ITBO20120369A1 - Uso del riconoscimento dei gesti in odontoiatria - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

di invenzione industriale avente per titolo:

USO DEL RICONOSCIMENTO DEI GESTI IN ODONTOIATRIA

La presente invenzione si riferisce al campo tecnico dell’odontoiatria. Più in particolare, l’invenzione à ̈ relativa ad un sistema per impartire comandi a dispositivi medici senza la necessità di contatto fisico tra operatore e dispositivo.

L’ambiente dello studio odontoiatrico presenta caratteristiche del tutto peculiari: da un lato può essere assimilato ad un ambiente chirurgico, in quanto alcuni tipi di operazioni eseguite dall’odontoiatra fanno breccia nella continuità delle mucose e quindi possono portare all’ingresso di patogeni (batteri, virus, funghi) nei tessuti del corpo in trattamento. D’altra parte, l’ambiente odontoiatrico à ̈ mediamente molto più sporco della maggior parte degli ambienti chirurgici. Questo à ̈ dovuto al particolare tipo di strumentazione normalmente utilizzata dall’odontoiatra, che prevede tipicamente l’uso di strumenti rotanti e non (ad esempio turbina, micromotore con contrangolo, ablatore a ultrasuoni per il tartaro, ecc.) che generano una nuvola di aerosol contenente i batteri di cui il cavo orale à ̈ particolarmente ricco. Indicativamente, in un millilitro di saliva ci sono 5 miliardi di microrganismi, alcuni dei quali possono essere patogeni oppure opportunisti.

Dettagli sulla generazione dell’aerosol durante le normali operazioni odontoiatriche si possono trovare nel capitolo “Sterilization, Disinfection and Asepsis in Dentistry†contenuto in “Disinfection, Sterilization and Preservation†, Ed. Seymour Block, Fifth Edition, Lippincott, Williams & Wilkins 2001 e anche in Guidelines for Infection Control in Dental Health-Care Settings — 2003 Centers for Disease Control Morbidity and Mortality Weekly Report, 2003;52.

Questa peculiarità dell’ambiente odontoiatrico, nota fin dagli anni ’70 del secolo scorso, ha spinto i fabbricanti a fare in modo che fosse possibile impartire i comandi al riunito odontoiatrico senza fare uso delle mani. Un modo ormai classico consiste nell’impartire i comandi (ad esempio movimentazione della poltrona, aumento/diminuzione del numero di giri degli strumenti rotanti e inversione del senso di rotazione) tramite un comando a pedale collegato al riunito, noto fin dagli anni †̃60 del secolo scorso. Tuttavia, anche questo modo di impartire i comandi presenta delle limitazioni, legate sia alla minor finezza dei comandi che à ̈ possibile impartire tramite i piedi rispetto a quanto à ̈ possibile fare con le mani, sia al modo in cui i comandi sono impartiti tramite il comando a piede, che costringe l’odontoiatra a memorizzare sequenze complesse di comandi (tipicamente un comando a piede presenta un paio di pulsanti e un comando tipo leva o joy-stick).

Inoltre, a partire dagli anni ’90 del secolo scorso le telecamere endorali hanno avuto una grande diffusione come strumenti che migliorano la comunicazione odontoiatrapaziente, e anche per documentare le diverse fasi della terapia per ragioni medico-legali. Anche qui, date le piccole dimensioni del manipolo telecamera che spesso ospita un solo tasto, diventa problematico impartire comandi di navigazione fra le immagini o le sequenze video acquisite. Spesso anche il comando a pedale si rivela complicato da utilizzare.

Infine, sempre a partire dagli anni ’90 nell’odontoiatria ha cominciato a diffondersi l’imaging digitale, prima a partire dai sensori endorali, poi anche con sensori di maggiori dimensioni che sono utilizzati su panoramici e TAC dedicate all’acquisizione del distretto cefalico. La consultazione della radiografia nel corso dell’intervento odontoiatrico può essere fondamentale, come avviene nel caso, ad esempio, dell’endodonzia oppure del posizionamento di impianti metallici nelle ossa mascellari e mandibolari.

