(57)【要約】  光学形状センシング可能な器具のためのファイバねじれ現象システムは、光ファイバ（２８）を保持するように構成される回転可能な送出固定具（１２）を含む。光学形状センシング使用可能デバイス（２６）は、そこに配置される光ファイバを含む。回転機構（１４）が、その長さに沿って蓄積されるねじれを減少させるためにファイバのねじれに応じてファイバを回転させるように構成される。
2016534843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学形状センシング可能な器具のためのファイバねじれ減少システムは、
少なくとも１つの光ファイバを保持するように構成される回転可能な送出固定具、
その中に配置される前記少なくとも１つの光ファイバを含む光学形状センシング使用可能デバイス、及び
前記少なくとも１つの光ファイバの長さに沿って蓄積されるねじれを減少させるように前記少なくとも１つの光ファイバのねじれに応じて前記少なくとも１つの光ファイバを回転させるように構成される回転機構、を含む、
システム。
【請求項２】
前記回転機構は、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれに反応するように構成されるモータを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記モータは、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれを示す光学形状センシング信号に反応するように構成される、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記モータは、イメージングシステムに反応するように構成され、前記イメージングシステムは、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれを示す、
請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記モータは、トラッキングシステムに反応するように構成され、前記トラッキングシステムは、前記光学形状センシング使用可能デバイスを使用する形状センシングと独立し、前記トラッキングシステムは、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれを示すために用いられている、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記回転機構は、前記送出固定具を回転させるために伝達要素を駆動するように構成されるモータを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記伝達要素は、ベルト、ホイール及び歯車の１つを含む、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記送出固定具の回転を測定するように構成されるセンシングデバイスをさらに有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
光学形状センシング可能な器具のためのファイバねじれ減少システムであって、
その中に配置される少なくとも１つの光ファイバを含む光学形状センシング使用可能デバイス、
前記少なくとも１つの光ファイバを保持するように且つ送出領域の少なくとも一部を支持するように構成される回転可能な送出固定具、
前記光ファイバの前記送出領域を回転させるように構成される回転機構、及び
前記回転機構に結合され、前記回転機構が前記少なくとも１つの光ファイバのねじれに応じて前記少なくとも１つの光ファイバの中の蓄積されるねじれを少なくとも減少させることを可能にするように構成される、コントローラ、を有する、
システム。
【請求項１０】
前記回転機構は、前記少なくとも１つの光ファイバにおけるねじれにしたがって使用可能なモータを含む、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記回転機構は、前記送出固定具を回転させるために伝達要素を駆動するように構成されるモータを含む、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記伝達要素は、ベルト、ホイール及び歯車の１つを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光学形状センシング使用可能デバイスの座標系を更新するために前記送出固定具の回転を測定するように構成されるセンシングデバイスをさらに有する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記光学形状センシング使用可能デバイスの形状を解釈するように及び前記回転機構を作動させるために前記コントローラにねじれのフィードバックを提供するように構成される形状再構成モジュールを含む、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
ねじれを測定するように及び前記回転機構を作動させるために前記コントローラにねじれのフィードバックを提供するように構成される独立した機構をさらに有する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
形状センシング使用可能デバイスのための光ファイバの蓄積されるねじれを減少させる方法であって、
