JPH08505560A - 整列装置におけるまたはそれに関する改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線画像を予め定めた軸線組と整列させるための整列装置は支持装置の形において前記軸線を定義する手段からなり、該支持装置が、少なくとも２つの予め定めた平面内に配置された、空間中の予め定めた位置において、前の放射線（Ｘ線）を実質上透過しない複数の要素を支持する。装置はまた各案内部材に沿う運動用のキヤリツジを有する２つの平行な案内部材を各々有する２つの間隔を置いた案内フレームからなる端部実行体を整列させるために記載され、キヤリツジは交差部材により相互に接続され、さらに他のキヤリツジが交差部材に取り付けられ、前記さらに他のキヤリツジが案内手段用の端部実行体を支持する。

Description

【発明の詳細な説明】 整列装置におけるまたはそれに関する改良 技術分野 本発明は整列（アラインメント）装置に関する。本発明は医療装置の関連分野 においてかつとくにロボツト制御の医療装置に使用される整列装置に関連して記 載されるが、本発明の整列装置が種々の用途を見い出し得ると理解されるべきで ある。 従来技術 整列装置の２つの実施例が記載され、一方はＸ線画像を予め定めた軸線と整列 すべくなされた装置からなり、そして他方は端部オペレータを三次元空間中の予 め定めた方向および予め定めた点と整列するような装置からなる。 発明の概要 この発明の１つの態様によれば、Ｘ線画像を予め定めた軸線組と整列させるた めの整列装置が設けられ、該整列装置が前記軸線組を定義する手段からなり、該 手段が少なくとも２つの予め定めた平面内に配置された、空間中の予め定めた位 置において、前の放射線（Ｘ線）を実質上透過しない複数の要素を支持すべくな された支持装置からなる。 好ましくは、装置は２つのコンポーネントからなり、該コンポーネントは直交 平面内に配置され、各コンポーネントが複数の前記要素を支持する。 好都合には各コンポーネントは前の放射線（Ｘ線）を実質上透過する材料から 作られる。 好都合には各コンポーネントは該コンポーネント内で規則的な直交配列におい て複数の前記要素を支持する。 好ましくは、前記要素は、各コンポーネント内に、均等に間隔を置いた複数の 要素列として存在する。 好都合には各コンポーネント内に４列の要素があり、これらの要素は軸方向に 見るとき、正方形または長方形の隅部に配置され、また、各列には少なくとも３ つの要素がある。 好都合には前記要素は部材の画像を識別し得るように異なる大きさ、前の放射 線の吸収に対する異なる密度および／または異なる形状からなる。 好都合には前記平面の第１の平面は水平でありかつ前記平面の第２の平面は垂 直であり、前記要素を通して垂直にかつ水平にＸ線写真を撮るための手段が設け られている。 この発明の他の態様によれば予め定めた方向において空間内の予め定めた点と 端部実行体または端部実行体用ガイドを整列させるための装置が提供され、該装 置は第１案内フレームおよび第２案内フレームからなり、第１案内フレームが２ つの実質上垂直に延びる案内部材、各案内部材に沿う摺動運動のために存在する それぞれのキヤリツジおよび該キヤリツジを相互に接続する実質上水平の交差部 材からなり、前記第２水平交差部材に水平運動のために取り付けられたさらに他 のキヤリツジおよび第１フレームから間隔が置かれるがそれと平行な平面内にあ る同様な設計の第２フレームがあり、前記第２フレームはそれぞれの垂直部材に 垂直摺動運動用のそれぞれのキヤリツジを各々備える２つの実質上垂直な部材か らなり、前記２つのキヤリツジが前記第２水平交差部材に水平摺動運動用の第２ キヤリツジを有する第２水平交差部材により相互に接続され、水平運動のために 取り付けられた２つのキヤリツジが案内手段または端部実行体を支持する。 好ましくは駆動手段がキヤリツジを選択された位置に駆動するために設けられ る。 好都合にはキヤリツジ用の駆動手段がコンピユータ制御される。 コンピユータは一般的に上述された型の整列装置からのデータを備えることが できる。 