JP5543331B2 - マニピュレータのツールの一軸に沿った移動を非機械的に制限および/またはプログラミングする方法、装置、およびシステム - Google Patents
マニピュレータのツールの一軸に沿った移動を非機械的に制限および/またはプログラミングする方法、装置、およびシステム Download PDFInfo
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Description
本出願は、参照により本明細書に組み入れてある、2007年4月16日出願の米国特許仮出願整理番号60/912146号の優先権を主張するものである。同時係属の国際出願PCT/US08/60541も参照により本明細書に組み入れてある。
定位処置(stereotactic procedures)を実行する(例えば、針または小型ツールを取り上げ、3次元空間内で目標物に当てる)ためには、ツールが、その計画された軌跡から逸脱できる範囲を限定するのが有利である。したがって、ロボットを使用してマスター・スレーブインターフェイスを用いる定位処置を実行するのにためには、XおよびY座標におけるマスターコントローラへのすべての入力を無効にして、ツール先端の移動をZ軸に制限するのが望ましいことがある。
いくつかの態様では、本発明は、多自由度を有するロボットアームによって、一軸に沿った、ツールの移動に対する、ソフトウエア・エネーブルド(software enabled)一軸ロックである。このソフトウエア解決策によって、無制限の数の自由度を有するロボットアームを、そのツールの一軸に沿った動きに機械的に制限されているロボットまたは装置と同様に動作させることができる。処置の以前に、指令をそのソフトウエアに送付して、GUI上のタッチスクリーン上のボタンや入力装置(例えば、ハンドコントローラ)上のボタンなどの、任意好適な入力装置を使用して、所与のロボットアームによって、そのツール(ロボットアームが保持しているツール、またはロボットアームと一体化されたツールを意味し;本発明のツールは、より詳細には、医療用ツールまたは手術用ツールとして特徴づけることができる)の動きを一軸にロックしてもよい。
a)ツール先端空間(例えば、直交座標X、Y、Z、ロール、ピッチ、ヨー)において入力装置(例えば、ハンドコントローラ)指令を取得する。この取得には、ハンドコントローラの位置および方位を意味するハンドコントローラ信号(複数を含む)(指令(複数を含む)、またはデータ)を受け取ること;一軸(例えば、ツール先端移動がそれに限定されている一軸への変換によって関係づけられる軸)における、ハンドコントローラの移動のデルタ値を求める(例えば、計算する)こと;およびそのハンドコントローラデルタを使用して、そのツール先端の対応するデルタ値を求めることを含む。ハンドコントローラ空間におけるデルタ値から、ツール先端空間におけるデルタ値への変換が求められると、すべてのツール先端デルタ値を、関係する一軸に沿ったデルタを除いて、無視してもよい。これは、ハンドコントローラから取得した非一軸パラメータの単純なゼロ化によるか、または各軸に対するすべてのデルタ値を計算し、一軸方向におけるデルタだけを使用することによって効率的に達成することもできる。
c)ステップa)において求められた一軸デルタを、ステップb)において求められた現在マニピュレータ先端位置に加えること。
d)この新しい先端位置を使用して、逆キネマティクスを実行して要求される関節角度の解を求めること。
e)マニピュレータを新しい関節値に指令すること。
f)ステップa)から反復すること。
さらに、以下でより詳細に考察するように、いくつかの態様において、一軸に沿ったツールの移動は、自動化されるように事前プログラムしてもよい。
図10は、CSD401の1つのバージョンを示し、この場合には、(例えば、図5に示された「定位手術左アーム(Stereotaxy Left Arm)」ボタンを選択することによって)シミュレートされた定位手術左アームモードが選択されており、左アームが有効化され、Z軸ロック(Z Axis Lock)機能が左ツールに対して選択されている。
添付の特許請求の範囲は、所与の請求項に「means for」および/または「step for」の語句(複数を含む)を用いて、ミーンズ・プラス・ファンクション(means-plus- function)の限定が明示的に記載されない限り、そのような限定を含むものとは解釈すべきではない。
Claims (15)
- ロボットアームに作動可能に結合されたツールの移動を、一軸に沿って制限する指令を受け取ること、前記ロボットアームは手術に使用されるように構成され;
入力装置の第1の位置および第1の方位を定義する第1のデータセットを受け取ること、但し、前記入力装置は、前記入力装置がマスターであるマスター・スレーブ関係で前記ロボットアームに可逆的に連動されており;
入力装置の第2の位置および第2の方位を定義する第2のデータセットを受け取ること;
1つの軸に沿って、前記入力装置の第1の位置および第1の方位と前記入力装置の第2の位置および第2の方位との差の要素を決定すること、1つの軸は前記一軸への変換によって関係づけられ;および
前記ツールの移動を発生させる1または2以上の信号を送付すること、但し、発生した移動は前記要素および変換を用い、これにより前記移動は、前記一軸に沿って制限される;
を行うためのマシン可読命令を含む、コンピュータ可読媒体。 - 少なくとも以下の機能:
ロボットアームに作動可能に結合されたツールの移動を、一軸に沿って制限する指令を受け取る、前記ロボットアームは手術に使用されるように構成され;
