JP2022118111A - 手術道具の触覚制御のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、参照により本願明細書に全てが組み込まれた2012年12月21日付の米国出願第13/725,348号の優先権の利益を主張するものである。
本発明の一実施形態は、手術システムに関する。手術システムは、仮想的な触覚の相互作用ポイントの動きが手術道具の動きに対応する、仮想的な触覚の相互作用ポイントに関係付けられた手術道具を含む。手術システムは、仮想的な開始境界を確立し、触覚対象物をアクティブにするよう構成された処理回路を更に含む。このアクティブにされた触覚対象物は、触覚の相互作用ポイントが仮想的な開始境界を横断した後、触覚の相互作用ポイントを制約するように構成される。
[本発明1001]
仮想的な触覚の相互作用ポイントの動きが手術道具の動きに対応する、前記仮想的な触覚の相互作用ポイントに関係付けられた前記手術道具と、
仮想的な開始境界を確立し、かつ触覚対象物をアクティブにするように構成された処理回路であって、アクティブにされた触覚対象物は触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な開始境界を横断した後、前記手術道具を制約する様に構成されている、処理回路と
を含む、手術システム。
[本発明1002]
前記処理回路は、更に、仮想的な終了境界を確立し、かつ前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な終了境界を横断した後、前記触覚対象物を非アクティブにするように構成されている、本発明1001の手術システム。
[本発明1003]
前記処理回路は、更に、前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な開始境界を横断することにトリガーされて、前記手術道具の位置を自動的に修正する様に構成されている、本発明1001の手術システム。
[本発明1004]
前記処理回路は、更に、前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な開始境界を横断することにトリガーされて、前記手術道具の向きを自動的に修正するように構成されている、本発明1001の手術システム。
[本発明1005]
前記仮想的な開始境界は、三次元体積を包囲し、かつ、錠剤形状である、本発明1001の手術システム。
[本発明1006]
前記仮想的な開始境界は、三次元体積を包囲し、かつ、部分切除された錠剤の形状であり、該仮想的な開始境界の断面は扇形状となる、本発明1001の手術システム。
[本発明1007]
前記手術道具は、球状の孔ぐり器である、本発明1001の手術システム。
[本発明1008]
前記手術道具は、矢状面鋸である、本発明1001の手術システム。
[本発明1009]
前記触覚対象物は、直線である、本発明1001の手術システム。
[本発明1010]
前記触覚対象物は、平面である、本発明1001の手術システム。
[本発明1011]
前記触覚対象物は、三次元体積である、本発明1001の手術システム。
[本発明1012]
手術前または手術中に調整される様に構成された、ずれた触覚対象物を更に含む、本発明1001の手術システム。
[本発明1013]
前記触覚対象物を非アクティブにする様に構成された安全機構を更に含む、本発明1001の手術システム。
[本発明1014]
前記処理回路は、
イベントの発生に伴って前記触覚対象物を非アクティブにし、
前記イベントの終了後に複数の条件を評価し、
前記複数の条件が満たされた場合、前記触覚対象物を再びアクティブにする様に構成されている、本発明1001の手術システム。
[本発明1015]
手術道具を提供するステップ、
仮想的な触覚の相互作用ポイントの動きが前記手術道具の動きに対応する、前記仮想的な触覚の相互作用ポイントを提供するステップ、
仮想的な開始境界を提供するステップ、および
前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な開始境界を横断した後、前記手術道具を制約するよう構成された触覚対象物をアクティブにするステップ
を含む、手術システムの使用方法。
[本発明1016]
仮想的な終了境界を提供するステップ、および
前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な終了境界を横断した後、前記触覚対象物を非アクティブにするステップ
を更に含む、本発明1015の方法。
[本発明1017]
