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JP7646675B2 - 経皮的アクセスのための位置合わせ技術 - Google Patents

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JP7646675B2 JP2022540395A JP2022540395A JP7646675B2 JP 7646675 B2 JP7646675 B2 JP 7646675B2 JP 2022540395 A JP2022540395 A JP 2022540395A JP 2022540395 A JP2022540395 A JP 2022540395A JP 7646675 B2 JP7646675 B2 JP 7646675B2
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Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年１２月３１日に出願され、かつ「ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＰＥＲＣＵＴＡＮＥＯＵＳ ＡＣＣＥＳＳ」と題された米国仮出願第６２／９５６，０１９号の優先権を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
（発明の分野）
本発明は、医療処置の分野に関する。
様々な医療処置は、人体解剖学的構造を貫通して治療部位に到達するように構成された１つ又は２つ以上のデバイスの使用を伴う。ある特定の手術プロセスは、１つ又は２つ以上のデバイスを患者の皮膚及び他の解剖学的構造を通して挿入して治療部位に到達させ、尿路結石などの物体を患者から摘出することを伴い得る。
いくつかの実装形態では、本開示は、医療システムの制御回路によって、医療器具の少なくとも一部分の位置を示唆するセンサデータを受信することと、そのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、医療器具の向きを判定することと、患者の臓器内の標的場所を判定することと、その標的場所を含む平面を判定することと、を含む、方法に関する。本方法は、医療器具の向きに少なくとも部分的に基づいて、平面上の医療器具の投影位置を判定することと、平面上の投影位置と標的場所との間の第１の距離を示唆する１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、そのインターフェースデータに少なくとも部分的に基づいて１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することと、を更に含む。
いくつかの実施形態では、平面を判定することは、医療器具の進行方向が平面に対して垂直であるように平面を判定することを含む。本方法は、医療器具の進行方向が平面に対して垂直なままであるように、医療器具の向きが変化するときに平面の向きを更新することを更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、平面を判定することは、医療器具の遠位端と標的場所との間のラインを判定することと、そのラインが平面に対して垂直であるように平面を判定することと、を含む。本方法は、医療器具の向きが変化するときに平面の向きを維持することを更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、標的場所を判定することは、スコープからの追加のセンサデータに少なくとも部分的に基づく。更に、平面を判定することは、スコープの進行方向が平面に対して垂直であるように平面を判定することを含む。
いくつかの実施形態では、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することは、１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第１のインターフェース要素を、１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第２のインターフェース要素の中心から第２の距離に表示することを含む。第２の距離は、第１の距離、及び医療器具の先端と平面上の標的場所との間の挿入距離に少なくとも部分的に基づき得る。
いくつかの実施形態では、本方法は、医療器具の先端の標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示することと、その進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することであって、進行変化パラメータが医療器具の移動単位に対する進行インジケータの進行変化量を示唆する、設定することと、医療器具の先端が標的場所のより近くに移動していると判定することと、その医療器具の先端が標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、進行変化パラメータを第２の値に設定することと、を更に含む。第２の値は、第１の値よりも大きい、医療器具の移動単位に対する進行インジケータの進行変化量と関連付けることができる。
いくつかの実装形態では、本開示は、人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成されている医療器具からセンサデータを受信するように構成された通信インターフェースと、その通信インターフェースに通信可能に結合された制御回路と、を備える、医療システムに関する。制御回路は、センサデータに少なくとも部分的に基づいて、医療器具の向きを判定することと、人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、標的場所を含む平面を判定することと、医療器具の向きに少なくとも部分的に基づいて、平面上の医療器具の投影位置を判定することと、平面上の投影位置と標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を行うように構成されている。
いくつかの実施形態では、医療システムは、人体解剖学的構造の管腔を介して標的場所にアクセスするように構成された内視鏡を更に備える。内視鏡は、追加のセンサデータを通信インターフェースに提供するように構成されているセンサを含むことができる。制御回路は、追加のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて標的場所を判定するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具の進行方向が平面に対して垂直であるように平面を判定するように構成されている。制御回路は、医療器具の進行方向が平面に対して垂直のままであるように、医療器具の向きが変化するときに平面の向きを更新するように更に構成することができる。
いくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具の遠位端と標的場所との間のラインを判定し、そのラインが平面に対して垂直であるように平面を判定することによって、平面を判定するように構成されている。制御回路は、医療器具の向きが変化するときに平面の向きを維持するように更に構成することができる。
いくつかの実施形態では、医療システムは、信号を生成するように構成されているデバイスに結合されたロボットシステムを含み、センサデータは、信号に少なくとも部分的に基づいている。制御回路は、ロボットシステムの座標フレームに少なくとも部分的に基づいて医療器具の座標フレームを判定することと、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を、医療器具の座標フレームに対する医療器具の移動方向に相関する方向にインターフェース内で移動させるように更に構成することができる。
いくつかの実施形態では、制御回路は、位置変化パラメータを第１の値に設定し、医療器具が標的場所に近づくことを判定することと、位置変化パラメータを第２の値に設定することと、を行うように更に構成されている。位置変化パラメータは、医療器具の移動単位に対するインターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量を示唆することができる。第２の値は、第１の値よりも大きい、医療器具の移動単位に対するインターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量と関連付けることができる。
いくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具の標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示させることと、進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定し、医療器具が標的場所のより近くに移動していると判定することと、進行変化パラメータを第２の値に設定することと、を行うように更に構成されている。進行変化パラメータは、医療器具の移動単位に対する進行インジケータの進行変化量を示唆することができる。第２の値は、第１の値よりも大きい、医療器具の移動単位に対する進行インジケータの進行変化量と関連付けることができる。
いくつかの実装形態では、本開示は、コンピュータ実行可能命令を記憶する１つ又は２つ以上の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、そのコンピュータ実行可能命令が、制御回路によって実行されると、制御回路に、人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成されている医療器具の向きを判定することと、人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、その標的場所を含む平面を判定することと、医療器具の向きに少なくとも部分的に基づいて、平面上の医療器具の投影位置を判定することと、平面上の医療器具の投影位置と標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を含む動作を実行させる。
いくつかの実施形態では、医療器具の進行方向は、平面に対して垂直である。動作は、医療器具の進行方向が平面に対して垂直のままであるように、医療器具の向きが変化するときに平面の向きを更新することを更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、平面は、医療器具の遠位端と標的場所との間のラインに対して垂直である。動作は、医療器具の向きが変化するときに平面の向きを維持することを更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、動作は、１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第１のインターフェース要素を、１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第２のインターフェース要素の中心から第２の距離に表示することを更に含む。第２の距離は、第１の距離に少なくとも部分的に基づき得る。第２の距離は、更に、医療器具の先端と平面上の標的場所との間の挿入距離に少なくとも部分的に基づき得る。
いくつかの実施形態では、動作は、医療器具の標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示させることと、医療器具が１回目に第１の量だけ標的場所のより近くに移動することに少なくとも部分的に基づいて、進行インジケータを第２の量だけ更新することと、医療器具が２回目に第１の量だけ標的場所のより近くに移動することに少なくとも部分的に基づいて、第１の量よりも大きい第３の量だけ進行インジケータを更新することと、を更に含む。
いくつかの実施形態では、動作は、医療器具の環境に対する複数の区域を示唆する進行区域データを生成することと、第１のセンサデータ及び進行区域データに少なくとも部分的に基づいて、複数の区域の中から、医療器具が位置する区域を判定することと、その区域に少なくとも部分的に基づいて、医療器具の状態を判定することと、その状態の示唆を表示させることと、を更に含む。
いくつかの実装形態では、本開示は、医療システムの制御回路によって、患者内に経皮的に挿入されるように構成されている針から第１のセンサデータを受信することと、第１のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、制御回路によって、針の姿勢を判定することと、制御回路によって、患者の解剖学的管腔内に少なくとも部分的に配設されている内視鏡から第２のセンサデータを受信することと、第２のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、制御回路によって、患者の臓器内の標的場所を判定することと、制御回路によって、標的場所を含む平面を判定することと、針の姿勢に少なくとも部分的に基づいて、制御回路によって、平面上の針の投影位置を判定することと、平面上の投影位置と標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を含む方法に関する。
いくつかの実施形態では、本方法は、インターフェース内に１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することと、平面上に表された寸法とインターフェース上に表された寸法とのスケーリング比を識別することと、針が標的場所のより近くに移動していると判定することと、針が標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、スケーリング比を更新することと、を更に含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、位置変化パラメータを第１の値に設定することと、医療器具が標的場所のより近くに移動していると判定することと、医療器具が標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、位置変化パラメータを第２の値に設定することと、を更に含む。位置変化パラメータは、針の位置変化単位又は向き変化単位に対するインターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量を示唆することができる。第２の値は、第１の値よりも大きい、針の位置変化単位又は向き変化単位に対するインターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量と関連付けることができる。
いくつかの実施形態では、医療システムは、電磁場生成器に結合されたロボットアームを含み、第１のセンサデータは、電磁場生成器からの電磁場に少なくとも部分的に基づいている。本方法は、ロボットアームと関連付けられたロボットシステムのワールド座標フレームを判定することと、ワールド座標フレームにおいて針の姿勢を表すことと、ワールド座標フレームにおいて平面を表すことと、ワールド座標フレーム内の針の姿勢に少なくとも部分的に基づいて、ワールド座標フレームにおいて表される平面の標的座標フレームを判定することと、標的座標フレームに少なくとも部分的に基づいて針の座標フレームを判定することと、針の座標フレームに対する針の移動方向に相関する方向に１つ又は２つ以上のインターフェース要素を移動させることと、を更に含むことができる。
本開示を要約する目的で、ある特定の態様、利点、及びフィーチャーが記載されている。全てのかかる利点が、任意の特定の実施形態によって必ず達成され得るわけではないことを理解されたい。こうして、開示される実施形態は、本明細書に教示又は提案され得る他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示される１つの利点又は一群の利点を達成又は最適化する方法で実施することができる。
様々な実施形態が、例示目的のために添付の図面に描写されるが、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。加えて、異なる開示される実施形態の様々なフィーチャーを組み合わせて追加の実施形態を形成することができるが、それは、本開示の一部である。図面全体を通して、参照番号は、参照要素間の対応を示唆するために再利用され得る。
１つ又は２つ以上の実施形態による、本明細書で考察される技術を実装するように構成された医療システムの実施形態を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の位置及び／又は向きに関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、患者内にスコープを挿入するのを支援するように配列された図１の医療システムの上面図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、患者内のスコープをナビゲートするように配列された図１の医療システムの上面図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、患者内に針を挿入するのを支援するように配列された図１の医療システムの上面図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、標的軌道に対する医療器具の位置合わせを判定し、かつその位置合わせに関する情報を提示するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の向きに関する情報を提示するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の標的場所への近接に関する情報を提示するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、器具－位置合わせ要素と関連付けられた位置変化パラメータを設定及び／又は更新するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、図１のロボットシステムの例示的な詳細を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、図１の制御システムの例示的な詳細を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに固定されたままである表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに固定されたままである表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに固定されたままである表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする別の例を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする別の例を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする別の例を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする更なる例を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする更なる例を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の姿勢が変化するときに更新する表現／平面上に医療器具の姿勢をマッピングする更なる例を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の移動をインターフェース内のインターフェース要素の移動に相関させるために１つ又は２つ以上の座標フレームを確立するための例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、インターフェースのための例示的なアダプティブ標的化技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の挿入距離に基づいて標的平面をスケーリングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の挿入距離に基づいて標的平面をスケーリングする例示的な技術を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の標的場所までの距離に対する標的平面のスケーリングの例示的なグラフを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、ユーザが医療器具をナビゲートするのを支援するためにインターフェースを介して提供され得る例示的な解剖学的視覚化を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の状態を判定するために実装／生成され得る例示的な区域を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、標的場所までの医療器具の距離に対する進行率の例示的なグラフを例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、平面上の医療器具の投影位置と平面上の標的場所との間の距離を示唆するデータを生成するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の移動単位に対する示唆される進行量を更新するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の向き変化単位／移動変化単位に対するインターフェース要素の位置変化量を示唆する位置変化パラメータを更新するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、インターフェースに対する平面のスケーリング比を更新するためのプロセスの例示的なフロー図である。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の座標フレームを判定し、及び／又はインターフェース要素の移動を医療器具の移動に相関させるためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。 １つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具が位置する区域に基づいて医療器具の状態を判定するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。
本明細書で提供される進行方向は、便宜的なものに過ぎず、必ずしも開示の範囲又は意味に影響を及ぼすものではない。ある特定の好ましい実施形態及び実施例が以下に開示されるが、主題は、具体的に開示される実施形態を超えて他の代替的な実施形態及び／又は使用並びにそれらの改変及び等価物にまで及ぶ。そのため、本明細書から生じ得る特許請求の範囲は、以下に記載される特定の実施形態のいずれによっても限定されない。例えば、本明細書に開示される任意の方法又はプロセスにおいて、方法又はプロセスの行為又は動作は、任意の適切なシーケンスで実行され得、必ずしも任意の特定の開示されたシーケンスに限定されない。様々な動作は、ある特定の実施形態を理解するのに役立ち得る方法で、複数の別個の動作として記載され得る。しかしながら、記載の順序は、これらの動作が順序依存であることを意味すると解釈されるべきではない。加えて、本明細書に記載される構造、システム、及び／又はデバイスは、一体化された構成要素として、又は別個の構成要素として具現化され得る。様々な実施形態を比較する目的で、これらの実施形態のある特定の態様及び利点が記載される。かかる態様又は利点が全て、任意の特定の実施形態によって必ずしも達成されるわけではない。そのため、例えば、様々な実施形態は、本明細書で教示又は提案され得る他の態様又は利点を必ずしも達成することなく、本明細書に教示される１つの利点又は一群の利点を達成又は最適化する方法で実施され得る。
場所というある特定の標準的な解剖学的用語は、本明細書において、好ましい実施形態に関して、動物、すなわちヒトの解剖学的構造を指すために使用され得る。「外側」、「内側」、「上側」、「下側」、「下方」、「上方」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、及び同様の用語など、ある特定の空間的に相対的な用語は、本明細書では、１つのデバイス／要素又は解剖学的構造と別のデバイス／要素又は解剖学的構造との空間的関係を記述するために使用されるが、これらの用語は、図面に例示されるように、要素／構造の位置関係を記述するために本明細書で使用されることが理解される。空間的に相対的な用語は、図面に描写される向きに加えて、使用又は動作における、要素／構造の異なる向きを包含することが意図されていることを理解されたい。例えば、別の要素／構造の「上方に」と記載される要素／構造は、対象患者又は要素／構造の代替的な向きに対してかかる他の要素／構造の下又は横にある位置を表し得、その逆も同様である。
概論
本開示は、人体解剖学的構造内の場所への経皮的アクセスのために医療器具を位置合わせさせる際に医師又は他のユーザを支援するためのシステム、デバイス、及び方法に関する。本開示のある特定の態様は、腎石の除去／治療処置などの腎臓、泌尿器、及び／又は神経学的な処置の文脈において本明細書で詳細に記載されるが、かかる文脈は、便宜上及び明確化のために提供され、本明細書に開示される概念は、任意の適切な医療処置に適用可能であることを理解されたい。しかしながら、上述のように、腎臓／泌尿の解剖学的構造並びに関連する医学的問題及び処置の記載が、本明細書に開示される概念の記載を補助するために以下に提示される。
尿路結石症とするときに知られる腎石疾患は、「腎石」、「尿結石」、「腎結石」、「腎臓結石」、又は「腎結石症」と称される、物質の固体片の尿路における形成を伴う比較的一般的な医学的状態である。尿結石は、腎臓、尿管、及び膀胱内に形成及び／又は見出され得る（「膀胱結石」と称される）。かかる尿結石は、ミネラルが濃縮した結果として形成され、尿管又は尿道を通る尿の流れを妨げるのに十分な大きさに達すると、著しい腹痛を引き起こし得る。尿結石は、カルシウム、マグネシウム、アンモニア、尿酸、システイン、又は他の化合物から形成され得る。
膀胱及び尿管から尿結石を除去するために、外科医は、一般に、尿管鏡を尿道を通して尿路内へ挿入することができる。典型的には、尿管鏡は、尿路の視覚化を可能にするように構成された内視鏡をそれの遠位端に含む。尿管鏡はまた、尿結石を取り込み又は破砕するための結石摘出機構を含み得る。尿管鏡処置中、１人の医師／技術者が、尿管鏡の位置を制御することができ、別の他の医師／技術者が、結石摘出機構を制御することができる。
腎臓から比較的大きな結石（すなわち、「腎石」）を除去するために、医師は、皮膚を通して腎孟尿管鏡を挿入して結石を破砕及び／又は除去することを含む経皮的腎結石摘出（percutaneous nephrolithotomy、「ＰＣＮＬ」）技術を使用することができる。腎石の位置を定めることは、腎孟尿管鏡の挿入のために標的を提供するために蛍光透視法を使用して達成され得る。しかしながら、蛍光透視法は、蛍光鏡自体のコスト、並びに蛍光鏡を操作する技術者のコストのために、腎結石摘出処置のコストを増加させる。蛍光透視法はまた、患者を長期間にわたって放射線にさらす。蛍光透視法を用いても、腎石にアクセスするために経皮的切開を正確に行うことは困難であり、望ましくないほど不正確であり得る。更に、いくつかの腎結石摘出技術は、２日間又は３日間の入院を伴う。要約すると、ある特定の腎結石摘出技術は、比較的高価であり、患者にとって問題となり得る。
いくつかの実装形態では、本開示は、人体解剖学的構造内の標的場所への経皮的アクセスのために医療器具を位置合わせすることを支援するための例示的な技術及びシステムに関する。例えば、医療処置を実行するために、医師又は他のユーザは、腎臓内に位置する腎石を除去するためなど、患者内の標的場所にアクセスするために医療器具を使用することができる。標的場所は、腎臓内の所望の乳頭又は他の場所など、医療器具が患者の解剖学的構造にアクセスするための所望の場所を表することができる。本明細書で考察される技術及びシステムは、医師又は他のユーザが、医療器具を適切な向きに位置合わせし及び／又は医療器具を患者内に挿入して標的場所に到達させるのを支援するために、医療器具の向き／位置に関する情報を提供することができる。例えば、本技術及びシステムは、標的軌道／姿勢に対する医療器具の現在の向きを示唆する視覚的表現、医療器具の標的場所への近接を示唆する視覚的表現、並びに／又は医療器具及び／若しくは処置に関する他の情報を提供することができる。標的軌道は、患者の皮膚上の位置などから、患者の入口点から標的場所にアクセスするための所望の経路を表することができる。かかる情報を提供することにより、医師又は他のユーザは、医療器具を正確に操縦／操作して標的場所に到達させ、患者の解剖学的構造への損傷を最小限に抑える方法で医療処置を実行することができる。
多くの実施形態では、本技術及びシステムは、皮膚、粘膜、及び／又は他の身体層の穿刺及び／又は切開を行うことによって、標的場所へのアクセスが得られる任意の処置を含み得る、経皮的処置の文脈で考察される。しかしながら、本技術及びシステムは、例えば、低侵襲処置（例えば、腹腔鏡検査）、非侵襲的処置（例えば、内視鏡検査）、療法処置、診断処置、経皮的処置、非経皮的処置、又は他のタイプの処置を含む、任意の医療処置の文脈において実装され得ることを理解されたい。内視鏡処置は、気管支鏡検査、尿管鏡検査、胃鏡検査、腎孟尿管鏡検査、腎結石摘出などを含み得る。いくつかの実施形態では、腹腔鏡処置又は別の処置の文脈において、本技術及びシステムは、ポート配置を誘導するためなど、第１の医療器具を第２の医療器具／解剖学的位置に位置合わせするために（例えば、第１のトロカールを第２のトロカール／解剖学的位置に位置合わせするために）使用され得る。更に、いくつかの実施形態では、診断処置の文脈において、本技術及びシステムは、電磁センサを装備した超音波プローブを解剖学的標的に位置合わせさせるために、又は三次元（three-dimensional、３Ｄ）腎臓解剖学的構造などの解剖学的構造を再構築するようにユーザを一組の標的向きに誘導するために使用され得る。更に、いくつかの実施形態では、内視鏡処置の文脈において、本技術及びシステムは、腫瘍の場所などのマーク付けされた場所で生検を実行しながら、気管支鏡の位置を誘導するために使用され得る。
医療システム
図１は、本開示の態様による、様々な医療処置を実行するための例示的な医療システム１００を例示する。医療システム１００は、患者１３０に対して処置を実行するために、医療器具１２０と係合し及び／又はそれを制御するように構成されたロボットシステム１１０を含む。医療システム１００はまた、ロボットシステム１１０とインターフェース接続し、処置に関する情報を提供し、及び／又は様々な他の動作を実行するように構成された制御システム１４０を含む。例えば、制御システム１４０は、医師１６０を支援するために、ある特定の情報を提示するディスプレイ１４２を含み得る。医療システム１００は、患者１３０を保持するように構成されたテーブル１５０を含み得る。システム１００は、ロボットシステム１１０の１つ又は２つ以上のロボットアーム１１２によって保持され得るか、又は独立型デバイスであり得る電磁（electromagnetic、ＥＭ）場発生器１８０を更に含み得る。実施例では、医療システム１００はまた、Ｃアームに一体化され、及び／又は蛍光透視方タイプの処置などの処置中に撮像を提供するように構成され得る撮像デバイス１９０を含み得る。図１に示されているが、いくつかの実施形態では、撮像デバイス１９０は省かれる。
いくつかの実装形態では、医療システム１００は、経皮的処置を実行するために使用され得る。例えば、患者１３０が、尿路を通して除去するには大きすぎる腎石を有する場合、医師１６０は、患者１３０上の経皮的アクセス点を通して腎石を除去するための処置を実行することができる。例示するために、医師１６０は、制御システム１４０と対話して、ロボットシステム１１０を制御し、医療器具１２０（例えば、スコープ）を尿道から膀胱を通して尿管を上昇し、結石が位置する腎臓内に前進させナビゲートすることができる。制御システム１４０は、医師１６０が医療器具１２０をナビゲートするのを支援するために、それを用いて取り込まれたリアルタイム画像など、医療器具１２０に関する情報をディスプレイ１４２を介して提供することができる。
