物体を案内するためのシステム及び方法
骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の2つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内するためのシステム及び方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の2つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内するためのシステム及び方法に関する。
【0002】
画像化技術、例えば超音波画像化[1]、X線蛍光画像化及び磁気共鳴画像化(MRI)技術は、特にヒト構造中の身体構造体を画像化することに時々使用されている。
【0003】
本発明の1つの目的は、そのような画像化技術の形態を利用することにあり、高度に修正された形態では、骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の2つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内することを可能にする。
【0004】
1つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用されるシステムを提供する。このシステムは、出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定するための経路決定ユニットと、物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示すための表示器ユニットとを備える。
【0005】
もう1つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内するためのシステムを提供する。このシステムは、出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、使用時にそれに従って物体が案内される障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定するための経路決定ユニットとを備える。
【0006】
異なる形態において、本発明は、変換器要素を提供する。この変換器要素は、身体の表面上に配置される本体要素と、本体要素から延び、使用時に身体に穴を開けてその中に配置されるように構成された突出要素と、突出要素内に配設される少なくとも1つの変換器アレイとを備える。
【0007】
更に異なる形態において、本発明は、本体及びそこから延びた長尺な物体を有する装置を搭載パッドに対し移動可能に結合するための結合アセンブリを提供する。この結合アセンブリは、装置の本体が接続されるコネクタと、搭載パッドに対する装置の移動を可能にするようにコネクタを搭載パッドに接続する柔軟な取付部材とを備える。
【0008】
更に別の異なる形態において、本発明は、身体の表面に取り付けるための変換器アセンブリを提供する。この変換器アセンブリは、物体を挿入可能な開口を有した搭載パッドと、少なくとも1つの変換器アレイとを備える。
【0009】
更にもう1つの形態において、本発明は、身体内に挿入される長尺な要素を提供する。この要素は、少なくとも1つの変換器アレイを備える。
【0010】
更に別のもう1つの形態において、本発明は、身体内に挿入される長尺な要素を提供する。この要素は、少なくとも1つのトランスポンダーを備える。
【0011】
更に別の異なる形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用される方法を提供する。この方法は、関心のある領域へ出力を放出する工程と、関心のある領域から入力を受信する工程と、受信された入力を取得する工程と、取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定する工程と、物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示す工程とを備える。
【0012】
更に別のもう1つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内する方法を提供する。この方法は、関心のある領域へ出力を放出する工程と、関心のある領域から入力を受信する工程と、受信された入力を取得する工程と、取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定する工程と、物体を障害物不在経路に従って案内する工程とを備える。
【0013】
以下、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して、例としてのみ説明される。
【0014】
図1及び2は、本発明の第1の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【0015】
このシステムにおいて、少なくとも1つの変換器要素3は、少なくとも1つのエミッタアレイ5aと少なくとも1つのレシーバアレイ5b、この実施形態では超音波変換器アレイを有する。制御ユニット7は、エミッタ及びレシーバアレイ5a,5bに動作可能に接続されて、物体(この実施形態では針)がその間に挿入される骨構造体と、その間に挿入中の針を画像化し、それから挿入経路を決定する。表示器ユニット9は、針の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、ユーザが針の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針の挿入経路を訂正できるようにする。1つの実施形態において、制御及び表示器ユニット7,9は、一体的ユニットとして設けられる。
【0016】
このシステムの第1及び第2の変換器要素3a,3bは各々、エミッタアレイ5aとレシーバアレイ5bのそれぞれ1つを収容する。代替実施形態のシステムでは、単一の変換器要素3がエミッタアレイ5aとレシーバアレイ5bの双方を収容する。
【0017】
この実施形態の変換器要素3a,3bは、典型的にはプラスチック素材で形成された画鋲の形態を有する。画鋲の各々は、患者の皮膚の表面上に配置される本体15と、この本体15から延びて、使用時に関心のある骨構造体に近い患者の皮下肉質組織を貫通する鋭い突出部17とを有する。この実施形態の突出部17は、それぞれの変換器アレイ5a,5bを収容し、変換器アレイ5a,5bが関心のある骨構造体付近に配置されるようにして、画像化を改善する。変換器要素3a,3bを画鋲として設けることによって、特殊な糊やゲルの使用を必ずしも必要としない場合に、変換器要素3a,3bの固定が促進される。
【0018】
代替実施形態の変換器要素3a,3bは、典型的にはプラスチック素材で形成され、各々は、それぞれの変換器アレイ5a,5bを収容する本体15を備える。この本体15は、粘着テープ又は糊によって皮膚に接着され、そして随意にゲルを使用して本体15と皮膚表面との界面に気泡が発生することを防止する。
【0019】
制御ユニット7は、少なくとも1つのエミッタアレイ5aを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット21と、入力、この実施形態では超音波入力を、少なくとも1つのレシーバアレイ5bから受信する取得ユニット23と有する。この実施形態では、駆動ユニット21と取得ユニット23は、エミッタ及びレシーバアレイ5a,5bに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【0020】
この実施形態の駆動ユニット21は、駆動されると、少なくとも1つのエミッタアレイ5aを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、少なくとも1つのレシーバアレイ5bによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【0021】
この実施形態の取得ユニット23は、少なくとも1つのレシーバアレイ5bから受信された入力を3次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ/細かさは、変換器アレイ5a,5bの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【0022】
制御ユニット7は更に、取得ユニット23によって開又は閉表面に割り当てられたデータを繰り返しモデル化するモデル化ユニット27を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針を表す。この場合、B−パッチ等[2]の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針は、隣接する椎骨間に精密に挿入されて、硬膜上腔に到達する必要がある。1つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【0023】
制御ユニット7は更に、1つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット29を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット27によってモデル化された針の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法[3−6]の分野では周知である。
【0024】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【0025】
表示器ユニット9は、針の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット29によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器31を有する。1つの実施形態の表示器31は、配送装置に搭載されて、オペレータが配送装置以外のものを見なければならないことを不要にする。
【0026】
この実施形態の表示器31は、可視的表示器、ここでは針の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるLEDを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【0027】
他の実施形態では、表示器31は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第1の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【0028】
異なる実施形態では、表示器31は、隣接する骨構造体間に挿入中の針のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与える表示器を備えることができる。
【0029】
以下、添付図面の図3〜6を参照して、物体案内システムの動作が説明される。
【0030】
オペレータは、変換器要素3a,3bを患者の身体に、この実施形態では、椎骨V1,V2のそれぞれの側に取り付け、この間に、図3及び4に示されているように、硬膜外配送用に、針33が挿入される。この実施形態では、変換器要素3a,3bの本体15が患者の皮膚の表面に接するまで、変換器要素3a,3bの鋭い突出部17は、患者の皮膚中に押し込まれる。必要に応じて、穿孔部位を麻痺させることに局部麻酔が使用でき、また針は、患者の皮膚を事前に穿孔することに使用できる。
【0031】
オペレータは、それからシステムを作動し、モデル化ユニット27を使用して椎骨V1,V2と、存在する場合には、針33をモデル化すると共に、決定ユニット29を使用して障害物不在曲線を繰り返し決定する。
【0032】
システムの作動後に、オペレータは、針33の先端を皮膚の表面に配置し、そして図5に示されるように、針33を接近角度βで皮膚に挿入開始する。
【0033】
この実施形態では、針33の先端の配置が正しい場合、表示器31はLEDを緑色点滅光として照明することによって正しい位置を確認する。しかし、針33の先端の配置が障害物不在曲線によって規定される窓のエッジに近い場合、表示器31はLEDを黄色点滅光として照明することによって窓のエッジに接近していることを示す。また、針33の先端の配置が障害物不在曲線によって規定される窓の外にある場合、表示器31はLEDを赤色点滅光として照明することによって、この正しくない位置を示す。この場合、オペレータは、針が障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に配置されるまで、針33を再位置決めする。このことは緑色又は黄色点滅光の1つとして照明される表示器31のLEDによって表される。
【0034】
オペレータはそれから、針33を椎骨V1,V2間に挿入し続ける。
【0035】
針33の接近角度βが正しさを保ち、そして障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に良好に入る場合、表示器31はLEDを緑色点滅光として照明することによって正しい接近角度βを確認し、そしてオペレータは、針33の挿入を継続する。
【0036】
針33の接近角度βによって、針33が障害物不在曲線によって規定される窓のエッジに近くなる場合、表示器31はLEDを黄色点滅光として照明することによって窓のエッジに接近していることを示す。この場合、オペレータは、針33を挿入し続ける際に針33の位置を警戒する必要がある。
【0037】
針33の接近角度βが障害物不在曲線によって規定される窓の外にある場合、表示器31はLEDを赤色点滅光として照明して、この正しくない位置を示す。この場合、オペレータは、更に針33を挿入し続ける前に、針33が障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に配置されるまで、針33の接近角度βを修正する必要がある。このことは緑色又は黄色点滅光の1つとして照明される表示器31のLEDによって表される。この針33の接近角度βの修正は、任意の回数だけ繰り返される。例として、図6は、経路Aから経路Bを通り最後に経路Cに至る針33の接近角度βの修正を表している。このことにより、必要とされる椎骨V1,V2間への完全な挿入が可能になる。針33の接近角度βの修正に際し、オペレータは、針33の接近角度βを不連続なステップで、あるいは連続的に変化させることができる。連続的とは、実際には多数の非常に小さな不連続なステップに対応する。
【0038】
この処置に続いて、必要とされる空洞、この実施形態では図7に示されるように硬膜上腔に針33が挿入されるまで、針33の挿入は続く。
【0039】
図8及び9は、本発明の第2の実施形態に係る物体案内システムの配送装置41を示している。
【0040】
この実施形態のシステムは、上述された第1の実施形態のシステムと同様であるので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【0041】
