JP6993457B2 - 基準マーカーを用いたテーブル姿勢追跡のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
・センサと対象物の前面との間の距離が5cm~100cmの範囲である場合にセンサモジュールは姿勢推定を実行する。なお、センサモジュールは、対象物がセンサの視野の中心に又は中心から外れた箇所のいずれかであるときに動作するように構成してもよいことに留意すべきである。
ここで、Hは、マーカーの物理的な半分の高さであり、fは、画素の焦点距離である(f=(分解能/2)/tan(視野/2))。hとdとの間の関係が非線形であることは明らかである。(比較として、オーバーヘッドカメラが、画像解像度の直線状の関係と最大化利用(maximized utilization)を提供する。)深さ分解能は、hに対するdの導関数によって計算することができる。
・3D姿勢推定を行い、3D姿勢を2D姿勢に投影すること。
[実施例1]
手術台の姿勢を推定する方法であって、当該方法は、
前記手術台に隣接するマニピュレータアセンブリに関連したカメラを用いて、前記手術台のベース上の1つ又は複数の基準マーカーを読み取るステップと、
前記1つ又は複数のマーカーの読み取りに基づいて、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の共通面上での位置を特定するステップと、を含む、
方法。
[実施例2]
前記1つ又は複数のマーカーは、前記手術台上の固定位置に1つ又は複数の基準マーカーを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例3]
前記1つ又は複数のマーカーを前記手術台に貼り付けるステップ、及び/又は前記1つ又は複数のマーカーを、前記手術台に対して特定の向きで前記手術台の選択位置に形成するステップ、を含む、実施例1に記載の方法。
[実施例4]
前記1つ又は複数のマーカーを前記手術台に形成するステップは、前記1つ又は複数のマーカーを前記手術台にエッチング、彫刻、及び/又はエンボス加工を行うステップを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例5]
前記1つ又は複数のマーカーを読み取るステップは、患者が前記手術台上に支持されている間の外科的処置前及び/又は外科的処置中に、前記1つ又は複数のマーカーのうちの少なくとも1つを読み取るステップを、含む、実施例1に記載の方法。
[実施例6]
前記共通面は、前記手術台及び前記マニピュレータアセンブリが配置された接地面である、実施例1に記載の方法。
[実施例7]
前記手術台は、1つ又は複数の自由度(DOF)に沿って位置付け可能である、実施例1に記載の方法。
[実施例8]
位置付け可能な前記手術台の6自由度の3D姿勢を、前記共通面上で3自由度の2D姿勢に変換するステップをさらに含む、実施例7に記載の方法。
[実施例9]
前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の前記ベースの前記共通面上の位置特定に基づいて、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の3D姿勢を推定するステップをさらに含む、実施例1に記載の方法。
[実施例10]
前記カメラを用いて取得した可視化画像内の前記手術台の位置を抽出するステップ、及び前記カメラのカメラビューに対する前記手術台の表現又は表示を提供するステップをさらに含む、実施例1に記載の方法。
[実施例11]
前記マーカーの読み取りに基づいて、前記手術台の型式、モデル、又は製造元を特定するステップをさらに含む、実施例1に記載の方法。
[実施例12]
前記手術台と前記マニピュレータアセンブリとの間の互換性の態様をチェックするステップ、及び/又は前記マニピュレータアセンブリを前記手術台と一緒に使用するための使用許可を与えるステップ、をさらに含む、実施例11に記載の方法。
[実施例13]
前記1つ又は複数のマーカーは、前記手術台の複数の位置に配置された複数のマーカーを含み、前記1つ又は複数のマーカーを読み取るステップは、前記1つ又は複数のマーカーのうちの少なくとも1つを読み取るステップを含む、実施例1に記載の方法。
[実施例14]
前記1つ又は複数のマーカーを読み取るステップは、前記1つ又は複数のマーカーのうちの単一のマーカーを読み取るステップを含み、前記手術台の位置特定は、前記単一のマーカーの読み取りに基づいている、実施例13に記載の方法。
[実施例15]
前記1つ又は複数のマーカーの初期読み取り及び該初期読み取りに基づいた位置特定の後に、前記1つ又は複数のマーカーのうちの少なくとも1つを読み取るステップと、
