特表 2022-518768 可撓性マルチコイル追跡センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-16

(54)【発明の名称】可撓性マルチコイル追跡センサ

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/20 20160101AFI20220309BHJP

【ＦＩ】

A61B34/20

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021542436

(86)(22)【出願日】2020-01-14

(85)【翻訳文提出日】2021-08-05

(86)【国際出願番号】 IB2020050255

(87)【国際公開番号】W WO2020152543

(87)【国際公開日】2020-07-30

(31)【優先権主張番号】62/797,118

(32)【優先日】2019-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/797,091

(32)【優先日】2019-01-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/729,313

(32)【優先日】2019-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】511099630

【氏名又は名称】バイオセンス・ウエブスター・（イスラエル）・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ （Ｉｓｒａｅｌ）， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100088605

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 公延

(74)【代理人】

【識別番号】100130384

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 孝文

(72)【発明者】

【氏名】ラケーリ・ノーム

(72)【発明者】

【氏名】アミット・マティットヤフ

(72)【発明者】

【氏名】ドゥルガー・オレグ

(72)【発明者】

【氏名】バスタン・イタマル

(72)【発明者】

【氏名】ピンスキー・ヨアフ

(72)【発明者】

【氏名】ホッド・ウリエル

(72)【発明者】

【氏名】ウォルフソン・ヘレン

(57)【要約】

装置は、それぞれの接着材料片を介して被験者の身体に接着するように構成されている複数の基板と、基板にそれぞれ結合された複数のコイルと、を含む。他の実施形態も、記述されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
基板であって、
それぞれの接着材料片を介して被験者の身体に接着するように構成されている、複数の幅広部分と、
１つ又は２つ以上の可撓性の幅狭部分であって、これらの各々が、
前記幅広部分のうちの連続する幅広部分のそれぞれの対を互いに接続し、
前記対のうちのいずれか１つの移動に応答して屈曲するように構成されている、幅狭部分と、を含む、基板と、
前記幅広部分にそれぞれ結合されている、複数のコイルと、を含む、装置。

【請求項2】

前記接着材料片を更に含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記基板が、ポリイミドを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記幅広部分が、２つの幅広部分からなる、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記幅広部分が、３つの幅広部分を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記基板に加えられるいかなる力も存在しない場合、前記コイルが、非共線的である、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記幅狭部分の各々が、Ｕ字形状である、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記コイルが、平面状である、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記コイルが、前記基板を被覆するそれぞれのトレースを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項10】

装置であって、
それぞれの接着材料片を介して被験者の身体に接着するように構成されている、複数の基板と、
前記基板にそれぞれ結合されている、複数のコイルと、を含む、装置。

【請求項11】

前記接着材料片を更に含む、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記基板が、２つの基板からなる、請求項１０に記載の装置。

【請求項13】

前記基板が、３つの基板を含む、請求項１０に記載の装置。

【請求項14】

前記コイルが、平面状である、請求項１０に記載の装置。

【請求項15】

１つ又は２つ以上の可撓性コネクタを更に含み、これらの各々が、
前記基板のうちの連続する基板のそれぞれの対を互いに接続し、
前記対のうちのいずれか１つの移動に応答して屈曲するように構成されている、請求項１０に記載の装置。

【請求項16】

前記基板のうちのいずれの１つにも力が加えられていないときに、前記コイルが、非共線的である、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

前記コネクタが、それぞれのばねを含む、請求項１５に記載の装置。

【請求項18】

前記コネクタが、それぞれの弾性のストリップを含む、請求項１５に記載の装置。

【請求項19】

被験者の身体の一部分における手術を容易にするための方法であって、
前記被験者の前記身体の前記一部分に結合された複数のコイルにおいて、磁場によって誘起されるそれぞれの信号を受信することと、
初期時間において、前記信号に基づいて、互いに対する前記コイルの初期相対的ポーズを計算することと、
前記初期時間に続いて、反復的に、
前記信号に基づいて、前記コイルが前記初期相対的ポーズにあることを確認することと、
前記コイルが前記初期相対的ポーズにあることを確認することに応答して、
前記身体の前記一部分のポーズを計算することと、
計算された前記ポーズに応答して、前記手術を容易にするためのアクションを実行することと、を行うことと、
後続の時間において、前記信号に基づいて、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを確認することと、
前記後続の時間において、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを確認することに応答して、前記手術を停止することと、を含む、方法。

【請求項20】

前記手術が、ツールを使用してロボットによって実行され、
前記アクションを実行することが、前記ツールを移動させるように前記ロボットに命令を通信することを含み、
前記手術を停止することが、前記手術を実行することを停止するように前記ロボットに命令することによって、前記手術を停止することを含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを確認することに応答して、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを示す警告を生成することを更に含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記手術が、ツールを使用して実行され、前記アクションを実行することが、前記被験者の前記身体の前記一部分のスキャン上に、前記ツールを表すアイコンを重ね合わせることを含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項23】

