JP6748088B2 - 外科手術中の追跡中断を低減するナビゲーションシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、その内容全体を引用することにより本明細書の一部をなすものとする2015年2月25日に出願された米国仮特許出願第62/120,585号の優先権及び利益を主張する。
仮想空間において仮想物体として定義される物理的物体によって生じる追跡中断を低減するナビゲーションシステムであって、
視野を有するローカライザと、
ローカライザの視野内に配置し、ローカライザが追跡デバイスとの視線関係を確立することができるようにする追跡デバイスと、
追跡デバイスとローカライザとの間の視線関係に基づいて仮想視線境界を生成するように構成され、追跡デバイスとローカライザとの間の相対的な動きを計上するように仮想視線境界を更新するように構成された仮想境界生成器と、
仮想視線境界に対する仮想物体の動きを評価して、仮想物体と仮想視線境界との間の衝突を検出し、物理的物体が追跡デバイスとローカライザとの間で視線を遮断することを防ぐ応答を可能にするように構成された衝突検出器と
を備えてなる、ナビゲーションシステム。
仮想物体と仮想視線境界との間の衝突の検出に応答してフィードバックを生成し、物理的物体が追跡デバイスとローカライザとの間で視線を遮断することを防ぐ、仮想境界生成器と通信するフィードバック生成器を含む、条項1に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信して、可聴フィードバック、視覚フィードバック、振動フィードバック又は触覚フィードバックのうちの少なくとも1つを生成するフィードバックデバイスを備える、条項2に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信して、物理的物体を振動させるように構成された振動デバイスを備える、条項2又は3に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信して、物理的物体の動きを制御するように構成された触覚デバイスを備える、条項2〜4のいずれかに記載のシステム。
触覚デバイスは、ツールの動きを制約することによってツールの動きを制御するように構成される、条項5に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信して、触覚デバイスを再位置決めすることの命令を生成するように構成されたフィードバックデバイスを備える、条項5又は6に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信して、ユーザに対し、患者の解剖学的組織を再位置決めすることの命令を生成するように構成されたフィードバックデバイスを備える、条項2〜7のいずれかに記載のシステム。
フィードバック生成器と通信して、ローカライザを再位置決めすることの命令を生成するように構成されたフィードバックデバイスを備える、条項2〜8のいずれかに記載のシステム。
衝突検出器は、衝突を予測することによって衝突を検出するように構成される、条項1〜9のいずれかに記載のシステム。
ローカライザは、追跡デバイスの1つ以上のマーカから光を検知するための1つ以上の光センサを備える、条項1〜10のいずれかに記載のシステム。
衝突検出器は、仮想視線境界の位置及び向きに対する仮想物体の位置及び向きを追跡するように構成される、条項1〜11のいずれかに記載のシステム。
仮想境界生成器は、物理的物体が入ることを制限される空間の輪郭を描く形状を有する境界仮想物体を生成し、追跡デバイスからの光が、物理的物体による遮断なしでローカライザに送達されることができるようにすることによって、仮想視線境界を生成するように構成される、条項1〜12のいずれかに記載のシステム。
仮想境界生成器は、追跡デバイスの位置及び向きと、ローカライザの位置及び向きとに基づいて境界仮想物体を生成することによって、仮想視線境界を生成するように構成される、条項1〜13のいずれかに記載のシステム。
仮想視線境界は、円筒形又は円錐台形のうちの少なくとも1つである、条項1〜14のいずれかに記載のシステム。
仮想視線境界は1つ以上の直線を含む、条項1〜15のいずれかに記載のシステム。
仮想境界生成器は、追跡デバイスの新たな位置及び向きが決定される度に、追跡デバイスとローカライザとの間の相対的な動きを計上するように仮想視線境界を更新するように構成される、条項1〜16のいずれかに記載のシステム。
仮想境界生成器は、0.1ミリ秒〜2ミリ秒ごとに、追跡デバイスとローカライザとの間の相対的な動きを計上するように仮想視線境界を更新するように構成される、条項1〜17のいずれかに記載のシステム。