初期の位置特定を更新及び/又は検証するために、前記1つ又は複数のマーカーの後続の読み取りに基づいて、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の前記共通面上での位置を特定するステップと、をさらに含む、実施例13記載の方法。
[実施例16]
遠隔手術システムであって、当該システムは、
マニピュレータアセンブリと、
該マニピュレータアセンブリに近接して配置された手術台であって、1つ又は複数の基準マーカーを有する手術台と、
前記手術台をマニピュレータアセンブリに近接して位置付けしたときに、前記手術台の前記1つ又は複数のマーカーを読み取るように構成されるセンサと、を備える、
システム。
[実施例17]
前記手術台は、1つ又は複数の自由度(DOF)に沿って位置付け可能である、実施例16に記載のシステム。
[実施例18]
前記センサは、前記マニピュレータアセンブリのカメラを含む、実施例16に記載のシステム。
[実施例19]
前記1つ又は複数の基準マーカーは、バーコード、RFIDタグ、ライト、又はこれらの任意の組合せを含む、実施例16に記載のシステム。
[実施例20]
前記1つ又は複数のマーカーは、前記手術台の選択部分に固定して取り付けられ及び/又は形成される、実施例16に記載のシステム。
[実施例21]
前記1つ又は複数のマーカーは、接地面に対する前記手術台の姿勢が、前記1つ又は複数のマーカーのうちの少なくとも1つの読み取りによって決定可能であるように、前記手術台に対して特定の向きに選択部分及び選択位置に固定して取り付けられ及び/又は形成される、実施例16に記載のシステム。
[実施例22]
前記1つ又は複数の基準マーカーは、前記手術台のベースの周りに及び/又は前記手術台の手術台上面の縁部又は側部に沿って延びる1つ又は複数の2Dバーコードを含む、実施例16に記載のシステム。
[実施例23]
前記システムは、
前記手術台に隣接するマニピュレータアセンブリに関連したカメラを用いて、前記手術台のベース上の1つ又は複数のマーカーを読み取り、
前記1つ又は複数のマーカーの読み取りに基づいて、マニピュレータアセンブリに対する手術台の共通面上での位置を特定する、ように構成されたプロセッサを含む、
実施例16に記載のシステム。
[実施例24]
前記手術台は、6つの自由度に沿って位置付け可能であり、前記プロセッサは、
位置付け可能な前記手術台の6自由度の3D姿勢を、前記共通面上で3自由度の2D姿勢に変換する、ようにさらに構成される、実施例23に記載のシステム。
[実施例25]
前記プロセッサは、
前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の前記ベースの前記共通面上での位置特定に基づいて、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の3D姿勢を推定する、ようにさらに構成される、実施例23に記載のシステム。
[実施例26]
前記プロセッサは、
前記センサを用いて取得した可視化画像内の前記手術台の位置を抽出し、
前記カメラのカメラビューに対する前記手術台の表現又は表示を提供する、ようにさらに構成される、実施例23に記載のシステム。
[実施例27]
前記マーカーの読み取りに基づいて、前記手術台の型式、モデル、又は製造元を特定するように構成されたプロセッサをさらに含む、実施例16に記載のシステム。
[実施例28]
前記プロセッサは、
前記手術台と前記マニピュレータアセンブリとの間の互換性の態様をチェックし、及び/又は前記マニピュレータアセンブリを前記手術台と一緒に使用するための使用許可を与得る、ようにさらに構成される、実施例27に記載のシステム。
[実施例29]
手術台あって、
患者支持面を有する基板と、
該基板を支持する支持構造体であって、前記患者支持面を1つ又は複数の自由度に沿って位置付け可能にするように移動可能である支持構造体と、
1つ又は複数の基準マーカーであって、該1つ又は複数のマーカーを読み取ることにより、接地面に対する前記手術台の姿勢を決定可能にするような選択位置及び/又は選択向きで前記手術台に配置された1つ又は複数の基準マーカーと、を有する、
手術台。
[実施例30]
前記1つ又は複数のマーカーは、前記手術台の前記基板及び/又はベースの外縁又は側部に沿って配置された複数のマーカーを含む、実施例29に記載の手術台。
[実施例31]
前記選択位置及び/又は選択向きは、前記1つ又は複数のマーカーのうちの少なくとも1つの読み取りにより前記手術台の姿勢を決定可能にするように、予め決定される、実施例29に記載の手術台。
[実施例32]
