JP4755638B2 - ロボットガイドカテーテルシステム - Google Patents

Description

本発明は概して、遠隔ロボット手術システムのようなロボットを利用した制御システムに関し、特に侵襲を最小限に抑える診断治療手順を実行するロボットガイドカテーテルシステムに関する。

ロボット手術システム及び機器は、患者の体腔を開けて執刀医の手が内部臓器に触れることができるようにする構成の従来の方法とは異なり、侵襲を最小限に抑える診療手順を実行する場合の使用に非常に適している。例えば、患者の体内深くに位置し、かつ血管または胃腸管のような自然に形成されている経路を通してのみ触れることが好ましい組織の撮影、診断、及び治療を容易にし、制御性が高く、更には最大限に小型化したシステムの必要性がある。

本発明の基本的な態様により、ロボットガイドカテーテルシステムが提供される。システムは、マスター入力装置を有するコントローラを含む。器具操作装置はコントローラと通信し、かつマスター入力装置によって少なくとも部分的に生成される制御信号に応答する複数のガイド器具操作素子を含むガイド器具接続部を有する。システムは更に、ベース、遠位端、及び挿通用内腔を有する細長いガイド器具を備え、ガイド器具ベースはガイド器具接続部に操作可能に接続される。ガイド器具は、該当するガイド操作素子に操作可能に接続され、かつガイド器具の遠位端に固定される複数のガイド器具制御素子を含む。これらのガイド器具制御素子は、ガイド器具に対して軸方向に移動することができるのでガイド器具遠位端の動きをマスター入力装置の動きによって制御することができる。或る実施例では、手術用接触検出装置がガイド器具の遠位端に取り付けられる。

或る実施例では、システムは、ベース、遠位端、及び内腔を有する細長い鞘状器具を備え、この鞘状器具を通って、ガイド器具が同軸状に配置される。このような実施例では、器具操作装置は更に、鞘状器具ベースに操作可能に接続される鞘状器具接続部を含み、器具操作装置は、ガイド器具接続部が鞘状器具接続部に対して移動することができるので、ガイド器具が鞘状器具に対して軸方向に移動することができるように構成される。鞘状器具接続部は更に、マスター入力装置によって少なくとも部分的に生成される制御信号に応答する鞘状器具操作素子を含むことができ、鞘状器具は、鞘状器具操作素子に操作可能に接続され、かつ鞘状器具の遠位端に固定される鞘状器具制御素子を含み、鞘状器具制御素子は鞘状器具に対して軸方向に移動することができるので鞘状器具遠位端の動きをマスター入力装置の動きによって制御することができる。ガイド器具の外側表面及び鞘状器具内腔を画定する表面が係合するように構成して鞘状器具に対するガイド器具の回転運動を制限することができる。

コントローラ及び器具操作装置は、複数のガイド器具操作素子、及び該当するガイド器具制御素子を個々に制御してガイド器具遠位端を所望通りに曲げることができるように構成されることが好ましい。詳細には、コントローラは、該当するガイド器具制御素子に加えられる張力を、ガイド器具に対するガイド器具制御素子の所望の曲がりと、直線運動との間の運動学的関係に基づいて決定することができる。

本発明の別の態様に従って、操作器具をガイド器具の挿通用内腔の中を通るように配置し、かつガイド器具に対して軸方向に移動させることができる。本発明を制限しない例として、操作器具はアブレーションカテーテル、ガイドワイヤとする、または拡張器及びニードルの内の一つ、または拡張器及びニードルの両方を含む器具とすることができる。

ロボットガイドカテーテルシステムは更に、撮影システム及びディスプレイを備え、撮影システム及びディスプレイの各々はコントローラに動作可能に接続される。本発明を制限しない例として、撮影システムは、超音波撮像システム、光撮像システム、透視撮影システム、コンピュータ断層撮影システム、またはＭＲ撮像システムとすることができる。一の実施例では、撮影システムは細長い撮影器具を含み、撮影器具は、撮影器具の遠位部の上に手術用撮像装置を有する。撮影器具は体内経路または体腔に留置されるように構成され、手術用撮像装置は体内経路または体腔の画像を取得するように構成され、撮影システムは取得画像をディスプレイに表示するように構成される。本発明の或る実施例では、コントローラは、該当するガイド器具制御素子に加えられる張力を、取得画像のデータに基づいて決定する。

ロボットガイドカテーテルシステムは更に、コントローラに動作可能に接続され、かつガイド器具の位置情報を取得するように構成される位置特定システム、例えば超音波方式位置特定システムまたは電磁波パルス発生位置特定システムを備える。本発明の或る実施例では、コントローラは、該当するガイド器具制御素子に加えられる張力を、位置特定システムからのデータに基づいて決定する。

図１を参照すると、ロボット手術システム（３２）の一の実施例は、手術台（２２）から離れて位置するオペレータ制御ステーション（２）を含み、この手術台には、器具操作装置（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｄｒｉｖｅｒ：１６）及び器具群（１８）が器具操作装置連結ブレース（２０）を介して接続される。通信リンク（１４）は信号をオペレータ制御ステーション（２）と器具操作装置（１６）との間で転送する。図示の実施例の器具操作装置連結ブレース（２０）は非常に簡単な弓形部材であり、この部材は器具操作装置（１６）を手術台（２２）に横たわる患者（図示せず）の上方に位置するように構成される。

図２を参照すると、別の実施例が示されており、この実施例では、可動マウント（２６）が、器具操作装置（１６）を手術台（２２）の上方に移動可能に支持するよう構成され、患者（図示せず）の所望部分への接触を容易にし、かつ器具操作装置（１６）を好適な配置に従った位置にロックする手段を提供する。図３は図２に示す実施例の接写図であり、可動マウント（２６）を更に詳細に示している。一の実施例では、可動マウントは、電子ブレーキジョイント（３４）によって接続される一連の剛性リンクを含み、これらのブレーキジョイントは、ジョイントが作動していないときに連結部の運動を阻止し、かつスイッチまたはコンピュータインターフェースのような制御系によってジョイントが作動しているときに連結部の運動を可能にする。別の実施例では、これらの剛性リンクは、広く普及している機械ロック式ジョイントによって接続してもよく、これらのジョイントにより、例えばロックピン、ネジ、またはクランプを使用して手動によりロックし、そしてアンロックしてもよい。剛性リンク（３６）は、高ゲージのアルミニウムのような軽量の、かつ高い強度の材料を含み、この材料は、約１０ポンド重量の器具操作装置（１６）の典型的な実施例の３次元位置を正確に維持する動作に関連する応力及びひずみに耐える構造に形成され、器具操作装置は、制動を掛けた後に点滴に使用することができるようにしたサイズに形成される。

図４及び図５は、図１〜図３に示すような器具操作装置（１６）の或る実施例に使用するように構成された器具群のそれぞれの実施例の斜視図である。図４は器具（１８）の実施例を示し、この場合、器具の中間部分に同軸鞘部材は接続されない。図５は１セットの２つの器具（２８）を示し、これらの器具は図４の実施例のような或る実施例を、同軸接続され、かつ個別に制御することができる鞘状器具（３０）に連結する。本開示の文中において、鞘を持たない器具（１８）と鞘状器具（３０）とを区別するために、「鞘を持たない（ｎｏｎ−ｓｈｅａｔｈ）」器具を「ガイド（ｇｕｉｄｅ）」器具（１８）と呼ぶ。

図６を参照すると、例示としての装着方法を示すために、図５に示すような１セットの器具（２８）が器具操作装置（１６）に隣接する形で示される。鞘状器具（３０）は、図示の器具操作装置（１６）に２つの装着ピン（４２）及び一つの接続ソケット（４４）を有する鞘状器具接続表面（３８）で、鞘状器具ベース（４６）をこれらのピン（４２）の上でスライドさせることにより接続することができる。同様に、好ましくは同時に、ガイド器具（１８）のベース（４８）は、２つの装着ピン（４２）をガイド器具ベース（４８）の位置合わせ穴に合わせ配置することにより、ガイド器具接続表面（４０）の上に位置決めできる。後で明らかになることであるが、更に別のステップが器具（１８、３０）を器具操作装置（１６）上の位置にロックするために必要となる。

一の実施例では、器具（１８、３０）は無菌パッケージングにおける医療処置のために提供されるが、器具操作装置（１６）は無菌にする必要はない。従来の無菌室治療方法によれば、殺菌していない器具操作装置（１６）は、或るタイプの無菌バリアによって患者から隔離する必要がある。図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、手袋をはめた人（図示せず）の手により、ドレープ（５０）の無菌側を汚染することなく、一端から他端に向かって、器具操作装置（１６）を覆うようにドレープ（５０）をスライドさせるために、従来の手術用ドレープ材料を含むドレープ（５０）を折り畳んで形状（５２）にする。次に、図７Ｂ及び７Ｃに示すように、ドレープ（５０）を器具操作装置（１６）の周りを覆うように広げる。

図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、位置合わせピン（４２）を利用して、器具操作装置（１６）と器具ベース（４６、４８）とが連結する様子が示され、無菌バリアをこれらの器具と操作装置との間に設けることに関連する問題を更に示している。器具が、鞘状器具（３０）及びガイド器具（１８）の両方を構成する1セットの２つの器具である図示の実施例では、ドレーピングは２つの器具ベース（４６、４８）の間の相対運動（５６）を可能にするように行なうことが好ましい。更に、器具ベース（４６、４８）と、関連する位置合わせピン（４２）との間の嵌合は緩くなく、かつ相対運動を生じさせないことが好ましい。同様に、これらの器具から延びるアクスル（５４）と器具操作装置（１６）の構成部品ソケット（４４）との間の接続は高精度の接続となることが好ましい。

図９〜図１６を参照すると、適切なドレーピング法の種々の実施例が示される。図９に示すように、穴あきドレープ（５８）を使用することができ、このドレープでは、穴（６８）のサイズは位置合わせピン（４２）及び接続ソケット（４４）に丁度合うように決定される。従来のドレープ材により製造されることが好ましい穴あきドレープ（５８）は単純に、器具操作装置（１６）の上で適切に位置合わせされ、そして器具操作装置（１６）を覆うように引き下ろす。

図１０を参照すると、ソックス（６０）付の穴あきドレープを利用することもできる。図示のドレープ（６０）は下に位置する接続ソケット（４４）用の穴（６８）だけでなくソックス（７０）も有し、これらのソックス（７０）もまた、従来のドレープ材により製造され、かつ器具操作装置（１６）の装着ピン（４２）を包み込むサイズに製造される。

図１１を参照すると、図示のドレープ（６２）は、図１０のドレープと同じように、装着ピン（４２）を丁度包み込む「ソックス」（７０）を含むことができるが、従来の包み込みドレープ材に回動可能に取り付けられる一体型プラスチックスリーブ（６４）を有することもできる。一体型プラスチックスリーブ（６４）は、器具操作装置（１６）の接続ソケット（４４）、及び器具のアクスル（図示せず）の両方と嵌合するサイズとなるように高精度に製造することが好ましい。スリーブ（６４）は、ポリプロピレンまたはポリエチレンのような殺菌可能な半剛性プラスチック材料により構成されることが好ましく、このプラスチック材料は従来のドレープ材に比べて非常に低い摩擦係数を有する。一体型プラスチックスリーブ（６４）と周りのドレープ材との間の回転摩擦を小さくするために、スリーブ（６４）が貫通して配置されることになるドレープ材の穴は、プラスチック製環状部片（図示せず）と穴の外周が丁度合うように配置され、このプラスチック製環状部片は、一体型プラスチックスリーブ（６４）の摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する材料を含む。

図１２を参照すると、図１１の実施例と同様の実施例が描かれているが、取り外し可能なプラスチックスリーブ（６６）が、ドレープを装着して、開くときにドレープとは一体化されていない点で異なる。その代わりとして、一の実施例では、ドレープ（６０）を、穴（６８）の外周がプラスチック製環状部片（図示せず）と丁度合うように装着し、スリーブ（６６）を落下させるだけでスリーブが穴に収まるような位置に配置する。図１３は、例えば図１２の実施例に適するプラスチックスリーブ（６６）の拡大図である。スリーブ（６６）は、図１１に示す実施例に一体化することもできる。図１４は、スリーブ（６６）の内部が、器具本体から下方に延在するアクスル（５４）を収容するために、ぴったり合うように製造された様子を示している。

図１５を参照すると、ドレーピングの別の実施例が描かれており、２つの半剛性カバーまたはプレート（７２）が、大きな従来のドレープ布に取り付けられる。カバー（７２）は、鞘状器具接続表面（３８）及びガイド器具接続表面（４０）の上の位置にパチンと嵌合し、装着ピン（４２）に丁度合って覆い被さるように配置され、そして下方に位置する接続ソケット（４４）に、ソケットが非常に高い耐性を有することができるように接続され、ソケットに事前に空けた穴（７６）は関連する駆動アクスル構造（図示せず）に丁度合うようになっている。図８Ａ及び図８Ｂの参照しながら既に説明したように、２つの器具接続部の間には相対運動が生じることが予想されるので、図１５に示すように、かつ図９〜図１４の実施例にも同じように適用することができるように、弾性ドレープ材または余分のドレープ材に穴を開け、またはこれらのドレープ材を２つの接続部の間で蛇腹状にすることが好ましい。

図１６を参照すると、半剛性カバーの別の実施例は、器具操作装置（１６）の局部表面全体を覆う半剛性カバーを備え、半剛性カバーを構成する部分片の間では従来のドレーピングは行なわない。相対運動を可能にするために、高耐性オーバーラップセクション（７８）を十分な重複部分を有するように設けて、摩擦制動が生じないだけでなく、バリアの無菌状態が損なわれないように十分に密着している部分に隙間が生じることなく相対運動が可能になるようにする。図１５及び図１６の実施例の半剛性カバーは、ポリカーボネートのようなポリマー材料を成型し、または加工することにより製造することができ、ポリマー材料は安価であり、殺菌可能であり、手動でパチンと装着するために十分な柔軟性を有し、装着及びトラブルシュートを容易にするために十分に透明である。

図１７は、器具（１８）の一の実施例の斜視図であり、この器具は、４つのカテーテル制御素子、または材料、例えばステンレス鋼を含むケーブルのような４つの引っ張り素子を個々に制御することにより器具の向きを決めるように構成される。近位部分（８２）はガイド器具ベース（４８）、及び関連する手動調整ノブ（８６）を有する４つのアクスル（５４）を備える。中間部分（８４）及び遠位部分（８７）は、近位部分（８２）のガイド器具ベース（４８）形成部分にまで延びるカテーテル部材を構成する。

図１８を参照すると、カテーテル部材（９０）は、カテーテル部材の近位部分（８８）を通して、引っ張りケーブルのような制御素子（図示せず）を収容する制御素子開口（９２）を有するように描かれている。これらの制御素子は、カテーテル部材（９０）の縦方向に配置することができ、かつ開口（９２）を通ってカテーテルから出て、器具の近位部分（８２）を構成する他の部品に接続されるように位置させることができる。カテーテル部材（９０）の近位部分（８２）及び中間部分（８４）は、ほぼ真っ直ぐな構造として示され、この構造は、更に高い可撓性を有する遠位部分（８７）を制御することができるように好適な構造になっている。実際、近位部分（８８）及び中間部分（８４）は構造的に強化され、そして遠位部分へのトルク伝達を大きくし、かつ挿入性を高める剛性の高い材料により製造されると同時に、カンチレバーとしての十分な屈曲性を保持して心房室のような離れた位置にある組織との接触を容易にする。

図１９は近位部分（８８）または中間部分（８４）のいずれかにおけるカテーテル部材（９０）の断面図である。断面構造の中心には、中心（または「挿通用」）内腔（１０８）が位置し、この内腔の構造は必要とされる医療の形態に従って選択される。例えば、一の実施例では、約７フレンチ（Ｆｒｅｎｃｈ：１Ｆｒ＝１／３ｍｍ）の外径を有する市販のアブレーションカテーテルを挿通用内腔（１０８）に通すことが望ましく、この場合、挿通用内腔は直径を７フレンチ程度とすることが好ましい。カテーテル部材（９０）、及び当該部材を用いる全システム（３２）は、所望の処置及び工具に合うようにサイズを大きくし又は小さくすることができる。カテーテル部材（９０）の近位部分は、このブレード層の外側は、引っ張りケーブル（図示せず）のような制御素子を収容する内腔（１０２）を少なくとも一つ有する外側層（９６）と、低摩擦表面となるように選択されたブレード層（９８）の内部を覆う低摩擦内側層（１００）とによって密閉されることが好ましいブレード層（９８）のような補強部材で強化することができる。４つの押し出し成形内腔（１０２）を図示の実施例に設けて各制御素子（図示せず）を収容する。

カテーテル部材（９０）と、この部材を取り囲む他の構造との間の相対回転運動を防止するために、制御素子内腔（１０２）に隣接する外側層の構造を大きくすることができる。図１９の実施例の断面は、図２０の実施例の断面に比べると、制御素子内腔（１０２）に隣接する表面幅（１０４）が非常に小さくなっており、図２０の実施例の断面は、その他の点では図１９の実施例の断面と同様である。実際、同じカテーテル部材の内部では、遠位になるにつれて周囲構造との接続を行なう部分が相対的に大きな表面幅を有し、かつカテーテル部材の遠位部分及び中間部分の「ねじ巻き（ｗｉｎｄ ｕｐ）」または捻れ回転を防止することが好ましい。器具の中間部分（８２）及び近位部分（８０）のブレード層（９８）に関して、「ねじ巻き」現象は重大な問題とはならないので、他の隣接構造と接続または「係合」を行なうために大きな表面幅を有することはさほど重要ではない。

図２１は、３つの制御素子内腔（１０２）を有する実施例を示し、これらの内腔は、カテーテル部材（９０）断面の周辺の近傍に、互いがほぼ等距離になるように配置される。この実施例は、本発明が限定されないことを示す例であり、カテーテル部材（９０）は４つの制御素子内腔または４つの制御素子を含む構成に限定される必要がないことを示している。別の例として、図２２は、互いからの距離が等しくない３つの内腔（１０２）構成を示しており、２つの内腔（１０２）を含む変形例、及び１つの内腔（１０２）を含む変形例が図２３及び図２４にそれぞれ示されている。

カテーテル部材（９０）の遠位部分（８７）をより大きく曲げる操作を容易にするために、ブレード層以外の強化構造を用いることが好ましい。本発明を限定しない例として、図２５〜図２７は金属製脊椎状器具（ｍｅｔａｌ ｓｐｉｎｅ：１１０）を示しており、この脊椎状器具では、応力緩和形状を有する固有の切込み部を脊椎状器具の壁に設ける。図２８は、金属製脊椎状器具（１１０）の或る実施例の断面を示し、挿通用内腔がカテーテル部材の近位部分（８８）及び中間部分（８４）から遠位部分（８７）にまで金属製脊椎状器具（１１０）の中心を通って続く様子を示している。実際、金属製脊椎状器具は、カテーテル部材（９０）の近位部分に一層近い部分のブレード層（９８）と同様の内径サイズ及び外径サイズを有する。金属製脊椎状器具（１１０）に使用する金属によって変わるが、ほとんどが、大きく曲がることを可能とする強化構造と、それに伴う応力緩和パターンが繰り返されることにより、カテーテル部材（９０）の遠位部分（８７）を非常に短い半径とするよう曲げる操作が可能となる。カテーテル部材（９０）の遠位部分（８７）の可撓性を更に高めるために、Ｐｅｂａｘ^ＴＭのような更に柔かいポリマー材料を用いて構成することができる。例えば、一の実施例では、カテーテル部材（９０）の近位部分（８８）及び中間部分（８４）の外側層（９６）は、７０デュロメーターのＰｅｂａｘ^ＴＭを含むことが好ましく、遠位部分（８４）では、外側層（９６）は、３５または４０デュロメーターのＰｅｂａｘ^ＴＭを含むことが好ましい。