前記手術を停止することは、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを示す警告を生成することによって、前記手術を停止することを含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、（ｉ）その開示が参照により本明細書に組み込まれる、２０１９年１月２５日出願の「Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒａｍｅｓ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ」と題する、米国仮出願第６２／７９７，０９１号、及び（ｉｉ）その開示が参照により本明細書に組み込まれる、２０１９年１月２５日出願の「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍｕｌｔｉ－ｃｏｉｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ」と題する、米国仮出願第６２／７９７，１１８号の利益を主張する。

【0002】

（発明の分野）
本発明は、耳鼻咽喉外科処置などの医療処置のための追跡システムに関する。

【背景技術】

【0003】

米国特許出願公開第２０１０／０２７４１２４号では、非侵襲性動的基準フレーム及び／又は基準マーカ、センサ先端を有する器具と、絶縁装置回路と、を含み得る、患者の領域をナビゲートする外科用ナビゲーションシステムが記載されている。また、動的基準フレームの位置を判定する方法も提供される。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明のいくつかの実施形態によれば、基板を含む装置が提供される。基板は、それぞれの接着材料片を介して被験者の身体に接着するように構成されている複数の幅広部分と、１つ又は２つ以上の可撓性の幅狭部分と、を含む。可撓性の幅狭部分の各々は、幅広部分のうちの連続する幅広部分のそれぞれの対を互いに接続し、対のうちのいずれか１つの移動に応答して屈曲するように構成されている。装置は、幅広部分にそれぞれ結合された複数のコイルを更に含む。

【0005】

いくつかの実施形態では、装置は、接着材料片を更に含む。

【0006】

いくつかの実施形態では、基板は、ポリイミドを含む。

【0007】

いくつかの実施形態では、幅広部分は、２つの幅広部分からなる。

【0008】

いくつかの実施形態では、幅広部分は、３つの幅広部分を含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、基板に加えられるいかなる力も存在しない場合、コイルは、非共線的である。

【0010】

いくつかの実施形態では、幅狭部分の各々は、Ｕ字形状である。

【0011】

いくつかの実施形態では、コイルは、平面状である。

【0012】

いくつかの実施形態では、コイルは、基板を被覆するそれぞれのトレースを含む。

【0013】

本発明のいくつかの実施形態によれば、それぞれの接着材料片を介して被験者の身体に接着するように構成されている複数の基板と、基板にそれぞれ結合された複数のコイルと、を含む装置が更に提供される。

【0014】

いくつかの実施形態では、装置は、接着材料片を更に含む。

【0015】

いくつかの実施形態では、基板は、２つの基板からなる。

【0016】

いくつかの実施形態では、基板は、３つの基板を含む。

【0017】

いくつかの実施形態では、コイルは、平面状である。

【0018】

いくつかの実施形態では、装置は、１つ又は２つ以上の可撓性コネクタであって、各々が、
基板のうちの連続する基板のそれぞれの対を互いに接続し、
対のうちのいずれか１つの移動に応答して屈曲するように構成されている、可撓性コネクタを更に含む。

【0019】

いくつかの実施形態では、基板のうちのいずれか１つに力が加えられていないときに、コイルは非共線的である。

【0020】

いくつかの実施形態では、コネクタは、それぞれのばねを含む。

【0021】

いくつかの実施形態では、コネクタは、それぞれの弾性ストリップを含む。

【0022】

本発明のいくつかの実施形態によれば、被験者の身体の一部分の手術を容易にするための方法が更に提供される。本方法は、被験者の身体の一部分に結合された複数のコイルにおいて、磁場によって誘起されるそれぞれの信号を受信することを含む。本方法は、初期時間において、信号に基づいて、互いに対するコイルの初期相対的ポーズを計算することを更に含む。本方法は、初期時間に続いて、反復的に、信号に基づいて、コイルが初期相対的ポーズにあることを確認することと、コイルが初期相対的ポーズにあることを確認することに応答して、身体の一部分のポーズを計算することと、計算されたポーズに応答して、手術を容易にするアクションを実行することと、行うことを更に含む。本方法は、後続の時間において、信号に基づいて、コイルが初期相対的ポーズにないことを確認することと、後続の時間において、コイルが初期相対的ポーズにないことを確認することに応答して、手術を停止することと、を更に含む。

【0023】

いくつかの実施形態では、
手術は、ツールを使用してロボットによって実行され、
アクションを実行することは、ツールを移動させるようにロボットに命令を通信することを含み、
手術を停止することは、手術の実行を停止するようにロボットに命令することによって手術を停止することを含む。

【0024】

いくつかの実施形態では、本方法は、コイルが初期相対的ポーズにないことを確認することに応答して、コイルが初期相対的ポーズにないことを示す警告を生成することを更に含む。

【0025】

いくつかの実施形態では、手術はツールを使用して実行され、アクションを実行することは、被験者の身体の一部分のスキャン上に、ツールを表すアイコンを重ね合わせることを含む。

