JP6718920B2 - 定位手術用の手術ロボットシステム及び定位手術用ロボットの制御方法 - Google Patents
定位手術用の手術ロボットシステム及び定位手術用ロボットの制御方法 Download PDFInfo
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Description
図1は、本発明の一実施例による定位手術を行うことができる手術ロボットシステムが手術に用いられている例を示す。図示されているように、医師(または使用者)は、定位手術部1のような手術ロボットを用いて患者160に対する定位手術を行うことができる。医師は、ユーザーインターフェース150にディスプレイされた手術部位のイメージを検討して、手術を行う手術ターゲットの位置及び手術道具が患者160の内部に進入する位置を決定することができる。
図3は、図2の定位手術部1として用いられる、本発明の一実施例による定位手術用の手術ロボット1を示す。本実施例による定位手術用の手術ロボット1は、移動部10、回転部40及び手術部位支持部70を含み、手術台と着脱可能に構成され得る。回転部40の一端には手術道具50が備えられてもよく、定位手術用の手術ロボット1が移動部10及び回転部40を制御して手術道具50の位置及び姿勢を調整することができる。本実施例による定位手術用の手術ロボット1は、手術ターゲットの位置に応じて移動部10を移動させ、手術道具の進入位置または姿勢に応じて回転部40を回転させることが可能である。移動部10と回転部40は、それぞれ独立に制御され得る。
トラッキング部130は、物体の動きをトラッキングできる装置であり、具体的には、物体の位置及び/又は姿勢を測定できる装置である。トラッキング方法は、特に制限されないが、一般に光学的技術に基盤をおいたオプティカルトラッキング(optical tracking)方法または電磁波技術に基盤をおいた電磁波トラッキング(electromagnetic tracking)方法が用いられる。また、多様なトラッキング方法が複合的に用いられることもできる。
撮像部120は、手術部位の外部のイメージを示すイメージングデータを生成できる装置である。一実施例によれば、撮像部120は、患者160の表面イメージを取得したり、手術部位または手術道具の進入位置(またはその周辺)のイメージを示すイメージングデータを生成できる。撮像部120は、一般的なカメライメージのような2次元イメージを示すイメージングデータを生成できる装置であってもよいが、定位手術のような精密な手術の進行のために必要な3次元イメージを示すイメージングデータを生成できる装置であってもよい。
一般に、定位手術は、脳のように医師が直接目で確認し難い部位に関する手術である。従って、医師は、CTやMRIイメージのような患者160の体内にある手術ターゲットを含む手術部位の3次元イメージまたはこのような3次元イメージの2次元断面イメージを分析して、手術ターゲットを決定でき、手術道具が手術ターゲットに安全に進入できる位置を決定できる。例えば、ユーザーインターフェース150を通じて、CTイメージが表示されると、医師はCTイメージを検討することによって手術ターゲットの位置及び/又は手術道具の進入位置を決定でき、決定された位置をユーザーインターフェース150を通じて入力できる。本発明の定位手術部1は、医師が入力した手術ターゲットの位置及び/又は手術道具の進入位置に基づいて制御され得る。
10:移動部
11:固定部
12:第1方向駆動部
14:第2方向駆動部
16:第3方向駆動部
40:回転部
42:第1回転駆動部
43:第1回転軸
44:第2回転駆動部
45:第2回転軸
46:ホルダ
50:手術道具
70:手術部位支持部
72:連結部
73:連結部材
74:高さ調節部
75:角度調節部
78:手術台固定部
79:クランピング部
90:手術部位固定部
92:横方向手術部位固定フレーム
93:縦方向手術部位固定フレーム
94:手術部位固定ピン
95:絶縁手段
110:手術台
120:撮像部
130:トラッキング部
131:第2レンズ
132:結像素子
140:制御部
150:ユーザーインターフェース
170、172、174、910:マーカー
911:パターン面
912:第1レンズ
Claims (13)
- 定位手術用手術ロボットシステムであって、
手術道具を少なくとも5自由度に移動及び回転させる定位手術部と、
制御部と、
手術ターゲットを含む手術部位の3次元イメージを示す第1イメージングデータを表示するユーザーインターフェースと、
前記手術部位の外部の3次元イメージを示す第2イメージングデータを生成する撮像部と、
前記撮像部に付着された第1マーカーの位置及び姿勢と前記手術部位に付着されるか、近接して配置された少なくとも1つの第2マーカーの位置及び姿勢をトラッキングするトラッキング部と
を含み、
前記定位手術部は、
前記手術道具を付着可能であり、前記手術道具の進入姿勢に応じて手術台に対して垂直な第1回転軸及び前記第1回転軸に垂直な第2回転軸を中心に前記手術道具を回動させる回転部と、
手術ターゲットの位置に応じて3つの線形軸の少なくとも1つの線形軸の方向に前記回転部を移動させる移動部と
を含み、
前記移動部は、前記第1及び第2回転軸が交差する地点が前記手術ターゲットと一致するように前記回転部を移動させ、