Tutto questo rende molto interessante la possibilità di impartire comandi al riunito odontoiatrico senza contatto, ma anche a dispositivi di imaging, in quanto le mani dell’odontoiatra durante gli atti terapeutici sono tipicamente contaminate nel migliore dei casi con saliva e nel peggiore dei casi anche con sangue del paziente.

Uno sviluppo abbastanza recente della tecnologia consiste nell’utilizzo di tecnologie per il riconoscimento dei gesti (gesture control technology). Questo tipo di tecnologia viene utilizzata in oggetti di largo consumo come console da gioco (Microsoft Kinect) e televisori; la sua precisione in passato non era sufficiente ad applicazioni in dispositivi medici. Recentemente sono state sviluppate applicazioni con una precisione molto maggiore, che permettono di utilizzarle all’interno di dispositivi medici.

Scopo della presente invenzione à ̈ l’utilizzo di nuove tecnologie basate su metodi di riconoscimento dei gesti per impartire senza contatto i comandi a riuniti odontoiatrici o a dispositivi di imaging utilizzati all’interno dello studio odontoiatrico (sensori endorali, panoramici, conebeam CT).

I vantaggi consistono essenzialmente nella possibilità di impartire i comandi ai dispositivi medici senza contaminare gli strumenti, e di permettere di impartire i detti comandi in modo molto più semplice, efficace ed intuitivo di quanto non avvenga oggi tramite comando a piede. Inoltre, diversamente dalle tecnologie precedentemente in commercio, i comandi possono essere impartiti con le sole mani, senza la necessità avere su di esse un riferimento o dover tenere in mano un telecomando.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento al disegno annesso, che illustra un esempio di attuazione non limitativo:

Figura 1 Riunito odontoiatrico.

In molti dei dispositivi medici in uso nello studio odontoiatrico può essere inserito un dispositivo che permette il riconoscimento del movimento in uno spazio limitato (ad esempio 0,20-0,30 metri cubi). Il sistema deve essere in grado di riconoscere il movimento nelle tre direzioni dello spazio, con una precisione dell’ordine almeno del millimetro.

Al momento à ̈ in procinto di essere introdotto in commercio un dispositivo denominato “Leap3D†dell’azienda Leap Motion che, oltre ad avere le caratteristiche sopra descritte, permette l’identificazione automatica delle dita (cioà ̈ à ̈ in grado di distinguere il pollice dalle altre dita). Leap3D fa uso di una o più telecamere con luce infrarossa. Il software contiene un database di gesti codificati, ma à ̈ possibile inserire un database di gesti dell’utilizzatore. Leap3D à ̈ un esempio di come sia possibile impartire senza contatto comandi a dispositivi medici.

In particolare, oltre alla precisione, un’altra caratteristica interessante di questa nuova tecnologia à ̈ quella legata allo spazio limitato in cui à ̈ necessario agire perché i gesti vengano riconosciuti. Tipicamente, infatti, in uno studio odontoiatrico interagiscono almeno due operatori ed un paziente: limitare lo spazio in cui avviene il riconoscimento dei gesti significa aumentare considerevolmente la sicurezza del sistema, impedendo che i dispositivi medici eseguano operazioni non desiderate.

La Figura 1 mostra un riunito odontoiatrico, indicato con 1 nel suo complesso, in cui sono riconoscibili alcune parti che tipicamente lo compongono. Nella Figura 1 si possono riconoscere la poltrona 2, il gruppo idrico 3, la tavoletta strumenti 4 dell’odontoiatra, la tavoletta strumenti 5 dell’assistente, lo schermo 6 che può essere o meno collegato ad un PC esterno (non mostrato), un radiografico endorale 7 portato su un braccio attaccato all’idrico 3.