少なくとの１つの光ファイバを保持するように構成される回転可能なファイバ送出固定具、その中に配置される前記少なくとも１つの光ファイバを含む光学形状センシング使用可能デバイス及び前記回転可能なファイバ送出固定具に配置される前記光ファイバを回転させるように構成される回転機構を提供するステップ、
前記光学形状センシング使用可能デバイスの中に配置される前記少なくとも１つの光ファイバのねじれを測定するステップ；並びに
前記ねじれに応じて、前記少なくとも１つの光ファイバの中の蓄積されるねじれを少なくとも減少させるように前記回転機構を使用して前記ファイバ送出固定具を回転させるステップ、を含む、
方法。
【請求項１７】
前記回転機構は、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれに反応するように構成されるモータを含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記送出固定具の回転をセンシングするステップ、及び
前記回転に応じて前記光学形状センシング使用可能デバイスの座標を更新するステップ、をさらに含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記回転機構は、前記少なくとも１つの光ファイバにおける前記ねじれを示す光学形状センシング信号に反応する、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記回転機構は、イメージングシステム及びトラッキングシステムの一方に反応するように構成され、前記一方は、前記光学形状センシング使用可能デバイスを使用する形状センシングと独立し、前記イメージングシステム及び／又は前記トラッキングシステムは、前記少なくとも１つの光ファイバにおける前記ねじれを示すために用いられる、
請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、医療器具、より具体的には医療応用における形状センシング光ファイバのねじれを減少させるためのものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバ光学に基づく形状センシングは、従来の光ファイバにおける固有の後方散乱を利用する。使用される原理は、例えば、標準的なシングルモード通信ファイバにおいて特徴的なレイリーパターンでの光ファイバのひずみ分布測定である。レイリー散乱は、ファイバコアの屈折率のランダム変動の結果として生じる。これらのランダム変動は、長さに沿った振幅及び位相のランダム変動でモデル化されることができる。ファイバブラッググレーティングもまた用いられ得る。マルチコアファイバの単一の長さの中に延びる３以上のコアにおけるこれらの効果を利用することによって、関心のある表面の３次元（３Ｄ）形状及び動態（ｄｙｎａｍｉｃｓ）が再構成されることができる。
【０００３】
１つのコアが断面の中心に位置している４以上のコアファイバシステムでは、軸方向ひずみ（張力）が加えられない限り、又は張力が既知であり且つ制御可能である（又は較正されることができる）場合、曲げ及び温度効果に起因するひずみを分離することができる。参照ファイルは、中心コアの周りの外側コアの巻きの割合の値（ウォブルとも呼ばれる）を保管するが、過度なねじれがあるとき、ウォブルの変化の率は非線形な率で増加するので、この効果を区別することがより困難になる。これは、しばしば、ファイバ長手方向軸周りの２πねじれを超える不正確及び６πねじれを超える不安定につながる。
【０００４】
ファイバに固定先端光学形状センシング（ＯＳＳ）使用可能デバイスを組み込むことは、ファイバの送出領域（ｌａｕｎｃｈ  ｒｅｇｉｏｎ）を送出固定具（ｌａｕｎｃｈ  ｆｉｘｔｕｒｅ）の中に、及びファイバの先端を器具の遠位先端に固定することを含む。送出固定具が手術台又は他の構造に強固に取り付けられていることを仮定すると、これらの２つの固定点は、介入中に器具がトルクを加えられるとき、ファイバの長さに沿ったねじれの蓄積をもたらす。このねじれ値の知識は、器具のロール自由度を測定するために使用される。しかし、ＯＳＳファイバは、いずれかの方向のその軸回りの約２πのねじれまでしか正確な形状再構成を生じさせることができず、６πの累積的なねじれの近くで安定性を失う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ねじれは、操作中にオペレータが器具を回転させることによって、又は器具が動かされるときのファイバと器具管腔との間の摩擦（スティック−スリップ）によって、導入され得る。臨床使用の間、特に、脈管手術では、医者はしばしば、複数のπ回転を通してガイドワイヤ／器具を回転させる（又は「トルクを与える」）。このようなトルクを与えることは、固定先端デバイスにおけるねじれの蓄積につながり、これはデバイスの配向を測定するために必要であるが、形状センシングの精度を、さらにまた安定性を失わせ、最終的に、形状再構成の崩壊を引き起こす。この限界は、それが医者に制限を加えるので、固定先端ＯＳＳデバイスの臨床ユーザビリティに深刻に影響を与える。したがって、器具の配向が依然として既知であるとともに、器具が通常の方法で操作され且つトルクを与えられることができながら、医者によってファイバに加えられるねじれの量を最小にすることが必須である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本原理によれば、光学形状センシング可能な器具のためのファイバねじれ減少システムは、光ファイバを保持するように構成される回転可能な送出固定具を含む。光学形状センシング使用可能デバイスは、その中に配置された光ファイバを含む。回転機構が、ファイバの長さに沿って蓄積されるねじれを減少させるようにファイバのねじれに応じてファイバを回転させるように構成される。
