(57)【要約】  治療カテーテル３０（例えば、熱アブレーションカテーテル又は冷凍アブレーションカテーテル）及び解剖学的領域内で治療カテーテル３０をナビゲートするための複数のリンケージとリンケージとを相互接続する１つ又は複数のジョイントとを含む多関節ロボット４０を使用するロボット外科手術システムである。ロボット外科手術システムはさらに、解剖学的構造に関する解剖学的領域内の計画された治療経路から得られた解剖学的構造に関する解剖学的領域内の術中治療経路に沿った、多関節ロボット４０による治療カテーテル３０のナビゲーションを、解剖学的構造に関する解剖学的領域内の計画された治療経路を図示する術前画像２１ａと多関節ロボット４０との間のレジストレーションに基づいて制御するロボットコントローラ４１を使用する。
2018529442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的領域内の解剖学的構造の手術処置を実施するロボット外科手術システムであって、
治療カテーテルと、
前記解剖学的領域内で前記治療カテーテルをナビゲートするように動作可能であり、複数のリンケージと当該複数のリンケージを相互接続する少なくとも１つのジョイントとを備える多関節ロボットと、
前記少なくとも１つのジョイントと通信して、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の計画された治療経路から得られた前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションを、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記計画された治療経路を示す術前画像と前記多関節ロボットとの間のレジストレーションに基づいて制御するように動作可能なロボットコントローラと、を含む、ロボット外科手術システム。
【請求項２】
前記治療カテーテルは、熱アブレーションカテーテル及び冷凍アブレーションカテーテルのうちの１つである、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項３】
カメラカテーテルをさらに含み、
前記多関節ロボットは、前記解剖学的構造内で前記治療カテーテルと前記カメラカテーテルとを同時にナビゲートするように動作可能であり、
前記ロボットコントローラは、前記少なくとも１つのジョイントと通信して、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルと前記カメラカテーテルとの同時のナビゲーションを制御するように動作可能である、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項４】
カメラカテーテルをさらに含み、
前記多関節ロボットは、前記解剖学的領域内で前記治療カテーテルと前記カメラカテーテルとを交互にナビゲートするように動作可能であり、
前記ロボットコントローラは、少なくとも１つのジョイントと通信して、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルと前記カメラカテーテルとの交互のナビゲーションを制御するように動作可能である、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項５】
少なくとも１つの前記リンケージは、近位リンケージ及び遠位リンケージを含む、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのリンケージは、前記近位リンケージと前記遠位リンケージとの間に少なくとも１つの中間リンケージをさらに含む、請求項５に記載のロボット外科手術システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのジョイントは、前記近位リンケージに対する前記遠位リンケージのポーズを知らせるポーズデータを生成するように動作可能であり、
前記ロボットコントローラは、前記少なくとも１つのジョイントによる前記ポーズデータの生成に応じて、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションを制御するように動作可能である、請求項５に記載のロボット外科手術システム。
【請求項８】
前記多関節ロボットは、前記近位リンケージに接続されるピボットベースを更に含む、請求項５に記載のロボット外科手術システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのジョイントは、前記ピボットベースに対する前記多関節ロボットの前記遠位リンケージのポーズを知らせるポーズデータを生成するように動作可能であり、
前記ロボットコントローラは、前記少なくとも１つのジョイントによる前記ポーズデータの生成に応じて、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションを制御するように動作可能である、請求項８に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのジョイント及び前記ピボットベースは、前記近位リンケージに対する前記遠位リンケージのポーズを知らせるポーズデータを生成するように動作可能であり、