図２９及び図３０を参照すると、応力緩和パターンの一の実施例が拡大図として示され、このパターンを、脊椎状器具（１１０）に沿った長さ方向の各段に対して約９０度だけシフトさせて応力密度の分布の均一性及び構造全体の曲げ性能を最大化することができる。金属製脊椎状器具の可撓性を更に高め、かつレーザ切断後に残る不所望の構造的なずれを無くすために、金属製脊椎状器具をカテーテル部材（９０）に装着する前に、化学エッチングし、そして電気研磨することができる。図３０に示すように、化学エッチングによってパターンを元のレーザ切断位置（１１４）から、より大きな窓をパターンに有する修正位置（１１２）に移す。この実施例では、化学エッチングが終わると、パターンは交差部（１２０）を有する辺（１１６ａ〜１１６ｂ、１１８ａ〜１１８ｂ）によって逃げ角、及びねじ山角（１２２）を形成する。金属製脊椎状器具の好適な材料は、これらには限定されないが、ステンレス鋼及びニチノールを含む。

図３１及び図３２を参照すると、遠位強化構造はまた、脊椎状器具（１２４）のチューブ状壁を構成する応力緩和パターンによって均一に曲がるように、同様に構成されたポリマー製脊椎状器具（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｓｐｉｎｅ）を含むことができる。特に、多くの利用可能なポリマー材料は破壊靱性が大きいので、もっと四角い応力集中パターンをポリマー構造を用いて繰り返すことができる。更に、図示のポリマー製脊椎状器具（１２４）のような高精度構造は、レーザ切断及びエッチングよりもコストが安く付く射出成形法又は他の方法を使用して、形成することができる。この技術分野の当業者であれば分かることであるが、遠位に位置し応力を集中又緩和する他の多くの脊椎状構造を利用して、半径が小さくなるように曲げることが可能なこれらの必要とされる機能を、コイル及びブレード等を備えるカテーテル部材（９０）構造の内の遠位部分に備えることができる。

図３３を参照すると、制御素子アンカーリング（１２６）が２つの固定用内腔（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｌｕｍｅｎｓ：１２８）を有する形で示され、これらの内腔によって、入ってくる各制御素子をカテーテル部材（９０）の先端に固定する。アンカーリング（１２６）は、カテーテル部材（９０）の先端の最後の剛性構造を構成し、この剛性構造を超えると、組織を傷つけない、小さいデュロメーター硬度の先端（図示せず）のみが延びる、というのは、低摩擦ライナー（１００）が、アンカーリング（１２６）を密閉する２つの層に続く外側層（９６）と当接するようになるからである。アンカーリング（１２６）は「アンカー」であり、このアンカーには非常に大きい張力を有する制御素子が固定される形で挿入され、従って、「アンカー」は、カテーテル部材に装着される制御素子の数に関係なく、カテーテル部材（９０）の先端曲げ操作性及び制御性の重要な要素となる。一の実施例では、張力ワイヤ制御素子（図示せず）を固定用内腔の内の最外周の内腔に挿入し、次に曲げて固定用内腔の内の最内周の内腔に直接戻し、この位置でこれらの制御素子を、半田濡れ性を良くするために加工、または金メッキ加工したステンレス鋼を含むアンカーリングに半田付けする。

図３５〜図４９は、図１９に示すものと同様の器具（１８）の近位部分（８２）の或る態様を示している。図３５を参照すると、制御素子接続アセンブリ（１３２）が示され、このアセンブリはアクスル（５４）と、制御素子プーリー（１３６）と、手動調整ノブ（８６）と、そして操作係合ノブ（１３４）とを備える。手動調整ノブは、器具を器具操作装置に装着している間の、制御素子の張力に対する手動調整を容易にするように構成される。この手動調整ノブはアクスル（５４）に対して正しい位置にクランプネジ（１３８）によって保持され、そして回転運動範囲制限ピン（１４０）を収容し、このピンはクランプネジの装着及び締めに続くアクスルの運動範囲を制限する。図３５Ａを参照すると、アクスル（５４）の一の実施例が、他のハードウェアがアクスルの上に取り付けられていない状態の斜視図として示される。図３６を参照すると、アクスル（５４）が、操作係合ノブ（１３４）がアクスルの上に取り付けられた状態で示される。操作係合ノブ（１３４）は、長いネジ山部分を有するネジと同様の形状を有することができ、このネジ山部分は図示のように、アクスルを貫通して延びて傾斜ナット（１４２）と嵌合するように構成される。操作係合ノブ（１３４）を捻ると、傾斜ナット（１４２）がアクスルの歯（１４４）を外側に押して、これに限定されないが器具操作装置接続ソケット（４４）を含む、アクスルの下側部分を取り囲む構造の全てと嵌合する。

図３７及び図３８は、制御素子プーリー（１３６）の一の実施例の直交図をそれぞれ示している。プーリー（１３６）の中心穴（１４８）は、プーリーをアクスルに装着すると丁度アクスルに合うようなサイズに製造され、そして制御素子終端部の係合スロット（１４６）は、鉛ケーブルまたはスチールケーブルの終端部のような制御素子終端部を捕捉するように構成され、この制御素子終端部はスロットに押し込まれるが、この操作は、製造中、または再組み立て中に制御素子をプーリー（１３６）の周りに巻き付ける前に行なわれる。図３８を参照すると、プーリー（１３６）は、制御素子を巻き付け、そして正規の位置に保持する動作を容易にするためにフランジ形状（１５０）を有することが好ましい。

図３９に示すように、ガイド器具ベース（４８）の一の実施例の上側部分（１５２）は、手動調整ノブ（８６）の内部に収容することができる回転運動範囲制限ピン（１４０）と接続するスロット（１５４）を備える。図４０は上側部分（１５２）の上面図を示している。図４１は、同じ上側部分（１５２）を下から眺めて等角に描いたときの様子を示し、２つのプーリーがガイド器具ベース（４８）の上側部分（１５２）に対してどのようなに関連する上側部分に取り付けられるのかを示している。制御素子斜めトラック（１５８）を用いて制御素子（図示せず）をカテーテル部材の開口からプーリーに案内し、これらのプーリーは、ガイド器具ベース（４８）の上側部分（１５２）の内部に形成されるプーリー構造収納部（１６０）の内部に配置することができる。さらに、上側部分（１５２）に、カテーテル部材構造収納部（１６２）及びシール構造収納部（１６４）が示されている。図４２は、図４１の構造の直交図を示し、制御素子斜めトラック（１５８）構造を更に詳しく示しており、この制御素子斜めトラック構造は、制御素子（図示せず）をカテーテル部材から離れるように、かつガイド器具ベース（４８）の上側部分（１５２）に接続されるプーリーにまで案内するように配置される。

図４３を参照すると、ガイド器具ベース（４８）の一の実施例の下側部分（１５６）が、図３９〜図４２に示す部分のような上側部分（１５２）と接続するように構成される様子が示される。下側部分（１５６）は２つの更に別のプーリー構造収納部（１６０）及びこれらの収納部に接続される制御素子斜めトラック（１５８）を有する。ガイド器具ベース（４８）の上側部分（１５２）及び下側部分（１５６）を「サンドイッチ」状に重ね合わせるとカテーテル部材（９０）の近位部分（８８）を捕捉するので、下側部分（１５６）もカテーテル部材構造収納部（１６２）、及びカテーテル部材構造収納部に食い込んで形成されるシール構造収納部（１６４）を有する。図４４は図４３の構造の直交図を示し、制御素子斜めトラック（１５８）構造を更に詳しく示しており、この制御素子斜めトラック構造は、制御素子（図示せず）をカテーテル部材から離れるように、かつガイド器具ベース（４８）の下側部分（１５６）に接続されるプーリーにまで案内するように配置される。図４５は、図４３及び図４４に示す同じ下側部分（１５６）を下から眺めたときの斜視図を示している。下側表面は、器具を器具操作装置に取り付け易くする磁石（１６６）を備えることができる。図示の実施例も装着ピン接続穴（１６８）を有し、装着ピン接続穴は下側表面を貫通するように形成されて器具操作装置の装着ピンを収容する。更に、下側表面は全体として非対称の構造を有することが好ましく、この構造によって、確実に下側表面が下方の器具操作装置にだけ一方向にぴったり合うようになる。図４６は、図４５のガイド器具ベース（４８）の実施例の下側部分（１５６）の直交図を示している。

図４７は、部分的に（ほぼ完全にではあるが）組み上がった器具の近位部分（８２）を示しており、この近位部分は、器具ベース（４８）の上側部分（１５２）及び下側部分（１５６）を接続した形で含む。近位部分（８２）は４つのプーリー（図示せず）と、カテーテル部材（９０）と、そしてパージポート（１７２）を含むシール（１７０）とを収容する。３つの手動調整ノブ（８６）をガイド器具ベース（４８）に複数のアクスル（５４）によって取り付け、これらのアクスルは正規の位置に、当該アクスル（５４）に取り付けられるプーリー（見えない）によって保持される。回転運動範囲制限ピン（１４０）はガイド器具ベース（４８）の上側部分（１５２）の手動調整ノブ及びスロット（１５４）に接続される。４つの手動調整ノブの内の一つのノブが図４７の実施例から取り外され、ピン（１４０）とスロット（１５４）との間の相互作用の様子が分かるようになっている。図４８は、この４制御素子の実施例の内部におけるプーリー（１３６）及び制御素子斜めトラック（１５８）の位置を示している。これらの制御素子（図示せず）は、ステンレス鋼のような材料により製造される硬質ワイヤを含むことが好ましく、これらのワイヤは、特定用途において予想される負荷に耐えるサイズに、かつ予想される構造パラメータのサイズに製造される。これらのワイヤにはＴｅｆｌｏｎ^ＴＭのような材料をコーティングして摩擦力を減らすことができる。図４９は、図４７の実施例と同様の器具の実施例の異なる斜視図を示し、シール（１７０）及びパージポート（１７２）の配置だけでなく、手動調整ノブ（８６）のクランプネジ（１３８）の様子を詳細に示している。シール（１７０）はシリコンゴムシールであることが好ましく、このゴムシールは、例えば比較的小さい形状のガイドワイヤ（例えば、０．０３５インチ程度の直径を有する）、または比較的大きい形状のカテーテル（例えば、最大７フレンチ、またはそれよりも更に大きい）のような操作部材または器具を挿入することができるように構成される。

図５０〜図７３を参照すると複数の器具の別の実施例が示され、これらの器具は、２、３、または４つの制御素子を、前述した４つよりも少ない制御素子を含む接続アセンブリ（１３２）を使用して操作する機能をそれぞれ有する。説明を簡単にするために、同じ構成部品の多くをこれらの実施例において利用する。この技術分野の当業者であれば理解できるように、このように構成部品が一致することは、説明した機能を実現するために必ずしも必要ではなく、多くの代替的な構成をここに開示する本発明の技術範囲内で使用しもよい。

図５０、図５１、及び図５２は、３つの直交図に描かれる２つの制御素子を含む接続アセンブリ（１３２）を有する器具（１７４）を示している。この実施例は制御素子を２つしか含まない接続アセンブリを有するが、この実施例は、４つの制御素子を操作し、これらの制御素子を、スロットを設けたガイド器具ベース（１８８）を通して器具操作装置（１６）の張力調整機構に達する事前張力調整（ｐｒｅ−ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）または能動的張力調整（ａｃｔｉｖｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）のいずれかを行なうことにより、緊張状態に保持するように構成される。図５３は図５２の器具と同様であるが、器具（１７４）を、裏側または下側から眺めた直交図として示している。特に、ガイド器具ベース（１８８）の一方の側には複数のスロット（１９０）が形成され、これらのスロットを通して、器具操作装置の張力調整機構は制御素子を、器具（１７４）を操作している間に緊張状態に維持することができる。図５４は、図５３の構造を裏返したときの直交図であり、ガイド器具ベースの一方の側、及び両方の制御素子接続アセンブリ（１３２）を取り外して、スロット（１９０）及び４つの制御素子（１９２）が見えるようになっている。

図５５は、図５３及び図５４の器具と同様の器具（１７５）を示しているが、ガイド器具ベース（１９４）がスロットを含まず、ケーブルを複数セットの２個プーリー（１３６）に位置合わせするための固定の遊動輪制御素子通路（ｆｉｘｅｄ ｉｄｌｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｐａｔｈｗａｙｓ）のみを有し、２個プーリーセットが各制御素子接続アセンブリ（１３２）を含む点が異なる。この実施例では、制御素子（１９２）の張力は事前張力調整または事前応力調整（ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓｉｎｇ）によって維持することができ、これによって制御素子の緩みを防止する。図５６も、図５３及び図５４の器具と同様の器具（１７４）を示しおり、この器具は複数のスロットを含み、これらのスロットによって、制御素子（１９２）に対する能動的張力調整が下方の器具操作装置による可能になる。複数の制御素子接続アセンブリ（１３２）の内の一つがそのままの状態で示され、そしてもう一つが一部のみがそのままの状態で示され、この場合、アクスル（５４）及び操作係合ノブ（１３４）のみが描かれ、制御素子（１９２）が見えるようになっている。図５６の実施例と、図５５の実施例との間の顕著な相違は、張力調整スロット（１９０）が付加されていることである。

図５７及び図５８を参照すると、更に別の器具の実施例（１７６）が斜視図及び側面図としてそれぞれ示され、この実施例は、４つの制御素子を操作するために２つの制御素子接続アセンブリを有する。図５９の一部切欠き斜視図、及び図６０の拡大切欠き図に示すように、この実施例は図５５の固定の遊動輪を用いる実施例、または図５６のスロットを用いる実施例とは、この実施例が４つの制御素子の各々に対する張力調整を容易にする４つのバネ与圧式遊動輪を有する点が異なる。図６０を参照すると、複数の制御素子（１９２）の各々がバネ与圧式遊動輪（１９８）を通過し、この遊動輪は、回転しようとする（２００）ことによって制御素子（１９２）を緊張状態にする。この張力調整の様子は、図６１の直交切欠き図において最も見易くなっており、バネ与圧式遊動輪（１９８）が４つの制御素子（１９２）を緊張状態にしている（２００）様子が描かれている。図６２のワイヤフレームの直交図も２個プーリーの積層構造を示しており、各積層構造が制御素子接続アセンブリ（１３２）に装着されて４つの制御素子（１９２）を収容する。

図６３及び図６４は別の器具の実施例（１７８）を示し、この実施例は、３つの個々の制御素子に対応する３つの制御素子接続アセンブリ（１３２）を有する。図６４に最も明瞭に示されるように、この実施例は、例えば図４７の実施例と同様であるが、この実施例が１個少ない制御素子、及び１個少ない制御素子接続アセンブリ（１３２）を有する点が異なる。図６５は、鞘状器具（３０）に接続される更に別の器具の実施例（１８０）を示している。詳細には、器具（１８０）は２つの制御素子接続アセンブリ（１３２）、及び２つの制御素子を有する。図６６に最も明瞭に示されるように、器具（１８０）はスロットを用いる張力調整、またはバネ与圧による張力調整を行なうようには構成されない。その代わりとして、この実施例の制御素子（１９２）に対する能動的張力調整を個別に行なう、または事前張力調整を行なって張力の維持を容易にして制御を行なうことができる。

図６７を参照すると、更に別の器具の実施例（１８２）が、鞘状器具（３０）に接続される形で示される。器具（１８２）は１つの制御素子接続アセンブリ（１３２）、及び２つの制御素子を有する。図６８に最も明瞭に示されるように、器具（１８２）もスロットを用いる張力調整、またはバネ与圧による張力調整を行なうようには構成されない。代わりとして、この実施例の制御素子（１９２）を事前に緊張状態にし、そして固定の遊動輪制御素子通路（１９６）を援用して正規の位置に保持して、張力の維持を容易にして制御を行なうことができる。図６９は更に別の器具の実施例（１８４）を示し、この実施例は鞘状器具（３０）に接続される形で示される。器具（１８４）は１つの制御素子接続アセンブリ（１３２）、及び２つの制御素子（１９２）を有し、この場合、図７０に示すように、制御素子（１９２）に対する張力調整をバネ与圧式遊動輪（１９８）によって行なう。バネ与圧式遊動輪を使用して張力調整を行なう器具の前述の実施例と同じように、バネ与圧式遊動輪によって制御素子（１９２）を緊張状態にして（２００）制御を容易にする。

図７１は更に別の器具の実施例（１８６）を示し、この実施例は鞘状器具（３０）に接続される形で示される。器具（１８６）は１つの制御素子接続アセンブリ（１３２）、及び２つの制御素子（１９２）を有し、この場合、図７２に示すように、スロットを１つだけ有するガイド器具ベースを用いる。スロットを用いて張力調整を行なう器具の前述の実施例と同じように、スロットは、下方の器具操作装置に含まれる機構が行なう、制御素子に対する張力調整を容易にするように機能する。図７３は図７２の実施例を示し、スロットを設けたガイド器具ベース（２０２）の両側の部分は図７２の実施例のままである。スロット（１９０）内部における張力変化量によって変わるが、回転運動範囲制限ピン（図示せず）を手動調整ノブ（図示せず）から取り外して、制御素子接続アセンブリが器具ベース（２０２）の残りの部分に対してスロット（１９０）内を移動するときに、ピン、ノブ、及び器具ベース（２０２）がぶつかることがないようにすることが望ましい。

次に、図７４〜図９３を参照しながら、鞘状器具の実施例の構成要素について説明する。ここでも同じように、説明を簡単にするために、前に記載した器具の実施例と同じ構成部品の多くをこれらの別の実施例において利用するが、このように構成部品が一致するというのは、説明した機能を実現するために必ずしも必要ではない。

