JP5844409B2 - 施術支援装置及び施術支援装置の作動方法 - Google Patents
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Description
さらには、取得三次元データに基づいて生成された取得データ画像に設定された要注意状態への切削ドリルの移行を正確に検出するとともに、前記ハンドピースの駆動を停止、逆転、駆動力の低減及び報知のうちの少なくともいずれかひとつの所定の動作を行うことができる。
この発明により、切削ドリルの様々な態様による要注意状態への移行であっても、正確に検出することができる。
上述の要注意状態を変更するは、施術要注意部位の位置やその位置を基準とした範囲、あるいは切削ドリルの向き、切削ドリルの施術箇所からの離れなどいったん設定した要注意状態や、位置などの基準に基づいて定まる要注意状態の基準自体を変更することであり、この発明の構成により、施術内容や施術箇所の状況などの個々の状態に応じた要注意状態を設定し、より安全な施術を支援することができる。
この発明により、容易な構造で、所定動作として医療用ハンドピースの切削ドリルの駆動を正確に制御することができる。
この発明により、例えば、切削ドリルが前記要注意状態になれば駆動モータの駆動制御を行うため、施術者が前記要注意状態に到達したことを容易に把握することができる。
この発明により、駆動モータを導通する電流値をモニタリングするだけで容易に前記切削ドリルにかかる負荷を検出できるとともに、前記切削ドリルにかかる負荷が所定値を超えた場合に、音声、ブザー音やメロディ、振動による報知又はLED等の点灯や点滅による照明に基づく表示等による報知や、切削ドリルの駆動を停止する、あるいは低減させる、さらには逆回転するなどの所定動作を行うため、施術箇所への作用負荷によって切削ドリルが損傷することなく、安全に施術することができる。
この発明により、前記取得データ画像に重畳表示する着色又はマーキングによって、設定された要注意状態を明示でき、施術者の見誤り等による予期しない状態に陥ることを防止できる。
この発明により、施術者が目視する施術状況に近い切削ドリルなどの工具による施術状況を表示できるため、さらに安全な施術を支援することができる。
上述の前記取得データ画像の三次元位置を較正するは、例えば、取得データ画像で位置特定できる施術箇所の三次元位置を検出することによる較正や、三次元位置が検出された切削ドリルに対する相対位置を検出することで取得画像データの位置を較正することとすることができる。
この発明により、取得画像データに対して、三次元位置が検出された切削ドリルを、より正確な位置に重畳表示することができる。
この発明により、視準方向にとらわれることなく、様々な視準方向からの重畳画像を確認でき、狭視野で施術が困難な施術箇所であっても、安全な施術を支援することができる。
図1はインプラント手術支援装置1のブロック図を示し、図2はチェアーユニット10の構成を示す概略斜視図を示し、図3はマイクロスコープ付き歯科診療台150の概略図を示し、図4はX線CT撮影装置400の概略斜視図を示し、図5はインプラント手術ユニット160の概略斜視図を示し、図6はインプラント用ドリルハンドピース70の説明図を示し、図7はインプラント用ドリルハンドピース70の三次元位置検出についての概略説明図を示し、図8はCT撮影断面画像Ciを用いた画像重畳表示画面200の説明図を示している。
なお、図5〜図7、図11〜図16に示す切削ドリル71は、本件発明の原理を説明するために、簡略化した形状で示してある。
なお、X線CT撮影装置400で取得したX線画像データ(三次元情報)を記録媒体や信号線を介して導入するようにしてもよく、その場合、X線CT撮影装置400はインプラント手術支援装置1の必須の構成要素とはならない。
また、図2、図3に図示の例では椅子型のチェアーユニット10を採用しているが、患者が保持される構成であればよく、椅子型には限定されない。
さらに、図2には、位置検出部80は図示しないが、例えば、チェアーユニット10のヘッドレスト部近傍に設けることができる。