前記ロボットコントローラは、前記少なくとも１つのジョイント及び前記ピボットベースによる前記ポーズデータの生成に応じて、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションを制御するように動作可能である、請求項８に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのジョイント及び前記ピボットベースは、前記ピボットベースに対する前記遠位リンケージのポーズを知らせるポーズデータを生成するように動作可能であり、
前記ロボットコントローラは、前記少なくとも１つのジョイント及び前記ピボットベースによる前記ポーズデータの生成に応じて、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションを制御するように動作可能である、請求項８に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１２】
前記術前画像の受信に応じて、前記解剖学的構造に関する前記計画された治療経路の前記術前画像内の描写を制御する経路計画制御モジュールをさらに含む、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１３】
前記多関節ロボットとレジストレーションされた前記術中画像の受信及び前記術前画像の受信に応じて、前記術前画像と前記術中画像との間の画像レジストレーションを、前記術前画像及び前記術中画像内に示される前記解剖学的構造の描写に基づいて制御するように動作可能なレジストレーション制御モジュールをさらに含む、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１４】
前記術前画像と前記術中画像との間の画像レジストレーションに応じて、前記術前画像内に示される前記解剖学的構造に関する前記計画された治療経路から前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路への変換を制御するように動作可能な変換制御モジュールをさらに含む、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１５】
前記ロボットコントローラによる、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションの制御に応じて、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記計画された前記治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルの仮想ナビゲーションの前記術前画像内のディスプレイを制御するように動作可能な画像フィードバック制御モジュールをさらに含む、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１６】
解剖学的領域内の解剖学的構造の手術処置を実施するためのロボット外科手術方法であって、
撮像コントローラが、術前画像と多関節ロボットとの間のレジストレーションを制御するステップであって、前記術前画像は、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の計画された治療経路を示す、ステップと、
ロボットコントローラが、前記術前画像内に図示された前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記計画された治療経路から得られた前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる治療カテーテルのナビゲーションを、前記撮像コントローラによる前記術前画像と前記多関節ロボットとの間のレジストレーションに基づいて、制御するステップと、を含む、ロボット外科手術方法。
【請求項１７】
前記多関節ロボットが、前記多関節ロボットの近位端に対する前記多関節ロボットの遠位端のポーズを知らせるポーズデータを生成するステップをさらに含み、
前記ロボットコントローラは、前記多関節ロボットによる前記ポーズデータの生成に応じて、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションを制御する、請求項１６に記載のロボット外科手術方法。
【請求項１８】
前記撮像コントローラが、前記多関節ロボットとレジストレーションされた前記術前画像と前記術中画像との間の画像レジストレーションを制御するステップをさらに含み、
前記画像レジストレーションは、前記術前画像及び前記術中画像内に示される前記解剖学的構造の描写を含む、請求項１６に記載のロボット外科手術方法。
【請求項１９】
経路計画制御モジュールが、前記術前画像内の前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記計画された治療経路の描写を制御するステップと、
変換制御モジュールが、前記術前画像内に示された前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記計画された治療経路から、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路への変換を制御するステップと、を含む、請求項１６に記載のロボット外科手術方法。
【請求項２０】
