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JP-2026514579-A - ＭＲＩ誘導インターベンションにおけるロボット

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Abstract

様々なＭＲＩスキャナー、特に、小さなボアを備える低磁場スキャナーに適合するＭＲＩ誘導インターベンション向けの新たなロボットに関するシステムおよび方法が本明細書において開示される。本明細書において開示されたシステムおよび方法により、精密な最小侵襲手技が可能になる。

Inventors

  • ゴーラミ・パレ、アクラム
  • サンチェティ、ニール
  • ヴァンガペリ、スリージャ
  • ブラスウェイト、ポール
  • ナサブ、ナリマン・マジディ
  • ナセブ、アレクサンダー

Assignees

  • プロマクソ インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20240426
Priority Date
20230428

Claims (10)

  1. １回または複数回の経皮的インターベンションを行うように構成されたエンドエフェクターと、 磁気共鳴スキャナーボアの内側に嵌め込まれるか、またはベッドに据え付けられるように構成された基部と、 複数の並列キネマティックチェーンを用いて前記エンドエフェクターを前記基部に接続するように構成された並列マニピュレーターとを備えるロボットシステム。
  2. 前記並列マニピュレーターが３自由度（ＤＯＦ）を有する、請求項１に記載のロボットシステム。
  3. 前記１回または複数回の経皮的インターベンションが、生検または小線源治療を含む、請求項１または２に記載のロボットシステム。
  4. 前記エンドエフェクターを動かすように構成された複数の空気圧ステッパモーターをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  5. 前記複数の空気圧ステッパモーターの駆動力は圧縮空気による、請求項４に記載のロボットシステム。
  6. 前記複数の並列キネマティックチェーンのうちの少なくとも１つが、遠位システムに接続された近位システムを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  7. 前記エンドエフェクターのホームポジションを認識するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  8. 少なくとも１つの光センサをさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  9. 前記少なくとも１つの光センサが、複数の空気圧ステッパモーターの回転出力をトラッキングするように構成される、請求項８に記載のロボットシステム。
  10. 前記エンドエフェクターに追加された装置を駆動するために、さらなる１自由度が前記ロボットシステムに追加される、請求項１から９のいずれか一項に記載のロボットシステム。