前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な開始境界を横断することにトリガーされて、前記手術道具の位置を自動的に修正するステップを更に含む、本発明1015の方法。
[本発明1018]
前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な開始境界を横断することにトリガーされて、前記手術道具の向きを自動的に修正するステップを更に含む、本発明1015の方法。
[本発明1019]
前記仮想的な開始境界は、三次元体積を包囲し、かつ、錠剤形状である、本発明1015の方法。
[本発明1020]
前記仮想的な開始境界は、三次元体積を包囲し、かつ、部分切除された錠剤の形状であり、該仮想的な開始境界の断面は扇形状となる、本発明1015の方法。
[本発明1021]
前記手術道具は、球状の孔ぐり器である、本発明1015の方法。
[本発明1022]
前記手術道具は、矢状面鋸である、本発明1015の方法。
[本発明1023]
前記触覚対象物は、直線である、本発明1015の方法。
[本発明1024]
前記触覚対象物は、平面である、本発明1015の方法。
[本発明1025]
前記触覚対象物は、三次元体積である、本発明1015の方法。
[本発明1026]
手術前または手術中に調整されるように構成された、ずれた触覚対象物を提供することを更に含む、本発明1015の方法。
[本発明1027]
イベントの発生に伴って前記触覚対象物を非アクティブにするステップ、
前記イベントの終了後に複数の条件を評価するステップ、
前記複数の条件が満たされた場合、前記触覚対象物を再びアクティブにするステップ
を更に含む、本発明1015の方法。
[本発明1028]
処理回路により実行された時に手術の計画または遂行を補助する命令を有する、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
仮想的な触覚の相互作用ポイントの動きが手術道具の動きに対応する様に、前記仮想的な触覚の相互作用ポイントに前記手術道具を関係付ける命令と、
仮想的な開始境界と仮想的な終了境界とを確立する命令と、
触覚対象物をアクティブにする命令であって、アクティブにされた触覚対象物は前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な開始境界を横断した後、前記手術道具を制約する様に構成されている、命令と、
前記触覚の相互作用ポイントが前記仮想的な終了境界を横断した後、前記触覚対象物を非アクティブにする命令と
を含む、前記記録媒体。
図1を参照すると、手術システム100は、ナビゲーションシステム10とコンピュータ20と触覚装置30とを含む。ナビゲーションシステムは、患者の骨と手術中に使用される手術道具を、追跡する。これにより、手術者は、表示装置24を介して骨と道具とを視認することができ、また、触覚装置30に連結された手術道具36の触覚制御が可能となる。
手術者が手術を行うのに先立ち、手術計画が策定される。手術計画は、本明細書において仮想的な骨モデル45(図3A~3D参照)として参照される、患者の人体の三次元描写を利用して、策定される。"仮想的な骨モデル"は、骨に加えて、軟骨や他の組織の仮想的な描写を含むものとしてもよい。コンピュータ20は、仮想的な骨モデル45を得るために、手術が施される患者の人体の画像を受け取る。患者の人体は、例えば、CT、MRI、超音波の様な公知の画像技術を用いて、スキャンされるものとしてもよい。その後、スキャンデータは、仮想的な骨モデル45を得るためにセグメント化される。例えば、膝への手術に先立ち、大腿骨4及び脛骨2の三次元描写が作られる。あるいは、仮想的な骨モデル45は、骨モデルのデータベースまたはライブラリから三次元モデルを選択することによって、得られるものとしてもよい。一つの実施形態では、ユーザは、入力装置22を用いて、適切なモデルを選択するものとしてもよい。別の実施形態では、コンピュータ20が、患者に関して提供される画像や他の情報に基づき、適切なモデルを選択する様に、プログラミングされるものとしてもよい。その後、データベースから選択された骨モデルは、特定の患者の特徴に基づいて変形され、その結果、本明細書に記載される手術計画や施術に用いられる仮想的な骨モデル45が作成される。
通常、手術を開始する時、(手術道具36に連結された)触覚装置30は、フリーモードに設定されている。従って、手術者は、カットや穴開けの様な計画された修正の準備のために、手術道具36を骨44の方へ動かすことができる。本明細書に記載される多様な実施形態では、フリーモードから触覚制御モードへの触覚装置30の切替え、及び触覚制御モードからフリーモードへの復帰が容易であるため、手術システム100は、使用効率と使い勝手の良さとを向上させることができる。