図７４は、鞘状器具（３０）に同軸接続されるように示されるガイド器具（１８）を示し、これらの器具は一緒になって１セットの器具（２８）として説明した構造を構成する。図７５及び図７６では、鞘状器具（３０）は図７４のガイド器具無しの形で描かれている。図７６では、鞘状器具（３０）は、一つの制御素子接続アセンブリ（１３２）と、好適には１つのみの制御素子（図示せず）とを有するように描かれている。機能の観点からすると、ほとんどの実施例では、鞘状器具は、接続されるガイド器具ほど、操作可能性又は制御可能性が高い必要はない、というのは、鞘状器具は普通、使用することによって、ガイド器具の導管となって離れた位置からの組織接触操作を容易にし、かつ案内方向をほぼ正しい方向に向けるように機能するからである。このような動きは、鞘を患者に対して回転させ、鞘を一つ以上の方向に制御素子を使用して曲げ、そして鞘を患者に挿入することにより制御される。シール（２０４）は通常、ガイド器具上のシールよりも大きいが、これは、鞘状器具（３０）に医療処置の一部分として挿入することができる細長い部材の直径が大きいからである。シール（２０４）に隣接するのは接続ポート（２０６）であり、この接続ポートを利用して器具をパージする、または循環流体のパージを行なう、或いは器具群をパージすることができる。鞘状器具ベース（４８）の下側部分（２１０）及び上側部分（２１２）をサンドイッチ状に重ね合せて、この実施例の単一プーリーのような制御素子接続アセンブリの一部分、及びカテーテル鞘部材（２０８）の近位部分を収容することが好ましい。

図７７を参照すると、鞘状器具ベースの一の実施例の下側部分が示され、器具操作装置に対する装着を容易にするために利用される２つの磁石を示している。装着ピン接続穴（１６８）はまた、器具操作装置との正確な接続を容易にするように機能する。反対側の表面には、カテーテル鞘（図示せず）との接続部となるカテーテル鞘部材構造収納部（ｓｈｅａｔｈ ｃａｔｈｅｔｅｒ ｍｅｍｂｅｒ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ：２１４）が形成される。図７８はこの反対側表面を更に詳細に示しており、この表面には、プーリー構造収納部（２１８）、シール構造収納部（２１６）、及びカテーテル鞘構造収納部（２１４）が設けられる。ガイド器具の実施例に関連して示したものと同様の制御素子斜めトラック（２２０）も設けられる。図７９には、鞘状器具ベース（４８）の一の実施例の上側部分（２１２）の底面図が示され、カテーテル鞘構造収納部（２１４）及びシール構造収納部（２１６）が上側部分に形成され、そしてアクスル接続穴（２２２）が上側部分を貫通して形成される。

図８０は、予め曲げた形状のカテーテル鞘（２０８）の更に別の実施例を示し、この形状は、医療処置に関する解剖学的目的によって変わることが望ましい。カテーテル鞘（２０８）は、前述のガイドカテーテル部材の実施例の構造と酷似する構造を有することが好ましいが、前記カテーテル鞘には注目すべき例外がある。一例として、カテーテル鞘は、鞘の遠位端の内部に可撓構造素子が配置される構造ではないことが好ましい、というのは、特に接続ガイド器具が高い曲げ性能を有する場合には、非常に短い半径を有するように曲げることができる曲げ性能は、鞘状器具の好適な機能には含まれないからである。好適には、近位部分（２２４）及び遠位部分（２２６）は共に、図８１を参照しながら以下に記載するように、低摩擦内側層、ブレード層、及び外側層を含む。遠位部分の曲げ余裕が近位部分よりも大きいことが好ましい。この構造は、遠位部分（２２６）の外側層のポリマー材料が、近位部分（２２４）の外側層に使用するポリマー材料のデュロメーター硬度のほぼ半分のデュロメーター硬度を有するように選択することにより実現する。図示された実施例では、組織を傷付けることがなく、かつ低摩擦内側層及び外側層の延長部分を含む先端（２２８）は、ブレード層の終端部を約１／４インチ〜１／８インチの間の値だけわずかに超えて延びて、組織が種々の医療処置において傷付くことを防止する。

図８１は、図８０に示すものと同様のカテーテル鞘部材（２０８）の近位部分または遠位部分の断面図である。ブレード層（２３０）は、デュロメーター硬度が３０〜８０のＰｅｂａｘ^ＴＭのようなポリマーを含むことが好ましい外側層（２３２）、及び一つ以上の内腔を押し出し成形により適宜設けることができる低摩擦ポリマー材料を含むことが好ましい内側層（２３４）によって取り囲まれる。図８１の実施例は一つの制御素子内腔（２３６）を示している。内側層（２３４）の構造は、ガイドカテーテル部材の外側構造に「係合する（ｋｅｙ）」、またはカテーテル部材の動きを制限するように外側構造に接続されて、図８５〜図９１を参照しながら以下に説明するように、ガイドカテーテル部材の回転を防止するように構成することができる。カテーテル鞘の中心内腔（２３８）は、接続ガイドカテーテル部材と密着するようなサイズに製造されることが好ましい。図８２は図８１に示すものと同様の実施例を示すが、図８２の実施例が制御素子内腔を含まない点が異なる。或る実施例では、先端可動型カテーテル鞘を含まないことが好ましく、その代わりガイドカテーテルの一部分を取り囲む直線状カテーテル鞘または予め曲げたカテーテル鞘を含むか、或いはカテーテル鞘を全く含まない。

図８３及び図８４を参照すると、カテーテル鞘部材の或る実施例が示され、内側層（２３４）は、図２１に示すような３制御素子ガイド構造に係合するように構成される。図８４は制御素子内腔（２３６）を含まない構成の同様の実施例を示す。図８５は、鞘を貫通する部材に係合することがなく、かつ制御素子内腔を全く含まない構成の鞘を示し、或る実施例または処置−特に、鞘が更に高い曲げ性能を持つことが望ましい場合−において係合制御及び向き制御が必要ではない、または望ましくないことを示している。図８５の実施例は非常に薄い壁を有するように製造され、そしてこの実施例もポリマー材料から成る外側層（２３２）及び内側層（２３４）によって取り囲まれるブレード層（２３０）を含むが、当該実施例は、厚い壁を有する他の実施例よりも、蛇行通路を通して全体的に容易に曲げることができる。更に、内側層（２３４）の係合構造が無い場合には、中心内腔（２３８）が実効的に大きくなる。

図８６〜図９１は同軸接続ガイドカテーテル（９０）及びカテーテル鞘（２０８）の組み合わせの種々の実施例の断面構造を示している。

図８６を参照すると、相対的に小さい表面幅（１０４）を有するガイドカテーテルが、４つの制御素子内腔を有するカテーテル鞘（２０８）の内部に配置される様子が示される。２つの構造の間の密着状態はかなり緩く、或る程度の相対回転運動が、ガイドカテーテル（９０）にカテーテル鞘（２０８）よりも非常に大きな回転力が付与される場合に予測される。このような相対回転運動の防止を容易にするために、大きい表面幅を有するガイドカテーテル（９０）構造を図８７に示すように使用して、２つの構造を医療処置に必要な経路を通って曲げる際の２つの構造の間の移動の自由度を小さくすることができる。

図８８は、図８７に示す実施例と同様の実施例を示すが、この実施例は制御素子内腔を含まない。制御素子をこのような内腔を通す以外の理由から、制御素子内腔をガイドカテーテルまたはカテーテル鞘の壁の内部に形成することが望ましい。これらの内腔は、応力緩和構造として機能して曲げ性能を高くすることができる。これらの内腔を利用して好適な屈曲軸を構造全体に形成することもできる。更に、これらの内腔を、洗い流し（ｆｌｕｓｈｉｎｇ）、薬剤投与、標識、センサ、照明ファイバ、画像ファイバなどに使用される作業チャネルとして利用することができる。制御用内腔（ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｕｍｅｎｓ）のパターンを特定構造の断面全体に均一に設けて均一な曲げが生じるようにすることが望ましい。例えば、４つの制御用内腔を有し、これらの制御用内腔の内の一つが緊張状態の制御素子で埋まっている構成のカテーテル鞘は、制御用内腔を１つだけ有する、または２つの制御用内腔を有し、これらの制御用内腔の内の一つが制御素子で埋まっている構成のカテーテル鞘よりも均一に曲げることができる。

図８９を参照すると、相対的に大きい表面幅（１０６）を有するガイドカテーテル（９０）が、鞘を貫通する部材に係合しない構成を有するカテーテル鞘の内部に収容される様子が示され、４制御素子ガイドカテーテルが、離れた位置から向きを操作することができない構成を有する予め曲がった鞘状器具の内部に配置される。図９０は図８９と同様の実施例を示すが、鞘を貫通する部材に係合しない構成のカテーテル鞘の内部に配置されるガイドカテーテル（９０）が更に小さい表面幅（１０６）を有する点が異なる。図９１はガイドカテーテル（９０）とカテーテル鞘（２０８）との間の相対回転運動を阻止するために係合構造を取り入れた、かなり極端な例を示している。回転運動に対する大きな抵抗力は、この技術分野の当業者には明らかなように、システム全体の高い曲げ性能とのトレードオフで決定される。図９２に示すように、好適なエラストマシール（２０４）及び接続ポート（２０６）から成る構造は、鞘状器具ベース（４６）の筐体の内部に装着される前に、カテーテル鞘部材（２０８）に装着することができる。図９３は、シール（２０４）及び接続ポート（２０６）に接続されるカテーテル鞘部材（２０８）の側面図である。図９４はシール（２０４）の端面図である。

図９５〜図１０３は、上述の器具の実施例に使用されるように構成される器具操作装置の実施例の種々の態様を示している。

図９５及び図９６は、器具操作装置の一の実施例の内部構造及び機能を示す簡易模式図である。図９５では、キャリッジ（２４０）はプラットフォーム（２４６）にスライド可能に取り付けられ、プラットフォームはベース構造（２４８）にスライド可能に取り付けられる。これらの接続部でのスライド可能な取り付けは、高精度リニアベアリングによって行なうことができる。図示のシステムは、複数のプーリー（２４４）を通る２本のケーブル（２５６、２５８）を有し、これらのケーブルによって、スライド可能な接続部（２５０）に沿ったキャリッジ（２４０）及びプラットフォーム（２４６）の相対運動をモータによって制御し、そして同期させることができる。この技術分野の当業者には明らかなことであるが、モータ（２４２）がキャリッジ移動ケーブル（２５６）を張力Ｔで引っ張ると、キャリッジ（２４０）は２^＊Ｔの力を受ける。更に、モータがキャリッジ移動ケーブル（２５６）を距離Ｘだけ引っ張ると、キャリッジはＸ／２だけ移動し、そしてプラットフォームは、プラットフォームに対応するケーブル（２５８）の「プーリーに」同期した動きにより当該量の半分、またはＸ／４だけ移動する。

図９６は別の（同様の）システムの上面図を示し、このシステムは、器具接続ソケット（２６２）に接続される器具接続プーリー（２６０）を駆動して、プーリーの接続先のキャリッジ（２４０）の位置と独立した両方向の回転を、スライド可能な接続部（２５０）により規定される直線通路に沿って生じさせるように構成される。機械方式が図９６の方式と同様である場合、モータ（２４２）が変位Ｘだけ器具接続ケーブル（２６４）を引っ張ると、同期ケーブル（２６６）の位置が決め及び終端（２５２）により、モータ（２４２）に対するキャリッジ（２４０）の位置に関わらず、同じ変位が器具接続プーリー（２６０）において直接観察される。

図９７〜図１０３を参照すると、図９５及び図９６に示されるものと同様のシステムが器具操作装置の種々の実施例に組み込まれる様子が示される。図９７では、器具操作装置（１６）が先端可動型ガイド器具（１８）及び先端可動型鞘状器具（３０）に接続される様子が描かれている。図９８は器具操作装置（１６）の或る実施例を示し、この実施例において、鞘状器具接続表面（３８）は固定されたままであり、鞘状器具接続表面では、単にモータが作動するだけで、制御素子接続アセンブリ（１３２）を介して接続先の制御素子により鞘の向きを変える。この動作は、鞘状ソケット駆動プーリー（ｓｈｅａｔｈ ｓｏｃｋｅｔ ｄｒｉｖｅ ｐｕｌｌｅｙ：２７２）、及び２つの上部モータ（２４２）（図９８に示される）と同様のモータに固定されるキャプスタンプーリー（図示せず）の周りの簡単なケーブルループによって可能になる。鞘状ソケット駆動動作を可能にする駆動モータは、直線ベアリング接続アセンブリの下に隠れている。

４つのガイド器具接続ソケット（２７０）を駆動する動作は更に複雑である、というのは、理由の一つとして、これらのソケットがキャリッジ（２４０）に接続され、キャリッジは直線ベアリング接続部（２５０）に沿って直線的に移動して、器具操作装置、手術台、及び鞘状器具に相対して位置する患者に向かってモータ駆動によるガイド器具の挿入を行なうように構成されるからである。キャリッジ（２４０）を直線ベアリング接続部（２５０）に沿って移動させるケーブル配線及びモータ動作は、図９５に示される概略図で表わされる実施例で行なわれる。図示の４つのガイド器具接続ソケットの各々を駆動するケーブル配線及びモータ動作は、図９６に示される概略図で表わされる実施例で行なわれる。従って、４つの個別ケーブル駆動ループが４つの個別のガイド器具接続ソケット（２７０）に使用され、かつキャリッジ（２４０）がモータ駆動による挿入を可能にする構成の、図９８〜図１０３の実施例では、図９５及び図９６に概略が示されるようなシステムと機能的に等価なシステムが実現し、図９８〜図１０３の全ての実施例は同じ構造になるように装着される。種々の従来のケーブル終端及び配線方法を使用して高密度の好適な器具操作装置構造を実現し、この構造では、キャリッジ（２４０）がモータの前方に装着されて位置が低い患者側との接続部となる。

図９８を参照し続けると、器具操作装置（１６）が器具操作装置ベース（２７４）に回転可能に装着される様子が示され、この器具操作装置ベースは、図１に示すような器具操作装置連結ブレース（図示せず）、または図２に示すような可動式ジョイント構造（図示せず）と接続するように構成される。器具操作装置ベース（２７４）と、器具操作装置ベースの接続先の器具操作装置ベースプレート（２７６）との間の回転は、頑丈なフランジベアリング構造（２７８）によって容易になる。フランジベアリング構造（２７８）は、ガイド器具がニュートラル位置の器具操作装置（１６）の本体に装着されると、器具操作装置（１６）の本体が、ガイド器具（図示せず）の長手方向軸にほぼ一致する軸の周りに回転することができるように構成される。この回転は自動で、またはロールモータ（２８０）及び簡単なロールケーブルループ（２８６）によって行なわれることが好ましく、ロールケーブルループは器具操作装置ベースプレートの一部分の周りに延び、図示のように終端する（２８２、２８４）。別の構成として、ロール回転を手動で行ない、従来のクランプ機構を使用して正規の位置にロックすることができる。ロールモータ（２８０）の位置は図９９において、更に分かり易く見ることができる。

図１００は、一グループの４モータ（２９０）を含む器具操作装置の別の実施例を示している。各モータ（２９０）には、制御を行なうための高精度エンコーダが接続され、かつ各モータは、４つのガイド器具接続ソケット（２７０）の内の一つを器具操作装置の一端で駆動するように構成される。エンコーダ（２９２）を備える別グループの２モータ（一つは隠れていて、一つは参照番号２８８として見ることができる）は、キャリッジ（２４０）の駆動、及び鞘状器具接続ソケット（２６８）の挿入を操作するように構成される。

図１０１を参照すると、器具操作装置の別の実施例が示され、直線ベアリング接続部（２５０）に対するカート（２４０）の位置を示している。この図に更に示すのは、器具接続ケーブル（２６４）の一部分が接続を行なう様子であり、この接続動作は、器具接続ケーブル（２６４）がプーリー（２４４）の周りで曲がり、そして当該ケーブルのループの一部分を終了して、キャリッジ（２４０）に回転可能に接続され、かつガイド器具接続ソケット（２７０）に接続される器具接続プーリー（２６０）に達し、器具接続プーリー（２６０）の周りに巻き付き、そしてモータキャプスタンプーリー（２９４）に戻るときのものである。長時間に渡ってループ動作を一方向に行ない、ほぼ真に終わりのないループを必要とするという要求は通常無いため、このようなケーブルループの調整及び設定を行なうには、必要な長さにカットしたケーブルのループの２つの端部を各キャプスタン（２９４）で終端させることが好ましい。

図９７〜図１０１の実施例に示すキャリッジ（２４０）は通常、器具接続ソケット及び関連する器具接続プーリーを収容するように構成される構造ボックスを含む。図１０２及び図１０３を参照すると、分割キャリッジ（ｓｐｌｉｔ ｃａｒｒｉａｇｅ：２９６）が示され、このキャリッジは、前の実施例に示す非分割キャリッジ（２４０）と同様のメインキャリッジ本体（３０４）、及び１つ、または２つの直線可動部分（３０２）を含み、これらの直線可動部分は、メインキャリッジ本体（３０４）に対して、複数のガイド器具接続ソケットの一つの内部に配置されるギア（３００）によって前方または後方にキャリッジ本体に沿って駆動されると、メインキャリッジ本体（３０４）に対してスライドするように構成され、ギア（３００）は、ギア（３００）に隣接するようにメインキャリッジ本体（３０４）に取り付けられるラック（２９８）と接続するように構成される。別の実施例では、キャリッジは両側で分割する必要はないが、一つの分割側及び一つの非分割側を有することができる。更に、４つのガイド器具接続ソケットを備えるキャリッジは、ガイド器具を１〜４の制御素子接続アセンブリのいずれかのアセンブリによって駆動するのに適するが、４つの全ての制御素子接続アセンブリに必要な更に別のハードウェアは、器具が制御素子接続アセンブリを１つ、または２つしか必要としない場合には望ましくない。

図１０４を参照するとオペレータ制御ステーションが示され、当該ステーションが、制御ボタンコンソール（ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｕｔｔｏｎ ｃｏｎｓｏｌｅ：８）、コンピュータ（６）、マウスのようなコンピュータ制御インターフェース（１０）、視覚ディスプレイシステム（４）、及びマスター入力装置（１２）を備える様子を示している。ボタンコンソール（８）上の「ボタン」の他に、フットスイッチ及び他の公知のユーザ制御インターフェースを利用してオペレータインターフェースにシステム制御機能を付与することができる。図１０５Ａを参照すると、一の実施例では、マスター入力装置（１２）は、マルチジョイント及び接続エンコーダ（３０６）を有する多自由度デバイスである。更に、マスター入力装置は、触覚フィードバックをユーザに呈示する高度な触覚機能を有することができる。マスター入力装置（１２）の別の実施例を図１０５Ｂに示す。適切なマスター入力装置は製造業者が市販しており、例えばＳｅｎｓｉｂｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの商品名「Ｐｈａｎｔｏｍ^ＴＭ」、またはＦｏｒｃｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎの商品名「Ｏｍｅｇａ^ＴＭ」を挙げることができる。