入力装置の第1の位置および第1の方位を定義する第1のデータセットを受け取る、但し、前記入力装置は、前記入力装置がマスターであるマスター・スレーブ関係でロボットアームに可逆的に連動されており;
入力装置の第2の位置および第2の方位を定義する第2のデータセットを受け取る;
1つの軸に沿って、前記入力装置の第1の位置および第1の方位と前記入力装置の第2の位置および第2の方位との差の要素を決定する、前記1つの軸は前記一軸への変換によって関係づけられ;および
前記ツールの移動を発生させる1または2以上の信号を送付する、但し、この発生した移動は前記要素および変換を用い、これにより前記移動は、前記一軸に沿って制限される、
を実行するように構成された、コンピュータシステム。 - さらに、少なくとも以下のこと:
前記ツールの一部分の位置と前記ツールの方位の決定を可能にするのに十分なデータを受け取ること、但し、前記ツールは、縦軸を有し、ここで、前記一軸は、ツールの縦軸に関して定義され;および
前記ツールを移動させる移動指令を受け取ること、
ここで、移動指令に応答して前記ツールの移動を発生させる1または2以上の信号が送付される、
を実行するように構成された、請求項2に記載のコンピュータシステム。 - コンピュータシステムが、自動化手術処置をシミュレート、計画および/または実行するのに有用であり、またここで、コンピュータシステムがさらに、少なくとも以下の機能:
前記第1のデータセットに基づいた前記ツールに対する目標場所を指定するデータを受け取る;
前記第2のデータセットに基づいた前記ツールの第2の場所を指定するデータを受け取る;および
ツールの自動移動を開始する自動化指令を受け取る、ここで、1または2以上の信号が自動化指令に応答して送信され、およびも発生した移動はツールの自動移動であり、ならびにここで、沿ってツールが移動する前記一軸は、前記第2の場所と前記目標場所とによって定義される、
を実施するように構成されている、請求項2または3に記載のコンピュータシステム。 - さらに、入力装置がロボットアームと連動したまたは取り外されたことを示す連動データを受け取る、ここで、受け取った連動データが、入力装置がロボットアームと連動したことを示す場合にのみ、移動が行われる、ように構成される請求項4に記載のコンピュータシステム。
- さらに、少なくとも以下の追加の機能:
目標場所においてツールの操作を行わせる、
を実行するようにさらに構成された、請求項2〜5のいずれか一項に記載のコンピュータシステム。 - さらに、少なくとも以下の追加の機能:
シミュレートされたツールの表現を表示する;
被験者の一部分の三次元表現を表示する;
第2の場所を指定するデータを受け取る前に、目標場所からツールのシミュレートされた表現の先端まで延びる軌跡計画ラインを、前記被験者の前記一部分の前記3次元表現の上に重畳させて表示する、および
ツールのシミュレートされた表現に連結された入力装置からの入力に応答して、軌跡計画ラインを移動させる、
を実行するように構成された、請求項4〜6のいずれか一項に記載のコンピュータシステム。 - 前記自動化指令に応答して送付された1また2以上の信号が、入力装置の操作に対してのリアルタイム応答とは異なる所定の速度の自動移動を発生させる、および
コンピュータシステムが、さらに、前記自動移動が完了する前に、前記自動移動を停止する指令を受け取るように構成される、
を実行するように構成された、請求項4または5に記載のコンピュータシステム。 - 少なくとも以下の機能:
前記ツールのシミュレートされた表現に加え、前記第2の場所から前記目標場所への経路を示す指標を表示する、
を実行するようにさらに構成された、請求項7に記載のコンピュータシステム。 - さらに、少なくとも以下の機能:
シミュレートされたロボットアームの表現を表示する;
シミュレートされたツールの表現を表示する;
シミュレーションモードにおいて動作する指令を受け取る、ここで、シミュレーションモードにおいて入力装置はシミュレートされたロボットアームの表現と可逆的に結合されることができる;
被験者の一部分の二次元(2D)画像を表示する;
2D画像上に重畳された目標場所の指標を表示する;
入力に応答して指標が移動する;
ツール先端またはツールから延びるラインが前記目標場所の指標と同じ相対位置に示されるように、3D表示上に重畳されたツールのシミュレートされた表現を有する前記被験者の一部分の三次元(3D)表現を表示する;
入力に応答してツール先端またはラインを移動する;および
入力に応答して3D表示を変更する;
を実行するように構成された、請求項4または5に記載のコンピュータシステム。 - さらに、被験者の一部分の第2の2D画像を表示するように構成された、請求項10に記載のコンピュータシステム。
- 前記1つの軸に沿った差の要素の決定が、前記1つの軸における第1のデータセットと第2のデータセットとの間のデルタ値を決定することを含み、
コンピュータシステムが、さらに、以下の機能:
前記1つの軸におけるデルタ値に基づく前記一軸における前記ツールの対応するデルタ値を決定する、を実行するように構成された、請求項2〜11のいずれか一項に記載のコンピュータシステム。 - 対応するデルタ値の決定が、前記入力装置から受け取った全ての非一軸パラメータをゼロ化することを含む、請求項12に記載のコンピュータシステム。
- 対応するデルタ値の決定が、1より多い軸におけるデルタ値を決定し、これらのデルタ値から前記一軸における対応するデルタ値を選択することを含む、請求項12に記載のコンピュータシステム。
- 保存された、少なくとも請求項2〜14のいずれか一項に記載の機能を実行するためのマシン可読命令を有するコンピュータ可読媒体。
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