KR101270912B1 - 물체의 공간적 위치 및 방향의 비접촉식 결정 및 측정 장치및 방법과, 의료용 툴을 교정 및 확인하기 위한 방법,그리고 의료용 툴 상의 패턴이나 구조물 - Google Patents

물체의 공간적 위치 및 방향의 비접촉식 결정 및 측정 장치및 방법과, 의료용 툴을 교정 및 확인하기 위한 방법,그리고 의료용 툴 상의 패턴이나 구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR101270912B1
KR101270912B1 KR1020087000563A KR20087000563A KR101270912B1 KR 101270912 B1 KR101270912 B1 KR 101270912B1 KR 1020087000563 A KR1020087000563 A KR 1020087000563A KR 20087000563 A KR20087000563 A KR 20087000563A KR 101270912 B1 KR101270912 B1 KR 101270912B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tracking system
pattern
mobile tracking
patterns
measurement
Prior art date
Application number
KR1020087000563A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080042794A (ko
Inventor
브루노 노벨
프랑크 바르틀
찰스 핀데이센
에르빈 키이베
칼-하인즈 비드메르
크리스토프 해멜레
Original Assignee
이에프에 인더스트릴레 포르슝 운트 엔트빅룽 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102005026654A external-priority patent/DE102005026654A1/de
Application filed by 이에프에 인더스트릴레 포르슝 운트 엔트빅룽 게엠베하 filed Critical 이에프에 인더스트릴레 포르슝 운트 엔트빅룽 게엠베하
Publication of KR20080042794A publication Critical patent/KR20080042794A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101270912B1 publication Critical patent/KR101270912B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
    • A61C1/08—Machine parts specially adapted for dentistry
    • A61C1/082—Positioning or guiding, e.g. of drills
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/101—Computer-aided simulation of surgical operations
    • A61B2034/105—Modelling of the patient, e.g. for ligaments or bones
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A61B2034/2057—Details of tracking cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072—Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0818—Redundant systems, e.g. using two independent measuring systems and comparing the signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/373—Surgical systems with images on a monitor during operation using light, e.g. by using optical scanners
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/376—Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/378—Surgical systems with images on a monitor during operation using ultrasound

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

의료 분야의 공지된 추적 시스템을 개선시키기 위해, 본 발명은 추적 시스템을 이용하여 물체들의 공간적 위치나 방향을 비접촉식으로 결정 및 측정하는 장치를 제안한다. 이러한 추적 시스템 및 장치를 이용하여 물체들이 서로 관련된 상태로 배치되며, 이때, 추적 시스템이나 한개 이상의 추적 시스템의 모듈이나 컴포넌트들이 모바일한 특징을 가진다.

Description

물체의 공간적 위치 및 방향의 비접촉식 결정 및 측정 장치 및 방법과, 의료용 툴을 교정 및 확인하기 위한 방법, 그리고 의료용 툴 상의 패턴이나 구조물{DEVICE AND METHOD FOR THE CONTACTLESS DETERMINATION AND MEASUREMENT OF A SPATIAL POSITION AND/OR A SPATIAL ORIENTATION OF BODIES, METHOD FOR CALIBRATING AND CHECKING, IN PARTICULAR, MEDICAL TOOLS, AND PATTERNS OR STRUCTURES ON, IN PARTICULAR, MEDICAL TOOLS}
본 발명은 추적 시스템으로 물체의 공간적 위치 또는 공간적 방향을 비접촉식으로 결정하고 측정하는 시스템 및 방법에 관한 발명으로서, 이러한 추적 시스템(tracking system)을 이용하여 물체들이 국부화될 수 있고 서로 관련된 관계에 놓일 수 있다. 본 발명은 기존의 변형이 존재하는 상태에서 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기를 교정(calibrating)하는 방법에 또한 관련된다. 더우기, 본 발명은 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기 상의 패턴이나 구조물에 또한 관련된다.
물체의 공간적 위치나 공간적 방향을 비접촉식으로 결정하고 측정하는 시스템 및 방법들이 컴퓨터-보조식 의료술 분야에서 알려져 있다. 이러한 상황에서, 광학적 추적 시스템에 기초한 내버게이션 시스템들이 구현되고 있다. 공통적인 추적 시스템들은 공지된 수학적 방법을 실시간으로 이용하여, 로케이터를 갖춘 물체부와 기기의 위치 또는 방향을 획득한다.
가령, 독일특허공개문 DE 196 39 615 A1 호에서는 마크(mark)나 랜드마크(landmark)를 포함하는 마커 시스템과 패시브 반사기를 갖춘 반사기 참조 시스템을 특징으로 하는 신경-네버게이션 시스템을 개시하고 있다. 반사기 및 마크들은 치료할 물체부에, 그리고 의료기기에 배열되는 데, 이때의 국부화는 컴퓨터 및 카메라 유닛을 이용하여 확실하게 가능하다. 위치 또는 위치 관련 데이터가 그래픽 방식 모니터에 디스플레이될 수 있다.