Sulla tavoletta odontoiatra 4 sono riconoscibili i tipici strumenti utilizzati durante le terapie odontoiatriche: siringa odontoiatrica aria/acqua, lampada polimerizzante, ablatore ad ultrasuoni per il tartaro, micromotore con contrangolo, turbina. Sulla tavoletta assistente 5 à ̈ montata una telecamera le cui immagini possono essere visualizzate in tempo reale sullo schermo 6. Nel caso in cui il riunito 1 sia collegato ad un PC esterno (non mostrato), à ̈ possibile richiamare la cartella digitale del paziente e visualizzare sullo schermo 6 tutte le informazioni relative al paziente come dati anagrafici, piano della terapia, terapie già eseguite, immagini fotografiche e/o radiografiche precedentemente acquisite. Sulla tavoletta medico 4 à ̈ inoltre tipicamente presente una consolle di comando 8 del riunito, che permette di modificare i parametri di funzionamento del riunito 1. Nelle varianti più evolute della consolle di comando 8 possono essere visualizzati numerosi tipi di informazioni tra cui informazioni relativi al paziente, agli interventi svolti o relative immagini radiografiche da consultare.

È evidente che tutti gli strumenti per poter essere utilizzati necessitano di comandi, a partire dalla regolazione della poltrona 2 su cui à ̈ accomodato il paziente. Oggigiorno i comandi sono impartiti tramite il comando a pedale, con combinazioni più o meno complesse di comandi in sequenza. Spesso, per rendere il riunito più user-friendly l’estrazione di uno strumento dalla tavoletta stessa 4 fa visualizzare sulla consolle 8 il menu relativo alla regolazione dello strumento estratto in quel momento.

Inserendo all’interno dello schermo 6 oppure della consolle 8 un oggetto che permette il riconoscimento dei gesti con una sufficiente precisione, diventa possibile utilizzare la tecnologia di riconoscimento dei gesti, usando lo schermo 6 o la consolle 8 come strumento per impartire senza contatto con il dispositivo (touchless) i comandi necessari per ciascuno degli strumenti presenti sul riunito 1 (elenco esemplificativo e non limitativo):

a) regolazione della poltrona (altezza della seduta e inclinazione dello schienale);

b) regolazione degli strumenti, rotanti e non, presenti sulla tavoletta odontoiatra 4 (ad esempio numero di giri e senso di rotazione per gli strumenti rotanti); c) acquisizione delle immagini congelate dalla telecamera;

d) navigazione nell’archivio di immagini da telecamera o radiografie già acquisite e le informazioni contenute nella cartella del paziente visualizzate sullo schermo 6;

e) accensione, spegnimento, regolazione dei parametri di emissione della luce da parte della lampada scialitica (non mostrata nella Figura 1).

Una forma realizzativa alternativa consiste nell’inserire nella consolle 8 della tavoletta strumenti 4 un dispositivo di riconoscimento gesti. Questo permette di interagire con un eventuale schermo touch screen presente sulla plancia di controllo della tavoletta, estendendo il raggio d’azione dello schermo ad uno strato di qualche centimetro di aria sovrastante. Lo schermo sottostante reagisce ai movimenti della mano e delle dita dell’operatore senza necessità di contatto con effetti grafici di varia natura sulle icone, immagini o cursori visualizzati; in questo modo l’operatore può utilizzare le proprie dita, in prossimità dello schermo, come fossero un mouse virtuale, aumentando quindi il grado di controllo e confidenza nell’utilizzo di gesti per il controllo delle funzioni più particolari. La superficie del display potrebbe rimarrebbe sensibile al tocco per quelle operazioni meno frequenti che richiedono maggior precisione di controllo; in alcune implementazioni, sarebbe sufficiente il solo riconoscimento gesti abbinato ad un display sottostante.

Inoltre, la tecnologia del riconoscimento dei gesti senza contatto può essere inserita anche all’interno di un dispositivo medico come un panoramico o un dispositivo per Cone-Beam Computerized Tomography (Cone Beam CT, CBCT). In questo modo diventa possibile eseguire interventi di routine in uno studio odontoiatrico come il posizionamento di dispositivi per ortodonzia o di impianti potendo consultare con facilità le radiografie pertinenti del paziente, ed eventualmente manipolandole senza contatto nel corso dell’intervento medesimo. Ad esempio, nel caso di una immagine panoramica potrebbe essere necessario ingrandire un dettaglio dell’immagine, mentre nel caso di una immagine Cone-Beam CT potrebbe essere necessario ruotare l’immagine tridimensionale oppure ingrandire una porzione di essa.

Quando si utilizzano immagini acquisite tramite panoramico, Cone-Beam CT, o i più nuovi apparecchi ibridi che consentono di ottenere con la stessa apparecchiatura immagini panoramiche, cefalometrie e CBCT, normalmente le immagini vengono mostrate sullo schermo di un PC.

