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技術 内視鏡手術における超音波プローブのロボット誘導

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 ポポヴィッチ,アレクサンドラエルハワリー,ハイサムホール,クリストファースティーヴン
出願日 2012年11月27日 (7年2ヶ月経過) 出願番号 2014-544012
公開日 2015年2月26日 (4年11ヶ月経過) 公開番号 2015-505686
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 電磁システム 経路システム 機械的固定具 視覚的構成 信号フィードバック 目標場所 光ファイバーセンサ 受動アーム
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重要な関連分野

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図面 (9)

課題・解決手段

手術用ロボット誘導のためのシステム及び方法は、ポート(134)を通って目標に移動するように構成されたロボット(122)を有するロボットシステム(124)を含む。ロボットシステムは、ある場所への経路に沿って該ロボットを誘導するのに用いられる視覚的構成要素(102)を含む。該場所はロボットの位置及び向きに従って定義される。超音波プローブ(125)は前記ロボットによって前記場所に誘導されて、前記場所でプローブ超音波画像収集させる。

概要

背景

冠動脈バイパス手術は、病的冠動脈を身体の他の部分から移植した動脈を用いて短くする(abridged)手術である。低侵襲バイパス手術では、1)動脈が脂肪組織で覆われているか又は心筋内を走り得るためにそれらが内視鏡画像内で見えなくなること、及び2)ポートを介して行える動作が限られているため、心臓の特定領域に手動で到達するのが困難であることという要因から、動脈へのアクセスが制限される。これらの要因は低侵襲バイパス手術での術中超音波の使用を制限する。

概要

手術用ロボット誘導のためのシステム及び方法は、ポート(134)を通って目標に移動するように構成されたロボット(122)を有するロボットシステム(124)を含む。ロボットシステムは、ある場所への経路に沿って該ロボットを誘導するのに用いられる視覚的構成要素(102)を含む。該場所はロボットの位置及び向きに従って定義される。超音波プローブ(125)は前記ロボットによって前記場所に誘導されて、前記場所でプローブ超音波画像収集させる。

目的

原理は、内視鏡支援による(endoscopically assisted)ロボット技術を補完する超音波走査を提供する

効果

実績

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請求項1

手術用ロボット誘導のためのシステムであって、当該システムは:ポートを通って目標に移動するように構成されたロボットを有し、該ロボットの位置及び向きに従って定義される場所への経路に沿って該ロボットを誘導するのに用いられる視覚的構成要素を含むロボットシステム;及び前記場所で超音波画像収集させるために、前記ロボットによって前記場所に誘導される超音波プローブ;を含むシステム。

請求項2

前記視覚的構成要素は内視鏡を含み、前記ロボットは、視覚的画像と超音波画像とが時を異にして同じ場所で撮像されるように、前記内視鏡を最初に展開し、その次に前記超音波プローブを展開する、請求項1に記載のシステム。

請求項3

前記内視鏡及び前記超音波プローブは前記ロボットから取り外しが可能であり且つ順番に用いられる、請求項2に記載のシステム。

請求項4

前記視覚的構成要素はカメラを含み、前記ロボットは該カメラと前記超音波プローブとを同時に展開する、請求項1に記載のシステム。

請求項5

前記カメラが前記超音波プローブに取り付けられ、視覚的画像と超音波画像とが同時に取得される、請求項4に記載のシステム。

請求項6

前記ロボットのエンドエフェクタに連結され、前記視覚的構成要素としての内視鏡と前記超音波プローブとを同時に展開するように構成された筐体をさらに含み、前記超音波プローブは、画像を取得するために、移動して組織係合できる、請求項1に記載のシステム。

請求項7

前記超音波プローブは前記筐体の長軸に沿って移動する、請求項6に記載のシステム。

請求項8

前記経路は、術前画像血管画像、画像における点対マッピング及び画像上のオーバーレイのうちの1つ以上に基づいて決定される、請求項1に記載のシステム。

請求項9

手術用のロボット誘導のためのシステムであって、当該システムは:ある場所へのポートを通って目標に移動するように構成されたロボットを有し、前記場所で超音波画像を収集させるために該ロボットによって前記場所に誘導される超音波プローブを含むロボットシステム;及び視覚的構成要素に連結され、該視覚的構成要素を前記場所に別途誘導するのに用いられる受動アーム;を含み、前記場所は前記ロボットの位置及び向きに従って定義される、システム。