この実施形態のシステムが上述された第1の実施形態のそれと異なるのは、修正された配送装置41を備える点である。
【0042】
配送装置41において、本体43は、流体室45を規定する。また、プランジャ47は、流体室45内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素49、この実施形態では針は、流体室45に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願PCT/GB2004/00338に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【0043】
この実施形態の少なくとも1つのレシーバアレイ5bは、別の変換器要素3b内に収容される代わりに、配送装置41の針49に、この実施形態では針49の遠端に配設され、接続リード51は、取得ユニット23との接続のために、針49に沿って外側へ通り抜けている。
【0044】
この実施形態の針49は積層構造であり、接続リード51は積層体の間を針49に沿って通り抜けている。
【0045】
代替実施形態では、代わりに、少なくとも1つのエミッタアレイ5aが針49に配設され得る。
【0046】
このシステムの動作は、上述された第1の実施形態のシステムに対するものと同じである。
【0047】
図10及び11は、本発明の第3の実施形態に係る物体案内システムの配送装置41を示している。
【0048】
この実施形態のシステムは、上述された第2の実施形態のシステムと非常に類似しているので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【0049】
この実施形態のシステムが上述された第2の実施形態のそれと異なるのは、エミッタ及びレシーバアレイ5a,5bの双方が、別々の変換器要素3a,3b内に収容される代わりに、配送装置41の針49に、この実施形態では針49の遠端に配設され、接続リード51,53が、駆動及び取得ユニット21,23のそれぞれとの接続のために、針49に沿って外側へ通り抜けている点である。
【0050】
図12及び13は、本発明の第4の実施形態に係る物体案内システムの配送装置41を示している。
【0051】
この実施形態のシステムは、上述された第1の実施形態のシステムと非常に類似しているので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【0052】
この実施形態のシステムが上述された第1の実施形態のそれと異なるのは、修正された配送装置41を備える点である。
【0053】
配送装置41において、本体43は、流体室45を規定する。また、プランジャ47は、流体室45内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素49、この実施形態では針は、流体室45に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願PCT/GB2004/00338に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【0054】
この実施形態の配送装置41の針49、この実施形態ではその遠端は、トランスポンダー55を有する。このトランスポンダーは、少なくとも1つのエミッタアレイ5aの出力によって作動されると、取得ユニット23の入力で容易に識別可能なサインを発生して、針49の先端位置が精密に決定され得るようにする。この場合、取得ユニット23によって取得される画像をモデル化して針49を識別し、その先端位置を決定することは、必要とされない。
【0055】
この実施形態のシステムの動作は、他の点では上述された第1の実施形態のシステムに対するものと同じである。
【0056】
図14は、本発明の第5の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【0057】
このシステムにおいて、変換器アセンブリ100は、患者の皮膚に取り付けられる。また、結合アセンブリ101は、配送装置102を変換器アセンブリ100に対し移動可能に結合し、変換器アセンブリ100に対する配送装置102の移動を容易に制御するためのものである。
【0058】
配送装置102において、本体103は、流体室105を規定する。また、プランジャ107は、流体室105内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素109、この実施形態では針は、流体室105に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願PCT/GB2004/00338に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【0059】
変換器アセンブリ100の搭載パッド111は、患者の皮膚に取り付けられるもので、配送装置102の針109を挿入可能な開口112を有する。少なくとも1つの変換器アレイ115、この実施形態では少なくとも1つのエミッタアレイ115aと少なくとも1つのレシーバアレイ115b、この実施形態では超音波変換器アレイは、開口112を中心として搭載パッド111上に同心的に配設されている。
【0060】
この実施形態の搭載パッド111は、柔軟な重合体素材、例えばポリカーボネートで形成されている。この素材は、皮膚と変換器アレイ115a,115bとの間に空気不在の閉界面を確保するものである。ゲル、例えば好適な糊や粘着テープもまた、変換器アレイ115a,115bと患者の皮膚の表面との間の良好な界面接触を促進することに使用できる。
【0061】
結合アセンブリ101のコネクタ117は、配送装置102の本体103に固定的に接続されている。また、柔軟な取付部材118は、コネクタ117を搭載パッド111に接続して、配送装置102、従ってその針109を搭載パッド111に対し軸方向及び横方向の双方に移動可能にする。
【0062】
この実施形態の取付部材118は、典型的にはステンレス鋼のような金属や、ポリカーボネートのようなプラスチック素材で形成されたベローズ構造体を備える。このベローズ構造体は、搭載パッド111が患者の皮膚の定位置に固定されている状態で、軸方向に圧縮されると、配送装置102の針109の挿入を可能にし、また横方向に曲げられると、配送装置102の針109の接近角度を変更可能にする。
【0063】
代替実施形態のコネクタ117は、典型的にはステンレス鋼のような金属や、ポリカーボネートのようなプラスチック素材で形成されたハウジングを備えることができる。この場合、配送装置102の本体103は摺動可能であって、搭載パッド111に対する配送装置102の本体103、従ってその針109の軸方向移動を可能する。また、柔軟な取付部材118は、鞘を備えることができる。この鞘は、横方向移動を可能にして、搭載パッド111が患者の皮膚の定位置に固定されている状態で、配送装置102の針109の接近角度を変更可能にする。
【0064】
このシステムの制御ユニット109は、エミッタ及びレシーバアレイ115a,115bに動作可能に接続されて、配送装置102の針109がその間に挿入される骨構造体を画像化し、それから挿入経路を決定する。また、表示器ユニット120は、針109の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、オペレータが針109の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針109の挿入経路を訂正できるようにする。
【0065】
1つの代替実施形態では、少なくとも1つのエミッタアレイ115aと少なくとも1つのレシーバアレイ115bの一方又は双方は、搭載パッド103とは別の要素、例えば上述された第1の実施形態で使用された種類の画鋲型変換器要素内に収容され得る。
【0066】
もう1つの代替実施形態のシステムは、少なくとも1つのエミッタアレイ115aと少なくとも1つのレシーバアレイ115bの双方を収容する単一の変換器要素を備えることができる。
【0067】
1つの代替実施形態では、第1の実施形態に関連して上述されたように、変換器アレイ115a,115bは、粘着テープ又は糊で皮膚に接着された変換器要素内に収容され得る。この場合、随意にゲルを使用して皮膚表面との界面に気泡が発生することを防止することができる。
【0068】
制御ユニット119は、少なくとも1つのエミッタアレイ115aを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット121と、入力、この実施形態では超音波入力を、少なくとも1つのレシーバアレイ115bから受信する取得ユニット123と有する。この実施形態では、駆動ユニット121と取得ユニット123は、エミッタ及びレシーバアレイ115a,115bに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【0069】
この実施形態の駆動ユニット121は、駆動されると、少なくとも1つのエミッタアレイ115aを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、少なくとも1つのレシーバアレイ115bによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【0070】
この実施形態の取得ユニット123は、少なくとも1つのレシーバアレイ115bから受信された入力を3次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ/細かさは、変換器アレイ115a,115bの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【0071】
制御ユニット119は更に、取得ユニット123によって取得されて開又は閉表面に割り当てられたデータをモデル化するように繰り返し動作するモデル化ユニット127を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針109を表す。この場合、B−パッチ等[2]の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針109は、隣接する椎骨間に精密に挿入される必要がある。1つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【0072】
制御ユニット119は更に、1つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット129を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針109の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針109の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット127によってモデル化された針109の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法[3−6]の分野では周知である。
【0073】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針109を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【0074】
表示器ユニット120は、針109の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット129によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器131を有する。1つの実施形態の表示器131は、配送装置102に搭載されて、オペレータが配送装置102以外のものを見なければならないことを不要にする。
【0075】
この実施形態の表示器131は、可視的表示器、ここでは針109の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるLEDを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【0076】
他の実施形態では、表示器131は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第1の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【0077】
異なる実施形態では、表示器131は、表示器を備えることができる。この表示器は、隣接する骨構造体間に挿入中の針109のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与えるものである。
【0078】
この実施形態のシステムの動作は、上述された第1の実施形態に対するものと同じであって、結合アセンブリ101の柔軟な取付部材118は曲がって、変換器アセンブリ100の搭載パッド111に対する配送装置102、従ってその針109の軸方向及び横方向移動に適応する。
【0079】
図15は、本発明の第6の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【0080】
このシステムの変換器アセンブリ200は、搭載パッド211を備える。この搭載パッドは、患者の皮膚に取り付けられるもので、開口212、この実施形態では長尺なスロットを有し、そこを通して配送装置の針が挿入される。この変換器アセンブリはまた、複数の変換器アレイ215、この実施形態では複数のエミッタアレイ215aと複数のレシーバアレイ215b、この実施形態では超音波変換器アレイを備える。これら変換器アレイは、搭載パッド211の開口212の互いに対向する側に配設されている。
【0081】
この実施形態の搭載パッド211は、剛体要素であって、ここでは重合体素材、例えばポリカーボネートで形成されたものである。この要素は、患者の皮膚に、ここでは粘着テープによって取り付けられ、変換器アレイ215a,215bと患者の皮膚の表面との間に良好な界面接触を形成する。代替実施形態では、搭載パッド211は、患者の皮膚に糊付けされ得る。必要であれば、ゲルもまた、変換器アレイ115a,115bと患者の皮膚の表面との間の良好な界面接触を促進することに使用できる。
【0082】
1つの代替実施形態では、搭載パッド211は、半剛体要素、例えばゴム片であり得る。
【0083】
もう1つの代替実施形態では、搭載パッド211は、柔軟な素材、例えばテープで形成され得る。
【0084】
1つの代替実施形態では、搭載パッド211は、2つのパッド部分として設けることができる。この場合、各パッド部分は、複数の変換器アレイ215a,215bを支持する。
【0085】
異なる他の実施形態では、搭載パッド211は、真空の適用によって患者の皮膚に取り付けることができる。