【０００７】
光学形状センシング可能な器具のためのファイバねじれ減少システムは、その中に配置された少なくとも１つの光ファイバを有する光学形状センシング使用可能デバイスを含む。回転可能な送出固定具が、少なくとも１つの光ファイバを保持するように構成され、回転機構が、少なくとも１つの光ファイバの送出領域を回転させるように構成される。コントローラが、回転機構に結合され、少なくとも１つの光ファイバのねじれに応じて回転機構が少なくとも１つの光ファイバの中の蓄積されるねじれを少なくとも減少させることを可能にするように構成される。
【０００８】
形状センシング使用可能デバイスのための光ファイバの蓄積されるねじれを減少させるための方法が、少なくとの１つの光ファイバを保持するように構成されている回転可能なファイバ送出固定具、その中に配置された少なくとも１つの光ファイバを含む光学形状センシング使用可能デバイス、及び回転可能なファイバ送出固定具に配置された光ファイバを回転させるように構成される回転機構を提供すること；光学形状センシング使用可能デバイスの中に配置された少なくとも１つの光ファイバのねじれを測定すること；並びにねじれに応じて、少なくとも１つの光ファイバの中の蓄積されるねじれを少なくとも減少させるように回転機構を使用してファイバ送出固定具を回転させることを含む。
【０００９】
本開示のこれらの及び他の特徴並びに利点は、説明することを意図し且つ開示を限定することを意図しない添付の図面とともに、本開示の特定の実施形態の以下の記載からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示は、以下の図面を参照して好適な実施形態の以下の説明を詳細に提供する。
【図１】例示的な実施形態による回転可能な送出固定具及び制御装置を有する形状センシングシステムを示すブロック／フロー図である。
【図２】例示的な実施形態による回転可能な送出固定具のデフォルト位置の斜視図である。
【図３】固定先端を持つ光学形状センシングデバイス関するねじれ（ラジアン）対インデックスの数（ｉｎｄｅｘ  ｃｏｕｎｔ）をプロットすることによる累積ねじれを示すグラフである。
【図４】本原理によるねじれ補償を有する固定先端を持つ光学形状センシングデバイスに関するねじれ（ラジアン）対インデックスの数をプロットすることによる累積ねじれを示すグラフである。
【図５】例示的な実施形態による第１の方向に補償されたねじれを示す回転可能な送出固定具の斜視図である。
【図６】例示的な実施形態による第２の方向に補償されたねじれを示す回転可能な送出固定具の斜視図である。
【図７】例示的な実施形態による光学形状センシングファイバの蓄積されるねじれ減少のための方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本原理にしたがって、例えば、１自由度作動送出固定具を使用する、光学形状センシング（ＯＳＳ）デバイスのねじれを測定し且つ考慮する装置及び方法が提供される。固定具は、ファイバの長さに沿って蓄積されるねじれを最小にするようにＯＳＳファイバの送出領域を操る。１つの実施形態では、装置は、モータ、エンコーダ、モータコントローラ及びファイバの軸に沿った送出領域を回転させるのに適した機構を含む。ねじれは、ねじれの蓄積がファイバで観測されるとき、モータがねじれ値をゼロに駆動するように送出領域を回転させるように、ファイバからのねじれ信号でモータ制御ループを閉じることによって最小にされる。
【００１２】
この回転は、ファイバ再構成の座標系も事実上変化させる（例えば、ファイバのｚ軸回りの、すなわちその長手方向軸に沿った、回転を引き起こす）ので、エンコーダが、ファイバの形状及び配向が正しい座標系内で正確に再構成されることができるように、送出領域が被る絶対角変位を測定するために必要とされる。１自由度（１ＤｏＦ）機構が、固定先端デバイスのねじれ蓄積を最小化するために作動される一方、測定されることになるデバイスの回転自由度も可能にする。ファイバの送出／近位セグメントを要望通りにねじれを最小化する方法で動かすロボット又はメカトロニクス機構が、用いられ得る。
【００１３】
したがって、本原理は、器具の配向が依然として既知であることを確実にしながら、医者によってファイバに加えられるねじれの量を最小化する。器具は、依然として医者によって通常の方法で操作される及びトルクを加えられることができる。様々な実施形態が、ねじれを最小にする方法でファイバの送出／近位セグメントを動かすロボット／メカトロニクス機構を含み得る。
【００１４】
本発明が、医療器具の観点から記載されているが、本発明の教示は、はるかに広く且つ任意の光ファイバ器具に適用可能であることも理解されるべきである。幾つかの実施形態では、本原理は、複雑な生物又は機械システムを追跡又は解析するのに用いられる。特に、本原理は、生物学的システムの内部の追跡手段、肺、消化管、排泄器官、血管等のような体の全領域における手術に適用可能である。図面に描かれる要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせで実装され得るとともに、１つの要素又は多数の要素の中に組み合わされ得る機能を提供し得る。
【００１５】