請求項10

前記視覚的構成要素は内視鏡を含む、請求項9に記載のシステム。

請求項11

前記視覚的構成要素はカメラを含む、請求項9に記載のシステム。

請求項12

前記ロボット及び前記受動アームは別々の器具ポートに導入される、請求項9に記載のシステム。

請求項13

前記経路は、術前画像、血管画像、画像における点対点マッピング及び画像上のオーバーレイのうちの1つ以上に基づいて決定される、請求項9に記載のシステム。

請求項14

手術用のロボット誘導のための方法であって、当該方法は:視覚的誘導構成要素を有するロボットを導入してポートを通って目標に移動させる工程;前記ロボットの前記目標の場所への経路を定義する工程;及び前記ロボットの位置及び向きに従って、超音波プローブを前記経路に沿って誘導して、前記経路に沿った位置で該超音波プローブに超音波画像を収集させる工程;を含む方法。

請求項15

前記視覚的構成要素は内視鏡を含み、前記方法は、視覚的画像と超音波画像とが時を異にして撮像されるように前記内視鏡を最初に展開し、その次に前記超音波プローブを展開する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。

請求項16

前記内視鏡及び前記超音波プローブは前記ロボットから取り外しが可能であり且つ同じ処理で別々に用いられる、請求項15に記載の方法。

請求項17

前記視覚的構成要素はカメラを含み、前記方法は該カメラと前記超音波プローブとを同時に展開する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。

請求項18

前記カメラが前記超音波プローブに取り付けられ、視覚的画像と超音波画像とが同時に取得される、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記ロボットのエンドエフェクタに連結され、前記視覚的構成要素としての内視鏡と前記超音波プローブとを同時に展開するように構成された筐体をさらに含み、前記方法は、画像を取得するために前記超音波プローブを作動させて組織と係合させる工程を含む、請求項14に記載の方法。

請求項20

前記超音波プローブは前記筐体の長軸に沿って移動する、請求項19に記載の方法。

請求項21

前記経路は、術前画像、血管画像、画像における点対点マッピング及び画像上のオーバーレイのうちの1つ以上に基づいて決定される、請求項14に記載の方法。

請求項22

手術用のロボット誘導のための方法であって、当該方法は:第1のポートを通って目標に移動するように構成されたロボットを導入する工程;前記ロボットにより超音波プローブをある場所に誘導して、該超音波プローブに該場所で超音波画像を収集させる工程;及び第2のポートを通って視覚的構成要素を前記場所に別途誘導する工程;を含み、前記場所は前記ロボットの位置及び向きに従って定義される、方法。

請求項23

前記視覚的構成要素は、内視鏡及びカメラのうちの一方を含む、請求項22に記載の方法。

請求項24

前記別途誘導する工程は、前記視覚的構成要素を誘導するのに受動アームを用いることを含む、請求項22に記載の方法。

請求項25

前記経路は、術前画像、血管画像、画像における点対点マッピング及び画像上のオーバーレイのうちの1つ以上に基づいて決定される、請求項22に記載の方法。

技術分野

0001

本開示はロボット誘導(robotic guidance)に関し、より具体的には、医用撮像のためのロボット誘導(robotically guided)超音波プローブに関する。

背景技術

0002

冠動脈バイパス手術は、病的冠動脈を身体の他の部分から移植した動脈を用いて短くする(abridged)手術である。低侵襲バイパス手術では、1)動脈が脂肪組織で覆われているか又は心筋内を走り得るためにそれらが内視鏡画像内で見えなくなること、及び2)ポートを介して行える動作が限られているため、心臓の特定領域に手動で到達するのが困難であることという要因から、動脈へのアクセスが制限される。これらの要因は低侵襲バイパス手術での術中超音波の使用を制限する。