腎石の（例えば、腎臓の杯内の）部位に到達すると、医療器具１２０を使用して、腎臓に経皮的にアクセスするために、医療器具１７０の標的場所（例えば、腎臓にアクセスするための所望の点）を指定／タグ付けすることができる。腎臓及び／又はその周囲の解剖学的構造への損傷を最小限に抑えるために、医師１６０は、医療器具１７０で腎臓内に進入するための標的場所として特定の乳頭を指定することができる。ただし、他の標的場所が指定又は判定され得る。医師が特定の乳頭を通して医療器具１７０を患者１３０に挿入するのを支援するために、制御システム１４０は、標的軌道（例えば、所望のアクセス経路）に対する医療器具１７０の向きの位置合わせを示唆する視覚化、例えば、医療器具１７０を標的場所に向かって挿入する進行を示唆する視覚化、及び／又は他の情報を含み得る器具位置合わせインターフェース１４４を提供することができる。医療器具１７０が標的場所に到達すると、医師１６０は、医療器具１７０及び／又は別の医療器具を使用して、経皮的アクセス点などを通して、患者１３０から腎石を摘出することができる。
上記の経皮的処置及び／又は他の処置は、医療器具１２０を使用する文脈で考察されているが、いくつかの実装形態では、経皮的処置が医療器具１２０の支援を伴わずに実行され得る。更に、医療システム１００は、様々な他の処置を実行するために使用され得る。
更に、多くの実施形態では、医師１６０が医療器具１７０を使用すると記述されているが、医療器具１７０は、代替的に、医療システム１００の構成要素によって使用され得る。例えば、医療器具１７０は、ロボットシステム１１０（例えば、１つ又は２つ以上のロボットアーム１１２）によって保持／操作され得、本明細書で考察される技術は、医療器具１７０を適切な向きに挿入して標的場所に到達させるためにロボットシステム１１０を制御するように実装され得る。
図１の実施例では、医療器具１２０は、スコープとして実装され、医療器具１７０は、針として実装される。こうして、考察を容易にするために、医療器具１２０は、「スコープ１２０」又は「管腔ベースの医療器具１２０」と称され、医療器具１７０は、「針１７０」又は「経皮的医療器具１７０」と称される。しかしながら、医療器具１２０及び医療器具１７０は各々、例えば、スコープ（「内視鏡」と称されることもある）、針、カテーテル、ガイドワイヤ、腎石砕石器、バスケット回収デバイス、鉗子、バキューム、針、メス、針ホルダ、マイクロ切開器具、ステープルアプライヤ、タッカ、吸引／灌注ツール、クリップアプライヤなどを含む、適切なタイプの医療器具として実装され得る。いくつかの実施形態では、医療器具は、操縦可能デバイスであるが、他の実施形態では、医療器具は非操縦可能デバイスである。いくつかの実施形態では、外科用ツールは、針、メス、ガイドワイヤなどの人体解剖学的構造を穿刺するか又は人体解剖学的構造を通して挿入されるように構成されているデバイスを指す。しかしながら、外科用ツールは、他のタイプの医療器具を指すことができる。
いくつかの実施形態では、スコープ１２０及び／又は針１７０などの医療器具は、別のデバイスに送信され得るセンサデータを生成するように構成されているセンサを含む。実施例では、センサデータは、医療器具の場所／向きを示唆することができ、及び／又は医療器具の場所／向きを判定するために使用され得る。例えば、センサは、導電性材料のコイルを有する電磁（ＥＭ）センサを含み得る。ここで、ＥＭ場発生器１８０などのＥＭ場発生器は、医療器具上のＥＭセンサによって検出されるＥＭ場を提供することができる。磁場は、ＥＭセンサのセンサコイル内に小電流を誘導することができ、この小電流を分析して、ＥＭセンサとＥＭ場生成器との間の距離及び角度を判定することができる。更に、医療器具は、カメラ、範囲センサ、レーダデバイス、形状検知ファイバ、加速度計、ジャイロスコープ、加速度計、衛星ベースの測位センサ（例えば、地球測位システム（global positioning system、ＧＰＳ））、無線周波数トランシーバなどのセンサデータを生成するように構成された他のタイプのセンサを含み得る。いくつかの実施形態では、センサは、医療器具の遠位端上に位置決めされるが、他の実施形態では、センサは、医療器具上の別の場所に位置決めされる。いくつかの実施形態では、医療器具上のセンサは、センサデータを制御システム１４０に提供することができ、制御システム１４０は、医療器具の位置及び／又は向きを判定／追跡するために１つ又は２つ以上の位置特定技術を実行することができる。
「スコープ」又は「内視鏡」という用語は、本明細書では、それらの広義及び通常の意味に従って使用され、画像生成、視認、及び／又は取り込み機能性を有し、身体の任意のタイプの臓器、腔、管腔、室、及び／又は隙に導入されるように構成された任意のタイプの細長い医療器具を指すことができる。例えば、本明細書におけるスコープ又は内視鏡への言及は、（例えば、尿路にアクセスするための）尿管鏡、腹腔鏡、（例えば、腎臓にアクセスするための）腎孟尿管鏡、（例えば、気管支などの気道にアクセスするための）気管支鏡、（例えば、結腸にアクセスするための）結腸鏡、（例えば、関節にアクセスするための）関節鏡、（例えば、膀胱にアクセスするための）膀胱鏡、ボアスコープなどを指すことができる。
スコープは、解剖学的構造の画像を取り込むために患者の解剖学的構造内に挿入されるように構成されているチューブ状及び／又は可撓性の医療器具を備え得る。いくつかの実施形態では、スコープは、光学アセンブリ及びスコープの遠位端との間で信号を転送するために、ワイヤ及び／又は光ファイバを収容することができ、スコープは、光学カメラなどの撮像デバイスを含み得る。カメラ／撮像デバイスは、肝臓の標的腎杯／乳頭などの内部解剖学的空間の画像を取り込むために使用され得る。スコープは、発光ダイオードなどの近位に位置する光源からスコープの遠位端まで光を搬送するために光ファイバを収容するように更に構成され得る。スコープの遠位端は、カメラ／撮像デバイスを使用するときに解剖学的空間を照明するための光源用のポートを含み得る。いくつかの実施形態では、スコープは、ロボットシステム１１０などのロボットシステムによって制御されるように構成されている。撮像デバイスは、光ファイバ、ファイバアレイ、及び／又はレンズを備え得る。光学構成要素は、スコープの先端部と共に移動することができるため、スコープの先端部の移動が撮像装置によって取り込まれた画像に変化をもたらす。
スコープは、スコープの少なくとも遠位側部分などに対して関節運動可能であり得るため、スコープは、人体解剖学的構造内で操縦され得る。いくつかの実施形態では、スコープは、例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標移動、並びにピッチ、ヨー、及びロールを含む、例えば、５又は６自由度で関節運動されるように構成されている。スコープの位置センサは、同様に、それらが作成／提供する位置情報に関して同様の自由度を有することができる。スコープは、内側リーダ部分及び外側シース部分などの伸縮部品を含み得、これら伸縮部品は、スコープを伸縮自在に延伸するように操作され得る。スコープは、いくつかの事例では、剛性又は可撓性チューブを備え得、外側シース、カテーテル、導入器、又は他の管腔型デバイス内を通過するように寸法決めされ得るか、又はかかるデバイスを伴わずに使用され得る。いくつかの実施形態では、スコープは、スコープの遠位端において動作区域に対し、医療器具（例えば、砕石器、バスケットデバイス、鉗子など）、灌注、及び／又は吸引を展開するための作業チャネルを含む。
ロボットシステム１１０は、医療処置の遂行を少なくとも部分的に容易にするように構成され得る。ロボットシステム１１０は、特定の処置に応じて様々な方法で配列され得る。ロボットシステム１１０は、処置を実行するためにスコープ１２０と係合し、及び／又はそれを制御するように構成された１つ又は２つ以上のロボットアーム１１２を含み得る。示されるように、各ロボットアーム１１２は、ジョイントに結合された複数のアームセグメントを含み得、これにより、複数の移動度が提供され得る。図１の実施例では、ロボットシステム１１０は、患者１３０の脚に近接して位置決めされ、ロボットアーム１１２は、患者１３０の尿道などのアクセス点へのアクセスのために、スコープ１２０と係合して位置決めするように作動される。ロボットシステム１１０が適切に位置決めされると、スコープ１２０は、ロボットアーム１１２を使用してロボット的に、医師１６０によって手動で、又はそれらの組み合わせで患者１３０に挿入され得る。ロボットアーム１１２はまた、ＥＭ場発生器１８０に接続され得、これは患者１３０の腎臓に近接範囲内など、治療部位の近くに位置決めされ得る。
ロボットシステム１１０はまた、１つ又は２つ以上のロボットアーム１１２に結合された支持構造１１４を含み得る。支持構造１１４は、制御電子機器／回路、１つ又は２つ以上の電源、１つ又は２つ以上の空気圧、１つ又は２つ以上の光源、１つ又は２つ以上のアクチュエータ（例えば、１つ又は２つ以上のロボットアーム１１２を移動させるモータ）、メモリ／データ記憶装置、及び／又は１つ又は２つ以上の通信インターフェースを含み得る。いくつかの実施形態では、支持構造１１４は、ロボットシステム１１０を制御するためのユーザ入力などの入力を受信することと、及び／又はグラフィカルユーザインターフェース（graphical user interface、ＧＵＩ）、ロボットシステム１１０に関する情報、処置に関する情報などの出力を提供することと、を行うように構成された入力／出力（input/output、Ｉ／Ｏ）デバイス１１６を含む。Ｉ／Ｏデバイス１１６は、ディスプレイ、タッチスクリーン、タッチパッド、プロジェクタ、マウス、キーボード、マイクロフォン、スピーカなどを含み得る。いくつかの実施形態では、ロボットシステム１１０は、移動可能である（例えば、支持構造１１４は、ホイールを含む）ため、ロボットシステム１１０は、処置に適切な又は所望される場所に位置決めされ得る。他の実施形態では、ロボットシステム１１０は、固定システムである。更に、いくつかの実施形態では、ロボットシステム１１２は、テーブル１５０に一体化されている。
ロボットシステム１１０は、制御システム１４０、テーブル１５０、ＥＭ場発生器１８０、スコープ１２０、及び／又は針１７０などの医療システム１００の任意の構成要素に結合することができる。いくつかの実施形態では、ロボットシステムは、制御システム１４０に通信可能に結合されている。一実施例では、ロボットシステム１１０は、制御システム１４０から制御信号を受信して、特定の方法でロボットアーム１１２を位置決めする、スコープ１２０を操作するなどの動作を実行するように構成され得る。これに応答して、ロボットシステム１１０は、ロボットシステム１１０の構成要素を制御して、動作を実行することができる。別の実施例では、ロボットシステム１１０は、患者１３０の内部解剖学的構造を描写する画像をスコープ１２０から受信し、及び／又は画像を制御システム１４０に送信するように構成され、次いで、その画像はディスプレイ１４２上に表示され得る。更に、いくつかの実施形態では、ロボットシステム１１０は、制御システム１４０などの医療システム１００の構成要素に、流体、光学系、電力などをそこから受信することを可能にするように結合される。ロボットシステム１１０の例示的な詳細が、図１１を参照して以下で更に詳細に考察される。
制御システム１４０は、医療処置を実行するのを支援する様々な機能性を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、ロボットシステム１１０に結合され、患者１３０に医療処置を実行するために、ロボットシステム１１０と協働して動作することができる。例えば、制御システム１４０は、（例えば、ロボットシステム１１０及び／又はスコープ１２０を制御するため、スコープ１２０などによって取り込まれた画像を受信するために）無線接続又は有線接続を介してロボットシステム１１０と通信し、１つ又は２つ以上の流体チャネルを介してロボットシステム１１０に流体を提供し、１つ又は２つ以上の電気接続を介してロボットシステム１１０に電力を提供し、１つ又は２つ以上の光ファイバ又は他の構成要素などを介してロボットシステム１１０に光学系を提供することができる。更に、いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、針１７０及び／又はスコープ１７０と通信して、針１７０及び／又は内視鏡１２０から（ロボットシステム１１０を介して、及び／又は針１７０及び／又は内視鏡１２０から直接）センサデータを受信することができる。更に、いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、テーブル１５０と通信して、テーブル１５０を特定の向きに位置決めするか、又は別様にテーブル１５０を制御することができる。更に、いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、ＥＭ場発生器１８０と通信して、患者１３０の周囲のＥＭ場の生成を制御することができる。
制御システム１４０は、医師１６０又は他の者が医療処置を実行するのを支援するように構成された様々なＩ／Ｏデバイスを含む。この実施例では、制御システム１４０は、患者１３０内でスコープ１２０をナビゲートするなど、スコープ１２０を制御するために医師１６０又は他のユーザによって用いられるＩ／Ｏデバイス１４６を含む。例えば、医師１６０は、Ｉ／Ｏデバイス１４６を介して入力を提供することができ、それに応答して、制御システム１４０は、スコープ１２０を操作するために制御信号をロボットシステム１１０に送信することができる。Ｉ／Ｏデバイス１４６は、図１の実施例ではコントローラとして例示されているが、Ｉ／Ｏデバイス１４６は、タッチスクリーン、タッチパッド、マウス、キーボードなどの様々なタイプのＩ／Ｏデバイスとして実装され得る。
図１にも示されるように、制御システム１４０は、処置に関する様々な情報を提供するためにディスプレイ１４２を含むことができる。上記のように、ディスプレイ１４２は、器具位置合わせインターフェース１４４を提示して、医師１６０が針１７０を操作するのを支援することができる。ディスプレイ１４２はまた、スコープ１２０に関する情報を（例えば、器具位置合わせインターフェース１４４及び／又は別のインターフェースを介して）提供することができる。例えば、制御システム１４０は、スコープ１２０によって取り込まれるリアルタイム画像を受信し、ディスプレイ１４２を介してリアルタイム画像を表示することができる。例示的な器具位置合わせインターフェースが図２に例示される。追加的又は代替的に、制御システム１４０は、患者１３０に関連付けられた医療モニタ及び／又はセンサから信号（例えば、アナログ、デジタル、電気、音響／音波、空気圧、触覚、油圧など）を受信することができ、ディスプレイ１４２は、患者１３０の健康又は環境に関する情報を提示することができる。かかる情報は、例えば、心拍数（例えば、ＥＣＧ、ＨＲＶなど）、血圧／レート、筋生体信号（例えば、ＥＭＧ）、体温、血中酸素飽和度（例えば、ＳｐＯ２）、ＣＯ２、脳波（例えば、ＥＥＧ）、環境及び／又は局所若しくはコア体温などを含む、医療モニタを介して表示される情報を含むことができる。
制御システム１４０の機能性を容易にするために、制御システム１４０は、様々な構成要素（「サブシステム」と称されることもある）を含むことができる。例えば、制御システム１４０は、制御電子機器／回路、並びに１つ又は２つ以上の電源、空気圧、光源、アクチュエータ、メモリ／データ記憶デバイス、及び／又は通信インターフェースを含むことができる。いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、実行可能な命令を記憶するように構成されているコンピュータベースの制御システムを備える制御回路を含み、実行可能な命令は、実行されると、様々な動作を実装させる。いくつかの実施形態では、図１に示されるように、制御システム１４０は、移動可能であるが、他の実施形態では、制御システム１４０は、固定システムである。様々な機能性及び構成要素が制御システム１４０によって実装されるものとして考察されているが、この機能性及び／又は構成要素のうちのいずれも、ロボットシステム１１０、テーブル１５０、及び／又はＥＭ生成器１８０（又は更にはスコープ１２０及び／又は針１７０）などの他のシステム及び／又はデバイスに一体化され、及び／又はそれらによって実行され得る。制御システム１４０の例示的な詳細が、図１２を参照して以下で更に詳細に考察される。
撮像デバイス１９０は、１つ又は２つ以上のＸ線又はＣＴ画像など、処置中に患者１３０の１つ又は２つ以上の画像を取り込み／生成するように構成され得る。実施例では、撮像デバイス１９０からの画像は、医師１６０が処置を実行するのを支援するために、患者１３０内の、解剖学的構造及び／又はスコープ１２０及び／又は針１７０などの医療器具を視認するようにリアルタイムで提供され得る。撮像デバイス１９０を使用して、（例えば、患者１３０内の造影剤を用いた）蛍光透視法又は別のタイプの撮像技術を実行することができる。図１に示されているが、多くの実施形態では、撮像デバイス１９０は、処置を実行するために実装されず、及び／又は（Ｃアームを含む）撮像デバイス１９０は省かれる。
医療システム１００の様々な構成要素は、無線及び／又は有線のネットワークを含み得るネットワークを介して互いに通信可能に結合され得る。例示的なネットワークとしては、１つ又は２つ以上のパーソナルエリアネットワーク（personal area network、ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）、インターネットエリアネットワーク（Internet area network、ＩＡＮ）、セルラーネットワーク、インターネットなどが挙げられる。更に、いくつかの実施形態では、医療システム１００の構成要素は、１つ又は２つ以上の支持ケーブル、チューブなどを介して、データ通信、流体／ガス交換、電力交換などのために接続されている。
医療システム１００は、医師が処置実行するのを支援するためのガイダンス（例えば、器具追跡、器具位置合わせ情報など）を提供すること、医師が厄介な腕の動き及び／又は位置を必要とせずに人間工学的位置から処置を行うことを可能にすること、１人の医師が１つ又は２つ以上の医療器具を用いて処置を実行することを可能にすること、（例えば、蛍光透視技術に関連付けられた）放射線曝露を回避すること、処置が単一動作設定で実行されることを可能にすること、物体をより効率的に除去するために（例えば、腎石を除去するために）連続吸引を提供することなど、様々な利益を提供することができる。例えば、医療システム１００は、医師が、解剖学的構造（例えば、重要な臓器、血管など）への出血及び／又は損傷を最小限に抑えながら、様々な医療器具を使用して標的解剖学的フィーチャーにアクセスするのを支援するために、ガイダンス情報を提供することができる。更に、医療システム１００は、医師及び患者の放射線への曝露を低減、及び／又は手術室内の機器の量を低減するために、非放射線ベースのナビゲーション及び／又は位置特定技術を提供することができる。更に、医療システム１００は、少なくとも制御システム１４０とロボットシステム１１０との間に分散された機能性を提供することができ、これにより、独立して移動可能になり得る。機能性及び／又は移動性のかかる分散は、制御システム１４０及び／又はロボットシステム１１０が、特定の医療処置に対して最適である場所に配置されることを可能にすることができ、これにより、患者の周囲の作業領域を最大化し、及び／又は医師が処置を実行するための最適化された場所を提供することが可能になる。
様々な技術及びシステムがロボット支援処置（例えば、医療システム１００を少なくとも部分的に使用する処置）として実装されるものとして考察されているが、これらの技術及びシステムは、完全ロボット医療処置、人間のみの処置（例えば、ロボットシステムを含まない）などの他の処置で実装され得る。例えば、医療システム１００は、医師が医療器具を保持／操作することなく処置（例えば、完全ロボット処置）を実行するために使用され得る。すなわち、スコープ１２０及び針１７０など、処置中に使用される医療器具は各々、ロボットシステム１１０のロボットアーム１１２などの医療システム１００の構成要素によって保持／制御され得る。
例示的なインターフェース
図２は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の位置及び／若しくは向きに関する情報、及び／又は医療処置に関する他の情報に関する情報を提供するための例示的な器具－位置合わせインターフェース２００を例示する。示されるように、器具－位置合わせインターフェース２００（「器具－位置合わせグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）２００」と称されることもある）は、スコープなどの第１の医療器具によって取り込まれた画像２１２を提供するためのスコープセクション２１０、及び針などの第２の医療器具の向きに関する情報を提供するための位置合わせセクション２２０を含むことができる。スコープセクション２１０及び位置合わせセクション２２０は、同じ器具－位置合わせインターフェース２００に含まれるものとして例示されているが、いくつかの実施形態では、器具－位置合わせインターフェース２００は、セクション２１０及び２２０のうちの一方のみを含む。例えば、位置合わせセクション２２０は、器具－位置合わせインターフェース２００の一部として含まれ得、スコープセクション２１０は、追加のインターフェース内に含まれ得る。更に、いくつかの実施例では、スコープセクション２１０及び／又は位置合わせセクション２２０は、位置合わせセクション２２０がスコープセクション２１２の少なくとも一部分に重ね合わされ、スコープセクション２１２が位置合わせセクション２２０とは異なる形態で位置合わせ情報を提示されるなどして、拡張又は仮想現実インターフェース内に実装され得る。図２の実施例では、器具－位置合わせインターフェース２００は、スコープ及び別の医療器具を使用する処置の情報を提供する。しかしながら、器具－位置合わせインターフェース２００は、スコープを伴わずに実行される処置などの他のタイプの処置に使用され得る。かかる場合、画像２１２は提示されなくてもよく、及び／又はスコープセクション２１０は省かれ得る。
上記のように、スコープセクション２１２は、管腔又は他の解剖学的構造内をナビゲートするように構成されているスコープの画像２１２を提供する。この実施例では、画像２１２は、腔２１４と腔２１４のうちの１つ内に位置する腎石２１６とを含む、腎臓の内部部分を描写している。ここで、腎石２１６は、乳頭に近接する腎杯内に位置する。しかしながら、画像２１２は、患者内のスコープの場所に応じて、任意の人体解剖学的構造を描写することができる。画像２１２は、ビデオなどのリアルタイム画像を含むことができる。
位置合わせセクション２２０は、標的軌道に対する医療器具の向きの位置合わせ及び／又は医療器具の標的場所への近接を示唆するための位置合わせ－進行視覚化２３０を含む。示されるように、位置合わせ－進行視覚化２３０は、医療器具の向きを表す器具－位置合わせ要素２３２（「器具－位置合わせアイコン２３２」又は「針－位置合わせアイコン２３２」と称されることもある）、及び標的軌道に関連付けられた位置合わせマーキング２３４を含む。この実施例では、器具－位置合わせ要素２３２は、医療器具の向きの変化に基づいて、位置合わせマーキング２３４（Ｃ）（「境界マーキング２３４（Ｃ）」とも称される）によって画定される領域内で移動することができる。例えば、医療器具が傾けられているとき、器具－位置合わせ要素２３２は、領域内の位置を変化させることができる。実施例では、位置合わせマーキング２３４（Ａ）は、標的場所／標的軌道／標的姿勢を表すことができる。
いくつかの実施形態では、一方向への医療器具の傾きは、ブルズアイ水準器タイプの水準器と同様に、反対方向への器具－位置合わせ要素２３２の移動を引き起こす。例えば、医療器具が右に傾けられている場合、器具－位置合わせ要素２３２は左に移動することができる。他の実施形態では、医療器具の傾きは、傾きと同じ方向への器具－位置合わせ要素２３２の移動を引き起こすことになる。例えば、医療器具が右に傾けられている場合、器具－位置合わせ要素２３２は右に移動することができる。いずれの場合も、医療器具の向きが標的軌道と位置合わせされるとき、器具位置合わせ要素２３２は、位置合わせマーキング２３４と位置合わせされた配列で（例えば、位置合わせマーキング２３４（Ａ）内に、又はそこに中心を置くなど、位置合わせマーキング２３４と共に中心を置かれて）表示され得る。
いくつかの実施形態では、医療器具の向き変化単位に対する器具－位置合わせ要素２３２の位置変化量（例えば、器具－位置合わせ要素２３２の感度）は、医療器具の標的場所への近接に基づく。例えば、医療器具が標的場所のより近くに移動するほど、器具位置合わせ要素２３２は、医療器具の向きの同じ変化量に対して、より大きい又はより小さい移動で実装され得る。例示するために、医療器具が標的場所から第１の距離であるとき、器具－位置合わせインターフェース２００は、医療器具の向きの変化単位に応答して、器具－位置合わせ要素２３２の位置を第１の量だけ変化させることができる。医療器具が標的場所から第２の距離である（例えば、標的場所に近い）とき、器具－位置合わせインターフェース２００は、医療器具の向きの同じ変化単位に応答して、器具－位置合わせ要素２３２の位置を第２の量（例えば、より大きい又はより小さい量）だけ変化させることができる。
いくつかの実施形態では、器具－位置合わせ要素２３２の感度を変化させることは、医師が医療器具で標的場所に到達するのを更に支援することができる。例えば、いくつかの事例では、医療器具が標的からより遠いほど、医療器具の向きを合わせるために必要とされる精度はより低くなり得る。一方、医療器具が標的場所のより近くに移動するほど、医療器具の向きを合わせるために必要とされる精度はより高くなり得る。言い換えれば、医療器具が標的のより近くに移動するほど、医師は、医療器具の向きをより正確に調整して実際に標的に到達させる必要があり得る。そのため、器具－位置合わせ要素２３２の感度を変化させることによって、医師は、医療器具をより正確に操縦して標的場所に到達させることができるが、その変化は比較的小さいものであり得る。
位置合わせ－進行視覚化２３０はまた、医療器具の標的場所への近接を示唆する進行バー２３６を含むことができる。図２の実施例では、進行バー２３６は、境界マーキング２３４（Ｃ）の周囲に提示される。しかしながら、進行バー２３６は、位置合わせ－進行視覚化２３０の側面など、器具－位置合わせインターフェース２００内の任意の場所に提示され得る。進行バー２３６は、標的場所に対する医療器具の現在位置情報を提供することができる。例えば、進行バー２３６は、以下の実施例で考察されるように、医療器具が標的場所のより近くに移動するときに塗りつぶすことができる。いくつかの実施形態では、医療器具が標的場所に到達した場合、器具－位置合わせインターフェース２００は、進行バー２３６上の示唆などで、医療器具が標的場所に到達したという示唆を提供することができる。同様に、いくつかの実施形態では、医療器具が標的場所を越えて挿入される場合、器具－位置合わせインターフェース２００は、医療器具が進行バー２３６上の示唆などで、標的場所を越えて挿入されたという示唆を提供することができる。図２の実施例では、進行バー２３６は、医療器具が患者内にまだ挿入されていない（例えば、医療器具が患者の皮膚上にあるか、又は別様に患者の外部にある）ことを示唆する。
いくつかの実施形態では、位置合わせ－進行視覚化２３０は、医療器具に関する向き及び進行情報を視認するための単一の視覚化を含む。例えば、医療器具の向き及び標的場所への器具の進行に関する情報は、組み合わされた視覚化で表示され得る。かかる組み合わされた視覚化は、医師又は他のユーザが、医療器具を操作しながら単一のアイテムとの視覚的接触を維持し、いくつかのディスプレイ、インターフェース、視覚化などを視認するための医師の目又は身体の移動によって生じ得る医療器具の不注意な移動を回避することを可能にすることができる。そのため、組み合わせた視覚化は、医師又は他のユーザが、医療器具をより正確に操作して患者内の標的場所に到達させることを可能にすることができる。
図２の実施例では、位置合わせ－進行視覚化２３０の様々な構成要素は、円形形状で提示される。しかしながら、位置合わせ－進行視覚化２３０の任意の構成要素は、任意の他の形状などの様々な形態をとることができる。例えば、位置合わせマーキング２３４、器具－位置合わせ要素２３２、及び／又は進行バー２３６は、矩形形状又は任意の他の形状で提示され得る。いくつかの実装形態では、器具－位置合わせ要素２３２は、エアーバブルを表すバブル表現を含む。
図２にも示されるように、器具－位置合わせインターフェース２００は、処置の異なるフェーズ／ステップに関連付けられた異なる視覚化の間をナビゲートするためのナビゲーション表現２４０を含むことができる。例えば、腎石を除去することに関連付けられた処置は、様々なフェーズ／ステップを含むことができ、フェーズ／ステップのうちの１つは、医療器具を位置合わせし患者内に挿入して標的場所に到達させることを含む。かかるフェーズ／ステップの場合、器具－位置合わせインターフェース２００は、医師がかかるフェーズ／ステップを実行するのを支援するために、図２に示される情報を表示することができる。医師は、ナビゲーション表現２４０内の「戻る」又は「次へ」テキストを選択することによって、前の又は次のフェーズ／ステップのための異なる視覚化又はインターフェースに移動することができる。更に、器具－位置合わせインターフェース２００は、メニューにアクセスするための視覚的表現２５０を含むことができ、これにより、他のタイプの処置又は他の情報に関連付けられたインターフェース／情報へのアクセスを可能にすることができる。
多くの実施形態は二次元（two-dimensional、２Ｄ）表現を含む器具－位置合わせインターフェースの文脈で考察され、例示されているが、いくつかの実施形態では、器具－位置合わせインターフェースは、三次元（３Ｄ）表現を含むことができる。例えば、器具－位置合わせインターフェースは、位置ずれを示唆するために平面及び平面上の歪んだラインを提示すること、平面の形状／形態が位置ずれを示唆するために歪み／変化するように構成された平面を提示すること、などが可能である。
いくつかの実施形態では、本明細書で考察される器具－位置合わせインターフェース２００及び／又は任意の他のインターフェースは、標的化データ及び／又はインターフェースデータに基づく。例えば、平面上の標的場所に対する平面上の医療器具の投影位置を示唆する標的化データ／インターフェースデータを生成することができる。標的データ／インターフェースデータは、標的軌道に関連付けられた位置合わせマーキング２３４に対する医療器具の向きを表す器具－位置合わせ要素２３２を位置決めするためなど、位置合わせ－進行視覚化２３０を表示するために使用され得る。
医療システムを使用する例示的な処置
図３～図５は、１つ又は２つ以上の実施形態による、経皮的処置を実行するように配列された図１の医療システム１００の上面図を例示する。これらの実施例では、医療システム１００は、スコープ１２０及び針１７０の助けを借りて患者１３０から腎石を除去するために手術室に配列される。かかる処置の多くの実施形態では、患者１３０は、図１に例示されるように、患者１３０の背面又は側面にアクセスするために、患者１３０が側部にわずかに傾けられた修正された仰臥位に位置決めされる。しかしながら、患者１３０は、仰臥位、腹臥位など、別様に位置決めされ得る。患者１３０の解剖学的構造を視認する例示を容易にするために、図３～図５は、脚を広げた仰臥位の患者１３０を例示する。また、例示を容易にするために、撮像デバイス１９０（Ｃアームを含む）は取り外されている。
図３～図５は、患者１３０から腎石を除去するための経皮的処置を実行するための医療システム１００の使用を例示しているが、医療システム１００は、別様に腎石を除去するために、及び／又は他の処置を実行するために使用され得る。更に、患者１３０は、処置のために所望される他の位置に配列され得る。様々な行為が、図３～図５において、及び本開示全体を通して、医師１６０によって実行されるものとして記載されている。これらの行為は、医師１６０、医師の指示の下にあるユーザ、別のユーザ（例えば、技術者）、それらの組み合わせ、及び／又は任意の他のユーザによって直接実行され得ることを理解されたい。
腎解剖学的構造は、図３～図５に少なくとも部分的に例示されるように、本概念の態様に関連するある特定の医療処置に関する参照のために本明細書に記載される。腎臓は、一般に、後腹膜腔の左右に位置する２つの豆形状臓器を含む。成人では、腎臓は、一般に、長さが約１１ｃｍである。腎臓は、対になった腎動脈から血液を受信する。血液は、対になった腎静脈内に出る。各腎臓は、尿管に付着し、尿管は腎臓から膀胱に排泄された尿を搬送するチューブである。膀胱は、尿道に付着している。
腎臓は、典型的には腹腔内で比較的高く位置し、わずかに斜めの角度で腹膜後位にある。肝臓の位置によって引き起こされる腹腔内の非対称性は、典型的には、右腎臓が左腎臓よりわずかに低くかつ小さく、左腎臓よりもわずかに中央に配置されることをもたらす。各腎臓の上部には副腎がある。腎臓の上部は、第１１及び第１２の肋骨によって部分的に保護されている。各腎臓は、その副腎を有するが、２つの層、すなわち、腎筋膜と腎被膜との間に存在する腎周囲脂肪及び腎筋膜の上にある腎傍脂肪で囲まれている。
腎臓は、様々な体液区画の容積、流体浸透圧、酸塩基バランス、様々な電解質濃度、及び毒素の除去の制御に関与する。腎臓は、ある特定の物質を分泌し、他の物質を再吸収することによって濾過機能性を提供する。尿中に分泌される物質の例は、水素、アンモニウム、カリウム、及び尿酸である。加えて、腎臓はまた、ホルモン合成などの様々な他の機能を実行する。