画像フィードバック制御モジュールが、前記ロボットコントローラによる、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記術中治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルのナビゲーションの制御に応じて、前記解剖学的構造に関する前記解剖学的領域内の前記計画された治療経路に沿った前記多関節ロボットによる前記治療カテーテルの仮想ナビゲーションの前記術前画像内のディスプレイを制御するステップをさらに含む、請求項１６に記載のロボット外科手術方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、低侵襲手術中の多関節ロボットの画像ガイドに関する。本開示は、より詳細には、低侵襲コックス−メイズ手術中の多関節ロボットのＸ線ガイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、正常な心拍は、右心房の洞房結節による、心房を通り心房を収縮させて血液を心室に送り込む電気インパルスの生成を含む。電気インパルスは、さらに、心房から心房と心室との間に位置する心臓の房室結節に伝播して心室を血液で満たし、さらに、房室結節から心室に伝播して心室を収縮させ、血管を通して血液を送り出す。
【０００３】
心房細動は、規則的な電気インパルスが洞房結節によって生成されず、上部チャンバから下部チャンバへの不規則な電気インパルスの異常伝播を引き起こし、心房と心室との間の調整されていない律動をもたらす異常な心調律である。当該技術分野で知られているコックス−メイズ手術は、不規則な電気インパルスを遮断するために迷路様のパターンで心房をアブレーションすることによって、心房細動を治療する外科手術である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のコックス−メイズ手術では、心臓の心房にアクセスするためには胸骨切開及び肋骨を広げることが必要となる。この処置の侵襲性のために、伝統的なコックス−メイズ手術はスタンドアロン治療としてはほぼ行われず、バイパス手術や弁手術などの他の心臓手術に隣接して行われる。低侵襲手術は、スタンドアロンコックス−メイズを可能にするようにデザインされている。しかしながら、従来の剛性器具の迷路のような経路のために、現在の低侵襲コックス−メイズ手術の実施には、心臓のアブレーション器具経路の複雑さによって、通常、肋骨の間に６つのポートが必要となる。さらには、あらゆるロボットベースの低侵襲コックス−メイズ手術は、人間によるロボットの操作を伴う。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、解剖学的領域（例えば、胸部領域、頭部領域、腹部領域、背部領域又は腰部領域）内で、シングルポート低侵襲手術を自律的に実施するための器用な画像ガイドロボット、特には胸部領域内でシングルポート低侵襲コックス−メイズ手術を自律的に実施するためのＸ線ガイドロボットを利用する発明を提供する。
【０００６】
本開示の発明の1つの形態は、解剖学的領域内の解剖学的構造の手術処置（例えば、胸部領域内の心臓の低侵襲コックス−メイズアブレーション手術）を実施するためのロボット外科手術システムである。
【０００７】
ロボット外科手術システムは、治療カテーテル（例えば、熱アブレーションカテーテル又は冷凍アブレーションカテーテル）と、複数のリンケージ及びリンケージを相互接続する1つ又は複数のジョイントを含む多関節ロボットとを使用する。多関節ロボットは、解剖学的領域内で治療カテーテルをナビゲートするためのものである。
【０００８】
ロボット外科手術システムはさらに、解剖学的構造に関する解剖学的領域内の計画された治療経路から得られた解剖学的構造に関する解剖学的領域内の術中治療経路に沿った治療カテーテルの多関節ロボットによるナビゲーションを、解剖学的構造に関する解剖学的領域内の計画された治療経路を示す術前画像と多関節ロボットとの間のレジストレーションに基づいて制御するロボットコントローラを使用する。
【０００９】
さらに、多関節ロボットは、解剖学的領域内で治療カテーテルとカメラカテーテルとを交互に又は同時にナビゲートするように構造的にデザインされてもよい。
【００１０】
本開示の発明の第２の形態は、解剖学的領域内の解剖学的構造の手術処置（例えば、胸部領域内の心臓の低侵襲コックス−メイズアブレーション手術）を実施するロボット外科手術方法である。
【００１１】
ロボット外科手術方法は、術前画像（例えば、胸部領域のＣＴ、ＭＲＩ、又はＵＳ画像）と多関節ロボットとの間の画像レジストレーションを制御する撮像コントローラを含み、術前画像は、解剖学的構造に関する解剖学的領域内の計画された治療経路を図示するものである。
【００１２】
ロボット外科手術方法は、解剖学的構造に関する解剖学的領域内の計画された治療経路から得られた解剖学的構造に関する解剖学的領域内の術中治療経路に沿った多関節ロボットによる治療カテーテルのナビゲーションを、撮像コントローラによる術前画像と多関節ロボットとの間のレジストレーションに基づいて制御するロボットコントローラをさらに含む。
【００１３】
本開示の発明の目的のために、次に限定されないが、「治療カテーテル」、「カメラカテーテル」、「自律制御」、「画像レジストレーション」、「撮像モダリティ」、「術前画像」、及び「術中画像」を含む技術用語は、本開示の技術分野において理解されるように、及び本明細書に例示的に記載されるように解釈されるべきである。
【００１４】
本開示の発明の目的のために、用語「計画された治療経路」は、解剖学的構造の計画された治療（例えば、術前のＣＴ、ＭＲＩ又はＵＳ画像内に図示される、胸部領域内の心臓の低侵襲コックス−メイズアブレーション手術の経路計画）を実施するための、解剖学的領域の術前画像内の治療カテーテルの経路の描写を広く包含し、用語「術中治療経路」は、計画された治療経路を多関節ロボットの制御によって実施するための解剖学的領域内の治療カテーテルの経路の描写を広く包含する。