【0086】
このシステムの制御ユニット219は、エミッタ及びレシーバアレイ215a,215bに動作可能に接続されて、配送装置の針がその間に挿入される骨構造体を画像化し、それから挿入経路を決定する。また、表示器ユニット220は、針の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、オペレータが針の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針の挿入経路を訂正できるようにする。
【0087】
1つの代替実施形態では、エミッタアレイ215aとレシーバアレイ215bのそれぞれは、搭載パッド211とは別の要素、例えば上述された第1の実施形態で使用された種類の画鋲型変換器要素内に収容され得る。
【0088】
制御ユニット219は、エミッタアレイ215aを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット221と、入力、この実施形態では超音波入力を、レシーバアレイ215bから受信する取得ユニット223と有する。この実施形態では、駆動ユニット221と取得ユニット223は、エミッタ及びレシーバアレイ215a,215bに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【0089】
この実施形態の駆動ユニット221は、駆動されると、エミッタアレイ215aを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、レシーバアレイ215bによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【0090】
この実施形態の取得ユニット223は、レシーバアレイ215bから受信された入力を3次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ/細かさは、変換器アレイ215a,215bの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【0091】
制御ユニット219は更に、取得ユニット223によって取得されて開又は閉表面に割り当てられたデータをモデル化するように繰り返し動作するモデル化ユニット227を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針を表す。この場合、B−パッチ等[2]の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針は、隣接する椎骨間に精密に挿入される必要がある。1つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【0092】
制御ユニット219は更に、1つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット229を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット227によってモデル化された針の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法[3−6]の分野では周知である。
【0093】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【0094】
表示器ユニット220は、針の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット229によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器231を有する。1つの実施形態の表示器231は、配送装置に搭載されて、オペレータが配送装置以外のものを見なければならないことを不要にする。
【0095】
この実施形態の表示器231は、可視的表示器、ここでは針の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるLEDを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【0096】
他の実施形態では、表示器231は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第1の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【0097】
異なる実施形態では、表示器231は、表示器を備えることができる。この表示器は、隣接する骨構造体間に挿入中の針のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与えるものである。
【0098】
この実施形態のシステムの動作は、上述された第1の実施形態に対するものと同じであって、配送装置の針は、搭載パッド211の開口212を通して挿入される。図16及び17は、患者の背中の脊柱より上に取り付けられた変換器アセンブリ200の平面図及び立面図を示し、また図18は患者の脊柱を通る長手方向断面図を示している。
【0099】
最後に、本発明はその好ましい実施形態について説明されてきたが、添付の請求の範囲によって規定される発明の範囲から逸脱することなく、多くの異なる仕方で変形できることが理解されるであろう。
【0100】
1つの変形例では、上述されたシステムは、配送装置の針を椎骨間に自動挿入するように変形することができる。この実施形態では、針の位置は、挿入配置及び接近角度の双方に関して、モータ制御式機構を使用して制御され得る。このモータ制御式機構としては、ラック・ピニオン式アクチュエータ、リードスクリュー式アクチュエータ、ボールスクリュー式アクチュエータ、ソレノイド式アクチュエータ、又はボイスコイル式アクチュエータがある。
【0101】
配送装置の針を進めるために全自動化システムを使用する場合、オペレータの役割は、障害物不在曲線を監視し、その曲線を、適切な入力手段を使用して、手動操作で変化させることである。例えば、オペレータは、障害物不在曲線を表すB−スプラインの制御点を、例えばマウス、キー入力、またはライトペンを使用して変化させることができる。追従されるべき障害物不在曲線をオペレータが決定すると、自動化システムは、その特定された経路に沿って針を移動させることに使用される。オペレータは、単純な押し釦で作動できる手動インターロックを使用して、針の移動をいつでも中断又は停止することができる。
【0102】
上述されたシステムのもう1つの変形例では、上述されたようなモータ制御式機構は、配送装置の針を進めるための手段として使用され得る。この場合、オペレータは、モータ制御式機構の運動の範囲全体にわたって完全に制御することができ、そしてジョイスティックやダイアル等のような好適な入力の手段を使用して、手動操作で機構の位置を変更することができる。この実施形態では、針は、オペレータからの入力を使用して進められる。これは、障害物不在曲線を入力として使用して、オペレータが手動操作で針を進めるときとほぼ同様である。
【0103】
自動化された針の進行に対する上述された構成において、気圧式又は水圧式アクチュエータが、モータや電磁式アクチュエータの代わりに使用できる。
【0104】
本発明は、上述された実施形態では硬膜外麻酔用に隣接する椎骨間に針を挿入することに関連して具体化されているが、骨のような硬い構造体の間の柔軟な身体物質、例えば組織、靱帯又は筋肉を通して長尺な物体を挿入することにも及ぶものであることが理解されるであろう。例えば、本発明は、胸郭を通して肺の中へ針を挿入することに使用できる。
【0105】
本発明は、超音波画像化の使用に関連して具体化されているが、高密度の構造体、特に骨と、挿入される物体の識別を可能にする他の画像化技術、例えばX線蛍光及び磁気共鳴画像化(MRI)を使用する同等の応用を与えるものである点も理解されるであろう。
【0106】
さらに、配送装置によって流体が配送される実施形態について、特に自動化されたシステムでは、流体の配送は、ドップラーセンサを使用して検出できる。
【0107】
[参考文献]
[1]米国特許第6572554号、6409673号、及び5902245号。
[2]マイケルE.モーテンセン、「幾何学的モデル化」、2版、ウイリー。
[3]E.ライモン及びD.E.コディチェック、「人工ポテンシャル機能を使用した確実なロボット航法」、IEEEロボット工学及び自動制御会報、8卷、501−518頁、1992年。
[4]Z.シラー及びS.デュボウスキー、「アクチュエータ、グリッパー及びペイロード制約のある障害物存在下のロボット操縦体に対する最適経路計画」、国際ロボット工学研究ジャーナル、8卷、6号、3−18頁、1989年12月。
[5]M.ニブ及びD.M.オースランダー、「障害物のあるロボットの最適制御」、1984年アメリカ制御会議の議事録、サンディエゴ、CA、280−287頁、1984年6月。
[6]R.ボルプ及びP.コースラ、「障害物回避用の楕円イソポテンシャル輪郭を有する人工ポテンシャル」、IEEE国際ロボット工学及び自動制御会議の議事録、1987年、180−185頁。
【図面の簡単な説明】
【0108】
【図1】配送装置の針をヒト患者の脊柱の椎骨間に挿入する場合に具体化された本発明の第1の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図2(a)】図1のシステムの変換器要素の斜視図を示す。
【図2(b)】図2(a)の変換器要素の平面図を示す。
【図2(c)】図2(a)の変換器要素の(図2(b)断面I−Iに沿った)第1の縦断面図を示す。
【図2(d)】図2(a)の変換器要素の(図2(b)断面II−IIに沿った)第2の縦断面図を示す。
【図3】患者の背中の平面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器要素の取付を示す。
【図4】図3に示された患者の背中を通る(断面III−IIIに沿った)縦断面図を示す。
【図5】隣接する椎骨間に針を挿入開始する時の患者の皮膚の表面における針の位置を示す。
【図6】隣接する椎骨間に針を挿入している間の針の再整列を示す。
【図7】隣接する椎骨間の硬膜上腔に完全に挿入された場合の針を示す。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図9】図8の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図10】本発明の第3の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図11】図10の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図12】本発明の第4の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図13】図12の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図14】本発明の第5の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図15】配送装置の針をヒト患者の脊柱の椎骨間に挿入するために具体化された本発明の第6の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図16】患者の背中の平面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器アセンブリの取付を示す。
【図17】患者の背中の立面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器アセンブリの取付を示す。
【図18】患者の脊柱を通る(図16の断面IV−IVに沿った)長手方向断面図を示す。
【技術分野】
【0001】
本発明は、骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の2つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内するためのシステム及び方法に関する。
【0002】
画像化技術、例えば超音波画像化[1]、X線蛍光画像化及び磁気共鳴画像化(MRI)技術は、特にヒト構造中の身体構造体を画像化することに時々使用されている。
【0003】
本発明の1つの目的は、そのような画像化技術の形態を利用することにあり、高度に修正された形態では、骨構造体、例えば硬膜外麻酔時の2つの隣接した椎骨のような硬い構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域、例えば体腔内へ、物体、特に長尺な物体、例えば針を案内することを可能にする。
【0004】
1つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用されるシステムを提供する。このシステムは、出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定するための経路決定ユニットと、物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示すための表示器ユニットとを備える。
【0005】
もう1つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内するためのシステムを提供する。このシステムは、出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、使用時にそれに従って物体が案内される障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定するための経路決定ユニットとを備える。
【0006】
異なる形態において、本発明は、変換器要素を提供する。この変換器要素は、身体の表面上に配置される本体要素と、本体要素から延び、使用時に身体に穴を開けてその中に配置されるように構成された突出要素と、突出要素内に配設される少なくとも1つの変換器アレイとを備える。
【0007】
更に異なる形態において、本発明は、本体及びそこから延びた長尺な物体を有する装置を搭載パッドに対し移動可能に結合するための結合アセンブリを提供する。この結合アセンブリは、装置の本体が接続されるコネクタと、搭載パッドに対する装置の移動を可能にするようにコネクタを搭載パッドに接続する柔軟な取付部材とを備える。
【0008】
更に別の異なる形態において、本発明は、身体の表面に取り付けるための変換器アセンブリを提供する。この変換器アセンブリは、物体を挿入可能な開口を有した搭載パッドと、少なくとも1つの変換器アレイとを備える。
【0009】
更にもう1つの形態において、本発明は、身体内に挿入される長尺な要素を提供する。この要素は、少なくとも1つの変換器アレイを備える。
【0010】
更に別のもう1つの形態において、本発明は、身体内に挿入される長尺な要素を提供する。この要素は、少なくとも1つのトランスポンダーを備える。
