JP5103658B2 - 柔軟な針の制御された操作 - Google Patents
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Description
ここで、kiは前記仮想バネの係数であり、wiはi点における変位量であり、w0iは解放されたバネiの位置である。
ここで、N1、N3は座標であり、N2、N4はそれぞれx=0及びx=lにおける要素の傾きであり、φiは三次の形状関数である。
ここで、KはNi,j(変位及び傾きの自由度)の係数の行列である。NはNi,jのベクトルであり、iは要素番号であり、jは要素iの自由度である。
式(4)をθtで微分し、0に等しいと見なすと、式(5)が得られる。
方程式(5)は、最後の要素N4nの傾きの方程式の代わりに式(3)に代入され、式(3)の解は、最適化された針の形状を与える。
ここで、式(Nn,3−w0,n)は前記仮想バネのその無負荷状態の位置w0,nからの変位Nn,3を表す。次式により最後の先端部の要素のためのモーメントが与えられる。
最後の要素の長さが他のどの要素の長さよりも短いため、これに適用されたモーメントを無視することができる。
ここに、Pi,j及びQi,jはN、M次の多項式の係数である。一致させた前記歪みのある較正ビード座標及び前記歪みのない較正ビード座標を用いて、線形方程式が構築され、係数Pi,j及びQi,jを回復させるQR因数分解により解かれる。
32 ロボット
33、75 針
34 組織
37 コンピューター
38 メインコンピューター
70、71、72 小型位置センサー
Claims (21)
- 予め決められた軌道に従った、先端部を有する針の組織への挿入のためのシステムであって、
前記針を前記組織へ移動させるロボットと、
前記針の軌道を即時に確認する画像装置と、
確認された軌道と前記予め決められた軌道との差に応じて前記ロボットの動きを制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記組織により前記針に加えられる横方向力のシミュレーションをするため、前記針のモデルを、複数の仮想バネが横方向に接続された柔軟な梁として利用し、前記組織を経る前記針の軌道は、前記仮想バネの前記針への影響により決定される、システム。 - 前記針の軌道は、前記針の挿入の結果としての前記組織の動きの影響を考慮して決定される、請求項1に記載のシステム。
- 前記針の軌道は、前記針の挿入の結果としての前記仮想バネの少なくともいくつかの弾性係数の変化を考慮して決定される、請求項1に記載のシステム。
- 前記予め決められた軌道は前記針の前記先端部の目標位置を含む、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記予め決められた軌道は、前記針が接近を禁じられた少なくとも1つの領域を避けるように定められる、請求項4に記載のシステム。
- 前記ロボットの動きは、内部への移動、横方向の移動及び角度方向の移動の少なくともいくつかを含む、請求項1ないし5のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記ロボットの動きは6以下の自由度を有する、請求項6に記載のシステム。
- 前記画像装置は、X線透視装置、CT装置、MRI装置、超音波装置、電磁ナビゲーションを用いた装置及び光学ナビゲーションを用いた装置のいずれかである、請求項1ないし7のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記画像装置は、内部への移動及び横方向の移動の方向を含む平面の画像を提供する、請求項1ないし8のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置は、前記画像装置から得られた画像の画像処理により決定された前記先端部のリアルタイム位置の、前記予め決められた軌道による前記先端部の予定された位置からのずれを決定し、前記モデルを用いて、前記ずれを減らすために前記ロボットに適用する動きを計算する、請求項1ないし9のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置は、前記予め決められた軌道を追跡するために前記針に与えられる動きを計算するため、前記モデルに適用された逆運動学の解を利用する、請求項1ないし10のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置は、前記針が挿入されている前記組織の剛性の変化を即時に決定するため、前記画像から検出された前記針の形状を用いる、請求項1ないし11のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記制御装置は、前記針が挿入されている前記組織に応じて前記針の経路を即時に調整するため、変化した前記組織の剛性を用いる、請求項12に記載のシステム。
- 前記針の基部に加えられた力を測定する力センサーを含み、前記制御装置は、前記針が挿入されている前記組織の剛性の変化を即時に決定するために前記力を用いる、請求項12に記載のシステム。
- 前記予め決められた軌道は要素に分けられ、前記制御装置は、各要素において少なくとも前記画像装置から得られたリアルタイムの結果に応じて、前記要素に従って挿入を行う、請求項1ないし14のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記針は少なくとも1つの位置センサーを有し、前記針は前記位置センサーを用いて検出される、請求項1ないし15のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記位置センサーは電磁位置センサーである、請求項16に記載のシステム。
- 前記針が取り付けられた前記ロボットの座標を前記画像装置の座標に関連付けることができるようにするため、記録装置を含む、請求項1に記載のシステム。
- 予め決められた軌道に従って針の変形可能な組織への挿入を制御するシステムであって、
前記針を前記組織へ移動させるロボットと、
前記針の軌道を即時に確認する画像装置と、
確認された軌道と前記予め決められた軌道との差に応じて前記ロボットの動きを制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記針が挿入されている前記組織の弾性の変化を決定するため、画像化された前記針の軌道を使用し、前記針が挿入されている前記組織に応じて前記針の経路に沿って前記組織の弾性モデルを調整するため、前記組織の弾性を利用し、前記組織を経る前記針の動きのための逆運動学の解を取得し、前記ロボットに、前記解に従って前記針を前記組織へ移動させるように指示する、システム。 - 前記針の基部に加えられた力を測定する力センサーを含み、前記制御装置は、前記針が挿入されている前記組織の弾性の変化を決定するために前記力を用いる、請求項19に記載のシステム。
- 前記予め決められた軌道は要素に分けられ、前記制御装置は、前記画像装置から得られたリアルタイムの結果に応じて追加的に挿入を行う、請求項19に記載のシステム。
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