図面に示された様々な要素の機能は、専用ハードウェア並びに適切なソフトウェアとの関連でソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通じて提供されることができる。プロセッサによって提供されるとき、機能は、１つの専用プロセッサによって、１つの共有プロセッサによって、又はその幾つかが共有されることができる、複数の個別のプロセッサによって、提供されることができる。さらに、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」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だけを指すように解釈されるべきではなく、制限なしに、デジタルシグナルプロセッサ（“ＤＳＰ”）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するためのリードオンリメモリ（“ＲＡＭ”）、ランダムアクセスメモリ（“ＲＯＭ”）、不揮発性記憶装置等を非明示的含むことができる。
【００１６】
そのうえ、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその特定の例を列挙する本明細書の全ての記述は、その構造的及び機能的な均等物両方を包含することを意図される。加えて、このような均等物が、現在既知の均等物並びに将来開発される均等物（すなわち、構造にかかわらず、同じ機能を実行する開発される任意の要素）両方を含むことが意図される。したがって、例えば、本明細書に提示されるブロック図が、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／又は回路の概念的ビューを示すことが当業者によって理解されるであろう。同様に、任意のフローチャート、フロー図等が、コンピュータ可読記憶媒体で実質的に示されることができそして、このようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されていようがなかろうが、コンピュータ又はプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを示すことが理解されるであろう。
【００１７】
さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ若しくは命令実行システムによる又はコンピュータ若しくは命令実行システムと関連した使用のためのコンピュータプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能若しく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プロダクトの形態を取ることができる。この説明のために、コンピュータ使用可能若しくはコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによる又は命令実行システム、装置、若しくはデバイスと関連した使用のためのプログラムを含む、記憶、通信、伝達、又は移送し得る任意の装置であることができる。媒体は、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線の、又は半導体システム（又は装置又はデバイス）又は伝搬媒質であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、固い磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスク−リードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−リード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（商標）及びＤＶＤを含む。
【００１８】
次に、同様の数字が同じ又は同様の要素を示す図面をそして最初に図１を参照すると、光学形状センシング送出システム１０が、１つの実施形態にしたがって例示的に示されている。システム１０は、回転可能な送出固定具１２を含む。回転可能な送出固定具１２は、手術台又は他の構造に強固に取り付けられる又は装着されることができ且つ光ファイバ２８及び／又は光ファイバ２８を含む器具２６を定位置に保持するために用いられる１自由度作動コンポーネントを含む。送出固定具は通常は、如何なる回転コンポーネントも有さない。しかし、本原理によれば、回転可能な送出固定具１２は、そこに接合又は他の方法で付けられたＯＳＳファイバの送出領域を有する。回転可能な送出固定具１２は、ＯＳＳ器具又は装置２６のねじれを最小にするために送出システム１０の残りの部分に対して回転する。
【００１９】
送出領域は、そこから再構成が始まるファイバ２８に沿った長手方向距離（例えば、約２０ｍｍ）を含む。これは、ファイバ２８の（０，０，０）位置を定める。送出領域は、再構成モジュール又はアルゴリズム４２が、再構成を初期化するために線形ひずみとともに２０ｍｍ長さを有するように、提供される。再構成が送出領域から始まるので、送出領域の位置及び配向は、如何なる実行された手術前の登録も有効なままであるように、手術を通じて知られている必要がある。
【００２０】
固定具１２は、ファイバ２８の長さに沿って蓄積されるねじれを最小にするためにＯＳＳ使用可能デバイス又は器具２６の１つのファイバ又は複数のファイバ２８の送出領域を操作する。システム１０は、モータ１４又は同様の装置、エンコーダ１６のような、センシングデバイス、及びモータコントローラ３２を含み得る。エラー最小化コンポーネント１７が、コントローラ３２のためにゼロねじれ位置を参照するために含まれ得るとともに、ファイバ２８の送出領域を回転させるのに適する機構又はハンドル２０が設けられ得る。
【００２１】