腎臓の凹状境界上の凹部領域は腎門部であり、腎門部では、腎動脈が腎臓に入り、腎静脈及び尿管が出ている。腎臓は、丈夫な繊維状組織である腎被膜よって囲まれており、腎被膜自体は、腎周囲脂肪、腎筋膜、及び腎傍脂肪によって囲まれている。これらの組織の前方（正面）表面は、腹膜であり、後方（後部）表面は、横筋筋膜である。
腎臓の機能基質又は実質は、２つの主要構造、すなわち、外側腎皮質及び内側腎髄質に分割される。これらの構造は、複数の円錐形の腎葉の形状をとり、それぞれが腎錐体と称される髄質の一部分を囲む腎皮質を含む。腎錐体間には、腎柱と称される皮質の突起がある。ネフロン、腎臓の尿産生機能構造体は、皮質及び髄質に及ぶ。ネフロンの最初の濾過分部は、皮質に位置する腎小体である。これに続いて腎細管があり、これは皮質から髄質錐体へ深く通過する。腎皮質の一部、髄腔は、単一の集合管に排出される尿細管の集合体である。
各錐体の先端又は乳頭は、尿をそれぞれの小腎杯に排出し、小腎杯は大腎杯に排出し、大腎杯は腎孟に排出し、尿は尿管に遷移する。門部では、尿管及び腎静脈が腎臓から出て、腎動脈が入る。門脂肪とリンパ節を有するリンパ組織とは、これらの構造を取り囲む。門脂肪は、腎洞と称される脂肪で満たされた腔と隣接している。腎洞は、腎孟及び腎杯を集合的に含有し、これらの構造を髄質組織から分離する。
図３～図５は、患者１３０の解剖学的構造の様々なフィーチャーを示す。例えば、患者１３０は、尿管３２０を介して膀胱３３０に流体接続された腎臓３１０、及び膀胱３３０に流体接続された尿道３４０を含む。腎臓３１０（Ａ）の拡大描写に示されるように、腎臓３１０（Ａ）は、腎杯（腎杯３１２を含む）、腎乳頭（「乳頭３１４」とも称される、「腎乳頭３１４」を含む）、及び腎錐体（腎錐体３１６を含む）を含む。これらの実施例では、腎石３１８は、乳頭３１４に近接して位置している。しかしながら、腎石３１８は、腎臓３１０（Ａ）内の他の場所などに位置し得る。
図３に示されるように、例示的な経皮的処置において腎石３１８を除去するために、医師１６０は、ロボットシステム１１０をテーブル１５０の側部／足部に位置決めして、スコープ１２０（図３には例示せず）の患者１３０への送達を開始することができる。具体的には、ロボットシステム１１０は、患者１３０の足の近接範囲内でテーブル１５０の側部に位置決めされ、患者１３０の尿道３４０への直接線形アクセスのために位置合わせされ得る。実施例では、患者１３０の股関節が、ロボットシステム１１０を位置決めするための基準点として使用される。位置決めされると、ロボットアーム１１２（Ｂ）及び１１２（Ｃ）などのロボットアーム１１２のうちの１つ又は２つ以上は、患者１３０の脚の間に到達するように外向きに伸びることができる。例えば、ロボットアーム１１２（Ｂ）は、図３に示されるように、尿道３４０まで延伸して、そこに線形アクセスを提供するように制御され得る。この実施例では、医師１６０は、医療器具３５０を、この直接線形アクセス経路（「仮想レール」と称されることもある）に沿って、尿道３４０内に少なくとも部分的に挿入する。医療器具３５０は、スコープ１３０を受容するように構成された管腔型デバイスを含むことができ、それによって、スコープ１２０を患者１３０の解剖学的構造内に挿入するのを支援する。ロボットアーム１１２（Ｂ）を患者１３０の尿道３４０に位置合わせすることによって、及び／又は医療器具３５０を使用することによって、領域内の敏感な解剖学的構造に対する摩擦及び／又は力が低減され得る。医療器具３５０が図３に例示されているが、いくつかの実施形態では、医療器具３５０は使用されない（例えば、スコープ１２０は、尿道３４０に直接挿入され得る）。
医師１６０はまた、処置のためにロボットアーム１１２（Ａ）を処置部位の近くに位置決めすることができる。例えば、ロボットアーム１１２（Ａ）は、患者１３０の切開部位及び／又は腎臓３１０の近接範囲内に位置決めされ得る。ロボットアーム１１２（Ａ）は、処置中にスコープ１２０及び／又は針１７０の場所を追跡するのを支援するために、ＥＭ場発生器１８０に接続され得る。ロボットアーム１１２（Ａ）は、患者１３０の比較的近くに位置決めされているが、いくつかの実施形態では、ロボットアーム１１２（Ａ）は、他の場所に位置決めされ、及び／又はＥＭ場発生器１８０は、テーブル１５０に一体化されている（これにより、ロボットアーム１１２（Ａ）がドッキング位置にあることを可能にすることができる）。この実施例では、処置のこの時点で、ロボットアーム１１２（Ｃ）は、図３に示されるように、ドッキング位置のままである。しかしながら、ロボットアーム１１２（Ｃ）は、いくつかの実施形態では、ロボットアーム１１２（Ａ）及び／又は１１２（Ｃ）の上記で考察された機能のうちのいずれかを実行するために使用され得る。
ロボットシステム１１０が適切に位置決めされ、及び／又は医療器具３５０が尿道３４０に少なくとも部分的に挿入されると、図４に示されるように、スコープ１２０は、ロボット的に、手動で、又はそれらの組み合わせで患者１３０に挿入され得る。例えば、医師１６０は、スコープ１２０をロボットアーム１１２（Ｃ）に接続し、及び／又はスコープ１２０を医療器具３５０及び／又は患者１３０内に少なくとも部分的に位置決めすることができる。スコープ１２０は、処置前又は処置中（例えば、ロボットシステム１１０を位置決めした後）などの任意の時点でロボットアーム１１２（Ｃ）に接続され得る。次いで、医師１６０は、スコープ１２０を患者１３０内でナビゲートするために、Ｉ／Ｏデバイス１４６などの制御システム１４０と対話することができる。例えば、医師１６０は、尿道３４０、膀胱３３０、尿管３２０（Ａ）を通って腎臓３１０（Ａ）までスコープ１２０をナビゲートするために、Ｉ／Ｏデバイス１４６を介して入力を提供して、ロボットアーム１１２（Ｃ）を制御することができる。
示されるように、制御システム１４０は、医師１６０がスコープ１２０を制御するのを支援するために、ディスプレイ１４２を介して、図２の器具－位置合わせインターフェース２００などの、スコープ１２０によって取り込まれたリアルタイム画像４１２を視認するための器具－位置合わせインターフェース４１０を提示することができる。医師１６０は、画像４１２に描写されるように、腎石３１８を位置決めするためにスコープ１２０をナビゲートすることができる。いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、位置特定技術を使用してスコープ１２０の位置及び／又は向きを判定することができ、これは、ディスプレイ１４２（図４のディスプレイ１４２上に例示せず）を通して医師１６０によって視認され、スコープ１２０を制御するのを支援することもできる。更に、いくつかの実施形態では、医師１６０がスコープ１２０を制御するのを支援するために、患者１３０の内部解剖学的構造のＸ線画像など、他のタイプの情報がディスプレイ１４２を通して提示され得る。
腎石３１８の位置を特定すると、医師１６０は、腎石３１８の最終的な摘出のために、針１７０が腎臓３１０（Ａ）に進入する場所を識別することができる。例えば、出血を最小限に抑え、及び／又は腎臓３１０（Ａ）の血管若しくは他の望ましくない解剖学的構造及び／又は腎臓３１０（Ａ）を囲む解剖学的構造に当たることを回避するために、医師１６０は、針１７０を腎杯の軸と位置合わせすることを求めることができる（例えば、腎杯の中心を通って真正面から腎杯に到達することを求めることができる）。そうするために、医師１６０は、乳頭を標的場所として識別することができる。この実施例では、医師１６０は、スコープ１２０を使用して、腎石３１８の近くにある乳頭３１４の位置を特定し、乳頭３１４を標的場所として指定する。乳頭３１４を標的場所として指定するいくつかの実施形態では、医師１６０は、乳頭３１４に接触するためにスコープ１２０をナビゲートすることができ、制御システム１４０は、位置特定技術を使用して、スコープ１２０の場所（例えば、スコープ１２０の端部の場所）を判定することができ、制御システム１４０は、スコープ１２０の場所を標的場所と関連付けることができる。他の実施形態では、医師１６０は、乳頭３１４まで特定の距離内にある（例えば、乳頭３１４の前に静止状態にする）ようにスコープ１２０をナビゲートし、標的場所がスコープ１２０の視野内にあることを示唆する入力を提供することができる。制御システム１４０は、標的場所の場所を判定するために、画像分析及び／又は他の位置特定技術を実行することができる。更に他の実施形態では、スコープ１２０は、標的場所として乳頭３１４をマーク付けするための基準点を送達することができる。
図５に示されるように、医師１６０は、標的場所への挿入のために針１７０を位置決めすることによって、処置を進めることができる。いくつかの実施形態では、医師１６０は、患者１３０の解剖学的構造に関する知識、以前に処置を実行した経験、ＣＴ／Ｘ線画像の分析、又は患者１３０の他の術前情報などに基づいて、自分の最良の判断を使用して、切開部位で患者１３０に針１７０を配置することができる。更に、いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、針１７０を患者１３０に配置する場所に関する情報を提供することができる。医師１６０は、肺、胸膜、結腸、傍脊椎筋、肋骨、肋間神経などの患者１３０の重要な解剖学的構造を回避しようと試みることができる。いくつかの実施例では、制御システム１４０は、ＣＴ／Ｘ線／超音波画像を使用して、針１７０を患者１３０に配置する場所に関する情報を提供することができる。
いずれの場合も、制御システム１４０は、医師１６０が標的場所（すなわち、乳頭３１４）に到達するのを支援するために、針１７０を挿入するための標的軌道５０２を判定することができる。標的軌道５０２は、標的場所にアクセスするための所望の経路を表すことができる。標的軌道５０２は、医療器具（例えば、針１７０、スコープ１２０など）の位置、人体解剖学的構造内の標的場所、患者の位置及び／又は向き、患者の解剖学的構造（例えば、標的場所に対する患者内の臓器の場所）に基づいて判定することができる。この実施例では、標的軌道５０２は、乳頭３１４及び針１７０を通過する（例えば、乳頭３１４の軸上の点など、針１７０の先端から乳頭３１４を通って延伸する）直線を含む。しかしながら、標的軌道５０２は、曲線などの他の形態をとることができ、及び／又は別様に定義することができる。いくつかの実施例では、針１７０は、針１７０が真直ぐに挿入されるときに湾曲するように構成されている可撓性斜角先端針として実装される。かかる針は、肋骨又は他の解剖学的構造などの特定の解剖学的構造の周囲を操縦するために使用され得る。ここで、制御システム１４０は、針軌道における逸脱を補償するため、又はユーザを標的軌道に維持するためなど、ユーザを誘導するための情報を提供することができる。
図５の例は乳頭３１４を通って同軸に延伸する標的軌道５０２を例示しているが、標的軌道５０２は、別の位置、角度、及び／又は形態を有することができる。例えば、曲線軌道は、図５に示される腎石３１８の下に位置する乳頭を通るような下部極アクセス点と共に実装され、乳頭を通る非同軸角度を有し、これは、股関節を回避するために使用され得る。
制御システム１４０は、器具－位置合わせインターフェース４１０を介して位置合わせ－進行視覚化５０４を提供するために標的軌道５０２を使用することができる。例えば、位置合わせ－進行視覚化５０４は、標的軌道５０２に対する針１７０の向きを示唆する器具位置合わせ要素５０６を含むことができる。医師１６０は、位置合わせ－進行視覚化５０４を視認して、針１７０を適切な向き（すなわち、標的軌道５０２）に向けることができる。位置合わせされると、医師１６０は、針１７０を患者１３０に挿入して標的場所に到達させることができる。位置合わせ－進行視覚化５０４は、針１７０の標的場所への近接を示唆する進行視覚化５０８（「進行バー５０８」とも称される）を提供することができる。そのため、器具－位置合わせインターフェース４１０は、医師１６０が、針１７０を位置合わせ及び／又は挿入して標的場所に到達させるのを支援することができる。
標的場所に針１７０が到達すると、医師１６０は、パワーカテーテル、バキューム、腎孟尿管鏡などの別の医療器具を、針１７０によって作り出された経路に及び／又は針１７０を通して挿入することができる。医師１６０は、他の医療器具及び／又はスコープ１２０を使用して、腎臓３１０（Ａ）から腎石３１８の破片を断片化して除去することができる。
いくつかの実施形態では、医療器具の位置は、点／点セットで表され得、及び／又は医療器具の向きは、軸／平面に対する角度／オフセットとして表され得る。例えば、医療器具の位置は、座標系内の点／点セットの座標（例えば、１つ又は２つ以上のＸ、Ｙ、Ｚ座標）で表され得、及び／又は医療器具の向きは、座標系の軸／平面に対する角度（例えば、Ｘ軸／平面、Ｙ軸／平面、及び／又はＺ軸／平面に対する角度）で表され得る。ここで、医療器具の向きの変化は、軸／平面に対する医療器具の角度の変化に対応することができる。更に、いくつかの実施形態では、医療器具の向きは、ヨー、ピッチ、及び／又はロール情報で表される。
いくつかの実施形態では、軌道は、姿勢を指す。例えば、医療器具の軌道は、医療器具の位置及び向きの両方を含む／示唆する、医療器具の姿勢を指すことができる。同様に、標的軌道は、所望の経路の位置及び向きの両方を含む／示唆する標的姿勢を指すことができる。しかしながら、他の実施形態では、軌道は、向き又は位置のいずれかを指す。
ロボットシステム１１０の特定のロボットアームは、図３～図５の文脈において特定の機能を実行するものとして例示されているが、ロボットアーム１１２のうちのいずれかを使用して機能を実行することができる。更に、任意の追加のロボットアーム及び／又はシステムを使用して、処置を実行することができる。更に、ロボットシステム１１０を使用して、処置の他の部分を実行することができる。例えば、ロボットシステム１１０は、針を患者１３０に位置合わせ及び／又は挿入するように制御することができる。例示するために、ロボットアーム１１２のうちの１つは、針１７０と係合し、及び／又は針１７０を制御して、針１７０を適切な場所に位置決めし、針１７０を標的軌道と位置合わせし、及び／又は針１７０を標的場所に挿入することができる。制御システム１４０は、位置特定技術を使用して、かかる処理を実行することができる。そのため、いくつかの実施形態では、経皮的処置は、完全に又は部分的に医療システム１００を用いて（例えば、医師１６０の助けを借りて又はそれを伴わずに）実行され得る。
例示的な器具視覚化
図６－１～図６－１１は、１つ又は２つ以上の実施形態による、処置中の医療器具の位置合わせ及び／又は進行に関する情報を提供するための例示的なインターフェースを例示する。例示的なインターフェースは、医療システム１００を使用して患者１３０から腎石６６２を除去することの文脈で例示されている。具体的には、視覚化を提供して、医師１６０が針１７０を患者１３０に挿入して腎石６６２を摘出するのを支援することができる。しかしながら、視覚化は、他の医療システムと共に使用するために、及び／又は他の医療処置を実行するために表示され得る。例示を容易にするために、インターフェースのいくつかのフィーチャーは、図６－１～図６－１１の各々には例示されていない。例えば、位置合わせマーキング６３４（Ｂ）は、図６－２～図６－１１には例示されていない。
図６－１は、医師１６０が針１７０を標的軌道６７０と位置合わせするのを支援するための視覚化を伴う例示的な器具－位置合わせインターフェース６００を例示している。示されるように、器具－位置合わせインターフェース６００は、患者１３０の腎臓６６０内に位置するスコープ１２０によって取り込まれた画像６１２を提供するためのスコープセクション６１０、及び針１７０の向き及び／又は位置に関する情報を提供するための位置合わせセクション６２０を含むことができる。ここで、画像６１２は、腎臓６６０の内部部分と腎臓６６０内に位置する腎石６６２とを描写している。位置合わせセクション６２０は、針１７０の向きの標的軌道６７０への位置合わせ及び／又は針１７０の標的場所６６４（例えば、乳頭上の場所）への近接を示唆する位置合わせ－進行視覚化６３０を含む。示されるように、位置合わせ－進行視覚化６３０は、標的軌道６７０に対する針１７０の向きを表す器具－位置合わせ要素６３２、及び標的軌道６７０を表す位置合わせマーキング６３４、並びに針１７０の標的場所６６４への近接を示唆する進行バー６３６（「進行表現６３６」とも称される）を含む。器具－位置合わせインターフェース６００はまた、処置の異なるフェーズ／ステップに関連付けられた異なる視覚化をナビゲートするためのナビゲーション表現６４０と、メニュー及び／又は他のオプションにアクセスするための視覚的表現６５０とを含むことができる。器具－位置合わせ要素６３２及び位置合わせマーキング６３４は、特定の形状及び大きさで例示されているが、器具－位置合わせ要素６３２及び位置合わせマーキング６３４は、他の形状及び／又は大きさを有することができる。
図６－１の実施例では、医師は、針１７０を患者１３０上に位置決めし、器具－位置合わせインターフェース６００を使用して針１７０を標的軌道６７０と位置合わせしようと試みる。具体的には、医師１６０は、制御システム１４０を介して器具－位置合わせインターフェース６００を視認しながら、１つ又は２つ以上の手部６８０を使用して、針１７０を保持し、かつ針１７０の向き（例えば、針１７０の傾き）を調整することができる。ここで、針１７０の向きは、標的軌道６７０と位置ずれしている。そのため、器具－位置合わせインターフェース６００は、器具－位置合わせ要素６３２を中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）と位置ずれしているように例示する（例えば、器具－位置合わせ要素６３２は、中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）内に位置していない）。
いくつかの実施形態では、器具－位置合わせ要素６３２は、境界位置合わせマーキング６３４（Ｃ）の領域内で（例えば、境界位置合わせマーキング６３４（Ｃ）の制限内で）移動することができる。器具位置合わせ要素６３２は、針１７０が標的軌道６７０とそれほど位置合わせされていないときに境界位置合わせマーキング６３４（Ｃ）のより近くに移動し、針１７０が標的軌道６７０とより位置合わせされているときに中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）のより近くに移動することができる。図６－１の実施例では、器具－位置合わせインターフェース６００はまた、針１７０が標的軌道６７０と位置ずれしていることを示唆するテキスト「針を傾けてバブルを中心に移動させる」を提供する。器具－位置合わせインターフェース６００の視覚化は、医師１６０が針１７０を傾斜させて、針１７０を、針１７０を標的場所６６４に挿入するのに適切な向きと位置合わせするのを支援することができる。
いくつかの実施形態では、針１７０が標的軌道６７０と実質的に位置ずれしている場合、器具－位置合わせ要素６３２は、図６－２に示されるように、かかる位置ずれ構成の示唆を提供することができる。例えば、針１７０が閾値量（例えば、位置ずれ閾値）を超えて標的軌道６７０と位置ずれしている場合、進行バー６３６は、示されるように、特定の色／塗りつぶしパターンで強調表示され、輪郭が描かれ、及び／又は部分的／完全に塗りつぶされ、かかる位置ずれ示唆を提供することができる。例示するために、進行バー６３６は、赤色（例えば、閉じた赤色のリング）で塗りつぶされ得る。追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、器具－位置合わせ要素６３２は、図６－２にも示されるように、変形した形状で境界マーキング６３４（Ｃ）と接触して表示され得る。ここで、器具－位置合わせ要素６３２は、器具－位置合わせ要素６３２が境界マーキング６３４（Ｃ）の近接範囲内に移動するときに初期円形形態で表示され、針１７０がより位置ずれして、位置ずれ閾値を超えて移動するほど、変形した形状に遷移し得る。かかる遷移視覚化は、表面と接触する液体内のエアーバブルと同様に見え得る。更に、いくつかの実施形態では、針１７０が閾値量を超えて標的軌道と位置ずれしていることを示唆するために、器具－位置合わせインターフェース６００内にテキスト又は別の示唆が提供され得る。いずれの場合も、かかる位置ずれ示唆は、医師１６０が、針１７０が標的軌道６７０と実質的に軸外にあることを視認するのを支援することができる。進行バー６３６は、図６－２において、実質的に位置ずれ示唆を提供するために、特定の強調表示、輪郭表示、及び／又は塗りつぶしパターンで例示されているが、いくつかの実施形態では、進行バー６３６は、かかる変更を伴わずに実装され得る。ここで、器具－位置合わせ要素６３２は、実質的に位置ずれ示唆を提供するために変形した形状で表示され得る。
針１７０が標的軌道６７０と位置合わせされると、器具－位置合わせ要素６３２は、図６－３に示されるように、位置合わせマーキング６３４と位置合わせされた状態で表示され得る。例えば、器具－位置合わせ要素６３２は、中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）内に及び／又はそれと同心円状に表示され得る。追加的又は代替的に、中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）は、針１７０が標的軌道６７０と位置合わせされていることを示唆するために（例えば、グロー視覚化、特定の色などで）強調表示され得る。更に、器具－位置合わせインターフェース６００は、図６－３に示されるように、テキスト「位置合わせされている」などの位置合わせを示唆するテキストを表示することができる。強調表示された位置合わせマーキング６３４（Ａ）及びテキストが図６－３に示されているが、いくつかの実施形態では、かかる視覚化のうちの１つのみが提示される。更に、他の視覚化を使用して、かかる位置合わせを示唆することができる。
この実施例では、図６－４～図６－６に示されるように、針１７０が標的軌道６７０と位置合わせされるときに、医師１６０は針１７０を挿入する。ここで、進行バー６３６は、標的場所６６４に対する針１７０の近接（例えば、距離）の示唆を提供する。具体的には、進行バー６３６は、境界マーキング６３４（Ｃ）の周囲を時計回りに塗りつぶすことができる。制御システム１４０は、位置特定技術を使用して針１７０の位置及び／又は標的場所６６４／スコープ１２０の位置を追跡することによって、針１７０の標的場所６６４への近接を判定することができる。
いくつかの実施形態では、針１７０が標的場所６６４のより近くに移動するとき、器具－位置合わせ要素６３２の移動量が変化し得る（例えば、器具－位置合わせ要素６３２の感度が変化し得る）。例えば、制御システム１４０は、針１７０が標的場所６６４から比較的離れている（例えば、標的場所６６４までの距離の外側にある）ときに、器具－位置合わせ要素６３２の位置変化パラメータを最初に第１の値に設定することができる。位置変化パラメータは、針１７０の移動単位に対する器具－位置合わせ要素６３２の位置変化量を示唆することができる。針１７０が標的場所６６４のより近くに移動するとき、位置変化パラメータは、第１の値よりも、針１７０と同じ移動単位に対してより大きい又はより小さい位置変化量に関連付けられている値など、第２の値に更新され得る。
位置変化パラメータを更新する一例示では、針１７０が患者１３０の皮膚上に位置するとき、位置変化パラメータは、初期値に設定され得る。初期値は、例えば、５度の針１７０の向き変化に応答して、器具－位置合わせ要素６３２を第１の画素数だけ移動させることができる。針１７０が標的場所６６４のより近くに移動するとき、位置変化パラメータはより大きな値に更新され得、これにより、器具－位置合わせ要素６３２は、針１７０の５度の向き変化に応答して、第２の画素数だけ移動し、第２の画素数は第１の画素数よりも大きい。位置変化パラメータは、針１７０が標的場所６６４のより近くに移動するときに任意の回数更新され得る。いくつかの実施形態では、これは、医師が、針１７０を位置合わせし、直径４～８ｍｍであり得る腎杯などの比較的小さな標的に到達させるのを支援することができる。
針１７０が標的場所６６４に到達したとき、器具－位置合わせインターフェース６００は、図６～図７に例示されるように、標的場所６６４に到達したという示唆を表示することができる。例えば、進行バー６３６は、境界マーキング６３４（Ｃ）の周囲を完全に塗りつぶすことができる。いくつかの実施形態では、進行バー６３６は、標的場所６６４に到達したことを示唆するために、特定の色／塗りつぶしパターンで強調表示され、輪郭が描かれ、及び／又は完全に塗りつぶされ得る。例えば、進行バー６３６は、緑色（例えば、閉じた緑色のリング）で塗りつぶされ得る。追加的又は代替的に、器具－位置合わせインターフェース６００は、示されるように、テキスト「標的に到達した。」を提供するなど、標的場所６６４に到達したというテキストを提供することができる。いくつかの実施形態では、図６～図７に示されるように、腎臓６６０の内部部分を描写する画像６１２はまた、針１７０が標的場所６６４に到達したという視覚的確認を提供することができる。
いくつかの実装形態では、針１７０が標的場所６６４を越えて挿入される場合、器具－位置合わせインターフェース６００は、図６～図８に示されるように、針１７０が標的場所６６４を越えて挿入されているという示唆を提供することができる。例えば、進行バー６３６は、針１７０が標的場所６６４を越えて挿入されていることを示唆するために、特定の色／塗りつぶしパターンで強調表示され、輪郭が描かれ、及び／又は部分的／完全に塗りつぶされ得る。例示するために、進行バー６３６は、赤色（例えば、閉じた赤色のリング）及び／又は実質的に位置ずれしている針１７０の場合（例えば、図６－２の場合）とは異なる色で塗りつぶされ得る。追加的又は代替的に、器具－位置合わせインターフェース６００は、テキスト「標的を超えて挿入した。後退してください。」を提供するなど、針１７０が標的場所６６４を越えて挿入されているというテキストを提供することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、針１７０が標的場所６６４を越えて閾値距離を上回るとき、及び／又は針１７０がスコープ１２０に対して特定の距離内にあるとき、針１７０が標的場所６６４を越えて挿入されていると判定することができる。
いくつかの実施形態では、図６～図８に示されるように、腎臓６６０の内部部分を描写する画像６１２はまた、針１７０が標的場所６６４を越えて挿入されたという視覚的な確認を提供することができる。他の実施形態では、スコープ１２０の視野は、針１７０が腎臓６６０に進入する場所を含まなくてもよい（例えば、針１７０は、スコープ１２０の視野の上方又は下方に挿入され得る）。ここで、進行バー６３６は、針１７０が標的場所６６４を越えて挿入されていることを医師１６０に知らせるのに特に有用であり得る。
いくつかの処置では、針１７０が標的場所６６４に到達すると、医療器具６３８は、図６～図９に示されるように、針１７０を通って及び／又は針１７０の代わりに挿入され得る。医療器具６３８は、腎臓６６０から腎石６６２を摘出するのを支援するためのデバイスを含むことができる。例えば、医療器具６３８は、カテーテル（例えば、パワーカテーテル）、バキュームチューブ、腎孟尿管鏡、又は任意の他の医療器具を含むことができる。いくつかの実施形態では、医療器具６３８の挿入に十分な空間を提供するために、１つ又は２つ以上の拡張器具（例えば、ワイヤ、チューブ、シースなど）を使用して、標的場所６６４への経路を拡張することができる。
医療器具６３８及び／又はスコープ１２０（及び／又は、いくつかの事例では、針１７０）は、腎臓６６０からの腎石６６２の摘出を容易にすることができる。例えば、スコープ１２０は、図６～図１０に示されるように、ツール（例えば、レーザ、切断器具など）を展開して、腎石６６２を破片に断片化することができ、医療器具６３８は、腎臓６６０から破片を吸引することができる。いくつかの実装形態では、スコープ１２０（及び／又は医療器具６３８）は、腎臓６６０から破片を除去するのを支援するための灌注を提供することができる。図６～図１０の実施例では、画像６１２は、腎石６６２が腎臓６６０から除去されていることの視覚的確認を提供する。
いくつかの実施形態では、患者１３０の皮膚上の針１７０の位置合わせ（例えば、図６－２）に戻ると、針１７０が標的軌道６７０と実質的に位置ずれしているときに挿入される場合、器具－位置合わせインターフェース６００は、図６～図１１に示されるように、針１７０を後退させるための示唆を提供することができる。例えば、制御システム１４０は、（図６－２を参照して考察したものと同様に）針が閾値量を超えて標的軌道６７０と位置ずれしていると判定することができる。更に、制御システム１４０は、針１７０が標的軌道６７０と実質的に位置ずれしているときに、針１７０が特定の距離を超えて患者１３０に挿入されていると判定することができる。いくつかの実施形態では、進行バー６３６は、針１７０が挿入され、実質的に位置ずれしていることを示唆するために、特定の色／塗りつぶしパターンで強調表示され、輪郭が描かれ、及び／又は部分的／完全に塗りつぶしされ得る。例示するために、進行バー６３６は、赤色（例えば、閉じた赤色のリング）及び／又は実質的に位置ずれしている針１７０の場合（例えば、図６－２の場合）とは異なる色で塗りつぶすことができる。追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、器具－位置合わせインターフェース６００は、テキスト「針を後退させ、適切な向きで再挿入する。」を提供するなど、針１７０が実質的に位置ずれしており後退される必要があるというテキストを提供することができる。いくつかの実施形態では、図６～図１１の示唆は、標的場所６６４に到達するために針１７０に対して行われ得る調整がないと判定されるときに提示され得る。
位置合わせ情報及び進行情報は、図６－１～図６－１１において特定の示唆で例示されているが、聴覚、視覚、触覚などを含む他の示唆が提供され得る。例えば、制御システム１４０は、制御システム１４０に関連付けられたＩ／Ｏデバイスを介して音及び／又は触覚フィードバック（例えば、針１７０が標的軌道６７０と位置合わせされるときの第１の音、針１７０が最初に挿入されるときの第２の音、針１７０が標的軌道６６４の途中にあるときの第３の音、針１７０が標的場所６６４に到達したときの第３の音など）を提供して、針１７０の位置合わせ及び／又は進行を示唆することができる。更に、考察された示唆のうちのいずれかは、異なる形態（例えば、異なる形状、大きさ、色など）で例示され得、及び／又は器具－位置合わせインターフェース６００内の異なる場所に提示され得る。
いくつかの実装形態では、進行バー６３６は、境界マーキング６３４の周囲に例示される円形バーの代わりに直線進行バーを含むことができ、直線進行バーは、器具－位置合わせインターフェース６００内の任意の場所に位置決めされ得る。更に、いくつかの実施形態では、針１７０の標的場所６６４への近接を示唆するために進行バー６３６に塗りつぶす代わりに、針１７０の現在位置がアイコンで進行バー６３６上に表示され得る（例えば、頂部位置のアイコンが、針１７０がまだ患者１３０内に挿入されていないこと、及び／又は標的場所６６４に到達したことを示唆する）。更に、いくつかの実施形態では、標的場所６６４への進行の割合が、器具－位置合わせインターフェース６００を介して提示され得る。
更に、いくつかの実施形態では、中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）、境界マーキング６３４（Ｃ）、及び／又は器具－位置合わせ要素６３２の大きさは、針１７０を標的場所６６４に挿入する進行を示唆するように変化し得る。例えば、中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）の直径は、中心位置合わせマーキング６３４（Ａ）が器具－位置合わせ要素６３２と同じ直径に到達するまで、針１７０が挿入されるときに減少し得る。
例示的なフロー図
図７～図１０は、本明細書で考察される１つ又は２つ以上の技術を実行するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。プロセスに関連付けられた様々な動作は、制御システム１４０、ロボットシステム１１０、テーブル１５０、ＥＭ場発生器１８０、スコープ１２０、及び／又は針１７０などの、本明細書で考察されるデバイス／システムのうちのいずれか、又はそれらの組み合わせに実装された制御回路によって実行され得る。
図７は、１つ又は２つ以上の実施形態による、標的軌道に対する医療器具の位置合わせを判定し、医療器具の標的軌道への位置合わせに関する情報を提示するためのプロセス７００の例示的なフロー図を例示する。ブロック７０２において、プロセス７００は、１つ又は２つ以上の医療器具からセンサデータを受信することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御システムなどのデバイス／システムの制御回路は、スコープ、針、又は任意の他の医療器具などの１つ又は２つ以上の医療器具から通信インターフェースを介してセンサデータを受信することができる。センサデータは、１つ又は２つ以上の医療器具の位置及び／又は向きを示唆することができる。
ブロック７０４において、プロセス７００は、人体解剖学的構造内の標的場所を判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、解剖学的ランドマーク、医療器具の場所、又は任意の他の場所／標的などの患者内の標的場所を判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、患者内に少なくとも部分的に配設された医療器具からのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、標的場所を判定することができる。