Description

相互参照 本出願は、２０２３年４月２８日に出願された米国仮出願第６３／４６２，９１４号の利益を主張するものであり、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。 磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）は、優れた軟組織コントラストと、高い空間分解能と、多平面体積撮像能力とを提供する撮像方法である。 一態様では、ロボットシステムが提供される。いくつかの実施形態では、ロボットシステムは、１回または複数回の経皮的インターベンションを行うように構成されたエンドエフェクターと、磁気共鳴スキャナーボアの内側に嵌め込まれるか、またはベッドに据え付けられるように構成された基部と、複数の並列キネマティックチェーンを用いてエンドエフェクターを基部に接続するように構成された並列マニピュレーターとを備える。 いくつかの実施形態では、並列マニピュレーターは３自由度（ＤＯＦ）を有する。 いくつかの実施形態では、１回または複数回の経皮的インターベンションは、生検または小線源治療を含む。 いくつかの実施形態では、ロボットシステムはさらに、エンドエフェクターを動かすように構成された複数の空気圧ステッパモーターを備える。 いくつかの実施形態では、複数の空気圧ステッパモーターの駆動力は圧縮空気による。 いくつかの実施形態では、複数の並列キネマティックチェーンのうちの少なくとも１つは、遠位システムに接続された近位システムを含む。 いくつかの実施形態では、ロボットシステムはさらに、エンドエフェクターのホームポジションを認識するように構成された少なくとも１つのセンサを含む。 いくつかの実施形態では、ロボットシステムはさらに、少なくとも１つの光センサを含む。 いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光センサは、複数の空気圧ステッパモーターの回転出力をトラッキングするように構成される。 いくつかの実施形態では、エンドエフェクターに追加された装置を駆動するために、さらなる１自由度がロボットシステムに追加される。 本開示のさらなる態様および利点が、以下の詳細な記述から当業者には容易に明らかになるであろう、ここにおいて、本開示の例示的な実施形態のみが示され記載される。理解されることになるように、本開示は他のおよび異なる実施形態に対応可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本開示から逸脱することなく、さまざまな明らかな点において修正可能である。したがって、図面および記載は本質的に例示的なものとみなされるべきであり、限定するものとみなされるべきではない。 参照による組込み 本明細書で述べられたすべての刊行物、特許、および特許出願は、あたかも、それぞれの個々の刊行物、特許、または特許出願が具体的にかつ個々に参照により組み込まれると示されたのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。 本開示の新規性のある特徴は、特に添付の特許請求の範囲に規定される。本開示の特徴および利点のよりよい理解は、例示的な実施形態を規定する以下の詳細説明に対する参照によって得られるであろう。例示的な実施形態では、本開示の原理が利用され、その添付図面（本明細書における「図（ＦＩＧ．）」および「図（ＦＩＧ．）」）は以下のとおりである。 いくつかの実施形態による、例示的なＭＲＩシステムの等角図である。 いくつかの実施形態による、ＭＲＩシステムの概略図である。 いくつかの実施形態による、アクチュエーターからの動きをキネマティックチェーンに伝達する例示的なシャフトの側面図である。 いくつかの実施形態による、例示的な空気圧ステッパモーターの正面図である。 いくつかの実施形態による、代替構成の例示的なＭＲＩシステムの側面図である。 いくつかの実施形態による、低磁場ＭＲＩシステムの内側の例示的なロボットの斜視図である。 いくつかの実施形態による、より良好な視野のためにスキャナーの一部が切り取られた、低磁場ＭＲＩシステムの内側の例示的なロボットの斜視図である。 本開示は医療機器に関する。より具体的には、本開示は、ＭＲＩ誘導診断手技および最小侵襲インターベンションを行うために利用され得る、医療用撮像安全材料で作られたロボットシステムに関する。 磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）は、優れた軟組織コントラストと、高い空間分解能と、多平面体積撮像能力とを提供する撮像方法である。生検またはＲＦアブレーション用に針を位置させるための流体駆動アクチュエーターを含む身体装着ロボットが開発されたこともある。しかしながら、システムでは、患者上での手動（手による）配置と、初期ＭＲＩデータセットに基づく誘導式手動の粗いターゲティングが使用可能である。さらに、インターベンション医師は手動で針をボアの外に配置することができる。別のシステムは、脳および脊椎手術のための顕微手術および定位手術を行うことができるＭＲＩ対応外科ロボットである。ロボットは、ＭＲＩ撮像法を用いて手術器具を誘導し、リアルタイムのフィードバックを外科医に提供することができる。障害物の背後のターゲットに到達するように針をトラッキングおよび操作するための前立腺生検用並列ロボットが構築された。 これらのシステムは、ＭＲＩを使用して手術器具を誘導し、フィードバックを外科医に提供し、精密な最小侵襲手技を可能にすることができる。この手法は、複雑化のリスクを低減し、回復時間を短縮し、患者の転帰を改善することができる。さらに、これらのシステムは、手技に要する時間を減らし、ＣＴまたは超音波などの診断撮像を追加する必要性を最小限に抑えることができる。 画像誘導ロボット支援は、より精密な、より侵襲性が低い、より効果的なインターベンションを促進し、手技感染を低減し、医療的撮像に基づくフィードバックを活用することによって、臨床転帰を向上させることができる。