前記制御部は、
前記ユーザーインターフェースを通じて前記手術ターゲットの位置及び前記手術道具の進入位置の入力を使用者により受け、
前記第1イメージングデータ、前記第2イメージングデータ、前記トラッキング部がトラッキングした前記第1マーカーの位置及び姿勢並びに前記少なくとも1つの第2マーカーの位置及び姿勢に基づいた、前記第1イメージングデータの第1座標系、前記第2イメージングデータの第2座標系及び前記少なくとも1つの第2マーカーの第3座標系の間の座標変換関係を用いて、前記手術ターゲットの位置及び前記手術道具の進入位置を前記定位手術部位の座標系上の座標に変換し、
前記定位手術部位の座標系上の座標に変換された前記手術ターゲットの位置及び前記手術道具の進入位置に基づいて前記定位手術部位の前記移動部と前記回転部を制御して前記手術道具を移動及び回転させる、定位手術用手術ロボットシステム。 - 前記定位手術部は、前記移動部と連結され、前記手術台に着脱可能な手術部位支持部をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記移動部は、
第1線形軸方向に沿って移動する第1方向駆動部と、
前記第1方向駆動部に連結されて、第2線形軸方向に沿って移動する第2方向駆動部と、
前記第2方向駆動部に連結されて、第3線形軸方向に沿って移動する第3方向駆動部と
を含み、
前記回転部は、
前記第3方向駆動部に連結される一端を含み、前記第1回転軸を中心に回転する第1回転駆動部と、
前記第2回転軸を中心に回転する第2回転駆動部と
を含み、
前記第2回転駆動部の一端は前記第1回転駆動部の他端に連結され、前記第2回転駆動部の他端には前記手術道具が付着され得ることを特徴とする、請求項1に記載の定位手術用手術ロボットシステム。 - 前記第1〜第3線形軸方向は互いに直交し、
前記第1回転軸と前記第2回転軸は互いに直交することを特徴とする、請求項3に記載の定位手術用手術ロボットシステム。 - 前記第2回転駆動部の前記他端には、前記手術道具が着脱可能なホルダが付着されることを特徴とする、請求項3に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記第2回転駆動部の前記他端には、前記手術道具の装着を感知する手術道具感知部がさらに付着されることを特徴とする、請求項5に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記第3方向駆動部は、前記第1回転軸を中心に形成された中空を含むことを特徴とする、請求項3に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記中空を通じて医療イメージを撮影する撮影装置をさらに含むことを特徴とする、請求項7に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記手術部位または他の患部の医療イメージを撮影する撮影装置をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記撮影装置はCアームであることを特徴とする、請求項8または9に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記中空は、第1回転駆動部と第3方向駆動部の連結部分に前記第1回転軸方向に形成されることを特徴とする、請求項7に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
- 前記制御部は、
前記手術部位の少なくとも一部分を用いて前記第1イメージングデータと前記第2イメージングデータが示す3次元イメージとの間のイメージ整合を行い、前記第1イメージングデータの前記第1座標系から前記第2イメージングデータの前記第2座標系に座標を変換させるための第1座標変換関係を生成し、
前記第1座標変換関係と、前記トラッキング部を通じてトラッキングされた前記第1マーカーの位置及び姿勢並びに前記少なくとも1つの第2マーカーの位置及び姿勢を用いて前記第1座標系から前記少なくとも1つの第2マーカーの前記第3座標系に座標を変換させるための第2座標変換関係を生成し、
前記トラッキング部を通じてトラッキングされた前記少なくとも1つの第2マーカーの位置及び姿勢を用いて、前記第3座標系から前記定位手術部位の第4座標系に座標を変換させるための第3座標変換関係を生成し、
前記第1座標変換関係、前記第2座標変換関係、前記第3座標変換関係を用いて、前記手術ターゲットの位置及び前記手術道具の進入位置を前記定位手術部位の座標系上の座標に変換することを特徴とする、請求項1に記載の定位手術用手術ロボットシステム。 - 前記制御部は、
前記変換された座標系上の座標に基づいて前記手術道具の進入姿勢を決定し、
前記変換された座標系上で前記手術ターゲットの位置に対応する座標が前記2つの回転軸の交差点に位置するように前記移動部を通じて前記回転部を移動させ、
前記手術道具が前記決定された手術道具の進入姿勢を有するように前記回転部を通じて前記手術道具を回転させることを特徴とする、請求項1に記載の定位手術用手術ロボットシステム。
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