【００１５】
本開示の発明の目的のために、「多関節ロボット」という用語は、全体的又は部分的に、近位リンケージ、遠位リンケージ、及び任意に１つ又は複数の中間リンケージを含む剛性リンケージと直列に接続された１つ又は複数のジョイント（例えば、ピボットジョイント）の電動制御と共に構造的に構成される任意のロボット装置を広く包含する。
【００１６】
本開示の発明の目的のために、用語「コントローラ」は、本明細書で続いて説明される本開示の様々な発明の原理の適用を制御するためのワークステーションに内蔵若しくは連結された特定用途向けメインボード又は特定用途向け集積回路のすべての構造構成を広く包含する。コントローラの構造構成は、次に限定されないが、プロセッサ、コンピュータ使用可能記憶媒体／コンピュータ可読記憶媒体、オペレーティングシステム、アプリケーションモジュール、周辺装置コントローラ、スロット、及びポートを含んでもよい。
【００１７】
ワークステーションの例には、次に限定されないが、１つ又は複数のコンピュータ装置（例えば、クライアントコンピュータ、デスクトップ、及びタブレット）の集合、ディスプレイ／モニタ及び１つ又は複数の入力デバイス（例えば、キーボード、ジョイスティック、及びマウス）を含む。
【００１８】
本開示の発明の目的のために、用語「アプリケーションモジュール」は、特定のアプリケーションを実行するための電子回路及び／又は実行可能プログラム（例えば、実行可能ソフトウェア及び／又はファームウェア）からなるコントローラの構成要素を広く包含する。
【００１９】
本開示の発明の目的のために、本明細書中のコントローラのあらゆる記述的なラベル付け（例えば、「ロボット」コントローラ及び「画像」コントローラ）は、「コントローラ」という用語にいかなる付加的な限定も明示又は暗示することなく、本明細書及び請求項に記載される特定のコントローラを識別するものである。
【００２０】
同様に、本開示の発明の目的のために、本明細書中のアプリケーションモジュールのあらゆる記述的なラベル付け（例えば、「経路計画制御」モジュール、「レジストレーション制御」モジュール、「変換制御」モジュール、及び「画像フィードバック制御」モジュール）は、「アプリケーションモジュール」という用語にいかなる付加的な限定も明示又は暗示することなく、本明細書及び請求項に記載される特定のアプリケーションモジュールを識別するものである。
【００２１】
本開示の前述の形態並びに他の形態及び本開示の様々な特徴並びに利点は、添付の図面と併せて読まれる本開示の様々な実施形態の下記の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。詳細な説明及び図面は、本開示の単なる例示であって限定するものではなく、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本開示の発明原理による低侵襲コックス−メイズ手術の例示的な実施形態を示す。
【図２Ａ−２Ｃ】図２Ａ〜図２Ｃは、本開示の発明原理によるワークステーションの例示的な実施形態を示す。
【図３Ａ−３Ｂ】図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の発明原理による２つの相互接続されたリンケージを有する多関節ロボットの例示的な実施形態を示す。
【図４Ａ−４Ｂ】図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の発明原理による４つの相互接続されたリンケージを有する多関節ロボットの例示的な実施形態を示す。
【図５Ａ−５Ｂ】図５Ａ及び図５Ｂは、本開示の発明原理による２つの相互接続されたリンケージ及びピボットベースを有する多関節ロボットの例示的な実施形態を示す。
【図６Ａ−６Ｂ】図６Ａ及び図６Ｂは、本開示の発明原理による４つの相互接続されたリンケージ及びピボットベースを有する多関節ロボットの例示的な実施形態を示す。
【図７Ａ−７Ｂ】図７Ａ及び図７Ｂは、本開示の発明原理による多関節ロボット内のチャネルの例示的な実施形態を示す。
【図８】図８は、本開示の発明原理によるロボット外科手術方法の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す。
【図９Ａ−９Ｄ】図９Ａ〜図９Ｄは、図８に示されるフローチャートの例示的な実施を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本開示の理解を容易にするために、下記の図１の説明には、アブレーションカテーテルの形態の治療カテーテルを伴う患者１０に対してのシングルポート低侵襲コックス−メイズ手術を行うための多関節ロボット４０の画像ガイドに基づく自律制御の基本的な発明原理が教示されている。この説明から、当業者は、任意の種類の治療カテーテルを含む多関節ロボットの画像ガイドに基づく自律制御を組み込んだ様々なシングルポート低侵襲治療処置に本開示の発明原理を適用する手法を理解するであろう。
【００２４】
図１を参照すると、低侵襲コックス−メイズ手術の術前フェーズは、患者１０の胸部領域内の心臓１１を示す術前画像２１ａの、従来技術でよく知られた術前撮像モダリティ２０ａ（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ又はＵＳ撮像モダリティ）による生成を制御する術前撮像コントローラ２２ａを含む。術前フェーズの間、術前撮像コントローラ２２ａはさらに、診断上の目的のために、特には術前画像２１ａ内で心臓１１を横断する計画されたアブレーション経路を描写するために、モニタ２３ａ上の心臓１１の術前画像２１ａの従来技術でよく知られたディスプレイを制御する。