컴퓨터 및 카메라 유닛은 치료할 물체부에 대해 고정적이다. CT 등을 이용하여 얻을 수 있는 추가적 데이터의 도움으로, 환자의 관련 해부 정보를 추가적으로 얻을 수 있다. 환자에 배열되는 반사기나 마크들은 환자의 위치를 결정할 수 있도록 함으로서 이 기능들을 뒷받침할 수 있다. 이에 따라 얻은 데이터를 이용하여, 사용중인 외과 기기의 위치를 추적할 수 있고, 필요하다면 교정할 수 있다. 당 해분야에서 알려진 신경-내버게이션 시스템을 이용하여, 우수하고 정확하게 외과 기기를 활용할 수 있게 된다(즉, 신경-내버게이션 시스템이 외과 기기에 대한 안내 기능을 원활하게 수행한다). 비교적 큰 외형적 모습은 바람직하지 않다. 왜냐하면, 외과 수술 과정 중 방해가 될 수 있기 때문이다. 이는 제약된 환경 하에서 높은 관련성을 가진다.
본원의 목적은 공지된 추적 시스템의 이용을 크게 단순화시킬 수 있도록 이 추적 시스템을 개선시키는 것이다.
본 발명의 목적은 모바일한 추적 시스템을 이용하여 또는 추적 시스템의 일부분을 이용하여 물체부들을 국부화시키고 서로 관련 관계에 놓이도록 하기 위해 추적 시스템을 이용하여 비접촉 방식으로 물체부의 위치나 방향을 결정 및 측정하도록 설계된 장비를 이용함으로서 충족된다.
현재 알려진 모든 추적 시스템들은 고정되어 있고, 안정도니 지지체 상의 작동 범위로부터 소정 거리에 고정되어 있다. 따라서, 획득하고자 하는 위치를 가진 물체부에 대해 추적 시스템들이 고정되어 있다. 측정 결과에 대한 부정적 영향을 방지하기 위해 측정 중 시스템들이 다시 펌핑될 수는 없다. 이는 구속된 환경(제약된 환경) 하에서 문제점을 야기할 수 있다. 결과적으로, 공지된 추적 시스템들이 그 우수한 설비에도 불구하고 방해가 될 수 있다. 이는 물체부에 고정된 마크들이 추적 시스템에 항상 비저블한 상태를 유지하여야 하면서도 의사 또는 다른 자에 의해 가려질 수 있다는 사실에 또한 기인한다.
추적 시스템이 수술 중 또는 사용 중에 고정적이어야 한다는 제약사항은 본 발명의 모바일한 추적 시스템을 이용할때 불필요하다.
본원에서 "고정적"(stationaly)이란 표현은, 사용중 어떤 경우에도, 추적 시스템이 고정된 위치에 놓임을 의미한다. 즉, 사용중 움직이지 않는다는 것을 의미한다. 따라서, 추적 시스템 이용은 물체의 실질적 추적에 해당한다. 종래의 추적 시스템은 위치재설정이 가능하다. 그러나 이러한 위치재설정은 추적 동작 중 이루어지는 것이 아니라, 추적 전후에 일어나게 된다. 따라서, 공지 기술의 추적 시스템들은 본원의 추적 시스템처럼 이동가능하게 구현될 수 없다.
따라서, 본원의 모바일 타입 추적 시스템은 공지 기술의 추적 시스템과는 기본적으로 차별화되는 것이다.
"추적 시스템"(tracking system)이란 표현은 물체부, 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 의료 기기, 또는 의료 리소스를 광학적으로 식별할 수 있고 이와 추가적 물체부 간의 상대적 움직임을 추적할 수 있도록 하는 메커니즘에 해당한다. "추적 시스템"이라는 용어는, 광학 소자들 및 센서를 포함하는 추적 시스템의 일부분들이, 추적되는 부분들에 대해 재배치될 수 있도록 하는, 광학 소자들 및 센서, 그리고 영구적 장치 셋업을 특히 의미한다.
"물체"(body)라는 용어는 의료용 툴, 의료 기기, 임플랜트, 또는 그외 다른 (의료/의약 분야에 사용되는) 기술적 리소스 등등과 같이 의료/의약 분야의 특정 기술적 구조물이나 물체를 의미하기도 하고, 일반적인 기술적 구조나 물체를 의미하기도 한다. 더우기, "물체"라는 용어는 환자의 신체, 신체부, 유기체 영역 들을 의미한다.