【0011】
更に別の異なる形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用される方法を提供する。この方法は、関心のある領域へ出力を放出する工程と、関心のある領域から入力を受信する工程と、受信された入力を取得する工程と、取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定する工程と、物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示す工程とを備える。
【0012】
更に別のもう1つの形態において、本発明は、構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内する方法を提供する。この方法は、関心のある領域へ出力を放出する工程と、関心のある領域から入力を受信する工程と、受信された入力を取得する工程と、取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で決定する工程と、物体を障害物不在経路に従って案内する工程とを備える。
【0013】
以下、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して、例としてのみ説明される。
【0014】
図1及び2は、本発明の第1の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【0015】
このシステムにおいて、少なくとも1つの変換器要素3は、少なくとも1つのエミッタアレイ5aと少なくとも1つのレシーバアレイ5b、この実施形態では超音波変換器アレイを有する。制御ユニット7は、エミッタ及びレシーバアレイ5a,5bに動作可能に接続されて、物体(この実施形態では針)がその間に挿入される骨構造体と、その間に挿入中の針を画像化し、それから挿入経路を決定する。表示器ユニット9は、針の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、ユーザが針の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針の挿入経路を訂正できるようにする。1つの実施形態において、制御及び表示器ユニット7,9は、一体的ユニットとして設けられる。
【0016】
このシステムの第1及び第2の変換器要素3a,3bは各々、エミッタアレイ5aとレシーバアレイ5bのそれぞれ1つを収容する。代替実施形態のシステムでは、単一の変換器要素3がエミッタアレイ5aとレシーバアレイ5bの双方を収容する。
【0017】
この実施形態の変換器要素3a,3bは、典型的にはプラスチック素材で形成された画鋲の形態を有する。画鋲の各々は、患者の皮膚の表面上に配置される本体15と、この本体15から延びて、使用時に関心のある骨構造体に近い患者の皮下肉質組織を貫通する鋭い突出部17とを有する。この実施形態の突出部17は、それぞれの変換器アレイ5a,5bを収容し、変換器アレイ5a,5bが関心のある骨構造体付近に配置されるようにして、画像化を改善する。変換器要素3a,3bを画鋲として設けることによって、特殊な糊やゲルの使用を必ずしも必要としない場合に、変換器要素3a,3bの固定が促進される。
【0018】
代替実施形態の変換器要素3a,3bは、典型的にはプラスチック素材で形成され、各々は、それぞれの変換器アレイ5a,5bを収容する本体15を備える。この本体15は、粘着テープ又は糊によって皮膚に接着され、そして随意にゲルを使用して本体15と皮膚表面との界面に気泡が発生することを防止する。
【0019】
制御ユニット7は、少なくとも1つのエミッタアレイ5aを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット21と、入力、この実施形態では超音波入力を、少なくとも1つのレシーバアレイ5bから受信する取得ユニット23と有する。この実施形態では、駆動ユニット21と取得ユニット23は、エミッタ及びレシーバアレイ5a,5bに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【0020】
この実施形態の駆動ユニット21は、駆動されると、少なくとも1つのエミッタアレイ5aを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、少なくとも1つのレシーバアレイ5bによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【0021】
この実施形態の取得ユニット23は、少なくとも1つのレシーバアレイ5bから受信された入力を3次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ/細かさは、変換器アレイ5a,5bの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【0022】
制御ユニット7は更に、取得ユニット23によって開又は閉表面に割り当てられたデータを繰り返しモデル化するモデル化ユニット27を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針を表す。この場合、B−パッチ等[2]の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針は、隣接する椎骨間に精密に挿入されて、硬膜上腔に到達する必要がある。1つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【0023】
制御ユニット7は更に、1つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット29を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット27によってモデル化された針の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法[3−6]の分野では周知である。
【0024】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【0025】
表示器ユニット9は、針の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット29によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器31を有する。1つの実施形態の表示器31は、配送装置に搭載されて、オペレータが配送装置以外のものを見なければならないことを不要にする。
【0026】
この実施形態の表示器31は、可視的表示器、ここでは針の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるLEDを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【0027】
他の実施形態では、表示器31は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第1の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【0028】
異なる実施形態では、表示器31は、隣接する骨構造体間に挿入中の針のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与える表示器を備えることができる。
【0029】
以下、添付図面の図3〜6を参照して、物体案内システムの動作が説明される。
【0030】
オペレータは、変換器要素3a,3bを患者の身体に、この実施形態では、椎骨V1,V2のそれぞれの側に取り付け、この間に、図3及び4に示されているように、硬膜外配送用に、針33が挿入される。この実施形態では、変換器要素3a,3bの本体15が患者の皮膚の表面に接するまで、変換器要素3a,3bの鋭い突出部17は、患者の皮膚中に押し込まれる。必要に応じて、穿孔部位を麻痺させることに局部麻酔が使用でき、また針は、患者の皮膚を事前に穿孔することに使用できる。
【0031】
オペレータは、それからシステムを作動し、モデル化ユニット27を使用して椎骨V1,V2と、存在する場合には、針33をモデル化すると共に、決定ユニット29を使用して障害物不在曲線を繰り返し決定する。
【0032】
システムの作動後に、オペレータは、針33の先端を皮膚の表面に配置し、そして図5に示されるように、針33を接近角度βで皮膚に挿入開始する。
【0033】
この実施形態では、針33の先端の配置が正しい場合、表示器31はLEDを緑色点滅光として照明することによって正しい位置を確認する。しかし、針33の先端の配置が障害物不在曲線によって規定される窓のエッジに近い場合、表示器31はLEDを黄色点滅光として照明することによって窓のエッジに接近していることを示す。また、針33の先端の配置が障害物不在曲線によって規定される窓の外にある場合、表示器31はLEDを赤色点滅光として照明することによって、この正しくない位置を示す。この場合、オペレータは、針が障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に配置されるまで、針33を再位置決めする。このことは緑色又は黄色点滅光の1つとして照明される表示器31のLEDによって表される。
【0034】
オペレータはそれから、針33を椎骨V1,V2間に挿入し続ける。
【0035】
針33の接近角度βが正しさを保ち、そして障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に良好に入る場合、表示器31はLEDを緑色点滅光として照明することによって正しい接近角度βを確認し、そしてオペレータは、針33の挿入を継続する。
【0036】
針33の接近角度βによって、針33が障害物不在曲線によって規定される窓のエッジに近くなる場合、表示器31はLEDを黄色点滅光として照明することによって窓のエッジに接近していることを示す。この場合、オペレータは、針33を挿入し続ける際に針33の位置を警戒する必要がある。
【0037】
針33の接近角度βが障害物不在曲線によって規定される窓の外にある場合、表示器31はLEDを赤色点滅光として照明して、この正しくない位置を示す。この場合、オペレータは、更に針33を挿入し続ける前に、針33が障害物不在曲線によって規定される窓の範囲内に配置されるまで、針33の接近角度βを修正する必要がある。このことは緑色又は黄色点滅光の1つとして照明される表示器31のLEDによって表される。この針33の接近角度βの修正は、任意の回数だけ繰り返される。例として、図6は、経路Aから経路Bを通り最後に経路Cに至る針33の接近角度βの修正を表している。このことにより、必要とされる椎骨V1,V2間への完全な挿入が可能になる。針33の接近角度βの修正に際し、オペレータは、針33の接近角度βを不連続なステップで、あるいは連続的に変化させることができる。連続的とは、実際には多数の非常に小さな不連続なステップに対応する。
【0038】
この処置に続いて、必要とされる空洞、この実施形態では図7に示されるように硬膜上腔に針33が挿入されるまで、針33の挿入は続く。
【0039】
図8及び9は、本発明の第2の実施形態に係る物体案内システムの配送装置41を示している。
【0040】
この実施形態のシステムは、上述された第1の実施形態のシステムと同様であるので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【0041】
この実施形態のシステムが上述された第1の実施形態のそれと異なるのは、修正された配送装置41を備える点である。
【0042】
配送装置41において、本体43は、流体室45を規定する。また、プランジャ47は、流体室45内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素49、この実施形態では針は、流体室45に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願PCT/GB2004/00338に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【0043】
この実施形態の少なくとも1つのレシーバアレイ5bは、別の変換器要素3b内に収容される代わりに、配送装置41の針49に、この実施形態では針49の遠端に配設され、接続リード51は、取得ユニット23との接続のために、針49に沿って外側へ通り抜けている。
【0044】
この実施形態の針49は積層構造であり、接続リード51は積層体の間を針49に沿って通り抜けている。
【0045】
代替実施形態では、代わりに、少なくとも1つのエミッタアレイ5aが針49に配設され得る。
【0046】
このシステムの動作は、上述された第1の実施形態のシステムに対するものと同じである。
【0047】
図10及び11は、本発明の第3の実施形態に係る物体案内システムの配送装置41を示している。
【0048】
この実施形態のシステムは、上述された第2の実施形態のシステムと非常に類似しているので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【0049】
この実施形態のシステムが上述された第2の実施形態のそれと異なるのは、エミッタ及びレシーバアレイ5a,5bの双方が、別々の変換器要素3a,3b内に収容される代わりに、配送装置41の針49に、この実施形態では針49の遠端に配設され、接続リード51,53が、駆動及び取得ユニット21,23のそれぞれとの接続のために、針49に沿って外側へ通り抜けている点である。
【0050】
図12及び13は、本発明の第4の実施形態に係る物体案内システムの配送装置41を示している。
【0051】
この実施形態のシステムは、上述された第1の実施形態のシステムと非常に類似しているので、不要な説明の重複を避けるために、同様の部分を同様の参照符号によって示しながら、違いだけが詳細に説明される。
【0052】
この実施形態のシステムが上述された第1の実施形態のそれと異なるのは、修正された配送装置41を備える点である。
【0053】
配送装置41において、本体43は、流体室45を規定する。また、プランジャ47は、流体室45内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素49、この実施形態では針は、流体室45に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願PCT/GB2004/00338に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【0054】