図１０６〜図１０９を参照しながら、４つの制御素子を有するカテーテルの基本運動について概説する。

図１０６Ａ、図１０６Ｂを参照すると、張力を下側制御素子（３１２）にのみ加えたときに、図１０６Ａに示すようにカテーテルが下に曲がる。同様に、図１０７Ａ、図１０７Ｂの左側制御素子（３１４）を引っ張ると、カテーテルが左に曲がり、図１０８Ａ、図１０８Ｂの右側制御素子（３１０）を引っ張ると、カテーテルが右に曲がり、そして、図１０９Ａ、図１０９Ｂの上側制御素子（３０８）を引っ張ると、カテーテルが上に曲がる。この技術分野の当業者には明らかなことであるが、種々の制御素子に加わる張力を公知の方法で組み合わせると、種々の曲げ変形がカテーテル部材（９０）の先端で生じる。カテーテルまたは同様の細長い部材を張力制御素子を用いて正確に制御する試みの一つは、制御素子の張力を保持することであるが、この張力の保持が、特定の所望の曲げ状態で加える引っ張り負荷の大部分の主題となってはならない。システムまたは器具を種々のレベルの張力で制御する場合、張力を解放する、または制御素子を緩み状態にすると、好ましくない制御シナリオが生じ得る。

図１１０Ａ〜図１１０Ｅを参照すると、簡単なシナリオがこの考えを示すために有用であることが分かる。図１１０Ａに示すように、２つの制御素子（３１４、３１０）によって向きが変わる簡易カテーテル（３１６）がニュートラル位置にある状態が示される。左側制御素子（３１４）が、右側制御素子（３１０）が仮に受けるとする張力よりも大きい張力を受けると、カテーテル（３１６）は図１１０Ｂに示すように左に曲がる。向きを変えたい場合、この状態を反転させる必要があり、右側制御素子（３１０）に加わる張力を左側制御素子（３１４）に加わる張力よりも大きくする必要がある。張力差が左側に生じている状態から右側に生じる状態になるように張力を変える場合のこのような向き反転時点では、緩め制御、または張力制御を行なわずに、最も正しい制御素子（３１４）を集中的に緩めればよいが、この緩め操作は、高精度の制御を再度行なう前に行なう必要がある。生じる可能性のある緩みを無くすための「引き寄せ（ｒｅｅｌｉｎｇ ｉｎ）」に続いて、カテーテル（３１６）を、図１１０Ｃ〜図１１０Ｅに示すように、次の変化が向きに生じるまで、制御性の観点から問題となる別の緩みを発生させることなく反対方向に引っ張ることができる。

上述の器具の実施例は、張力制御を、２〜４個の制御素子を有する種々のガイド器具システムにおいて管理する種々の方法を提示している。例えば、或る一連の実施例では、張力は、付属ガイドカテーテルの各制御素子を、器具操作装置（１６）上の個々に制御されるガイド器具接続ソケット（２７０）に接続される個別の制御型素子接続アセンブリ（１３２）を通して能動的、かつ個別に張力調整することにより制御することができる。従って、張力は、複数の制御素子接続アセンブリ（１３２）の各々を、図１８及び図４７に示すような４制御素子の実施例、図６３及び図６４に示すような３制御素子の実施例、または図５６及び図６６に示すような２制御素子の実施例において個別に作動させることにより管理することができる。

別の一連の実施例では、張力は、図１０２及び図１０３を参照しながら記載した分割キャリッジ構造を使用して能動的、かつ個別に張力調整することにより制御することができる。例えば、図５３、図５４、及び図５６に示す実施例と同様の器具の実施例の場合、図１０３に示すような２つの個別の直線可動部分を備える分割キャリッジを利用して、２つの制御素子接続アセンブリ（１３２）の各々を能動的、かつ個別に張力調整することができ、これらの制御素子接続アセンブリの各々は、所定の自由度の２つの次元に関連付けられる。例えば、＋及び−ｐｉｔｃｈ（ピッチ）を一方の接続アセンブリにより設定し、そして＋及び−ｙａｗ（ヨー）を他方の接続アセンブリにより設定することができ、ピッチに関する緩め制御または張力制御は、分割キャリッジ（２９６）の２つの直線可動部分（３０２）の内の一方によって行ない、ヨーに関する緩め制御または張力制御は、分割キャリッジ（２９６）の２つの直線可動部分（３０２）の他方によって行なう。

同様に、図７１〜図７３の実施例と同様の実施例の場合、ヨーまたはピッチのような単一自由度に関する緩め制御または張力制御は、図１０３に示す構造と同様の片側分割キャリッジ構造によって行なうことができるが、器具の制御素子接続アセンブリを１つだけ能動的に張力調整するために直線可動部分を１つしか必要としない点が異なる。

別の一連の実施例では、張力調整はバネ与圧式遊動輪によって制御することができ、このバネ与圧式遊動輪は、図５７〜図６２及び図６９〜図７０に示す実施例におけるように、接続制御素子に緩みが生じることがないように構成される。制御素子は、各実施例においては事前に緊張状態にしておくことが好ましく、これによって緩みを防止し、かつ性能の予測を可能にする。実際、更に別の一連の実施例では、事前張力調整が、図５５及び図６７〜図６８に示す実施例におけるように、張力管理の主要部分を構成することができる。事前張力調整、またはバネ与圧式遊動輪による張力調整のみを行なう実施例の場合、制御系は、図１１０Ａ及び１１０Ｂに関して上述したような、カテーテル曲がりの或る遷移ポイントでの小さな緩みを無くすための引き寄せを行なうように構成する必要がある。

器具操作装置内の種々のモータの動作を、図１に示すような遠隔オペレータ制御ステーションから正確に調整し、制御するためには、最先端コンピュータ制御兼可視化システムが好ましい。次に示す制御系の実施例について、特定の制御系インターフェース、すなわちＴｈｅ Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ Ｉｎｃ．が販売するＳｉｍｕＬｉｎｋ^ＴＭ及びＸＰＣ^ＴＭ制御インターフェース、及びＰＣ援用コンピュータハードウェア構成を参照しながら記載するが、種々の特化ハードウェアピースを含む多くの他の構成を、ＰＣ援用システムで動作する更に柔軟性の高いソフトウェア制御手段の代わりに利用することができる。

図１１１を参照すると、制御系フローの或る実施例の概要が示される。マスター入力装置ソフトウェア、可視化ソフトウェア、器具位置決めソフトウェア、及びオペレータ制御ステーションボタン、又はスイッチとの接続を行なうためのソフトウェアを動作させるマスターコンピュータ（４００）が示される。一の実施例では、マスター入力装置ソフトウェアは、市販のマスター入力装置システムとパッケージになっている独自仕様のモジュールであり、市販のマスター入力装置システムとしては、例えばＳｅｎｓｉｂｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが販売する、Ｐｈａｎｔｏｍ^ＴＭハードウェアと、製造元が規定する非常に高い周波数で通信するように構成されるＰｈａｎｔｏｍ^ＴＭを挙げることができる。図１０５Ｂに示すデバイス（１２）のような他の適切なマスター入力装置は、スイスのローザンヌ市に本拠を置くＦｏｒｃｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎのような供給業者が販売している。マスター入力装置（１２）は、オペレータへのフィードバックを容易にする触覚機能も備えることができ、そしてこのような機能に関連するソフトウェアモジュールもマスターコンピュータ（１００）で動作させることができる。オペレータへの触覚フィードバックの好適な実施例について以下に更に詳細に説明する。

「ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ（位置決め）」という用語は、この技術分野では、医療機器のようなオブジェクトの位置を基準座標系において求め、またはモニタリングするシステムに関連して使用される。一の実施例では、器具位置決めソフトウェアは、Ａｓｃｅｎｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ．、Ｅｎｄｏｃａｒｄｉａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．、Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（ＥＰ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、及びその他の製造業者が販売するシステムのような、市販または独自仕様の機器位置追跡システムとパッケージになった独自仕様のモジュールである。このようなシステムは、Ｃａｒｔｅｓｉａｎ座標系のＸ−Ｙ−Ｚ座標のようなリアルタイムの、またはほぼリアルタイムの位置情報だけでなく、所定の座標軸または座標系に対する方位情報も提供する機能を備える。図１１２Ａ及び１１２Ｂを参照すると、種々の位置検出システムを、本明細書に開示するロボットガイドカテーテルシステムの種々の実施例に使用することができる。種々の部品の位置を求める位置特定システムを含まない別の実施例では、システムの種々の部品の間の運動学的又は幾何学的関係を利用して、一の部品の別の部品の位置に対する位置を予測することができる。或る実施例は、位置特定データ及び運動学的又は幾何学的関係の両方を利用して、種々の部品の位置を求めることができる。

図１１２Ａに示すように、一の好適な位置特定システムは、ガイドカテーテル（９０）の中心内腔の内部に位置する電磁界送信デバイス（４０６）及び電磁界受信デバイス（４０２）を備える。送信デバイス（４０６）及び受信デバイス（４０２）はソフトウェアを動作させるコンピュータにインターフェース接続され、このソフトウェアは、送信デバイス（４０６）の座標系に対する検出器の位置を高精度にリアルタイムまたはほぼリアルタイムで検出するように構成される。図１１２Ｂを参照すると、同様の実施例が示され、受信デバイス（４０４）がガイドカテーテル（９０）構造の内部に埋め込まれている。好適な受信デバイス構造は３セット以上の超小型のコイルを含むことができ、これらのコイルは、送信デバイスが放出する磁界の直交成分を検出するように空間的に構成される。このようなコイルは、好適なカテーテル構造の壁の内部の、または周りの専用構造に埋め込むことができる。例えば、一の実施例では、２つの直交コイルを、カテーテル（９０）本体の２つのほんの少しだけ平坦な表面に位置する薄いポリマー層の内部に、カテーテル（９０）本体の長手方向軸の周りに互いにほぼ９０度で交差するように埋め込むことができ、そして第３コイルを、ポリマーで薄く被覆され、かつカテーテル（９０）本体の外側から突出する突起部の内部に、他の２つのコイルに直交するように埋め込む。付属コイルのサイズが非常に小さいので、第３コイルの突起部は最小化することができる。このようなコイルのリード線もカテーテル壁に、好適には器具操作装置に隣接する或る位置にまでカテーテル本体の長さ分だけ下った場所に埋め込むことができ、この場合、これらのリード線は器具から離れてコンピュータに達するように配線することができ、コンピュータはソフトウェアを動作させ、かつ該当する送信デバイスにインターフェース接続される。

図１１１に戻ってこの図を参照すると、一の実施例では、可視化ソフトウェアがマスターコンピュータ（４００）で動作して、一つ以上の先端可動型器具のリアルタイムの操作及びナビゲーションを容易にする。一の実施例では、可視化ソフトウェアは、図１（図２）に示すようなオペレータ制御ステーションのオペレータに、デジタル「ダッシュボード」ディスプレイまたは「ウインドシールド」ディスプレイを提示して、付属器具類を関連組織構造の内部で直感的に操作することができる能力を向上させる。図１１３を参照すると、簡易図が、マスター入力装置（１２）による可視化とナビゲーションとの間の好適な関係を表わす一の実施例を説明するために有用であることが分かる。図示の実施例では、２つのディスプレイビュー（４１０、４１２）が示される。一つがプライマリ（４１０）ナビゲーションビューを表わすことが好ましく、そしてもう一つがセカンダリ（４１２）ナビゲーションビューを表わすことができる。システムの直感的操作を容易にするために、マスター入力装置座標系を少なくとも、２つのビューの内の少なくとも一つのビューの座標系にほぼ合わせることが好ましい。更に、オペレータに一つ以上のセカンダリビューを提示することが好ましく、これらのビューは、非常に複雑な組織の構造的な経路及び形状を通過するためのナビゲーションに役に立つ。

自動車の操作を一例として使用すると、マスター入力装置がステアリングホイールであり、そしてオペレータが自動車を前方に一つ以上のビューを利用して運転したい場合、当該オペレータの第１優先事項は、後方窓の外、側部窓の内の一つの窓の外のビューとは異なるフロントガラスの外の真っ直ぐ先のビューが得られること、または当該オペレータが操作しようとしている自動車の前方の自動車からのビューが得られることである。当該オペレータは、前方のフロントガラスのビューが当該オペレータのプライマリディスプレイビューとして得られるように選択を行なうことができるので、ステアリングホイールを右に回転させることによって、当該オペレータがプライマリディスプレイを見た通りに、当該オペレータを右に移動させ、ステアリングホイールを左に回転させることによって当該オペレータを左に移動させるといった具合になる。自動車のオペレータが、当該オペレータの直ぐ前方に駐車している別の車に隣接して車を駐車させようとする場合、例えば２台の車（一方の車は当該オペレータが運転し、もう一方の車は運転車の前方に駐車している）の間のスペースを直角に通る直線上に位置する歩道の上に位置するカメラからのビューも得られることが好ましいので、オペレータは、当該オペレータの車と当該オペレータが停車しているときの当該オペレータの前方の車との間の近接ギャップを見ることができる。運転者は、当該運転者の車両を、当該運転者がナビゲーションのために歩道からの直角のカメラビューのみを眺めながら完璧に操作しなければならないことではないが、このビューはセカンダリビューとして役に立つ。

引き続き図１１３を参照すると、オペレータが先端可動型カテーテルをナビゲートして、例えば特定の組織部位をカテーテルの先端で接触しようと試みる場合、有用なプライマリナビゲーションビュー（４１０）は関連する組織構造（４１４）の３次元デジタルモデルを含むことができ、このモデルを通して、オペレータは、先端近傍のカテーテルの長手方向軸に沿って眺められるカテーテル先端位置（４１６）の表示とともにマスター入力装置（１２）を使用して、カテーテルをナビゲートする。この実施例は、組織デジタルモデル（４１４）情報の他に必要とされる標的組織構造位置（４１８）の表示を示している。異なるモニターに、同じモニターの異なるウィンドウに、または同じユーザインターフェースウィンドウの内部に表示される有用なセカンダリビュー（４１２）は、例えばカテーテル先端表示（４１６）と、そして更に可能であればカテーテル本体表示（４２０）とを表わす直交ビューを含み、これによってオペレータがカテーテル先端を所望の標的組織位置（４１８）に向けて操作し易くなる。

一の実施例では、関連する組織構造のデジタルモデルの展開及び表示に続いて、オペレータは一つのプライマリビュー及び少なくとも一つのセカンダリビューを選択して器具類のナビゲーションを容易にすることができる。どのビューをプライマリビューとするかを選択することにより、ユーザはマスター入力装置（１２）座標系を自動的に切り替えて選択プライマリビューに合わせることができる。最も左側に示されるビュー（４１０）がプライマリビューとして選択される実施例では、標的組織部位（４１８）に向かってナビゲートするために、オペレータはマスター入力装置（１２）を前方、右側、及び下方に操作する必要がある。右側のビューは重要なナビゲーション情報を提供するが、「操作」予測に基づく直感的な情報とはならない。

例えば、オペレータが、マスター入力装置（１２）座標系をこのようなビューに合わせることなく、最も右側のビュー（４１２）のみを眺めながら、標的組織部位（４１８）に向けてカテーテル先端を挿入したいと思う場合、オペレータは、マスター入力装置に向かってデバイスを真っ直ぐに押すことにより、先端表示（４１６）が最も右側のディスプレイ（４１２）上を右側に移動することを覚えておく必要がある。オペレータが系を切り替えて最も右側のビュー（４１２）をプライマリナビゲーションビューとして使用するように決めた場合、マスター入力装置（１２）の座標系を最も右側のビュー（４１２）の座標系に合わせて、オペレータが、マスター入力装置（１２）を下方に、そして右に操作することにより、カテーテル先端（４１６）を所望の標的組織位置（４１８）に近づけることができるようにする。

ここに記載する座標系の合わせ込みは、かなり古い数学公式を使用して行なうことができる。例えば、一の実施例では、カテーテルの先端の向きは、Ａｓｃｅｎｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ Ｉｎｃ．、Ｅｎｄｏｃａｒｄｉａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．、Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（ＥＰ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、及びその他の製造業者が販売するシステムのような６軸位置姿勢センサシステムを使用して測定することができる。カテーテルの先端の位置を特定する３軸座標系Ｃはこの向き情報に基づいて構成される。向き情報を使用して同次変換行列

を導出し、この同次変換行列はカテーテル座標系「Ｃ」のベクトルを、センサ測定が行なわれる固定グローバル座標系「Ｇ」に変換する（下付き文字Ｃ_０及び下付き文字Ｇ_０を使用して０番目のステップ、または初期ステップを表わす）。登録ステップとして、カテーテルのコンピュータグラフィックビューを、マスター入力、及びカテーテル先端運動のコンピュータグラフィックビューを調整し、そしてグラフィックシーンのカメラビューと整合性がとれるまで回転させる。この初期ビューのカメラポジションに関する３軸座標系変換行列

を保存する（下付き文字Ｇ_ｒｅｆ及び下付き文字Ｃ_ｒｅｆはグローバル「リファレンス」ビュー及びカメラ「リファレンス」ビューを表わす）。カテーテル座標に対応するカテーテル「リファレンスビュー」行列は次式のように得られる。

ここでまた、カテーテルの座標系はグローバルリファレンス系Ｇにおいて固定されるので、グローバル系とカテーテル系との間の変換行列は全てのビューにおいて同じになる、すなわち任意のビューｉの全てに関して次式が成り立つ。

プライマリビューとマスター入力装置座標系との間の一致は、マスター入力を次のように変換することにより得られる。表示のいずれかの任意のコンピュータグラフィックビュー、例えばｉ番目のビューが与えられるとすると、コンピュータグラフィックシーンのカメラビューの３軸座標系変換行列

はコンピュータグラフィックソフトウェアから得られる。該当するカテーテル変換行列は、上述の方法と同様の方法で計算することにより次式のように表わされる。

ビューの一致を実現するためにマスター入力に適用する必要のある変換は、上述のようにして登録したリファレンスビューから現在のｉ番目のビュー、すなわち

への変換を行なう変換である。既に計算した上記量を使用して、この変換を計算により次式のように表わす。

マスター入力はコマンドカテーテル入力（ｃｏｍｍａｎｄｅｄ ｃａｔｈｅｔｅｒ ｉｎｐｕｔ）に、変換

を適用することにより変換される。コマンド入力が次式のように与えられると、

次式を計算により求めることができる。

このような関係に従って、プライマリビュー及びマスター入力装置の座標系を直感的操作に合わせることができる。

図１１１の実施例に戻ってこの実施例を参照すると、マスターコンピュータ（４００）は更に、オペレータ制御ステーションボタン、スイッチ、及び他の入力装置との接続を行なうソフトウェアインターフェース及びハードウェアインターフェースを備え、これらのインターフェースを使用して、例えばマスター入力装置を制御入力として機能的に使用しないようにすることにより系を「凍結（フリーズ）する」ことができる、またはオペレータが操作入力をマスター入力装置（１２）で行なうために希望する種々のスケーリング比の切り替えを可能にする。マスターコンピュータ（４００）は、制御兼器具操作コンピュータ（ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｄｒｉｖｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ：４２２）との２つの個別の機能接続を有する。一方の接続（４２６）は、所望のＸＹＺ（カテーテル座標系における）のような制御及び可視化関連コマンドを渡すための接続であり、もう一方の接続（４２８）は安全関連信号コマンド（ｓａｆｅｔｙ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｍｍａｎｄｓ）を渡すための接続である。同様に、制御兼器具操作コンピュータ（４２２）は、器具操作ハードウェア（４２４）との２つの個別の機能接続を有する。一方の接続（４３０）は、必要なトルク制御電圧のような制御及び可視化関連コマンドをアンプに渡してモータ及びエンコーダを駆動するための接続であり、もう一方の接続（４３２）は安全関連信号コマンドを渡すための接続である。