【００２５】
さらに図１を参照すると、低侵襲コックス−メイズ手術の術中フェーズは、患者１０の胸部領域（例えば、肋骨又は剣状突起下の間）へのシングルポート切開部１２を含み、これによって、ロボットコントローラ４１が、アブレーションカテーテル３０の多関節ロボット４０による、心臓１１を横断する術前に計画されたアブレーション経路に従った患者１０の胸部領域内のナビゲーションを自律制御することができる。実際には、多関節ロボット４０は、アブレーションカテーテル３０と交互に又は同時に、カメラカテーテル５０のナビゲーションをサポートしてもよい。
【００２６】
心臓１０のアブレーション手術を計画通りに実行するためには、多関節ロボット４０は術前画像２１ａにレジストレーションされなければならない。この目的のために、アブレーションカテーテル３０（及びオプションとしてカメラカテーテル５０）をサポートする多関節ロボット４０は、ロボットコントローラ４１を介して、ロボットにより、又は手動で心臓１１に隣接する患者１０の胸部領域内に挿入され、これによって、術中撮像コントローラ２２ｂは、従来技術でよく知られた撮像モダリティ２０ｂ（例えば、Ｘ線又は内視鏡撮像モダリティ）による、患者１０の胸部領域内の心臓１１に対する多関節ロボット４０を図示する術中画像２１ｂの生成を制御する。カメラカテーテル５０が多関節ロボット４０を介して配置される場合、カメラカテーテルコントローラ５１は、患者１０の心臓１１に対する多関節ロボット４０の位置決めの目的及び／又は術前画像２１ａと術中画像２１ｂとのレジストレーションの目的で、従来技術でよく知られたモニタ２３ｂ又は追加のモニタ２３ｃ上のカメラカテーテル５０を介して、心臓１１の内視鏡ビデオビューのディスプレイを制御する。
【００２７】
術前画像２１ａへの多関節ロボット４０のレジストレーションは、コントローラ２２ａ、２２ｂ又は４１のうちの１つによって、以下の式[１]に従って達成される。
[１]ＰＴＲ＝ＩＴＲ＊ＰＴＩ
ここで、ＩＴＲは、多関節ロボット４０の術中画像２１ｂへの変換であり、
ＰＴＩは、術中画像２１ｂの術前画像２１ａへの変換であり、
ＰＴＲは、多関節ロボット４０の術前画像２１ａへの変換である。
【００２８】
多関節ロボット４０の術前画像２１ａへのレジストレーションのより詳細で例示的な説明は、図８の説明と共に本明細書中に提供される。
【００２９】
さらに図１を参照すると、ロボットコントローラ４１は、レジストレーション時に、術前フェーズの間に計画された心臓１１を横断するアブレーション経路に従って、患者１０の胸部領域内のアブレーションカテーテル３０の多関節ロボット４０によるナビゲーションを自律制御することができる。実際には、アブレーションカテーテル３０は、冷凍アブレーションカテーテル又は熱アブレーションカテーテルであって、アブレーションカテーテル３０が心臓１１を横断するような心臓１１の所望のアブレーションを実行するための所定のエネルギーをアブレーションカテーテル３０に供給するように、適切なエネルギー源（図示されていない）がアブレーションカテーテルコントローラ３１によって制御される。アブレーションの間、術前撮像コントローラ２２ａ又は術中撮像コントローラ２２ｂは、外科的フィードバックを目的として、従来技術でよく知られたように、心臓１１の術前画像２１ａ内のアブレーションカテーテル４１の仮想ナビゲーションのディスプレイを制御する。
【００３０】
完了すると、図１に示すコックス−メイズ手術の実施は、心臓１１の心房細動の将来の発生を予防する心臓１１のアブレーションとなる。
【００３１】
実際には、術前撮像モダリティ２０ａと術中撮像モダリティ２０ｂとは、同じ種類の撮像モダリティであってもなくてもよい。
【００３２】
また実際には、図１中のコントローラは、１つのワークステーションに据え付けられても、複数のワークステーションに分散されてもよい。
【００３３】
例えば、図２Ａは、ＣＴ、ＭＲＩ又はＵＳ撮像のための術前撮像コントローラ２２ａが内部に設置された術前撮像ワークステーション６０及びＸ線又は内視鏡撮像のための術中撮像コントローラ２２ｂが内部に設置された術中撮像ワークステーション６１を示す。図２Ａはさらに、画像ガイド下でコックス−メイズ手術を自律的に実施するためのアブレーションカテーテルコントローラ３１と、ロボットコントローラ４１と、カメラカテーテルコントローラ５１とが内部に設置された外科手術ロボットワークステーション６２をさらに示す。
【００３４】
同じく例として、図２Ｂは、同じ種類の撮像又は異なる種類の撮像のための術前撮像コントローラ２２ａ及び術中撮像コントローラ２２ｂの両方を内部に設置した撮像ワークステーション６３を示す。図２Ｂはさらに、画像ガイド下でコックス−メイズ手術を自律的に実施するための外科手術用ロボットワークステーション６２を示す。
【００３５】
さらなる例として、図２Ｃは、同じ種類の撮像又は異なる種類の撮像のため及び画像ガイド下でコックス−メイズ手術を自律的に実施するための図１中のすべてのコントローラを有する外科手術用ワークステーション６４を示す。 
【００３６】
本開示のさらなる理解を容易にするために、下記の図３〜図７の説明は、多関節ロボットの基本的な発明原理を教示する。この説明から、当業者であれば、シングルポート低侵襲手術に適した任意の種類の多関節ロボットに本開示の発明原理を適用する手法を理解するであろう。
【００３７】
全般的に、本開示の多関節ロボットは、近位リンケージ、遠位リンケージ、及びオプションで、１つ又は複数の中間リンケージを用いる。多関節ロボットはさらに、リンケージを完全又は部分的に直列に相互接続し、ロボットコントローラによって制御可能であるジョイントを含む。