의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 의료 기기, 또는 임플랜트같은 물체들에는 교환가능하거나 조정가능한 인서트(insert)들이 부가적으로 구비될 수 있고, 구조물 및 로케이터를 적절하게 구성한 인서트들이 구비될 수도 있다.
"기술적 리소스"(technical resource)라는 용어는 물체들의 상대적 공간 위치를 서로에 대해 결정하는 데 사용되는 리소스들을 의미한다. 의료/의약 분야에서 추적 시스템에 관련된 기술적 리소스들로는, 로케이터, 구조물, 랜드마크, 그리고 물체 상의 패턴 등등이 있다.
"공간적 위치"(spatial position)와 "공간적 방향"(spatial orientation)은 추적 시스템의 좌표계 등에서 물체의 공간적 위치 및 방향을 의미하며, 또한, 두 물체 간의 상대적 공간적 위치 및 방향을 의미한다.
본 발명의 목적은, 추적 시스템이 이동하면서 사용 중 수동으로 또는 자동적으로 물체에 대해 재배치됨을 이용하여, 물체들을 국부화시키고 물체들을 서로 관련 관계에 놓이도록 하는 추적 시스템을 이용하여 물체들의 위치 또는 방향을 결정하고 측정하도록 설계된 방법을 이용함으로서 또한 충족된다.
본 발명의 추적 시스템은 물체들에 의해 이동할 수 있고, 물체들에 대해 재배치될 수 있으며, 심지어 사용 중에도 일시적으로 물러나 위치할 수 있다. 따라서, 앞서 언급한 공지 기술에 따른 추적 시스템의 단점들이 해소될 수 있다.
본원의 시스템 및 방법은 의료/의약 분야의 추적 시스템 및 추적 방법들을 개선시키는 데 매우 적합하다. 본원의 시스템 및 방법은 의료/의약 분야에만으로 제한되는 것이 아니라, 두개 이상의 물체의 공간적 위치를 결정해야할 어떠한 상황에서도 유익하게 구현될 수 있다.
본 실시예의 바람직한 변형은 수술 중 또는 사용 중 물체들에 대해 이동가능하게 추적 시스템이 유지되어야 한다는 점이다.
이 추적 시스템은 특히 이것때문에 기존의 추적 시스템과 차별화된다. 기존의 추적 시스템들은 확보하고자하는 물체에 대해 고정 위치에 항상 배열되어야 한다. 또는 고정 실험실 좌표계에 대한 기준을 가져야만 한다.
사용자, 가령, 의사가 소정 작업 상태에서 추적 시스템을 필요로하지 않을 경우 추적 시스템을 한쪽으로 물리는 것이 가능하다. 이를 통해, 추적 시스템의 구현이 매우 유연해질 것이다.
모바일 추적 시스템이 수술 중 또는 사용 중 물체에 대해 이동가능하게 배열되기 때문에, 본 발명의 시스템 및 방법은 매우 유익하다. 이를 통해, 이 장치의 추적 시스템은 필요시에만 작업 중 구현될 수 있다. 그렇지 않을 경우, 추적 시스템은 한쪽으로 물러나 위치할 수 있다.
따라서, 선호되는 구현예에서는 모바일 추적 시스템이 물체에 대해 이동가능하게 배열될 수 있다.
"이동가능하다"(portable)이라는 표현은 "고정적"(statinary)라는 표현에 대한 정확한 반의어다. 따라서, 전체 작업 영역 또는 국부 작업 영역에 대해 추적 시스템이 확고하게 고정되지 않는다는 점이 바람직한 것이다. 실제로, 동작 중 검출될 물체들에 대해 모바일 추적 시스템 자체가 이동하고 재배치되는 것이다.
이러한 개념에 기초한 한가지 방법의 예는 사용중 추적 시스템을 수동으로 안내하는 것이다. 이를 통해, 추적 시스템이 국부 작업 영역의 앞에서 유지되어야할 장소 및 시기를 의사가 스스로 결정할 수 있다.
모바일 추적 시스템은 국부 작업 영역 바로 앞에 (특히 수동으로) 배열되면서 동작하기가 용이하다.
모든 기존의 추적 시스템들은 요구되는 높은 측정 정확도와 함께 전체 작업 영역에서 거의 모든 것을 얻는다. 이는 상당한 연산 능력을 필요로한다. 물체들의 공간적 위치나 공간적 방향을 결정하는 데 요구되는 이러한 연산 능력은 지금까지와는 달리 바람직하게 감소한다. 왜냐하면, 전체 작업 영역이 아니라 관심 대상인 국부 작업 영역(가령, 수술 영역)만이 얻어지기 때문이다.
본 방법의 추가 실시예에서는 두 개 이상의 물체들 간의 공간적 위치나 방향을 간헐적으로만 획득할 수 있다. 이를 통해, 요구되는 연산 능력이 더욱 감소하게 된다.