ブロック７０６において、プロセス７００は、１つ又は２つ以上の医療器具の位置及び／又は向きを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、１つ又は２つ以上の医療器具からのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、１つ又は２つ以上の医療器具の位置及び／又は向きを判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、１つ又は２つ以上の位置特定技術を使用して、１つ又は２つ以上の医療器具の位置及び／又は向きを判定することができる。
ブロック７０８において、プロセス７００は、標的場所にアクセスするための標的軌道を判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、患者内の標的場所に経皮的にアクセスするための標的軌道を判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、患者内に少なくとも部分的に配設された医療器具からのセンサデータ、患者の外部に位置する（又は部分的に挿入された）医療器具からのセンサデータ、標的場所の位置などに少なくとも部分的に基づいて、標的軌道を判定することができる。追加的又は代替的に、標的軌道は、ユーザが標的軌道を指定するためにインターフェースを介して入力を提供することに基づいて判定され得る。実施例では、標的軌道は、１つ又は２つ以上の解剖学的平面／軸に対して画定され得る。
ブロック７１０において、プロセス７００は、医療器具の向きの標的軌道への位置合わせを示唆する器具－位置合わせ要素を含むインターフェースを表すユーザインターフェースデータを生成することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、針の向きを表す針位置合わせアイコンなど、医療器具の向きを表す器具－位置合わせ要素を含むインターフェース（例えば、器具－位置合わせインターフェース）を表すユーザインターフェースデータを生成することができる。いくつかの実施形態では、インターフェース内の器具－位置合わせ要素の位置決めは、医療器具の向きの標的軌道への位置合わせを示唆することができる。
ブロック７１２において、プロセス７００は、インターフェースを表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにユーザインターフェースデータを送信することなどよって、ディスプレイデバイスを介してインターフェースを表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、ユーザインターフェースデータに少なくとも部分的に基づいてインターフェースを表示することができる。いずれの場合も、インターフェースは、医療器具の向きを表す器具－位置合わせ要素を含むことができる。
ブロック７１４において、プロセス７００は、医療器具の向きの変化に少なくとも部分的に基づいて、器具－位置合わせ要素の位置を更新することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具の向きに対する変化を判定し、医療器具の向きの変化に少なくとも部分的に基づいて、医療器具に関連付けられた器具－位置合わせ要素の位置を更新することができる。
ブロック７１４のいくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具の標的場所への近接に少なくとも部分的に基づいて、器具－位置合わせ要素の位置を更新することができる。例えば、医療器具の向きが測定単位だけ変化したことを判定すること、及び医療器具が標的場所の所定の近接範囲外にあると判定することに応答して、制御回路は、第１の量だけインターフェース内の器具－位置合わせ要素の位置を更新することができる。更に、医療器具の向きが測定単位だけ変化したことを判定すること、及び医療器具が標的場所の所定の近接範囲内にあると判定することに応答して、制御回路は、第２の量だけインターフェース内の器具－位置合わせ要素の位置を更新することができる。
図８は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の向きに関する情報を提示するためのプロセス８００の例示的なフロー図を例示する。ブロック８０２において、プロセス８００は、医療器具の向きを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成されている医療器具の向きを判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、１つ又は２つ以上の位置特定技術を使用して、医療器具の向きを判定することができる。
ブロック８０４において、プロセス８００は、医療器具の向きが標的軌道と位置合わせされているかどうかを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用例によれば、制御回路は、医療器具のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、医療器具の向きが、標的場所に経皮的にアクセスするために判定される標的軌道と位置合わせしているかどうかを判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具の向きの１つ又は２つ以上の座標及び／又は角度を標的軌道の１つ又は２つ以上の座標及び／又は角度と比較し、１つ又は２つ以上の閾値が満たされるかどうか（例えば、医療器具の向きの１つ又は２つ以上の座標及び／又は角度は、標的軌道の１つ又は２つ以上の座標及び／又は角度に対して特定の数の座標及び／又は角度内にあるかどうか）を判定することができる。実施例では、位置合わせは、位置誤差及び／又は角度誤差（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ヨー、ピッチ、ロール）、及び／又は任意の座標フレームに関して判定され得る。
医療器具の向きが標的軌道と位置合わせしていると判定された場合、プロセス８００は、ブロック８０６に進むことができる。それに対して、医療器具の向きが標的軌道と位置ずれしていると判定された場合、プロセス８００は、ブロック８０８に進むことができる。
ブロック８０６において、プロセス８００は、医療器具の向きが標的軌道と位置合わせされているという示唆を表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにデータを送信することなどによって、インターフェース内に、医療器具の向きが標的軌道と位置合わせされるという示唆を表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、インターフェース内に、医療器具の向きが標的軌道と位置合わせしているという示唆を表示することができる。いくつかの実施形態では、器具－位置合わせ要素は、医療器具の向きが標的軌道と位置合わせされていることを示唆するために、１つ又は２つ以上の位置合わせマーキングと（例えば、マーキングに中心を置かれた）位置合わせされた配列で表示される。
ブロック８０８において、プロセス８００は、医療器具の向きが閾値量を超えて標的軌道と位置ずれしているかどうかを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、医療器具の向きが閾値量を超えて標的軌道と位置ずれしているかどうかを判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具の向きの１つ又は２つ以上の座標及び／又は角度を、標的軌道の１つ又は２つ以上の座標及び／又は角度と比較することができる。
医療器具の向きが標的軌道と閾値量を超えて位置ずれしていると判定される場合、プロセス８００は、ブロック８１０に進むことができる。それに対して、医療器具の向きが閾値量を超えて標的軌道と位置ずれしていないと判定される場合、プロセス８００は、ブロック８１２に進むことができる。
ブロック８１０において、プロセス８００は、境界マーキングにおいてかつ／又は変形された形態で器具－位置合わせ要素を表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにデータを送信することなどによって、境界マーキングに対する所定の近接範囲内に及び／又は変形された形状で器具－位置合わせ要素を表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、インターフェース内に、境界マーキングに対する所定の近接範囲内に及び／又は変形された形状で器具－位置合わせ要素を表示することができる。
ブロック８１２において、プロセス８００は、位置ずれしている位置で器具－位置合わせ要素を表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにデータを送信することなどによって、位置合わせマーキングと位置ずれしている場所に器具－位置合わせ要素を表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、位置合わせマーキングと位置ずれしている場所に器具－位置合わせ要素を表示することができる。
ブロック８１４において、プロセス８００は、医療器具が人体解剖学的構造内に挿入されているかどうかを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具からのセンサデータ並びに／又は患者の位置及び／若しくは向きに関する情報に少なくとも部分的に基づいて、医療器具が患者内に少なくとも部分的に配設されているかどうかを判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具が特定の量だけ患者に挿入されているかどうかを判定することができる。
医療器具が人体解剖学的構造内に挿入されていると判定された場合、プロセス８００は、ブロック８１６に進むことができる。それに対して、医療器具が人体解剖学的構造内に挿入されていないと判定された場合、プロセス８００は、ブロック８１８に進むことができる。
ブロック８１６において、プロセス８００は、医療器具を後退させるための示唆を表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにデータを送信することなどによって、医療器具を後退させるための示唆を表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、医療器具を後退させるための示唆を表示することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、ブロック８１０及び／又は８１２と関連付けられた情報の表示（例えば、器具－位置合わせ要素）を維持し、並びに医療器具を後退させるための示唆を提供することができる。
ブロック８１８において、プロセス８００は、情報の表示を維持することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具の現在の向き及び／又は位置に関するテキスト又は他の視覚化の表示（例えば、ブロック８１０及び／又は８１２で提示される情報）を維持することができる。ブロック８１８が図示されているが、いくつかの実施形態では、別の動作又はプロセスが実行され得る。
図９は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の標的場所への近接に関する情報を提示するためのプロセス９００の例示的なフロー図を例示する。ブロック９０２において、プロセス９００は、医療器具の標的場所への近接を判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、医療器具の患者内の標的場所への近接を判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、１つ又は２つ以上の位置特定技術を使用して、医療器具の位置を判定することができる。
ブロック９０４において、プロセス９００は、医療器具の標的場所への近接の示唆を表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにデータを送信することなどによって、インターフェース内に、医療器具の標的場所への近接の示唆を表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、インターフェース内に、医療器具の標的場所への近接の示唆を表示することができる。
ブロック９０６において、プロセス９００は、医療器具が標的場所に到達したかどうかを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、医療器具が患者内の標的場所に到達したかどうかを判定することができる。
医療器具が標的場所に到達したと判定された場合、プロセス９００は、ブロック９０８に進むことができる。それに対して、医療器具が標的場所に到達していないと判定された場合、プロセス９００は、ブロック９０２に戻ることができる。
ブロック９０８において、プロセス９００は、医療器具が標的場所に到達したという示唆を表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにデータを送信することなどによって、インターフェース内に、医療器具が標的場所に到達したという示唆を表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、インターフェース内に、医療器具が標的場所に到達したという示唆を表示することができる。
ブロック９１０において、プロセス９００は、医療器具が標的場所を越えて挿入されているかどうかを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、医療器具が標的場所を越えて挿入されているかどうかを判定することができる。
医療器具が標的場所を越えて挿入されていると判定された場合、プロセス９００は、ブロック９１２に進むことができる。それに対して、医療器具が標的場所を越えて挿入されていないと判定された場合、プロセス９００は、ブロック９０２に戻ることができる。プロセス９００は、図９の例では、ブロック９０２に戻るように例示されているが、いくつかの実施形態では、プロセス９００は、ブロック９０６、ブロック９０８、又は別のブロックに戻ることができる。
ブロック９１２において、プロセス９００は、医療器具が標的場所を越えて挿入されているという示唆を表示させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにデータを送信することなどによって、インターフェース内に、標的場所を越えて挿入されているという示唆を表示させることができる。更に、ある特定の使用事例によれば、ディスプレイデバイスは、インターフェース内に、医療器具が標的場所を越えて挿入されているという示唆を表示することができる。次いで、プロセス９００は、ブロック９０２に戻ることができる。
図１０は、１つ又は２つ以上の実施形態による、器具－位置合わせ要素と関連付けられた位置変化パラメータを設定及び／又は更新するためのプロセス１０００の例示的なフロー図を例示する。ブロック１００２において、プロセス１０００は、医療器具の移動単位に関連付けられた位置変化パラメータを設定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、位置変化パラメータを、器具－位置合わせ要素の特定の量の位置変化を示唆する初期値に設定することができる。位置変化パラメータは、医療器具の移動単位（例えば、向き変化単位）に対するインターフェース内の器具－位置合わせ要素の位置変化量を示唆することができる。いくつかの実施形態では、初期値は、患者の外部に位置する、及び／又は標的場所への所定の近接範囲の外側に位置する医療器具と関連付けられている所定の値又はデフォルト値を含む。例えば、位置変化パラメータは、医療器具の患者への挿入前に医療器具が位置合わせされているときに、初期値に設定され得る。
ブロック１００４において、プロセス１０００は、位置変化パラメータを使用して、医療器具の向きの変化に少なくとも部分的に基づいて、器具－位置合わせ要素の位置を変化させることを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具の向きが変化したことを判定し、それに応答して、位置変化パラメータを使用して器具－位置合わせ要素の位置を変化させ得る（例えば、位置変化パラメータの値を使用して、器具－位置合わせ要素に適用する位置変化量を識別する）。
ブロック１００６において、プロセス１０００は、医療器具が標的場所により近いかどうかを判定することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具が医療器具の最後の位置と比較して標的場所により近いかどうかを判定することができる。かかる判定は、医療器具からのセンサデータに少なくとも部分的に基づき得る。いくつかの実施形態では、制御回路は、医療器具が標的場所の所定の近接範囲内にあるかどうかを判定することができる。
医療器具が標的場所により近いと判定された場合、プロセス１０００は、ブロック１００８に進むことができる。それに対して、医療器具が標的場所により近くないと判定された場合、プロセス１０００は、ブロック１００４に戻り、以前に設定された位置変化パラメータを使用し続けることができる。
ブロック１００８において、プロセス１０００は、位置変化パラメータを更新することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御回路は、医療器具の移動単位に対するより多くの又はより少ない位置変化に関連付けられた別の値に位置変化パラメータを更新することができる。いくつかの実施形態では、ブロック１００８は、任意の回数実装され、医療器具が標的場所のより近くに移動するときに、位置変化パラメータを１回又は２回以上更新することができる。更に、いくつかの実施形態では、ブロック１００８は、医療器具が標的場所の所定の近接範囲内にあるときに１回実装され得る。ここで、プロセス１０００は、ブロック１００８を実装した後にブロック１００４に戻らなくてもよい。
例示的なロボットシステム
図１１は、１つ又は２つ以上の実施形態によるロボットシステム１１０の例示的な詳細を例示する。この実施例では、ロボットシステム１１０は、移動可能であるカート基部のロボット的に可能なシステムとして例示されている。しかしながら、ロボットシステム１１０は、テーブルなどに一体化された固定システムとして実装され得る。
ロボットシステム１１０は、細長いセクション１１４（Ａ）（「カラム１１４（Ａ）」と称されることもある）及び基部１１４（Ｂ）を含む支持構造１１４を含むことができる。カラム１１４（Ａ）は、１つ又は２つ以上のロボットアーム１１２（図１１には３つ示されている）の展開を支持するためのキャリッジ１１０２（代替的に「アーム支持体１１０２」と称される）などの１つ又は２つ以上のキャリッジを含むことができる。キャリッジ１１０２は、患者に対してより良好に位置決めするために、垂直軸に沿って回転してロボットアーム１１２の基部を調整する、個別に構成可能なアームマウントを含むことができる。キャリッジ１１０２はまた、キャリッジ１１０２がカラム１１４（Ａ）に沿って垂直方向に並進することを可能にするキャリッジインターフェース１１０４を含む。キャリッジインターフェース１１０４は、キャリッジ１１０２の垂直並進を誘導するためにカラム１１４（Ａ）の両側に位置決めされているスロット１１０６などのスロットを通してカラム１１４（Ａ）に接続されている。スロット１１０６は、キャリッジ１１０２を基部１１４（Ｂ）に対して様々な垂直高さに位置決めして保持するための垂直並進インターフェースを含む。キャリッジ１１０２の垂直並進により、ロボットシステム１１０が、ロボットアーム１１２の到達範囲を調整して、様々なテーブル高さ、患者の大きさ、医師の選好などを満たすことが可能になる。同様に、キャリッジ１１０２上の個別に構成可能なアームマウントにより、ロボットアーム１１２のロボットアーム基部１１０８を様々な構成で角度付けすることが可能になる。カラム１１４（Ａ）は、例えば、Ｉ／Ｏデバイス１１６からの入力などのユーザ入力に応答して生成される制御信号に応答して、キャリッジ１１０２を機械化された様式で並進させるために垂直方向に位置合わせされた親ねじを使用するように設計された、ギア及び／又はモータなどの機構を内部に備えることができる。
いくつかの実施形態では、スロット１１０６には、キャリッジ１１０２が垂直方向に並進するときにカラム１１４（Ａ）の内部チャンバ及び／又は垂直並進インターフェース内への汚れ及び／又は流体の侵入を防止するために、スロット表面と同一平面及び／又は平行であるスロットカバーで補完され得る。スロットカバーは、スロット１１０６の垂直方向の頂部及び底部付近に位置決めされたばねスプールの対を通して展開され得る。カバーは、キャリッジ１１０２が垂直方向に上下に並進するときに、コイル状の状態から延伸及び後退するように展開されるまで、スプール内でコイル状にされ得る。スプールのばね荷重は、キャリッジ１１０２がスプールに向かって並進するときにカバーをスプール内に後退させる力を提供し、同時に、キャリッジ１１０２がスプールから離れて並進するときに緊密なシールを維持することもできる。カバーは、キャリッジ１１０２が並進するときにカバーの適切な伸長及び後退を確実にするために、例えば、キャリッジインターフェース１１０４内のブラケットを使用してキャリッジ１１０２に接続され得る。
基部１１４（Ｂ）は、床などの地表上で、カラム１１４（Ａ）、キャリッジ１１０２、及び／又はアーム１１２の重量のバランスをとることができる。したがって、基部１１４（Ｂ）は、１つ又は２つ以上の電子機器、モータ、電源などの重量のある構成要素、並びにロボットシステム１１０を移動及び／又は固定することを可能にする構成要素を収容することができる。例えば、基部１１４（Ｂ）は、ロボットシステム１１０が処置のために部屋を動き回ることを可能にする転動可能ホイール１１１６（「キャスタ１１１６」とも称される）を含むことができる。適切な位置に到達した後、キャスタ１１１６は、処置中にカート１１０を所定の場所に保持するためにホイールロックを使用して固定され得る。示されるように、ロボットシステム１１０はまた、ロボットシステム１１０を操縦及び／又は安定させるのを支援するためのハンドル１１１８を含む。
ロボットアーム１１２は、一般に、一連のジョイント１１１４によって接続された一連のリンク機構１１１２によって分離されたロボットアーム基部１１０８及びエンドエフェクタ１１１０を備えることができる。各ジョイント１１１４は、独立したアクチュエータを備えることができ、各アクチュエータは、独立して制御可能なモータを備えることができる。各独立して制御可能なジョイント１１１４は、ロボットアーム１１２に利用可能な独立した自由度を表す。例えば、アーム１１２の各々は、７つのジョイントを有し、したがって、７つの自由度を提供することができる。しかしながら、任意の数のジョイントを任意の自由度で実装することができる。実施例では、多数のジョイントは、多数の自由度をもたらし、「冗長」自由度を可能にすることができる。冗長自由度は、ロボットアーム１１２が、それらのそれぞれのエンドエフェクタ１１１０を、異なるリンク機構位置及び／又はジョイント角度を使用して、空間内の特定の位置、向き、及び／又は軌道に位置決めすることを可能にする。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１１１０は、医療器具、デバイス、物体などと係合し、及び／又はそれらを制御するように構成され得る。アーム１１２の移動の自由度により、ロボットシステム１１０が、医療器具を空間内の所望の点から位置決めし、及び／又は方向付けることが可能になり、及び／又は医師が、アーム１１２を患者から離れた臨床的に有利な位置に移動させて、アームの衝突を回避しながらアクセスを作り出すことが可能になる。
図１１に示されるように、ロボットシステム１１０はまた、Ｉ／Ｏデバイス１１６を含むことができる。Ｉ／Ｏデバイス１１６は、ディスプレイ、タッチスクリーン、タッチパッド、プロジェクタ、マウス、キーボード、マイクロフォン、スピーカ、コントローラ、（例えば、ジェスチャ入力を受信するための）カメラ、又は入力を受信及び／又は提供するための別のＩ／Ｏデバイスを含むことができる。Ｉ／Ｏデバイス１１６は、タッチ、発話、ジェスチャ、又は任意の他のタイプの入力を受信するように構成され得る。Ｉ／Ｏデバイス１１６は、カラム１１４（Ａ）の垂直端部（例えば、カラム１１４（Ａ）の頂部）に位置決めされ得、及び／又はユーザ入力を受信するための及び／又は出力を提供するためのユーザインターフェースを提供することができる。例えば、Ｉ／Ｏデバイス１１６は、入力を受信し、術前及び／又は術中データを医師に提供するためのタッチスクリーン（例えば、兼用デバイス）を含むことができる。例示的な術前データは、術前計画、ナビゲーション、及び／又は術前コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンから導出されたマッピングデータ、及び／又は術前患者問診からのメモを含むことができる。例示的な術中データは、ツール／器具、センサから提供される光学情報、及び／又はセンサからの座標情報、並びに呼吸、心拍数、及び／又は脈拍などの重要な患者統計を含むことができる。Ｉ／Ｏデバイス１１６は、医師が、キャリッジ１１０２とは反対側のカラム１１４（Ａ）の側面などの様々な位置からＩ／Ｏデバイス１１６にアクセスすることを可能にするように位置決め及び／又は傾けられ得る。この位置から、医師は、Ｉ／Ｏデバイス１１６、ロボットアーム１１２、及び／又は患者を視認すると同時に、Ｉ／Ｏデバイス１１６をロボットシステム１１０の背後から動作させることができる。
ロボットシステム１１０は、様々な他の構成要素を含むことができる。例えば、ロボットシステム１１０は、１つ又は２つ以上の制御電子機器／回路、電源、空気圧、光源、アクチュエータ（例えば、ロボットアーム１１２を移動させるためのモータ）、メモリ、及び／又は（例えば、別のデバイスと通信するための）通信インターフェースを含むことができる。いくつかの実施形態では、メモリは、コンピュータ実行可能命令を記憶することができ、コンピュータ実行可能命令は、制御回路によって実行されると、制御回路に、本明細書で考察される動作のうちのいずれかを実行させる。例えば、メモリは、コンピュータ実行可能命令を記憶することができ、コンピュータ実行可能命令は、制御回路によって実行されると、制御回路に、ロボットアーム１１２の操作に関する入力及び／又は制御信号を受信させ、それに応答して、ロボットアーム１１２を制御して、特定の配列に位置決めし、及び／又はエンドエフェクタ１１１０に接続された医療器具をナビゲートする。
いくつかの実施形態では、ロボットシステム１１０は、スコープ１２０などの医療器具と係合し、及び／又はそれを制御するように構成されている。例えば、ロボットアーム１１２は、スコープ（例えば、スコープのシース及び／又はリーダ）の位置、向き、及び／又は先端関節運動を制御するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ロボットアーム１１２は、細長い移動部材を使用してスコープ１２０を操作するように構成され得る／構成可能であり得る。細長い移動部材は、１つ又は２つ以上のプルワイヤ（例えば、プルワイヤ又はプッシュワイヤ）、ケーブル、ファイバ、及び／又は可撓性シャフトを含むことができる。例示のために、ロボットアーム１１２は、スコープ１２０に結合された複数のプルワイヤを作動させて、スコープ１２０の先端を逸らすように構成され得る。プルワイヤは、ステンレス鋼、ケブラー、タングステン、炭素繊維などの金属及び／又は非金属材料などの任意の適切な又は望ましい材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、スコープ１２０は、細長い移動部材によって印加される力に応答して、非線形挙動を呈するように構成されている。非線形挙動は、スコープ１２０の剛性及び圧縮性、並びに異なる細長い移動部材間のたるみ又は剛性の変動性に基づき得る。
例示的な制御システム
図１２は、１つ又は２つ以上の実施形態による、制御システム１４０の例示的な詳細を例示する。例示されるように、制御システム１４０は、以下の構成要素、デバイス、モジュール、及び／又はユニット（本明細書では「構成要素」と称される）のうちの１つ又は２つ以上を、別個に／個別に、及び／又は組み合わせて／まとめてのいずれかで含むことができ、すなわち、制御回路１２０２、データ記憶装置／メモリ１２０４、１つ又は２つ以上の通信インターフェース１２０６、１つ又は２つ以上の電源ユニット１２０８、１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０、及び／又は１つ又は２つ以上のホイール１２１２（例えば、キャスタ又は他のタイプのホイール）である。いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、制御システム１４０の構成要素のうちの１つ又は２つ以上の少なくとも一部を収容若しくは含有するように構成及び／又は寸法決めされたハウジング／筐体を備えることができる。この実施例では、制御システム１４０は、１つ又は２つ以上のホイール１２１２と共に移動可能なカート基部のシステムとして例示されている。いくつかの事例では、適切な位置に到達した後、１つ又は２つ以上のホイール１２１２は、ホイールロックを使用して固定されて、制御システム１４０を所定の位置に保持することができる。しかしながら、制御システム１４０は、固定システムとして実装され、別のシステム／デバイスに一体化され得る。
制御システム１４０のある特定の構成要素が図１２に例示されているが、示されていない追加の構成要素が本開示による実施形態に含まれ得ることを理解されたい。更に、いくつかの実施形態では、例示される構成要素のうちのいくつかは、省略され得る。制御回路１２０２は、図１２の図において別個の構成要素として例示されているが、制御システム１４０の残りの構成要素のうちのいずれか又は全てが、制御回路１２０２に少なくとも部分的に具現化され得ることを理解されたい。すなわち、制御回路１２０２は、様々なデバイス（能動的及び／又は受動的）、半導体材料、及び／又は領域、層、区域、及び／又はそれらの部分、導体、リード、ビア、接続などを含むことができ、制御システム１４０の他の構成要素のうちの１つ又は２つ以上及び／又はその一部分は、かかる回路構成要素／デバイスによって少なくとも部分的に形成及び／又は具現化され得る。
制御システム１４０の様々な構成要素は、ある特定の接続回路／デバイス／フィーチャーを使用して、電気的及び／又は通信可能に結合され得るが、それら構成要素は、制御回路１２０２の一部であってもなくてもよい。例えば、接続フィーチャーは、制御システム１４０の様々な構成要素／回路のうちの少なくともいくつかの取り付け及び／又は相互接続を容易にするように構成された１つ又は２つ以上のプリント回路基板を含むことができる。いくつかの実施形態では、制御回路１２０２、データ記憶装置／メモリ１２０４、通信インターフェース１２０６、電源ユニット１２０８、及び／又は入力／出力（Ｉ／Ｏ）構成要素１２１０のうちの２つ以上は、互いに電気的及び／又は通信可能に結合され得る。
例示されるように、メモリ１２０４は、位置特定構成要素１２１４、標的／軌道構成要素１２１６、及び本明細書で考察される様々な機能性を容易にするように構成されたユーザインターフェース構成要素１２１８を含むことができる。いくつかの実施形態では、位置特定構成要素１２１４、標的／軌道構成要素１２１６、及び／又はユーザインターフェース構成要素１２１８は、１つ又は２つ以上の動作を実行するために制御回路１２０２によって実行可能な１つ又は２つ以上の命令を含むことができる。多くの実施形態は、制御回路１２０２によって実行可能な１つ又は２つ以上の命令を含む構成要素１２１４～１２１８の文脈で考察されているが、構成要素１２１４～１２１８のうちのいずれも、１つ又は２つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ又は２つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１つ又は２つ以上のプログラム固有標準製品（ＡＳＳＰ）、１つ又は２つ以上の複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）など、１つ又は２つ以上のハードウェア論理構成要素として少なくとも部分的に実装され得る。更に、構成要素１２１４～１２１８は、制御システム１４０内に含まれるものとして例示されているが、構成要素１２１４～１２１８のうちのいずれも、ロボットシステム１１０、テーブル１５０、又は別のデバイス／システムなど、別のデバイス／システム内に少なくとも部分的に実装され得る。同様に、制御システム１４０の他の構成要素のうちのいずれも、別のデバイス／システム内に少なくとも部分的に実装され得る。