課題を解決するための手段

0003

原理(present principles)によれば、手術用のロボット誘導のためのシステム及び方法は、ポートを通って目標に移動するように構成されたロボットを有するロボットシステムを含む。ロボットシステムは、ある場所への経路に沿って該ロボットを誘導するのに用いられる視覚的構成要素を含む。前記場所は前記ロボットの位置及び向きに従って定義される。前記場所で超音波画像収集させるために、超音波プローブが前記ロボットによって前記場所に誘導される。

0004

手術用のロボット誘導のための他のシステムは、ある場所へのポートを通って目標に移動するように構成されたロボットを有するロボットシステムを含む。ロボットシステムは、前記場所で超音波画像を収集させるために該ロボットによって前記場所に誘導される超音波プローブを含む。受動アームは視覚的構成要素に連結され、該視覚的構成要素を前記場所に別途誘導するのに用いられる。前記場所は前記ロボットの位置及び向きに従って定義される。

0005

手術用のロボット誘導のための方法は、視覚的誘導構成要素を有するロボットを導入してポートを通って目標に移動させる工程;前記ロボットの前記目標の場所への経路を定義する工程;及び前記ロボットの位置及び向きに従って、超音波プローブを前記経路に沿って誘導して、前記経路に沿った位置で該超音波プローブに超音波画像を収集させる工程;を含む。

0006

手術用のロボット誘導のための他の方法は、第1のポートを通って目標に移動するように構成されたロボットを導入する工程;前記ロボットにより超音波プローブをある場所に誘導して、該超音波プローブに該場所で超音波画像を収集させる工程;及び第2のポートを通って視覚的構成要素を前記場所に別途誘導する工程;を含み、前記場所は前記ロボットの位置及び向きに従って定義される。

0007

下記の図面を参照しながら、以下の好ましい実施形態の説明で本開示を詳細に提示する。

図面の簡単な説明

0008

図1は、例示の一実施形態に係る、手術用のロボット誘導のためのシステムを示すブロック/フロー図である。
図2は、例示の一実施形態に係る、ロボットが視覚的構成要素と超音波プローブとを時を異にして運ぶロボットシステムを示す概略図である。
図3は、例示の一実施形態に係る、血管に沿ってマッピングされた経路と、該経路上のある地点撮像された例示の超音波画像とを示す図である。
図4は、例示の一実施形態に係る、ロボットがカメラと超音波プローブとを同時に運ぶロボットシステムを示す概略図である。
図5は、例示の一実施形態に係る、内視鏡と、手術位置伸長可能か又は調整可能な超音波プローブとを同時に運ぶロボットシステム用の筐体又は固定具を示す概略図である。
図6は、例示の一実施形態に係る、ロボットが、視覚的構成要素を別途運ぶ受動アームと超音波プローブとを運び、ロボットと受動アームとが別々のポートから展開されるロボットシステムを示す概略図である。
図7は、例示の実施形態に係る、超音波画像を収集するための手術用のロボット誘導のための方法を示すフローチャートである。
図8は、他の例示の実施形態に係る、超音波画像を収集するための手術用のロボット誘導のための方法を示すフローチャートである。

実施例

0009

本原理によれば、ロボット操作された(robotically stirred)超音波プローブを用いることで、低侵襲手術、特に低侵襲バイパス手術で、腔内の血管、特に冠動脈の超音波(US)走査を可能にするシステム、装置及び方法が提供される。このように、冠動脈バイパス手術での血管再開術が成功したかどうかの評価が、超音波プローブを用いて即座に行われる。低侵襲手術では、ポートを介して器具を取り扱うのが難しいことを考えれば、この工程は非常に複雑である。また、冠動脈が心筋内にあるか又は線維脂肪組織(fibrous-fatty tissue)に覆われている場合には、それらが目に見えないことがある。米国だけで年間約500,000件の冠動脈バイパス手術が行われている。これらの手術の殆どは2つ以上の血管に対して行われる。本原理は、内視鏡の支援による(endoscopically assisted)ロボット技術を補完する超音波走査を提供する。ロボットは、ポートによる制約や他の条件の影響を受けない再現可能な器具取り付け位置(repeatable instrument mounting position)を提供する。