【００３８】
実際には、ジョイントは、次に限定されないが、ボールソケット形軸ジョイント、ヒンジジョイント、顆状ジョイント、サドルジョイント、及び回転ジョイントを含む任意の種類のピボットジョイントであり得る。
【００３９】
また、実際には、各ジョイントには、各リンケージのポーズを制御するためのモータ及び／又は近位リンケージに対する遠位リンケージのポーズ（すなわち、向き及び／又は位置）を知らせるポーズデータを生成するための任意の種類の位置センサ（例えば、エンコーダ）が備え付けられる。
【００４０】
例えば、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、多関節ロボット４０ａは、近位リンケージ４１ｐと遠位リンケージ４１ｄとの間の角度方向を知らせる符号化信号ＥＳＰを生成する回転エンコーダ（図示されていない）を備える電動ピボットジョイント４２ａによって相互接続される近位リンケージ４１ｐ及び遠位リンケージ４１ｄを使用する。図３Ａは、近位リンケージ４１ｐと遠位リンケージ４１ｄとの間の１８０度の角度方向を示し、図３Ｂは、近位リンケージ４１ｐと遠位リンケージ４１ｄとの間の約１６５度の角度方向を示す。１つのピボットジョイント４２ａが与えられることにより、近位リンケージ４１ｐと遠位リンケージ４１ｄとの間の角度方向は、近位リンケージ４１ｐに対する遠位リンケージ４１ｄのポーズ（すなわち、向き及び／又は位置）を知らせる。
【００４１】
さらなる例として、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、多関節ロボット４０ｂは、さらに、近位リンケージ４１ｐと遠位リンケージ４１ｄとの間の１組の中間リンケージ４３ａ及び４３ｂを用い、すべてのリンケージ４１及び４３は、近位リンケージ４１ｐに対する遠位リンケージ４１ｄのポーズ（すなわち、向き及び／又は位置）を集合的に知らせる符号化信号ＥＳＰ１〜ＥＳＰ３を生成するための回転エンコーダ（図示されていない）を備えた電動ピボットジョイント４２ｂ〜４２ｄによって相互接続されている。
【００４２】
また、実際には、本開示の多関節技術は、手動又はロボットによるロボットプラットフォームに対する近位リンケージのピボット運動の制御を可能にするロボットプラットフォームへの接続のために、近位リンケージの静止位置を維持するためのロボットプラットフォームへの固定された接続部を有するか、代わりにピボットベースを用いてもよい。
【００４３】
例として、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、多関節ロボット４０ｃは、多関節ロボット４０ａ（図３Ａ及び３Ｂ）の、ロボットプラットフォーム（図示されていない）に接続可能な電動ピボットベース４４をさらに使用し、近位リンケージ４１ｐとロボットプラットフォームとの間の角度方向を知らせる符号化信号ＥＳＢを生成するための回転エンコーダ（図示されていない）を備える電動ピボットジョイント４５によって近位リンケージ４１ｐに接続されるバージョンである。
【００４４】
さらなる例として、図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、多関節ロボット４０ｄは、多関節ロボット４０ｂ（図４Ａ及び４Ｂ）の、ロボットプラットフォーム（図示されていない）に接続可能な電動ピボットベース４４をさらに使用し、ロボットプラットフォームと近位リンケージとの間の角度方向を知らせる符号化信号ＥＳＢを生成するための回転エンコーダ（図示されていない）を備える電動ピボットジョイント４５によって近位リンケージ４１ｐに接続されるバージョンである。
【００４５】
また実際には、本開示の多関節ロボットのリンケージは、アブレーションカテーテル及び／又はカメラカテーテルのための１つ又は複数の内部及び/又は外部チャネルを用いて構造的にデザインされてもよい。
【００４６】
例えば、図７Ａは、図３Ａ及び図３Ｂに示される多関節ロボット４０ａのリンケージ４１を通って延伸する単一の内部チャネル４６を示す。このチャネルの実施形態では、手術中、多関節ロボット４０ａを最初に解剖学的領域内に挿入するとき、カメラカテーテルは、撮像の目的で、始めにリンケージ４１のチャネル４６を通って延伸され、多関節ロボット４０ａの遠位端に揃えられる。その後、アブレーション手術のために、アブレーションカテーテルは、アブレーションの目的で、多関節ロボット４０ａが解剖学的構造を横断するようにリンケージ４１のチャネル４６を通って延伸し、多関節ロボット４０ａの遠位端と揃えられる。
【００４７】
さらなる例として、図７Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂに示される多関節ロボット４０ａのリンケージ４１を通って延びる一組の内部チャネル４７及び４８を示す。このチャネルの実施形態では、手術中、カメラカテーテル及びアブレーションカテーテルは、前述の撮像及びアブレーションの目的のために、それぞれチャネル４７及び４８を通って同時に延伸される。
【００４８】
本開示のさらなる理解を容易にするために、下記の図８及び図９の説明は、本開示のロボット外科手術方法の基本的な発明原理を教示する。この説明から、当業者は、任意の種類のシングルポート低侵襲手術に対して本開示の発明原理をどのように適用するかを理解するであろう。
【００４９】
図８を参照すると、本開示のロボット外科手術方法を表すフローチャート７０は、術前計画のためのステージＳ７２、術中準備のためのステージＳ７４、及び術中アブレーションのためのステージＳ７６を含む。