本発明がより用意に理解されるために、かつそのさらに他の特徴が理解され得 るために、本発明は、例として、添付図面を参照して以下で説明される。 図面の簡単な説明 第１図は本発明による整列装置の１実施例を示す概略斜視図であり、そして 第２図は本発明による整列装置の代替の形状を示す概略斜視図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図はＸ線画像中に示される物品を予め定めた軸線と整列させるのに使用す るための、または、言い換えれば、予め定めた軸線に関連してＸ線画像中に示さ れる物品の精密な位置および方向を決定するための装置を示す。 予め定めた軸線に対するＸ線画像の位置を決定し得ることがしばしば非常に望 ましい。例えば、医者の患者が手術台に載っておりかつ単独でまたは医療用ロボ ツトの助けにより手術されるならば、ロボツトが、手術台上の、患者の関連の部 位の位置および患者のその部位の方向に関する精密な詳細を備えることが必須で あり、それらの詳細は固定の予め定めた軸線に関連して設けられる。ロボツトは 、例えば、ドリル、またはドリル用ガイドを患者の特定の部位と精密に整列させ ることが要求されるかも知れず、ドリルの軸線は予め定めた方向を有している。 一方、患者が手術台に載っているとき、患者の外方の部位の位置を正確に測定 することができるが、しばしば最も重要である患者の部位は患者の骨のごとき、 内方部位である。 患者のＸ線画像を撮ることはできるが、非常に高価なＣ．Ａ．Ｔ．（コンピユ ータ支援断層撮影機）装置が利用されないならば、かかるＸ線画像は該Ｘ線画像 中に示される身体の種々の部位の精密な位置関して正確な指示を直接供給しない 。Ｘ線源およびＸ線板が、一般的に言えば、精密に予め定めた位置に配置されな いという事実から結果として生じる、かつまたＸ線源が「扇状」ビームであると いう事実から生起する種々の理由があり、ビームはＸ線管から画像受信板に向か って分岐する。かくして板により受信された画像は完全に正確な画像は必ずしも 必要でなく、しかも扇状ビームの性質により拡大されかつ多分歪められおよび／ または移動される。 ２つの直交方向からＸ線画像を撮影することができる一方、画像中に示される 患者の部位の精密な空間的位置および方向の正確な指示を設けるためにそれらの 画像を判断することはしばしば困難である。 第１図は次に説明されるように利用されるとき、従来の技術を利用して経験さ れる困難を減少する整列装置を示す。 第１図を参照して整列装置の必須部分が示される。整列装置は、適切な支持枠 組み３により所定位置に保持される、より詳細に説明される２つの整列コンポー ネント１，２からなる。支持枠組みは所望されるいずれの設計からなつても良く かつしたがつて支持枠組み３のただ１つの機能は図示位置に整列コンポーネント １，２を支持することであるから詳細に説明されず、コンポーネント１，２は好 ましくは手術台の上面に対して予め定めた位置に配置され、そして好ましくはま た手術台に載っている患者に手術を施すのに利用され得る医療ロボツトに対して 予め定めた位置に配置される。 整列コンポーネント１，２は各々細長い形状からなりそして直交して配置され 、整列コンポーネント１は実質上水平の中心軸線を有しかつ整列コンポーネント ２は実質上垂直の中心軸線を有する。 各整列コンポーネントはＸ線を実質上透過する材料の矩形ブロツク４からなる 。この材料はプラスチツク材料からなつても良いが、他の材料が利用されても良 い。 各ブロツク４内に取り付けられるのはＸ線を透過しない材料から作られるボー ル５のごとき複数の要素である。好ましくはボール５は相対的に異なるサイズか らなるかまたは異なる量のＸ線を吸収するように設計されるか、または異なる形 状からなるように製造されねその結果ボール５の画像はＸ線板上で個々に認知さ れ得る。 各ブロツク４内には１２個のボール５がある。該ボールは４つの軸方向に延び る列６に配列される。該列６の端部は、軸方向に見られるとき、正方形配列を形 成する。各列は３つのボールを備え、該ボールは均一に間隔が置かれている。 第１図を参照すると整列コンポーネント１および２が、図示装置の使用におい て、例として現在説明されている方法では、患者の部位を収容する空間７の区域 に隣接して配置されることを見ることができる。