一の実施例では、安全関連信号コマンドは、１０ミリ秒毎のような非常に短い間隔で繰り返される簡単な信号を表わし、このような信号チェーンは、「系はｏｋであり、アンプは動作状態を維持している」といった具合に、論理的に読み取られる。安全関連信号チェーンに割り込みが入ると必ず、アンプの論理が反転してアンプが動作していない状態になり、器具は安全関連信号チェーンが復旧するまで制御系によって動かすことができない。図１１１の信号フロー概要図に更に示すのは、物理的器具と器具操作ハードウェアとの間にあって、マスターコンピュータに戻る経路（４３４）であり、閉ループ系の実施例を表わしており、この実施例では、図１１２Ａ〜図１１２Ｂを参照しながら記載したような器具位置特定技術を使用して器具の実際の位置を求めて、以下に更に詳細に記載するように、ナビゲーション及び制御誤差を最小化する。

図１１４〜図１２４は、物理系の或る実施例に対応するＳｉｍｕＬｉｎｋＴＭソフトウェア制御方式の一の実施例の種々の態様を示し、特に「マスターフォローイングモード（ｍａｓｔｅｒ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｍｏｄｅ）」の実施例に注目している。この実施例では、器具はマスター入力装置からのフォローイング指示（ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）、及びモータのサーボループの実施例のフォローイング指示によって操作され、このサーボループの実施例は重要な操作機能を備え、この機能は、コマンドがマスターフォローイングモードから配信されると動作して器具を作動させる。

図１１４は、３つのモードの内のいずれかのモードを反転させてプライマリサーボループ（４３６）を作動させる実施例の高位図を示している。系を始動するときのデフォルトモードであるアイドルモード（４３８）では、モータ群の全てにモータサーボループ（４３６）を通して指示して、これらのモータの現在位置に関する自動制御を行ない、これらのモータの位置がモータに接続されるデジタルエンコーダによってモニタリングされる。別の表現をすると、アイドルモード（４３８）では、残りの系を活性状態に保ちながらモータを遮断する。従って、オペレータがアイドルモードからの移行を行なうと、系は相対する部品の位置を認識する。オートホームモード（４４０）では、図９７に示すような接続器具操作装置の内部のケーブルループをこれらのケーブルループ範囲内の中心に配置して、図１７に示すような接続器具が、器具操作装置に装着されたときに、確実に、ピッチまたはヨーの＋及び−方向のような、種々の自由度に関する両方の方向にほぼ等しい運動範囲を有するようにする。これは、器具を使用する前に器具操作装置を準備するためのセットアップモードである。

マスターフォローイングモード（４４２）では、制御系は信号をマスター入力装置から、閉ループの実施例では、マスター入力装置及び位置特定システムの両方から受信し、そして駆動信号をプライマリサーボループ（４３６）に転送して器具を、転送されたコマンドに従って操作する。マスターフォローイングモード（４４２）のこの実施例の態様を図１１９〜図１２４に更に詳細に示す。プライマリサーボループ及びモータサーボブロック（４４４）の態様を図１１５〜図１１８に示す。

図１１９を参照すると、マスターフォローイングモード（４４２）の或る実施例の更に詳細な機能図が示される。図１１９に示すように、機能ブロック４４６への入力はマスター入力装置の、マスター入力装置の座標系におけるＸＹＺポジションであり、マスター入力装置のソフトウェアにおける設定を通してマスター入力装置の座標系の合わせ込みを行なって、マスター入力装置の座標系が、カテーテルと同じ座標系を有し、更に位置特定システムがマスター入力装置及びカテーテルと同じ座標系において測定するポジションと同じ、器具先端の位置特定ＸＹＺポジションを有するようにする。図１１９の機能ブロック４４６の詳細図である図１２０を参照すると、スイッチ（４６０）をブロックに設けて、所望のカテーテル位置に対応し、入力インターフェース（４６２）への入力となる複数のマスター入力の間での切り替えを可能にし、この入力インターフェースを通して、オペレータは器具が空間の特定のＸＹＺ位置に進むように命令することができる。種々の制御機能がこのインターフェースを利用してオペレータに、例えば目的部位のメニューを提供し、これらの目的部位に向かって、系が器具などを自動的に操作する必要がある。図１２０に更に示すのはマスタースケーリング機能ブロック（４５１）であり、この機能ブロックを利用してマスター入力装置からの入力を、オペレータが選択することができる比でスケーリングすることができる。コマンドスイッチ（４６０）機能は低域通過フィルタを含み、この低域通過フィルタによって、マスター入力装置と入力インターフェース（４６２）との間で切り替わるコマンドの重み付けを行って、これらのモードの間の移行が円滑に確実に行なわれるようにする。

再び図１１９を参照すると、ＸＹＺ単位の所望の位置データを逆運動学ブロック（４５０）に渡して、器具の機械的構造に固有の材料関係の予測機構に従ってピッチ、ヨー、及びエクステンション（または「インサーション」）単位に変換する。

多数のカテーテル器具の実施例の運動学的関係は、従来の機構関係を適用することによりモデル化することができる。つまり、制御素子によって向きを変えるカテーテル器具は一連の操作入力を通して制御される。４つの制御素子を含むカテーテル器具では、例えば２自由度のモーション操作、すなわち共に＋及び−方向を有するピッチ操作及びヨー操作が可能である。モータ駆動による他の張力調整関係によって、他の器具を操作することができ、カテーテル器具の能動的張力調整または挿入、或いは回転が可能になる。操作入力と、操作入力によって変わるカテーテルのエンドポイントポジションとの間の関係をカテーテルの「運動」と呼ぶ。

図１２５を参照すると、「順運動学（ｆｏｒｗａｒｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）」は操作入力によって変わるカテーテルのエンドポイントポジションを表わし、「逆運動学（ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）」は所望のエンドポイントポジションによって変わる操作入力を表わす。順運動学及び逆運動学の正確な数学モデルは、ロボット制御カテーテルシステムにとって必須である。説明を明瞭にするために、運動方程式を更に微調整して、図１２５に示すように共通要素を分離する。基本運動は作業座標（ｔａｓｋ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）と関節座標（ｊｏｉｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）との間の関係を記述する。このような事例においては、作業座標はカテーテルエンドポイントの位置を指し、関節座標は能動カテーテルの曲がり（例えばピッチ及びヨー）、及び長さを指す。アクチュエータ運動は操作座標（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）と関節座標との間の関係を記述する。ロボットガイドカテーテルの作業座標、関節座標、及び曲げ操作座標を図１２６に示す。運動をこのようにして記述することにより、カテーテル構造に関連する運動、すなわち基本運動を操作手順に関連する基本運動から分離することができる。

カテーテルの運動モデルの開発は、幾つかの基本的な仮定を使用して行なわれる。カテーテル構造が機構理論に基づいて曲がる簡単な梁（ｂｅａｍ）として近似され、かつ細い張力調整ワイヤのような制御素子がニュートラル軸から固定距離に位置したままであり、従って均一なモーメントがカテーテルの長さに沿って加わるという仮定を採用する。

上記仮定の他に、図１２７に示す構造及び変数を順運動学及び逆運動学の導出に使用する。カテーテル作業座標（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を関節座標（φ_{ｐｉｔｃｈ}，φ_{ｐｉｔｃｈ}，Ｌ）に関連付ける基本順運動学は次式のように与えられる。
Ｘ_ｃ＝ｗｃｏｓ（θ）
Ｙ_ｃ＝Ｒｓｉｎ（θ）
Ｚ_ｃ＝ｗｓｉｎ（θ）
上の式においては、次式のような関係がある。
ｗ＝Ｒ（１−ｃｏｓ（α））
α＝［（φ_{ｐｉｔｃｈ}）^２＋（φ_ｙａｗ）^２］^１／２ （曲がり合計）

（曲がり半径）
θ＝ａｔａｎ２（φ_{ｐｉｔｃｈ}，φ_ｙａｗ） （ロール角）

関節座標（φ_{ｐｉｔｃｈ}，φ_{ｐｉｔｃｈ}，Ｌ）をアクチュエータ座標（ΔＬ_Ｘ，ΔＬ_Ｚ，Ｌ）に関連付けるアクチュエータ順運動学は次式のように与えられる。

図１２５に示すように、カテーテルのエンドポイントポジションは、関節座標または操作座標が与えられると、上述の順運動学方程式を使用することにより予測することができる。

エンドポイントポジションによって変わるカテーテルの操作入力の計算であって、逆運動学と呼ばれる計算は、ニュートン−ラプソン法のような非線形方程式ソルバーを使用して行なうことができる。更に望ましいアプローチ及びこの図示の実施例に使用されるアプローチでは、厳密解を求め、この解を使用して必要な操作入力を所望のエンドポイントポジションから直接計算することができる。

順運動学の場合と同じように、逆運動学を、関節座標を作業座標に関連付ける基本逆運動学と、操作座標を関節座標に関連付ける操作逆運動学とに分離する。関節座標（φ_{ｐｉｔｃｈ}，φ_{ｐｉｔｃｈ}，Ｌ）をカテーテル作業座標（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）に関連付ける基本逆運動学は次式により与えられる。
φ_{ｐｉｔｃｈ}＝αｓｉｎ（θ）
φ_ｙａｗ＝αｃｏｓ（θ）
Ｌ＝Ｒα
上の式においては、次式のような関係がある。
θ＝ａｔａｎ２（Ｚ_ｃ，Ｘ_ｃ） β＝ａｔａｎ２（Ｙ_ｃ，Ｗ_ｃ）

α＝π−２β

アクチュエータ座標（ΔＬ_Ｘ，ΔＬ_Ｚ，Ｌ）を関節座標（φ_{ｐｉｔｃｈ}，φ_{ｐｉｔｃｈ}，Ｌ）に関連付けるアクチュエータ逆運動学は次式により与えられる。

再び図１１９を参照すると、ピッチコマンド、ヨーコマンド、及びエクステンションコマンドが、測定済み位置特定データと一緒に、逆運動学ブロック（４５０）から位置制御ブロック（４４８）に渡される。図１２４はポジション制御ブロック（４４８）の詳細図を示す。測定済みＸＹＺポジションデータが位置特定システムから送出された後、このデータが逆運動学ブロック（４６４）を通過することにより、器具が留置される必要のある部位に到達するために必要なピッチ、ヨー、及びエクステンションが計算される。これらの値を、マスター入力装置からのフィルタ処理済みの所望のピッチ、ヨー、及びエクステンションデータと比較する（４６６）ことにより、積分補償をピッチ及びヨーに関する限界値を使用して加えて、誤差を積分誤差除去法を適用して除去する。この実施例では、エクステンション変数は、ピッチ及びヨー（４７０）の限界値（４６８）と同じ限界値を持つことがない。この技術分野の当業者には明らかなことであるが、積分器をネガティブフィードバックループに設けることにより、誤差を強制的にゼロにする。次に、所望のピッチコマンド、ヨーコマンド、及びエクステンションコマンドが、カテーテル作業空間制限ブロック（４５２）を通過し、この作業空間制限を、経験的に決定される器具の物理的限界によって変わるようにすることができ、この限界を超えると、構成部品が故障し、不所望に変形し、または予測できない形或いは不所望に動作する。この作業空間制限は基本的に、器具の遠位端近傍の心臓形容積と同様の容積を定義する。次に、作業空間制限ブロックによって制限される所望のピッチコマンド、ヨーコマンド、及びエクステンションコマンドをカテーテルロール補正ブロック（４５４）に渡す。

この機能ブロックは図１２１に更に詳細に示され、そして基本的に回転行列を備え、この回転行列によって、器具の長手方向軸又は「ロール」軸に関するピッチコマンド、ヨーコマンド、及びエクステンションコマンドを変換して制御系を、制御素子の向き運動を変えてしまう恐れのあるカテーテル先端の回転変位に関して校正する。例えば、カテーテルが回転変位を含まない場合、時計の１２時の直ぐ上に位置する制御素子を引っ張ると器具の先端を上方に向かせることができる。しかしながら、カテーテルの先端が、例えば時計回りに９０度だけ回転変位を含んでいる場合、上方への応答をカテーテルから得るためには、元々時計の９時の位置に位置していた制御素子を引っ張る必要がある。図１２１に示すカテーテルロール補正方法は、回転行列を使用してこのような変換を、上記例の９０度のようなロール角補正値に従って行なう手段となり、このロール角補正値は入力され、低域通過フィルタを通過し、ラジアンに変換され、そして回転行列計算ブロックを通過する。

一の実施例では、ロール角補正値は特定の器具及びナビゲーション経路に関する実験データに基づいて決定される。別の実施例では、ロール角補正値は、好適な位置特定システムから得られる正確な向きデータを使用して、その場での体験に基づいて決定することができる。別の表現をすると、このような実施例では、例えば真っ直ぐ上に曲げるコマンドを実行することができ、そして位置特定システムを使用してどの角度に変位が実際に生じたかを判断する、すなわち簡単にその場でロール角補正値を決定することができる。

図１１９に戻り参照すると、ロール補正ピッチ及びヨーコマンドだけでなく、未補正エクステンションコマンドがロール補正ブロック（４５４）から出力されることが分かり、そしてこれらのコマンドを適宜、従来の速度制限ブロック（４５６）に渡すことができる。図１２２を参照すると、ピッチ及びヨーコマンドをラジアンから度に変換し、そして自動制御されたロール値を制御図に入力し、最終サーボサイクルから算出される現在の所望のポジション（４７２）を完成させる。速度は、従来のメモリブロック（４７６）における計算により求めた、前のサーボサイクルから算出される所望のポジションを着信コマンドサイクルから算出されるポジションと比較することにより計算される。従来の飽和ブロック（４７４）では、計算速度を指定値内に収まるように維持し、そして速度制限コマンド（４７８）をラジアンに戻す形で変換して、張力制御ブロック（４５８）に渡す。

制御素子内の張力は、種々の器具の実施例及び張力制御機構を参照しながら上述したように、器具の特定の実施例によって変わる形で管理することができる。一例として、図１２３は事前張力調整ブロック（４８０）を示し、このブロックにより、所定の制御素子張力を直線的に変化させて現在の値にする。次に、器具構造の故障限界レベル、及び着信速度制限ピッチコマンド、ヨーコマンド、エクステンションコマンド、及びロールコマンドのような、変数に関する好適かつ経験的に調整した行列に基づいて、調整を元の事前張力調整値に加える。次に、この調整済みの値を元の出力信号にギア比調整を行なうことにより加えて（４８２）、器具の動きに関連する種々のモータの所望のモータ回転コマンドを計算する。この実施例では、エクステンション操作、ロール操作、及び鞘状器具操作（４８４）では、これらの操作の制御に関連する事前張力調整アルゴリズムが行なわれない。次に、マスターフォローイングモード機能からの出力が完了し、この出力をプライマリサーボループ（４３６）に渡す。

図１１４に戻ってこの図を参照すると、図示の実施例におけるマスターフォローイングモード（４４２）、オートホームモード（４４０）、またはアイドルモード（４３８）のいずれかからの所望の着信モータ回転コマンドが、モータサーボブロック（４４４）に転送される様子が示され、当該モータサーボブロックは、図１１５〜図１１８に更に詳細に示される。

図１１５を参照すると、デジタルエンコーダからの測定済み着信モータ回転データ及び所望の着信モータ回転コマンドを、着信データストリームの各々に関して選択される周波数で従来の方法により量子化ノイズをフィルタリングすることによりフィルタ処理し、ノイズを制御系の安定性に影響する過度の遅延を引き起こすことなく低減する。図１１７及び１１８に示すように、従来の量子化フィルタリングを、この実施例における約２００ヘルツの測定済みモータ回転信号、及び約１５ヘルツの所望のモータ回転コマンドに適用する。量子化フィルタリング済みの値の差（４８８）はポジションエラーを構成し、このポジションエラーはリードフィルタ（ｌｅａｄ ｆｉｌｔｅｒ）、すなわち比例微分（「ＰＤ」）回路＋低域通過フィルタの機能等価物を通して渡すことができる。別の実施例では、従来のＰＩＤフィルタ、リード／ラグ（ｌｅａｄ／ｌａｇ）フィルタ、または状態空間表現（ｓｔａｔｅ ｓｐａｃｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）フィルタを使用することができる。図示の実施例のリードフィルタを図１１６に更に詳細に示す。

図１１６におけるリードフィルタの実施例は、系を調整して所望の性能を実現するように選択される種々の定数を含む。図示のフィルタは、４制御素子ガイドカテーテル器具の一の実施例において必要な事項を、４つの制御素子接続アセンブリの各々を＋／−ピッチ及び＋／−ヨーに関して個別に制御し、個別にロール及びエクステンションを制御することにより満たす。図示の実施例に示すように、インサーション及びロールはピッチ制御及びヨー制御とは異なる慣性及び動力学を有し、これらの慣性及び動力学を調整するように選択される定数は異なる。フィルタ定数は、従来の方法を使用して理論的に計算し、実験法により調整することができ、または定数を設定するように、実験法によって全てを決定して、６０度以上の位相余裕を応答安定性及び応答速度に関して確保し、すなわち従来の位相余裕値を医療制御システムに関して確保することができる。

調整済みマスターフォローイングモードが調整済みプライマリサーボループとペアをなす実施例では、上述するような器具及び器具操作装置は、離れた位置のマスター入力装置によって正確に３次元で「操作する（ｄｒｉｖｅｎ）」ことができる。他の好適な実施例は、オペレータへの触覚フィードバック、分割キャリッジ器具操作装置による能動的張力調整、直接可視化又はその場で取得される組織モデル及び組織接触検出を利用するナビゲーション、並びに拡張ナビゲーションロジックのような関連機能を取り入れる。

図１２８を参照すると、一の実施例では、マスター入力装置は、Ｓｅｎｓｉｂｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．が商品名Ｐｈａｎｔｏｍ^ＴＭで販売するような触覚マスター入力装置とすることができ、このような装置を動作させるために必要なハードウェア及びソフトウェアを少なくとも部分的にマスターコンピュータに取り込むことができる。主関節の回転（ｍａｓｔｅｒ ｊｏｉｎｔ ｒｏｔａｔｉｏｎｓ）及び順運動学に基づいて測定される主関節ＸＹＺポジションは通常、パラレルポート又は同様のリンクを通してマスターコンピュータに渡され、続いてこのポジションを制御兼器具操作コンピュータに渡すことができる。このような実施例においては、Ｐｈａｎｔｏｍ^ＴＭの内部サーボループは通常、約１，０００ＭＨｚ以上の範囲の非常に高い周波数で動作して、力及びトルクを主関節で正確に生成する。