なお、切削ドリル71は、埋設箇所Pを切削する工具すなわち切削工具であり、インプラント体Imは、埋設箇所Pに埋設される埋設体である
このような操作部(51乃至53)は、モニタ15に表示された画像重畳表示画面200や、上述の各種操作デバイス112を用いて操作入力する構成である。
報知部16は、報知部制御部22の制御によってブザーなどの音声や照明で報知する装置である。
このように、工具には切削用の工具の他、埋入用(埋設用)の工具なども考えられる。
モニタ15に表示する画像重畳表示画面200は、左側の画像表示部210、右側の各種選択操作部220、右側下段の選択決定部230及び、上述の各種操作デバイス112におけるポインティングデバイスによって操作されるカーソル240(マウスで操作する場合にマウスポインタまたは単にポインタと呼ばれることがある)で構成している。
上記較正によって、画像表示部210に表示されるCT撮影断面画像Ciに対してインプラント用ドリルハンドピース70の切削ドリル71の画像を正確に表示することができる。
このとき、図10に示すように、埋設箇所Pにサージカルガイド140を被せて撮影する。サージカルガイド140は、インプラント体Imを埋設箇所Pに埋設するためのガイド孔141が開いており、埋設箇所Pにガイド孔141を合わせてサージカルガイド140を装着し、サージカルガイド140を装着した状態をX線CT撮影装置400で撮影し、三次元情報を取得する。そして、このように取得した三次元情報を基に三次元CT画像生成部41でCT撮影断面画像Ciを生成し、画像重畳表示画面200における三次元画像取込・表示部221の操作によって、図11に示すように、画像重畳表示画面200の画像表示部210に表示する。
例えば、施術者がX線CT画像を基にして下顎管の位置を画面上でマウス等を使用して前述のように下顎管Mcの位置を確定すると、各近接要注意状態T1〜T3がその上方に所定距離を保って自動的に設定されるようにしてもよいし、施術者が所望の形状に入力すると受け付けるようにしてもよい。
いうまでもないが、前述のように、上顎にも上顎洞などの施術要注意箇所はあり、上顎における要注意状態の設定については、下顎の場合と上下が逆になる。
これらの予定している埋設箇所Pすなわち目標位置に近づいた状態、予定している埋設箇所Pから外れてしまう状態、下顎管Mcなどの要注意箇所すなわち施術注意領域に近づいた状態、要注意箇所に到ってしまう状態から、逆に、切削ドリル71の移動許容領域を定めることもでき、この移動許容領域から外れる状態も要注意状態に含めることができる。
詳述すると、インプラント用ドリルハンドピース70に装着して、埋設箇所Pを切削する切削ドリルとして、埋設箇所Pの切削形状や施術状態に応じて適した形状を選択できるように、例えば図18に示すように、様々な形状のものがあるが、画像重畳表示画面200における切削ドリル選択部225を操作して、ドリル画像記憶部32に記憶した複数の切削ドリル71の画像を画像表示部210に表示し、使用する切削ドリル71の画像を選択する。
選択枠Ff2を矢印操作部231の操作によって移動させて関心のある切削ドリル71を選んで決定操作部232をONすると切削ドリル71の選択が確定する。図示の例では切削ドリル71Aが選択枠Ff2で囲まれている。この状態で決定操作部232をONするとドリル71Aの選択が確定する。
選択枠Ff1を矢印操作部231の操作によって移動させて関心のあるインプラント体Imを選んで決定操作部232をONするとインプラント体Imの選択が確定する。図示の例ではインプラント体ImAが選択枠Ff1で囲まれている。この状態で決定操作部232をONするとインプラント体ImAの選択が確定する。
より3次元座標をより正確に算出するために、複数箇所を接触指定できるように構成してもよい。
なお、切削ドリル71の画像としては、切削ドリル71をイラスト化した画像を用いることができるし、3次元データを用いて立体的なイラスト画像としてもよい。
好適には、画像処理上のインプラント用ドリルハンドピース70の3次元データの位置座標も、切削ドリル71の位置座標と共に相対的に移動調整する。
このように、切削ドリル71に対する関心領域Mの位置が正確に較正されることによって、切削ドリル71と埋設箇所Pの間の位置関係も正確に検出することができる。