回転送出固定具１２は、光ファイバ２９の送出領域を定位置に固定するための溝又は他の機構を含む。ファイバ２８の送出領域は、そこから形状再構成が始まり且つ任意の再構成形状の初期位置及び配向（すなわち、ファイバの（０，０，０）位置）を定めるファイバに沿った場所であるので、送出領域全体が送出固定具１２に固定されることが好ましい。
【００２２】
ねじれは、ねじれの蓄積がファイバ２８で観測されるとき、モータ１４が回転可能な送出固定具１２を回転させ、したがって、ファイバの送出領域がねじれ値をゼロに駆動するように、ファイバ２８又は他のソース（例えば、イメージング及び／又はトラッキングシステム４４）からのねじれ信号１８でモータ制御ループを閉じることによって、最小にされる。１つの実施形態では、送出固定具１２の中の回転可能な要素だけではなく、送出システム１０全体が、回転されるようにされ得る。
【００２３】
回転は、ファイバ再構成の座標系も実際上変化させる（すなわち、ファイバのｚ軸周りの回転を引き起こす）ので、エンコーダ１６が、ファイバの形状及び配向が正しい座標系の中で正確に再構成されることができるように、ファイバ送出領域が受けている絶対角変位を測定するために用いられる。ＯＳＳファイバ２８からのねじれ信号１８は、モータコントローラ３２に入力される。コントローラ３２は、ファイバ２８が受けるねじれを最小にするためにファイバ送出領域を回転させるためのフィードバックとしてねじれ信号を用いる。この回転の測定値は次に、メモリ３６に記憶されたファイバ再構成アルゴリズム又はモジュール４２への入力として使用されることができる。エンコーダ１６からのエンコーダ信号が、モータコントローラ３２に提供され、座標系が固定具１２及びファイバ２８の任意の動きにしたがって将来のデータを収集するために更新されることを確実にするように、ファイバ再構成アルゴリズム４２に接続されることができる。
【００２４】
モータコントローラ３２は、別個の若しくはスタンドアローンのコントローラを含み得る又はコンピュータシステム若しくはＯＳＳコンソールの一部であり得、これは、ファイバ形状再構成、ユーザ対応プログラミング、ユーザインタフェーシング等のような他の機能を提供することが理解されるべきである。例えば、コントローラ３２、システム１０及び他の特徴は、そこから手術が監視及び／又は管理されるワークステーション若しくはコンソールの一部であり得る。
【００２５】
コントローラ３２は、１又は複数のプロセッサ３４並びにプログラム及びアプリケーションを記憶するためのメモリ３６を含み得る。メモリ３６は、ファイバ再構成アルゴリズム又はモジュール４２を記憶することができ、このアルゴリズム又はモジュールは、ＯＳＳ使用可能デバイス２６からの光学フィードバック信号を解釈するように構成される。モジュール４２は、ＯＳＳ使用可能デバイスに関連付けられる変形、偏向及び他の変化を再構成するために光学信号フィードバックを使用するように構成され、このＯＳＳ使用可能デバイスは医療デバイス又は器具を含み得る。ねじれは、ねじれの蓄積がファイバ２８において観測されるとき、モータ１４がねじれ値をゼロに駆動するよう送出領域を回転させるように、ファイバ２８からのねじれ信号１８でモータ制御ループを閉じることによって最小にされる。ねじれ信号１８は、ＯＳＳコンソール若しくはコントローラ３２から処理され得る又はＴＣＰ／ＩＰ通信チャンネル又はモータがそれを読むたびに上書きされるＥＥＰＲＯＭ等のような標準的な方法を使用して作動される回転可能な送出固定具１２と通信することができる。ファイバ２８で生成されるねじれを示す他の信号もまた、これらの又は他のデバイス若しくはモジュールのために用いられ得る。
【００２６】
他の実施形態では、ファイバ送出領域の回転は、作動手段よりむしろ受動的な手段によって達成され得る。このような実施形態では、オペレータによって引き起こされる器具２６の回転は、回転可能な送出固定具１２に機械的に結合される。回転可能な送出固定具１２は、ねじれ蓄積を防ぐために、ハンドル２０に沿って回転され得る。他の実施形態では、ファイバ２８を回転させるための機構は、送出固定具１２の中に配置されず、むしろ、器具２６の長さに沿ったあるポイントに配置され得る。このような実施形態では、機構は、ハンドル２０又は器具２６の長さに沿ったハブの中に配置されることができる。
【００２７】
ＯＳＳ使用可能デバイス２６は、カテーテル、ガイドワイヤ、プローブ、内視鏡、ロボット、電極、フィルタデバイス、バルーンデバイス、又は他の医療コンポーネント等を含み得る。ＯＳＳ使用可能デバイス２６は、設定された１つのパターン又は複数のパターンでデバイス２６に結合される１又は複数の光ファイバ２８を含み得る。光ファイバ２８は、回転送出固定具１２に接続する。ＯＳＳ使用可能デバイス２６は、例えば、光ファイバブラッググレーティングセンサ、レイリー散乱又は他の散乱を使用して、その形状及び／又は位置が決定され得る。
【００２８】
形状画像又は他の出力がディスプレイ４０で見られ得る。ディスプレイ４０は、対象（患者）又は体積２４の内部画像を見るために構成され得るとともにセンシングデバイス２６の重ね合わせ又は他のレンダリングとしての画像を含み得る。ディスプレイ４０はまた、ユーザが、コントローラ３２及びその構成要素及び機能、又はシステム内の任意の他の要素と情報をやりとりすることを可能にし得る。これは、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、又は任意の他の周辺機器若しくは制御装置を含み得るインタフェース３８によってさらに促進される。
【００２９】