図１２９を参照すると、マスター入力装置に加わる位置ベクトルから始まってオペレータに戻される触覚信号に達する一連の操作の例示としてのフローチャートが示される。オペレータによるマスター入力装置の動きに関連するベクトル（３４４）は、簡単な行列変換（３４５）を使用して、器具座標系に、特にカテーテル器具先端座標系に、変換することができる。次に、変換済みベクトル（３４６）を、オペレータの選択に従ってスケーリングして（３４７）、スケーリング済み、かつ変換済みベクトル（３４８）を生成することができる。スケーリング済み、かつ変換済みベクトル（３４８）を制御兼器具操作コンピュータ（４２２）に、好ましくはシリアル配線接続を通して送信し、マスターコンピュータに送信して、カテーテル作業空間チェック（３４９）及び全ての関連ベクトル修正（３５０）を行なうことができる。この後、力のような好適なレベルのフィードバックを生成して所望の力ベクトル（３５２）を生成するようにフィードバック乗算係数（３５１）を選択し、マスター入力装置座標系に戻す逆変換（３５３）を行なって、当該座標系（３５４）でオペレータに関連触覚信号を送信する。

従来のヤコビアン（Ｊａｃｏｂｉａｎ）を用いて所望の力ベクトル（３５２）を、マスター入力装置を構成する種々のモータに所望通りに加わるトルクに変換して、マスター入力装置における所望の信号パターンをオペレータに提供することができる。適切な信号、実行経路、及びオペレータに触覚又はタッチ感覚として戻されるフィードバックを含むこの実施例は、種々の方法で利用して、以下に更に詳細に説明するように、安全性及び直感性を系のナビゲーション機能に付加することができる。

図１３０は触覚機能を含む系のブロック図である。図１３０の概要形に示すように、マスター入力装置での運動に応答して変化するマスター入力装置上のエンコーダ位置を、測定し（３５５）、マスター入力装置に関連する順運動学計算ブロック（３５６）を通して送信して装置のＸＹＺ空間位置をマスター入力装置座標系（３５７）で取得し、次に変換して（３５８）カテーテル座標系に切り替え、そして（恐らくは）変換済みエンコーダ位置を変換して見えるように、かつ好適な制御を行なえるように配置して「直感的操作」を容易にする。

次に、変換済みの所望の器具位置（３５９）を、一以上の制御経路を下る形で送信して、例えば、作業空間境界又はナビゲーション事項に関する触覚フィードバック（３６０）を提供し、カテーテル器具位置制御ループ（３６１）にカテーテルの必要な所望のポジション値が供給されるが、これらのポジション値は、特定器具（３６２）の逆運動学関係を使用して、開ループ制御又は閉ループ制御による特定のカテーテル器具の操作に関するヨー、ピッチ、及びエクステンション、または「インサーション」の単位（３６３）に変換されている。

図１３１〜図１３６を参照すると、図１０２〜図１０３に示すような分割キャリッジ構造を介した張力制御に関する関係が示され、このような構造が、先端可動型カテーテル器具のピッチ又はヨーのような各関連自由度の操作と張力制御とを分離するように機能する様子を示している。

図１３１を参照すると、図１０２〜図１０３に示す実施例のような、分割キャリッジ構造に接続される複数の構造の内の幾つかの構造は、直線可動部分（３０２）、ガイド器具接続ソケット（２７０）、ギア（３００）、及びラック（２９８）を含む。従来の配置関係を、図１３１に表わされる構造の物理状態に適用すると、図１３２の方程式（３６４、３６５）を導くことができる。カテーテル器具の純粋なカンチレバーの曲げモデルを参照しながら上述したような器具の順運動学を利用すると、図１３３の関係は、曲がり量に関して、ケーブル引っ張り量及びカテーテル直径（「Ｄｃ」）（３６６）の関数として導き出すことができ、更に張力（３６７）に関して、制御素子群の共通引っ張り合計量として定義することができる。図１３２及び１３３の方程式を統合すると、図１３４に示す関係式（３６８、３６９）が得られ、これらの式では、所望の操作及び所望の張力調整が関連構造の機構によって分離されている。図１３１に示すガイド器具接続ソケット（２７０）の所望の動作（３６８）はソケットの回転角位置の関数である。接続制御素子の所望の張力調整（３６９）は、ラック（２９８）に対する張力調整ギア（３００）の位置の関数である。

＋／−ピッチまたは＋／−ヨーのような単一の自由度で操作を行ない、分割キャリッジ機構を通して能動的に張力調整を行なう様子を示す図１３５を参照すると、図１１０Ａ〜図１１０Ｅを参照しながら上述した説明に従って予測できるように、所望の張力は曲がり量の絶対値に直線的に変化するように関連付けられる。所定の系は決して緩むことがない、すなわち所望の張力が図１３５に示すように常に正である。図１３６を参照すると、同様の関係が、能動的張力調整を行なう２自由度を有する系に当てはまる−２自由度を有する系としては、＋／−ピッチまたは＋／−ヨーを、分割キャリッジ構造を介しての能動自由度の能動的張力調整手段として有する４ケーブル系を挙げることができる。２つの次元があるので、結合項（３７０）を取り入れて発見的な調整を行ない、例えば制御素子の緩み、及び器具全体の圧縮量を最小化する。

図１１３を参照しながら説明したように、一の実施例では、組織構造モデル（４１４）を使用してナビゲーション機能を強化することができる。処置の対象となる患者からの、その場で得られる実データを使用することが特に望ましい、というのは、一般的に対象とする組織構造に依る重要な解剖学的構造上の違いが、患者毎にあるからである。例えば、動物に関する公開レポート及び実験検証によれば、ヒトの心臓の左心房の構造は患者ごとに大きく変わる。

一の実施例では、高密度焦点式超音波を用い、心臓の周期運動に同期し、好ましくは呼吸の周期運動と同期して行なわれる磁気共鳴影像法は、従来の画像切り取り（ｉｍａｇｅ ｃｒｏｐｐｉｎｇ）及び画像のしきい値処理（ｉｍａｇｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）と一緒に使用して、３次元組織構造モデルを生成することができる。心臓の構造のような能動組織構造（ａｃｔｉｖｅ ｔｉｓｓｕｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）のモデル化に適用されるような画像診断法に関する解決課題の一つは、ゲーティングである。一の実施例においては、ゲーティングには、非常に小さい呼吸運動にも関連付けられる拡張期中の心臓休息時（ｃａｒｄｉａｃ ｒｅｓｔｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ）を待つことが含まれる。例えば、同期して収集される磁気共鳴影像画像を利用して左心房の３次元画像を取得するためには、許容できないほどの長さの取得時間と、言うまでも無く、画像取得、及び使用可能な組織構造モデルへの統合を行なうために必要なかなり大規模、かつ高価な器具類と、が必要になる。しかしながら、このような診断法は、心臓又は呼吸の周期運動を無視することができる場合、及び画像または一連の画像を取得して、そして使用可能な組織構造モデルにかなり迅速に合成することができる場合には好ましい。

図１３７〜図１３９を参照すると或る方法が示され、カテーテルまたは類似の構造に取り付けられる超音波トランスデューサ、及び同じ構造に取り付けられる位置特定システムのような適切なハードウェアが設けられる場合に、この方法によって、組織構造モデルを合成して超音波診断装置により生成されるスライスデータを収集するだけでなく、各スライスデータ取得時間におけるトランスデューサの位置及び向きを求めることができる。別の実施例では、類似のロボットシステムは位置特定システムを含まず、この場合、運動学的又は幾何学的関係を使用して撮像装置の位置を予測することができる。

図１３７はヒトの心臓を示し、この心臓には、Ｓｉｅｍｅｎｓ ＡＧ製の商品名ＡｃｕＮａｖ^ＴＭとして市販されているような、側方に向かって超音波を発する超音波カテーテルが留置され、このカテーテルは左心房に下大静脈血管を通して挿入される。超音波カテーテルに超音波トランスデューサの位置で、または位置の近傍で接続されるのは、直交する方向に磁場を発生し、かつ電磁波の照射を行なう一連の受信コイル（ｓｅｔ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｌｙ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｏｉｌｓ）のような位置特定装置であり、この装置は、取得反射データの各取得「スライス」での超音波トランスデューサの位置及び向きを求める。図１３８は、超音波カテーテルの遠位端の長手方向軸に沿った図であり、超音波カテーテルを回転させることにより、複数の構造組織位置ポイントを含む反射超音波画像データの複数のスライス（５００）を取得するとともに、反射超音波データの各スライスに関する超音波トランスデューサの位置及び向きを求めることができる様子を示している。このような実施例及び心臓のような周期的に動く標的組織構造においては、複数のスライスの各々を拡張期の休息時に取得して運動に起因する画像歪みを防止することが好ましい。

取得後の処理では、取得画像スライスデータ、及び関連する位置及び向きデータを使用して、図１３９の一連のスライスが示すような３次元組織構造モデルを構成する。この技術分野の当業者には明らかなことであるが、画像形成のためのポイントを細かいメッシュ状の構成にするために、図１３９に示すように、更に多くのスライスを取得してまとめる必要がある。例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ ＡＧ製の商品名Ｓｅｑｕｏｉａ^ＴＭとして市販されているような、超音波を利用するほとんどのメインフレーム装置において利用することができる従来の画像しきい値処理を使用して、血液で、または他の流体で埋まった空洞と組織との間の遷移ポイントを明瞭に解像して図１３８に示すような遷移ポイントを構成することができる。

図１４０〜図１４８を参照すると、組織構造画像を取得し、編集する別の実施例の種々の態様が示される。図１４０を参照すると、図１３７〜図１３９の実施例を参照しながら適用したものと同様の原理を適用して、Ｂｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の商品名ＵｌｔｒａＩＣＥ^ＴＭとして市販されているような周辺から超音波を発する画像取得装置を位置特定システムと連動する形で使用して、一連の周辺スライス（５０２）、及びトランスデューサ（５０４）の関連位置及び向きデータを取得し、図１４１に示すように、空間において関連付けられる一連の組織−空洞しきい値ポイント（５０６）を形成することができる。図１４０に示すように、一連の関連スライス（５０２）は、トランスデューサを空洞を通して挿入する、引き抜く、または挿入して引き抜くときに収集される。上の実施例と同じように、動く心臓組織の事例では、複数のスライスの各々を拡張期の休息時に取得して運動に起因する画像歪みを防止することが好ましい。更に、高解像度の組織構造画像は、この技術分野の当業者には明らかなように、トランスデューサの位置を標的空洞内で変えるときに画像を高密度で取得することによって形成することができる。

図１４２を参照すると、外周から超音波を発し、かつ位置特定装置（５０９）及び超音波トランスデューサ（５１０）を含むカテーテルデバイス（５０８）の拡大斜視図が示され、このカテーテルデバイスは組織空洞内に位置して、空の空洞と組織壁との間の遷移部分において検出密度しきい値を示す例示の測定ポイントを含むスライスデータを取得する。図１４３は、このようなカテーテルシステムの長手方向軸を下方に眺めるときの２つの図であり、カテーテルの周りに位置する一連の密度遷移ポイント（ｄｅｎｓｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｓ）を取得する様子を示しており、これらの密度遷移ポイントは、対象とする空洞のより大規模な３次元画像に編集することができるスライスを形成する。図１４４を参照すると、従来の変換数学が示され、この変換数学を使用して、取得カテーテル先端基準系の位置及び向きデータを、地上基準系または他の或る所望の基準系のデータに変換することができる。図１４５Ａ及び１４５Ｂは、組織空洞（５１３）を通って真っ直ぐに挿入され、経路に沿って一連のデータスライス（５１４）を取得するカテーテル（５１２）の２つの異なる図を示している。

図１４６Ａ〜図１４６Ｄは、本実施例における所定の組織構造の形状を撮像するためのそれぞれの変形例を示している。図１４６Ａに示す実施例では、外周から超音波を発するカテーテル（５１５）が着信スライスデータに関係なく空洞を通って真っ直ぐに挿入される。図１４６Ｂには変形例が示され、この変形例では、超音波トランスデューサ及び位置特定装置を含むカテーテル構造が、対象とする組織空洞を通って移動するにつれて曲がり、これによってほぼ平行な平面を形成する一連のスライスが提供される。図１４６Ｃは、超音波トランスデューサ及び位置特定装置を含むカテーテル構造が、対象とする組織の特定の小部分に振り向けられる変形例を示している。一の実施例では、このような振り向け操作は、オペレータがリアルタイムで、またはほぼリアルタイムで画像を解析する結果として行なわれる。例えば、透視撮影法または他の従来の撮影法を使用して、一の実施例においてカテーテルをこのような位置に位置させることができる。別の実施例では、カテーテルを自動的に、または半自動でこのような位置に、以下に説明するように案内することができる。図１４６Ｄに示すように、カテーテルを挿入し、対象とする組織空洞を通るようにカテーテルの向きを操作して、取得したデータのスライス群から成る平面が平行になることがないようにすることができる。超音波トランスデューサの位置及び向きが、接続位置特定システムによって判明している場合、画像の所定の積層体の内部の平面群が平行であるとする要件は全く必要ではない。実際、或る実施例では、図１４７に示すように、撮影カテーテル（５１６）を注目位置近傍で制御性良く曲げて、対象とする組織の特定部分の複数画像（５１７）を取得することが望ましい。更に別の画像スライスを取得するときに、このような制御性の良い曲げを所定範囲の運動によって行なう操作を、対象とする組織構造の特定部分を「詳細に調査するための曲げ（ｂｅｎｄ ｄｅｔａｉｌｉｎｇ：ベンドディテーリング）」と、表現することができる。

図１４８Ａ〜図１４８Ｃを参照すると、取得システムの前述の実施例を実現するための取得手順に関する幾つかの実施例が示されている。簡単な実施例（図１４８Ａ）では、インサーションベクトルが選択され、この選択に続いて、超音波トランスデューサが、対象とする組織空洞を横切るように挿入され、一時停止してスライス及び位置／向きデータを挿入経路に沿って取得することにより、スライス及び位置／向きデータを３次元モデルに取り込む。別の実施例（図１４８Ｂ）では、対象とする空洞を横切って挿入し、そしてデータスライスを取得する所定のプログラムに従うのではなく、画像取得が継続している間に、閉ループ系が着信スライスデータを解析し、そして事前プログラムされたロジックを適用して自動的にナビゲートを行なうように動作する。図１４８Ｃは、図１４８Ｂと同様の実施例を示すが、最適経路プランニング（最適パス探索）を制御ロジックに組み込み、器具操作装置を操作して自動または半自動画像取得機能を提供する点が異なる。例えば、この系は取得画像に関して、放出光線とこのような光線の検出反射光線との間の飛行時間を監視することができ、これにより、飛行時間データを使用した解析結果に従って、器具の向きを空洞の中央を真下に下るように操作する。この操作は、「飛行時間に基づく操作（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ ｃｅｎｔｅｒ ｄｒｉｖｅ）」と呼ぶことができる。別の実施例では、画像シリーズの所定の部分に関する飛行時間データの所定期間または所定距離に渡る大きな変化は、組織表面構造の変化と解釈することができ、この組織表面構造の変化は、高密度の局所撮影を行なって、または自動曲げを行なうことによってでも、トランスデューサを注目部位に近づける−または、図１４７を参照しながら上述したように、トランスデューサを回転させて特定領域の高解像度撮影を挿入調整無しに行なう必要があることを意味する。

図１４９及び１５０は、ヒトの左心房の３次元組織構造モデルを取得するための該当する実施例を示している。

図１４９を参照すると、隔壁を横切り、隔壁に隣接する取得開始位置を確認し、そして凡その経路及び挿入長を測定して、左心房に入り込む左上肺静脈の狭窄部に器具で、透視または超音波のような従来の方法を使用して到達した後、器具を左心房空洞を横切るように凡その経路に沿って操作して、スライス群を経路に沿って収集し、そして飛行時間計算及び解剖学理論を使用して他の全ての肺静脈の狭窄部のくびれ位置をほぼ特定する。器具が、左下肺静脈の狭窄部に至る予測経路の末端に到達すると、狭窄部に食い込むくびれを、図１４７を参照しながら上述したように、飛行時間計算、及び「詳細に調査するための曲げ」操作により得られる追加データを使用して検出することができる。くびれを検出した後、器具が狭窄部に達するように器具を操作することができ、そして左上肺静脈構造に関する狭窄形状及び経路データが得られる。一の実施例では、事前設定挿入制限により、設定値を超える肺静脈構造への挿入を防止する。別の実施例（図１５０を参照しながら記載されるような）では、組織接触検出手段を使用して、組織構造が器具に物理的に接触しており、かつ関連制御ロジックが示すように、器具の挿入を制限する必要があるというフィードバックをオペレータまたは自動操作系に供給することができる。

更に、図１４９を参照すると、左心房の第１の肺静脈狭窄部に関する狭窄形状及び経路データを取得した後、同様の手順を使用して第２、第３、及び第４の肺静脈狭窄部に関して同じ操作を実行することができる。左上肺静脈狭窄部からの引き抜きを、好適には侵襲を最小限に抑える方法により狭窄部へ挿入を行なうために利用される経路に沿って行なった後、左下肺静脈狭窄部に食い込むくびれを、「詳細に調査するための曲げ」操作と同様の方法を使用して検出し、そして左下肺静脈に関する狭窄病変データ及び経路データを取得する。続いて、器具を右肺静脈のくびれの位置にまで、好適にはほとんどの患者において更に容易に到達することができる右下肺静脈のくびれから始める形で引き戻すことができる。最終的な左心房モデルを構成するデータの量及び種類を増やすために、器具を左心房から引き抜く、左心房に押し込む、そして左心房の近傍で操作するときにデータスライスを継続的に収集することができる。

右下肺静脈狭窄部の位置を特定した後、左肺静脈狭窄部に関して上に説明したように、器具を狭窄部に押し込み、そしてデータを経路及び形状に関して取得する。同様に、形状及び経路データは右上肺静脈狭窄部に関して取得することができ、この狭窄部はほとんどの患者において、隔壁に対する狭窄部の位置に起因して到達するのが最も難しい。器具を心房内部の近傍に押し込むことにより容易になる「詳細に調査するための曲げ」操作、またはスライスの取得、及び飛行時間解析が、肺静脈くびれ位置のいずれかを特定するために効果的ではないとなった場合には、透視または心臓内超音波のような従来のシステムを図示の取得手順の間に使用して、器具を全体として関連組織構造の位置に押し込み易くすることができ、その後、図示の手順の適切な部分を更に自動化された形で再開することができる。

図１５０を参照すると、左心房の３次元画像を取得するための手順の別の実施例が示されるが、この実施例は、関連システムが更に接触検出手段を器具の先端に取り付けて、器具先端と対象とする組織構造との間の接触を検出する点が、図１４９の実施例と異なる。このような機能及びロジックを、当該検出手段からの情報を取り込むために追加することにより、本システムを停止するように構成することができ、またはオペレータに組織構造または組織壁に器具が接触していることを通知するように構成することができる。このような機能を使用して取得プロセスを効率化することができる。例えば、経路を透視または超音波のような撮影診断法によるデータに基づいて探索するのではなく、器具を単に、左心房を横切って左肺静脈に向かうほぼ適切な方向に向け、そして挿入操作及びデータスライス取得操作を実行することができる。接触検出フィードバックを論理的に利用して、左心房の左壁或いは左心房の左壁の近傍で、又は肺静脈が左心房の狭窄部から離れて狭くなる肺静脈の曲がり部分の内部で、器具の挿入を停止させることができる。

