JP2011235089A - 変形自在の組織基質での器具の挿入軌跡を決定する方法、及び該方法を実行するロボット・システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シミュレーションによって、障害物(9o)を含む組織基質(9)への器具の挿入軌跡(8)を、器具(8)の組織基質(9)への挿入時の組織基質(9)の変形を考慮に入れて組織基質(9)の三次元表現から決定する方法に関する。また、挿入軌跡の決定方法を実行するロボット・システム(1)に関する。
【選択図】図2
Description
(a)組織基質(9)及び選択随意で組織基質(9)の環境の画像を取得し、これらの画像から組織基質(9)の三次元表現を構築して、目標物(9c)の初期位置(Pin)の座標及び障害物(9o)の座標を決定するステップと、
(b)目標物(9c)の初期位置(Pin)までの器具(8)の挿入時に障害物(9o)に遭遇しない器具(8)の少なくとも一つの可能軌跡(Tp)を、組織基質(9)の障害物(9o)の座標及び目標物(9c)の初期位置(Pin)の座標から決定するステップと、
(c)目標物(9c)の初期位置(Pin)までの可能軌跡(Tp)に沿った器具(8)の挿入時の組織基質(9)の内部の目標物(9c)の変位を、組織基質(9)における器具(9)の挿入をシミュレートすることにより、組織基質(9)の三次元表現、並びに目標物(9c)の初期位置(Pin)の座標及び障害物(9o)の座標の三次元表現から、目標物(9c)の新たな位置(Pno)を生成するように決定するステップと、
(d)目標物(9c)の新たな位置(Pno)から挿入軌跡(Tins)を決定するステップと
を含んでいる。
・最小経費の軌跡は目標物の初期位置までの最短の軌跡であること、
・ステップ(d)は、試験されるべき軌跡の有限の群を決定するための目標物の新たな位置の周りの試験されるべき目標点集合を生成するステップ(d11)であって、試験されるべき軌跡は、可能軌跡と実質的に共線であり目標点の一つに到着する、生成するステップ(d11)を含んでいること、
・ステップ(c)はさらに、軌跡群に属する軌跡の各々について、
(d12)対応する目標点までの試験されるべき軌跡に沿った器具の挿入時の目標物の変位を、試験されるべき軌跡に沿った器具の挿入の後の目標物の位置を得るために決定するステップと、
(d13)対応する試験されるべき軌跡の目標点と、目標点までの試験されるべき軌跡に沿った器具の挿入の後の目標点の位置との間の距離である誤差を算出するステップと、
(d14)生じた誤差同士を比較して、試験されるべき軌跡及び可能軌跡の中から最小の誤差を有する軌跡である挿入軌跡を選択するステップと
を含んでいること、
・ステップ(d)は繰り返しによって実行され、i回目の繰り返しについて、ステップ(d)は、
(d21、d31)目標物の第iの位置を得るために、第i−1の軌跡と実質的に共線であり目標物の第i−1の位置に到着する第iの軌跡に沿った器具の挿入時の目標物(9c)の変位を決定するステップであって、1回目の繰り返しはステップ(b)及び(c)に対応する、決定するステップと、
(d22、d32)目標物の第i−1の位置と、第i−1の位置までの第iの軌跡に沿った器具の挿入の後の第iの位置との間の距離である第iの誤差を算出するステップと
を含んでいること、
・ステップ(d21)及び(d22)は有限の回数にわたり繰り返されて、挿入軌跡は最小の誤差を有する軌跡として選択されること、並びに
・ステップ(d)はさらに、
(d33)第iの誤差を閾値に対して比較して、
第iの誤差が閾値よりも大きい場合には、ステップ(d31)及び(d32)を繰り返し、
他の場合には、挿入軌跡を第iの軌跡として選択するステップ
を含んでいることである。
組織基質の三次元画像を取得して、目標物の初期位置の座標及び障害物の座標を決定する画像取得器と、
器具支持体と、
目標物の初期位置の座標及び障害物の座標から器具の挿入軌跡を決定して、上述の方法を実行する決定器と、
器具が挿入軌跡に沿って配置されるように支持体を変位させるために、挿入軌跡から器具を位置決めする位置決め器と
を含んでいる。
《例示的な医用撮像モジュール》
図8は、組織基質9の三次元構築を可能にする画像を取得する医用撮像モジュール6を概略で示す。
《ロボット・システム》
以下、図1を参照して、組織基質9に挿入されるべき器具8を位置決めするロボット・システム1について説明する。
《挿入軌跡の決定》