本原理によれば、蓄積されるねじれは、ねじれ信号をゼロ又はゼロ近くに保つようにファイバ２８の送出領域を回転させることによって、固定先端ＯＳＳ可能な器具２６において最小にされる。他の実施形態では、送出領域は、（全期間の代わりに）継時的なねじれの変化の測定に基づいて回転され得る。この方法では、回転補正が、よりゆるやかに及び／又は制御されて行われることができる。
【００３０】
送出領域を回転させるための他の方法又は機構が、用いられ得るとともに、異なるＯＳＳ使用可能デバイス、回転モータを含む作動機構、エンコーダ、ベアリング、伝達要素、リニアアクチュエータ、モータコントローラ等を含み得る。１つの実施形態では、ＥＥＰＲＯＭが、ＯＳＳファイバパラメータ及びモータ角度及び直線変位を記憶するために使用されることができる。
【００３１】
他の実施形態では、異なる入力が、ＯＳＳ又はねじれ信号１８が利用可能でない又は使用可能でないとき制御ループを閉じるために使用され得る。ＯＳＳねじれデータのための代替信号が、イメージングシステム（カメラ、ｘ線等）及び／又はそれらがデバイス２６を操作するときの器具又は医者の手を追跡するトラッキングシステム（赤外線（ＩＲ）／光学的／電磁気的（ＥＭ））４４の使用を含み得る。他の実施形態では、別個の回転エンコーダ４６が、ハンドル２０（又はハブ、トルク又は送出固定具）の中に含まれることができ、これは、オペレータによって器具に加えられるトルク又はねじれを測定する。さらに他の実施形態では、器具の既知の形状の配向の変化に基づくねじれ計算が用いられ得る。この形状情報は、ＯＳＳ又は他のイメージングモダリティ（例えば、ｘ線）から得られることができる。これらの代替シナリオでは、オペレータによる近位回転は、遠位先端３０での蓄積されるねじれと相関している。これは、器具のトルク伝達の有効性を識別するための器具に特有の較正を含み得る。したがって、近位端部での回転を測定することによって、遠位端部３０での回転が近似されることができ、蓄積されたねじれが計算されることができ、ファイバが補償するために適切に回転されることができる。
【００３２】
本原理は、（例えば、全ての血管内及び管腔内応用における）介入処置の間の使用に適応可能であるが、本実施形態は、他の使用にも用いられ得る。例えば、システム１０は、デバイス２６が最小のねじれ形状で出荷されることを確実にするためにデバイス製造ラインの終わりでの（デバイス２６の中への）ファイバ２８の組み込みの間に用いられ得る。他の使用は、組み込み後及び／又は臨床使用の前のデバイス２６におけるねじれの較正を含む。この方法では、低いねじれ状態が、処置前に又は組み込み中のファイバ２８の先端３０の固定の前に達成されることができる。これはまた、例えば、オペレータにファイバのねじれ限界が近づいていることを示すために、処置の間に用いられるデバイス２６に特有のねじれ閾値の設定を可能にする。
【００３３】
図２を参照すると、作動送出固定具の例示の構成が１つの実施形態にしたがって示されている。モータ１１４及びアブソリュートエンコーダ１１６が、２つのキャプスタン１１８、１２０及びベルト１２２又は他のトルク伝達機構（要素）（例えば、歯車、ホイール等）を介して送出固定具１０２に結合されている。送出固定具１０２は、ＯＳＳ使用可能デバイスのための１つのファイバ１２８又は複数のファイバを含む。１つのファイバ又は複数のファイバの送出領域１０５が、送出固定具１０２に強固に取り付けられる。モータ１１４が回転するとき、送出固定具１０２、したがってファイバ１２８は回転する。実際、医者がＯＳＳ使用可能デバイス又は器具にトルクを加えるとき、ＯＳＳシステム（例えば、モジュール４２、図１）は（ファイバ１２８を通じて）、ねじれの増加を登録する。このねじれは、ファイバ１２８の長さに沿った「ゼロ」の正味のねじれを確実にするように、ねじれと同じ方向に送出領域１０５を回転させることによって最小にされる。アブソリュートエンコーダ１１６は、再構成アルゴリズム又はモジュール４２の中でＯＳＳ使用可能デバイスの配向を更新するために用いられる。図２の例では、回転送出固定具１０２は、ベルト１２２を使用して回され、このベルトは、モータ１１４によって回転させられる。エンコーダ１１６は、ファイバ形状が正しい座標系で正確に再構成されることができるように、送出領域１０５の絶対角変位を識別するために使用される。
【００３４】
モータ１１４による作動は、ブラシＤＣ、ブラシレスＤＣ、空気式、超音波、圧電又は同様のモータ若しくはサーボを使用して達成されることができる。送出固定具１０２の回転によって達成可能な角速度が、臨床の回転の間に予想される回転の最大速度より高くなるべきである。アブソリュートエンコーダ１１６又は他のセンシング機構は、絶対又はインクリメンタルな光学、磁気、電位差測定又は同様のエンコーディングスキームを含み得る。幾つかの実施形態では、ファイバ１２８からの異なるねじれ信号が、継時的なゼロ位置からの送出領域１０２の絶対角変位を識別するために使用されることができる。
【００３５】
他の実施形態では、ロボット作動が、Ｘ、Ｙ及びＺ方向の並進移動を含むように用いられ得る。特に、ファイバ１２８のＺ軸に沿った並進移動が、その管腔の中のファイバ１２８のスティックスリップに対処するために使用されることができる。このスティックスリップ特性は、ファイバから測定されるねじれ信号のジャンプによって識別される。
【００３６】
医者は典型的には、ねじれ蓄積を引き起こすことなしに複数ターンを通じて固定先端ＯＳＳデバイスを操作することができない。ねじれのこの蓄積は、再構成の不正確及び最終的に形状の完全な喪失につながる。本実施形態は、固定先端ＯＳＳ使用可能デバイスの中の蓄積されるねじれを最小にし、操作している医者に課せられることになる操作制限の必要無しに正確な形状再構成を可能にする。
【００３７】