具体的には、カーソル240で指定した位置が選択した切削ドリル71の先端711の位置となるように演算を設定しておき、画像表示部210に表示されるガイド孔141に切削ドリル71の先端711がある位置を指定する。そして、キャリブレーションの実行命令をすると、画像上の三次元位置が実際の切削ドリル71の位置関係となるようにキャリブレーションされる。
このように構成することで、埋設位置のインプラント体Imに対して、現状の切削ドリル71の位置がどのあたりであるのか、より具体的に視認することができる。
1つは、下顎管Mcのように、生体中の重要部位に対する要注意状態であり、他の1つは、埋設箇所Pに対する要注意状態である。
第1近接要注意状態T1は埋設箇所Pから近い領域であるため、要注意の度合いが高いが、下顎管Mcからは第2近接要注意状態T2や第3近接要注意状態T3に比べると要注意の度合いが低い。
施術対象者M1の体軸の方向をZ方向とし、足から頭部に向かう方向を+Z方向とし、その逆を−Z軸方向とする。
施術対象者M1の体軸の方向と直交し、互いに直交する方向をX方向、Y方向とする。X方向は施術対象者の正面と背面に延びる方向であり、正面から背面に向かう方向を+X方向とし、その逆を−X方向とする。
以下、X方向、Y方向、Z方向の3次元の座標の位置を単にX、Y、Zで表わすこともある。
また、埋設箇所Pを切削する切削ドリル71に作用する負荷が所定の負荷を超えると負荷検出部90が検出し、負荷判定部262が判定すると(ステップS11:Yes)、切削ドリル71を駆動するモータ駆動部60に対して、予め所定動作として設定した駆動停止制御を駆動部制御部23が行う(ステップS12)。この所定の負荷を超える負荷が切削ドリル71に作用した場合の所定動作についても、画像重畳表示画面200の所定動作設定部226の操作によって設定することができる。
なお、第2傾斜要注意状態Ta2の外の領域については図示していないが、危険状態である。また、安全領域Arは、所定の施術方向に対して許容する方向である。
具体的には、埋設箇所Pにおける切削ドリル71の長軸のXY方向位置Phpと検出時現在の切削ドリル71の長軸のXY方向の位置Dhpとの間の距離が大きく、かつ、埋設箇所Pにおける切削ドリル71の長軸のなす角度Pagと検出時現在の切削ドリル71の長軸のなす角度Dagとの角度差が大きいほど警告度の高い報知がなされる。
図16(g)に示した状態では切削ドリル71が−Z方向に進むにつれて、検出時現在の切削ドリル71の先端Z位置Dvpが埋設箇所Pにおける切削ドリル71の先端Z位置Pvpに近づいていき、第1接近要注意状態Ta1に進入すると埋設箇所Pについての報知がなされる。
検出時現在の切削ドリル71の位置と角度から、そのまま切削が進んだらどのような要注意状態になるか予測演算して、レベル別の報知をするようにしてもよい。
もちろん、各報知に加えて上述の駆動停止、逆転、駆動力の低減を行ってもよい。
図19に示した例では、埋設箇所Pを中心に、複数の大きさが異なる、上方に開口がある有底の略逆円錐台形状の要注意状態の領域Tcが、埋設箇所Pを立体的に取り囲むように、設定されている。図示の例では要注意状態の領域Tcはコップ形状をなしている。
さらに、図示の例では略逆円錐台形状であるが、底部を尖らせて、逆円錐形状を含む略逆円錐形状であってもよい。
また、第3傾斜要注意状態Tc3の外の領域については図示していないが、危険状態である。
また、関心領域Mを自動的に回して見るように表示してもよいし、所望の角度で停止表示するようにしてもよい。
この発明の施術箇所および埋設箇所は、埋設箇所Pに対応し、
以下同様に、
切削ドリルおよび工具は、切削ドリル71に対応し、
医療用ハンドピースは、インプラント用ドリルハンドピース70に対応し、
三次元位置検出部は、位置検出部80に対応し、
内部構造は、下顎骨Mbに対応し、
取得三次元データは、三次元情報に対応し、
取得データ画像は、三次元CT画像に基づくCT撮影断面画像Ciに対応し、
施術箇所における位置及び/または範囲は、近接要注意状態T1、T2に対応し、
要注意状態設定部は、要注意状態設定・変更部223に対応し、