前記手術台をマニピュレータアセンブリを有する遠隔手術システムと一緒に位置付けし且つ通信可能に結合したときに、前記手術台の前記1つ又は複数のマーカーを読み取るように構成されたセンサをさらに含む、実施例29に記載の手術台。
[実施例33]
前記センサは、感光性検出器又はカメラを含む、実施例32に記載の手術台。
[実施例34]
前記支持構造体は、基板を6つの自由度に沿って位置付け可能にするように構成される、実施例32に記載の手術台。
[実施例35]
前記1つ又は複数のマーカーは、前記手術台の周りに延びる一連の2Dバーコードを含む、実施例32に記載の手術台。
Claims (17)
- 手術台の姿勢を推定する方法であって、当該方法は、
前記手術台に隣接するマニピュレータアセンブリに関連したカメラを用いて、前記手術台のベース上の1つ又は複数の基準マーカーを読み取るステップであって、該1つ又は複数の基準マーカーを読み取るステップには、外科的処置の前に前記1つ又は複数の基準マーカーのうちの少なくとも1つを読み取るステップが含まれる、読み取るステップを含み、
前記手術台は、支持面を有する基板と、該基板を支持する支持構造体とをさらに含み、前記支持構造体は、前記支持面が1つ又は複数の自由度(DOF)に沿って位置付け可能になるように移動可能である、
方法。 - 前記1つ又は複数の基準マーカーは、前記手術台上の固定位置に配置され、
好ましくは、当該方法は、
前記1つ又は複数の基準マーカーを前記手術台に貼り付けるステップ、及び/又は前記1つ又は複数の基準マーカーを前記手術台に対して選択位置に特定の向きで前記手術台に形成するステップをさらに含み、
好ましくは、前記1つ又は複数の基準マーカーを前記手術台に形成するステップは、前記1つ又は複数の基準マーカーを前記手術台にエッチング、彫刻、及び/又はエンボス加工を行うステップを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記1つ又は複数の基準マーカーの読み取りに基づいて、共通面上で前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の位置を特定するステップをさらに含み、前記共通面は、前記手術台及び前記マニピュレータアセンブリが配置される接地面である、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 当該方法は、
前記手術台の6DOFの3D姿勢を前記共通面上の3DOFの2D姿勢に変換するステップ、又は
前記共通面上の前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の位置特定に基づいて、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の3D姿勢を推定するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。 - 前記1つ又は複数の基準マーカーは前記手術台の複数の位置に配置され、前記1つ又は複数の基準マーカーを読み取るステップは、前記1つ又は複数の基準マーカーのうちの少なくとも1つを読み取るステップを含み、
好ましくは、前記1つ又は複数の基準マーカーを読み取るステップは、前記1つ又は複数の基準マーカーのうちの単一の基準マーカーを読み取るステップを含み、前記手術台の位置特定は、前記単一の基準マーカーの読み取りに基づく、又は
当該方法は、
前記1つ又は複数の基準マーカーの初期読み取り及び該初期読み取りに基づく位置特定に続いて、前記1つ又は複数の基準マーカーのうちの少なくとも1つを読み取るステップと、
初期の位置特定を更新及び/又は検証するために、前記1つ又は複数の基準マーカーの後続の読み取りに基づいて、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の位置を前記共通面上で特定するステップとをさらに含む、請求項3に記載の方法。 - 前記カメラを用いて取得した視覚画像内の前記手術台の位置を抽出するステップと、
前記カメラのカメラビューに対する前記手術台の表現又は表示を提供するステップと、をさらに含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記1つ又は複数の基準マーカーの読み取りに基づいて、前記手術台の型式、モデル、又は製造元を特定するステップをさらに含み、
好ましくは、当該方法は、前記手術台と前記マニピュレータアセンブリとの間の互換性の態様をチェックするステップ、及び/又は前記マニピュレータアセンブリを前記手術台と一緒に使用するための使用許可を与えるステップをさらに含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。 - 遠隔手術システムであって、当該システムは、