【0026】

いくつかの実施形態では、手術を停止することは、コイルが初期相対的ポーズにないことを示す警告を生成することによって手術を停止することを含む。

【0027】

本発明は、以下の「発明を実施するための形態」を図面と併せて考慮することで、より完全に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明のいくつかの実施形態による、被験者に対してロボット手術を実行するためのシステムの概略図である。

【図2A】本発明のいくつかの実施形態による、センサの第１の面の概略図である。

【図2B】本発明のいくつかの実施形態による、センサの第２の面の概略図である。

【図3】本発明のいくつかの実施形態による、センサの概略図である。

【図4】本発明のいくつかの実施形態による、ロボット手術を容易にするための例示のアルゴリズムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

用語集
特許請求の範囲を含む本出願の文脈において、物体の「ポーズ」は、物体の位置、及び物体の配向の組み合わせを指す。よって、例えば、３次元設定では、物体のポーズは、物体の位置を記述する位置ベクトル（ｘ、ｙ、ｚ）と、物体の配向を記述する配向ベクトル（ｘ’、ｙ’、ｚ’）と、を合わせたものによって記述され得る。（典型的には、配向ベクトルは、単位長さとなるように正規化される。）

【0030】

概論
いくつかの外科的処置は、処置中に、被験者、及び／又は少なくとも１つの外科用ツールのポーズを追跡するために電磁追跡システムを利用する。このような追跡システムは、追跡センサとして機能する１つ又は２つ以上の検知コイルと共に、異なるそれぞれの位置に位置する複数の生成コイルを含み得る。生成コイルは、異なるそれぞれの周波数で磁場を生成する。検知コイルがこの複合磁場の存在下で移動すると、検知コイル内に誘起される電圧は、それぞれのポーズの関数として変化する。したがって、これらの誘起電圧に基づいて、プロセッサは、検知コイルのそれぞれのポーズ、したがって被験者又はツールのポーズを確認し得る。

【0031】

例えば、耳鼻咽喉科手術処置の場合、複数のコイルを含む追跡センサは、被験者の額に結合され得る。処置の前に、被験者の頭蓋骨に対する追跡センサのポーズが記録され得る。続いて、処置中に、追跡センサ内に誘起された電圧に基づいて、追跡センサのポーズが追跡され得る。追跡センサのポーズに基づいて、プロセッサは、センサが頭蓋骨に対して移動しないという条件で、被験者の頭蓋骨のポーズを追跡し得る。

【0032】

前述の追跡センサの１つの可能な実施形態は、異なるそれぞれの軸に沿って配向された３つのバレルコイルの剛性ユニットを含む、３軸センサ（triple-axis sensor、ＴＡＳ）である。しかしながら、このような実施形態の不利点は、被験者の皮膚のシフトが、３つ全てのコイルをタンデムで移動させてしまう場合があることである。このような移動が生じた場合、プロセッサは、頭蓋骨のポーズを不正確に算出する場合がある。

【0033】

したがって、ＴＡＳの代わりに、本発明の実施形態は、センサの可撓性によって互いに対して可変的に配置される単軸センサ（single-axis sensor、ＳＡＳ）と称され得る３つのコイルを含む可撓性のマルチコイル追跡センサを提供する。処置の前に、センサは、被験者の額に結合され、互いに対するコイルのそれぞれのポーズが記録される。続いて、処置中に、プロセッサは、コイルの相対的ポーズを監視する。相対的ポーズのうちのいずれか１つが変化する場合（すなわち、別のコイルに対する１つのコイルの位置及び／又は配向が変化する場合）、プロセッサは、被験者の皮膚の可能なシフトを示す警告を生成する。警告に応答して、操作医は、シフトを逆転させ得る。

【0034】

いくつかの実施形態では、追跡センサは、２つの可撓性の幅狭部分によって互いに接続された３つの幅広部分を含む可撓性ポリイミド基板などの可撓性の電気絶縁性基板を含む。コイルは、それぞれ幅広部分を被覆するそれぞれのトレースから形成される。（トレースは、例えば、エッチング又はスパッタリング手順によって形成され得る。）幅広部分は、好適な接着剤（例えば、両面医療テープ）を使用して被験者の額に結合されているが、幅狭部分は結合されていない。したがって、被験者の皮膚がシフトすると、コイルの相対的ポーズが変化し得るように、幅狭部分の形状は変化し得る。

【0035】

他の実施形態では、センサは、３つの電気絶縁性基板を含み、それぞれのコイルは基板の各々に結合されている。いくつかのこのような実施形態では、基板は、弾性バンド若しくはストリップによって、又はばねによって互いに接続される。

【0036】

耳鼻咽喉処置に加えて、本明細書に記載されるセンサは、脊椎処置、胸部処置、又は任意の他の好適な種類の処置に使用され得る。これらの他の処置では、センサは、被験者の背中若しくは胸部、又は被験者の身体の任意の他の好適な部分に結合され得る。