"간헐적"(intermittent)이라는 표현은 모바일 포지셔닝 시스템이 작업 영역 앞에 영구적으로 위치하는 것이 아님을 의미한다. 모바일 추적 시스템은, 가령, 관찰 이전과 이후에, 메인 작업 이전과 이후에, 국부 작업 영역 앞에서만 유지될 수 있다. 이러한 방식으로, 모바일 추적 시스템이 어느 시기에 옆으로 물러날 수 있다.
따라서, 본원의 추적 시스템은 소정의 치료 단계 이전과 이후에만 측정 또는 제어를 위해 바람직하게 구현될 수 있다. 이를 위해, 로케이터나 구조물(structures)을 구비한 물체들에 대해 선호되는 위치 및 방향으로 추적 시스템이 정렬된다. 추적 시스템은 서로에 대한 물체들의 공간적 위치를 스냅샷으로 획득할 수 있다. 추적 시스템은 스탭샷들의 시퀀스로 물체들의 공간적 위치를 구성할 수도 있다. 이에 따라, 소정의 치료 단계 전, 중, 후에 물체들의 동적 거동을 연구할 수 있다. 이러한 접근법은 기존의 고정적 시스템에 비해 실질적인 장점을 가진다. 즉, 필요한 정밀도로 전체 작업 영역을 얻을 필요가 없다. 대신에, 국부 작업 영역만을 얻으면 된다. 추가적인 장점은, 추적 시스템의 측정 위치 및 방향이 각 단계에 대해 최적으로 선택될 수 있다는 점이다. 크기가 매우 작은 간편한 추적 시스템들이 사용될 수 있다는 점은 서로 가까이 놓인 물체들의 경우에 특히 장점으로 작용한다.
손으로 추적 시스템을 안내할 수 있도록 하기 위해, 추적 시스템을 수동으로 유지하고 안내할 수 있는 핸들이 모바일 추적 시스템에 제공되는 것이 바람직하다.
모바일 추적 시스템의 중량이 2kg 미만 또는 0.5kg 미만, 또는 0.1 kg 미만일 때 핸들링 효과가 좀더 명확해진다. 이렇게 가벼운 경우에, 추적 시스템 자체는 긴 시간동안 사용될 때에도 제대로 동작할 수 있다. 특히, 0.1kg 미만의 모바일 추적 시스템들은 치과 진료 또는 최소 침습식 수술 분야에서 특히 바람직하게 구현될 수 있다.
필요할때만 추적 시스템을 동작시키기 위해, 획득 및 측정 과정을 시작시키고 진행시키는 액티베이션 장치가 모바일 추적 시스템에 제공되는 것이 바람직하다.
따라서, 수동 액티베이션 장치를 이용하여 획득 또는 측정이 개시되는 것이 절차상 유익하다.
액티베이션 장 치가 다양한 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 스위치 형태로 핸들에 액티베이션 장치가 배치될 수 있다. 한가지 구현예에서는 풋 스위치 형태로 액티베이션 장치가 제공될 수 있다. 이 설게에 따르면, 모바일 추적 시스템이 보다 간편하게 구축될 수 있고, 모바일 추적 시스템 상의 스위치에 속한 일련의 피스들이 밀려날 수 있다.
추가적인 구현예에서는 음성 제어 수단을 구비한 액티베이션 장치가 제공될 수 있다. 이를 통해, 의사가 모바일 추적 시스템을 매우 편리하게 동작시킬 수 있다.
모바일 추적 시스템이 손으로만 유지되고 안내되는 것이 아닌 경우에, 수동으로 이동가능한 아암이나 로봇 아암처럼, 이동가능한 안내 메커니즘에 연결할 부착 메커니즘을 구비하는 것이 모바일 추적 시스템에 바람직할 것이다. 이러한 부착 메커니즘을 이용할 때, 추적 중 이동가능한 홀딩 아암(holding arm)이나 로봇 아암같은 추가적인 홀딩 메커니즘에 모바일 추적 시스템을 부착시키는 것이 상당히 단순해진다.
의사의 팔에 모바일 추적 시스템을 배치할 수 있도록 부착 메커니즘의 모양이 형성될 수 있다. 부착 메커니즘이 환자의 머리나 환자의 다른 신체부에 모바일 추적 시스템을 부착시킬 수 있을 경우 유익할 수 있다.
더우기, 모바일 추적 시스템의 추가적인 개선 동작을 위해, 모바일 추적 시스템이 자급형(즉, 에너지를 자체 보유하는 방식: 달리 표현하자면 전원 내장형)인 것이 바람직하다.
이러한 측면에서, 물체에 대한 모바일 추적 시스템의 변위를 측정하는 수단을 모바일 추적 시스템이 구비한다면 바람직할 것이다.