Il dispositivo per il riconoscimento dei gesti può essere montato:

− sullo schermo che fa parte del dispositivo radiografico stesso per l’acquisizione delle immagini, qualora presente, o

− su un PC esterno qualora questo non ne disponga, o − sullo schermo 6 del riunito odontoiatrico 1 qualora questo sia collegato ad un PC esterno oppure ad una rete LAN (Local Area Network) che permette di trasferire i dati acquisiti con il dispositivo di imaging, oppure

− sulla consolle 8 che permette di impartire i comandi al dispositivo medico.

Claims (9)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo per impartire a dispositivi medici odontoiatrici i comandi che permettono di utilizzarli caratterizzato dal fatto di fare uso della tecnologia di riconoscimento dei gesti senza contatto tra operatore e dispositivo in cui: − la tecnologia di riconoscimento dei gesti senza contatto utilizzata non necessita di un telecomando o un riferimento, e − prevede una precisione di almeno 1 mm nelle tre direzioni dello spazio, e in cui − il riconoscimento dei gesti à ̈ effettuato in un’area avente un volume di circa 0,2-0,3 metri cubi o meno.
2. 2) Metodo facente uso della tecnologia di riconoscimento dei gesti senza contatto secondo la rivendicazione 1 in cui la tecnologia di riconoscimento dei gesti à ̈ in grado di distinguere il pollice dalle altre dita della mano.
3. 3) Metodo facente uso della tecnologia di riconoscimento dei gesti senza contatto secondo la rivendicazione 1 in cui à ̈ presente un repertorio di gesti già codificato.
4. 4) Metodo facente uso della tecnologia di riconoscimento dei gesti senza contatto secondo la rivendicazione 3 in cui à ̈ possibile inserire un repertorio di gesti codificato dall’utilizzatore professionale del dispositivo stesso.
5. 5) Metodo facente uso della tecnologia di riconoscimento dei gesti senza contatto secondo la rivendicazione 1 per impartire comandi a dispositivi scelti dal gruppo comprendente riuniti odontoiatrici, panoramici, apparecchiature per cone-beam CT, apparecchiature radiologiche ibride panoramici/CBCT.
6. 6) Metodo secondo la rivendicazione 5 in cui il dispositivo per il riconoscimento dei gesti à ̈ inserito direttamente sul dispositivo medico senza passare per un PC.
7. 7) Metodo facente uso della tecnologia di riconoscimento dei gesti secondo la rivendicazione 1, in cui il riconoscimento dei gesti à ̈ abbinato a una consolle grafica: lo schermo sottostante reagisce ai comandi impartiti con le mani, in uno strato di qualche centimetro di aria soprastante allo schermo stesso senza necessità di contatto tra mani e schermo touch screen.
8. 8) Riunito odontoiatrico (1) comprendente una poltrona (2) per il paziente, un gruppo idrico (3), una tavoletta strumenti (4) dell’odontoiatra completa di consolle (8), opzionalmente una tavoletta strumenti (5) dell’assistente, uno schermo (6), opzionalmente una lampada scialitica, opzionalmente un radiografico endorale (7) caratterizzato dal fatto di ricevere i comandi per almeno una delle operazioni seguenti: movimentazione della poltrona (2), regolazione degli strumenti che si trovano sulla tavoletta strumenti (4) dell’odontoiatra e sulla tavoletta strumenti (5) assistente, navigazione fra le immagini mostrate sullo schermo (6), regolazione della lampada scialitica e controllo di un radiografico endorale (7) senza contatto tra il riunito odontoiatrico (1) e l’operatore dentale tramite una tecnologia di riconoscimento dei gesti che − non necessita di un telecomando, e − prevede una precisione di almeno 1 mm nelle tre direzioni dello spazio, e in cui − il riconoscimento à ̈ effettuato in un volume avente una dimensione di circa 0,2-0,3 metri cubi.
9. 9) Riunito odontoiatrico secondo la rivendicazione 8 in cui il dispositivo per il riconoscimento dei gesti può essere collocato nello schermo (6) oppure nella consolle (8).