図３を参照すると、グラフは、送出領域が固定されたままである間にファイバの遠位先端が４π（パイ）及び８π（パイ）両方まで回転されるときのＯＳＳファイバのねじれ蓄積を示す。回転していないトレース（０パイ）も示されている。グラフは、先端が回転するとき最大ねじれ値が４ラジアンから１８ラジアンに増加することを明確に示している。
【００３８】
図４を参照すると、グラフは、遠位先端及び送出領域両方が同じ方向に４π（パイ）及び８π（パイ）回転まで回転されるときのＯＳＳファイバのねじれ蓄積を示す。回転していないトレース（０パイ）も示されている。この場合、蓄積されたねじれのレベルは変化せず（一定のままであり）、したがって、全体的なねじれ値が、先端が受ける回転に適合するように送出領域を回転させることによって管理されることができることを明確に実証している。
【００３９】
続けて図２を参照しながら図５及び６を参照すると、図２は、送出固定具１０２のデフォルト（初期設定）位置を示している。モータ１１４が時計回り（矢印Ａ）に回転するとき、送出固定具１０２及びファイバ１２８もまたそのように回転し、したがって、ファイバの配向を変化させる（図５）。図５は、医者による器具（及びしたがってファイバ１２８）の＋３０°回転を考慮するための＋３０°までの送出固定具１０２の回転を示す。モータ１１４が反時計回り（矢印Ｂ、図６）に回転するとき、送出固定具１０２及びファイバ１２８もまたそのように回転する。これはまた、ファイバ１２８の配向を変化させる。図６は、医者による器具（及びしたがってファイバ１２８）の−９０°回転を考慮するための−９０°までの送出固定具１０２の回転を示す。
【００４０】
実際、医者が器具にトルクを加えるとき、ＯＳＳシステム（コントローラ３２）は、ねじれの増加を登録する。このねじれは、ファイバ１２８の長さに沿ったゼロの正味のねじれを確実にするようにねじれと同じ方向に送出領域を回転させることによって最小にされる。アブソリュートエンコーダ１１６は、再構成アルゴリズム（４２、図１）の中でデバイスの配向を更新するために使用される。ファイバ１２８のこの回転が、ファイバ１２８が詰め込まれた器具の回転を引き起こすことなしに生じることに留意されたい。
【００４１】
ベルト１２２は、送出固定具１０２及びしたがって、ファイバ送出領域（１０５、図５）の回転を引き起こす。エンコーダ１１６は、ファイバ形状が正しい座標系で正確に再構成されることができるように、送出領域１０５の絶対角変位を識別するために用いられる。
【００４２】
図７を参照すると、光ファイバの蓄積されるねじれを減らすための方法が示される。ブロック３０２では、送出固定具が、ファイバ送出領域を回転させるように構成される。固定具は、少なくとも１つの光ファイバを保持するように構成される。光学形状センシング使用可能デバイスが、少なくとも１つの光ファイバを含み、この少なくとも１つの光ファイバはその中に配置される。モータのような回転機構が、送出固定具及びしたがって送出領域を回転させるように構成される。ブロック３０４では、ねじれが、光学形状センシング使用可能デバイスの中に配置された少なくとも１つの光ファイバで測定される。ブロック３０６では、ねじれに応じて、送出領域が、少なくとも１つの光ファイバの中の蓄積されるねじれを少なくとも減少させるように、回転機構を使用して固定具において回転される。回転機構は、少なくとも１つの光ファイバにおけるねじれに反応するように構成されるモータを含み得る。回転機構は、少なくとも１つの光ファイバにおけるねじれを示す光学形状センシング信号に反応し得る、並びに／又はイメージングシステム及び／又はトラッキングシステムに反応し得る。イメージング及び／又はトラッキングシステムは、光学形状センシング使用可能デバイスの形状センシングシステムと独立している。イメージング及び／又はトラッキングシステムは、少なくとも１つの光ファイバにおけるねじれを示すために用いられ得る。
【００４３】
ブロック３０８では、送出固定具の回転が感知される。ブロック３１０では、光学形状センシング使用可能デバイスの座標が回転に基づいて更新される。
【００４４】
添付の請求項を解釈する際に、
ａ）単語「有する」が、所定の請求項に挙げられた要素又は動作以外の要素又は動作の存在を除外しないこと、
ｂ）要素に先行する単語「１つの」が、複数のこのような要素の存在を除外しないこと、
ｃ）請求項のいかなる参照符号も、それらの範囲を限定しないこと、
ｄ）幾つかの「手段」が、同じアイテム又はハードウェア又はソフトウェア実装構造又は機能により表され得ること、及び、
ｅ）動作の特定の順序が、特に示されない限り、要求されることを意図されないこと、
が理解されるべきである。
【００４５】
（例示的であって、限定的でないことが意図される）光学形状センシング使用可能デバイスにおけるファイバねじれを最小にするためのシステム及び方法の好適な実施例が記載されているが、修正及び変更が、上記の教示を踏まえて当業者によりなされることができることが留意される。したがって、変更が、添付の請求項により概説されるように本明細書に開示された実施形態の範囲内である開示された開示の特定の実施形態においてなされ得ることが理解されるべきである。したがって、詳細を記載し、特許法により特に要求されるが、請求項に記載され、特許証により保護されることを望むものは、添付の請求項に記載される。
【図１】
2016534843.tif 000003
【図２】
2016534843.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016534843.tif 000006
【図５】
2016534843.tif 000007
【図６】
2016534843.tif 000008
