JP7185901B2 - 骨孔作製用ドリルの制御装置、および制御方法 - Google Patents
骨孔作製用ドリルの制御装置、および制御方法 Download PDFInfo
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記憶部、
画像入力部、
表示部、
穿孔位置入力部、
制御情報算出部、および
制御情報出力部を含み、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
前記画像入力部は、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示部は、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力部は、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第1穿孔位置および前記脛骨の第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記三次元空間における、前記第1穿孔位置と前記第2穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、前記制御情報出力部は、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力することを特徴とする。
記憶部、画像入力部、表示部、穿孔位置入力部、制御情報算出部、および制御情報出力部を含む制御装置を使用し、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
画像入力工程、
表示工程、
穿孔位置入力工程、
制御情報算出工程、および
制御情報出力工程を含み、
前記画像入力工程は、前記画像入力部により、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示工程は、前記表示部により、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力工程は、前記穿孔位置入力部により、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第1穿孔位置および前記脛骨の第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記制御情報算出部により、
前記三次元空間における、前記第1穿孔位置と前記第2穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置におけるドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、
前記制御情報出力工程は、前記制御情報出力部により、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力することを特徴とする
内視鏡装置、制御装置、およびドリル装置を含み、
前記内視鏡装置および前記ドリル装置は、前記制御装置と接続可能であり、
前記内視鏡装置は、
撮像部、および出力部を含み、
前記出力部は、前記撮像部で撮像した、固定された膝の内部の関節画像を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
前記制御装置は、前記本発明の骨孔作製用ドリルの制御装置であり、
前記内視鏡装置からの関節画像を入力し、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置は、
骨孔作製用ドリル、入力部、および駆動部を含み、
前記入力部は、前記制御装置からの前記ドリル制御情報を入力し、
前記駆動部は、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御する
ことを特徴とする。
内視鏡装置、制御装置、およびドリル装置を使用し、
前記内視鏡装置および前記ドリル装置は、前記制御装置と接続可能であり、
撮像工程、
画像出力工程、および
ドリル制御工程を含み、
前記撮像工程は、
前記内視鏡装置により、固定された膝の内部の関節画像を撮像し、
前記画像出力工程は、
撮像した関節画像を、前記内視鏡装置から前記制御装置に出力し、
前記ドリル制御工程は、
前記制御装置に前記関節画像を入力し、前記本発明の骨孔作製用ドリルの制御方法によりドリル制御情報を算出し、前記ドリル制御情報を前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置に前記ドリル制御情報を入力し、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御することを特徴とする。
前記画像表示部および前記タッチ認識部は、ユーザインターフェイスであり、
前記タッチ認識部は、前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力部は、前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する。
前記穿孔位置入力部は、前記プローブ装置と接続可能であり、前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する。
さらに、タッチ認識工程を含み、
前記タッチ認識工程は、前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力工程は、前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する。
前記穿孔位置入力部は、前記プローブ装置と接続可能であり、
前記穿孔位置入力工程は、前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する。
さらに、プローブ装置を含み、
前記プローブ装置は、前記制御装置と接続可能であり、前記プローブと出力部とを含み、前記プローブは、対象物の表面を指示し、前記出力部は、前記プローブによりユーザが選択した前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力する。
(1)ドリル制御装置