0010

一実施形態では、ロボットによる内視鏡の支援は、内視鏡を超音波プローブに交換できるように構成されている。他の実施形態では、超音波プローブを有するロボットは、ポートの1つ以上でカメラ、器具又は実際の超音波プローブを用いて視覚的フィードバックを提供する。

0011

さらに他の実施形態では、内視鏡及び超音波プローブは1つの機械的な固定具(mechanical fixture)内に配置され、該機械的固定具は、超音波プローブが該固定具に沿って作動できるようにする。内視鏡モードでは、超音波プローブは格納されて非作動状態にある。ユーザー調査する領域又は動脈を選択すると、超音波プローブが固定具から出て音響結合(acoustic coupling)し、画像データを収集する。さらに別の実施形態では、内視鏡がそのままの状態(intact)にあるなかで、超音波プローブが器具ポートを介して導入され、ロボットが内視鏡から切り離されて超音波プローブに取り付けられる。これらの例示の実施形態の全てで、ユーザーは超音波プローブのために手動経路を選択するか又は内視鏡画像におけるオーバーレイから経路(例えば、動脈)を選択することができる。

0012

なお、本発明を医療器具の観点から説明するが、本発明の教示はそれよりもっと広く、複雑な生体系又は機械系を追跡するか又は分析するのに用いられる任意の器具に適用可能である。特に、本原理は、生体系の内部での追跡処置(tracking procedure)、、心臓、胃腸管排せつ器、脳、血管といった身体の全ての領域での処置等に適用可能である。図面に示す要素は、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施されることがあり、1つの要素又は複数の要素において組み合わされ得る機能を提供し得る。

0013

図面に示す様々な要素の機能は、専用のハードウェアに加えて、適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行可能なハードウェアを用いることによって提供され得る。これらの機能がプロセッサによって提供される場合、これらの機能は1つの専用のプロセッサにより、1つの共有プロセッサにより、又は一部が共有可能な複数の個々のプロセッサにより提供され得る。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語が明示的に使用されていても、該用語はソフトウェアを実行可能なハードウェアのことのみを意味するのではなく、限定されないが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読取専用メモリ(「ROM」)、ランダムアクセスメモリ(「RAM」)、不揮発性ストレージ等を含意し得ると解釈すべきである。

0014

さらに、本発明の原理、態様及び実施形態並びにそれらの具体例の記載のために本明細書で用いた表現の全ては、本発明の原理、態様及び実施形態並びにそれらの具体例の構造的同等物及び機能的同等物の双方を包含することを意図している。それに加えて、そのような同等物は、現在公知な同等物に加えて将来開発される同等物(即ち、構造に関係なく同一の機能を行う、開発される任意の要素)の双方を含むことを意図している。そのため、当業者であれば、例えば、本明細書に関連して示すブロック図は、本発明の原理を具現化した例示のシステムコンポーネント及び/又は回路概念図を表していることが分かる。同様に、どのフローチャート、フロー図等も、コンピュータ可読記憶媒体内で実質的に表現され、故にコンピュータ又はプロセッサ(そのようなコンピュータ又はプロセッサが明確に示されているかどうかに関わらず)によって実行され得る様々な処理を表わすことが分かる。

0015

さらに、本発明の実施形態は、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使用されるか又はそれに関連して使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能記媒体又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能コンピュータプログラム製品の形態を取り得る。この説明のために、コンピュータ使用可能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、命令実行装置若しくは命令実行デバイスによって使用されるか又はそれに関連して使用されるプログラムを含むか、記憶するか、やりとりを行うか、伝達するか又は伝送し得る任意の装置であり得る。前記の媒体は、電子システム、磁気システム光学システム、電磁システム赤外線システム又は半導体システム(又は装置若しくはデバイス)又は伝搬媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例としては、半導体メモリ若しくは固体メモリ磁気テープリムーバブルコンピュータディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取専用メモリ(ROM)、剛性磁気ディスク及び光ディスクが挙げられる。現在の光ディスクの例としては、CD-ROM、CD−R/W、DVD及びブルーレイ商標)が挙げられる。