所定動作部は、報知部16およびモータ駆動部60に対応し、
施術支援装置は、チェアーユニット10に対応し、
要注意状態変更部は、要注意状態設定・変更部223に対応し、
駆動制御部は、駆動部制御部23に対応し、
工具三次元データ記憶部は、ドリル画像記憶部32に対応し、
画像三次元位置較正部は、キャリブレーション部222に対応し、
インプラント体三次元形状データ記憶部は、インプラント体画像記憶部33に対応するが、この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
15…モニタ
16…報知部
23…駆動部制御部
32…ドリル画像記憶部
33…インプラント体画像記憶部
40…画像処理部
60…モータ駆動部
70…インプラント用ドリルハンドピース
71…切削ドリル
80…位置検出部
90…負荷検出部
222…キャリブレーション部
223…要注意状態設定・変更部
Ci…CT撮影断面画像
Im…インプラント体
Mb…下顎骨
Mc…下顎管
T,Ta,Tb…要注意状態
P…埋設箇所
Claims (23)
- 施術箇所に作用する切削ドリルを有する医療用ハンドピースにおける前記切削ドリルの三次元位置を検出する三次元位置検出部と、
前記施術箇所に関して、内部構造も含んで取得した取得三次元データに基づいて取得データ画像を生成するとともに、前記三次元位置検出部により検出された前記医療用ハンドピースの切削ドリルの位置情報を基に、予め記憶部で記憶したドリル画像を、前記取得データ画像に重畳表示する画像処理部と、
前記取得データ画像において、施術において注意を要する要注意状態、あるいは該要注意状態の基準となる、前記施術箇所における下顎管もしくは上顎洞に対する位置、方向及び/または範囲を、前記下顎管もしくは上顎洞の位置を基準として一定の距離毎に所定の厚みを有し、要注意の度合いの異なる複数の層に分けて設定する要注意状態設定部と、
前記三次元位置検出部による前記切削ドリルの前記要注意状態への移行の検出に伴って、前記医療用ハンドピースの駆動を予め設定した停止、逆転、及び駆動力の低減のうちの少なくともいずれかひとつの所定の動作を行う所定動作部と、
前記切削ドリルが前記要注意状態設定部で設定した要注意の度合いに応じた要注意状態に移行することを異なる報知形態で報知する報知部とを備えた
施術支援装置。 - 前記要注意状態を、
前記切削ドリルが目標とする目標位置、該目標位置の外の領域、施術に注意が必要な施術注意領域、及び前記目標位置または前記施術注意領域の位置から前記切削ドリルの移動許容領域として定まる移動許容領域の外の領域への接近または進入、並びに、所定の施術方向に対して許容する方向を超える方向への移行の少なくともいずれかとした
請求項1に記載の施術支援装置。 - 前記要注意状態を変更する要注意状態変更部を備えた
請求項1または2に記載の施術支援装置。 - 前記医療用ハンドピースと、該医療用ハンドピースの駆動を制御する駆動制御部とを備えた
請求項1乃至3のうちいずれかに記載の施術支援装置。 - 前記医療用ハンドピースを、前記切削ドリルを駆動モータで駆動するモータハンドピースで構成するとともに、
前記駆動制御部を、前記モータハンドピースの駆動モータを駆動制御する構成とした
請求項4に記載の施術支援装置。 - 前記駆動制御部を、
前記モータハンドピースの前記切削ドリルにかかる負荷が所定値を超えた場合に、前記所定動作を行う構成とした
請求項5に記載の施術支援装置。 - 前記画像処理部を、
設定された前記要注意状態を着色又はマーキングによって、前記取得データ画像に重畳表示する構成とした
請求項1乃至6のうちいずれかに記載の施術支援装置。 - 前記画像処理部を、
前記切削ドリルの位置情報として、点滅するドット、予め記憶させた前記切削ドリルのイラスト、ドット、及びマーカのうちのいずれかによって、前記取得データ画像に重畳表示する構成とした
請求項1乃至7のうちいずれかに記載の施術支援装置。 - 施術箇所を切削する工具である前記切削ドリルの三次元形状データを記憶する工具三次元データ記憶部を備え、
前記画像処理部を、
前記切削ドリルの三次元形状データに基づく工具データ画像を、前記取得データ画像に重畳表示する構成とした