以下、図2〜図4、図5(A)〜図5(C)、図6(A)、図6(B)及び図7を参照して、組織基質9に挿入されるべき器具8の挿入軌跡Tinsを決定する決定方法の各実施形態の例について説明する。この方法によって、器具8が、組織基質9の内部を移動する目標物9cに到達することを可能にする。
《第一の実施形態の例》
以下、図2、図6(A)及び図6(B)を参照して、この方法の第一の実施形態の例をさらに詳細に記載する。
《第二の実施形態の例》
以下、図3及び図7を参照して、この方法の第二の実施形態の例について説明する。
《第三の実施形態の例》
この第三の実施形態(図4及び図7を参照されたい)では、この方法は、第二の例の下位ステップd21及びd22と同じ下位ステップd31及びd32を含んでいる。相違は、挿入軌跡Tinsが選択される方法にある。第三の実施形態では、ステップdは、i回目の繰り返しIiについて、第iの誤差εiを閾値Sに対して比較する下位ステップd33を含んでいる。
《コンピュータ・プログラム》
この方法は、この目的のための機械命令を含むコンピュータ・プログラムによって実行され得る。
2:支持体
3:決定モジュール
4:配置モジュール
5:誘導モジュール
6:医用撮像モジュール
7:メモリ・モジュール
8:器具
9:組織基質
31:シミュレーション・ユニット
51:挿入器
a:組織基質の画像を取得する
b:器具の少なくとも一つの可能軌跡を決定する
c:組織基質の内部の目標物の変位を決定する
d:目標物の新たな位置から挿入軌跡を決定する
d11:目標物の新たな位置の周りの試験されるべき目標点集合を生成する
d12:目標物の変位を決定する
d13:誤差を算出する
d14:誤差同士を比較して、挿入軌跡を選択する
d21:目標物の変位を決定する
d22:第iの誤差を算出する
d31:目標物の変位を決定する
d32:第iの誤差を算出する
d33:第iの誤差を閾値に対して比較する
9o:障害物
9c:目標物
Pin:目標物の初期位置
Tp:可能軌跡
Pno:目標の新たな位置
V:容積
Ci:目標点
Pi:目標点の位置
εi:誤差
Ti test:試験されるべき軌跡
61:二次元取得ユニット
62:画像処理ユニット
63:表示ユニット
64:メモリ・ユニット
Claims (10)
- 器具(8)の挿入軌跡(Tins)を、組織基質(9)の内部を移動する目標物(9c)に到達するための器具(8)の前記組織基質(9)への挿入の前に決定する方法であって、前記組織基質(9)及び選択随意で前記組織基質(9)の環境は障害物(9o)を含んでおり、前記目標物(9c)は初期位置(Pin)を有しており、当該方法は、
(a)前記組織基質(9)及び選択随意で前記組織基質(9)の環境の画像を取得し、該画像から前記組織基質(9)の三次元表現を構築して、前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)の座標及び前記障害物(9o)の座標を決定するステップと、
(b)前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)までの前記器具(8)の挿入時に障害物(9o)に遭遇しない前記器具(8)の少なくとも一つの可能軌跡(Tp)を、前記組織基質(9)の前記障害物(9o)の前記座標及び前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)の前記座標から決定するステップと、
(c)前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)までの前記可能軌跡(Tp)に沿った前記器具(8)の挿入時の前記組織基質(9)の内部の前記目標物(9c)の変位を、前記組織基質(9)における前記器具(9)の前記挿入をシミュレートすることにより、前記組織基質(9)の前記三次元表現、並びに前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)の前記座標及び前記障害物(9o)の前記座標の三次元表現から、前記目標物(9c)の新たな位置(Pno)を生成するように決定するステップと、
(d)前記目標物(9c)の前記新たな位置(Pno)から前記挿入軌跡(Tins)を決定するステップと
を備えた方法。 - 前記器具(8)の前記可能軌跡(Tp)は、前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)までの前記器具(8)の挿入時に前記器具(8)が障害物(9o)に遭遇しない軌跡の集合の中から最小経費の軌跡(Tmin)を識別することにより決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記最小経費の軌跡(Tmin)は前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)までの最短の軌跡である、請求項2に記載の方法。