第１のＸ線画像は矢印８によつ て示される方向に下方にＸ線ビームを向けることにより患者のその部位から撮影 され、そして第２のＸ線画像は矢印９によつて示される方向に水平にＸ線を向け ることにより撮影される。 結果として生じるＸ線板の各々には整列コンポーネント１および２の両方に存 在するボール５の画像がある。これらの要素の方向および間隔は公知であるので 、コンピユータのごとき、適切な計算手段が、扇状ビームの分散の詳細を計算し か つ結果として計算手段が整列コンポーネント１および２により定義される軸線に 関連して、Ｘ線画像内に存在する患者の部位の精密な位置および精密な方向を決 定することが可能である。 それゆえ、考えられることは、２つのＸ線画像が適切なコンピユータスクリー ン上に呈示され、そしてマウスまたは他の同等の手段を使用して、作用のライン がスクリーン上にマークされるということである。例えば、スクリーンが骨を示 しかつ骨に溝または開口を穿孔する必要があるならば、適切なラインが骨に対す る作用ラインの精密な位置および方向を示すためにスクリーン上に存在するＸ線 画像の各々にマークされ得る。整列コンピユータ１および２に存在する種々のボ ールの画像を使用して、コンピユータは次いで、整列コンポーネントにより効果 的に定義された軸線に関連して、穿孔作業の開始で穿孔により占有されるべき精 密な位置および方向を計算することができる。 この実施例は患者の部位の画像を予め定めた軸線と整列させる特別な参照によ り記載されたが一方、記載された装置は他の目的に使用され得る。 次に予め定めた方法においてガイドを整列するように成された装置の形におい て整列装置を図示する添付図面の第２図に言及する。 第２図に示される型の装置は多くの用途を有することができる一方、第２図に 示した装置は患者への手術の間中外科医により作動されるドリルを案内するのに とくに向けられ得る。ドリルは、かかる状態において、精密に予め定めた点にお いて患者に侵入しなければならずそしてドリルは患者に対して精密に予め定めた 方向を持たねばならない。考えられることは、適切な入力データ（例えば、上述 したＸ線技術からのデータ）から、コンピユータがドリルによりなされる位置お よび方向を決定するということである。第２図に示した装置はコンピユータによ り制御されかつドリルが正しく位置される得るようにガイドを位置決めするのに 利用されることかできるロボツトの作動部分を形成する。 ドリル、噴霧ガン等のごときオペレータを位置決めするのにロボツトを利用す ることは以前に提案されたが、一方かかる従来提案されたロボツトは多重連接ア ームを使用した。この型のアームはドリル、噴霧ガン等を空間内のどのような位 置にも配置することができないが、予め定めた方向に向けられたそのドリル、噴 霧ガンにより、多重連接が僅かでない誤差度を提供する。多くの用途において誤 差は問題ないが、しかし穿孔作業が患者に実施される状況において、どのような 誤差も受容し得ないことは理解されよう。かくして第２図の装置は非常に低い誤 差度によりガイドを位置決めするのに使用されることが可能である。 次に第２図を参照してそこに示された装置は支持体またはベース１０からなる 。該支持体またはベースは手術台に対して精密に予め定めた位置を占めることが でき、その結果手術台上に存在する患者の位置の詳細が分析され、そして特別な 位置および方向がドリルのために決定されたとき、装置のガイド形成部分はその 特別な方向を有する特別な位置にドリルを案内するために位置決めされ得る。 べース１０は間隔が置かれかつ平行面に配置される２つの案内フレームを支持 する。第１の案内フレームは第１の垂直部材１１および第２図に示されたように ベース１０の後部に配置された間隔が置かれた位置において第２の垂直部材１２ からなる。第１キヤリツジ１３が垂直部材１１を上下摺動可能に備え、そして第 ２キヤリツジ１４が設けられ、該キヤリツジ１４は垂直部材１２を上下に摺動し 得る。垂直部材１１，１２およびキヤリツジ１３，１４の設計はキヤリツジが同 期してのみ動くことができるようになつており、その結果水平交差ビーム１５は 常に水平である。 