추적 시스템을 업데이트시킬 수 있도록 하기 위해, 소프트웨어적인 평가 수행이 이루어지는 것이 바람직하다. 소프트웨어는 업데이트가 특히 용이하다.
모바일 추적 시스템의 자급형 동작을 위해, 모바일 추적 시스템이 자체 에너지 소스를 구비하는 것이 바람직하다. 에너지 소스는 배터리, 축전기, 연료 전지, 등등일 수 있다.
모바일 추적 시스템이 무선 통신 수단을 구비할 경우 모바일 추적 시스템의 동작이 추가적으로 단순화된다.
모바일 추적 시스템의 시각적 인지 기능을 위해, 한개 이상의 (여러개가 바람직함) 카메라를 모바일 추적 시스템이 구비한다면 바람직할 것이다.
카메라들이 표면 센서를 가진다면 바람직할 것이다. 측정 정확도 및 리던던시(redundancy)는 세개 이상의 표면 센서에 의해 실질적으로 개선된다.
선호되는 실시예에서는 로케이터, 구조물(structures), 패턴(patterns), 2차 패턴 등등이 제공된다.
"로케이터"(locators)라는 용어는 타물체에 부착가능한 기술적 리소스를 의미한다. 타 물체는 로케이터 때문에 모바일 추적 시스템에 의해 배치될 수 있다. 물체의 공간적 위치는 로케이터를 이용하여 확실하게 결정될 수 있다.
"구조물"(structures)이라는 용어는 본원에서, 패턴을 지닌 3차원 실체를 의미한다. 구조물은 본원에서 물체를 또한 구성한다. 구조물은 가령, 평평한 판, 즉, 평판 형태를 취할 수 있다. 이 구조물은 타 물체에 영구적으로 또는 탈착가능하게 부착될 수 있다. 일부 응용예에서는, 이 구조물이 또다른 물체의 일부분인 것이 바람직하다. 구조물은 가령, 의료 기기의 일부분일 수 있다.
패턴은 구조물의 표면에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 여러가지 방식으로 구조물에 부착될 수 있다. 구조물 패턴의 설계는 생성되었을 때 이미 결정되어 있다.
본원에서 "패턴"은 여러가지의 폭과 길이를 가진 직선이나 곡선, 원, 타원, 삼각형, 장방형, 등등, 또는 이들의 조합으로 구성되는 실체다. 구조물같은 물체의 표면에 직접 위치하는 것이 바람직하다. 패턴이 배치된 표면으로부터 패턴이 명확하게 구분될 수 있다는 점이 중요하다.
패턴은 3차원적 실체가 아니라 2차원적 실체라는 점에서 구조물과 차별화된다. 이는 하나의 실체로서 패턴이 구조물과 비슷하게 길이와 폭을 가진다는 것을 의미한다. 그러나, 2차원적 실체로 간주되기 때문에 구조물의 두께에 비해 패턴의 두께는 무시할 수 있다. 가령, 구조물 상의 패턴의 두께는 구조물 상의 칼라 층의 두께로 감소한다. 패턴은 반사 물질, 흡수 물질, 형광 물질(fluorescent material), 인광 물질(phosphorescent material), 또는 발광 물질(luminous material) 등의 조합으로 구성될 수도 있다. 이 물질들은 특히, 가시광, 적외선광, 자외성광 등과 조합되었을 때 적절하게 기능한다.
패턴의 일부분은 공간적 위치 및 방향 결정 및 측정을 위한 모바일 추적 시스템의 알고리즘 효율을 개선시키는 것을 돕는다. 패턴이 구조물 상에 위치할 경우, 패턴, 또는 패턴의 일부분은 구조물의 식별 수단으로 기능할 수 있다. 패턴의 도움으로, 이 패턴을 지닌 구조물에 의해 식별되는 물체가 식별될 수 있고, 이것이 의료 기기인지 의료용 툴인지가 결정될 수 있다. 그러므로, 패턴은 모바일 추적 시스템으로 얻은 물체들에 관한 기본 정보를 모바일 추적 시스템에 제공한다.
상술한 패턴과는 달리, 두번째 종류의 패턴이 본원에서 "2차 패턴"(secondary pattern)이라 명명된다. CT-장치, 또는, X-선의 도움으로 3차원적으로 뼈와 치아를 검출하는 그외 다른 장치 등등과 같은 다른 이미징 시스템에 의해 측정될 수 있는 2차 패턴이라 불리는 추가적 패턴들이, 모바일 추적 시스템에 의해 식별된 패턴들과는 달리 존재할 때, 물체들의 등록에 특히 유익하다.