この実施形態の配送装置41の針49、この実施形態ではその遠端は、トランスポンダー55を有する。このトランスポンダーは、少なくとも1つのエミッタアレイ5aの出力によって作動されると、取得ユニット23の入力で容易に識別可能なサインを発生して、針49の先端位置が精密に決定され得るようにする。この場合、取得ユニット23によって取得される画像をモデル化して針49を識別し、その先端位置を決定することは、必要とされない。
【0055】
この実施形態のシステムの動作は、他の点では上述された第1の実施形態のシステムに対するものと同じである。
【0056】
図14は、本発明の第5の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【0057】
このシステムにおいて、変換器アセンブリ100は、患者の皮膚に取り付けられる。また、結合アセンブリ101は、配送装置102を変換器アセンブリ100に対し移動可能に結合し、変換器アセンブリ100に対する配送装置102の移動を容易に制御するためのものである。
【0058】
配送装置102において、本体103は、流体室105を規定する。また、プランジャ107は、流体室105内に摺動可能に配設されて、そこから流体を排斥するように動作可能である。さらに、長尺な筒状要素109、この実施形態では針は、流体室105に流体的に接続されている。そのような配送装置の実施形態は、出願人の先願PCT/GB2004/00338に開示されており、その内容は参照によりここに組み入れられる。
【0059】
変換器アセンブリ100の搭載パッド111は、患者の皮膚に取り付けられるもので、配送装置102の針109を挿入可能な開口112を有する。少なくとも1つの変換器アレイ115、この実施形態では少なくとも1つのエミッタアレイ115aと少なくとも1つのレシーバアレイ115b、この実施形態では超音波変換器アレイは、開口112を中心として搭載パッド111上に同心的に配設されている。
【0060】
この実施形態の搭載パッド111は、柔軟な重合体素材、例えばポリカーボネートで形成されている。この素材は、皮膚と変換器アレイ115a,115bとの間に空気不在の閉界面を確保するものである。ゲル、例えば好適な糊や粘着テープもまた、変換器アレイ115a,115bと患者の皮膚の表面との間の良好な界面接触を促進することに使用できる。
【0061】
結合アセンブリ101のコネクタ117は、配送装置102の本体103に固定的に接続されている。また、柔軟な取付部材118は、コネクタ117を搭載パッド111に接続して、配送装置102、従ってその針109を搭載パッド111に対し軸方向及び横方向の双方に移動可能にする。
【0062】
この実施形態の取付部材118は、典型的にはステンレス鋼のような金属や、ポリカーボネートのようなプラスチック素材で形成されたベローズ構造体を備える。このベローズ構造体は、搭載パッド111が患者の皮膚の定位置に固定されている状態で、軸方向に圧縮されると、配送装置102の針109の挿入を可能にし、また横方向に曲げられると、配送装置102の針109の接近角度を変更可能にする。
【0063】
代替実施形態のコネクタ117は、典型的にはステンレス鋼のような金属や、ポリカーボネートのようなプラスチック素材で形成されたハウジングを備えることができる。この場合、配送装置102の本体103は摺動可能であって、搭載パッド111に対する配送装置102の本体103、従ってその針109の軸方向移動を可能する。また、柔軟な取付部材118は、鞘を備えることができる。この鞘は、横方向移動を可能にして、搭載パッド111が患者の皮膚の定位置に固定されている状態で、配送装置102の針109の接近角度を変更可能にする。
【0064】
このシステムの制御ユニット109は、エミッタ及びレシーバアレイ115a,115bに動作可能に接続されて、配送装置102の針109がその間に挿入される骨構造体を画像化し、それから挿入経路を決定する。また、表示器ユニット120は、針109の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、オペレータが針109の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針109の挿入経路を訂正できるようにする。
【0065】
1つの代替実施形態では、少なくとも1つのエミッタアレイ115aと少なくとも1つのレシーバアレイ115bの一方又は双方は、搭載パッド103とは別の要素、例えば上述された第1の実施形態で使用された種類の画鋲型変換器要素内に収容され得る。
【0066】
もう1つの代替実施形態のシステムは、少なくとも1つのエミッタアレイ115aと少なくとも1つのレシーバアレイ115bの双方を収容する単一の変換器要素を備えることができる。
【0067】
1つの代替実施形態では、第1の実施形態に関連して上述されたように、変換器アレイ115a,115bは、粘着テープ又は糊で皮膚に接着された変換器要素内に収容され得る。この場合、随意にゲルを使用して皮膚表面との界面に気泡が発生することを防止することができる。
【0068】
制御ユニット119は、少なくとも1つのエミッタアレイ115aを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット121と、入力、この実施形態では超音波入力を、少なくとも1つのレシーバアレイ115bから受信する取得ユニット123と有する。この実施形態では、駆動ユニット121と取得ユニット123は、エミッタ及びレシーバアレイ115a,115bに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【0069】
この実施形態の駆動ユニット121は、駆動されると、少なくとも1つのエミッタアレイ115aを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、少なくとも1つのレシーバアレイ115bによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【0070】
この実施形態の取得ユニット123は、少なくとも1つのレシーバアレイ115bから受信された入力を3次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ/細かさは、変換器アレイ115a,115bの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【0071】
制御ユニット119は更に、取得ユニット123によって取得されて開又は閉表面に割り当てられたデータをモデル化するように繰り返し動作するモデル化ユニット127を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針109を表す。この場合、B−パッチ等[2]の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針109は、隣接する椎骨間に精密に挿入される必要がある。1つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【0072】
制御ユニット119は更に、1つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット129を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針109の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針109の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット127によってモデル化された針109の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法[3−6]の分野では周知である。
【0073】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針109を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【0074】
表示器ユニット120は、針109の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット129によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器131を有する。1つの実施形態の表示器131は、配送装置102に搭載されて、オペレータが配送装置102以外のものを見なければならないことを不要にする。
【0075】
この実施形態の表示器131は、可視的表示器、ここでは針109の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるLEDを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【0076】
他の実施形態では、表示器131は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第1の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【0077】
異なる実施形態では、表示器131は、表示器を備えることができる。この表示器は、隣接する骨構造体間に挿入中の針109のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与えるものである。
【0078】
この実施形態のシステムの動作は、上述された第1の実施形態に対するものと同じであって、結合アセンブリ101の柔軟な取付部材118は曲がって、変換器アセンブリ100の搭載パッド111に対する配送装置102、従ってその針109の軸方向及び横方向移動に適応する。
【0079】
図15は、本発明の第6の実施形態に係る物体案内システムを示している。
【0080】
このシステムの変換器アセンブリ200は、搭載パッド211を備える。この搭載パッドは、患者の皮膚に取り付けられるもので、開口212、この実施形態では長尺なスロットを有し、そこを通して配送装置の針が挿入される。この変換器アセンブリはまた、複数の変換器アレイ215、この実施形態では複数のエミッタアレイ215aと複数のレシーバアレイ215b、この実施形態では超音波変換器アレイを備える。これら変換器アレイは、搭載パッド211の開口212の互いに対向する側に配設されている。
【0081】
この実施形態の搭載パッド211は、剛体要素であって、ここでは重合体素材、例えばポリカーボネートで形成されたものである。この要素は、患者の皮膚に、ここでは粘着テープによって取り付けられ、変換器アレイ215a,215bと患者の皮膚の表面との間に良好な界面接触を形成する。代替実施形態では、搭載パッド211は、患者の皮膚に糊付けされ得る。必要であれば、ゲルもまた、変換器アレイ115a,115bと患者の皮膚の表面との間の良好な界面接触を促進することに使用できる。
【0082】
1つの代替実施形態では、搭載パッド211は、半剛体要素、例えばゴム片であり得る。
【0083】
もう1つの代替実施形態では、搭載パッド211は、柔軟な素材、例えばテープで形成され得る。
【0084】
1つの代替実施形態では、搭載パッド211は、2つのパッド部分として設けることができる。この場合、各パッド部分は、複数の変換器アレイ215a,215bを支持する。
【0085】
異なる他の実施形態では、搭載パッド211は、真空の適用によって患者の皮膚に取り付けることができる。
【0086】
このシステムの制御ユニット219は、エミッタ及びレシーバアレイ215a,215bに動作可能に接続されて、配送装置の針がその間に挿入される骨構造体を画像化し、それから挿入経路を決定する。また、表示器ユニット220は、針の挿入経路に関する情報をオペレータに示すためのもので、オペレータが針の挿入経路に関するフィードバックを受け、そして必要であれば、挿入中の針の挿入経路を訂正できるようにする。
【0087】
1つの代替実施形態では、エミッタアレイ215aとレシーバアレイ215bのそれぞれは、搭載パッド211とは別の要素、例えば上述された第1の実施形態で使用された種類の画鋲型変換器要素内に収容され得る。
【0088】
制御ユニット219は、エミッタアレイ215aを駆動して、出力、この実施形態では超音波出力を放出させるための駆動ユニット221と、入力、この実施形態では超音波入力を、レシーバアレイ215bから受信する取得ユニット223と有する。この実施形態では、駆動ユニット221と取得ユニット223は、エミッタ及びレシーバアレイ215a,215bに配線によって接続されているが、代替実施形態では、この接続はワイヤレスとされ得る。理解されるように、ワイヤレス通信は、システムの遠隔制御動作を可能にして、患者から数千マイル離れた遠隔地からのシステムの遠隔操作を可能にする。
【0089】
この実施形態の駆動ユニット221は、駆動されると、エミッタアレイ215aを駆動して、変化する位相の出力を放出させる。この出力は、レシーバアレイ215bによって受信された入力が、画像化された物質の異なる密度を示す画像を表すようにするものである。
【0090】
この実施形態の取得ユニット223は、レシーバアレイ215bから受信された入力を3次元グリッドとして格納し、そして所定の密度範囲内の密度を有するグリッドの区画を、それぞれの種類の物質、例えば骨、靱帯層、脂肪層等や、針に対応するものとして割り当てる。グリッドの分解能、即ち、グリッドの粗さ/細かさは、変換器アレイ215a,215bの感度、数及び配置を変更することによって変更され得る。
【0091】
制御ユニット219は更に、取得ユニット223によって取得されて開又は閉表面に割り当てられたデータをモデル化するように繰り返し動作するモデル化ユニット227を有する。この開又は閉表面の各々は、所定体積の同じ又は同様の密度を囲んで、骨、靱帯層、脂肪層等や、針を表す。この場合、B−パッチ等[2]の適切な表面生成法が使用される。硬膜外麻酔にとって、骨構造体は、隣接する椎骨であり、そして針は、隣接する椎骨間に精密に挿入される必要がある。1つの実施形態において、所定の近接表面だけの位置が必要とされる限り、以下で明らかにされるように、再モデル化は部分的にだけ必要とされる。
【0092】
制御ユニット219は更に、1つの曲線を決定するように繰り返し動作する経路決定ユニット229を有する。この曲線は、以下では障害物不在曲線と呼ばれ、モデル化された骨構造体間に針の挿入経路を規定する。この挿入経路は、針の挿入中に骨構造体から十分な隙間を維持する。この決定は、モデル化された骨構造体とモデル化ユニット227によってモデル化された針の現在位置とに基づいて計算される。この実施形態における計算は、ハードでリアルタイムに実施されるが、ソフトでリアルタイムに実施することもできる。そのような計算の方法は、障害物回避の分野や、ロボット工学、特に移動ロボット航法[3−6]の分野では周知である。
【0093】