キヤリツジ１６が水平交差ビーム１５に沿う水平運動のために設けられる。 第２の案内フレームは同様な設計からなり、そして第１フレームの平面に対し て平行であるが間隔が置かれる平面内にある。第２フレームは第２図に示したよ うにベース１０の前方に配置された２つの垂直部材１７，１８からなる。キヤリ ツジ１９は垂直部材１７上の垂直運動のために設けられかつキヤリツジ２０は垂 直部材１８上の垂直運動のために設けられる。水平交差片２１は２つのキヤリツ ジ１９と２０との間に延び、そしてさらに他のキヤリツジ２２が水平交差片１上 の水平運動のために設けられる。 再び垂直部材１７，１８およびキヤリツジ１９，２０の設計は該キヤリツジが 同期してのみ動き得るようになつており、その結果水平交差片２１は常に水平位 置に保持される。 管状案内要素２３が水平交差部材１５および２１に沿って動き得るキヤリツジ １６および２２上に支持される。 理解されるべきことは、適切な位置にキヤリツジ１３，１３，１９，２０を配 置することにより、案内要素２３はあらゆる予め定めた方向を持つように配置さ れかつフレームの囲い内であらゆる予め定めた位置に配置され得るということで ある。 理解されるべきことは、記載された実施例において種々のキヤリツジがコンピ ユータにより制御される適切な駆動機構により所望の位置に動かされるが、本発 明の代替の実施例において種々の水平部材が目盛りを備えることが可能で、そし て水平交差棒が目盛りを備え、かつ種々のキヤリツジが手で所望の位置に動かさ れ得るということである。 記載した実施例において、水平交差ビーム上のキヤリツジが簡単に管状ガイド を支持する一方、理解されるべきことは、キヤリツジが、本発明の代替の実施例 において、ドリル、噴霧ガン等のごとき、端部実行体を支持し得るということで ある。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年５月３日 【補正内容】 請求の範囲 １．Ｘ線画像を予め定めた軸線組と整列させるための整列装置において、該整 列装置が前記軸線組を定義する手段からなり、該手段が、空間中の予め定めた位 置において、１方の予め定めた平面内に配置されたＸ線を実質上透過しない第１ の複数の要素、および他の予め定めた平面内に配置されたＸ線を実質上透過しな い第２の複数の要素を支持すべくなされた支持装置からなることを特徴とするＸ 線画像を予め定めた軸線組と整列させるための整列装置。 ２．前記装置が２つのコンポーネントを有し、該コンポーネントが直交平面内 に配置され、各コンポーネントが複数の前記要素を支持することを特徴とする請 求の範囲第１項に記載のＸ線画像を予め定めた軸線組と整列させるための整列装 置。 ３．各コンポーネントがＸ線を実質上透過する材料から作られることを特徴と する請求の範囲第１項に記載のＸ線画像を予め定めた軸線組と整列させるための 整列装置。 ４．各々のコンポーネントが該コンポーネント内で規則的な直交配列において 複数の前記要素を支持することを特徴とするＸ線画像を予め定めた軸線組と整列 させるための整列装置。 ５．前記要素が、各コンポーネント内に、均等に間隔を置いた複数の要素列と して存在することを特徴とする請求の範囲第４項に記載のＸ線画像を予め定めた 軸線組と整列させるための整列装置。 ６．各コンポーネント内に４列の要素があり、これらの要素は軸方向に見ると き、正方形または長方形の隅部に配置され、各列に少なくとも３つの要素がある ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のＸ線画像を予め定めた軸線組と整列 させるための整列装置。 ７．前記要素が部材の画像を識別し得るように、異なる大きさ、Ｘ線の吸収に 対する異なる密度、及び異なる形状の少なくともいずれか１つの性質を有するこ とをを特徴とする請求の範囲の前項いずれか１項に記載のＸ線画像を予め定めた 軸線組と整列させるための整列装置。 ８．前記平面の第１の平面が水平でありかつその第２の平面が垂直であり、前