請求項1乃至7のうちいずれかに記載の施術支援装置。 - 前記取得データ画像の三次元位置を較正する画像三次元位置較正部を備えた
請求項1乃至9のうちいずれかに記載の施術支援装置。 - 前記施術箇所を、インプラント治療におけるインプラント体の埋設箇所とするとともに、
該インプラント体の三次元形状データを記憶するインプラント体三次元形状データ記憶部を備え、
前記画像処理部を、
前記インプラント体の三次元形状データに基づくインプラント体データ画像を、前記取得データ画像に重畳表示する構成とした
請求項1乃至10のうちいずれかに記載の施術支援装置。 - 前記画像処理部を、
前記インプラント体の埋設方向を軸として前記取得データ画像を回転表示する構成とした
請求項11に記載の施術支援装置。 - 施術箇所に関して、内部構造も含んで取得した取得三次元データに基づいて生成した取得データ画像に対して、
要注意状態設定部が、施術において注意を要する要注意状態、あるいは該要注意状態の基準となる、前記施術箇所における下顎管もしくは上顎洞に対する位置、方向及び/または範囲を、前記下顎管もしくは上顎洞の位置を基準として一定の距離毎に所定の厚みを有し、要注意の度合いの異なる複数の層に分けて設定し、
画像処理部が、前記施術箇所に作用する切削ドリルを有する医療用ハンドピースにおける前記切削ドリルの検出した三次元位置に基に、予め記憶部で記憶したドリル画像を、前記取得データ画像に重畳表示し、
所定動作部が、前記切削ドリルの前記要注意状態への移行の検出に伴って、前記医療用ハンドピースの駆動を予め設定した停止、逆転、及び駆動力の低減のうちの少なくともいずれかひとつの所定の動作を行うとともに、
報知部が、前記切削ドリルが要注意の度合いに応じた要注意状態に移行することを異なる報知形態で報知することを特徴とする
施術支援装置の作動方法。 - 前記要注意状態を、
前記切削ドリルが目標とする目標位置、該目標位置の外の領域、施術に注意が必要な施術注意領域、及び前記目標位置または前記施術注意領域の位置から前記切削ドリルの移動許容領域として定まる移動許容領域の外の領域への接近または進入、並びに、所定の施術方向に対して許容する方向を超える方向への移行の少なくともいずれかとする
請求項13に記載の施術支援装置の作動方法。 - 前記要注意状態の変更を許容する
請求項13または14に記載の施術支援装置の作動方法。 - 前記医療用ハンドピースは、前記切削ドリルを駆動モータで駆動するモータハンドピースである
請求項15に記載の施術支援装置の作動方法。 - 前記モータハンドピースの前記切削ドリルにかかる負荷が所定値を超えた場合に、前記所定動作を行う
請求項16に記載の施術支援装置の作動方法。 - 設定された前記要注意状態を着色又はマーキングによって、前記取得データ画像に重畳表示する
請求項13乃至17のうちいずれかに記載の施術支援装置の作動方法。 - 前記切削ドリルの位置情報として、点滅するドット、予め記憶させた前記切削ドリルのイラスト、ドット、及びマーカのうちのいずれかによって、前記取得データ画像に重畳表示する
請求項13乃至18のうちいずれかに記載の施術支援装置の作動方法。 - 工具三次元データ記憶部に記憶した前記施術箇所を切削する工具である前記切削ドリルの三次元形状データに基づく工具データ画像を、前記取得データ画像に重畳表示する
請求項13乃至18のうちいずれかに記載の施術支援装置の作動方法。 - 三次元位置較正部が、前記取得データ画像の三次元位置を較正する
請求項13乃至20のうちいずれかに記載の施術支援装置の作動方法。 - 前記施術箇所は、インプラント治療におけるインプラント体の埋設箇所であり、
インプラント体三次元形状データ記憶部に記憶する該インプラント体の三次元形状データに基づくインプラント体データ画像を、前記取得データ画像に重畳表示する
請求項13乃至21のうちいずれかに記載の施術支援装置の作動方法。 - 前記画像処理部が、前記インプラント体の埋設方向を軸として前記取得データ画像を回転表示する
請求項22に記載の施術支援装置の作動方法。
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