【0037】

システムの説明
はじめに図１を参照するが、図１は、本発明のいくつかの実施形態による、被験者２２に対するロボット手術を実行するためのシステム２０の概略図である。

【0038】

システム２０は、アーム２６及びコントローラ４４を含む、外科用ロボット２４を含む。コントローラ４４は、典型的には、制御（control、ＣＴＲＬ）インターフェース４６を介して１つ又は２つ以上のモータ４８を動作させることによって、アーム２６を制御するように構成されている。アーム２６は、吸引ツール又は内視鏡などのツール２８を保持するように構成されている。したがって、アーム２６を移動させることによって、コントローラ４４は、被験者２２の身体内で任意の好適なポーズにツール２８を位置付け得る。例えば、コントローラ４４は、内視鏡が腔の画像を取得し得るように、患者の鼻腔内に内視鏡の遠位端を位置付け得る。

【0039】

システム２０は、典型的にコンソール３６に位置するプロセッサ４０を更に含む。コントローラ４４は、プロセッサ４０から受信した命令に応答してアーム２６を操作する。

【0040】

コンソール３６からロボット２４に延びるケーブル５４は、ロボットに電力を搬送する電気配線を含む。コントローラ４４は、任意の好適な回路及び／又は他のハードウェアを含み得る通信（communication、ＣＯＭＭ）インターフェース５０を介して、プロセッサ４０との通信を交換する。いくつかの実施形態では、通信インターフェース５０は有線通信インターフェースであり、このような実施形態では、ケーブル５４は、コントローラとプロセッサとの間に通信信号を搬送する配線を含み得る。他の実施形態では、通信インターフェースは、無線通信インターフェースである。

【0041】

ケーブル５４は、第１の電気的インターフェース３８（例えば、ポート又はソケットを含む）を介してコンソール３６に接続され、第２の電気的インターフェースを介してロボット２４に接続される。いくつかの実施形態では、ケーブル５４のコンソールに面する端部は、本明細書に記載される様々な他のケーブルのそれぞれの端部と共に、中心ケーブル５６に束ねられる。

【0042】

システム２０は、電磁追跡システム６２を更に含む。追跡システム６２は、被験者の頭部（例えば、被験者の額）に、又は被験者の身体の任意の他の好適な部分に結合された被験者追跡センサ３０を含む。センサ３０は、電気インターフェース３８に接続された少なくとも１つのケーブル５２を介してコンソール３６に接続された複数のコイル３４を含む。図２Ａ～２Ｂ及び図３を参照して以下で更に説明するように、コイル３４は、被験者の皮膚のシフトがコイルのうちのいずれか１つが他のコイルに対してそのポーズが変化させる可能性があるように、被験者に結合されている。

【0043】

追跡システム６２は、複数（例えば、１０～２０個）の生成コイル３２を更に含み、これらは、例えば、被験者の頭部のすぐ下、及び／又はその近くに位置付けられた発射パッド６４内で、被験者２２の付近の異なるそれぞれの位置に配置される。（図示を容易にするために、１つの固定コイル３２のみが図１に示されている。）手術中、発生コイルが異なる周波数で磁場を発生させるように、異なるそれぞれの周波数で生成コイル３２（又は生成コイルのサブセット）を交流電流が流れる。磁場は、コイル３４内に信号６６を誘起する。ケーブル５２によってコンソール３６に搬送される信号６６は、電気インターフェース３８を介してプロセッサによって受信される。

【0044】

追跡システム６２は、ツール２８及び／又はアーム２６に結合された１つ又は２つ以上のコイルを含む、少なくとも１つのツール追跡センサ（図示せず）を更に含む。ツール追跡センサはまた、生成された磁場に応じて１つ又は２つ以上の信号を出力する。これらの信号に基づき、プロセッサは、ツールのポーズを計算する。

【0045】

図４を参照して以下で更に説明するように、信号６６に基づいて、プロセッサ４０は、互いに対するコイルの相対的ポーズを演算する。相対的ポーズがそれらの初期値から変化していない場合、プロセッサは、信号６６に基づいて、被験者の頭部のポーズを計算する。被験者の頭部のポーズ及びツールのポーズに基づいて、プロセッサは、被験者の頭部に対するツールの所望のポーズを達成するようにロボット２４を制御する。一方、相対的ポーズが変化した場合、プロセッサは手術を停止するが、これは、相対的ポーズの変化が、被験者の頭部のポーズを正確に計算することができないことを示すためである。

【0046】

代替的な実施形態では、コイル３４、及びツール追跡センサに属するコイルは、コイル３２内に信号を誘起する生成コイルとして機能する。これらの誘起信号に基づいて、プロセッサは、被験者の頭部のポーズ及びツールのポーズを計算する。