第2の追跡デバイスを備え、仮想境界生成器は、第2の追跡デバイスとローカライザとの間の視線関係に基づいて第2の仮想視線境界を生成するように構成される、条項1〜18のいずれかに記載のシステム。
仮想境界生成器は、第2の追跡デバイスとローカライザとの間の相対的な動きを計上するように第2の仮想視線境界を更新するように構成される、条項19に記載のシステム。
衝突検出器は、仮想物体と第2の仮想視線境界との間の相対的な動きを評価するように構成される、条項19又は20に記載のシステム。
衝突検出器は、仮想物体と第2の仮想視線境界との間の衝突を検出して、物理的物体が第2の追跡デバイスとローカライザとの間で視線を遮断することを防ぐ応答を可能にする、条項19、20又は21に記載のシステム。
物理的物体は、ツール又は人物の少なくとも一部分である、条項1〜22のいずれかに記載のシステム。
追跡デバイスと、ナビゲーションシステムのローカライザとの間の追跡中断を低減する方法であって、
ローカライザの視野内の追跡デバイスを検出するステップと、
ローカライザの視野に基づいて仮想視野境界を生成するステップと、
仮想物体を追跡デバイスに関連付けるステップと、
仮想視野境界に対する仮想物体の動きを追跡するステップと、
追跡しながら仮想物体と仮想視野境界との間の衝突を検出し、追跡デバイスがローカライザの視野の外側に動くことを防ぐ応答を可能にするステップと、
を含む、方法。
衝突の検出に応答してフィードバックを生成するステップを含む、条項24に記載の方法。
フィードバックを生成するステップは、可聴フィードバック、視覚フィードバック、振動フィードバック又は触覚フィードバックのうちの少なくとも1つを生成することを含む、条項25に記載の方法。
フィードバックを生成するステップは、物理的物体を振動させることを含む、条項25又は26に記載の方法。
フィードバックを生成するステップは、追跡デバイスの動きを制御することを含み、追跡デバイスは触覚デバイスに取り付けられる、条項25、26又は27のいずれかに記載の方法。
追跡デバイスの動きを制御することは、触覚デバイスを用いて追跡デバイスの動きを制約することを含む、条項28に記載の方法。
触覚デバイスを再位置決めすることの命令を生成するステップを含む、条項28又は29に記載の方法。
フィードバックを生成するステップは、ユーザに対し、患者の解剖学的組織を再位置決めすることの命令を生成することを含む、条項25〜30のいずれかに記載の方法。
フィードバックを生成するステップは、ローカライザを再位置決めすることの命令を生成することを含む、条項25〜31のいずれかに記載の方法。
衝突を検出することは、衝突を予測することとして更に定義される、条項24〜32のいずれかに記載の方法。
ローカライザの視野内で追跡デバイスを検出するステップは、ローカライザの1つ以上の光センサを用いて追跡デバイスの1つ以上のマーカから光を検知することを含む、条項24〜33のいずれかに記載の方法。
仮想視野境界に対する仮想物体の動きを追跡するステップは、仮想視野境界の位置及び向きに対して仮想物体の位置及び向きを追跡することを含む、条項24〜34のいずれかに記載の方法。
仮想視野境界を生成するステップは、追跡デバイスが出ることを制約される空間の輪郭を描く形状を有する境界仮想物体を生成し、追跡デバイスからの光がローカライザに送達されることができるようにすることを含む、条項24〜35のいずれかに記載の方法。
仮想視野境界を生成するステップは、ローカライザの位置及び向きに基づいて境界仮想物体を生成することを含む、条項24〜36のいずれかに記載の方法。
仮想視野境界は、円筒形、球形又は円錐台形のうちの少なくとも1つである、条項24〜37のいずれかに記載の方法。
追跡中断を低減するためのナビゲーションシステムであって、
視野を有するローカライザと、
ローカライザの視野内に配置し、ローカライザが追跡デバイスからの信号を受信することができるようにする追跡デバイスであって、仮想物体が関連付けられた、追跡デバイスと、
ローカライザの視野に基づいて仮想視野境界を生成する仮想境界生成器と、
仮想視野境界に対する仮想物体の動きを評価して、仮想物体と仮想視線境界との間の衝突を検出し、追跡デバイスがローカライザの視野の外側に動くことを防ぐ応答を可能にするように構成された衝突検出器と
を備えてなる、ナビゲーションシステム。
仮想境界生成器と通信して、仮想物体と仮想視野境界との間の衝突の検出に応答してフィードバックを生成するフィードバック生成器を含む、条項39に記載の方法。