位置特定構成要素１２１４は、１つ又は２つ以上の位置特定技術を実行して、医療器具などの物体の位置及び／又は向きを判定及び／又は追跡するように構成され得る。例えば、位置特定構成要素１２１４は、入力データ（例えば、医療器具からのセンサデータ、患者の解剖学的構造に関するデータ、患者の位置データ、術前データ、ロボットコマンド、及び／又は運動学データなど）を処理して、１つ又は２つ以上の医療器具の位置／向きデータ１２２０を生成することができる。位置／向きデータ１２２０は、視座に対する１つ又は２つ以上の医療器具の場所及び／又は向きを示唆することができる。視座は、患者の解剖学的構造、既知の物体（例えば、ＥＭ場発生器）、座標系／空間などに対する視座であり得る。いくつかの実装形態では、位置／向きデータ１２２０は、医療器具の遠位端（及び／又はいくつかの事例では、近位端）の場所及び／又は向きを示唆することができる。
いくつかの実施形態では、位置特定構成要素１２１４は、術前データを処理して物体の位置及び／又は向きを判定することができる。術前データ（「マッピングデータ」と称されることもある）は、低用量ＣＴスキャンなどのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンを実行することによって生成することができる。スキャンからの術前ＣＴ画像は、三次元画像に再構成され得、三次元画像は、例えば、患者の内部解剖学的構造の切断図の「スライス」として視覚化される。全体として分析される場合、患者の肺網などの患者の解剖学的構造の解剖学的腔、空間、及び構造について画像ベースのモデルが生成され得る。中心線ジオメトリをＣＴ画像から判定及び近似して、モデルデータと称される（術前ＣＴスキャンのみを使用して生成された場合は「術前モデルデータ」とも称される）患者の解剖学的構造の三次元ボリュームを現像することができる。中心線ジオメトリの例示的な使用は、米国特許出願第１４／５２３，７６０号で考察されており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ネットワークトポロジーモデルはまた、ＣＴ画像から導出され得る。
更に、いくつかの実施形態では、位置特定構成要素１２１４は、物体の位置及び／又は向きを判定するために視覚ベースの技術を実行することができる。例えば、医療器具は、視覚データの形態でセンサデータを提供するために、カメラ、距離センサ（「深さセンサ」と称されることもある）、レーダデバイスなどを備えることができる。位置特定構成要素１２１４は、視覚データを処理して、医療器具の視覚ベースの場所追跡を容易にすることができる。例えば、術前モデルデータを視覚データと共に使用して、医療器具（例えば、内視鏡）のコンピュータ視覚ベースの追跡を可能にすることができる。実施例では、術前モデルデータを使用して、制御システム１４０は、スコープの予想される移動経路に基づいて、予測される内視鏡画像のライブラリを生成することができ、各画像はモデル内の場所にリンクされる。術中に、このライブラリは、スコープ（例えば、内視鏡の遠位端にあるカメラ）で取り込まれたリアルタイム画像及び／又は他の視覚データを画像ライブラリ内の画像と比較するために、制御システム１４０によって参照され、位置特定を支援することができる。
更に、いくつかの実施形態では、物体の位置及び／又は向きを判定するために、他のタイプの視覚ベースの技術が実行され得る。例えば、位置特定構成要素１２１４は、画像センサ（例えば、カメラ又は他のセンサ）の運動を判定するためにフィーチャー追跡を使用することができ、こうして、医療器具は画像センサと関連付けられる。いくつかの事例では、位置特定構成要素１２１４は、解剖学的管腔に対応する術前モデルデータ内の円形ジオメトリを識別し、それらのジオメトリの変化を追跡して、どの解剖学的管腔が選択されたか、並びに医療器具の相対的な回転運動及び／又は並進運動を判定することができる。トポロジーマップの使用はまた、視覚ベースのアルゴリズム又は技術を更に強化することができる。更に、位置特定構成要素１２１４は、光学フロー、別のコンピュータ視覚ベースの技術を使用して、視覚データ内のビデオシーケンス内の画像ピクセルの変位及び／又は並進を分析してカメラ移動を推測することができる。光学フロー技術の例としては、動き検出、物体セグメント化計算、輝度、動き補償符号化、ステレオ視差測定などを挙げることができる。複数の反復にわたって複数のフレームを比較することによって、位置特定構成要素１２１４は、画像センサ（及び、したがって内視鏡）の移動及び場所を判定することができる。
更に、いくつかの実施形態では、位置特定構成要素１２１４は、電磁追跡を使用して、物体の位置及び／又は向きを判定することができる。例えば、位置特定構成要素１２１４は、リアルタイムＥＭ追跡を使用して、患者の解剖学的構造に記録され得る、座標系／空間における医療器具のリアルタイム場所を判定することができ、この場所は、術前モデル又は他のモデルによって表され得る。ＥＭ追跡では、１つ又は２つ以上のセンサコイルを含むＥＭセンサ（又はトラッカ）が、医療器具（例えば、スコープ、針など）内の１つ又は２つ以上の場所及び／又は向きに埋め込まれ得る。ＥＭセンサは、既知の場所に位置決めされた１つ又は２つ以上の静的ＥＭ場発生器によって作り出されたＥＭ場の変動を測定することができる。ＥＭセンサによって検出された場所情報は、ＥＭデータとして記憶され得る。位置特定構成要素１２１４は、ＥＭデータを処理して、医療器具などの物体の位置及び／又は向きを判定することができる。ＥＭ場生成器（又は送信機）は、ＥＭセンサが検出することができる低強度磁場を作り出すために、患者の近くに（例えば、所定の距離内に）配置することができる。磁場は、ＥＭセンサのセンサコイル内に小電流を誘導することができ、これを分析して、ＥＭセンサとＥＭ場生成器との間の距離及び角度を判定することができる。これらの距離及び向きは、座標系内の単一の場所を患者の解剖学的構造の術前モデルにおける位置と位置合わせする幾何学的変換を判定するために、患者の解剖学的構造（例えば、術前モデル）に術中「記録」され得る。記録されると、医療器具の１つ又は２つ以上の位置（例えば、内視鏡の遠位先端、針など）におけるＥＭセンサ（例えば、埋め込まれたＥＭトラッカ）は、患者の解剖学的構造を通る医療器具の位置及び／又は向きのリアルタイム示唆を提供することができる。
追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、位置特定構成要素１２１４は、ロボットコマンド及び／又は運動学データを使用して、物体の位置及び／又は向きを判定することができる。ロボットコマンド及び／又は運動学データは、術前較正中及び／又は処置中に使用されるコマンドなど、関節運動コマンドから生じる（例えば、ロボットアームの）ピッチ及び／又はヨーを示唆することができる。術中に、較正測定を既知の挿入深さ情報と組み合わせて使用して、医療器具の位置及び／又は向きを推定することができる。代替的又は追加的に、これらの計算は、ＥＭ、視覚、及び／又はトポロジーモデリングと組み合わせて分析されて、医療器具の位置及び／又は向きを推定することができる。
更に、いくつかの実施形態では、位置特定構成要素１２１４は、他のタイプのデータを使用して、物体の位置及び／又は向きを判定することができる。例えば、位置特定構成要素１２１４は、医療器具に埋め込まれた、形状検知ファイバ（例えば、これは、医療器具の場所／形状に関する形状データを提供することができる）、加速度計、ジャイロスコープ、衛星ベースの位置決めセンサ（例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ））、無線周波数トランシーバなどからのセンサデータを分析することができる。かかるデータは、医療器具の位置及び／又は向きを示唆することができる。
いくつかの実施形態では、位置特定構成要素１２１４は、入力データを組み合わせて使用することができる。例えば、位置特定構成要素１２１４は、信頼重みが複数の形態の入力データから判定された位置／向きに割り当てられる確率的手法を使用することができる。例示するために、ＥＭデータが（ＥＭ干渉がある場合のように）信頼できない場合、ＥＭデータは比較的低い信頼値と関連付けられ得、視覚データ、ロボットコマンド、運動学的データなどの他の形態の入力データに依拠することができる。
標的／軌道構成要素１２１６は、人体解剖学的構造及び／又は座標空間／座標系内の標的場所の位置を判定するように構成され得る。標的場所は、人体解剖学的構造及び／又は座標空間／座標系内の点／点セットを表すことができる。例えば、標的／軌道構成要素１２１６は、座標系内の標的場所の１つ又は２つ以上の点を識別し、１つ又は２つ以上の点の座標（例えば、各点のＸ、Ｙ、Ｚ座標）を識別し、座標を標的場所と関連付けることができる。いくつかの実施形態では、標的／軌道構成要素１２１６は、医療器具の位置及び／又は向きを使用して、標的場所の位置を判定することができる。例えば、スコープは、標的場所に接触するか、又は近接範囲内にある（例えば、標的場所の前に静止状態にある）ようにナビゲートされ得る。位置特定構成要素１２１４は、位置特定技術を使用して、スコープの位置（例えば、スコープの端部の場所）及び／又はスコープの視野内の物体の位置を判定することができる。標的／軌道構成要素１２１６は、スコープの位置（例えば、スコープの座標）を標的場所と関連付けることができる。追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、スコープは、標的場所をマーク付けするために基準点を送達することができ、基準点の位置が判定され得る。
標的場所は、人体解剖学的構造及び／又は座標空間／座標系内の固定点又は可動点を表すことができる。例えば、乳頭が最初に標的場所として指定されている場合、処置が進行し、（例えば、医療器具の挿入に起因して）乳頭が移動するときに、標的場所の座標が判定及び更新され得る。ここで、スコープの場所（乳頭の近接範囲内にあり得る）は、標的場所の座標を更新するために経時的に追跡され、使用され得る。いくつかの実施形態では、標的／軌道構成要素１２１６は、標的場所の位置を推定／予測することができる。ここで、標的場所は、予測位置で表すことができる。例えば、標的／軌道構成要素１２１６は、人体解剖学的構造が移動するときに標的場所の座標を予測するアルゴリズムを使用することができる。予測座標を使用して、標的軌道を判定することができる。
標的／軌道構成要素１２１６はまた、医療器具又は別の物体の標的軌道を判定するように構成され得る。標的軌道は、標的場所にアクセスするための所望の経路を表すことができる。標的軌道は、医療器具（例えば、針、スコープなど）の位置、人体解剖学的構造内の標的場所、患者の位置及び／又は向き、患者の解剖学的構造（例えば、標的場所に対する患者内の臓器の場所）などの様々な情報に基づいて判定され得る。例えば、標的軌道は、医療器具の位置及び／又は患者の皮膚上の場所から患者内の標的場所の位置まで／そこを通って延伸するラインを含むことができる。実施例では、医師は、人体解剖学的構造の画像又はモデルを分析し、患者の内部解剖学的構造の画像上にラインを描くことなどによって、標的軌道を指定する入力を提供することができる。いくつかの実施形態では、標的／軌道構成要素１２１６は、最初に標的軌道を計算し、及び／又は処置全体を通して標的軌道を更新することができる。例えば、標的場所が処置中に移動するとき、標的軌道は、標的場所の位置の変化に起因して更新され得る。標的場所が推定される実施例では、標的軌道は、標的場所に到達するために推定経路を表すことができる。
いくつかの実施形態では、標的軌道及び／又は医療器具の軌道は、１つ又は２つ以上の解剖学的平面／軸に関して画定／表現され得る。例えば、軌道は、冠状／矢状／横断面又は別の平面／軸に対する角度（例えば、２０度の頭側－尾側角度、１０度の内側－外側角度など）として画定／表現され得る。例示するために、制御システム１４０は、ＥＭ場発生器に対する医療器具の姿勢及び／又はＥＭ場発生器に対する標的の場所を判定することができる。制御システム１４０はまた、ロボット運動学に基づいて、ロボットシステムに対するＥＭ場発生器の姿勢を判定することができる。いくつかの事例では、制御システム１４０は、ロボットシステムがベッドに対して平行であると推測／判定することができる。かかる情報に基づいて、制御システム１４０は、ベッド上の患者の解剖学的平面に対する角度など、解剖学的平面に対する標的軌道及び／又は医療器具の軌道を判定することができる。
ユーザインターフェース構成要素１２１８は、１つ又は２つ以上のユーザインターフェース（「１つ又は２つ以上のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）」とも称される）を容易にするように構成され得る。例えば、ユーザインターフェース構成要素１２１８は、医療器具の向き及び／又は位置を示唆するために、１つ又は２つ以上の視覚化を含む器具－位置合わせインターフェース１２２４を表すユーザインターフェースデータ１２２２を生成することができる。ユーザインターフェース構成要素１２２８は、医療器具に関する位置／向きデータ１２２０、標的場所に関する情報、及び／又は標的軌道に関する情報を使用して、器具－位置合わせインターフェース１２２４内に、標的軌道に対する医療器具の向きの位置合わせ及び／又は医療器具の標的場所への近接を示唆する１つ又は２つ以上の視覚化を提示することができる。更に、ユーザインターフェース構成要素１２２８は、スコープによって取り込まれた画像などの視覚データを使用して、器具－位置合わせインターフェース１２２４内に情報を提示することができる。実施例では、情報は、スコープからの画像（例えば、拡張画像ビュー）上に重ね合わされ得る。ユーザインターフェース構成要素１２２８は、ユーザインターフェースデータ１２２２又は他のデータを、器具－位置合わせインターフェース１２２４の表示のために１つ又は２つ以上のディスプレイ１４２及び／又は別のディスプレイに提供することができる。
１つ又は２つ以上の通信インターフェース１２０６は、１つ又は２つ以上のデバイス／センサ／システムと通信するように構成され得る。例えば、１つ又は２つ以上の通信インターフェース１２０６は、ネットワークを介して無線及び／又は有線の方式でデータを送信／受信することができる。本開示の実施形態によるネットワークは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）（例えば、インターネット）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ボディエリアネットワーク（body area network、ＢＡＮ）などを含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ又は２つ以上の通信インターフェース１２０６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ－Ｆｉ、近距離無線通信（near field communication、ＮＦＣ）などの無線技術を実装することができる。
１つ又は２つ以上の電源ユニット１２０８は、制御システム１４０（及び／又はいくつかの事例では、ロボットシステム１１０）の電力を管理するように構成され得る。いくつかの実施形態では、１つ又は２つ以上の電源ユニット１２０８は、リチウム系電池、鉛酸電池、アルカリ電池、及び／又は別のタイプの電池などの１つ又は２つ以上の電池を含む。すなわち、１つ又は２つ以上の電源ユニット１２０８は、電力源を提供し、及び／又は電力管理機能性を提供するように構成された１つ又は２つ以上のデバイス及び／又は回路を備えることができる。更に、いくつかの実施形態では、１つ又は２つ以上の電源ユニット１２０８は、交流（alternating current、ＡＣ）又は直流（direct current、ＤＣ）主電源に結合するように構成されている主電源コネクタを含む。
１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０は、ユーザとのインターフェース接続などの入力を受信し、及び／又は出力を提供するための様々な構成要素を含むことができる。１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０は、タッチ、発話、ジェスチャ、又は任意の他のタイプの入力を受信するように構成され得る。実施例では、１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０を使用して、ロボットシステム１１０を制御する、ロボットシステム１１０に付着したスコープ又は他の医療器具をナビゲートし、テーブル１５０を制御し、蛍光透視デバイス１９０を制御するなど、デバイス／システムの制御に関する入力を提供することができる。示されるように、１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０は、データを表示するように構成された１つ又は２つ以上のディスプレイ１４２（「１つ又は２つ以上のディスプレイデバイス１４２」と称されることもある）を含むことができる。１つ又は２つ以上のディスプレイ１４２は、１つ又は２つ以上の液晶ディスプレイ（liquid-crystal display、ＬＣＤ）、発光ダイオード（light-emitting diode、ＬＥＤ）ディスプレイ、有機ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、電子ペーパーディスプレイ、及び／又は任意の他のタイプの技術を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ又は２つ以上のディスプレイ１４２は、入力及び／又は表示データを受信するように構成された１つ又は２つ以上のタッチスクリーンを含む。更に、１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０は、タッチスクリーン、タッチパッド、コントローラ、マウス、キーボード、ウェアラブルデバイス（例えば、光学ヘッドマウントディスプレイ）、仮想又は拡張現実デバイス（例えば、ヘッドマウントディスプレイ）などを含む１つ又は２つ以上のＩ／Ｏデバイス１４６を含むことができる。追加的に、１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０は、音声信号に基づいて音を出力するように構成された１つ又は２つ以上のスピーカ１２２６、及び／又は音を受信し音声信号を生成するように構成された１つ又は２つ以上のマイクロフォン１２２８を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ又は２つ以上のＩ／Ｏ構成要素１２１０は、コンソールを含むか、又はコンソールとして実装される。
図１２には示されていないが、制御システム１４０は、制御された灌注能力及び／又は吸引能力を医療器具（例えば、スコープ）、医療器具を通して展開され得るデバイスなどに提供するために、１つ又は２つ以上のポンプ、流量計、バルブ制御、及び／又は流体アクセス構成要素などの他の構成要素を含み、及び／又は制御することができる。いくつかの実施形態では、灌注能力及び吸引能力は、別個のケーブルを通して医療器具に直接送達され得る。更に、制御システム１４０は、フィルタリングされた及び／又は保護された電力をロボットシステム１１０など別のデバイスに提供するように設計された電圧プロテクタ及び／又はサージプロテクタを含むことができ、それによって、ロボットシステム１１０内に電力変圧器及び他の補助電力構成要素を配置することが回避され、ロボットシステム１１０がより小さく、より移動可能になる。
制御システム１４０はまた、医療システム１００全体に展開されたセンサのための支持機器も含むことができる。例えば、制御システム１４０は、光センサ及び／又はカメラから受信されたデータを検出、受信、及び／又は処理するための光電子機器を含むことができる。かかる光電子機器を使用して、制御システム１４０内に含まれる、任意の数のデバイス／システムに表示するためのリアルタイム画像を生成することができる。同様に、制御システム１４０は、展開された電磁（ＥＭ）センサから受信された信号を受信及び／又は処理するための電子サブシステムも含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御システム１４０を使用して、医療器具内又は医療器具上のＥＭセンサによる検出のためにＥＭ場生成器を収容、及び位置決めすることもできる。
いくつかの実施形態では、制御システム１４０は、１つ又は２つ以上のケーブル又は接続（図示せず）を介して、ロボットシステム１１０、テーブル１５０、並びに／又はスコープ１２０及び／若しくは針１７０などの医療器具に結合され得る。いくつかの実装形態では、制御システム１４０からのサポート機能性は、単一のケーブルを介して提供され得、手術室を簡略化し、脱乱雑にすることができる。他の実施形態では、特定の機能性は、別個の配線及び接続で結合され得る。例えば、電力は単一の電力ケーブルを通して供給され得るが、制御、光学、流体工学、及び／又はナビゲーションのためのサポートは、別個のケーブルを通して提供され得る。
「制御回路」という用語は、本明細書では、その広い通常の意味に従って使用され、１つ又は２つ以上のプロセッサ、処理回路、処理モジュール／ユニット、チップ、ダイ（例えば、１つ又は２つ以上の能動デバイス及び／又は受動デバイス及び／又は接続回路を含む半導体ダイ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理ユニット、グラフィック処理ユニット、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブル論理デバイス、状態機械（例えば、ハードウェア状態機械）、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、並びに／あるいは回路及び／又は動作命令のハードコーディングに基づいて信号（アナログ及び／又はデジタル）を操作する任意のデバイスの任意の集合を指すことができる。制御回路は、１つ又は２つ以上の記憶デバイスを更に含むことができ、これは、単一のメモリデバイス、複数のメモリデバイス、及び／又はデバイスの埋め込み回路の中に具現化され得る。かかるデータ記憶装置は、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、データ記憶レジスタ、及び／又はデジタル情報を記憶する任意のデバイスを含むことができる。制御回路が、ハードウェア状態機械を備え（かつ／又はソフトウェア状態機械を実装し）、かつアナログ回路、デジタル回路、及び／又は論理回路を備える、実施形態では、任意の関連付けられた動作命令を記憶するデータ記憶デバイス／レジスタは、状態機械、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は論理回路を備える回路の内部に又はその外部に埋め込まれ得ることに留意されたい。
「メモリ」という用語は、本明細書では、その広い通常の意味に従って使用され、任意の適切な又は望ましいタイプのコンピュータ可読媒体を指すことができる。例えば、コンピュータ可読媒体は、１つ又は２つ以上の揮発性データ記憶デバイス、不揮発性データ記憶デバイス、取り外し可能なデータ記憶デバイス、並びに／又は任意の技術、レイアウト、及び／若しくはデータ構造／プロトコルを使用して実装される取り外し可能なデータ記憶デバイスを含むことができ、任意の適切な又は望ましいコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のタイプのデータを含む。
本開示の実施形態に従って実装され得るコンピュータ可読媒体は、これらに限定されないが、相変化メモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、他のタイプのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ若しくは他のメモリ技術、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）若しくは他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶デバイス、又はコンピューティングデバイスによるアクセスのための情報を記憶するために使用され得る任意の他の非一時的媒体を含む。本明細書においてある特定の文脈で使用される場合、コンピュータ可読媒体は、一般に、変調データ信号及び搬送波などの通信媒体を含まなくてもよい。そのため、コンピュータ可読媒体は、一般に、非一時的媒体を指すと理解されるべきである。
例示的な標的平面及び投影場所
本明細書における様々な技術は、医療器具の向き／位置及び／又は標的軌道／標的場所に関する情報を提供／生成する。多くの実施例では、かかる技術は、患者からの腎石又は別の物体の除去を容易にするために、針、カテーテルなどの別の医療デバイスと集結するスコープの文脈で考察される。しかしながら、本技術は、他の文脈において実装され得る。考察を容易にするために、多くの実施例が針に言及する。とはいえ、上記のように、他の医療器具が実装され得る。
一例示では、上記の実施例で同様に考察されるように、医師は、腎石が位置する腎臓内の場所にスコープをナビゲートすることができる。スコープは、乳頭に接触するようにナビゲートされ、及び／又は別様に乳頭に近接して位置決めされ得る。次いで、医師は、針が経皮的に腎臓に進入するための標的場所として、スコープの位置を記録する入力を提供することができる。針は、センサデータを提供するためにＥＭセンサ又は別のタイプのセンサを装備することができ、センサデータは、針の向き／位置を判定するために使用され得る。針の位置／向き及び／又は標的（すなわち、乳頭）の位置は、２Ｄ表現／平面、３Ｄ表現などの表現にマッピング／投影され得る。
マッピングを使用して、現在の針姿勢と標的場所との間の誤差／差異（「標的化誤差」又は「軌道位置合わせ誤差」と称されることもある）を推定／判定することができる。標的化誤差は、標的軌道／姿勢（例えば、医療器具の望ましい／理想的な軌道／姿勢）に対する角度誤差を表す角度標的化誤差、及び／又は標的場所に対する位置誤差を表す位置標的化誤差を含むことができる。実施例では、角度標的化誤差及び／又は位置標的化誤差は、標的化データ内に表され／示唆され得る。標的化データを使用して、標的場所に対する針の位置合わせ／進行に関する情報を生成／提供することができる。これは、ユーザが、標的場所に到達するために針を挿入するのを支援することができる。例えば、標的化データを使用して、本明細書で考察されるユーザインターフェースのうちのいずれかを提示することができる。
いくつかの実施形態では、本明細書で考察される技術のうちの１つ又は２つ以上は、処置中に移動が発生し得る標的場所などの移動曲線（「ライブ標的」と称されることもある）のために実装され得る。実施例では、スコープ及び／又は患者の解剖学的構造の位置に、及び／又はそれに基づいて設定される標的場所は、針が挿入されるときに解剖学的運動及び／又は組織変形によって移動することがある。いくつかの事例では、標的（例えば、乳頭）の場所は、追跡されたスコープ姿勢を使用して、及び／又は他の位置特定技術を実行してなどリアルタイムで、針が挿入されるときに更新され得る。
図１３～図１６は、インターフェースデータを提供するために、１つ又は２つ以上の実施形態による、針姿勢を表現上にマッピングし、かかるマッピングを使用する例示的な技術を例示する。これらの実施例では、左側の画像は、患者の解剖学的構造（腎臓１３０２／１４０２／１５０２／１６０２を含む）、並びに標的場所１３０４／１４０４／１５０４／１６０４及び針１３０６／１４０６／１５０６／１６０６の姿勢を描写している。一方、右側の画像は、標的場所１３０４／１４０４／１５０４／１６０４に対する針１３０２／１４０２／１５０２／１６０２の姿勢を示唆するためにインターフェースを介して提供され得る１つ又は２つ以上のインターフェース要素１３０８／１４０８／１５０８／１６０８を描写している。例えば、図１３－１～図１３－３に示されるように、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１３０８は、針１３０６を表す器具位置合わせ要素１３０８（Ａ）と、標的場所１３０４を表す位置合わせマーキング１３０８（Ｂ）とを含むことができる。一般に、針１３０６が標的場所１３０４と位置合わせされるとき、器具位置合わせ要素１３０８（Ａ）は、（例えば、位置合わせマーキング１３０８（Ｂ）内に中心を置かれた）位置合わせマーキング１３０８（Ｂ）／１３０８（Ｃ）と位置合わせした配列で表示され得る。図１３～図１６では、標的場所１３０４／１４０４／１５０４／１６０４は、腎石１３１２／１４１２／１５１２／１６１２を除去するために使用され得るスコープ１３１０／１４１０／１５１０／１６１０によって指定され得る。
図１３－１～図１３－３は、針１３０６の姿勢が変化するときに固定されたままである表現／平面１３２０（「標的平面１３２０」と称されることもある）上に針１３０６の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。図１３－１に示されるように、ユーザは、患者の皮膚上の挿入部位などの、針を初期場所１３２２に位置決めするか、又はさもなければ針１３０６の遠位端をある位置に固定することができる。次いで、針１３０６の遠位端（例えば、針先端）と標的場所１３０４との間のライン１３２４が判定され得る。平面１３２０は、ライン１３２４が平面１３２０に対して垂直であり、平面１３２０が標的場所１３０４を含むように判定され得る。次いで、平面１３２０上の針１３０６の投影位置１３２６が判定され得る。例えば、針１３０６の位置は、針１３０６の現在の向き／進行方向に基づいて平面１３２０上に投影され得る。投影位置１３２６は、針１３０６が現在の向き／進行方向で平面１３２０に挿入される場合、針１３０６と平面１３２０との交点を表すことができる。示されるように、針１３０６の標的軌道／姿勢は、ライン１３２４及び／又はライン１３２８を含むことができる。標的軌道／姿勢は、標的場所１３０４に成功裏に到達／位置合わせするために辿られるべき軌道／姿勢を表すことができる。更に、いくつかの事例では、標的軌道は、スコープ１３１０の進行方向を含むことができ、ライン１３２４と同じあってもなくてもよい。
投影位置１３２６を使用して、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１３０８を提示することができるため、ユーザは、標的場所１３０４に対する針１３０６の位置合わせを視認することができる。例えば、位置合わせマーキング１３０８（Ｂ）は、平面１３２０上の標的場所１３０４を表すことができ、器具位置合わせ要素１３０８（Ａ）は、平面１３２０上の針１３０６の投影位置１３２６を表すことができる。位置合わせマーキング１３０８（Ｂ）に対する器具位置合わせ要素１３０８（Ａ）の位置は、針１３０６の標的場所１３０４への位置合わせを示唆することができる。例えば、図１３－１～図１３－３に示されるように、針１３０６の向きが変化して（例えば、ユーザが針１３０６を傾斜させて）標的姿勢１３２８と位置合わせするとき、器具位置合わせ要素１３０８（Ａ）は、位置合わせマーキング１３０８（Ｂ）のより近くに／その中に移動する。図１３－３は、標的姿勢１３２８（すなわち、標的場所１３０４と位置合わせされた投影位置１３２６）と位置合わせされた針１３０６を例示する。いくつかの実施例では、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１３０８の位置決めは、角度標的化誤差、すなわち、針１３０６の向きと標的姿勢１３２８との間の差異を表す。
いくつかの事例では、図１３－１～図１３－３のインターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素１３０８の位置を容易にするために、平面１３２０をインターフェースにマッピングすることができる。すなわち、平面１３２０上の場所は、インターフェース内の場所にマッピングされ得る。例えば、平面１３２０上の特定の場所は、投影位置１３２６が平面１３２０上の特定の場所の近接範囲内に位置決めされている場合、器具位置合わせ要素１３０８（Ａ）が位置合わせマーキング１３０８（Ｃ）の近くに位置決めされ得るように、外側位置合わせマーキング１３０８（Ｃ）と関連付けられ得る。
上記のように、平面１３２０の向きは、針１３０６の姿勢が変化するときに固定されたままであり得る。例えば、処置の針挿入フェーズ中（例えば、標的場所１３０４に到達しようと試みて針１３０６を挿入している間）、平面１３２０の向きは、例え針１３０６の向き／位置が変化しても、同じままであり得る。そのため、平面１３２０は、一般に、針１３０６の初期固定位置に基づいて定められる固定面を表す。いくつかの事例では、平面１３２０は、針１３０６の遠位端が最初に患者の皮膚上などの比較的固定された位置に位置決めされるときに判定され得る。固定位置は、位置が固定されていることを示唆するユーザ入力（例えば、針位置合わせインターフェースへの切り替え、特定のアイコンの選択など）、針先端が比較的静止した位置にある針１３２０の向き移動の閾値量未満であることなどに基づいて検出され得る。しかしながら、事例では、平面１３２０は、針１３０６の新しい固定位置（例えば、固定先端点を中心とする向き移動）、新しい固定針位置を示唆するユーザによって提供される入力などを検出することに基づいて更新され得る。