0016

ここで図面(同様の参照符号は同一又は同様の要素を示す)を参照して、先ず、図1医療処置を行うためのシステム100の説明図である。システム100はワークステーション又はコンソール112を含み得る。ワークステーション又はコンソール112から処置を監督及び管理する。ワークステーション112は、プロセッサ114と、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116とを1つ以上含むことが好ましい。メモリ116は、機構又はロボットシステム122の位置又は向きを繰り返し制御するためにサーボアクチュエータ等を制御するように構成されたロボット制御モジュール115を記憶し得る。ロボットシステム122は、位置精度を確実にするためにフィードバック信号を提供する1つ以上の検出/追跡装置126と、ロボット又はリンク124と、ロボット124を適切に動作させるための他の装置又はセンサとを含み得る。そのような装置126は、光ファイバーセンサエンコーダ電磁トラッキング等を含み得る。1つ以上の装置126からのフィードバックを解釈するために、検出/追跡モジュール128が設けられ得る。一実施形態では、検出/追跡モジュール128は、ロボット124に関連する変形、偏向及び他の変化を再構成するために検出装置126又はロボットシステム122からの信号フィードバックを用いるように構成されている。

0017

撮像システム110が用いられる場合、ワークステーション112は、対象の内部画像を見るためのディスプレイ118を含み得る。撮像システム110の例としては、磁気共鳴画像MRI)システム、蛍光透視システムコンピュータ断層撮影(CT)システム、超音波(US)等が挙げられる。ディスプレイ118は、ユーザーがワークステーション112及びその構成要素や機能とのやりとりを行えるようにもする。これは、インターフェイス120によってさらに容易となり得る。インターフェイス120は、ユーザーがワークステーション112とのやりとりを行えるようにキーボードマウスジョイスティック又は他の任意の周辺機器若しくはコントローラを含み得る。

0018

撮像システム110は、術前の画像データ又は術中のリアルタイム画像データを収集するために設けられ得る。術前の撮像は、処置に先立って他の施設や他の場所等で行われ得る。画像111はメモリ116に記憶され得る。画像111は、患者又は経路システム(pathway system)の術前の3次元画像ボリュームを含み得る。

0019

医療器具102は細長いことが好ましく、その例としてカテーテルガイドワイヤ、内視鏡、プローブ、ロボット、電極フィルタ装置バルーン装置又は他の医療用部品等が挙げられる。一実施形態では、医療器具102として内視鏡が用いられ、該内視鏡がロボット124を用いて患者内のある位置に誘導される。所望の位置に達すると、ロボット124からのフィードバックが記憶され、その後のアクティビティでも当該位置が再び確実に得られるようにされ得る。一実施形態では、ある場所を探すのに内視鏡(102)が用いられる。そして内視鏡(102)が取り外されて、ロボット124によって超音波(US)プローブ125が同じ場所に設置される。この時、超音波プローブ125は組織と接触した状態で設置されており、内視鏡を用いて決定した場所に対応する領域の撮像が可能になる。ロボット124が用いられるため、前記場所が超音波プローブ125によって繰り返し得られる。内視鏡画像に動脈樹を重ね合わせる方法を用いて、動脈が画像内で見えるようにしてもよい。ロボットナビゲーションのためにこれらのオーバーレイを用いて、点位置(point location)を確実に再現できるようにしてもよい。ロボット124は、内視鏡画像内の動脈経路を追跡し得る。他のロボットナビゲーション技法も使用できる。

0020

多くの実施形態では、器具102及びプローブ125がポート134、例えば胸腔へのポート等を介して患者130の体内に導入される。血管の機能を評価するために、冠動脈バイパス手術で術中超音波(US)が用いられ得る。バイパスが完了する前に動脈プラークの位置を検出するのに又はバイパスを設けた後でバイパス、大動脈若しくは他の冠動脈を通る血流を評価するのに超音波が用いられ得る。超音波プローブ125は無菌上に配置されるか又は該鞘内に入れられ、超音波画像を収集するために心臓の表面上に移動される。低侵襲バイパス手術は、小さなポート134(例えば、完全な内視鏡的処置の場合では5mm〜直接的な低侵襲バイパス手術(minimally invasive direct bypass surgery)の場合では50〜60mm)を介して行われる。本原理は、超音波プローブ125をロボット操作して、動脈及び他の関心領域を系統的に走査することを含む。ロボット124は撮像プローブ125を保持して、内視鏡画像又は計画した経路に従って該プローブを展開する。ロボット124は、患者130のの表面(例えば、ポート134を介して)又は他のエントリーポイントにおける支点周りを動くことが可能な任意の種類の作動装置であり得る。ロボット124は、超音波プローブ125及び視覚的構成要素(例えば、カメラ、内視鏡等)のうちの1つ以上を目標132に運ぶ。このように、繰り返し得られた同じ位置から、目標を視覚的且つ超音波的に分析することができる。ロボット124は、同じ場所でも(ロボットを用いなければ)曖昧となる所(sameotherwise obstructed location)から、超音波撮像及び視覚撮像を実現し得る高精度な座標を提供する。