【0047】

プロセッサ４０及び電気インターフェース３８に加えて、コンソール３６は、典型的には、ロボット２４と通信するための有線又は無線通信（ＣＯＭＭ）インターフェース７０を含む。典型的には、コンソールは、被験者の頭部のコンピュータ断層撮影（computerized tomography、ＣＴ）スキャンなどの術前容積スキャン６８を表示するように構成されているモニタ４２を更に含む。モニタ４２を使用して、医師は、処置中にツール２８の移動を視覚的に追跡し、かつ／又は、例えば、術前スキャン６８の上に重ね合わされたアイコンを描画若しくは移動することによって、ツールの標的ポーズを指定し得る。

【0048】

図１に示される特定の外科用途にかかわらず、センサ３０は、任意の好適なロボット又は手動外科用途に使用され得ることに留意されたい。

【0049】

概して、プロセッサ４０は、単一のプロセッサとして、又は協働的にネットワーク化若しくはクラスタ化されたプロセッサのセットとして具現化され得る。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるプロセッサ４０の機能は、例えば、１つ又は２つ以上の特定用途向け集積回路（Application-Specific Integrated Circuits、ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field-Programmable Gate Array、ＦＰＧＡ）を使用して、ハードウェア内にのみ実装される。他の実施形態では、プロセッサ４０の機能は、少なくとも部分的にソフトウェア内に実装される。例えば、いくつかの実施形態では、プロセッサ４０は、少なくとも中央演算処理装置（central processing unit、ＣＰＵ）及びランダムアクセスメモリ（random access memory、ＲＡＭ）を含むプログラム済みデジタルコンピューティングデバイスとして具現化される。ソフトウェアプログラムを含むプログラムコード、及び／又はデータは、ＣＰＵによる実行及び処理のためにＲＡＭに読み込まれる。プログラムコード及び／又はデータは、例えば、ネットワークを介して、電子形態でプロセッサにダウンロード可能である。代替的に又は追加的に、プログラムコード及び／又はデータは、磁気、光学、又は電子メモリなどの非一時的有形媒体上に提供及び／又は記憶され得る。このようなプログラムコード及び／又はデータは、プロセッサに提供されると、本明細書に記載されているタスクを行うように構成された機械又は専用コンピュータを生じる。

【0050】

ここで図２Ａを参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、センサ３０の第１の面の概略図である。追加的に図２Ｂを参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、第１の面とは反対側のセンサ３０の第２の面の概略図である。

【0051】

センサ３０は、複数（例えば、２つ又は３つ）の幅広部分７２と、１つ又は２つ以上の可撓性の幅狭部分７４と、を含む、基板５８を含み、幅狭部分７４の各々は、連続する幅広部分７２のそれぞれの対を互いに接続する。例えば、図２Ａ～２Ｂのように、３つの幅広部分を含む実施形態の場合、基板５８は、２つの幅狭部分７４を含み、一方は、左側及び中央の幅広部分を互いに接続し、他方は、中央及び右側の幅広部分を互いに接続する。

【0052】

コイル３４は、基板の第１の面５８ａ上で幅広部分にそれぞれ結合される。典型的には、図２Ａのように、コイルは、平面状である。他の実施形態では、コイルのうちの少なくとも１つは、バレルコイルである。

【0053】

典型的には、３つ又は４つ以上のコイルを含む実施形態の場合、コイルは、基板５８基板に加えられるいかなる力も存在しない場合、コイルは、非共線的である。換言すれば、基板がそのデフォルトの静止状態にあるとき、少なくとも１つのコイルの中心は、少なくとも２つの他のコイルのそれぞれの中心を互いにつなぐ（仮定的な）線７８上にない。この特性は、コイルのそれぞれのポーズから被験者の頭部のポーズを計算することを容易にし得る。

【0054】

いくつかの実施形態では、基板５８は、ポリイミド、又はトレースが形成され得る任意の他の電気絶縁材料を含む。このような実施形態では、コイル３４は、基板を被覆するそれぞれのトレース７６を含み得る。各トレース７６は、ケーブル５２を通過するワイヤに接続する端子８０を含む（図１）。典型的には、基板５８を通過するビアは、トレース７６の他方の端子を基板の第２の面５８ｂ上の別のトレース８２に接続する。トレース８２は、ケーブル５２を通過する別のワイヤに接続する。

【0055】

いくつかの実施形態では、センサ３０は、幅広部分を被験者の身体に接着するように構成されている、複数の接着材料片８４を更に含む。（典型的には、片８４は、第２の面５８ｂに接着する。）他の実施形態では、接着材料片は、センサ３０とは別個に提供される。このような実施形態では、手術前に、接着材料片は、幅広部分に貼り付けられ、次いで、幅広部分が、接着材料片を介して被験者の皮膚に接着される。手術に続いて、接着材料片がセンサから除去され、次いで、センサは、別の外科的処置のために再使用され得る。

【0056】

有利には、各幅狭部分７４は、幅狭部分が接続される２つの幅広部分のうちのいずれか１つの移動に応答して、屈曲するように構成されている。この屈曲の結果として、コイルの相対的ポーズが変化し得る。