모바일 추적 시스템에 의해 지배적으로 획득되는 경우 우리는 이를 패턴이라 언급한다. 추가적인 이미징 시스템에 의해 획득할 수 있고 분석할 수 있는 경우 우리는 이를 2차 패턴이라 부른다. 따라서, 2차 패턴은 X-선 불투명 또는 X-선 투명 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 2차 패턴은 MRI 시스템으로 검출 및 측정가능한 물질들로 구성될 수도 있다. 2차 패턴의 추가적인 예는 테라헤르즈 스펙트럼 범위에 기초한 이미징 시스템에 의해 검출되고 측정될 수 있다.
CT 또는 MRI 시스템같은 이미징 시스템 종류에 따라, 2차 패턴은 서로 다른 길이 및 폭을 가진 직선이나 곡선, 원, 타원, 삼각형, 장방형, 또는 이들의 조합으로 구성되어야 한다. 그 두께는 임계층 두께 아래로 벗어나지 않는다.
더우기, (의료용) 툴, 컴포넌트, 또는 기기에 로케이터, 구조물, 패턴, 또는 2차 패턴이 부착되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 물체가 모바일 추적 시스템에 의해 검출될 수 있다.
로케이터, 구조물, 패턴, 또는 2차 패턴들이 사람의 신체 일부(가령, 뼈나 관절)에 부착된 경우, 모바일 추적 시스템에 의해 식별될 수 있다.
더우기, 모바일 추적 시스템에 적합하면서 이 시스템으로 검출할 수 있는 서로 다른 폭과 길이를 가진 직선이나 곡선, 원, 타원, 삼각형, 장방형, 또는 이들의 조합으로 패턴이 구성된다면 바람직할 것이다.
추가적으로, 패턴이 흡수 물질, 비반사 물질, 반사 물질, 형광 물질, 인광 물질, 또는 그외 다른 발광 물질로 구성된다면 바람직할 것이다.
한가지 실시예에서는 2차 패턴이 패턴에 기하학적으로 관련될 수 있다. 모바일 추적 시스템으로 측정한 패턴 외에 2차 패턴이 존재할 경우 등록 과정을 위해 이는 특히 유익하다. 적절한 물질들로 구성된 2차 패턴은 다른 이미징 시스템들에 의해 식별되고 측정된다. 2차 패턴이 X-선 불투명과 X-선 투명 물질로 구성될 경우, 2차 패턴은 CT-장치에 의해, 또는, X-선 방사를 이용하여 뼈와 치아를 3차원적으로 검출 및 분석할 수 있는 또는 그외 다른 장치에 의해, 식별되고 공간적으로 분석될 수 있다.
따라서, 2차 패턴이 추가적 이미징 시스템들에 의해, 특히, 비-광학 시스템들에 의해, 식별될 수 있는 것이 바람직하다.
더우기, 공지된 위치나 기하학적 세부사항을 가진 패턴들을 구조물이 지니는 것이 바람직하다. 이를 통해, 모바일 추적 시스템은 이 패턴들을 지닌 물체를 정확하게 측정할 수 있다.
물체에 구조물을 바람직하게 고정시키기 위해, 물체에 고정시키는 수단을 구조물이 지니는 것이 바람직하다.
이러한 측면에서, 물체에 고정시키기 위한 스트럿(strut)을 고정재가 가지는 것이 바람직하다.
평판 형태로 구조물이 구성되는 것이 바람직하다. 패턴은 평판에 특히 잘 도포될 수 있다.
이러한 구현예에서는 3차원적 구조의 표면을 가진 평판으로 구조물이 구성될 수 있다.
구조물이 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기의 일부분인 것이 특히 구조적으로 바람직하다. 이를 통해, 이 구조물이 물체에 바람직하게 일체화될 수 있다.
구조물로 자석을 이용함으로서, 추가적으로 바람직한 부착 가능성을 도출할 수 있다.
구조물이 모바일 추적 시스템에 의해 항상 잘 식별될 수 있도록 하기 위해, 구조물이 방진 표면(dirt repellent surface)을 가지는 것이 바람직하다.
물체, 특히, 물체 상의 패턴, 또는 물체 상의 구조물을 잘 식별할 수 있도록 하기 위해, 모바일 추적 시스템이 광-조사 수단(illumination means)을 구비하는 것이 바람직하다.
적용되는 면적에 따라, 조사 수단이 하이퍼 적색 범위(hyper red range)의 광을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
변형가능한 소자를 물체가 지니는 것이 유익하다. 변형가능한 소자를 이용하여, 물체는 주변 환경에 대해 다양하게 조정될 수 있고 적응될 수 있다.
물체(가령, 의료용 툴이나 의료 기기)의 변형을 발견할 수 있도록 하기 위해, 물체의 기학구조를 식별하고 측정하는 것이 특히 바람직하다. 물체의 변형이 의도적인 것인지 우연한 것인지는 중요하지 않다.
더우기, 물체에 부착되어 이미징 시스템에 의해 식별될 수 있는 2차 패턴이나 패턴을 이용하여 물체들을 등록하는 것이 바람직하다.