0021

図2を参照して、一実施形態に係る、撮像装置202を含む例示のロボットシステム200を示す。この実施形態では、ロボット224は内視鏡(202)を操作する。内視鏡を超音波プローブ(202)に交換することにより、追加の機能がもたらされる。撮像装置202を一般的に示しており、該撮像装置はロボット224(図1のロボット124と同じものであり得る)から取り外しが可能である。装置202は取り外し可能な内視鏡又は取り外し可能な超音波トランスデューサーであり得る。ポートを介して内視鏡を設置した状態で、外科医又はユーザーは、例えば図3に示す内視鏡画像上で経路を選択する。

0022

図3を参照して、内視鏡画像302内で経路300が特定され、該経路の上にオーバーレイ304が配置されている。前記経路を選択するためにユーザーインターフェース120が用いられ得る。外科医は、手動で選択した曲線(manually selected curve)、動脈/血管等であり得る経路を選択する。例えば、経路300は術前画像等において選択された血管を含み得る。

0023

内視鏡を超音波プローブに交換し、一連の画像を収集する超音波プローブで前記経路を追跡する。各画像は前記経路上の点に関連付けられている。この工程が完了した後、ユーザーは異なる超音波画像を選択するために、前記経路上に仮想点306をスライドさせることができる。挿入画310は、仮想点306で撮像された超音波画像を示す。

0024

経路300は、例えばコンピュータマウスを用いて手入力で規定することが可能であり、あるいは術前の冠動脈のオーバーレイから動脈として選択することができる。さらに、経路300を術前画像(111、図1)(例えば、動脈又は一連の目標物)上で選択してそれを現在の内視鏡画像に移して、内視鏡をロボット制御するのに用いることができる。経路300は術前画像(111、図1)上で選択され、その後に内視鏡画像302にマッピングされ得る。

0025

再び図2を参照して、経路300を選択した後に、内視鏡を超音波プローブに交換する。ロボット224は、目標に向けてプローブ202を移動させて音響連結を得る。これは、力制御若しくは超音波画像に関連する他の方法を用いて自動的に又は外科医がある入力装置図1のユーザーインターフェース120のマウス、ジョイスティック又はコントローラ等)を用いることで行うことができる。

0026

一例では、ロボット224のエンドエフェクタ226に対して予め定義した特定の形で位置する超音波プローブの深さを知ることで、エンドエフェクタ226と超音波プローブ画像との関係を定義して、ロボット224からの構造の深さを超音波画像から得るようにする方法が用いられる。超音波プローブが心臓又は他の目標の近くに正確に設置されると、ロボット224はプローブを所定の経路に沿って移動させる。超音波プローブ(202)が移動するため、経路に対するプローブ(202)の位置が分かる。画像を全て収集した後、ユーザーは、経路上でスライド機能を用いるか又は特定の点を選択することにより(例えば、ディスプレイ118及びインターフェイス120を有するワークステーション112を用いて)経路(300)を再現することができる。それに加えて、ロボット224はプローブ(202)を別の方向に動かして、生体構造(anatomy)に対して別の平面内で画像を得ることができる。これは、ターゲット構造等の状画像及び矢状画像の双方の断面の撮像を可能にする。