マニピュレータアセンブリと、
該マニピュレータアセンブリに近接して配置された手術台であって、該手術台は、前記手術台のベースに1つ又は複数の基準マーカーを有しており、前記手術台は、支持面を有する基板と、該基板を支持する支持構造体とをさらに含み、該支持構造体は、前記支持面が1つ又は複数の自由度(DOF)に沿って位置付け可能になるように移動可能である、1つ又は複数の基準マーカーと、
前記手術台が前記マニピュレータアセンブリに近接した範囲内に位置付けされているときに、前記手術台の前記1つ又は複数の基準マーカーを読み取るように構成されたカメラと、
該カメラを使用して前記1つ又は複数の基準マーカーを読み取るように構成されたプロセッサと、を含む、
システム。 - 前記1つ又は複数の基準マーカーは、バーコード、RFIDタグ、ライト、又はこれらの任意の組合せを含む、又は
前記1つ又は複数の基準マーカーは、前記手術台の選択部分に固定して取り付けられ、及び/又は形成される、又は
前記1つ又は複数の基準マーカーは、選択部分及び選択位置で、前記手術台に対して特定の向きで固定して取り付け及び/又は形成されており、接地面に対する前記手術台の姿勢は、前記1つ又は複数の基準マーカーのうちの少なくとも1つを読み取ることから決定可能である、又は
前記1つ又は複数の基準マーカーは、前記手術台のベースの周りに及び/又は前記手術台の手術台上面の縁部又は側面に沿って延びる1つ又は複数の2Dバーコードを含む、請求項8に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記1つ又は複数の基準マーカーの読み取りに基づいて、共通面上で前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の位置を特定するようにさらに構成される、請求項8又は9に記載のシステム。
- 前記手術台は、6DOFに沿って位置付け可能であり、及び
前記プロセッサは、前記手術台の6DOFの3D姿勢を前記共通面上の3DOFの2D姿勢に変換するようにさらに構成される、又は
前記プロセッサは、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の前記ベースの前記共通面上での位置特定に基づいて、前記マニピュレータアセンブリに対する前記手術台の3D姿勢を推定するようにさらに構成される、請求項10に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、
前記カメラを用いて取得した視覚画像内の前記手術台の位置を抽出し、
前記カメラのカメラビューに対する前記手術台の表現又は表示を提供するようにさらに構成される、請求項10又は11に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記1つ又は複数の基準マーカーの読み取りに基づいて、前記手術台の型式、モデル、又は製造元を特定するようにさらに構成され、
好ましくは、前記プロセッサは、前記手術台と前記マニピュレータアセンブリとの間の互換性の態様をチェックし、及び/又は前記マニピュレータアセンブリを前記手術台と一緒に使用するための使用許可を与えるようにさらに構成される、請求項8乃至12のいずれか一項に記載のシステム。 - 手術台であって、当該手術台は、
ベースと、
患者支持面を有する基板と、
該基板を支持する支持構造体であって、該支持構造体は、前記患者支持面が1つ又は複数のDOFに沿って位置付け可能になるように移動可能である、支持構造体と、
前記手術台の前記ベースに選択位置及び/又は選択向きで配置された1つ又は複数の基準マーカーであって、該1つ又は複数の基準マーカーは、前記手術台が位置付けされ、且つマニピュレータアセンブリを有する遠隔手術システムと通信可能に結合されているときに、カメラを使用して読み取り可能である、1つ又は複数の基準マーカーと、を有する、
手術台。 - 前記選択位置及び/又は選択向きは、前記手術台の姿勢が、前記1つ又は複数の基準マーカーのうちの少なくとも1つを読み取ることによって判定可能であるように、予め決定される、請求項14に記載の手術台。
- 前記支持構造体は、前記基板が6自由度に沿って位置付け可能であるように構成される、請求項14に記載の手術台。
- 前記1つ又は複数の基準マーカーは、前記手術台の周りに延びる一連の2Dバーコードを含む、請求項14に記載の手術台。
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