【0057】

例えば、図２Ａは、例えば、センサが被験者に結合されている間の被験者の皮膚のシフトによる、基板の右側の幅広部分の仮定的な右方向の移動を、点線輪郭線８８によって示す。この移動に応答して、右側の幅広部分を中央の幅広部分に接続する幅狭部分は、右側のコイルと中央のコイルとの間の距離が増加するように屈曲する。

【0058】

一般に、幅狭部分７４は、本明細書に記載される屈曲を容易にするのに好適な任意の形状を有し得る。例えば、図２Ａ～２Ｂに示されるように、幅狭部分の各々が、Ｕ字形状であってもよい。代替的に、幅狭部分のうちの少なくとも１つは、正弦波形状又は円弧形状であってもよい。いくつかの実施形態では、幅狭部分の幅Ｗ１は、３０、２０、１０、又は５ｍｍ未満である。代替的又は追加的に、幅広部分の幅は、Ｗ１よりも大きい（例えば、少なくとも１０％、２０％、又は３０％大きい）場合がある。

【0059】

典型的には、基板５８の第１の面の少なくとも一部は、コイル３４が視界から隠されるように（例えば、プラスチックカバーによって）被覆される。代替的又は追加的に、基板５８の第２の面は、トレース８２が視界から隠されるように（接着剤によって提供されるカバーに加えて）被覆され得る。例えば、トレース８２は、発泡体の層及び／又は任意の他の電気絶縁性材料によって被覆され得る。

【0060】

ここで図３を参照すると、この図は、本発明の他の実施形態による、センサ３０の概略図である。（図３は、センサの第１及び第２の面の両方を示す。）

【0061】

いくつかの実施形態では、単一の基板の代わりに、センサ３０は、複数（例えば、２つ又は３つ）の基板９０を含み、それぞれのコイル３４は、各基板９０に結合されている。（典型的には、３つ又は４つ以上のコイルを含む実施形態の場合、コイルは非共線的である。）基板と一緒に又は別個に提供され得る複数の接着材料片８４は、基板を被験者の身体に接着する。図２Ａ～２Ｂのように、コイル３４及び／又はトレース８２が視界から隠されるように、センサ３０の第１の面及び／又は第２の面は被覆され得る。

【0062】

いくつかの実施形態において、基板９０は、互いに接続されない。他の実施形態では、センサ３０は、ばね又は弾性ストリップ若しくはバンドなどの１つ又は２つ以上の可撓性コネクタ９２を含み、これらの各々は、連続する基板のそれぞれの対を互いに接続する。コネクタ９２は、幅狭部分７４に類似して機能し（図２Ａ～２Ｂ）、各コネクタは、コネクタが接続されている基板のうちのいずれか１つの移動に応答して、屈曲するように構成されている。例えば、図３は、接続コネクタの可撓性により、中央のコイルに対する右側のコイルのポーズの変化を引き起こす右側の基板の仮定的な時計回りの回転を点線輪郭線９４によって示す。

【0063】

基板９０を互いに接続すること、又は図２Ａ～２Ｂのように単一の基板上にコイルを配置することの利点は、センサ３０の取り扱いがより容易であるということであることに留意されたい。

【0064】

ここで図４を参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態によりロボット手術を容易にするための例示のアルゴリズム９６の概略図である。アルゴリズム９６は、プロセッサ４０（図１）によって実行される。

【0065】

アルゴリズム９６は、プロセッサが追跡システムを術前スキャン６８に位置合わせする、位置合わせステップ９８で開始する（図１）。例えば、追跡システムを被験者の頭部のスキャンに位置合わせするために、医師は、ロッドの遠位先端に配置されたコイルを被験者の顔面にわたって移動させ得る。コイルが顔面にわたって移動すると、プロセッサは、反復的に、コイルの位置を計算し得、したがって、追跡システムの座標系内のポイントクラウドを取得する。続いて、プロセッサは、被験者の顔面を表すスキャンの面にポイントクラウドを最良にマッピングする変換を見つけるために、反復閉鎖点（Iterative Closest Point、ＩＣＰ）アルゴリズムなどの任意の好適なアルゴリズムを使用し得る。

【0066】

続いて、図１を参照して上述したように、プロセッサは、ツール追跡センサ内に誘起される信号と共にコイル３４内に誘起される信号６６を連続的に受信する。これらの信号に基づいて、プロセッサは、以下に記載されるステップを実行する。

【0067】

具体的には、初期時間において、プロセッサは、初期ポーズ計算ステップ１００において、互いに対するコイルの初期相対的ポーズを計算する。換言すれば、信号６６に基づいて、プロセッサは、コイルのそれぞれのポーズを計算し、次いで、それぞれのポーズから初期相対的ポーズを導出する。例えば、１つのコイルのポーズ（又は「絶対ポーズ」）が｛（ｘ，ｙ，ｚ），（ｘ’，ｙ’，ｚ’）｝であり、ここで、（ｘ，ｙ，ｚ）はコイルの位置であり、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）はコイルの配向であり、別のコイルのポーズが｛（ａ，ｂ，ｃ），（ａ’，ｂ’，ｃ’）｝である場合、プロセッサは、｛（（ｘ－ａ），（ｙ－ｂ），（ｚ－ｃ）），（（ｘ’－ａ’），（ｙ’－ｂ’），（ｚ’－ｃ’））｝として、第２のコイルに対する第１のコイルの相対的ポーズを計算し得る。