0027

図4を参照して、他の実施形態では、超音波プローブ402がロボット424のエンドエフェクタ426に接続される。それに加えて、1つ以上のカメラ410が加えられている。ロボット402が動いている間、超音波プローブ402及び手術領域の視覚的フィードバックがもたらされ得る。カメラ410は、例えば、小型のカメラ410を超音波プローブ402に取り付けることによって加えることができ、これによってターゲット構造の超音波画像に連結された視覚的フィードバックが提供され得る。ロボット424は超音波プローブ402を保持し、それを所定の経路に沿って移動させて、プローブ402に取り付けられたカメラ410を用いてプローブ402の視覚的フィードバックを提供する。視覚的画像412及び超音波画像414の双方を組み合わせることができ又は外科医又はユーザーに対して個別に示すことができる。

0028

図5を参照して、筐体又は固定具(fixture)502の3つの説明図(views)を示す。第1の説明図520は、内視鏡504が用いられる内視鏡モードを示す。第2の説明図522は、超音波画像を集めるために超音波プローブ508が伸長された超音波モードを示す。第3の説明図524は筐体502の前面を示す。この実施形態では、内視鏡504及び超音波プローブ508が1つの固定具502内に含まれている。図示の実施形態では、プローブ508は、固定具502の長軸に沿って摺動できるようになっている。超音波プローブ508及び内視鏡504は、超音波プローブ508が筐体502に対して移動して、組織と接触して画像を取得できるような状態で固定具又は筐体502内に配置されている。

0029

内視鏡モード(説明図520)では、超音波プローブ508は格納され非作動状態にある。経路が選択されると、超音波プローブ508は組織カプリング(tissue coupling)が得られるまで外方に動かされる(説明図522)。超音波プローブ508が作動され、上述のように画像の収集が行われる。1つの利点は、超音波画像の収集の間に内視鏡504によって視覚的フィードバックが提供されるという点である。この実施形態では、より大きな筐体又は固定具502に対応するためにより大きなポートが必要になることがある。寸法の大きなポートを用いることなく、非常に小型の超音波プローブを内視鏡と共に導入することも可能であり得る。

0030

図6を参照して、他の実施形態では2つの小さな器具ポート612及び614が用いられる。この実施形態では、内視鏡604が受動保持アーム(passive holding arm)616を用いて固定されているか又は器具ポート612を介して人によって保持されている。受動保持アーム616は、カテーテル、押し棒ワイヤ等の器具を任意数含み得る。ロボット624は超音波プローブ602を備え、器具ポート614を通って導入されている。内視鏡604とプローブ602とは別々に設けられている。内視鏡604は、ロボット624及びプローブ602を視覚的に特定するのに用いられる。これによって、小さなポート及び視覚的フィードバックの使用が可能になる。それに加えて、ロボット624の位置が分かり、超音波画像のための視点を正確に突き止めるのに用いることができる。

0031

本原理はどの介入手技(interventional procedure)にも適用可能であるが、特に有用な用途としては冠動脈バイパス手術が挙げられる。本実施形態は、他の内視鏡血管手術又は低侵襲手術の間に構造の超音波撮像が便利且つ有用な場合に用いることができる。

0032

図7を参照して、超音波画像を収集するために手術用のロボット誘導を用いた方法を例示的に示す。ブロック702では、視覚的誘導構成要素を有するロボットが導入されて好ましくは手術用のポートを通って目標に移動される。ブロック704では、ロボットの目標上の場所で経路又は目標マーカ(target marker)が定義される。ロボットは、以前取得した画像を用いることによって又はロボットを展開する間に収集された道標を用いることによって経路に沿って誘導され得る。それに加えて、目標を特定するか又は目標にロボットを誘導するために周知の追跡技法を用いてもよい。ブロック705では、経路を規定するために血管を追跡するか又はトレースする技法、画像内で点対点マッピング(point to point mapping)を用い、その後に制御コマンドのためにロボットシステムに供給する技法、及びオーバーレイを画像上に配置し追跡する技法のうちの1つ以上に基づいて経路が決定され得る。