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ｘ線画像を予め定めた軸線組と整列させるための整列装置において、該整 列装置が前記軸線組を定義する手段を有し、該手段が少なくとも２つの予め定め た平面内に配置された、空間中の予め定めた位置において、Ｘ線を実質上透過し ない複数の要素を支持すべくなされた支持装置を具備することを特徴とするＸ線 画像を予め定めた軸線組と整列させるための整列装置。 ２．前記装置が２つのコンポーネントを有し、該コンポーネントが直交平面内 に配置され、各コンポーネントが複数の前記要素を支持することを特徴とする請 求の範囲第１項に記載のＸ線画像を予め定めた軸線組と整列させるための整列装 置。 ３．各コンポーネントがＸ線を実質上透過する材料から作られることを特徴と する請求の範囲第１項に記載のＸ線画像を予め定めた軸線組と整列させるための 整列装置。 ４．各々のコンポーネントが該コンポーネント内で規則的な直交配列において 複数の前記要素を支持することを特徴とするＸ線画像を予め定めた軸線組と整列 させるための整列装置。 ５．前記要素が、各コンポーネント内に、均等に間隔を置いた複数の要素列と して存在することを特徴とする請求の範囲第４項に記載のＸ線画像を予め定めた 軸線組と整列させるための整列装置。 ６．各コンポーネント内に４列の要素があり、これらの要素は軸方向に見ると き、正方形または長方形の隅部に配置され、各列に少なくとも３つの要素がある ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のＸ線画像を予め定めた軸線組と整列 させるための整列装置。 ７．前記要素が部材の画像を識別し得るように、異なる大きさ、Ｘ線の吸収に 対する異なる密度、及び異なる形状の少なくともいずれか１つの性質を有するこ とをを特徴とする請求の範囲の前項いずれか１項に記載のＸ線画像を予め定めた 軸線組と整列させるための整列装置。 ８．前記平面の第１の平面が水平でありかつその第２の平面が垂直であり、前 記要素を通して垂直にかつ水平にＸ線写真を撮るための手段が設けられているこ とを特徴とする請求の範囲前項いずれか１項に記載のＸ線画像を予め定めた軸線 組と整列させるための整列装置。 ９．添付図面の第１図に関連して本書に記載されかつ示されたと実質上同様な 装置。 １０．予め定めた方向において空間内の予め定めた点と端部実行体または端部 実行体用ガイドを整列させるための装置において、該装置が第１案内フレームお よび第２案内フレームからなり、前記第１案内フレームが２つの実質上垂直に延 びる案内部材、各案内部材に沿う摺動運動のために存在するそれぞれのキヤリツ ジおよび該キヤリツジを相互に接続する実質上水平の交差部材からなり、前記第 ２水平交差部材に水平運動のために取り付けられたさらに他のキヤリツジおよび 第１フレームから間隔が置かれるがそれと平行な平面内にある同様な設計の第２ フレームがあり、前記第２フレームがそれぞれの垂直部材に垂直摺動運動用のそ れぞれのキヤリツジを各々備える２つの実質上垂直な部材からなり、前記２つの キヤリツジが前記第２水平交差部材に水平摺動運動用の第２キヤリツジを有する 第２水平交差部材により相互に接続され、水平運動のために取り付けられた前記 ２つのキヤリツジが案内手段または端部実行体を支持することを特徴とする整列 装置。 １１．駆動手段が前記キヤリツジを選択された位置に駆動するために設けられ ることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の整列装置。 １２．キヤリツジ用の前記駆動手段がコンピユータ制御されることを特徴とす る請求の範囲第１１項に記載の整列装置。 １３．前記コンピユータが請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項に記 載の整列装置からのデータを備えることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載 の整列装置。 １４．添付図面の第２図に関連して本書に記載されかつ示されたと実質上同様 な整列装置。 １５．本書で開示された新規な特徴または特徴の組み合わせ。