- ステップ(d)は、
(d11)試験されるべき軌跡の有限の群({Ti test})を決定するための前記目標物(9c)の前記新たな位置(Pno)の周りの試験されるべき目標点集合({Ci})を生成するステップであって、試験されるべき軌跡(Ti test)は、前記可能軌跡(Tp)と実質的に共線であり前記目標点(Ci)の一つに到着する、生成するステップ
を含んでいる、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の方法。 - 前記軌跡群の前記軌跡(Ti test)の各々について、ステップ(c)は、
(d12)前記対応する目標点までの前記試験されるべき軌跡に沿った前記器具の挿入時の前記目標物の前記変位を、前記試験されるべき軌跡(Ti test)に沿った前記器具(8)の挿入の後の前記目標物(9c)の前記位置(Pi)を得るために決定するステップと、
(d13)前記対応する試験されるべき軌跡(Ti test)の前記目標点(Ci)と、前記目標点(Ci)までの前記試験されるべき軌跡(Ti test)に沿った前記器具(8)の挿入の後の前記目標物(9c)の前記位置(Pi)との間の距離である誤差(εi)を算出するステップと、
(d14)前記誤差(εi)同士を比較して、前記試験されるべき軌跡(Ti test)及び前記可能軌跡(Tp)の中から最小の誤差(εi)を有する前記軌跡である前記挿入軌跡(Tins)を選択するステップと
をさらに含んでいる、請求項4に記載の方法。 - ステップ(d)は繰り返しにより実行され、i回目の繰り返し(Ii)について、ステップ(d)は、
(d21、d31)前記目標物(9c)の第iの位置(Pi no)を得るために、前記第i−1の軌跡(Ti-1 p)と実質的に共線であり前記目標物(9c)の前記第i−1の位置(Pi-1 no)に到着する第iの軌跡(Ti)に沿った前記器具(8)の挿入時の前記目標物(9c)の前記変位を決定するステップであって、1回目の繰り返し(I1)はステップ(b)及び(c)に対応する、決定するステップと、
(d22、d32)前記目標物(9c)の前記第i−1の位置(Pi-1 no)と、該i−1の位置(Pi-1 no)までの前記第iの軌跡(Ti)に沿った前記器具(8)の挿入の後の前記第iの位置(Pi no)との間の距離である第iの誤差(εi)を算出するステップと
を含んでいる、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の方法。 - ステップ(d21)及び(d22)は有限の回数(N)にわたり繰り返されて、前記挿入軌跡(Tins)は最小の誤差を有する前記軌跡として選択される、請求項6に記載の方法。
- ステップ(d)は、
(d33)前記第iの誤差(εi)を閾値(S)に対して比較して、
前記第iの誤差(εi)が前記閾値(S)よりも大きい場合には、ステップ(d31)及び(d32)を繰り返し、
他の場合には、前記挿入軌跡(Tins)を前記第iの軌跡(Ti)として選択するステップ
をさらに含んでいる、請求項6に記載の方法。 - 組織基質(9)の内部で移動する目標物(9c)に到達するために前記組織基質(9)に挿入されるべき器具(8)を位置決めするためのロボット・システム(1)であって、前記組織基質(9)及び選択随意で前記組織基質(9)の環境は障害物(9o)を含んでおり、当該システム(1)は、
前記組織基質(9)の三次元画像を取得して、前記目標物(9c)の初期位置(Pin)の座標及び前記障害物(9o)の座標を決定する画像取得器(6)と、
器具支持体(2)と、
前記目標物(9c)の前記初期位置(Pin)の前記座標及び前記障害物(9o)の前記座標から前記器具(8)の挿入軌跡(Tins)を決定して、請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の方法を実行する決定器(3)と、
前記器具(8)が前記挿入軌跡(Tins)に従って配置されるように前記支持体(2)を変位させるために、前記挿入軌跡(Tins)から前記器具(8)を位置決めする位置決め器(4)と
を備えたロボット・システム(1)。 - 請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の方法を実行する機械命令を備えたコンピュータ・プログラム。
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