多数の文献が医療装置用器具と組織との間の接触を判断する方法について報告している。例えば、米国特許第５，９３５，０７９号；５，８９１，０９５号；５，８３６，９９０号；５，８３６，８７４号；５，６７３，７０４号；５，６６２，１０８号；５，４６９，８５７号；５，４４７，５２９号；５，３４１，８０７号；５，０７８，７１４号；及びカナダ特許出願番号２，２８５，３４２が、電極−組織接触を、器具電極と基準電極との間のインピーダンス変化を測定することにより判断する種々の態様を開示している。器具が適切に配置される電極を備える本発明の実施例では、この技術分野において開示されているような方法を使用することができる。接触検出手段の他の好適な実施例について、図１５１〜図１５７を参照しながら記載する。

図１５１を参照すると、器具操作装置及び実際の器具位置を測定するための位置特定技術を取り入れた閉ループ制御系によって操作される器具（５１８）が示される。器具先端を、＋ピッチから−ピッチに動かし、次にニュートラルに戻し、そして＋ヨーから−ヨーに動かすといった運動範囲を通って或る周期間隔で操作する場合、血液の通る自由空洞空間と反対側の組織構造が接触の際に受ける負荷は、例えば位置特定システムが求める測定先端位置と、器具構造の逆運動学を通して求められる予測先端位置との間で検出される誤差を大きくするように作用する。繰り返し螺旋運動、円運動などのような運動の他の周期性パターンを利用することもできる。特定の器具構造を前提とする場合の自由空間内の予測先端位置と測定先端位置との間の経験的に求められる系の誤差によって変わるが、或るしきい値を利用することができ、このしきい値を超えると、誤差が組織接触を示すと考えられる。選択する周期運動パターンによって変わるが、器具と別のオブジェクトとの間の接触の方向も、予測器具位置と測定器具位置との間の誤差の方向性を観察することにより検出することができる。

図１５２を参照すると、器具（５１９）の先端が２つの振動デバイス（５２０）を有する様子が示される。一の実施例では、一方のデバイスが、生体膜に隣接する圧電結晶のような振動発信機であり、そして他方のデバイスが振動受信機であり、この振動受信機は、例えば生体膜に隣接する別の圧電結晶を含む。別の実施例では、両方のデバイス、単一デバイス、または２つよりも多くのデバイスが振動発信機及び振動受信機の両方を備えることができる。自由空洞空間では、器具は、器具が組織構造と機械的に接触する場合よりも相対的に自由に振動することになり、そしてこの実施例では、差を検出し、組織構造との接触を示しているものとして論理的に解釈する。

図１５３〜図１５５を参照すると、組織接触検出手段の別の実施例が示され、この実施例では、複数の経路を通して複数の周波数で行なわれるインピーダンスモニタリングを組織接触の通知手段として利用することができる。血液を通して測定される導電率は周波数変調による変化がほとんど見られず、導電率は組織構造を通して測定される場合に周波数変調により大きく変化する。周波数を高速に切り替え、例えば、マイクロプロセッサを使用して種々の周波数で測定を行なうことにより、組織との接触に関する判断を行なうことができ、また導電率又はインピーダンスに関連する変化に基づくことなく判断を行なうことができる。

このような方法を経路による導電率の変化と組み合わせることができる。従来から、インピーダンスは、器具先端電極と、例えば患者の背中の皮膚に取り付けられる分散接地との間で測定される。このような構成の場合、例えば、器具が心壁と接触すると導電率が上がり、インピーダンスが下がる。別の注目測定経路は、器具先端電極と、同じ心室の内部にあって更に近位の器具位置の別の電極との間の導電率である。血液の導電率は非常に高いので、導電率は、先端電極が組織と接触していないときに最も高くなり、先端電極が組織壁に接触して先端電極の少なくとも一部分が見えなくなるときに下がる。実際、これまでの分析によって、このような構成で行なわれる導電率またはインピーダンス測定を利用して、接触が実際に生じる前に接触を予測することができ、かつ挿入する先端電極の深度も、導電率と、組織による先端電極に対する妨害との間の関係が与えられる場合に予測することができることが判明している。

図１５３は、このような機能を容易にするように構成された先端を有する別の器具の実施例（５２２）を示している。器具（５２２）は、遠位に配置される先端電極、及び４つの電極（５２４ａ〜５２４ｄ）を有し、これらの４つの電極は先端電極よりも近位のコーナー位置に配置されて、器具が組織構造に隣接して、ほぼ平行に、またはほぼ接して位置するときに組織構造との接触を容易にする。図１５４は、組織構造（５２３）に隣接し、患者の背中の皮膚の上に位置する分散パッチ電極（５２４）を基準とする器具（５２２）を示している。このような構成の場合、インピーダンスを、いずれかの電極ペアの間で種々の周波数でモニタリングして周波数による変化を組み合わせて組織−電極間接触を検出するだけでなく、導電率を比較するための経路の変化を組み合わせて組織−電極間接触を検出する構成を実現することができる。

図１５５を参照すると、マイクロプロセッサのような高速スイッチングのハードウェアを使用して、適切な組み合わせの各々に関するデータを収集する模式図が示される。種々の組み合わせを通しての各取得サイクルでは、インピーダンス差のモニタリングを、経路切り替え、及び周波数切り替えに基づいて行ない、このインピーダンス差を編集して、組織との接触の有無の判断に論理的に関連付け、または組織に接触していると予測される器具位置にも論理的に関連付けることができる。電極アレイの他の多くの変形を、図１５３に示す構成の他に使用することができ、そして周波数を、図１５５に示すように、３つよりも多くの周波数の間で変化させて、更に別のデータを各組み合わせ取得サイクルに関して生成することができる。

図１５６及び１５７は、器具電極と心壁のような組織構造との間の接触を検出する手段の別の実施例を示している。心臓内を自由に流れる血液の中に位置する器具電極によって取得される心電図（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ：ＥＣＧ）信号は、識別可能な信号であるが、信号処理の観点からすると、高周波信号成分の減衰によって、電極が心壁と接触するときに検出される同様の信号よりも波形がシャープではなく、振幅が小さい。ＥＣＧ信号が時間で微分される場合、電極が接触している場合に結果として得られる微分信号の振幅は、接触していない場合の緩やかに上昇する曲線に比べて大きくなる。一の実施例では、マイクロコントローラまたはデジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）を利用して、取得ＥＣＧ波形のサンプリング、微分、及び解析を行なう。別の実施例では、着信ＥＣＧ波形の形状をモニタリングして接触状態だけでなく、患者の組織構造への接近時に波形形状が変化するときの接触直前状態を検出する。

図１５７を参照すると、同様の信号処理手段を使用して心内ＥＣＧ信号（５２７）を体表面ＥＣＧ信号（５２８）と比較するが、体表面ＥＣＧ信号は基本的に、心臓の各部分からの種々のＥＣＧ信号を重畳した波形を表わす。心内ＥＣＧ信号を体表面ＥＣＧ信号と比較して、心内ＥＣＧ信号が実際に、体表面ＥＣＧ信号によって表わされる合成信号の一部分となって現われるかどうかを判断する。重畳一致度（ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍａｔｃｈ）が経験的に決まるしきい値を満たさない場合、当該結果を心内電極及び心壁組織構造が接触していない状態に論理的に関連付ける。

心内電極が心臓の特定の壁に接触している場合、図１５７に示すように、心内ＥＣＧ信号は、鮮明で細かく、かつ重畳合成体表面ＥＣＧ信号の一部分に非常に良く一致する。別の実施例では、体表面ＥＣＧ信号を、例えば４つの小部分に分割することができ、これらの部分の各々を同様の方法で心内ＥＣＧ信号と比較して、接触を判断するだけでなく、４つの小部分に関連付けられる心臓内の位置を確認することができる。例えば、体表面ＥＣＧ信号を、心臓の４つの心室を表わす４つの部分に細分化する、または同じ心室の４つの部分にさえも細分化することができる。

一般的な構成では、前述の「マスターフォローイングモード」は、各コマンドに、当該コマンドがマスター入力装置から制御系を通って送出されるときに直接従うように論理的に構成することができる。しかしながら、閉ループ制御の一の実施例では、ロジック層は、マスター入力装置及び位置特定システムからの着信データを、統合組織構造モデル、及び手元の特定の手順に関する或るシステム設定情報を考慮に入れて解釈して、マスターフォローイング制御ロジック及び後続のメインサーボループ制御ロジックに転送されるコマンドに変更を加えて物理器具を移動させるように構成される。

図１５８〜図１６０を参照すると、幾つかの非常に簡素化された例では、マスターの動きを解釈するフォローイング制御によって解決すべき課題が示される。これらの図の各々に示される例示としての器具の実施例は、位置特定装置及び接触検出装置を含む。多くの組み合わせ、または器具構成部品を、マスターの動きを解釈するフォローイングロジック層を使用して利用し、オペレータに、機能目的によって変わる強化ナビゲーション機能を提供することができる。

図１５８に示すように、位置特定装置（５３２）を含む遠位端を有する器具（５３０）は不規則な形状の組織壁に隣接して位置し、この組織壁は、システムの可視化兼制御系において、前述の診断法の内の一つを使用して得られる好適な３次元組織構造モデルによって表わされる。オペレータの目的が図１５８に示す器具先端を動かすことであるとすると、オペレータが選択する移動経路は、当該オペレータが２つの位置の間で選択する処置によって変わる。例えば、オペレータが単に、器具（５３０）を各位置の組織壁に、器具と組織壁との間の組織には全く接触することなく触れさせたいと希望する場合、オペレータは破線（５３１）で示すような、組織構造内の不規則構造の周りの高効率経路を選択することができる。この経路に従って、オペレータは器具を該当するポジション／位置の間で操作することができる。

更に、または別の構成として、オペレータは器具（５３０）に軽く触れて器具を組織構造に向けて押し、そして器具を図１５９に示す位置の間で、前述の実施例において説明したように定常的に引きずりながら接触させる、というのではなく、２つの位置の間を一連の動作としてホップする（飛び越える）形で操作しながら、器具を接触状態に維持する。更に、別の実施例では、図１６０に示すように、オペレータは、多分、遠位器具構造、例えば電極が選択した向きになることによって組織構造壁にほぼ垂直になっている器具を維持しながら、器具をこれらの位置の間で動かしたいと希望することができる。

更に、オペレータは制御ロジックに安全機能を組み込んで、例えば器具が、対象とする組織構造を、組織に沿って過剰な負荷で過度に引きずる、組織構造の特定部分に過剰な負荷を掛け、または過度のストレスを与えて、集中負荷を生じる、或いは能動弁入り口のような組織を傷付ける恐れのある領域に入り込むことによって傷付けることがないようにと希望することができる。

このようなオペレータの目的は、制御ロジック内に配置される、マスターの動きを解釈するフォローイングロジック層の種々の実施例において達成される。一の実施例においては、マスターの動きを解釈するマスターフォローイング制御では、普通、組織構造表面に沿った引きずりを生じることになるコマンドを、各接触を組織構造表面モデルに加わる新規ポイントとして記録しながら、組織構造表面への、または組織構造表面からの連続する小さな「ホップ」を実行するコマンドとして解釈する。ホップは、器具を、器具が組織構造に接触するようになった同じ経路を後戻りさせ、次に組織構造モデルに従って壁に沿って正しく移動させ、更に同様の経路で再度近付けることにより実行することが好ましい。新規の各ＸＹＺ表面ポイントを記憶する際のメモリの節約の他に、一の実施例では、システムは、器具による接触が行なわれた器具経路を、位置特定向きデータ及び制御素子張力調整コマンドを保存することにより保存して、オペレータが同じ経路を必要に応じて後の時点で再度取ることができるようにする。接触が確認された経路及び新規ポイントを保存することにより、更に詳細な等高線図を組織構造モデルに基づいて形成し、この等高線図を手順において利用し、そして継続的に充実させることができる。各ホップの長さだけでなく、各ホップ接触の間の非接触距離の長さも設定することができる。

一の実施例においては、マスターの動きを解釈するフォローイング制御では、種々の安全チェックステップを実行して、オペレータがうっかり、対象とする組織構造に、器具を組織構造に押し込む、または組織構造を貫通することによって傷を付けることが絶対にないようにする。例えば、制御ロジックは、位置特定データ又は接触検出データを用いた組織構造モデルを利用して得られる決定に従って、対象とする組織構造を超えて器具を押し込む、または対象とする組織構造の内部に器具を押し込むことができないように構成することができる。このようなモードは、或るシナリオでは、オペレータコマンドによって手動で無効にすることができ、これによって、例えば卵円窩の位置の心房中隔のような組織壁に意図的に穴を空けることができる。一の実施例では、制御ロジックは、オペレータが器具を移動させようと試みている、または同じ位置で電極が所定時間よりも長く作動する、または所定量を超える供給エネルギーで作動する、ということを防止しようと試みる間は、器具電極が作動することがないように構成することができる。

別の実施例では、マスターの動きを解釈するフォローイング制御によって、オペレータは自動で種々の治療を行ない易くなる。例えば、器具がアブレーション用先端電極（ｄｉｓｔａｌ ａｂｌａｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を含む場合、制御手段は、円形アブレーションパターンが、オペレータが選択する３つの接触ポイントを通るようにパターンを自動的にこれらのポイントに一致させるように構成することができる。更に、オペレータは、ホッピング間欠電極焼灼パターン（ｈｏｐｐｉｎｇ、ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｂｕｒｎｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）を選択して、オペレータが単にマスター入力装置を線形的に移動させるだけでパターンが自動的に適用されるようにすることができる。触覚機能を利用してオペレータに種々のフィードバックを行なって治療を容易にする。例えば、触覚「溝（ｇｒｏｏｖｅ）」を器具の挿入軸に沿って形成してオペレータが器具をマスター入力装置で操作し易くすることができる。更に、既に選択した所望接触ポイントを触覚的に捉えられるように「重力の井戸（ｇｒａｖｉｔｙ ｗｅｌｌ）」に引き込んで、オペレータが器具をこのような位置に振り向け易くすることができる。

上述したような制御系の実施例によって、医療処置を行なうためのカテーテル関連器具の向きの正確な操作が容易になる。次に、例示としてのアプリケーションとして、心房性細動を止めるための心筋切除術について図１６１〜図１７４を参照しながら説明する。

図１６１を参照すると、標準の心房中隔アプローチ法が示され、ロボット制御ガイドカテーテル器具（５３４）及び鞘状器具（５３５）が下大静脈を通過して右心房に到達する様子を示している。図１６２を参照すると、心エコー（ｉｎｔｒａｃａｒｄｉａｃ ｅｃｈｏ：ＩＣＥ）超音波カテーテル（５３６）のような撮影装置を右心房に送り込んで、視野を心房中隔に向ける。図１６３に示すように、ガイド器具を隔壁に送り込む。図１６４及び図１６５を参照すると、隔壁（５３７）は従来の方法を使用して横切ることができ、この方法では、まず卵円窩位置に、ニードルまたはワイヤのような、ガイド器具（５３４）の挿通用内腔を通した鋭利器具（５３８）で穴を空け、次に鋭利器具上の拡張器（５３９）を通し、そして図１６６に示すように、鋭利器具を後退させて拡張器（５３９）を留置し、この拡張器を覆うようにガイド器具（５３４）を進める。或る実施例では、従来の（すなわち、ロボットを用いないで）隔壁を通過させる技術において公知のように、器具構造を、ガイド器具の挿通用内腔を通して、器具構造が拡張器内に同軸に配置されるニードルを構成するようにすることが望ましい。

図１６７に示すように、ガイド器具（５３４）を隔壁（５３７）を横切るように通した後、ガイド器具（５３４）を拡張器として使用して鞘状器具（５３５）を隔壁（５３７）を横切るように挿入するので、両方の器具（５３４、５３５）を左心房に到達させることができる、また左心房の内部を観察することができる。鞘状器具（５３５）を、隔壁（５３７）を丁度横切る位置に固定することが望ましい。例えば、図１６８に示すように、従来の固定用バルーン（５４０）のような拡張する構造を用いることができる。次に、図１６９に示すように、ガイド器具（５３４）を使用して左心房内部をナビゲートすることができる。

一の実施例では、無線周波数（ＲＦ）アブレーションシステムをロボットガイドカテーテルシステムに使用してエネルギーを供給して心筋内の組織を焼勺し、不所望の伝導路が左心房の壁及び隣接血管（例えば、肺静脈）の内部に形成されることがないようにする。例えば、図１７０は、オペレータ制御ステーション（２）、コンピュータ（６）、器具操作装置（１６）、ＲＦアブレーションエネルギー制御ユニット（ＲＦ ａｂｌａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ：５４１）、ガイド器具（５４３）、及び操作器具（５４７）を含むこのような構造のシステムレベル図を示している。

一の実施例では、図１７１に示すように、約７フレンチの外径を有することができるロボット制御ガイド器具（５４３）は高密度アブレーション先端を備え、そして鞘状器具（５３５）に通される。図１７２に示す別の実施例では、操作器具（５４７）、この例ではＢｏｓｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の商品名Ｂｌａｚｅｒ^ＴＭとして販売されているような、約７フレンチの外径を有することができる「市販の」アブレーションカテーテルをガイド器具（５３４）の挿通用内腔を通し、この場合、挿通用内腔自体が鞘状器具（５３５）の中を通される。このような実施例では、ＲＦ電力をＲＦ発生器から直接、アブレーションカテーテルハンドルに供給することができる。別の構成として、電源をアブレーションカテーテルに、ロボットガイド器具（ｒｏｂｏｔｉｃ ｇｕｉｄｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）と一体化されるコントローラを通して接続して更に別の安全機能を提供する、例えば電源を定められた条件下で自動的に遮断することができる。このような実施例では、アブレーションカテーテルのほんの一部分のみをガイド器具の先端から突出させてアブレーション電極を露出させるだけで済み、そして「市販の」アブレーションカテーテルに取り入れることができる先端曲げ操作性は、高精度の先端曲げ操作がロボット制御器具によって可能になるので必要ではなくなり、この場合、ロボット制御器具を貫通する形で、アブレーションカテーテルが同軸状に配置される。別の構成として、アブレーションカテーテルのかなりの部分を、好適には系によって一定の位置に保持されるガイド器具の先端から突出させることができ、そして「市販の」アブレーションカテーテルの手動の先端曲げ操作性を利用して、このようなデバイスの先端部分を所望の位置に、透視システム、超音波システム、位置特定システム、またはリアルタイムの、またはほぼリアルタイムの他のシステムからオペレータへのフィードバックを利用しながら配置することができる。この技術分野の当業者であれば、複数タイプの他のアブレーションカテーテルまたは他の操作器具の多くをガイド器具（５３４）の挿通用内腔を通すことができることが分かるであろう。