多くの場合にとって、障害物不在曲線は、直線であろう。しかしながら、いくつかの場合に、直線的な移動線に沿って針を移動させることが可能でないこともある。この理由には、直線挿入を可能にする位置又は経路での挿入をオペレータが意図的に開始していないか、椎骨の幾何学的構造が直線挿入を許容していないか、挿入中に直線挿入を妨害するように患者が動いているか、が含まれる。
【0094】
表示器ユニット220は、針の現在挿入経路が正しいか否か、即ち経路決定ユニット229によって決定された障害物不在曲線によって規定される窓内にあるか否かを示す表示器231を有する。1つの実施形態の表示器231は、配送装置に搭載されて、オペレータが配送装置以外のものを見なければならないことを不要にする。
【0095】
この実施形態の表示器231は、可視的表示器、ここでは針の現在挿入経路の正しさに依存した色で照明される、即ち接近角度及び挿入位置の双方に関して照明されるLEDを備える。例えば、緑色点滅光は、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、黄色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、赤色点滅光は、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくない、即ち障害物不在曲線によって規定される窓の外にあることを表すことに使用される。
【0096】
他の実施形態では、表示器231は、代替的又は追加的に可聴式表示器を備えることができる。例えば、第1の周期を有する間欠的トーンは、良好な現在の接近角度及び/又は挿入位置を表すことに使用される。また、次第に短かくなる周期を有する間欠的トーンは、窓のエッジへの接近に関連して短くなる周期によって、現在の接近角度及び/又は挿入位置が障害物不在曲線によって規定される窓から外れそうであることを警告することに使用される。さらに、連続したトーンは、現在の接近角度及び/又は挿入位置が正しくないことを表すことに使用される。
【0097】
異なる実施形態では、表示器231は、表示器を備えることができる。この表示器は、隣接する骨構造体間に挿入中の針のモデル化された画像を表示して、追従されるべき経路の明瞭な図形的表現をオペレータに与えるものである。
【0098】
この実施形態のシステムの動作は、上述された第1の実施形態に対するものと同じであって、配送装置の針は、搭載パッド211の開口212を通して挿入される。図16及び17は、患者の背中の脊柱より上に取り付けられた変換器アセンブリ200の平面図及び立面図を示し、また図18は患者の脊柱を通る長手方向断面図を示している。
【0099】
最後に、本発明はその好ましい実施形態について説明されてきたが、添付の請求の範囲によって規定される発明の範囲から逸脱することなく、多くの異なる仕方で変形できることが理解されるであろう。
【0100】
1つの変形例では、上述されたシステムは、配送装置の針を椎骨間に自動挿入するように変形することができる。この実施形態では、針の位置は、挿入配置及び接近角度の双方に関して、モータ制御式機構を使用して制御され得る。このモータ制御式機構としては、ラック・ピニオン式アクチュエータ、リードスクリュー式アクチュエータ、ボールスクリュー式アクチュエータ、ソレノイド式アクチュエータ、又はボイスコイル式アクチュエータがある。
【0101】
配送装置の針を進めるために全自動化システムを使用する場合、オペレータの役割は、障害物不在曲線を監視し、その曲線を、適切な入力手段を使用して、手動操作で変化させることである。例えば、オペレータは、障害物不在曲線を表すB−スプラインの制御点を、例えばマウス、キー入力、またはライトペンを使用して変化させることができる。追従されるべき障害物不在曲線をオペレータが決定すると、自動化システムは、その特定された経路に沿って針を移動させることに使用される。オペレータは、単純な押し釦で作動できる手動インターロックを使用して、針の移動をいつでも中断又は停止することができる。
【0102】
上述されたシステムのもう1つの変形例では、上述されたようなモータ制御式機構は、配送装置の針を進めるための手段として使用され得る。この場合、オペレータは、モータ制御式機構の運動の範囲全体にわたって完全に制御することができ、そしてジョイスティックやダイアル等のような好適な入力の手段を使用して、手動操作で機構の位置を変更することができる。この実施形態では、針は、オペレータからの入力を使用して進められる。これは、障害物不在曲線を入力として使用して、オペレータが手動操作で針を進めるときとほぼ同様である。
【0103】
自動化された針の進行に対する上述された構成において、気圧式又は水圧式アクチュエータが、モータや電磁式アクチュエータの代わりに使用できる。
【0104】
本発明は、上述された実施形態では硬膜外麻酔用に隣接する椎骨間に針を挿入することに関連して具体化されているが、骨のような硬い構造体の間の柔軟な身体物質、例えば組織、靱帯又は筋肉を通して長尺な物体を挿入することにも及ぶものであることが理解されるであろう。例えば、本発明は、胸郭を通して肺の中へ針を挿入することに使用できる。
【0105】
本発明は、超音波画像化の使用に関連して具体化されているが、高密度の構造体、特に骨と、挿入される物体の識別を可能にする他の画像化技術、例えばX線蛍光及び磁気共鳴画像化(MRI)を使用する同等の応用を与えるものである点も理解されるであろう。
【0106】
さらに、配送装置によって流体が配送される実施形態について、特に自動化されたシステムでは、流体の配送は、ドップラーセンサを使用して検出できる。
【0107】
[参考文献]
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【図面の簡単な説明】
【0108】
【図1】配送装置の針をヒト患者の脊柱の椎骨間に挿入する場合に具体化された本発明の第1の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図2(a)】図1のシステムの変換器要素の斜視図を示す。
【図2(b)】図2(a)の変換器要素の平面図を示す。
【図2(c)】図2(a)の変換器要素の(図2(b)断面I−Iに沿った)第1の縦断面図を示す。
【図2(d)】図2(a)の変換器要素の(図2(b)断面II−IIに沿った)第2の縦断面図を示す。
【図3】患者の背中の平面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器要素の取付を示す。
【図4】図3に示された患者の背中を通る(断面III−IIIに沿った)縦断面図を示す。
【図5】隣接する椎骨間に針を挿入開始する時の患者の皮膚の表面における針の位置を示す。
【図6】隣接する椎骨間に針を挿入している間の針の再整列を示す。
【図7】隣接する椎骨間の硬膜上腔に完全に挿入された場合の針を示す。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図9】図8の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図10】本発明の第3の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図11】図10の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図12】本発明の第4の実施形態に係る物体案内システムの配送装置を通る長手方向断面図を示す。
【図13】図12の配送装置の針の先端の拡大断面図を示す。
【図14】本発明の第5の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図15】配送装置の針をヒト患者の脊柱の椎骨間に挿入するために具体化された本発明の第6の実施形態に係る物体案内システムを示す。
【図16】患者の背中の平面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器アセンブリの取付を示す。
【図17】患者の背中の立面図であって、患者の脊柱に隣接した変換器アセンブリの取付を示す。
【図18】患者の脊柱を通る(図16の断面IV−IVに沿った)長手方向断面図を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用されるシステムであって、
出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、
入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、
少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、
少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、
取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定するための経路決定ユニットと、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示すための表示器ユニットと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項2】
少なくとも1つのエミッタアレイは、超音波出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、超音波入力を受信するように構成されている請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
少なくとも1つのエミッタアレイは、X線出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、X線入力を受信するように構成されている請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
少なくとも1つのエミッタアレイは、NMR出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、NMR入力を受信するように構成されている請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
駆動ユニットは、少なくとも1つのエミッタアレイを駆動して、変化する位相の出力を放出させるように構成されている請求項1〜4のいずれかに記載のシステム。
【請求項6】
取得ユニットは、入力を3次元グリッドとして格納し、またグリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てるように構成されている請求項5に記載のシステム。
【請求項7】
経路決定ユニットは、障害物不在経路を決定するように繰り返し動作する請求項1〜6のいずれかに記載のシステム。
【請求項8】
表示器ユニットは、可視的表示をオペレータに与えるように構成されている請求項1〜7のいずれかに記載のシステム。
【請求項9】
表示器ユニットは、可聴性表示をオペレータに与えるように構成されている請求項1〜8のいずれかに記載のシステム。
【請求項10】
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、表示器ユニットは、第1の表示を与えるように構成されている請求項1〜9のいずれかに記載のシステム。
【請求項11】
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、表示器ユニットは、第2の表示を与えるように構成されている請求項10に記載のシステム。
【請求項12】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項1〜11のいずれかに記載のシステム。
【請求項13】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一の変換器要素に収容されている請求項1〜12のいずれかに記載のシステム。
【請求項14】
物体は、針であり、関心のある領域は、硬膜上腔であり、構造体は、骨構造体である請求項1〜13のいずれかに記載のシステム。
【請求項15】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内するためのシステムであって、
出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、
入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、
少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、
少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、
取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、
使用時に物体が案内されるのに従って、識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定するための経路決定ユニットと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項16】
少なくとも1つのエミッタアレイは、超音波出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、超音波入力を受信するように構成されている請求項15に記載のシステム。
【請求項17】
少なくとも1つのエミッタアレイは、X線出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、X線入力を受信するように構成されている請求項15に記載のシステム。
【請求項18】
少なくとも1つのエミッタアレイは、NMR出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、NMR入力を受信するように構成されている請求項15に記載のシステム。
【請求項19】
駆動ユニットは、少なくとも1つのエミッタアレイを駆動して、変化する位相の出力を放出させるように構成されている請求項15〜18のいずれかに記載のシステム。
【請求項20】
取得ユニットは、入力を3次元グリッドとして格納し、またグリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てるように構成されている請求項19に記載のシステム。
【請求項21】
経路決定ユニットは、障害物不在経路を決定するように繰り返し動作する請求項15〜20のいずれかに記載のシステム。
【請求項22】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項15〜21のいずれかに記載のシステム。
【請求項23】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一の変換器要素に収容されている請求項15〜22のいずれかに記載のシステム。
【請求項24】
物体は、針であり、関心のある領域は、硬膜上腔であり、構造体は、骨構造体である請求項15〜23のいずれかに記載のシステム。