모바일 추적 시스템을 물체(특히, 의료용 툴이나 의료 기기)에 부착시킴으로서, 추가적인 단순화를 도출할 수 있다. 예를 들어, 모바일 추적 시스템은 환자에 속한 신체부, 가령, 뼈에 일시적으로 부착될 수 있다.
물체들에 부착된 로케이터의 공간적 위치나 방향이 물체에 부착된 패턴이나 구조물에 대해 검출되고 측정되는 것이 바람직하다.
모바일 추적 시스템의 직접적 시야 범위에 있지 않은 모바일 추적 시스템을 이용하여 구조물 상의 패턴을 검출할 수 있도록 하기 위해, 모바일 추적 시스템이 패턴이나 2차 패턴을 특징화시키는 미러를 구비하는 것이 바람직하다.
모바일 추적 시스템에 의해 직접적으로 관찰도리 수 없는 패턴들은 미러를 이용하여 관찰될 수 있게 된다. 미러가 패턴 또는 2차 패턴을 또한 지니고 있기 때문에, 그 공간적 위치는 모바일 추적 시스템에 의해 결정될 수 있다. 미러를 이용하여 관찰가능한 패턴들의 공간적 위치는 미러의 공간적 위치를 이용하여 결정될 수 있다.
본 발명의 목적은 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기를 교정하는 방법을 이용함으로서 또한 충족된다. 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기에는 패턴이나 패턴을 지닌 구조물이 제공된다. 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기들이 패턴이나 구조물에 의해 측정된다. 이를 통해, 이러한 물체들을 교정하는 데 필요한 수고가 크게 감소될 것이다.
의료 기기에 관해 요구되는 기계적 정확도는, 일부 경우에 매우 높은 생산 비용의 요인이 된다. 이는 교환가능한 인서트를 가진 의료 기기의 경우 특히 해당하며, 인서트의 팁들에 작은 칼(scalpel)이나 프로브 팁(probe tip)이 제공되는 경우에 그러하다.
사전 교정없이 기계적 기기들이 사용될 경우, 공간적 위치의 획득가능한 정확도는 기기 제작시의 허용 공차에 기인한다. 추가적으로, 우발적으로 변형된 기기들이 사용될 가능성이 항상 있는 법이다. 공지 기술의 추가적인 교정 메커니즘을 이용할 경우, 의료 기기의 기하 형태가 일반적으로 측정되고 테스트된다. 이는 광학 추적 시스템을 이용하여 소정의 작접 구간들 이전에 또는 그 사이에서 이루어진다. 본 발명은 이러한 추가적인 교정 메커니즘이 필요치 않은 가능성을 제공한다.
따라서, 기계적 기기들의 형태를 측정하기 위해, 추적 시스템, 특히 모바일 추적 시스템을 이용하여 패턴이나 구조물을 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 모바일 추적 시스템이 기기나 툴의 구조를 측정할 수 잇도록 하는 장치를 이용한 교정 방법에 또한 관련된다. 이는 주문형 교정 장치가 필요치 않거나 단순화되는 장점을 가진다.
구조물의 형태와 패턴의 특성은 생산 과정 중 확정된다. 패턴이 주어지면, 이 구조물의 본질적 기하 형태가 또한 알려진다. 본질적 기하 형태는 가령, 직경, 길이, 또는 반경에 해당한다. 가령, 변형되지 않은 물체의 전체 표면이 적절한 패턴으로 덮혀있을 경우, 물체의 기하 형태는 패턴의 측정으로 정확하게 표현될 수 있다.
구조물에 대한 로케이터의 공간적 위치는 교정 과정 중 추적 시스템에 의해 측정된다. 따라서, 생산 중 로케이터의 공간적 위치가 폭넓게 실현될 필요가 없다. 전형적인 교정 과정은 아래와 같이 이루어진다.
기기는 추적 시스템의 작업 영역이나 측정 공간에 놓인다. 따라서, 기기의 모든 측면들이 교정 모드에서 순차적으로 측정된다. 대안으로, 추적 시스템 자체가 기기 둘레로 안내될 수 있다. 더우기, 측정 모드는 구조물의 인지 및 분석을 포함하고, 구조물의 형태 결정을 포함하며, 기기의 공간적 형태나 구조물에 대한 로케이터의 공간적 위치, 그리고 식별에 기초한 기기의 공간적 형태에 관한 구조물의 할당을 포함한다.
기기나 툴에 대한 이러한 교정 과정은 필요시 반복될 수 있다. 구조물과 로케이터 모두가 물체의 공간적 위치의 측정 중 식별되기 때문에, 교정이 동시에 일워ㅈ리 수도 있고 주기적으로 확인될 수도 있다. 이에 따라, 추적 시스템은 적절한 알고리즘을 내장하여 이 작업을 수행하게 된다.