図１４－１～図１４－３は、１つ又は２つ以上の実施形態による、針１４０６の姿勢が変化するときに更新する表現／平面１４２０上に針１４０６の姿勢をマッピングする例示的な技術を例示する。この実施例では、ユーザは、針１４０６の先端の位置を変化させることなく、針１４０６の向きを変化させる。図１４－１に示されるように、ユーザは、針を初期場所１４２２に位置決めすることができる。平面１４２０は、針１４０６の進行方向１４２４が平面１４２０に対して垂直であり、平面１４２０が標的場所１４０４を含むように、判定され得る。次いで、針１４０６の現在の向き／進行方向に基づいて、平面１４２０上の針１４０６の投影位置１４２６が判定され得る。
針１４０６の標的軌道／姿勢は、様々な様式で判定され得る。一例示では、標的軌道／姿勢は、針１４０６の遠位端と標的場所１４０４との間のライン１４２８であり得る／を含み得る。ライン１４２８が基準として使用されるとき、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１４０８は、針１４０６の角度誤差（例えば、針１４０６の姿勢とライン１４２８との間の角度差）を表すことができる。別の例示では、標的軌道／姿勢は、針１４０６の初期進行方向に平行であり、標的場所１４０４を通過するライン１４３０であり得る／を含み得る（例えば、ライン１４３０は平面１４２０に対して垂直であり得る）。ライン１４３０が基準として使用される場合、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１４０８は、針１４０６の位置誤差（例えば、針１４０６の投影位置１４２６と標的場所との間の平面１４２０の位置差）を表すことができる。実施例では、標的軌道／姿勢は、スコープ１４１０の進行方向を含む／それと位置合わせする。いずれの場合も、針１４０６の姿勢が変化するときに、標的軌道が更新され得る。
投影位置１４２６は、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１４０８を提示するために使用され得るため、ユーザは、標的場所１４０４に対する針１４０６の位置合わせを視認することができる。例えば、位置合わせマーキング１４０８（Ｂ）は、標的場所１４０４を表すことができ、器具位置合わせ要素１４０８（Ａ）は、針１４０６の投影位置１４２６を表すことができる。位置合わせマーキング１４０８（Ｂ）に対する器具位置合わせ要素１４０８（Ａ）の位置は、針１４０６の標的場所１４０４への位置合わせを示唆することができる。この実施例では、ユーザは、針１４０６の先端を初期場所１４２２に固定し、針１４０６の向きを変化させる。図１４－１～図１４－３に示されるように、針１４０６の向きが（針１４０６が移動するときに変化する）標的軌道１４２８／１４３０と位置合わせするように変化するとき、器具位置合わせ要素１４０８（Ａ）は、位置合わせマーキング１４０８（Ｂ）のより近くに／その中に移動する。図１４－３は、標的姿勢１４２８／１４３０と位置合わせされた針１４０６を例示する（すなわち、投影位置１４２６は標的場所１４０４と位置合わせされる）。そのため、インターフェースは、一般に、標的軌道に対する針１４０６の角度誤差及び位置誤差の両方を提供するが、ユーザは、先端位置を変化させることなく針１４０６の向きを変化させるため、角度誤差を視認するためにインターフェースを使用している。
図１３－１～図１３－３を参照して上述したのと同様に、平面１４２０をインターフェースにマッピングして、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１４０８をインターフェース内の適切な位置に及び／又は互いに対して表示することができる。
図１５－１～図１５－３は、針１５０６の姿勢が変化するときに更新する表現／平面１５２０上に針１５０６の姿勢をマッピングする別の実施例を例示する。この実施例では、ユーザは、針１５０６の向きを変化させることなく、針１５０６の先端の位置を変化させる。図１５－１に示されるように、平面１５２０は、図１４－１～図１４－３を参照して考察したのと同様の様式で判定され得る。具体的には、ユーザは、針を初期場所１５２２に位置決めすることができる。次いで、平面１５２０は、針１５０６の進行方向１５２４が平面１５２０に対して垂直であり、平面１５２０が標的場所１５０４を含むように、判定され得る。針１５０６の現在の向き／進行方向に基づいて、平面１５２０上の針１５０６の投影位置１５２６が判定され得る。
図１４－１～図１４－３において上述したのと同様に、針１５０６の標的軌道／姿勢は、（ｉ）針１５０６の遠位端と標的場所１５０４との間のライン１５２８、及び／又は（ｉｉ）針１５０６の初期姿勢に平行であり、標的場所１５０４を通過するライン１５３０である／を含むように判定され得る。標的軌道は、針１５０６の姿勢が変化するときに更新することができる。
投影位置１５２６を使用して、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１５０８を提示することができる。例えば、位置合わせマーキング１５０８（Ｂ）に対する器具位置合わせ要素１５０８（Ａ）の位置は、針１５０６の標的場所１５０４への位置合わせを示唆することができる。この実施例では、ユーザは、針１５０６の向きを変化させることなく、針１５０６の先端の位置を変化させる。図１５－１～図１５－３に示されるように、針１５０６の位置が標的軌道１５３０と位置合わせするように変化するとき、器具位置合わせ要素１５０８（Ａ）は、位置合わせマーキング１５０８（Ｂ）内で移動する。そのため、インターフェースは、一般に、標的軌道１５２８／１５３０に対する針１５０６の角度誤差及び位置誤差の両方を提供するが、ユーザは、ユーザが向きを変化させることなく位置を変化させるため、標的軌道１５３０に対する針１５０６の位置誤差を視認するためにインターフェースを使用する。ここで、ユーザは、針１５０６を使用して、標的場所１５０４を走査することができる。
図１４－１～図１４－３を参照して上述したのと同様に、平面１５２０をインターフェースにマッピングして、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１５０８をインターフェース内の適切な位置に及び／又は互いに対して表示することができる。
図１６－１～図１６－３は、針１６０６の姿勢が変化するときに更新する表現／平面１６２０上に針１６０６の姿勢をマッピングする別の実施例を例示する。この実施例では、ユーザは、針１６０６の先端の位置を変化させ、針１６０６の向きを変化させる。図１６－１に示されるように、平面１６２０は、図１４－１～図１４－３を参照して考察したのと同様の様式で判定され得る。具体的には、ユーザは、針を初期場所１６２２に位置決めすることができる。次いで、平面１６２０は、針１６０６の進行方向１６２４が平面１６２０に対して垂直であり、平面１６２０が標的場所１６０４を含むように、判定され得る。針１６０６の現在の向き／進行方向に基づいて、平面１６２０上の針１６０６の投影位置１６２６が判定され得る。
図１４－１～図１４－３において上述したのと同様に、針１６０６の標的軌道／姿勢は、（ｉ）針１６０６の遠位端と標的場所１６０４との間のライン１６２８、及び／又は（ｉｉ）針１６０６の姿勢に平行であり、標的場所１６０４を通過するライン１６３０である／を含むように判定され得る。標的軌道は、針１６０６の姿勢が変化するときに更新され得る。
投影位置１６２６を使用して、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１６０８を提示することができる。例えば、位置合わせマーキング１６０８（Ｂ）に対する器具位置合わせ要素１６０８（Ａ）の位置は、針１６０６の標的場所１６０４への位置合わせを示唆することができる。この実施例では、ユーザは、針１４０６の先端の位置を変化させ、針１６０６の向きを変化させる。図１６－１～図１６－３に示されるように、針１６０６の位置が標的軌道１６２８／１６３０と位置合わせするように変化するとき、器具位置合わせ要素１６０８（Ａ）は、位置合わせマーキング１６０８（Ｂ）内で移動する。そのため、ユーザは、一般に、ユーザが位置及び向きを変化させるため、針１４０６の位置誤差及び角度誤差の両方を視認するためにインターフェースを使用する。
図１４－１～図１４－３を参照して上述したのと同様に、平面１６２０をインターフェースにマッピングして、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１６０８をインターフェース内の適切な位置に及び／又は互いに対して表示することができる。
様々な実施例が針の先端を基準点として使用して針の位置を平面上に投影する文脈で考察されているが、針の近位端／先端、針の中央部分など、針の別の部分は、平面上に投影され得る。例えば、図１３－１の例に戻ると、針１３０６の近位端は、（針１３０６の先端の代わりに）平面１３２０上に投影され得るため、投影ラインは、針１３０６の近位端を含み、標的軌道１３２４に平行である。ここで、平面１３２０上の針１３０６の近位端の投影場所は、標的場所１３０４の上方にあることになる（及びインターフェース要素１３０８（Ａ）は、図１３－１の左上角のインターフェース内に位置することになる）。いくつかの実施形態では、平面上の針又は別の医療器具の投影位置は、１つ又は２つ以上の投影ジオメトリ技術を使用して判定され得る。更に、様々な２Ｄ表現／平面が描写されているが、３Ｄ表現などの他のタイプの表現を実装することができる。
本明細書で考察されるように、様々な技術を使用して、標的平面を判定することができる。例えば、標的平面は、スコープの進行方向に基づき得るため、スコープの進行方向は平面に対して垂直である。いくつかの事例では、スコープの進行方向は、標的軌道を表すこともできる。そのため、いくつかの実施例では、これは、ユーザが、スコープの進行方向と同軸に標的部位にアクセスするために針又は他の医療器具を位置合わせするのを支援することができる。
例示的な座標フレーム
上記のように、医療器具を実装して、標的場所に到達することができる。針を使用するいくつかの解決策では、医療器具の特定のタイプの移動は、十分に画定されないことがあるが、これは、医療器具の特性（例えば、針の円筒形形態）、使用されているセンサのタイプ、及び／又は医療器具の姿勢を追跡するシステムの特性に起因し得る。そのため、針の移動を、効果的／直感的な様式で、インターフェース内のインターフェース要素の移動に相関させることは困難であり得る。例えば、かかる解決策は、針がユーザに対して右に傾けられるときに、針インジケータをインターフェース内で上方に移動させることができる。これは、針を操作するためにインターフェースを視認するときにユーザを混乱させることがある。
図１７は、医療器具の移動をインターフェース内のインターフェース要素の移動に相関させるために、１つ又は２つ以上の座標フレームを確立する例示的な技術を例示する。一般に、本技術は、ロボットシステムに関する情報を使用して、医療器具の座標フレームを判定し、医療器具の座標フレームを使用して、医療器具の位置合わせ／進行に関する情報を提供することができる。例えば、本技術は、医療器具がユーザによってどのように保持されているかに相関する様式で、医療器具の移動をユーザインターフェースにマッピングすることによって、直感的な手と目の協調を達成する（例えば、針をユーザに対して左／右に傾けるときに針のアイコンを左／右に移動させ、針をユーザに対して上／下に傾けるときにインターフェース内のインターフェースアイコンを上／下に移動させる）のを支援することができる。これは、ユーザが医療器具を位置合わせさせるのを支援することができる。
例示するために、上記のように、医師は、ロボットシステム１１０を実装して、医療処置を実行することができる。ロボットシステム１１０は、ロボットアーム１１２（Ａ）などのＥＭ場発生器１８０に結合され得る。ＥＭ場発生器１８０は、針（図１７には例示せず）などの医療器具上のＥＭセンサによって検出されるＥＭ場を提供することができる。医療器具からのセンサデータに基づいて、医療器具の姿勢は、ＥＭ場発生器１８０の座標フレーム１７０２に対して判定され得る。更に、座標フレーム１７０４（「ワールド座標フレーム１７０４」とも称される）は、キャリッジインターフェース１１０４／ロボットアーム１１２（Ａ）の基部又はロボットシステム１１０の任意の他の構成要素に固定されているようなロボットシステム１１０に対して判定され得る。次いで、医療器具の姿勢は、ワールド座標フレーム１７０４内に表され得る。実施例では、医療器具の姿勢は、ロボットシステム１１０（例えば、ロボットアーム１１２（Ａ））の順運動学を使用した座標フレーム１７０２と世界フレーム１７０４との間の変換（例えば、斉次変換）に基づいて、ワールド座標フレーム１７０４内で表され得る。
更に、患者（例示せず）内の標的場所１７０６は、本明細書で考察される技術のうちのいずれかを使用して、ＥＭ場発生器１８０の座標フレーム１７０２に対して判定され得る。次いで、平面１７０８（「標的平面１７０８」とも称される）は、標的場所１７０６に基づいて判定され得る。次いで、平面１７０８は、医療器具の姿勢がワールド座標フレーム１７０４に表されるのと同様の様式などで、ワールド座標フレーム１７０４内に表され得る。次いで、標的平面１７０８の座標軸１７１０が、判定され得る。例えば、医療器具がワールド座標フレーム１７０４のｚ軸に平行ではないという仮定／推論を行うことができ、これを使用して、標的平面１７０８（例えば、ｙ軸）上の座標軸を画定することができる。ワールド座標フレーム１７０４のｚ軸と医療器具の進行方向（ｚ軸）との間でクロス積を実行して、標的平面１７０８（例えば、ｙ軸）上の別の座標軸を画定することができる。２つの軸が画定されると、第３の軸が、新たに取得された／判定された軸と医療器具の進行方向との間でクロス積を実行することによって画定され得る。図１７は、平面１７０８（中央画像）の３Ｄ表現及び平面１７０８の２Ｄ表現（底部画像）を例示する。示されるように、医療器具の投影場所１７１２は、座標軸１７１０の原点として平面１７０８上に示されている。更に、標的場所１７０６は、標的平面１７０６上のバブルで表されている。
標的平面１７０８の座標フレーム１７１０が判定されると、医療器具の座標フレームが判定され得る。例えば、医療器具の進行方向及び標的平面法線は互いの鏡像であり得るため、医療器具の座標フレームは、標的平面１７０８から直接並進することができる。そのため、医療器具の座標フレームは、標的平面１７０８の座標フレームの逆であり得る。
実施例では、以下の数学的ステップのうちの１つ又は２つ以上を実行して、座標フレーム、軸、及び／又は他の要素のうちの１つ又は２つ以上を生成することができる。
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例示的なアダプティブ標的化
図１８及び図１９は、１つ又は２つ以上の実施形態による、様々な例示的なアダプティブ標的化技術（「アダプティブスケーリング」とも称される）を例示する。いくつかの実施形態では、医療器具が標的場所から比較的遠く離れている（例えば、閾値外である）とき、ある量の標的化誤差が許容され得る。しかしながら、医療器具が標的場所のより近くに移動するときに、標的化誤差は、標的場所へのアクセスを容易にするために、より小さく（例えば、解剖学的標的の大きさよりも小さい解剖学的標的の大きさ（例えば、乳頭の大きさ）、又は別の大きさなど）する必要があり得る。そのため、実施例では、アダプティブ標的化技術は、医療器具が標的場所のより近くに（又はより遠くに）移動するときに（例えば、医療器具が挿入されるときに）、インターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェースフィーチャーが異なる様式で機能することができるように実装され得る。事例では、医療器具先端が標的場所の比較的近くに位置決めされるとき、標的軌道からの比較的わずかな逸脱は、医療器具が標的場所からより遠く離れているときと比較して、インターフェース内の標的中心からの器具位置フィーチャーの比較的大きい移動をもたらし得る。これは、医療器具が標的場所からより遠くにあるときに、医師がより大きい量の許容誤差で医療器具を標的場所と位置合わせするのを支援することができ、及び／又は医療器具が標的場所に近づくときに、医師が医療器具を標的場所とより正確に位置合わせするのを支援することができる。
図１８－１は、針１８２０をある特定の姿勢１８２１に保持又は別様に維持するユーザを示しており、針１８２０は、姿勢１８２１と関連付けられたある特定の軸方向に向けられる。図１８－１Ａの画像１８２４は、ユーザが、針１８２０の先端を腎錐体１８２５を通して標的場所１８２６（例えば、腎杯穿刺場所）まで前進させようとして、針１８２０を挿入する医療処置に関する。例えば、本明細書で詳細に記載されるように、関連システムの制御回路は、針先端の現在位置１８２８及び／又は針１８２０の向きに基づいて、標的針軌道１８２２を判定するように構成され得る。実施例では、標的軌道１８２２は、示されるように、針先端位置１８２８と標的場所１８２６との間の直接（又は間接／蛇行）経路と関連付けられ得る。したがって、関連する医療処置の理想的な実装形態は、ユーザが、標的針軌道１８２２からの逸脱が可能な限り少ないように、針１８２０を標的場所１８２６に挿入することを伴い得る。
図１８－１Ｂは、本明細書に記載されるような医療処置と関連して実装され得る、ある特定のユーザインターフェースフィーチャーを示す。例えば、関連システムの制御回路は、本明細書に示され記載される、ある特定の視覚的フィーチャーを表すインターフェースデータを生成するように構成され得、かかるフィーチャーのある特定の特性は、検出された針位置、判定された針標的針軌道、判定された標的場所、及び／又は１つ又は２つ以上の位置センサ又は他の位置判定手段／機構を使用して導出される他の情報に少なくとも部分的に判定され、及び／又はそれに基づく。
図１８－１Ｂに示されるユーザインターフェースフィーチャーは、針位置、軌道、及び／又は同等物の変化に応答して、その１つ又は２つ以上の特性に関して動的に調整され得る、ある特定のフィーチャーを含む位置合わせ視覚化要素１８３０を含むことができる。図１８－１Ｂの例示される例では、位置合わせ視覚化要素１８３０は、器具位置フィーチャー１８３２（「器具－位置合わせ要素１８３２」とも称される）を含み、バブルタイプの形状若しくは形態、又は任意の他の形状若しくは形態を有し得る。例えば、器具位置フィーチャー１８３２は、バブル水準器又は他の水準測量器具と同様の画像を視覚的に喚起するように構成され得る。位置合わせ視覚化要素１８３０は、位置合わせ曲線フィーチャー１８３１（「位置合わせマーキング１８３１」とも称される）を更に含み得、これは、中央標的場所１８３６の周囲の境界を画定する形状又は形態として表され得、一般に、位置合わせ視覚化要素１８３０の軸中心及び／又はその１つ又は２つ以上のフィーチャーと関連付けられ得る。完全な円形の境界として例示されているが、位置合わせ曲線フィーチャー１８３１は、破線の円又は任意の他の形状又は形態であり、標的中心１８３６の周囲の半径方向の境界を視覚的に示唆し得る。
いくつかの実施形態では、位置合わせ視覚化要素１８３０は、１つ又は２つ以上の十字線フィーチャー１８３３を更に含み、これは、ユーザに示唆し、及び／又はユーザを標的中心１８３６に視覚的に向けるように機能し得る。実施例では、十字線フィーチャー１８３３は、標的中心１８３６で交差する。いくつかの実施形態では、位置合わせ視覚化要素１８３０は、外側境界フィーチャー１８３４（「境界マーキング１８３４」とも称される）を更に含み、外側境界は、器具位置フィーチャー１８３２の視覚的かつ／又は強制的な境界を提供し得る。制御回路は、器具位置フィーチャー１８３２の半径方向距離を、標的中心１８３６から外部境界フィーチャー１８３４の外部又は内部境界までに制限するように構成され得る。しかしながら、いくつかの実装形態では、器具位置フィーチャー１８３２は、外部境界１８３４の外側に逸脱することを許容され得、外側境界は、器具位置フィーチャー１８３２が標的中心１８３６及び／又は位置合わせ標的境界１８３１から逸脱した程度に関する視覚的示唆をユーザに提供する。
本開示のいくつかの実装形態によれば、器具位置フィーチャー１８３２は、標的場所１８２６と交差する平面１８２７内に存在する判定された針投影点１８２９間の距離ＤＰに基づく、及び／又はそれを表す、標的中心１８３６から距離ｄｔに提示され得る。例えば、平面１８２７は、針１８２０の進行方向／姿勢に実質的に直交する標的進入平面であり得る。ただし、投影位置１８２９と標的場所１８２６の間の距離ＤＰは、標的場所１８２６と交差する任意の平面に対するものであり得ることを理解されたい。投影針位置１８２９は、針１８２０が標的平面１８２７と交差するまで現在軌道１８２３に沿って挿入される場合、針１８２０の先端に対して投影された場所／位置を表し得る。ただし、標的場所からの投影逸脱距離に関する本開示の態様は、標的場所からの針又は他の器具の任意の投影距離を表し得ることを理解されたい。図１８－１Ｂを参照すると、器具位置フィーチャー１８３２と標的中心１８３６との間の距離ｄｔは、投影逸脱距離ＤＰに少なくとも部分的に基づき得る。
図１８－１Ｂ及び／又は本開示の他の図を参照するなど、本明細書に開示されるいくつかの実施形態に関連して、ユーザインターフェースの位置合わせ視覚化要素に対する器具位置フィーチャー１８３２と標的中心との間の距離ｄｔが参照される。距離ｄｔは、位置合わせ視覚化要素１８３０の１つ又は２つ以上の他の視覚的フィーチャーの大きさに対する相対的な寸法として解釈／表現され得ることを理解されたい。すなわち、器具位置フィーチャーと標的中心１８３６との間の距離ｄｔの変化が本明細書に記載される場合、かかる参照される距離は、ユーザインターフェースディスプレイ上に表されるような実際の距離の変化を指し得、及び／又は位置合わせ視覚化要素１８３０の１つ又は２つ以上の他の視覚的フィーチャーの寸法に対する器具位置フィーチャー１８３２と標的中心１８３６との間の距離変化を指し得ることを理解されたい。例えば、器具位置フィーチャー１８３２と標的中心１８３６との間の距離ｄｔの変化は、器具位置フィーチャー１８３２と標的中心１８３６との間の実際の距離ｄｔを変化させることによって、及び／又は位置合わせ標的フィーチャー１８３１の直径／寸法ｄ１、器具位置フィーチャー１８３２の直径／寸法ｄ２、外側境界フィーチャー１８３４の直径／寸法ｄ３、及び／又は十字線フィーチャー１８３３の長さ及び／又は位置など、位置合わせ視覚化要素１８３０のフィーチャーのうちの１つ又は２つ以上に関連付けられた寸法を変化させることによって視覚的に表され得る。したがって、器具位置フィーチャーと位置合わせ視覚化ユーザインターフェース要素の標的中心との間の距離の変化／変移の本明細書における記載は、器具位置フィーチャー１８３２と標的中心１８３６との間の距離ｄｔを変化させること、及び／又は図１８－１Ｂに示される他の寸法のいずれかを比例的な様式などで縮小又は拡大することを含むと理解され得る。
図１８－２Ａは、変移した位置／姿勢１８２１ｂで針１８２０を保持しているユーザを示す。例えば、図１８－２Ａの画像１８３７は、針１８２０を標的場所１８２６に向けて更に挿入することに関連付けられている姿勢１８２１ｂにある針１８２１を表し得る。すなわち、図１８－２Ａでは、針点位置１８２８ｂと標的場所１８２６との間の距離ＤＩ－２は、図１８－１Ａに示される距離ＤＩよりも短くてもよい。図１８－２Ｂは、位置合わせ視覚化要素１８３０の修正されたバージョンを示し、器具位置フィーチャー１８３２の距離ｄｔｂは、針１８２０の現在の位置／姿勢１８２１ｂを表すように修正されている。
図１８－２Ａに示されるように、制御回路は、標的針軌道１８２２ｂ、及び／又は針先端位置１８２８ｂと標的場所１８２６との間の現在の挿入距離ＤＩ－２を判定することができる。制御回路は、標的逸脱距離ＤＰ－２を判定するように構成され得、標的逸脱距離ＤＰ－２は、投影針位置１８２９ｂと標的場所１８２６との間の現在の投影逸脱を表す。
図１８－２Ｂの画像に関して、いくつかの実施例では、位置合わせ視覚化要素１８３０は、中央標的場所１８３６から距離ｄｔｂに器具位置フィーチャー１８３２を提示するように構成され得、かかる距離ｄｔｂは、現在の投影逸脱距離ＤＰ－２に少なくとも部分的に基づき得る。いくつかの実装形態では、距離ｄｔｂは、図１８－１Ｂの距離ｄｔとの関係を有し得、投影逸脱距離ＤＰ－２と投影逸脱距離ＤＰとの間の差に比例する。すなわち、標的中心１８３６からの器具位置フィーチャー１８３２の距離の変化は、姿勢１８２１と姿勢１８２１ｂとの間の投影逸脱距離の変化に関して概して線形であり得る。
いくつかの実装形態では、標的中心１８３６からの器具位置フィーチャー１８３２の距離の変化は、姿勢１８２１と姿勢１８２１ｂとの間の投影逸脱距離の変化に対して一般に非線形であり得る。例えば、投影逸脱距離の変化が器具位置フィーチャー１８３２と標的中心１８３６との間の距離の変化を引き起こす程度は、挿入距離ＤＩ／ＤＩ－２に少なくとも部分的に基づき得る。すなわち、距離ｄｔ／ｄｔｂを判定するとき、制御回路は、距離ＤＩ／ＤＩ－２に少なくとも部分的に基づいて、かかる判定を行い得る。例えば、距離ｄｔｂは、恐らく他の乗数の中でもとりわけ、投影逸脱距離ＤＰ－２と挿入距離ＤＩ－２との積に基づいて判定され得る。いくつかの実装形態では、かかる器具位置フィーチャー距離ｄｔｂ判定は、１つ又は２つ以上の挿入距離パラメータを使用して制御回路によって実行され得る。例えば、かかるパラメータは、比較的短い挿入距離に対して（例えば、器具位置フィーチャー距離の増加／減少をもたらす）より大きな値を有し得る。すなわち、挿入距離パラメータは、挿入距離と一般に逆の関係を有し得るため、パラメータは、挿入距離が減少するときに、器具位置フィーチャー距離ｄｔに対するより大きな影響を有する。ここで、ユーザが針先端を標的場所１８２６に比較的近い位置に挿入するとき、標的針軌道からの比較的わずかな逸脱は、標的中心１８３６からの器具位置フィーチャー１８３２の比較的大きな移動をもたらし得る。図１８－１Ａ及び図１８－２Ａに示される様々な距離は、直接ベクトル距離であり得るか、又は任意の適切な又は望ましい基準平面又は軸に対するベクトル成分の寸法／距離であり得ることを理解されたい。
いくつかの実施例では、器具位置フィーチャー１８３２は、かかる要素１８３０の外側に提示されることなく、位置合わせ視覚化要素１８３０内に提示される。例えば、位置合わせ視覚化要素１８３０によって表される寸法は、針１８２０と標的場所１８２６との間の距離の関数として線形に変化することができ、器具位置フィーチャー１８３２の位置は、比較的大きい位置合わせ誤差の場合でも、位置合わせ視覚化要素１８３０内に位置決めされ得る。例示するために、器具位置フィーチャー１８３２の位置が、（いくつかの事例では）位置合わせ視覚化要素１８３０内にのみ表示され、位置合わせ視覚化要素１８３０の外側に位置決めされる場合にトリミングされるため、位置合わせ誤差が比較的大きい場合、器具位置フィーチャー１８３２の位置は、異なる距離で同じであり得る。そのため、いくつかの実施例では、針１８２０が標的場所１８２６のより近くに移動するほど、位置合わせ視覚化要素１８３０に関連付けられた物理的表現はより小さくなる（例え位置合わせ視覚化要素１８３０が同じに見えるとしても）。実施例では、ユーザインターフェース（例えば、位置合わせ視覚化要素１８３０及び／又は他の要素）は変化しない。ピクセル空間内の誤差又は距離は、針１８２０が標的場所１８２６のより近くに移動するときに、より小さな誤差に対応することができる。例示するために、針１８２０の２ｍｍの誤差は、針１８２０が標的場所１８２６から比較的遠いときに顕著でないが、針１８２０が標的場所１８２６のより近くに移動するときに顕著になり得る。
図１９－１～図１９－３は、医療器具の挿入距離に基づいて標的平面をスケーリングする例示的な技術を例示する。図１９－１及び図１９－２では、左側の画像１９０２及び１９０４は、患者の解剖学的構造（腎臓１９０６を含む）、並びに標的場所１９０８及び針１９１０の姿勢を描写する。更に、中央の画像１９１２及び１９１４は、平面１９１６上の標的表現（「標的平面１９１６」とも称される）を描写する（例えば、標的までの距離でスケールする物理的寸法に対応する）。標的平面１９１６は、画定された直径を有する円と関連付ける／それを含むことができ、円は、標的場所１９０８に中心を置かれ得る。画像１９１２及び１９１４は、一般にユーザに提示されていないが、考察を容易にするためにここで提供される。更に、右側の画像１９１８及び１２０は、針１９１０の現在の姿勢を示唆するために（例えば、固定ユーザインターフェースの寸法に対応する）１つ又は２つ以上のインターフェース要素１９２２を描写する。インターフェース要素１９２２（Ａ）は、針１９１０を表すことができ、インターフェース要素１９２２（Ｂ）は、標的場所１９０８を表すことができ、インターフェース要素１９２２（Ｃ）は、境界を表すことができる。図１９－１及び図１９－２はまた、腎石１９２６を除去するのを支援するためのスコープ１９２４を例示する。
図１９－１に示されるように、針１９１０の先端が標的場所１９０８からより遠くにあるとき、標的平面１９１６上の標的表現は比較的大きくなり得る。標的表現は、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１９２２（例えば、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１９２２の寸法）を表すことができる。考察を容易にするために、標的表現は、標的平面１９１６に関連付けられ／投影されるものとして例示されるが、ただし、標的表現のフィーチャーは、標的表現を標的平面１９１６に関連付ける／投影することなく、別の様式で実装され得る。
図１９－２に示されるように、針１９１０の先端が標的場所１９０８のより近くに移動するとき、標的表現は、画像１９１４に例示されるように、大きさを変化させることができる。例えば、標的平面１９１６上の標的表現の１つ又は２つ以上の寸法が縮小され得るため、標的平面１９１６上のより小さい領域は１つ又は２つ以上のインターフェース要素１９２２に対応する。そのため、標的平面１９１６に表される寸法とインターフェースに表される寸法とのスケーリング比を調整することができる。いくつかの実施形態では、標的表現の中心要素１９２８は、乳頭の大きさなどの解剖学的標的の大きさと同じか又はそれより小さくなるように変化することができる。例えば、針１９１０の先端が標的場所１９０８まで閾値距離を有する場合、中心要素１９２８は、解剖学的標的と同じ（又はそれより小さい）大きさであるように更新され得る。
図１９－３は、針１９１０の標的場所１９０８への距離（例えば、挿入距離）に対する標的平面１９１６のスケールの例示的なグラフ１９３０を例示する。特に、ｙ軸は、針１９１０の先端と標的場所１９０８との間の距離を表し、ｘ軸は、標的平面１９１６上の標的表現の大きさ（すなわち、インターフェース上の距離に対する標的平面１９１６上の距離のスケーリング比）を表す。示されるように、針１９１０が標的場所１９０８のより近くに移動するとき、標的平面１９１６上の距離とインターフェース内の対応する距離との間の関係（例えば、スケーリング比）を更新することができる。線形関係が図１９－３に例示されているが、別のタイプの関係（例えば、非線形、ステップなど）を実装することができる。
いくつかの事例では、図１９－１～図１９－３（及び本明細書の他の場所）の文脈で考察されるスケーリング技術は、ユーザが針１９１０を正確に挿入して（比較的小さくてもよい）標的場所１９０８に到達させるのを支援するようにアダプティブ標的化を実装することができる。例えば、かかるスケーリング技術は、針１９１０が標的場所からより遠くにあるときに、インターフェース内の標的中心からの器具位置フィーチャーのより小さな移動をもたらすように標的軌道からの比較的わずかな逸脱を生じさせ、針１９１０が標的場所の比較的近くに位置決めされるときに、標的軌道からの器具位置フィーチャーの比較的大きい移動をもたらすように標的軌道からの比較的わずかな逸脱を生じさせることができる。実施例では、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１９２２の寸法は、針１９１０が挿入されるときにインターフェース内で変化しなくてもよい（例えば、各インターフェース要素１９２２は、同じ大きさ／形状を維持することができる）。しかしながら、他の実施例では、１つ又は２つ以上のインターフェース要素１９２２の寸法は、インターフェース内で変化し得る。
いくつかの実施形態では、本明細書で考察される技術のうちの１つ又は２つ以上は、標的軌道及び／又は標的場所に対する医療器具の位置合わせ／位置を示唆するための要素を含むインターフェースを提供することなどによって、標的場所に経皮的にアクセスする複雑性を低減することができる。実施例では、インターフェースは、医師又は他のユーザが医療器具を手動で操作するのを支援することができる。かかる技術は、蛍光透視法又は超音波などの他の技術と比較して、医師又は別のユーザが医療器具で標的場所に正確に到達する能力を高めることができる。
例示的な解剖学的視覚化
図２０は、１つ又は２つ以上の実施形態による、ユーザが医療器具をナビゲートするのを支援するためにインターフェースを介して提供され得る例示的な解剖学的視覚化２０００を例示する。この実施例では、医療器具は、針として実装されるが、ただし、医療器具は、他の器具として実装され得る。いくつかの実施例では、視覚化２０００は、ユーザが、針を適切な向きに位置合わせして、腎角錐／乳頭と同軸に位置合わせさせるなど、標的場所にアクセスするのを支援することができ、これは、周囲の解剖学的構造に損傷を与えること（例えば、針が行き過ぎたことによって発生し得る）を回避することができ、及び／又はアクセス経路に挿入される器具（例えば、カテーテル又は別の器具）により高い柔軟性を提供することができる。