まず、本発明の制御装置の一例について、図を用いて説明する。図1は、本実施形態の制御装置の一例を示すブロック図である。制御装置1は、記憶部10、入力部11、出力部12、表示部13、および制御情報算出部14を含み、入力部11は、画像入力部111、および穿孔位置入力部112を含み、出力部12は、制御情報出力部121を含む。制御装置1は、例えば、前記各部を含む1つの装置でもよいし、前記各部が接続可能な装置でもよい。前記接続形式は、特に制限されず、通信回線網を介していない電気的な接続でもよいし、通信回線網を介した電気的な接続でもよい。前者の場合、例えば、ケーブルを用いた接続形式でもよく、具体例として、例えば、USBポート等のポートを有し、USBケーブル等のケーブルを接続することで、前記各部と接続できる。また、後者の場合、前記通信回線網は、特に制限されず、例えば、有線でも無線でもよく、公知の通信回線網を使用でき、具体例として、インターネット回線、電話回線、LAN(Local Area Network)、WiFi(Wireless Fidelity)、Bluetooth(登録商標)等があげられる。制御装置1は、例えば、制御システムともいう。
つぎに、本発明のドリリングシステムの一例について、図を用いて説明する。図3は、本実施形態のドリリングシステムの一例を示すブロック図である。また、図4は、本実施形態のドリリングシステムを使用する際における、固定された患者の膝4と、ドリル装置3との位置関係を示す概略図であり、内視鏡装置2および制御装置1については、図示していない。なお、図4においては、フラットな一つの平面上に、患者とドリル装置3とが載っている状態であるが、後述するx軸、y軸、およびz軸を説明するにあたっての概略であり、これには制限されない。
ドリル33は、例えば、図4に示すように、ドリルビット(ブレードともいう)331と、駆動本体332とを含み、駆動本体332は、セットされたドリルビット331を回転させる。入力部31は、制御装置1からの前記ドリル制御情報を入力する。ドリル装置3において、入力部31は、例えば、ケーブル等により制御装置1と接続する接続部でもよいし、通信回線網Aと接続する通信デバイスでもよい。制御部32は、前記ドリル制御情報に基づいて、ドリル33の位置を制御し、具体的には、例えば、ドリル33の進行方向、進行角度、進行距離等を制御する。また、制御部32は、例えば、ドリル33の駆動本体332を制御することにより、ドリルビット331の回転速度等を制御してもよい。本発明において、ドリルビット331は、特に制限されないが、例えば、ドリルビット機能を備える特許第5877508号等の靭帯再建術用具等があげられ、その構造および使用方法等については、前記特許公報を援用できる。
本発明において、三次元位置情報とは、対象物の三次元空間における位置を示す情報であり、例えば、三次元空間における座標として表すことができる。前述のように、制御装置1の記憶部10には、三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報108、前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報109が記憶されている。
つぎに、本実施形態のドリリングシステムを用いたドリリング方法について、より詳細に説明する。なお、本実施形態のドリリングシステムには、本実施形態の制御装置が含まれるため、本実施形態のドリリング方法において、あわせて本実施形態の制御方法についても説明する。
前記ドリル制御情報を、ドリル装置3に出力する(B6工程)。
本実施形態は、前記ドリリングシステムが、さらにプローブ装置を含む形態である。本実施形態は、前記プローブ装置を含む以外は、特に制限されず、前記実施形態1の記載を援用できる。
本発明の実施形態3によるプログラムは、前記本発明の制御方法またはドリリング方法を、コンピュータ上で実行可能なプログラムである。または、本実施形態のプログラムは、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。前記記録媒体としては、特に限定されず、例えば、前述のような記憶媒体等があげられる。
10 記憶部
11 入力部
111 画像入力部
112 穿孔位置入力部
12 出力部
121 制御情報出力部
13 表示部
14 制御情報算出部
100 CPU
101 メモリ
102 バス
103 入力装置
104 ディスプレイ
105 通信デバイス
106 記憶装置
107 プログラム
108 膝関節三次元位置情報
109 ドリル三次元位置情報
2 内視鏡装置
21 撮像部
22 出力部
3 ドリル装置
31 入力部
32 制御部
33 ドリル
331 ドリルビット(ブレード)
332 駆動本体
34 駆動ユニット
341 ベース
342 アクチュエータ
343 プレート
4 膝
41 大腿骨
42 脛骨
6 プローブ装置
61 プローブ
62 出力部
63 アーム
64 回転角度センサ
Claims (15)
- 記憶部、
画像入力部、
表示部、
穿孔位置入力部、
制御情報算出部、および
制御情報出力部を含み、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
前記画像入力部は、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示部は、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力部は、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第1穿孔位置および前記脛骨の第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記三次元空間における、前記第1穿孔位置と前記第2穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、前記制御情報出力部は、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリルの制御装置。 - 前記画像入力部は、
内視鏡装置と接続可能であり、
前記内視鏡装置により撮影された前記関節画像を入力する、請求項1記載の制御装置。 - さらに、タッチ認識部を含み、
前記画像表示部および前記タッチ認識部は、ユーザインターフェイスであり、
前記タッチ認識部は、
前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力部は、
前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項1または2記載の制御装置。 - 前記記憶部は、さらに、