フィードバック生成器と通信して、可聴フィードバック、視覚フィードバック、振動フィードバック又は触覚フィードバックのうちの少なくとも1つを生成するフィードバックデバイスを備える、条項40に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信し、物理的物体を振動させるように構成された振動デバイスを備える、条項39又は40に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信し、追跡デバイスの動きを制御するように構成された触覚デバイスを備え、追跡デバイスは触覚デバイスに取り付けられる、条項39、40又は41に記載のシステム。
触覚デバイスは、追跡デバイスの動きを制約することによって、追跡デバイスの動きを制御するように構成される、条項43に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信し、触覚デバイスを再位置決めすることの命令を生成するように構成されたフィードバックデバイスを備える、条項43又は44に記載のシステム。
フィードバック生成器と通信し、ユーザに対し、患者の解剖学的組織を再位置決めすることの命令を生成するように構成されたフィードバックデバイスを備える、条項40〜45のいずれかに記載のシステム。
フィードバック生成器と通信し、ローカライザを再位置決めするための命令を生成するように構成されたフィードバックデバイスを備える、条項40〜46のいずれかに記載のシステム。
衝突検出器は、衝突を予測することによって衝突を検出するように構成される、条項39〜47のいずれかに記載のシステム。
ローカライザは、追跡デバイスの1つ以上のマーカから光を検知するための1つ以上の光センサを含む、条項39〜48のいずれかに記載のシステム。
衝突検出器は、仮想視野境界の位置及び向きに対する仮想物体の位置及び向きを追跡するように構成される、条項39〜49のいずれかに記載のシステム。
仮想境界生成器は、追跡デバイスが出ることを制約される空間の輪郭を描く形状を有する境界仮想物体を生成し、追跡デバイスからの光がローカライザに送達されることができるようにすることによって、仮想視野境界を生成するように構成される、条項39〜50のいずれかに記載のシステム。
仮想境界生成器は、ローカライザの位置及び向きに基づいて境界仮想物体を生成することによって、仮想視野境界を生成するように構成される、条項39〜51のいずれかに記載のシステム。
仮想視野境界は、円筒形、球形又は円錐台形のうちの少なくとも1つである、条項39〜52のいずれかに記載のシステム。
Claims (15)
- 追跡デバイス(44、46、48)と、ナビゲーションシステム(20)のローカライザ(34)との間の追跡中断を低減する、医療用デバイスの作動方法であって、該ナビゲーションシステム(20)は、仮想境界生成器(104)と衝突検出器(120)とを含んでおり、
前記仮想境界生成器(104)が、前記ローカライザ(34)の視野内の前記追跡デバイス(44、46、48)を検出するステップと、
前記仮想境界生成器(104)が、前記追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間の視線関係に基づいて仮想視線境界を生成するステップと、
前記仮想境界生成器(104)が、前記追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間の相対的な動きを計上するように前記仮想視線境界を更新するステップと、
前記衝突検出器(120)が、仮想物体(44’、46’、48’)と前記仮想視線境界との間の相対的な動きを評価するステップであって、前記仮想物体(44’、46’、48’)は、前記ローカライザ(34)の前記視野において外科用ツール(22)に関連付けられる、ステップと、
前記衝突検出器(120)が、前記仮想物体(44’、46’、48’)と前記仮想視線境界との間の衝突を検出し、前記外科用ツール(22)が前記追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間で前記視線を遮断することを防ぐ応答を可能にするステップと
を含んでなる、医療用デバイスの作動方法。 - 前記ナビゲーションシステム(20)はフィードバック生成器(122)を含んでおり、該フィードバック生成器(120)が、前記衝突の検出に応答してフィードバックを生成するステップを含み、前記フィードバックを生成するステップは、可聴フィードバック、視覚フィードバック、振動フィードバック又は触覚フィードバックのうちの少なくとも1つを生成することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フィードバックを生成するステップは、前記フィードバック生成器(122)が、前記外科用ツール(22)の動きを制御することを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記外科用ツール(22)の動きを制御することは、触覚デバイスを用いて前記外科用ツール(22)の動きを制約することを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記フィードバック生成器(122)が、前記触覚デバイス、患者の組織又は前記ローカライザ(34)を再位置決めする命令を生成するステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記衝突を検出することは、前記衝突を予測することとして更に定義される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ローカライザの前記視野内で前記追跡デバイス(44、46、48)を検出するステップは、前記ローカライザ(34)の1つ以上の光センサ(40)を用いて前記追跡デバイス(44、46、48)の1つ以上のマーカから光を検知することを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記仮想視線境界(44’、46’、48’)を生成するステップは、前記外科用ツール(22)が入ることを制限される空間の輪郭を描く形状を有する境界仮想物体を生成し、前記追跡デバイス(44、46、48)からの光が、前記外科用ツール(22)による遮断なしで前記ローカライザ(34)に送達されることができるようにすることを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記仮想視線境界は、円筒形、球形又は円錐台形のうちの少なくとも1つである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記仮想境界生成器(104)が、前記追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間の相対的な動きを計上するように前記仮想視線境界を更新するステップは、0.1ミリ秒〜2ミリ秒ごとに実行される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記仮想境界生成器(104)が、第2の追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間の視線関係に基づいて第2の仮想視線境界を生成するステップを含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記仮想境界生成器(104)が、前記第2の追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間の相対的な動きを計上するように前記第2の仮想視線境界を更新するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記衝突検出器(120)が、前記仮想物体(44’、46’、48’)と前記第2の仮想視線境界との間の衝突を検出して、前記外科用ツール(22)が前記第2の追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間で前記視線を遮断することを防ぐ応答を可能にすることを含む、請求項11又は12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記外科用ツール(22)は、ツール又は人物の少なくとも一部分である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 仮想空間において仮想物体(44’、46’、48’)として定義される外科用ツール(22)によって生じる追跡中断を低減するナビゲーションシステム(20)であって、
視野を有するローカライザ(34)と、
前記ローカライザ(34)の前記視野内に配置した追跡デバイス(44、46、48)であって、前記ローカライザが該追跡デバイスとの視線関係を確立することができるようにする、追跡デバイス(44、46、48)と、
前記追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間の前記視線関係に基づいて仮想視線境界を生成するように構成され、前記追跡デバイスと前記ローカライザ(34)との間の相対的な動きを計上するように前記仮想視線境界を更新するように構成された仮想境界生成器と、
前記仮想視線境界に対する前記仮想物体(44’、46’、48’)の動きを評価して、前記仮想物体(44’、46’、48’)と前記仮想視線境界との間の衝突を検出し、前記外科用ツール(22)が前記追跡デバイス(44、46、48)と前記ローカライザ(34)との間で前記視線を遮断することを防ぐ応答を可能にするように構成された衝突検出器と
を備えてなる、ナビゲーションシステム。
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