【0068】

次に、標的ポーズ受信ステップ１０２において、プロセッサは、医師からツールの標的ポーズを受信する。例えば、図１を参照して上述したように、プロセッサは、術前スキャン上に重ね合わされたアイコンの位置を受信し得る。位置合わせステップ９８で実行された位置合わせに基づいて、プロセッサは、この位置を追跡システムの座標系に変換する。

【0069】

（位置合わせステップ９８、初期ポーズ計算ステップ１００、及び標的ポーズ受信ステップ１０２は、代替的に任意の他の順序で実行され得ることに留意されたい。）

【0070】

初期時間に続いて、プロセッサは、反復的に、コイルが初期相対的ポーズにあることを確認し、それに応答してロボット２４を制御する（図１）。

【0071】

より具体的には、プロセッサは、コイルポーズ計算ステップ１０４において、コイルの絶対的及び相対的ポーズを最初に計算する。換言すれば、初期ポーズ計算ステップ１００に関して上述したように、プロセッサは、信号６６からコイルの絶対的ポーズを計算し、次いで絶対的ポーズから相対的ポーズを計算する。

【0072】

次に、検査ステップ１０６において、プロセッサは、コイルが互いに対して初期相対的ポーズにあるかどうかを検査する。はいの場合、プロセッサは、頭部ポーズ計算ステップ１０８において、位置合わせステップ９８基板で得られた位置合わせに基づいて、コイルの絶対的ポーズから頭部のポーズを計算する。追加的に、頭部ポーズ計算ステップ１０８の後又は前に、プロセッサは、ツールポーズ計算ステップ１１０において、ツール追跡センサからの信号に基づいてツールのポーズを計算する。

【0073】

次に、頭部のポーズ及びツールのポーズに基づいて、プロセッサは手術を容易にするためのアクションを実行する。例えば、いくつかの実施形態では、命令通信ステップ１１２において、プロセッサは、ツールを移動させる命令をロボットに通信する。具体的には、プロセッサは、ヘッドの現在のポーズ及びツールのポーズに基づいて、ツールのポーズにおける小さな標的変化を計算する。次いで、プロセッサは、標的変化をロボットに通信し、ロボットは、それに応答して、標的変化によってツールを移動させる。このようにして、ツールを標的ポーズに向かって漸増的に移動させる。

【0074】

（典型的には、標的変化は、ロボットの座標系に対して指定されなければならず、プロセッサは追跡システムをロボットの座標系に位置合わせしなければならないようにする。これは、例えば、ＩＣＰアルゴリズムを使用して、又はその開示が参照により本明細書に組み込まれる米国出願第１６／２１１，５９４号に記載されている代替技術を使用して行われ得る。）
代替的に又は追加的に、頭部の現在のポーズ及びツールのポーズに基づいて、プロセッサは、ツールを表すアイコンを、術前スキャン６８上に重ね合わせて、ヘッドのポーズに対するツールのポーズを示すようにし得る。したがって、医師は手術の進行を追跡し、手動で実行される手術の場合、ツールを標的ポーズに向けてナビゲートし得る。

【0075】

代替的に又は追加的に、頭部の現在のポーズ及びツールのポーズに基づいて、プロセッサは、ツールが被験者の内部組織の特定の閾値距離内にある場合に警告を生成し得る。

【0076】

一方、プロセッサが検査ステップ１０６において、コイルが初期相対的ポーズにないことを確認する場合、プロセッサは、ロボットが手術を継続することを許可しない。むしろ、コイルが初期の相対的ポーズにないことを確認することに応答して、プロセッサは、手術停止ステップ１１４において、手術を実行することを停止するようにロボットに指示する。典型的には、手術停止ステップ１１４において、プロセッサはまた、コイルが初期の相対的ポーズにないことを示す警告を生成する。

【0077】

同様に、手動で実行される手術の場合、コイルが初期相対的ポーズにないことをプロセッサが確認する場合、プロセッサは、コイルが初期相対的ポーズにないことを示す警告を生成することによって、手術を停止し得、医師が手術の実行を停止するようにする。

【0078】

前述の警告に応答して、医師は、コイルが初期相対的ポーズに戻るように、被験者の皮膚をシフトさせ得る。続いて、検査ステップ１０６において、コイルが初期相対的ポーズにあることを確認した後、プロセッサは手術を再開し得る。代替的に、プロセッサは、追跡システムを術前スキャンに再位置合わせし、コイルの初期相対的ポーズを新しい相対的ポーズに置き換え、次いで手術を再開し得る。（上記の観点から、特許請求の範囲を含む本出願の文脈において、単語「停止」は一時的な停止又は「一時停止」を示し得ることに留意されたい。）