示されるように、視覚化２０００は、針の針表現２００２と、腎杯ネットワーク及び／又は患者に関連付けられた他の解剖学的構造などの患者の解剖学的構造の解剖学的表現２００４とを含む。解剖学的表現２００４は、本明細書で考察されるインターフェースのうちのいずれかなどのインターフェース内の２Ｄ又は３Ｄ表現として提示され得る。視覚化２０００はまた、針が（標的場所表現２００８で表される）標的場所に到達するように留まるべきである標的区域を表す標的区域表現２００６を含む。標的区域表現２００６は、（図示されるような）２Ｄ錐体、３Ｄ錐体などの２Ｄ又は３Ｄ表現として提示され得る。標的場所及び標的区域は、スコープ又は（視覚化２００の要素２０１０で表される）別の要素の向き／位置に基づいて判定され得る。この実施例では、標的区域は、標的場所を指定するために腎臓内に位置決めされたスコープの遠位端と位置合わせされるため、スコープの遠位端に垂直であるライン２０１２（例えば、スコープの進行方向を表すライン）は、標的区域及び標的場所の中心を通る。ライン２０１２は、いくつかの事例では、標的軌道を表し得、それは、視覚化２０００内に提示されてもされなくてもよい。実施例では、スコープが移動するとき、標的区域表現２００６及び／又は標的場所表現２００８を更新して、スコープの遠位端との位置合わせを維持することができる。標的場所表現２００８は、（図示されるような）２Ｄライン、３Ｄ球体／表面などの２Ｄ又は３Ｄ表現として提示され得る。実施例では、標的場所表現２００８は、解剖学的標的と関連付けられる（例えば、４又は６ｍｍであり得る乳頭の大きさにスケーリングされる）。更に、視覚化２０００は、針の進行方向を表すライン２０１４を含むことができる。
様々な要素が視覚化の文脈で考察されているが、いくつかの事例では、かかる要素は提示されなくてもよく、単に、標的場所２００８に対する針２０００の現在の姿勢を評価するのに使用するために判定／生成され得る。例えば、標的区域及び／又は解剖学的表現／モデルは、標的区域視覚化２００６及び／又は解剖学的表現２００４を表示することなく、針の現在の姿勢を評価するために判定及び使用され得る。
例示的な器具状態及び区域
図２１は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の状態（「進行状態」と称されることもある）を判定するために実装／生成され得る例示的な区域２１０２を例示する。示されるように、区域２１０２は、腎石２１０８の除去を支援するために、腎臓２１０６にアクセスする針２１０４の文脈において考察される。ここで、スコープ２１１０は、針２１０４による経皮的アクセスのために標的場所２１１２を指定するために実装される。ただし、区域２１０２は、他の状況／医療処置の文脈で実装され得る。実施例では、針２１０４の状態は、標的場所２１１２に対する針２１０４の場所／進行を示唆することができる。例えば、状態は、針２１０４が挿入されており、まだ標的場所２１１２に到達／通過していないことを示唆する進行中状態を含むことができ、針２１０４が挿入されており、標的軌道／姿勢と位置合わせされていることを示唆する進行中かつ位置合わせされた状態、針２１０４の現在の向きが与えられると標的場所２１１２に到達できないことを示唆する標的到達不能状態、針２１０４が標的場所２１１２に到達したことを示唆する標的到達状態、針２１０４が標的場所２１１２を超えて挿入されたことを示唆する標的通過状態などを含むことができる。針２１０４の状態は、インターフェースを介して示唆を提供するため、及び／又は他の処理を実行するためなど、様々な目的に使用され得る。
いくつかの実施形態では、区域２１０２は、標的場所２１１２及び／又はスコープ２１１０の位置／向きに基づいて判定される。例えば、第１の区域２１０２（Ａ）は、スコープ２１１０の標的平面及び／又は位置／向きに基づいて判定され得る。ここで、区域２１０２（Ａ）は、スコープ２１１０の遠位端に対して垂直なライン２１１４と位置合わせされている円錐形区域を含む。ただし、区域２１０２（Ａ）は、他の形態／形状を含むことができる。この実施例では、針２１０４はまた、ライン２１１４と位置合わせされる。区域２１０２（Ａ）は、標的場所２１１２に到達することが可能である状態（例えば、進行中の状態、進行中かつ位置合わせされた状態など）と関連付けられ得る。例えば、針２１０４が区域２１０２（Ａ）内に（例えば、針２１０４及び／又は任意の他の部分の先端に対して）位置決めされるとき、針２１０４を標的場所２１１２と位置合わせすることが可能であることを示唆する示唆がインターフェースを介して提供され得る。更に、針がライン２１１４（例えば、標的姿勢／軌道）と位置合わせされる場合、針２１０４は、針２１０４が標的場所２１１２と位置合わせされていることを示唆する状態（例えば、進行中かつ位置合わせされた状態）と関連付けられ得る。実施例では、針２１０４が区域２１０２（Ａ）内に位置決めされるとき、進行インジケータは、針２１０４の標的場所２１１２への近接を示唆することができ、及び／又は針２１０４が挿入されている最中であることを示唆することができる。
更に、第２の区域２１０２（Ｂ）は、スコープ２１１０の遠位端と位置合わせし、そこから延伸することができる。ここで、区域２１０２（Ｂ）は、特定の形態、すなわち、標的平面と位置合わせする直線を有する半円（図２１に部分的に例示される）を含む。ただし、区域２１０２（Ｂ）は、他の形態／形状を含むことができる。区域２１０２（Ｂ）は、標的場所２１１２に到達した状態と関連付けられ得る。例えば、針２１０４の先端が区域２１０２（Ｂ）内に位置するとき、標的場所２１１２に到達したと判定され得る。実施例では、かかる状態を示唆する示唆が、インターフェースを介して表示され得る。一例示では、針２１０４が標的場所２１１２に到達したことを示唆する進行インジケータが表示され得る。実施例では、区域２１０２（Ｂ）は、標的場所２１１２のいくらかの量の行き過ぎを可能にすることができる。更に、実施例では、区域２１０２（Ｂ）の寸法及び形状は、乳頭の（許容誤差の量を有する）平均的な大きさ、別の臓器／解剖学的構造の大きさ／形状など、標的場所に関連付けられた人体解剖学的構造の寸法及び／又は形状に基づいて判定され得る。実施例では、区域２１０２（Ａ）及び／又は２１０２（Ｂ）は、標的区域（例えば、針２１０４が標的場所２１１２に到達するためにその中の留まるべき区域）を表す。
更に、図２１にも示されるように、第３の区域２１０２（Ｃ）は、第１の区域２１０２（Ａ）及び第２の区域２１０２（Ｂ）の外側の領域を包含することができる。区域２１０２（Ｃ）は、標的場所２１１２が到達不能である状態、標的場所２１１２は通過した状態、又は、さもなければ針２１０４が標的区域に位置していない状態と関連付けられ得る。例えば、針２１０４の先端が区域２１０２（Ｃ）内に位置するとき、針２１０４の現在の姿勢を考慮して、標的場所２１１２が当圧不可能であること、標的場所２１１２が通過されている（例えば、針２１０４が標的場所２１１２を実質的に通り越している）こと、又は、さもなければ針２１０４が標的区域に位置しないことが判定され得る。実施例では、かかる状態を示唆する示唆が、インターフェースを介して表示され得る。これは、医師がこの時点で針軌道を修正することができない場合がある、かつ／又は医師が標的場所２１１２を特定の量だけ通り越しているため、医師が針２１０４の挿入を停止する、かつ／又はそれを後退させるべきであることを示唆することができる。一例示では、針２１０４が区域２１０２（Ｃ）に上方に交差する場合、器具－位置合わせ要素は変形状態で表示され得、及び／又は別の示唆が提供され得る。
例示的なアダプティブ進行示唆
本明細書の様々な実施例で考察されるように、医療器具の標的場所への近接／進行は、ユーザインターフェース内又は別様に示唆され得る。いくつかの実施形態では、かかる情報は線形様式で示唆されるため、標的場所からより近い／より遠い移動単位について示唆される進行量は、特定の量の進行変化によって一貫して表され得る。例示するために、医療器具の先端と標的場所との間の距離における各１０ｍｍの変化は、（例えば、医療器具を標的場所に挿入する進行を示唆するために）インターフェース内に表示される５％の進行変化に対応することができる。ここで、かかる進行変化は、医療器具が標的場所に到達するまで、１０ｍｍの変化ごとに実装され得る。
他の実施形態では、１つ又は２つ以上のアダプティブ進行示唆技術を実行して、移動単位について示唆される進行量を調整することができる。一例示では、図２２のグラフ２２００に示されるように、位置変化単位について示唆される進行変化量は、医療器具と標的場所との間の距離に基づき得る。この例示では、１５０ｍｍ～７５ｍｍの範囲内の挿入距離は、非線形進行示唆と関連付けられ得る。例えば、１５０ｍｍ～７５ｍｍの範囲内の標的場所への近接における各１ｍｍの変化は、示唆される進行量を増加させることができる（例えば、１５０ｍｍ～１４０ｍｍの変化は、進行における１％の変化と関連付けられ得、１４０ｍｍ～１３０ｍｍの変化は、進行における２％の変化と関連付けられ得る）。更に、この例示では、進行変化は、７５ｍｍから標的場所を過ぎての変化に対して線形になり得る。かかるアダプティブ技術を実装することによって、インターフェース内の進行変化は、医療器具が標的場所から比較的離れているときに、最小限であり得、これにより、医師が、進行変化をあまり見ることなく、挿入部位を再位置決めするか又はさもなければ選択することを可能にし得る。更に、これは、医師に、医療器具が標的場所に近づくにつれて挿入を減速させ、それによってより正確な針の位置合わせを達成してから標的場所に到達することができる。
図２２及び上記の例示は、アダプティブ進行示唆のための多くの例示的な技術のうちの１つを記述している。そのため、区分的線形関数、指数関数などの他の線形又は非線形の進行示唆が実装され得る。
情報を判定／進行提示／位置合わせする様々な技術が本明細書で考察されるが、かかる技術に加えて、又はそれから代替として、様々な他の技術が使用され得る。いくつかの実施形態では、スコープは、対象の乳頭の前に静止状態にあるなど、標的場所の近接範囲内に位置決めされ得る。ここで、スコープによって取り込まれた画像は、解剖学的運動が最小限であり、及び／又はスコープが適切な視野で静止状態にあるときなど、標的場所に到達したという視覚的確認を提供するために、インターフェースを通して提示され得る。実施例では、スコープからの画像を分析して、医療器具の進行状態を判定することができる。更に、いくつかの実施形態では、本明細書で考察される進行情報のうちのいずれかは、標的場所に到達したことを確認するのを支援するために、スコープによって取り込まれた画像に加えて、又はそれから代替的に提示され得る。かかる進行情報は、実質的な解剖学的運動があり、乳頭又は他の解剖学的構造がスコープのカメラに押し付けられるときなどに、特に有用であり得る。実施例では、かかる進行情報は、スコープによって取得された画像を補強することができる。更に、かかる進行情報は、医療器具が腎臓に挿入されたかどうかを確認するために腎臓内を探索するためにスコープをナビゲートすることを回避することができる。追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、針などの医療器具の現在位置は、スコープの画像ビュー上に重ね合わされ得る。追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、医療器具は、インピーダンス感知電極を装備することができ、インピーダンス信号を使用して、医療器具電極がどの媒体と接触しているかを分類することができる。実施例では、インピーダンス信号が尿として分類される場合、標的に到達したと判定され得る（例えば、標的到達状態が判定され得る）。
例示的なフロー図
図２３～図２８は、本明細書で考察される１つ又は２つ以上の技術を実行するためのプロセスの例示的なフロー図を例示する。プロセスに関連付けられた様々な動作／ブロックは、制御システム１４０、ロボットシステム１１０、テーブル１５０、ＥＭ場発生器１８０、スコープ１２０、及び／又は針１７０など、本明細書で考察されるデバイス／システムのいずれか、又はそれらの組み合わせで実装された制御回路によって実行され得る。
図２３は、１つ又は２つ以上の実施形態による、平面上の医療器具の投影位置と平面上の標的場所との間の距離を示唆するデータを生成するためのプロセス２３００の例示的なフロー図を例示する。
ブロック２３０２において、プロセス２３００は、１つ又は２つ以上の医療器具からセンサデータを受信することを含むことができる。例えば、ある特定の使用事例によれば、制御システムなどのデバイス／システムの制御回路は、スコープ、針、又は任意の他の医療器具などの１つ又は２つ以上の医療器具から通信インターフェースを介してセンサデータを受信することができる。センサデータは、１つ又は２つ以上の医療器具の位置及び／又は向きを示唆し、及び／又はそれを判定するために使用され得る。
ブロック２３０４において、プロセス２３００は、人体解剖学的構造内の標的場所を判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、解剖学的ランドマーク、医療器具の場所、又は任意の他の場所／標的などの患者内の標的場所を判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、患者内に少なくとも部分的に配設された医療器具（例えば、スコープ又は別の医療器具）からのセンサデータに基づいて、標的場所を判定することができる。
ブロック２３０６において、プロセス２３００は、１つ又は２つ以上の医療器具の位置及び／又は向きを判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、１つ又は２つ以上の医療器具からのセンサデータに基づいて、１つ又は２つ以上の医療器具の位置及び／又は向きを判定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路は、１つ又は２つ以上の位置特定技術を使用して、位置及び／又は向きを判定することができる。実施例では、医療器具の位置及び向きは、医療器具の姿勢と称され得る。
２３０８において、プロセス２３００は、標的場所を含む平面を判定することを含むことができる。一実施例では、制御回路は、医療器具のセンサデータに基づいて、医療器具の進行方向が平面に対して垂直であるように平面を判定することができる。別の実施例では、制御回路は、医療器具のセンサデータに基づいて、医療器具の遠位端と標的場所との間のラインを判定し、ラインが平面に対して垂直であるように平面を判定することができる。更に別の実施例では、制御回路は、スコープからのセンサデータに基づいて、スコープの進行方向が平面に対して垂直であるように平面を判定することができる。
２３１０において、プロセス２３００は、医療器具の向きが変化するときにプロセスの向きを更新すること、又は平面の向きを維持することを含むことができる。一実施例では、制御回路は、針の進行方向が平面に対して垂直なままであるように、針の向きが変化するときに平面の向きを更新することができる。別の実施例では、制御回路は、針の向きが変化するときに、平面の一定／固定の向きを維持することができる。更に別の実施例では、制御回路は、スコープの進行方向が平面に対して垂直なままであるように、スコープの向きが変化するときに平面の向きを更新することができる。
２３１２において、プロセス２３００は、平面上の医療器具の投影位置を判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、医療器具の向き／位置に基づいて、平面上の医療器具の投影位置を判定することができる。実施例では、投影位置は、医療器具の先端に対するものであり得る。しかしながら、投影位置は、医療器具の背面／近位端、医療器具の中央部分、又は別の部分などの、医療器具の他の部分に対するものであり得る。
ブロック２３１４において、プロセス２３００は、平面上の投影位置と標的場所との間の距離（例えば、投影逸脱距離）を示唆する１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することを含むことができる。例えば、制御回路は、医療器具の向きを表す器具－位置合わせ要素及び／又は標的場所を表す位置合わせマーキングを表すユーザインターフェースデータを生成することができる。いくつかの実施形態では、インターフェース内の位置合わせマーキング及び／又は他のフィーチャーに対する器具－位置合わせ要素の位置決めは、医療器具の標的軌道への位置合わせを示唆することができる。
ブロック２３１６において、プロセス２３００は、インターフェースデータに基づいて１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示させることを含むことができる。例えば、制御回路は、ユーザインターフェースデータを制御システムと関連付けられたディスプレイデバイスに送信することなどによって、ディスプレイデバイスを介してインターフェースを表示させることができる。更に、ディスプレイデバイスは、インターフェースデータに基づいてインターフェースを表示することができる。いくつかの事例では、インターフェースは、第２のインターフェース要素の中心から距離だけ第１のインターフェース要素を提示し、距離は、平面上の投影位置と標的場所との間の距離、及び／又は平面上の医療器具の先端と標的場所との間の挿入距離に基づく。
図２４は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の移動単位について示唆される進行量を更新するためのプロセス２４００の例示的なフロー図を例示する。
ブロック２４０２において、プロセス２４００は、医療器具の先端が標的場所及び／又は医療器具の別の他の部分に近接することを示唆する進行インジケータを表示させることを含むことができる。例えば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにインターフェースデータを送信することなどによって、ディスプレイデバイスを介して進行インジケータを表示させることができる。更に、ディスプレイデバイスは、インターフェースデータに基づいて進行インジケータを表示することができる。
ブロック２４０４において、プロセス２４００は、進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することを含むことができる。例えば、制御回路は、進行変化パラメータを第１の値に設定することができ、進行変化パラメータは、医療器具の移動単位（例えば、医療器具の先端の標的場所への近接の変化単位）に関する進行インジケータの進行の進行量変化を示唆する。
ブロック２４０６において、プロセス２４００は、医療器具の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに基づいて、医療器具の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することができる（第１の時間／インスタンス）。実施例では、制御回路は、医療器具が第１の量だけ標的場所のより近くに移動したと判定することができる。
ブロック２４０８において、プロセス２４００は、進行インジケータを更新することを含むことができる。例えば、制御回路は、進行変化パラメータ、及び／又は医療器具の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することに基づいて、進行インジケータを更新することができことができる（第１の時間／インスタンス）。
ブロック２４１０において、プロセス２４００は、進行変化パラメータを第２の値に設定することを含むことができる。例えば、制御回路は、医療器具の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することに基づいて、進行変化パラメータを第２の値に設定することができる。第２の値は、第１の値よりも大きい、医療器具の移動単位に対する進行インジケータの進行変化量と関連付けることができる。
ブロック２４１２において、プロセス２４００は、医療器具の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに基づいて、医療器具の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することができる（第２の時間／インスタンス）。実施例では、制御回路は、医療器具が第１の量だけ標的場所のより近くに移動したと判定することができる。
ブロック２４１４において、プロセス２４００は、進行インジケータを更新することを含むことができる。例えば、制御回路は、進行変化パラメータ、及び／又は医療器具の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することに基づいて、進行インジケータを更新することができる（第２の時間／インスタンス）。実施例では、進行インジケータは、ブロック２４０８に示唆されるものとは異なる量の進行変化を示唆するように更新され得る。
図２５は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の向き変化単位／移動変化単位に対するインターフェース要素の位置変化量を示唆する位置変化パラメータを更新するためのプロセス２５００の例示的なフロー図を例示する。
ブロック２５０２において、プロセス２５００は、位置変化パラメータを第１の値に設定することを含むことができる。例えば、制御回路は、位置変化パラメータを第１の値に設定することができ、位置変化パラメータは、医療器具の移動変化単位／向き変化単位に対するインターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量を示唆することができる。
ブロック２５０４において、プロセス２５００は、医療器具が標的場所のより近くに移動したと判定することを含み得る。例えば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに基づいて、医療器具（例えば、針）の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することができる。
ブロック２５０６において、プロセス２５００は、位置変化パラメータを第２の値に設定することを含むことができる。例えば、制御回路は、位置変化パラメータを第２の値に設定することができ、第２の値は、第１の値よりも大きい、医療器具の移動変化単位／向き変化単位に対するインターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量と関連付けられる。実施例では、位置変化パラメータは、医療器具が標的場所のより近くに移動したと判定することに基づいて、第２の値に設定することができる。
図２６は、１つ又は２つ以上の実施形態による、インターフェースに対する平面（例えば、標的平面）のスケーリング比を更新するためのプロセス２６００の例示的なフロー図である。
ブロック２６０２において、プロセス２６００は、インターフェース上に表される寸法に対する平面上に表される寸法のスケーリング比を識別することを含むことができる。例えば、制御回路は、インターフェースの寸法に対する標的平面の寸法のスケーリング比を判定することができる。
ブロック２６０４において、プロセス２６００は、医療器具が標的場所のより近くに移動したと判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、医療器具からのセンサデータに基づいて、医療器具（例えば、針）の先端が標的場所のより近くに移動したと判定することができる。
ブロック２６０６において、プロセス２６００は、スケーリング比を更新することを含むことができる。例えば、制御回路は、医療器具が標的場所のより近くに移動したと判定することに基づいて、スケーリング比を更新することができる。スケーリング比を、減少又は増加させることができる。スケーリング比を使用して、インターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素を移動／表現することができる。
図２７は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の座標フレームを判定し、及び／又はインターフェース要素の移動を医療器具の移動に相関させるためのプロセス２７００の例示的なフロー図を例示する。
ブロック２７０２において、プロセス２５００は、ロボットアームに関連付けられたロボットシステムのワールド座標フレームを判定することを含むことができる。例えば、医療システムは、電磁場生成器に結合されたロボットアームを含むことができ、電磁場生成器からの電磁場の検出に基づいてセンサデータを生成するように構成された針又は他の医療器具を含む。制御回路は、ロボットシステムの座標フレームを判定することができる。
ブロック２７０４において、プロセス２７００は、ワールド座標フレーム内に医療器具の姿勢を表すことを含むことができる。例えば、制御回路は、針からのセンサデータに基づいて針の姿勢を判定し、及び／又はワールド座標フレーム内に針の姿勢を表すことができる。
ブロック２７０６で、プロセス２７００は、ワールド座標フレーム内に平面を表すことを含むことができる。例えば、制御回路は、標的場所及び／又は針の姿勢に基づいて標的平面を判定し、及び／又はワールド座標フレーム内に標的平面を表すことができる。
ブロック２７０８において、プロセス２７００は、ワールド座標フレーム内に表される平面の標的座標フレームを判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、ワールド座標フレーム内の針の姿勢に基づいて、標的平面の標的座標フレームを判定することができる。
ブロック２７１０で、プロセス２７００は、医療器具の座標フレームを判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、標的座標フレームに基づいて針の座標フレームを判定することができる。
ブロック２７１２において、プロセス２７００は、インターフェース内の１つ又は２つ以上のインターフェース要素を、医療器具の座標フレームに対する医療器具の移動方向に相関する方向に移動させることを含むことができる。例えば、制御回路は、１つ又は２つ以上のインターフェース要素が、針の座標フレームに対する針の移動方向に相関する方向に移動するように、１つ又は２つ以上のインターフェース要素をインターフェース内で移動／更新させることができる。実施例では、これにより、ユーザは、ユーザに対して針を左／右に傾かせるときにインターフェース内で左／右に移動させ、ユーザに対して針を上／下に傾かせるときにインターフェース内で上／下に移動させるような、インターフェース要素を視認することを可能にすることができる。
図２８は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具が位置する区域に基づいて、医療器具の状態を判定するためのプロセス２８００の例示的なフロー図を例示する。
ブロック２８０２において、プロセス２８００は、医療器具の環境に対する複数の区域を示唆する進行区域データを生成することを含むことができる。例えば、制御回路は、針からのセンサデータ及び／又はスコープからのセンサデータに基づいて進行区域データを生成することができる。進行区域データは、環境内の複数の区域を示唆することができ、各区域は、状態と関連付けられ得る。
ブロック２８０４において、プロセス２８００は、複数の区域の中から、医療器具が位置する区域を判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、針からのセンサデータ及び／又は進行区域データに基づいて、針が位置する区域を判定することができる。
ブロック２８０６において、プロセス２８００は、区域に基づいて、医療器具の状態を判定することを含むことができる。例えば、制御回路は、針が位置する区域に基づいて、針の状態を判定することができる。かかる状態は、針が標的区域内にあるかどうか（例えば、標的場所に到達することに関連付けられる）、針が標的軌道／標的姿勢と位置合わせされているかどうか、針が標的場所に到達したかどうか、針が標的場所を通過したかどうか、などを示唆することができる。
ブロック２８０８において、プロセス２８００は、状態の示唆を表示させることを含むことができる。例えば、制御回路は、制御システムに関連付けられたディスプレイデバイスにユーザインターフェースデータを送信することなどによって、ディスプレイデバイスを介して進行／位置合わせ示唆を表示させることができる。更に、ディスプレイデバイスは、インターフェースデータに基づいて進行／位置合わせ示唆を表示することができる。実施例では、医療器具の状態及び／又はインターフェースを介して提供されるかかる状態の示唆は、医療器具が、異なる区域に移動することなどによって位置／向きを変化させるときに更新され得る。
追加の実施形態
実施形態に応じて、本明細書に記載されるプロセス又はアルゴリズムのうちのいずれかのうちのある特定の行為、イベント、又は機能は、異なるシーケンスで実行され得、追加、マージ、又は完全に除外され得る。こうして、ある特定の実施形態では、記載された行為又はイベントの全てがプロセスの実施に必要であるとは限らない。
本明細書で使用される条件付き言語、中でもとりわけ、「することができる（can）」、「することができる（could）」、「し得る（might）」、「し得る（may）」、「例えば（e.g.）」などは、特に別段の記載がない限り、又は使用される文脈内で理解されない限り、その通常の意味で意図され、一般に、ある特定の実施形態がある特定のフィーチャー、要素、及び／又はステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝えることを意図する。こうして、かかる条件付き言語は、一般に、フィーチャー、要素、及び／若しくはステップが、１つ又は２つ以上の実施形態に何らかの形で必要とされること、又は１つ又は２つ以上の実施形態が、作成者の入力若しくはプロンプトの有無にかかわらず、これらのフィーチャー、要素、及び／若しくはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか若しくは実行されるかどうかを判定するための論理を必然的に含むことを暗示することを意図するものではない。「備える（comprising）」、「含む（including）」、「有する（having）」などの用語は同義であり、それらの通常の意味で使用され、オープンエンド方式で包括的に使用され、追加の要素、フィーチャー、行為、動作などを排除しない。また、「又は」という用語は、使用される場合、例えば、要素の列挙を接続するために、「又は」という用語は、列挙された要素のうちの１つ、いくつか、又は全てを意味するように、その包含的な意味で（かつその排他的な意味ではなく）使用される。特に明記しない限り、「Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの少なくとも１つ」という語句などの接合言語は、アイテム、用語、要素などがＸ、Ｙ、又はＺのいずれかであり得ることを伝えるために一般に使用される文脈で理解される。したがって、かかる結合言語は、一般に、特定の実施形態が、Ｘのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、及びＺのうちの少なくとも１つがそれぞれ存在することを必要とすることを示唆することを意図していない。
実施形態の上記の記載において、本開示を合理化し、様々な発明の態様のうちの１つ又は２つ以上理解を助ける目的で、様々なフィーチャーが、単一の実施形態、図面、又はその記載において一緒にグループ化されることがあることを理解されたい。しかしながら、本開示の方法は、特許請求された開示が各請求項に明示的に記載されているよりも多くのフィーチャーを必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。更に、本明細書の特定の実施形態に例示及び／又は記載される任意の構成要素、フィーチャー、又はステップは、任意の他の実施形態に適用されるか、又はそれと共に使用され得る。更に、構成要素、フィーチャー、ステップ、又は構成要素、フィーチャー、ステップの群は、各実施形態には必要又は不可欠ではない。したがって、本開示の範囲は、上記の特定の実施形態によって限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲の公正に読むことによってのみ判定されるべきであることが意図される。
特定の順序用語（例えば、「第１の」又は「第２の」）は、参照を容易にするために提供され得、必ずしも物理的特性又は順序を意味するものではないことを理解されたい。したがって、本明細書で使用される場合、構造、構成要素、動作などの要素を修飾するために使用される順序用語（例えば、「第１の」、「第２の」、「第３の」など）は、必ずしも任意の他の要素に対する要素の優先順位又は順序を示唆するものではなく、むしろ、同様又は同一の名称を有する別の要素とその要素を区別し得る（順序用語の使用を除く）。更に、本明細書で使用される場合、不定冠詞（「ａ」及び「ａｎ」）は、「１つ」ではなく「１つ又は２つ以上」を示唆し得る。更に、条件又はイベントに基づいて「基づいて」実行される動作は、明示的に列挙されていない１つ又は２つ以上の他の条件又はイベントに基づいて実行され得る。