前記定点に対する、セット位置におけるプローブ装置のプローブの三次元位置情報を記憶し、
前記穿孔位置入力部は、
前記プローブ装置と接続可能であり、
前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項1から3のいずれか一項に記載の制御装置。 - 記憶部、画像入力部、表示部、穿孔位置入力部、制御情報算出部、および制御情報出力部を含む制御装置を使用し、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
画像入力工程、
表示工程、
穿孔位置入力工程、
制御情報算出工程、および
制御情報出力工程を含み、
前記画像入力工程は、前記画像入力部により、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示工程は、前記表示部により、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力工程は、前記穿孔位置入力部により、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第1穿孔位置および前記脛骨の第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記制御情報算出部により、
前記三次元空間における、前記第1穿孔位置と前記第2穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置におけるドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、
前記制御情報出力工程は、前記制御情報出力部により、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリルの制御方法。 - 前記画像入力部は、
内視鏡装置と接続可能であり、
前記画像入力工程は、
前記内視鏡装置により撮影された前記関節画像を入力する、請求項5記載の制御方法。 - 前記制御装置は、さらに、タッチ認識部を含み、
前記画像表示部および前記タッチ認識部は、ユーザインターフェイスであり、
さらに、タッチ認識工程を含み、
前記タッチ認識工程は、
前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力工程は、
前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、
前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項5または6記載の制御方法。 - 前記記憶部は、さらに、
前記定点に対する、セット位置におけるプローブ装置のプローブの三次元位置情報を記憶し、
前記穿孔位置入力部は、
前記プローブ装置と接続可能であり、
前記穿孔位置入力工程は、
前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、
前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項5から7のいずれか一項に記載の制御方法。 - 請求項5に記載の骨孔作製用ドリルの制御方法における、前記画像入力工程、前記表示工程、前記穿孔位置入力工程、前記制御情報算出工程、および、前記制御情報出力工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
- 請求項9記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 内視鏡装置、制御装置、およびドリル装置を含み、
前記内視鏡装置および前記ドリル装置は、前記制御装置と接続可能であり、
前記内視鏡装置は、
撮像部、および出力部を含み、
前記出力部は、前記撮像部で撮像した、固定された膝の内部の関節画像を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
請求項1から4のいずれか一項に記載の骨孔作製用ドリルの制御装置であり、
前記内視鏡装置からの関節画像を入力し、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置は、
骨孔作製用ドリル、入力部、および駆動部を含み、
前記入力部は、前記制御装置からの前記ドリル制御情報を入力し、
前記駆動部は、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリリングシステム。 - 前記制御装置の記憶部は、さらに、前記定点に対する、セット位置におけるプローブの三次元位置情報を記憶し、
さらに、プローブ装置を含み、
前記プローブ装置は、前記制御装置と接続可能であり、
前記プローブ装置は、前記プローブと出力部とを含み、
前記プローブは、対象物の表面を指示し、
前記出力部は、前記プローブによりユーザが選択した前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第1穿孔位置および前記第2穿孔位置として入力する、請求項11記載のドリリングシステム。 - 請求項11記載の骨孔作製用ドリリングシステムの制御方法であって、
画像出力工程、および、ドリル制御工程を含み、
前記画像出力工程は、
前記内視鏡装置の前記撮像部で撮像された固定された膝の内部の関節画像を、前記内視鏡装置から前記制御装置に出力し、
前記ドリル制御工程は、
前記制御装置に前記関節画像を入力し、請求項5から8のいずれか一項に記載の骨孔作製用ドリルの制御方法によりドリル制御情報を算出し、前記ドリル制御情報を前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置に前記ドリル制御情報を入力し、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリリングシステムの制御方法。 - 請求項13に記載の骨孔作製用ドリリングシステムの制御方法において、前記画像出力工程およびドリル制御工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
- 請求項14記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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