ＭＲＩ誘導ロボット支援インターベンションの別の利点は、手技時間を削減する潜在能力であり得る。標準的な術中手技において、患者は、インターベンションのためにボアの外に移動され、撮像のためにボアの中へ戻され得る。しかしながら、ＭＲＩボアの内部でインターベンションを行うように設計されたロボットであれば、インターベンションおよび撮像を同時に行い、転帰を向上させるとともに時間を削減することができる。さらに、ＭＲＩ誘導ロボット支援インターベンションは、大幅にエルゴノミクスを改善することができる。閉鎖ボアのスキャナーでの手動インターベンションはしばしば困難であり得る。 ＭＲＩ撮像法によれば、インターベンションの際に高品質の視覚情報が提供されるが、従来のおよびロボット支援のインターベンションについては制限を受けることがある。場合によっては、ＭＲＩボアの内側における空間的制限により、撮像中の患者へのアクセスが制限され、患者とＭＲＩとの間の残存空間に組み込む必要があるロボットシステムの使用が困難になる。さらに、磁場のため、ロボットシステムでの金属ベース材料の使用が妨げられることがある。 別の観点では、先進国と発展途上国との間の健康管理格差により関心が増大している低磁場ＭＲＩは、高品質画像を生成しなくても、役立つ診断情報を提供することができる。しかしながら、ＭＲＩ誘導インターベンションを二重ドーナツ磁石内でリサーチすることができても、それを低磁場ＭＲＩスキャナーで実施するのは困難であり得る。 様々なＭＲＩスキャナー、特に、小さなボアを備える低磁場スキャナーに適合するＭＲＩ誘導インターベンション向けの新たなロボットに関するシステムおよび方法が本明細書において開示される。本明細書において開示されたシステムおよび方法は、精密な最小侵襲手技を可能にすることができる。 いくつかのインターベンション医療機器に適合され得るロボットシステムが本明細書において開示される。そのような医療機器は、生検または小線源治療などの様々な経皮的インターベンションのためのさまざまなエンドエフェクターを含むことができるが、それらに限定されない。ロボットは、低磁場強度ＭＲＩスキャナーを含むＭＲＩ機器と共に使用するように構成されることがある。ロボット支援ＭＲＩ誘導インターベンションに関する課題は、ＭＲＩ環境に起因する電磁適合性と、閉鎖ボア幾何形状であることが一般的であることに起因する空間制限とから生じることがある。二方向のＭＲＩ適合性を担保することにより、機器およびスキャナーのいずれもが、他の機能に影響を及ぼさないようにすることができる。 開示されたロボットは、閉鎖ボアトンネル形のスキャナー内部においてアクセス可能なサイズであり得る。ロボットは、限定するものではないが、プラスチック（たとえば、ポリマー、セラミクス、磁器、金属酸化物、ゴム、およびその他の類似材料）などの非磁気および誘電体材料、またはそれらの任意の組合せなど、ＭＲＩに関連する作用環境に適合する材料で構築され得る。 ロボットは、エンドエフェクターを動かすための高トルク且つ高分解能の空気圧ステッパモーターを使用することができる。これらのモーターの駆動力は圧縮空気によるものとすることができる。モーター回転出力をトラッキングするために光センサが使用されてもよい。ロボットがＭＲＩスキャナーのボアの内部に配置され移動できるように、本ロボットを構成して配置することができる。 いくつかの実施形態によれば、図１に示されるように、開発されたロボットは、３自由度（ＤＯＦ）を有する並列マニピュレーターを備えることができ、ロボットの基部プラットフォームは、３つの並列の同一キネマティックチェーンによって共通プレート／エンドエフェクターに接続される。マニピュレーター１００は、基部１０２と、３つの同一キネマティックチェーン１０４と、エンドエフェクター１０６とを備えることができる。エンドエフェクター１０６が基部１０２に平行であるとき、ロボットはそのホームポジションにあるとしてよい。基部１０２は、スキャナーボアの内側に嵌め込まれ、ボアの形状にマッチするように設計することができる。さらに図１に示されているのは、エンドエフェクター１０６のホームポジションのためのセンサ１０８と、マニピュレーター１００の幾何学的中心１１０と、丸い六角レンチ機構１１２である。 図２に示されるように、いくつかの実施形態によれば、各キネマティックチェーンは、自由回転ジョイント１２６によって遠位システム１２４に接続された近位システム１２２を備えることができる。ロボットマニピュレーター１００のトップカバーは、システムの内部が見えるように取り外されている。ロボットの１つの主要な特性は、基部１０２が、４つのコリニアアクチュエーターを備えることである。各キネマティックチェーン上では、１つの固定作動式回転ジョイント１２０および２つの自由回転ジョイント１２６が、近位システム１２２および遠位システム１２４をエンドエフェクター１０６に接続することができる。３つの自由回転ジョイント１２６が、遠位システム１２４をエンドエフェクター１０６に接続することができる。３つのロータリーモーターが、基部１０２上で近位システム１２２を作動させることができる。このマニピュレーター１００は、３つの回転ＤＯＦである、ロール、ピッチ、およびヨーを実現することができる。図２はさらに、空気吸入口１１４と、光センサ１１６と、高トルク且つ高分解能の空気圧ステッパモーター１１８とを示す。 この並列マニピュレーターの重要な特徴の１つは、すべてのジョイントの回転軸が、マニピュレーター１００の幾何学的中心１１０と呼ばれる共通ポイントにおいて交差し得ることであり得る。幾何学的中心１１０は、あらゆるエンドエフェクター要素がそれを中心に回転するポイントであり得る。 ロボットの別の特徴は、基部が、４つのコリニアアクチュエーターを含み得ることである（図２）。いくつかの実施形態によれば、アクチュエーターからの動きをキネマティックチェーンに伝達するシャフト１２８は、コリニアアクチュエーター