３Ｄ画像を受信するステップ、
前記細長ツールの長手方向軸を、前記リアルタイムの３Ｄ画像に基づいて、選択した軌道に位置合わせするステップ、
前記挿入点と前記ターゲットの位置データに基づいて、前記ツール挿入点と前記ターゲットとの間の攻撃距離を計算するステップ、および
前記計算された距離に従って、前記細長ツールを前記ターゲットに向かって前進させるステップを
含む、方法。
【請求項２１】
前記細長ツールの前記長手方向軸を、前記選択された軌道に位置合わせさせることは、前記リアルタイム３Ｄ画像を前記予備的３Ｄ画像と関連付けることを含む、請求項２０に記載の方法。
【国際調査報告】
2022500225.tif 000019
2022500225.tif 000020
2022500225.tif 000021