ガイド器具（５３４）と連動して使用することができる操作器具には、本発明を制限しない図１７３Ａ〜図１７３Ｄの例を通して示されるような、診断または治療に用いられる多くの公知の先端電極構造がある。選択可能な他の先端構造として、マイクロ波エネルギーまたは超音波エネルギー（図１７４Ａの先端素子６１２から放出される「矢印」で示される）、レーザ光エネルギー（図１７４Ｂの先端素子６１４から放出される複数の「矢印」で示される）のような非接触手段、貫通電極または化学物質／薬剤注射針（図１７４Ｃの素子６１６）、或いは機械的把持手段（図１７４Ｄの素子６１８）を挙げることができる。

別の実施例では、器具を、従来のファイバスコープまたはＣＣＤカメラ装置を使用する「直接可視化」によってナビゲートすることができ、ファイバスコープまたはＣＣＤカメラ装置は血液中に位置するときに、観察可能なバルーンの内部に配置されることが好ましく、このバルーンは、遠位に位置し、かつ生理食塩水のようなほぼ透明な流体を含む。更に別の実施例では、ＣａｒｄｉｏＯｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが提供するような赤外線可視化技術を器具に取り入れて、観察可能なバルーンまたは同様の構造を使用することなく、血液または同様の媒体を通しての直接観察を可能にする。器具が血液の流れない空間の中をナビゲートされる別の実施例では、観察可能なバルーンを配置してカメラ装置を保護する必要はなく、カメラレンズまたは画像取り込み手段を器具の先端に配置することができる。直接可視化装置に対してバルーン状の可視化構造を援用するかどうかに拘わらず、当該装置を器具に、器具の実施例の挿通用内腔を通るように装置を挿入することにより接続する、または当該装置を、細長い器具を構成する複数の壁の内の一つの壁に組み込むことが好ましい。

従来のセンサは、ひずみゲージ又は圧電結晶を備えるような器具の先端に、また先端の近傍に配置することができる。また、一つよりも多くの位置特定装置を器具に器具の異なる位置に沿って接続することができ、これによって、器具の位置を更に詳細にモニタリングすることができる。このような更に別の情報を利用して体の動き、または呼吸周期に関連する組織の動きを基本座標系に対して補償し易くすることができる。

接触センサを含み、かつ組織構造モデルを取得する上述した診断法の更に別の実施例では、器具を単に空洞内で計画的に、またはランダムに操作して全ての接触ポイントを収集し、そして保存して組織構造の３次元モデルを生成することができる。関連する実施例では、超音波または透視のような従来の撮影診断法を使用して得られる粗モデルを第一歩として利用し、次に更に別のポイントを、接触検出による「叩いて回る（ｔａｐｐｉｎｇ ａｒｏｕｎｄ）」パターンを使用して、特に左心房の肺静脈及び弁の位置のような注目ポイントにおいて加えて更に多くのポイントを収集し、そしてモデルを高性能にすることができる。

図は、本発明の例示としての実施例の構成及び有用性を示し、これらの図では、同様の構成要素は共通の参照番号により示される。
或る実施例によるロボット手術システムを示す。 別の実施例によるロボット手術システムを示す。 図２のロボット手術システムの接写図を示す。 或る実施例によるガイドカテーテルを有する器具の斜視図を示す。 図４の器具の斜視図を示し、器具が或る実施例による鞘状器具に接続される様子を示している。 或る実施例による器具操作装置に使用される一連の器具の斜視図を示す。 Ａ〜Ｃは、ドレープを或る実施例による器具操作装置に使用する方法を示す。 Ａは、器具操作装置及び一連の器具が互いに接続される前の器具操作装置及び一連の器具を示し、Ｂは、器具操作装置及び一連の器具が互いに接続された後の、図８Ａの器具操作装置及び一連の器具を示す。 或る実施例による異なるドレープを示す。 或る実施例による異なるドレープを示す。 或る実施例による異なるドレープを示す。 或る実施例による異なるドレープを示す。 或る実施例によるスリーブを示す。 或る実施例による図１３のスリーブと嵌合する軸を示す。 別の実施例による器具操作装置に使用されるドレープを示す。 別の実施例による器具操作装置に使用されるカバーアセンブリを示す。 別の実施例による器具の斜視図を示す。 或る実施例による図１７の器具のカテーテル部材を示す。 或る実施例による図１８のカテーテル部材の断面図を示す。 別の実施例によるカテーテル部材の断面図を示す。 別の実施例によるカテーテル部材の断面図を示す。 別の実施例によるカテーテル部材の断面図を示す。 別の実施例によるカテーテル部材の断面図を示す。 別の実施例によるカテーテル部材の断面図を示す。 或る実施例によるスパインの斜視図を示す。 図２５のスパインの側面図を示す。 別の実施例による別のスパインを示す。 図２５のスパインの断面図を示す。 或る実施例による図２５のスパインの拡大図を示す。 別の実施例による図２５のスパインの拡大図を示し、応力が緩和される角度を示している。 別の実施例による別のスパインを示す。 別の実施例による別のスパインを示す。 或る実施例によるカテーテル部材の先端に使用されるアンカーリングの斜視図を示す。 図３３のアンカーリングの断面図を示す。 或る実施例による制御素子接続アセンブリを示す。 図３５の制御素子接続アセンブリの軸を示す。 或る実施例による操作係合ノブを示し、図３５Ａの軸に接続される操作係合ノブを示している。 或る実施例による図３５の制御素子接続アセンブリの制御素子プーリを示す。 図３７の制御素子プーリの側面図を示す。 或る実施例によるガイド器具ベースの上側部分を示す。 図３９の上側部分の上面図を示す。 図３９の上側部分の等角投影による底面図を示す。 図３９の上側部分の底面図を示す。 或る実施例によるガイド器具ベースの下側部分の斜視図を示す。 図４３の下側部分の上面図を示す。 図４３の下側部分の等角投影による底面図を示す。 図４３の下側部分の底面図を示す。 或る実施例による組み立て済み器具の近位部分を示す。 図４７の組み立て済み器具の近位部分の透過図を示す。 図４７の組み立て済み器具の近位部分の背面図を示す。 別の実施例による器具の前面図を示す。 図５０の器具の側面図を示す。 図５０の器具の上面図を示す。 図５０の器具の底面図を示す。 図５０の器具の上面図を示し、或る実施例によるガイド器具ベースの上面図を示している。 別の実施例によるガイド器具ベースの斜視図を示す。 別の実施例によるガイド器具ベースの斜視図を示す。 別の実施例によるガイド器具ベースの斜視図を示す。 図５７の器具の側面図を示す。 図５７の器具の斜視図を示し、下側部分を示している。 図５９の下側部分の拡大図を示す。 図５９の下側部分の別の図を示す。 図５９の下側部分の透過図を示す。 別の実施例による器具の斜視図を示している。 図６３の器具の下側部分の斜視図を示す。 或る実施例による鞘状器具に接続される２つの制御素子接続アセンブリを有する器具を示す。 図６５の器具の下側部分の斜視図を示す。 或る実施例による鞘状器具に接続される制御素子接続アセンブリを有する器具を示す。 図６７の器具の下側部分の斜視図を示す。 別の実施例による鞘状器具に接続される制御素子接続アセンブリを有する器具の斜視図を示す。 図６９の器具の下側部分の斜視図を示す。 別の実施例による鞘状器具に接続される制御素子接続アセンブリを有する器具の斜視図を示す。 図７１の器具の下側部分の斜視図を示す。 図７１の器具の斜視図を示し、下側部分の上に位置する上側部分を示している。 或る実施例による鞘状器具と一体化される器具を示す。 図７４の鞘状器具の斜視図を示す。 図７４の鞘状器具の端部から眺めたときの斜視図を示す。 図７４の鞘状器具の下側部分を下から眺めたときの斜視図を示す。 図７４の下側部分を上から眺めたときの斜視図を示す。 図７４の鞘状器具の上側部分の底面図を示す。 或る実施例による鞘状器具に使用されるカテーテル鞘を示す。 或る実施例による図８０のカテーテル鞘の断面図を示す。 別の実施例による別のカテーテル鞘の断面図を示す。 別の実施例による別のカテーテル鞘の断面図を示す。 別の実施例による別のカテーテル鞘の断面図を示す。 別の実施例による別のカテーテル鞘の断面図を示す。 或る実施例によるカテーテル鞘の内腔に挿入されるガイドカテーテルの断面図を示す。 別の実施例による該当するカテーテル鞘に挿入されるガイドカテーテルの断面図を示す。 別の実施例による該当するカテーテル鞘に挿入されるガイドカテーテルの断面図を示す。 別の実施例による該当するカテーテル鞘に挿入されるガイドカテーテルの断面図を示す。 別の実施例による該当するカテーテル鞘に挿入されるガイドカテーテルの断面図を示す。 別の実施例による該当するカテーテル鞘に挿入されるガイドカテーテルの断面図を示す。 或る実施例によるシール及び接続ポートに接続されるカテーテル鞘部材を示す。 図９２のカテーテル鞘部材の側面図を示す。 図９２のシールの端面図を示す。 或る実施例による器具操作装置を示す。 別の実施例による器具操作装置を示す。 或る実施例による先端曲げ操作可能なガイド器具、及び先端曲げ操作可能な鞘状器具と一体化される器具操作装置の斜視図を示す。 或る実施例による図９７の器具操作装置の構成部品を示す。 図９８の器具操作装置を示し、器具操作装置がロールモータを有する様子を示している。 或る実施例による器具操作装置の構成部品を示し、器具操作装置が４つのモータを有する様子を示している。 別の実施例による器具操作装置の構成部品の側面図を示す。 或る実施例による器具操作装置の構成部品を覆うカバープレートを示す。 図１０２の器具操作装置の構成部品を示す。 或る実施例によるオペレータ制御ステーションを示す。 或る実施例によるマスター入力装置を示す。 別の実施例によるマスター入力装置を示す。 種々の実施例によるカテーテルの運動を示す。 種々の実施例によるカテーテルの運動を示す。 種々の実施例によるカテーテルの運動を示す。 種々の実施例によるカテーテルの運動を示す。 Ａ〜Ｅは、種々の実施例によるカテーテルの異なる曲げ構造を示す。 或る実施例による制御系を示す。 Ａは或る実施例による電磁界受信機を有する位置特定兼検出システムを示し、Ｂは別の実施例による位置特定兼検出システムを示す。 或る実施例によるマスター入力装置のユーザインターフェースを示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 種々の実施例によるソフトウェア制御方式を示す。 或る実施例による順運動学及び逆運動学を示す。 或る実施例による作業座標、関節座標、及び操作座標を示す。 或る実施例によるカテーテルの構造に関連する変数を示す。 マスター入力装置を有するシステムのブロック図を示す。 或る実施例による触覚信号を生成する方法を示す。 或る実施例による、オペレータの手の運動をカテーテルの運動に変換する方法を示す。 或る実施例による図１０２のデバイスの動作を表わす図を示す。 図１３１の図に関連する一連の方程式を示す。 或る実施例によるガイド器具接続ソケットの動作に関連する方程式を示す。 或る実施例によるガイド器具接続ソケットの動作に関連する方程式を示す。 或る実施例によるガイド器具接続ソケットの動作に関連する方程式を示す。 或る実施例によるガイド器具接続ソケットの動作に関連する方程式を示す。 或る実施例による、心臓に使用されている位置特定装置を示す。 或る実施例による図１３７の心臓の断面図を示し、心臓が位置特定装置により撮影される様子を示している。 図１３７の位置特定装置を使用して生成される画像を示す。 或る実施例による、複数の画像スライスを取得するために使用されている超音波画像取得装置を示す。 図１４０のスライスから得られる空洞しきい値ポイントを示す。 或る実施例による、外周から超音波を発する超音波カテーテル器具を示す。 或る実施例による、図１４２のカテーテル器具の長手方向軸に沿って撮影される２つの図を示す。 位置データ及び向きデータを局所基準から所望の基準フレームに変換する数学手法を示す。 Ａ、Ｂは、或る実施例による、データスライスを組織空洞において取得するために使用されているカテーテルの２つの図を示す。 Ａ〜Ｄは、スライスデータを組織空洞内において取得するために使用されているカテーテルの異なる構造を示す。 或る実施例によるカテーテルの異なる曲げ構造を示す。 Ａ〜Ｃは、組織空洞の３次元モデルを生成する方法の異なる実施例を示す。 或る実施例による３次元組織構造モデルを取得する方法を示す。 別の実施例による３次元組織構造モデルを取得する方法を示す。 或る実施例による位置特定機能を有する器具を示す。 或る実施例による２つの振動デバイスを有する器具を示す。 或る実施例による組織検出機能を有する器具を示す。 或る実施例による、患者に対して使用されている図１５３の器具を示す。 或る実施例による図１５３の器具に関連する回路図を示す。 種々のＥＣＧ信号の例を示す。 或る実施例による、心内ＥＣＧ信号を体表面ＥＣＧ信号と比較する信号処理方法を示す。 Ａ〜Ｄは、或る実施例による、器具の遠位端を第１位置から第２位置に移動させる方法を示す。 Ａ〜Ｄは、別の実施例による、器具の遠位端を第１位置から第２位置に移動させる方法を示す。 Ａ〜Ｄは、別の実施例による、器具の遠位端を第１位置から第２位置に移動させる方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による、ロボット制御ガイドカテーテル器具及び鞘状器具を心房中隔アプローチ法に使用する方法を示す。 或る実施例による器具操作装置及びアブレーションエネルギー制御ユニットを有するシステムを示す。 或る実施例による図１７０の器具操作装置を示し、治療カテーテルがカテーテル鞘を通して挿入される様子を示している。 或る実施例による図１７０の器具操作装置を示し、ガイドカテーテルがカテーテル鞘を通して挿入され、そして治療カテーテルがカテーテル鞘を通して挿入される様子を示している。 Ａは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスが２つの双極電極を有する様子を示し、Ｂは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスが軸方向に離間する２つの双極電極を有する様子を示し、Ｃは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスが単極電極を有する様子を示し、Ｄは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスが側部に単極電極を有する様子を示す。 Ａは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスがエネルギー送信機を有する様子を示し、Ｂは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスがレーザ発振器を有する様子を示し、Ｃは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスがニードルを有する様子を示し、Ｄは或る実施例によるガイドカテーテルを通して挿入されるデバイスを示し、更にデバイスが組織損傷機構を有する様子を示す。

Claims (18)

1. ロボットガイドカテーテルシステムにおいて：
   マスター入力装置を含むコントローラと；
   前記コントローラと通信し、かつ前記マスター入力装置によって少なくとも部分的に生成される制御信号に応答する複数のガイド器具操作素子を含むガイド器具接続部（ｇｕｉｄｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有する器具操作装置（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｄｒｉｖｅｒ）と；
   ベース、遠位端、及び挿通用内腔を有する細長いガイド器具とを備え、前記ガイド器具のベースが前記ガイド器具接続部に操作可能に接続され、前記ガイド器具が、それぞれのガイド操作素子に操作可能に接続され前記ガイド器具の遠位端に固定される複数のガイド器具制御素子を備え、前記ガイド器具制御素子が前記ガイド器具に対して軸方向に移動できることにより、前記ガイド器具遠位端の動きを前記マスター入力装置の動きによって制御することができ、
   さらに、ベース、遠位端、及び内腔を有する細長い鞘状器具を備え、当該鞘状器具を通って、前記ガイド器具が同軸状に配置され、前記器具操作装置がさらに、前記鞘状器具のベースに操作可能に接続された鞘状器具接続部を備え、
   前記器具操作装置が、前記ガイド器具接続部が前記鞘状器具接続部に対して移動できるように構成され、前記ガイド器具が、前記鞘状器具に対して軸方向に移動できることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
2. 請求項１に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記鞘状器具接続部が、前記マスター入力装置によって少なくとも部分的に生成される制御信号に応答する鞘状器具操作素子を備え、前記鞘状器具が、鞘状器具操作素子に操作可能に接続され前記鞘状器具の遠位端に固定された鞘状器具制御素子を備え、当該鞘状器具制御素子が前記鞘状器具に対して軸方向に移動することにより、前記鞘状器具遠位端の動きを、前記マスター入力装置の動きによって制御できることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
3. 請求項１又は２に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記ガイド器具の外側表面及び前記鞘状器具内腔を画定する表面が係合するように構成され、前記鞘状器具に対する前記ガイド器具の回転運動を制限することを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記コントローラ及び器具操作装置が、前記ガイド器具操作素子及び対応するガイド器具制御素子を個々に制御するように構成され、前記ガイド器具遠位端を所望通りに曲げることができることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
5. 請求項４に記載のロボットガイドカテーテルシステムおいて、前記コントローラが、それぞれのガイド器具制御素子に加えられる張力を、前記ガイド器具に対する前記ガイド器具制御素子の所望の曲がりと直線運動との間の運動学的関係に基づいて決定することを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボットガイドカテーテルシステムがさらに、前記ガイド器具の挿通用内腔の中に配置され、かつ当該ガイド器具に対して軸方向に移動可能な操作器具を備えることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
7. 請求項６に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記操作器具がアブレーションカテーテルであることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
8. 請求項６に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記操作器具がガイドワイヤであることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
9. 請求項６に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記操作器具が、拡張器及びニードルの内の一方又は両方を備えることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
10. 請求項４乃至９のいずれか一項に記載のロボットガイドカテーテルシステムがさらに、撮影システム及びディスプレイを備え、当該撮影システム及びディスプレイの各々が、前記コントローラに動作可能に接続されることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
11. 請求項１０に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記撮影システムが、遠位部に手術用撮像装置（ｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を備える細長い撮影器具を備え、前記撮影器具が、体内経路又は体腔に留置されるように構成され、前記手術用撮像装置が、前記体内経路又は前記体腔の画像を取得するように構成され、前記撮影システムが、前記取得画像を前記ディスプレイに表示するように構成されることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
12. 請求項１０又は１１に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記コントローラが、前記ガイド器具制御素子の一つに加えられる張力を、前記取得画像のデータに基づいて決定するように構成されていることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記撮影システムが、超音波撮像システム、光撮像システム、透視撮影システム、コンピュータ断層撮影システム、又はＭＲ撮像システムを含むことを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
14. 請求項４乃至１３のいずれか一項に記載のロボットガイドカテーテルシステムがさらに、前記コントローラに動作可能に接続された位置特定システムを備え、当該位置特定システムが、前記ガイド器具の位置情報を取得するように構成されることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
15. 請求項１４に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記コントローラが、それぞれのガイド器具制御素子に加えられる張力を、前記位置特定システムからの位置データに基づいて決定することを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
16. 請求項１４又は１５に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記位置特定システムが、超音波方式位置特定システム（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）又は電磁波パルス発生位置特定システム（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）であることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
17. 請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のロボットガイドカテーテルシステムがさらに、前記ガイド器具の遠位端に取り付けられた手術用接触検出装置（ｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｅｎｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を備えることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。
18. 請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のロボットガイドカテーテルシステムにおいて、前記器具操作装置が、前記ガイド器具の前記ガイド操作素子の一つを挿通可能とするスロットを有する筐体を備え、前記ガイド操作素子の一つが前記スロット内で平行移動可能であり、それにより、前記ガイド器具が前記器具操作装置に対して相対的に平行移動可能となっていることを特徴とするロボットガイドカテーテルシステム。

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