特に定義されない限り、本明細書で使用されている全ての技術的用語及び科学的用語は、例示的な実施形態が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有している。一般的に使用される辞書で定義されているものなどの用語は、従来技術及び本開示の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されない限り、理想的な意味又は過度に形態的な意味で解釈されないことが更に理解されよう。
図に例示されるような１つの要素又は構成要素と別の要素又は構成要素との間の関係を説明するために説明を容易にするために、空間的に相対的な用語「外側」、「内側」、「上側」、「下側」、「下の」、「上」、「垂直」、「水平」、及び同様の用語を本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に描写される向きに加えて、使用中又は動作中のデバイスの異なる向きを包含することが意図されることが理解される。例えば、図面に示されているデバイスをひっくり返した場合、別のデバイスの「下方」又は「下に」位置決めされたデバイスは、別のデバイスに「上方」に配置され得る。したがって、「下方」例示的な用語は、より低い位置及びより高い位置の両方を含み得る。デバイスはまた、他の方向に向けられてもよく、したがって、空間的に相対的な用語は、向きに応じて異なって解釈され得る。
特に明記しない限り、「より小さい」、「より多い」、「より大きい」などの比較及び／又は定量的用語は、同等性の概念を包含することが意図される。例えば、「より少ない」は、厳密な数学的意味において「より少ない」だけでなく、「以下の」を意味することができる。
〔実施の態様〕
（１） 方法であって、
医療システムの制御回路によって、
医療器具の少なくとも一部分の位置を示唆するセンサデータを受信することと、
前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
患者の臓器内の標的場所を判定することと、
前記標的場所を含む平面を判定することと、
前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、
前記インターフェースデータに少なくとも部分的に基づいて前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することと、を含む、方法。
（２） 前記平面を前記判定することが、前記医療器具の進行方向が前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定することを含む、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記医療器具の前記進行方向が前記平面に対して垂直のままであるように、前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを更新することを更に含む、実施態様２に記載の方法。
（４） 前記平面を前記判定することが、前記医療器具の遠位端と前記標的場所との間のラインを判定することと、前記ラインが前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを維持することを更に含む、実施態様４に記載の方法。
（６） 前記標的場所を前記判定することが、スコープからの追加のセンサデータに少なくとも部分的に基づいており、前記平面を前記判定することが、前記スコープの進行方向が前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定することを含む、実施態様１に記載の方法。
（７） 前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を前記表示することが、前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第１のインターフェース要素を、前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第２のインターフェース要素の中心から第２の距離に表示することを含み、前記第２の距離が、前記第１の距離、及び前記医療器具の先端と前記平面上の前記標的場所との間の挿入距離に少なくとも部分的に基づいている、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記医療器具の先端の前記標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示することと、
前記進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することであって、前記進行変化パラメータが前記医療器具の移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量を示唆する、設定することと、
前記医療器具の前記先端が前記標的場所のより近くに移動していると判定することと、
前記医療器具の前記先端が前記標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、前記進行変化パラメータを第２の値に設定することであって、前記第２の値が、前記第１の値よりも大きい、前記医療器具の前記移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量と関連付けられている、設定することと、を更に含む、実施態様１に記載の方法。
（９） 医療システムであって、
人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成された医療器具からセンサデータを受信するように構成されている通信インターフェースと、
制御回路であって、前記通信インターフェースに通信可能に結合され、かつ
前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
前記標的場所を含む平面を判定することと、
前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を行うように構成されている、制御回路と、を備える、医療システム。
（１０） 前記人体解剖学的構造の管腔を介して前記標的場所にアクセスするように構成された内視鏡を更に備え、前記内視鏡が、追加のセンサデータを前記通信インターフェースに提供するように構成されているセンサを含み、
前記制御回路が、前記追加のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて前記標的場所を判定するように構成されている、実施態様９に記載の医療システム。
（１１） 前記制御回路が、前記医療器具の進行方向が前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定するように構成されている、実施態様９に記載の医療システム。
（１２） 前記制御回路が、
前記医療器具の前記進行方向が前記平面に対して垂直のままであるように、前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを更新するように更に構成されている、実施態様１１に記載の医療システム。
（１３） 前記制御回路が、前記医療器具の遠位端と前記標的場所との間のラインを判定し、前記ラインが前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定することによって、前記平面を判定するように構成されている、実施態様９に記載の医療システム。
（１４） 前記制御回路が、
前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを維持するように更に構成されている、実施態様１３に記載の医療システム。
（１５） 前記医療システムが、信号を生成するように構成されているデバイスに結合されたロボットシステムを含み、前記センサデータが、前記信号に少なくとも部分的に基づいており、前記制御回路が、
前記ロボットシステムの座標フレームに少なくとも部分的に基づいて前記医療器具の座標フレームを判定することと、
前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を、前記医療器具の前記座標フレームに対する前記医療器具の移動方向に相関する方向にインターフェース内で移動させることと、を行うように更に構成されている、実施態様９に記載の医療システム。
（１６） 前記制御回路が、
位置変化パラメータを第１の値に設定することであって、前記位置変化パラメータが、前記医療器具の移動単位に対するインターフェース内の前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量を示唆する、設定することと、
前記医療器具が前記標的場所のより近くに移動していると判定することと、
前記位置変化パラメータを第２の値に設定することであって、前記第２の値が、前記第１の値よりも大きい、前記医療器具の前記移動単位に対する前記インターフェース内の前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量と関連付けられている、設定することと、を行うように更に構成されている、実施態様９に記載の医療システム。
（１７） 前記制御回路が、
前記医療器具の前記標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示させることと、
前記進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することであって、前記進行変化パラメータが、前記医療器具の移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量を示唆する、設定することと、
前記医療器具が前記標的場所のより近くに移動していると判定することと、
前記進行変化パラメータを第２の値に設定することであって、前記第２の値が、前記第１の値よりも大きい、前記医療器具の前記移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量と関連付けられている、設定することと、を行うように更に構成されている、実施態様９に記載の医療システム。
（１８） コンピュータ実行可能命令を記憶する１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令が、制御回路によって実行されると、前記制御回路に、
人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成されている医療器具の向きを判定することと、
前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
前記標的場所を含む平面を判定することと、
前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を含む動作を実行させる、１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（１９） 前記医療器具の進行方向が、前記平面に対して垂直である、実施態様１８に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２０） 前記動作が、
前記医療器具の前記進行方向が前記平面に対して垂直のままであるように、前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを更新することを更に含む、実施態様１９に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２１） 前記平面が、前記医療器具の遠位端と前記標的場所との間のラインに対して垂直である、実施態様１８に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２２） 前記動作が、
前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを維持することを更に含む、実施態様２１に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２３） 前記動作が、
前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第１のインターフェース要素を、前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第２のインターフェース要素の中心から第２の距離に表示することを更に含み、前記第２の距離が、前記第１の距離に少なくとも部分的に基づいている、実施態様１８に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２４） 前記第２の距離が、前記医療器具の先端と前記平面上の前記標的場所との間の挿入距離に少なくとも部分的に更に基づいている、実施態様２３に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２５） 前記動作が、
前記医療器具の前記標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示させることと、
前記医療器具が１回目に第１の量だけ前記標的場所のより近くに移動することに少なくとも部分的に基づいて、前記進行インジケータを第２の量だけ更新することと、
前記医療器具が２回目に前記第１の量だけ前記標的場所のより近くに移動することに少なくとも部分的に基づいて、前記第１の量よりも大きい第３の量だけ前記進行インジケータを更新することと、を更に含む、実施態様１８に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２６） 前記動作が、
前記医療器具の環境に対する複数の区域を示唆する進行区域データを生成することと、
前記第１のセンサデータ及び前記進行区域データに少なくとも部分的に基づいて、前記複数の区域の中から、前記医療器具が位置する区域を判定することと、
前記区域に少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の状態を判定することと、
前記状態の示唆を表示させることと、を更に含む、実施態様１８に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２７） 方法であって、
医療システムの制御回路によって、患者内に経皮的に挿入されるように構成されている針から第１のセンサデータを受信することと、
前記第１のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記制御回路によって、前記針の姿勢を判定することと、
前記制御回路によって、前記患者の解剖学的管腔内に少なくとも部分的に配設されている内視鏡から第２のセンサデータを受信することと、
前記第２のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記制御回路によって、前記患者の臓器内の標的場所を判定することと、
前記制御回路によって、前記標的場所を含む平面を判定することと、
前記針の前記姿勢に少なくとも部分的に基づいて、前記制御回路によって、前記平面上の前記針の投影位置を判定することと、
前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を含む、方法。
（２８） インターフェース内に前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することと、
前記平面上に表された寸法と前記インターフェース上に表された寸法とのスケーリング比を識別することと、
前記針が前記標的場所のより近くに移動していると判定することと、
前記針が前記標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、前記スケーリング比を更新することと、を更に含む、実施態様２７に記載の方法。
（２９） 位置変化パラメータを第１の値に設定することであって、前記位置変化パラメータが、前記針の位置変化単位又は向き変化単位に対するインターフェース内の前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量を示唆する、設定することと、
前記医療器具が前記標的場所のより近くに移動していると判定することと、
前記医療器具が前記標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、前記位置変化パラメータを第２の値に設定することであって、前記第２の値が、前記第１の値よりも大きい、前記針の前記位置変化単位又は向き変化単位に対する前記インターフェース内の前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素の位置変化量と関連付けられている、設定することと、を更に含む、実施態様２７に記載の方法。
（３０） 前記医療システムが、電磁場生成器に結合されたロボットアームを含み、前記第１のセンサデータが、前記電磁場生成器からの電磁場に少なくとも部分的に基づいており、前記方法が、
前記ロボットアームと関連付けられたロボットシステムのワールド座標フレームを判定することと、
前記ワールド座標フレームにおいて前記針の前記姿勢を表すことと、
前記ワールド座標フレームにおいて前記平面を表すことと、
前記ワールド座標フレーム内の前記針の前記姿勢に少なくとも部分的に基づいて、前記ワールド座標フレームにおいて表される前記平面の標的座標フレームを判定することと、
前記標的座標フレームに少なくとも部分的に基づいて前記針の座標フレームを判定することと、
前記針の前記座標フレームに対する前記針の移動方向に相関する方向にインターフェース内の前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を移動させることと、を更に含む、実施態様２７に記載の方法。

Claims (19)

  1. 方法であって、
    医療システムの制御回路によって、
    医療器具の少なくとも一部分の位置を示唆するセンサデータを受信することと、
    前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
    患者の臓器内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、
    前記インターフェースデータに少なくとも部分的に基づいて前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することと、を含み、
    前記平面を前記判定することが、前記医療器具の進行方向が前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定することを含む、方法。
  2. 前記医療器具の前記進行方向が前記平面に対して垂直のままであるように、前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを更新することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 方法であって、
    医療システムの制御回路によって、
    医療器具の少なくとも一部分の位置を示唆するセンサデータを受信することと、
    前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
    患者の臓器内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、
    前記インターフェースデータに少なくとも部分的に基づいて前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することと、を含み、
    前記平面を前記判定することが、前記医療器具の遠位端と前記標的場所との間のラインを判定することと、前記ラインが前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定することと、を含む、方法。
  4. 前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを維持することを更に含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を前記表示することが、前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第１のインターフェース要素を、前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第２のインターフェース要素の中心から第２の距離に表示することを含み、前記第２の距離が、前記第１の距離、及び前記医療器具の先端と前記平面上の前記標的場所との間の挿入距離に少なくとも部分的に基づいている、請求項１に記載の方法。
  6. 方法であって、
    医療システムの制御回路によって、
    医療器具の少なくとも一部分の位置を示唆するセンサデータを受信することと、
    前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
    患者の臓器内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、
    前記インターフェースデータに少なくとも部分的に基づいて前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表示することと、を含み、
    前記方法は、
    前記医療器具の先端の前記標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示することと、
    前記進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することであって、前記進行変化パラメータが前記医療器具の移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量を示唆している、前記進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することと、
    前記医療器具の前記先端が前記標的場所のより近くに移動していると判定することと、
    前記医療器具の前記先端が前記標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、前記進行変化パラメータを第２の値に設定することであって、前記第２の値が、前記第１の値よりも大きい、前記医療器具の前記移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量と関連付けられている、前記医療器具の前記先端が前記標的場所のより近くに移動していると判定することに少なくとも部分的に基づいて、前記進行変化パラメータを第２の値に設定することと、を更に含む、方法。
  7. 医療システムであって、
    人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成された医療器具からセンサデータを受信するように構成されている通信インターフェースと、
    制御回路であって、前記通信インターフェースに通信可能に結合され、かつ
    前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
    前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を行うように構成されている、制御回路と、を備えており、
    前記医療システムは、前記人体解剖学的構造の管腔を介して前記標的場所にアクセスするように構成された内視鏡を更に備え、前記内視鏡が、追加のセンサデータを前記通信インターフェースに提供するように構成されているセンサを含み、
    前記制御回路が、前記追加のセンサデータに少なくとも部分的に基づいて前記標的場所を判定するように構成されている、医療システム。
  8. 医療システムであって、
    人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成された医療器具からセンサデータを受信するように構成されている通信インターフェースと、
    制御回路であって、前記通信インターフェースに通信可能に結合され、かつ
    前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
    前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を行うように構成されている、制御回路と、を備えており、
    前記制御回路が、前記医療器具の進行方向が前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定するように構成されている、医療システム。
  9. 前記制御回路が、
    前記医療器具の前記進行方向が前記平面に対して垂直のままであるように、前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを更新するように更に構成されている、請求項８に記載の医療システム。
  10. 医療システムであって、
    人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成された医療器具からセンサデータを受信するように構成されている通信インターフェースと、
    制御回路であって、前記通信インターフェースに通信可能に結合され、かつ
    前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
    前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を行うように構成されている、制御回路と、を備えており、
    前記制御回路が、前記医療器具の遠位端と前記標的場所との間のラインを判定し、前記ラインが前記平面に対して垂直であるように前記平面を判定することによって、前記平面を判定するように構成されている、医療システム。
  11. 前記制御回路が、
    前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを維持するように更に構成されている、請求項１０に記載の医療システム。
  12. 医療システムであって、
    人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成された医療器具からセンサデータを受信するように構成されている通信インターフェースと、
    制御回路であって、前記通信インターフェースに通信可能に結合され、かつ
    前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて、前記医療器具の向きを判定することと、
    前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を行うように構成されている、制御回路と、を備えており、
    前記制御回路が、
    前記医療器具の前記標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示させることと、
    前記進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することであって、前記進行変化パラメータが、前記医療器具の移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量を示唆している、前記進行インジケータの進行変化パラメータを第１の値に設定することと、
    前記医療器具が前記標的場所のより近くに移動していると判定することと、
    前記進行変化パラメータを第２の値に設定することであって、前記第２の値が、前記第１の値よりも大きい、前記医療器具の前記移動単位に対する前記進行インジケータの進行変化量と関連付けられている、前記進行変化パラメータを第２の値に設定することと、を行うように更に構成されている、医療システム。
  13. コンピュータ実行可能命令を記憶する１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令が、制御回路によって実行されると、前記制御回路に、
    人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成されている医療器具の向きを判定することと、
    前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を含む動作を実行させ、
    前記医療器具の進行方向が、前記平面に対して垂直である、１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
  14. 前記動作が、
    前記医療器具の前記進行方向が前記平面に対して垂直のままであるように、前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを更新することを更に含む、請求項１３に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
  15. コンピュータ実行可能命令を記憶する１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令が、制御回路によって実行されると、前記制御回路に、
    人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成されている医療器具の向きを判定することと、
    前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を含む動作を実行させ、
    前記平面が、前記医療器具の遠位端と前記標的場所との間のラインに対して垂直である、１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
  16. 前記動作が、
    前記医療器具の前記向きが変化するときに前記平面の向きを維持することを更に含む、請求項１５に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
  17. 前記動作が、
    前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第１のインターフェース要素を、前記１つ又は２つ以上のインターフェース要素のうちの第２のインターフェース要素の中心から第２の距離に表示することを更に含み、前記第２の距離が、前記第１の距離に少なくとも部分的に基づいている、請求項１３に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
  18. 前記第２の距離が、前記医療器具の先端と前記平面上の前記標的場所との間の挿入距離に少なくとも部分的に更に基づいている、請求項１７に記載の１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
  19. コンピュータ実行可能命令を記憶する１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令が、制御回路によって実行されると、前記制御回路に、
    人体解剖学的構造に経皮的にアクセスするように構成されている医療器具の向きを判定することと、
    前記人体解剖学的構造内の標的場所を判定することと、
    前記標的場所を含む平面を判定することと、
    前記医療器具の前記向きに少なくとも部分的に基づいて、前記平面上の前記医療器具の投影位置を判定することと、
    前記平面上の前記投影位置と前記標的場所との間の第１の距離を示唆する、１つ又は２つ以上のインターフェース要素を表すインターフェースデータを生成することと、を含む動作を実行させ、
    前記動作が、
    前記医療器具の前記標的場所への近接を示唆する進行インジケータを表示させることと、
    前記医療器具が１回目に第１の量だけ前記標的場所のより近くに移動することに少なくとも部分的に基づいて、前記進行インジケータを第２の量だけ更新することと、
    前記医療器具が２回目に前記第１の量だけ前記標的場所のより近くに移動することに少なくとも部分的に基づいて、前記第１の量よりも大きい第３の量だけ前記進行インジケータを更新することと、を更に含む、１つ又は２つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体。
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