0033

ブロック706では、ロボットの位置及び向きに従って、超音波プローブを経路に沿って誘導して、経路に沿った位置でプローブに超音波画像を収集させる。超音波プローブは、視覚的構成要素と同時に展開され得るか又は時を異にして展開され得る。ブロック708では、視覚的構成要素は内視鏡を含み得る。視覚的画像と超音波画像とが時を異にして撮像されるように、内視鏡が最初に展開され、その次に超音波プローブが展開される。ブロック710では、内視鏡及びプローブはロボットから取り外しが可能であり、同じ処理で別々に用いられる。ブロック712では、視覚的構成要素はカメラを含み、カメラ及び超音波プローブが同時に展開される。ブロック714では、カメラが超音波プローブに取り付けられ、視覚的画像と超音波画像とが同じ視点から同時に取得される。ブロック716では、筐体又は固定具がロボットのエンドエフェクタに連結され、視覚的構成要素としての内視鏡と超音波プローブとを同時に展開するように構成されており、超音波プローブは筐体内で作動されるか又は筐体内から展開されて、画像を取得するために組織と係合される。ブロック718では、超音波プローブが筐体の長軸方向に沿って動かされる。他の動作又は配置システムを用いることもできる。

0034

ブロック720では、ロボットにより場所が正確に分かっている場合に処理が行われ、正確に分かっている場所で超音波画像が収集され得る。これは、定義した経路に沿って超音波画像を提供することを含み得る。視覚的画像及び超音波画像が共に提供されることが有利である。例えば、心臓バイパス手術では、出血のためにバイパスを見ながら(視覚)、バイパスを通るフローの特性を確認する(超音波)ことを可能にする。他の利点及び用途も考えられる。

0035

図8を参照して、超音波画像を収集するための手術用のロボット誘導のための別の方法を例示的に示す。ブロック802では、第1のポートを通って目標場所に移動するように構成されたロボットが導入される。ブロック804では、ロボットにより超音波プローブを前記場所に誘導して、該場所でプローブに超音波画像を収集させる。ブロック805では、経路を規定するために血管を追跡するか又はトレースする技法、画像内で点対点マッピングを用い、その後に制御コマンドのためにロボットシステムに供給する技法、及びオーバーレイを画像上に配置し追跡する技法のうちの1つ以上に基づいて経路が決定され得る。

0036

ブロック806では、視覚的構成要素が第2のポートを通って前記場所に別途誘導される。前記場所はロボットの位置及び向きに従って定義される。視覚的構成要素を前記場所に誘導するために、ロボットからのデータが用いられ得る。ロボットを視覚的に前記場所に進ませることができるため、誘導が目に見え得る。視覚的構成要素は、例えば内視鏡又はカメラを含み得る。ブロック808では、視覚的構成要素を前記場所に誘導するために、受動保持アームを用いて視覚的構成要素が別途誘導される。

0037

ブロック812では、ロボットにより場所が正確に分かっている場合に処理が行われ、正確に分かっている場所で超音波画像が収集され得る。これは、定義した経路に沿って超音波画像を提供することを含み得る。例えば、心臓バイパス手術では、出血のためにバイパスを見ながら(視覚)、バイパスを通るフローの特性を確認する(超音波)ことを可能にする。他の利点及び用途も考えられる。

0038

添付の請求項を解釈する際に、
a)「含む(including)」という用語は、特定の請求項に記載されたもの以外の要素又は行為の存在を排除しないこと、
b)要素に先行する「a」又は「an」という用語は、そのような要素が複数存在することを排除しないこと、
c)請求項内の参照符号は請求項の範囲を制限しないこと、
d)いくつかの「手段」が同一のアイテム又はハードウェア若しくはソフトウェアによって実施される構造若しくは機能によって表され得ること、及び
e)具体的に示されていない限り、特定の一連の行為を要件とすることを意図していないことを理解すべきである。

0039

内視鏡手術における超音波プローブのロボット誘導の好ましい実施形態を説明してきたが(これらの実施形態は説明を目的としたものであり限定を意図していない)、当業者であれば上記の教示に照らして変形及び変更を加えることができる。従って、開示した開示の特定の実施形態に変更が加えられ得るが、それらは添付の請求項に記載されているように、本明細書で開示した実施形態の範囲内にあるものと理解すべきである。特に特許法によって要求される詳細を説明してきたが、特許による保護を望む特許請求の範囲は、添付の請求項に規定されている。

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