Claims (18)
- 第一のモードにおいて、平面形状の実施境界に手術道具を自動的に再配置し、
第二のモードにおいて、前記平面形状の実施境界への、前記手術道具の手動による再配置を制約する
ように構成された、前記手術道具を保持するように構成されているロボット装置と、
手術者が機構を押下することに応じて、前記第一のモードを開始し、
前記第一のモードにおける自動的な再配置により、前記手術道具が前記平面形状の実施境界に到達することに応じて、前記第二のモードを開始する
ように構成された、コントローラーと
を含む、手術システム。 - 前記機構を更に含み、前記機構はトリガーである、請求項1に記載の手術システム。
- 前記コントローラーは、前記第一のモードにおいて前記手術者が前記機構を解放することに応じて前記ロボット装置の動きを停止させるべく、前記ロボット装置を制御するように構成されている、請求項1に記載の手術システム。
- 前記平面形状の実施境界は、追跡された人体の特徴に対して位置決めされる、請求項1に記載の手術システム。
- 前記コントローラーは、
前記平面形状の実施境界とは異なる第二の平面形状の実施境界へ前記手術道具を動かすべく、第三のモードにおいて前記ロボット装置を制御し、かつ、
前記第二の平面形状の実施境界への、前記手術道具の手動による再配置を制約すべく、第四のモードにおいて前記ロボット装置を制御する
ように更に構成されている、請求項1に記載の手術システム。 - 前記平面形状の実施境界は、第一の追跡された骨に位置合わせされ、前記第二の平面形状の実施境界は、第二の追跡された骨に位置合わせされる、請求項5に記載の手術システム。
- 前記ロボット装置は、前記第一のモードおよび第二のモードとは異なる、第三のモードにしたがって制御されるように更に構成されている、請求項1に記載の手術システム。
- 前記手術道具は、患者の人体を直接的に修正するように構成されている、請求項1に記載の手術システム。
- 前記コントローラーは、前記機構の解放に応じて、前記第二のモードを終了させるように構成されている、請求項1に記載の手術システム。
- 患者の関節の位置を示すデータを提供するように構成された追跡システムを更に含む、請求項9に記載の手術システム。
- 前記第一のモードは、目標と予め定義された関係を有する前記平面形状の実施境界における点へ、前記手術道具を自動的に再配置することを含む、請求項1に記載の手術システム。
- 前記第一のモードは、前記手術道具を自動的に再配置して仮想的な触覚対象物と位置合わせすることを含む、請求項1に記載の手術システム。
- 前記第一のモードは、前記手術道具を回転させることにより前記手術道具を自動的に再配置することを含む、請求項1に記載の手術システム。
- 前記ロボット装置は、基部と、前記基部から前記手術道具まで延びるロボットアームとを含む、請求項1に記載の手術システム。
- プロセッサにより実行された時に、前記プロセッサに、
手術者が機構を押下することに応じた、第一のモードにおけるロボット装置の制御であって、前記第一のモードは、前記ロボット装置と連結された手術道具を自動的に動かして、平面形状の実施境界と位置合わせすることを含む、前記制御と、
前記第一のモードにおける自動的な再配置により、前記手術道具が前記平面形状の実施境界に到達することに応じた、第二のモードにおけるロボット装置の制御であって、前記第二のモードは、前記平面形状の実施境界への、前記手術道具の手動による再配置を制約することを含む、前記制御と
を含む操作を実行させる命令を格納した、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記操作は、前記第一のモードにおける前記機構の解放に応じて前記手術道具の動きを停止させるべく、前記ロボット装置を制御することを更に含む、請求項15に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記平面形状の実施境界は、追跡された人体の特徴に対して位置決めされる、請求項15に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 前記第一のモードは、目的と予め定義された関係を有し、かつ前記平面形状の実施境界に位置する点へ、前記手術道具を自動的に再配置することを含む、請求項15に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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