【請求項25】
身体の表面上に配置される本体要素と、
本体要素から延び、使用時に身体に穴を開けてその中に配置されるように構成された突出要素と、
突出要素内に配設される少なくとも1つの変換器アレイと
を備えることを特徴とする変換器要素。
【請求項26】
少なくとも1つの変換器アレイは、少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイを備える請求項25に記載の変換器要素。
【請求項27】
変換器アレイは、少なくとも1つのエミッタアレイを備える請求項25に記載の変換器要素。
【請求項28】
変換器アレイは、少なくとも1つのレシーバアレイを備える請求項25に記載の変換器要素。
【請求項29】
本体及びそこから延びた長尺な物体を有する装置を搭載パッドに対し移動可能に結合するための結合アセンブリであって、
装置の本体が接続されるコネクタと、搭載パッドに対する装置の移動を可能にするようにコネクタを搭載パッドに接続する柔軟な取付部材とを備えることを特徴とする結合アセンブリ。
【請求項30】
取付部材は、搭載パッドに対する装置の軸方向及び横方向双方の制御された移動を促進するように構成されている請求項29に記載の結合アセンブリ。
【請求項31】
コネクタは、装置の本体に対し固定的に接続されている請求項30に記載の結合アセンブリ。
【請求項32】
コネクタは、装置の本体に対し摺動可能に接続されている請求項31に記載の結合アセンブリ。
【請求項33】
取付部材は、ベローズ構造体を備える請求項30〜32のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項34】
搭載パッドは、糊又は粘着テープによって、身体に対して取り付けるためのものである請求項29〜33のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項35】
搭載パッドは、剛体の本体を備える請求項29〜34のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項36】
搭載パッドは、半剛体の本体を備える請求項29〜34のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項37】
搭載パッドは、柔軟な本体を備える請求項29〜34のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項38】
変換器アセンブリを更に備え、この変換器アセンブリは、搭載パッドと、そこに搭載される少なくとも1つの変換器アレイとを有する請求項29〜37のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項39】
変換器アセンブリは、複数の変換器アレイを備える請求項38に記載の結合アセンブリ。
【請求項40】
身体の表面に取り付けるための変換器アセンブリであって、物体を挿入可能な開口を有した搭載パッドと、少なくとも1つの変換器アレイとを備えることを特徴とする変換器アセンブリ。
【請求項41】
複数の変換器アレイを備える請求項40に記載の変換器アセンブリ。
【請求項42】
開口は、長尺なスロットを備え、また複数の変換器アレイは、スロットに対向する側に配設されている請求項41に記載の変換器アセンブリ。
【請求項43】
搭載パッドは、糊又は粘着テープによって、身体に対して取り付けるためのものである請求項40〜42のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項44】
搭載パッドは、真空によって、身体に対して取り付けるためのものである請求項40〜43のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項45】
搭載パッドは、剛体の本体を備える請求項40〜44のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項46】
搭載パッドは、半剛体の本体を備える請求項40〜44のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項47】
搭載パッドは、柔軟な本体を備える請求項40〜44のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項48】
搭載パッドは、テープを備える請求項47に記載の変換器アセンブリ。
【請求項49】
身体内に挿入される長尺な要素であって、少なくとも1つの変換器アレイを備えることを特徴とする長尺な要素。
【請求項50】
要素は、少なくとも1つのエミッタアレイを包含している請求項49に記載の要素。
【請求項51】
要素は、少なくとも1つのレシーバアレイを包含している請求項49に記載の要素。
【請求項52】
要素は、複数の変換器アレイを包含している請求項49に記載の要素。
【請求項53】
要素は、少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイを包含している請求項52に記載の要素。
【請求項54】
少なくとも1つの変換器アレイは、要素の先端領域に配置されている請求項49〜53のいずれかに記載の要素。
【請求項55】
要素は、筒状要素、特に針を備える請求項49〜54のいずれかに記載の要素。
【請求項56】
身体内に挿入される長尺な要素であって、少なくとも1つのトランスポンダーを包含していることを特徴とする長尺な要素。
【請求項57】
少なくとも1つのトランスポンダーは、要素の先端領域に配置されている請求項56に記載の要素。
【請求項58】
要素は、筒状要素、特に針を備える請求項56又は57に記載の要素。
【請求項59】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用される方法であって、
関心のある領域へ出力を放出する工程と、
関心のある領域から入力を受信する工程と、
受信された入力を取得する工程と、
取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定する工程と、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示す工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項60】
出力は、超音波出力であり、入力は、超音波入力である請求項59に記載の方法。
【請求項61】
出力は、X線出力であり、入力は、X線入力である請求項59に記載の方法。
【請求項62】
出力は、NMR出力であり、入力は、NMR入力である請求項59に記載の方法。
【請求項63】
出力は、変化する位相を有する請求項59〜62のいずれかに記載の方法。
【請求項64】
取得する工程は、
入力を3次元グリッドとして格納する工程と、
グリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てる工程と
を備える請求項63に記載の方法。
【請求項65】
決定する工程は、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を繰り返し決定する工程を備える請求項59〜64のいずれかに記載の方法。
【請求項66】
示す工程は、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かを可視的にオペレータに示す工程を備える請求項59〜65のいずれかに記載の方法。
【請求項67】
示す工程は、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かを可聴的にオペレータに示す工程を備える請求項59〜66のいずれかに記載の方法。
【請求項68】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、第1の表示を与える工程を備える請求項59〜67のいずれかに記載の方法。
【請求項69】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、第2の表示を与える工程を備える請求項68に記載の方法。
【請求項70】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項59〜69のいずれかに記載の方法。
【請求項71】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内する方法であって、
関心のある領域へ出力を放出する工程と、
関心のある領域から入力を受信する工程と、
受信された入力を取得する工程と、
取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定する工程と、
物体を障害物不在経路に従って案内する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項72】
出力は、超音波出力であり、入力は、超音波入力である請求項71に記載の方法。
【請求項73】
出力は、X線出力であり、入力は、X線入力である請求項71に記載の方法。
【請求項74】
出力は、NMR出力であり、入力は、NMR入力である請求項71に記載の方法。
【請求項75】
出力は、変化する位相を有する請求項71〜74のいずれかに記載の方法。
【請求項76】
取得する工程は、
入力を3次元グリッドとして格納する工程と、
グリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てる工程と
を備える請求項75に記載の方法。
【請求項77】
決定する工程は、
障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で繰り返し決定する工程を備える請求項71〜76のいずれかに記載の方法。
【請求項78】
案内する工程は、
オペレータが物体を障害物不在経路に従って案内する工程と、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示して、オペレータが物体を障害物不在経路に従って案内できるようにする工程と
を備える請求項71〜77のいずれかに記載の方法。
【請求項79】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、第1の表示を与える工程を備える請求項78に記載の方法。
【請求項80】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、第2の表示を与える工程を備える請求項79に記載の方法。
【請求項81】
案内する工程は、
自動的に物体を障害物不在経路に従って案内する工程を備える請求項71〜77のいずれかに記載の方法。
【請求項82】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項71〜81のいずれかに記載の方法。
【請求項1】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用されるシステムであって、
出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、
入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、
少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、
少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、
取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定するための経路決定ユニットと、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示すための表示器ユニットと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項2】
少なくとも1つのエミッタアレイは、超音波出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、超音波入力を受信するように構成されている請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
少なくとも1つのエミッタアレイは、X線出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、X線入力を受信するように構成されている請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
少なくとも1つのエミッタアレイは、NMR出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、NMR入力を受信するように構成されている請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
駆動ユニットは、少なくとも1つのエミッタアレイを駆動して、変化する位相の出力を放出させるように構成されている請求項1〜4のいずれかに記載のシステム。
【請求項6】
取得ユニットは、入力を3次元グリッドとして格納し、またグリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てるように構成されている請求項5に記載のシステム。
【請求項7】
経路決定ユニットは、障害物不在経路を決定するように繰り返し動作する請求項1〜6のいずれかに記載のシステム。
【請求項8】
表示器ユニットは、可視的表示をオペレータに与えるように構成されている請求項1〜7のいずれかに記載のシステム。
【請求項9】
表示器ユニットは、可聴性表示をオペレータに与えるように構成されている請求項1〜8のいずれかに記載のシステム。
【請求項10】
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、表示器ユニットは、第1の表示を与えるように構成されている請求項1〜9のいずれかに記載のシステム。
【請求項11】
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、表示器ユニットは、第2の表示を与えるように構成されている請求項10に記載のシステム。
【請求項12】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項1〜11のいずれかに記載のシステム。
【請求項13】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一の変換器要素に収容されている請求項1〜12のいずれかに記載のシステム。
【請求項14】
物体は、針であり、関心のある領域は、硬膜上腔であり、構造体は、骨構造体である請求項1〜13のいずれかに記載のシステム。
【請求項15】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内するためのシステムであって、