【００５０】
具体的には、フローチャート７０のステージＳ７２は、患者の術前診断スキャン、解剖学的領域内の解剖学的構造の概略化、及び概略化された解剖学的構造を横断する計画されたアブレーション経路の決定を包含する。
【００５１】
例えば、図１は、術前撮像コントローラ２２aが制御する術前撮像モダリティ２０ａによって生成された、患者１０の心臓１１の術前画像２１ａを示す。ステージＳ７２では、術前画像２１ａの生データが、図９に示される経路計画制御モジュール８０内に読み込まれ、これにより、術前画像２１ａの生データを、上大静脈（ＳＶＣ）、下大静脈（ＩＶＣ）、僧帽弁（ＭＶ）、及び左心耳（ＬＡＡ）の後方透視ビューを含む心臓１１の３Ｄ実用模型１３に変換し、これによりさらに、外科医は、経路計画制御モジュール８０と交信して、心臓１１の模型１３を横断する破線として記号的に示される計画されたアブレーション経路を決定することができる。
【００５２】
実際には、経路計画制御モジュール８０は、実施される特定の種類の低侵襲手術に適した、当該技術分野で知られている任意の仮想計画技術を実行することができる。
【００５３】
また、実際には、経路計画制御モジュール８０は、術前撮像コントローラ２２ａ、術中撮像コントローラ２２ｂ又はロボットコントローラ４１のアプリケーションモジュールであってもよい。
【００５４】
再び図８を参照すると、フローチャート７０のステージＳ７４は、術中画像への多関節ロボットのレジストレーション、患者に挿入された多関節ロボットの術中撮像、術中−術前画像のレジストレーション、及び計画されたアブレーション経路のアブレーション経路への変換を包含する。
【００５５】
例えば、レジストレーション制御モジュール８１は、ロボットプラットフォーム９０によって術中画像２１ｂに保持された多関節ロボット４０の変換ＩＴＲを計算するために利用される。実際には、レジストレーション制御モジュール８１は、多関節ロボット４０に適した任意のよく知られたレジストレーション技術を実行してもよい。
【００５６】
続いて、心臓１１に対する多関節ロボット４０の術中画像２１ｂの生成を容易にするために、本明細書で前述したように、多関節ロボット４０は患者１０内に挿入されて心臓１１に対して位置決めされる。特に、Ｘ線撮像では、複数のＸ線画像が術中画像２１ｂの３Ｄ再構成のためにレジストレーション制御モジュール８１に取り込まれ、レジストレーション制御モジュール８１による心臓１１に対する多関節ロボット４０の同定を可能にする。実際には、心臓１１に対する多関節ロボット４０の同定を容易にするために、多関節ロボット４０の遠位リンケージ及び最も遠位のピボットジョイントが術中画像２１ｂに図示される必要がある。
【００５７】
術前画像２１ａ及び術中画像２１ｂ内の心臓の同定から、レジストレーション制御モジュール８１は、術中画像２１ｂから術前画像２１ａへの変換ＰＴＩを計算する。実際には、レジストレーション制御モジュール８１は、このようなレジストレーションに適した任意のよく知られた同定／レジストレーション技術を実行することができる。
【００５８】
また実際には、レジストレーション制御モジュール８１は、術前撮像コントローラ２２ａ、術中撮像コントローラ２２ｂ、及びロボットコントローラ４１のアプリケーションモジュールであるか、又は術前撮像コントローラ２２ａ、術中撮像コントローラ２２ｂ、及びロボットコントローラ４１の間に分散されてもよい。 
【００５９】
レジストレーション制御モジュール８１は、術中画像２１ｂから術前画像２１ａへの計算から、式[１]に従って、多関節ロボットから術前画像２１ａへの変換ＰＴＲを計算する。
[１]ＰＴＲ＝ＩＴＲ＊ＰＴＩ
【００６０】
計算された多関節ロボットから術前画像２１ａへの変換ＰＴＲから、図９Ｃに示される変換制御モジュール８２は、仮想計画された経路をロボット座標系内の手術経路９１へと変換する。
【００６１】
実際には、変換制御モジュール８２は、多関節ロボット４０に適した当該技術分野で知られている任意のよく知られた変換技術を実行してもよい。また実際には、変換制御モジュール８２は、術前撮像コントローラ２２ａ、術中撮像コントローラ２２ｂ又はロボットコントローラ４１のアプリケーションモジュールであってもよい。
【００６２】
再び図８を参照すると、フローチャート７０のステージＳ７６は、ステージＳ７４の術中アブレーション経路に基づく解剖学的領域内のアブレーションカテーテルのロボットコントローラによる自律制御と、術中アブレーション経路を介して解剖学的構造を横断するアブレーションカテーテルの仮想ナビゲーションフィードバックの表示を包含する。
【００６３】
例えば、図１のロボットコントローラ４１は、図９Ｃに示される術中アブレーション経路に従って、多関節ロボット４０の電動ピボットジョイントのサーボ制御を実施し、画像フィードバック制御モジュール８３は、術前画像ボリューム２１ａの実用模型１３を横断する仮想多関節ロボット１４０のディスプレイを制御する。
【００６４】
再び図８を参照すると、フローチャート７０は道筋の完了時に終了するか、又はステージＳ７２〜７６の何れかを必要に応じて任意の程度まで繰り返してもよい。
【００６５】
図１〜図９を参照することにより、当業者であれば、次に限定されないが、シングルポート低侵襲手術、特には低侵襲コックス−メイズ手術に対する新規で特有のロボットアプローチを含む本開示の多くの利点を理解するであろう。
【００６６】