【0079】

本発明が、本明細書に具体的に示され、上述されたものに限定されない点が、当業者には理解されよう。むしろ、本発明の実施形態の範囲は、本明細書に上述されている様々な特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせの両方、並びに、上記の説明を一読すれば当業者には想起されると思われる、先行技術には存在しない特徴の変更例及び改変例を含む。参照により本特許出願に援用される文献は、これらの援用文献において、いずれかの用語が本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾して定義されている場合には、本明細書における定義のみを考慮するものとする点を除き、本出願の不可欠な部分と見なすものとする。

【0080】

〔実施の態様〕
（１） 装置であって、
基板であって、
それぞれの接着材料片を介して被験者の身体に接着するように構成されている、複数の幅広部分と、
１つ又は２つ以上の可撓性の幅狭部分であって、これらの各々が、
前記幅広部分のうちの連続する幅広部分のそれぞれの対を互いに接続し、
前記対のうちのいずれか１つの移動に応答して屈曲するように構成されている、幅狭部分と、を含む、基板と、
前記幅広部分にそれぞれ結合されている、複数のコイルと、を含む、装置。
（２） 前記接着材料片を更に含む、実施態様１に記載の装置。
（３） 前記基板が、ポリイミドを含む、実施態様１に記載の装置。
（４） 前記幅広部分が、２つの幅広部分からなる、実施態様１に記載の装置。
（５） 前記幅広部分が、３つの幅広部分を含む、実施態様１に記載の装置。

【0081】

（６） 前記基板に加えられるいかなる力も存在しない場合、前記コイルが、非共線的である、実施態様５に記載の装置。
（７） 前記幅狭部分の各々が、Ｕ字形状である、実施態様１に記載の装置。
（８） 前記コイルが、平面状である、実施態様１に記載の装置。
（９） 前記コイルが、前記基板を被覆するそれぞれのトレースを含む、実施態様１に記載の装置。
（１０） 装置であって、
それぞれの接着材料片を介して被験者の身体に接着するように構成されている、複数の基板と、
前記基板にそれぞれ結合されている、複数のコイルと、を含む、装置。

【0082】

（１１） 前記接着材料片を更に含む、実施態様１０に記載の装置。
（１２） 前記基板が、２つの基板からなる、実施態様１０に記載の装置。
（１３） 前記基板が、３つの基板を含む、実施態様１０に記載の装置。
（１４） 前記コイルが、平面状である、実施態様１０に記載の装置。
（１５） １つ又は２つ以上の可撓性コネクタを更に含み、これらの各々が、
前記基板のうちの連続する基板のそれぞれの対を互いに接続し、
前記対のうちのいずれか１つの移動に応答して屈曲するように構成されている、実施態様１０に記載の装置。

【0083】

（１６） 前記基板のうちのいずれの１つにも力が加えられていないときに、前記コイルが、非共線的である、実施態様１５に記載の装置。
（１７） 前記コネクタが、それぞれのばねを含む、実施態様１５に記載の装置。
（１８） 前記コネクタが、それぞれの弾性のストリップを含む、実施態様１５に記載の装置。
（１９） 被験者の身体の一部分における手術を容易にするための方法であって、
前記被験者の前記身体の前記一部分に結合された複数のコイルにおいて、磁場によって誘起されるそれぞれの信号を受信することと、
初期時間において、前記信号に基づいて、互いに対する前記コイルの初期相対的ポーズを計算することと、
前記初期時間に続いて、反復的に、
前記信号に基づいて、前記コイルが前記初期相対的ポーズにあることを確認することと、
前記コイルが前記初期相対的ポーズにあることを確認することに応答して、
前記身体の前記一部分のポーズを計算することと、
計算された前記ポーズに応答して、前記手術を容易にするためのアクションを実行することと、を行うことと、
後続の時間において、前記信号に基づいて、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを確認することと、
前記後続の時間において、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを確認することに応答して、前記手術を停止することと、を含む、方法。
（２０） 前記手術が、ツールを使用してロボットによって実行され、
前記アクションを実行することが、前記ツールを移動させるように前記ロボットに命令を通信することを含み、
前記手術を停止することが、前記手術を実行することを停止するように前記ロボットに命令することによって、前記手術を停止することを含む、実施態様１９に記載の方法。

【0084】

（２１） 前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを確認することに応答して、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを示す警告を生成することを更に含む、実施態様２０に記載の方法。
（２２） 前記手術が、ツールを使用して実行され、前記アクションを実行することが、前記被験者の前記身体の前記一部分のスキャン上に、前記ツールを表すアイコンを重ね合わせることを含む、実施態様１９に記載の方法。
（２３） 前記手術を停止することは、前記コイルが前記初期相対的ポーズにないことを示す警告を生成することによって、前記手術を停止することを含む、実施態様１９に記載の方法。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】