出力を放出するための少なくとも1つのエミッタアレイと、
入力を受信するための少なくとも1つのレシーバアレイと、
少なくとも1つのエミッタアレイに動作可能に接続され、それを駆動して出力を放出させる駆動ユニットと、
少なくとも1つのレシーバアレイに動作可能に接続され、それによって受信された入力を取得する取得ユニットと、
取得ユニットによって取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別するためのモデル化ユニットと、
使用時に物体が案内されるのに従って、識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定するための経路決定ユニットと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項16】
少なくとも1つのエミッタアレイは、超音波出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、超音波入力を受信するように構成されている請求項15に記載のシステム。
【請求項17】
少なくとも1つのエミッタアレイは、X線出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、X線入力を受信するように構成されている請求項15に記載のシステム。
【請求項18】
少なくとも1つのエミッタアレイは、NMR出力を放出するように構成され、また少なくとも1つのレシーバアレイは、NMR入力を受信するように構成されている請求項15に記載のシステム。
【請求項19】
駆動ユニットは、少なくとも1つのエミッタアレイを駆動して、変化する位相の出力を放出させるように構成されている請求項15〜18のいずれかに記載のシステム。
【請求項20】
取得ユニットは、入力を3次元グリッドとして格納し、またグリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てるように構成されている請求項19に記載のシステム。
【請求項21】
経路決定ユニットは、障害物不在経路を決定するように繰り返し動作する請求項15〜20のいずれかに記載のシステム。
【請求項22】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項15〜21のいずれかに記載のシステム。
【請求項23】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一の変換器要素に収容されている請求項15〜22のいずれかに記載のシステム。
【請求項24】
物体は、針であり、関心のある領域は、硬膜上腔であり、構造体は、骨構造体である請求項15〜23のいずれかに記載のシステム。
【請求項25】
身体の表面上に配置される本体要素と、
本体要素から延び、使用時に身体に穴を開けてその中に配置されるように構成された突出要素と、
突出要素内に配設される少なくとも1つの変換器アレイと
を備えることを特徴とする変換器要素。
【請求項26】
少なくとも1つの変換器アレイは、少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイを備える請求項25に記載の変換器要素。
【請求項27】
変換器アレイは、少なくとも1つのエミッタアレイを備える請求項25に記載の変換器要素。
【請求項28】
変換器アレイは、少なくとも1つのレシーバアレイを備える請求項25に記載の変換器要素。
【請求項29】
本体及びそこから延びた長尺な物体を有する装置を搭載パッドに対し移動可能に結合するための結合アセンブリであって、
装置の本体が接続されるコネクタと、搭載パッドに対する装置の移動を可能にするようにコネクタを搭載パッドに接続する柔軟な取付部材とを備えることを特徴とする結合アセンブリ。
【請求項30】
取付部材は、搭載パッドに対する装置の軸方向及び横方向双方の制御された移動を促進するように構成されている請求項29に記載の結合アセンブリ。
【請求項31】
コネクタは、装置の本体に対し固定的に接続されている請求項30に記載の結合アセンブリ。
【請求項32】
コネクタは、装置の本体に対し摺動可能に接続されている請求項31に記載の結合アセンブリ。
【請求項33】
取付部材は、ベローズ構造体を備える請求項30〜32のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項34】
搭載パッドは、糊又は粘着テープによって、身体に対して取り付けるためのものである請求項29〜33のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項35】
搭載パッドは、剛体の本体を備える請求項29〜34のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項36】
搭載パッドは、半剛体の本体を備える請求項29〜34のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項37】
搭載パッドは、柔軟な本体を備える請求項29〜34のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項38】
変換器アセンブリを更に備え、この変換器アセンブリは、搭載パッドと、そこに搭載される少なくとも1つの変換器アレイとを有する請求項29〜37のいずれかに記載の結合アセンブリ。
【請求項39】
変換器アセンブリは、複数の変換器アレイを備える請求項38に記載の結合アセンブリ。
【請求項40】
身体の表面に取り付けるための変換器アセンブリであって、物体を挿入可能な開口を有した搭載パッドと、少なくとも1つの変換器アレイとを備えることを特徴とする変換器アセンブリ。
【請求項41】
複数の変換器アレイを備える請求項40に記載の変換器アセンブリ。
【請求項42】
開口は、長尺なスロットを備え、また複数の変換器アレイは、スロットに対向する側に配設されている請求項41に記載の変換器アセンブリ。
【請求項43】
搭載パッドは、糊又は粘着テープによって、身体に対して取り付けるためのものである請求項40〜42のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項44】
搭載パッドは、真空によって、身体に対して取り付けるためのものである請求項40〜43のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項45】
搭載パッドは、剛体の本体を備える請求項40〜44のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項46】
搭載パッドは、半剛体の本体を備える請求項40〜44のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項47】
搭載パッドは、柔軟な本体を備える請求項40〜44のいずれかに記載の変換器アセンブリ。
【請求項48】
搭載パッドは、テープを備える請求項47に記載の変換器アセンブリ。
【請求項49】
身体内に挿入される長尺な要素であって、少なくとも1つの変換器アレイを備えることを特徴とする長尺な要素。
【請求項50】
要素は、少なくとも1つのエミッタアレイを包含している請求項49に記載の要素。
【請求項51】
要素は、少なくとも1つのレシーバアレイを包含している請求項49に記載の要素。
【請求項52】
要素は、複数の変換器アレイを包含している請求項49に記載の要素。
【請求項53】
要素は、少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイを包含している請求項52に記載の要素。
【請求項54】
少なくとも1つの変換器アレイは、要素の先端領域に配置されている請求項49〜53のいずれかに記載の要素。
【請求項55】
要素は、筒状要素、特に針を備える請求項49〜54のいずれかに記載の要素。
【請求項56】
身体内に挿入される長尺な要素であって、少なくとも1つのトランスポンダーを包含していることを特徴とする長尺な要素。
【請求項57】
少なくとも1つのトランスポンダーは、要素の先端領域に配置されている請求項56に記載の要素。
【請求項58】
要素は、筒状要素、特に針を備える請求項56又は57に記載の要素。
【請求項59】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内することに使用される方法であって、
関心のある領域へ出力を放出する工程と、
関心のある領域から入力を受信する工程と、
受信された入力を取得する工程と、
取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定する工程と、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示す工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項60】
出力は、超音波出力であり、入力は、超音波入力である請求項59に記載の方法。
【請求項61】
出力は、X線出力であり、入力は、X線入力である請求項59に記載の方法。
【請求項62】
出力は、NMR出力であり、入力は、NMR入力である請求項59に記載の方法。
【請求項63】
出力は、変化する位相を有する請求項59〜62のいずれかに記載の方法。
【請求項64】
取得する工程は、
入力を3次元グリッドとして格納する工程と、
グリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てる工程と
を備える請求項63に記載の方法。
【請求項65】
決定する工程は、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を繰り返し決定する工程を備える請求項59〜64のいずれかに記載の方法。
【請求項66】
示す工程は、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かを可視的にオペレータに示す工程を備える請求項59〜65のいずれかに記載の方法。
【請求項67】
示す工程は、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かを可聴的にオペレータに示す工程を備える請求項59〜66のいずれかに記載の方法。
【請求項68】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、第1の表示を与える工程を備える請求項59〜67のいずれかに記載の方法。
【請求項69】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、第2の表示を与える工程を備える請求項68に記載の方法。
【請求項70】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項59〜69のいずれかに記載の方法。
【請求項71】
構造体の間を移動させることによって到達される関心のある領域内へ、物体、特に長尺な物体を案内する方法であって、
関心のある領域へ出力を放出する工程と、
関心のある領域から入力を受信する工程と、
受信された入力を取得する工程と、
取得された入力をモデル化して、構造体を物体の案内に対する障害物として識別する工程と、
識別された障害物構造体の間の障害物不在経路を決定する工程と、
物体を障害物不在経路に従って案内する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項72】
出力は、超音波出力であり、入力は、超音波入力である請求項71に記載の方法。
【請求項73】
出力は、X線出力であり、入力は、X線入力である請求項71に記載の方法。
【請求項74】
出力は、NMR出力であり、入力は、NMR入力である請求項71に記載の方法。
【請求項75】
出力は、変化する位相を有する請求項71〜74のいずれかに記載の方法。
【請求項76】
取得する工程は、
入力を3次元グリッドとして格納する工程と、
グリッドの区画を解釈された密度値に基づいて割り当てる工程と
を備える請求項75に記載の方法。
【請求項77】
決定する工程は、
障害物不在経路を、識別された障害物構造体間で繰り返し決定する工程を備える請求項71〜76のいずれかに記載の方法。
【請求項78】
案内する工程は、
オペレータが物体を障害物不在経路に従って案内する工程と、
物体が障害物不在経路に従って案内されているか否かをオペレータに示して、オペレータが物体を障害物不在経路に従って案内できるようにする工程と
を備える請求項71〜77のいずれかに記載の方法。
【請求項79】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、好ましくは所定の範囲内で、障害物不在経路によって規定される窓のエッジに近い場合、第1の表示を与える工程を備える請求項78に記載の方法。
【請求項80】
示す工程は、
物体のアプローチの位置及び/又は角度が、障害物不在経路によって規定される窓の外にある場合、第2の表示を与える工程を備える請求項79に記載の方法。
【請求項81】
案内する工程は、
自動的に物体を障害物不在経路に従って案内する工程を備える請求項71〜77のいずれかに記載の方法。
【請求項82】
少なくとも1つのエミッタアレイと少なくとも1つのレシーバアレイは、単一のアレイ要素に具備されている請求項71〜81のいずれかに記載の方法。
【図1】
【図2(a)】
【図2(b)】
【図2(c)】
【図2(d)】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2(a)】
【図2(b)】
【図2(c)】
【図2(d)】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公表番号】特表2008−508905(P2008−508905A)
【公表日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−523049(P2006−523049)
【出願日】平成16年8月9日(2004.8.9)
【国際出願番号】PCT/GB2004/003453
【国際公開番号】WO2005/016149
【国際公開日】平成17年2月24日(2005.2.24)
【出願人】(505283016)インディゴ オーブ インコーポレーテッド (2)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年8月9日(2004.8.9)
【国際出願番号】PCT/GB2004/003453
【国際公開番号】WO2005/016149
【国際公開日】平成17年2月24日(2005.2.24)
【出願人】(505283016)インディゴ オーブ インコーポレーテッド (2)
【Fターム(参考)】
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