さらに、当業者は、本明細書に記載された教示を考慮して、本開示／明細書に説明された及び／又は図１〜図９に示された特徴、要素、構成要素等は、電子構成要素／回路、ハードウェア、実行可能なソフトウェア、及び実行可能なファームウェアの様々な組み合わせで実施されることができ、また、単一の要素又は複数の要素に結び付けられることのできる機能を提供することを理解するであろう。例えば、図１〜図９に表示される／説明される／示される様々な特徴、要素、構成要素等の機能は、専用のハードウェアや、適切なソフトウェアと関連付けられたソフトウェアを実行することのできるハードウェアの使用を通じて提供され得る。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は複数の個々のプロセッサのうちのいくつかが共有及び／又は多重化され得る当該複数の個々のプロセッサによって提供され得る。さらに、「プロセッサ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、次に限定されないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、メモリ（例えば、ソフトウェアを記憶するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置等）並びに、プロセスを実行及び／若しくは制御することのできる（及び／又はプロセスを実行及び／又は制御するように構成可能な）実質的に任意の手段及び／又はマシン（ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、電気回路、これらの組み合わせ等を含む）を暗黙に含み得る。
【００６７】
さらに、本発明及び本発明の特定の実施例の原理、態様、及び実施形態を記載する本明細書におけるすべての記述は、これらの構造的及び機能的な等価物の両方を包含することが意図されている。加えて、このような等価物は、現在よく知られた等価物及び将来開発される等価物（例えば、構造に関わらず、同一又は実質的に同様の機能を果たすことができる任意の開発される要素）の両方を含むことが意図される。したがって、例えば、当業者によって、本明細書に記載された教示を考慮して、本明細書で提示されているいかなるブロック図も、本発明の原理を具体化する例示的なシステム構成要素及び/又は回路の概念的な図を示し得ることを理解するであろう。同様に、当業者は、本明細書で提示される教示を考慮すると、いかなるフローチャート、フロー図等も、コンピュータ、プロセッサ又はプロセッサ能力を有する他の装置によって実行されるコンピュータ可読記憶媒体等において実質的に示され得る様々なプロセスを、このようなコンピュータ又はプロセッサが明示されているかどうかに関わらず示し得ることを理解するだろう。
【００６８】
さらに、本開示の例示的な実施形態は、例えばコンピュータ若しくは任意の命令実行システムによって、又はこれらと接続して使用するためのプログラムコード及び／又は命令を提供する、コンピュータで使用可能記憶媒体及び／又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品又はアプリケーションモジュールの形態を取り得る。本開示によれば、コンピュータ使用可能な記憶媒体又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、機器又は装置によって又はこれらと接続して使用するためのプログラムを、例えば含む、記憶する、通信する、伝播する、又は伝送し得る任意の機器であってよい。このような例示的な媒体は、例えば電子、磁気、光学、電磁気、赤外線又は半導体システム（又は機器若しくは装置）又は伝播媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例には、例えば、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ（ドライブ）、リジッド磁気ディスク、及び光ディスクを含む。現在の光ディスクの例には、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、読み取り／書き込みのできるコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、及びＤＶＤを含む。さらに、今後開発される任意の新しいコンピュータ可読媒体も、本開示及び本発明の例示的な実施形態によりコンピュータ可読媒体として使用又は呼ばれ得るコンピュータ可読媒体とみなされるべきであることを理解されたい。
【００６９】
特には低侵襲コックス−メイズ手術（この実施形態は例示であって限定することを意図するものではない）のための新規かつ進歩的なシングルポート画像ガイド低侵襲手術の好適かつ例示的な実施形態を説明したが、当業者によって、図１〜図９を含む本明細書に記載された教示を踏まえ、改良又はバリエーションが加えられ得ることが留意される。従って、本開示の好適かつ例示的な実施形態において／対して加えられ得る変更は、本明細書に開示される実施形態の範囲内であることを理解されたい。
【００７０】
さらに、本開示に従って装置を組み込む及び／若しくは実施する又は装置において使用され得る／実施され得るような、対応する及び／又は関連するシステムもまた、本開示の範囲内であると考慮され、みなされることが意図される。さらには、本開示に従って装置及び／又はシステムを製造する及び／又は使用する対応する及び／又は関連する方法もまた、本開示の範囲内であると考慮され、みなされる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【国際調査報告】
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