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月31日(2016.5.31)
【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】
光学形状センシング可能な器具のためのファイバねじれ減少システムは、
少なくとも１つの光ファイバを保持するように構成される回転可能な発射固定具、
その中に配置される前記少なくとも１つの光ファイバを含む光学形状センシング可能なデバイス、及び
前記少なくとも１つの光ファイバの長さに沿って蓄積されるねじれを減少させるように前記少なくとも１つの光ファイバのねじれに応じて前記少なくとも１つの光ファイバを回転させるように構成される回転機構、を含む、
システム。
【請求項２】
前記回転機構は、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれに反応するように構成されるモータを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記モータは、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれを示す光学形状センシング信号に反応するように構成される、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記モータは、イメージングシステムに反応するように構成され、前記イメージングシステムは、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれを示す、
請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記モータは、トラッキングシステムに反応するように構成され、前記トラッキングシステムは、前記光学形状センシング可能なデバイスを使用する形状センシングと独立し、前記トラッキングシステムは、前記少なくとも１つの光ファイバの前記ねじれを示すために用いられている、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記回転機構は、前記発射固定具を回転させるために伝達要素を駆動するように構成されるモータを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記伝達要素は、ベルト、ホイール及び歯車の１つを含む、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記発射固定具の回転を測定するように構成されるセンシングデバイスをさらに有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
光学形状センシング可能な器具のためのファイバねじれ減少システムであって、
その中に配置される少なくとも１つの光ファイバを含む光学形状センシング可能なデバイス、
前記少なくとも１つの光ファイバを保持するように且つ発射領域の少なくとも一部を支持するように構成される回転可能な発射固定具、
前記光ファイバの前記発射領域を回転させるように構成される回転機構、及び
前記回転機構に結合され、前記回転機構が前記少なくとも１つの光ファイバのねじれに応じて前記少なくとも１つの光ファイバの中の蓄積されるねじれを少なくとも減少させることを可能にするように構成される、コントローラ、を有する、
システム。
【請求項１０】
前記回転機構は、前記少なくとも１つの光ファイバにおけるねじれにしたがって使用可能なモータを含む、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記回転機構は、前記発射固定具を回転させるために伝達要素を駆動するように構成されるモータを含む、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記伝達要素は、ベルト、ホイール及び歯車の１つを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光学形状センシング可能なデバイスの座標系を更新するために前記発射固定具の回転を測定するように構成されるセンシングデバイスをさらに有する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記光学形状センシング可能なデバイスの形状を解釈するように及び前記回転機構を作動させるために前記コントローラにねじれのフィードバックを提供するように構成される形状再構成モジュールを含む、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
形状センシング可能なデバイスのための光ファイバの蓄積されるねじれを減少させる方法であって、
少なくとの１つの光ファイバを保持するように構成される回転可能なファイバ発射固定具、その中に配置される前記少なくとも１つの光ファイバを含む光学形状センシング可能なデバイス及び前記回転可能なファイバ発射固定具に配置される前記光ファイバを回転させるように構成される回転機構を提供するステップ、
前記光学形状センシング可能なデバイスの中に配置される前記少なくとも１つの光ファイバのねじれを測定するステップ；並びに
前記ねじれに応じて、前記少なくとも１つの光ファイバの中の蓄積されるねじれを少なくとも減少させるように前記回転機構を使用して前記ファイバ発射固定具を回転させるステップ、を含む、
方法。
【国際調査報告】
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