본 발명의 작업은 기존의 변형에 관하여 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기를 테스트하는 방법을 이용함으로서 또한 충족된다. 이를 구현하기 위해, 모바일 추적 시스템은 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기 상의 패턴을 식별한다.
의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기 상의 패턴이 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기의 변형을 교정 및 테스트하는 데 사용되는 것이 바람직하다.
모바일 추적 시스템은, 현재의 구조가 식별 과정 중 확정된 구조와 다를 경우 또는 앞서 측정한 구조와 다를 경우, 변형된 기기를 측정 및 검출할 수 있다. 이러한 변형은 작업 단계 전 또는 작업 단계 중 우발적으로 발생할 수 있다. 이 변형은 가령, 한가지 절차 단계를 위해 기기의 기하학적 형태를 적응시키기 위해 의도적으로 수행될 수도 있다. 변형된 기기의 기하학적 형태는 교정 방법을 이용하여 정확하게 결정될 수 있다.
더우기, 모바일 추적 시스템은 수술 중 개별 물체들을 사용자가 등록시키는 과정을 뒷받침한다. 이는 기존 등록 과정의 상당한 단순화를 나타낸다.
이러한 단순화는 한편으로, 추적 시스템이 각 물체 부분 상의 구조물이나 패턴을 검출하기 때문에 구현되며, 다른 한편으로, 타이미징 시스템(가령, C-아암, CT, MRI, 등등)이 환자 데이터와 2차 패턴을 검출하여 이 데이터를 공간 정보로 처리하기 때문에 구현된다. 이를 통해, 환자 데이터에 관한 구조물의 공간적 위치가 항상 알려지게 된다. 이러한 이유로, 등록 포인트들의 사전 동작 결정과, 추적 시스템에 의해 측정된 포인팅 기기로 이 포인트들을 프로브하는 과정(시간 소요가 큼)이 생략될 수 있다. 모바일 추적 시스템은 이 작업 수행을 위해 적절하게 최적화된 알고리즘을 내장할 수 있다. 이는 등록을 위해 촉각적 방법이 더이상 요구되지 않는다는 본질적 장점을 제공한다. 또는 촉각적 방법이 필요시 제어 용도로 사용된다.
본 발명의 작업은 패턴 또는 2차 패턴이 한개 이상의 적절한 치아에 부착되는 방법, 또는, 턱에 부착된 적절한 치아나 구조물에 부착되는 템플릿에 패턴 또는 2차 패턴이 부착되는 방법에 의해 충족된다. 이때, 이러한 방법을 이용하여 패턴이나 2차 패턴의 공간적 방향이나 방향이 서로에 대해 결정된다.
본 발명은 따라서, 치과 수술 분야에 특히 바람직하게 사용된다.
수술 영역에 관한 추가적 데이터를 얻기 위해, 국부 작업 영역의 표면이 광학적으로 사전에 스캔될 수 있다면 바람직할 것이다.
국부 작업 영역이 X-선 방사를 이용하여 3차원적으로 측정될 때 수술 영역에 관한 추가 데이터를 얻을 수 있다.
확보한 스캔 및 X-선 데이터에 기초하여, 그리고 시스템의 모바일 추적 시스템으로부터 얻은 데이터에 기초하여 3차원 모델이 구축되었을 때 매우 정확한 영역 사진을 의사가 얻을 수 있다.
이 모델을 확립하기 위해, 확보되는 스캔 및 X-선 데이터는 동일 좌표계를 이용하는 것이 바람직하다.
이 방법의 선호 실시예는 임플랜트나 크라운의 구조를 결정하기 위해 이 확립된 모델을 이용한다.
이 모델을 이용하여 드릴의 상대적 위치나 방향, 드릴 축, 드릴 깊이, 또는 드릴 위치가 결정될 경우, 외과 시술이 특히 정확하게 수행될 수 있다.
크라운의 결정된 구조가 CAD/CAM 을 이용하여 의료 드릴 과정에 대해 동시에 생성되는 것이 바람직하다.
요컨데, 본 발명에 속한 추적 시스템들은 물체에 부착된 로케이터 및 구조물들을 식별하기에 특히 적합하고, 로케이터 및 구조물들의 상대적 위치 결정에 특히 적합하며, 이 데이터를 이용하여 물체들의 공간적 위치를 연산하는 데 특히 적합하다.
더우기, 추적 시스템은 적절한 구조물들을 부착한 물체의 기하학적 형태 전부 또는 일부분을 결정할 수 있다. 더우기, 이는 물체의 기하학적 형태를, 물체에 부착된 로케이터들에 관련시킨다.
물체의 공간적 위치는 로케이터를 이용하여 또는 구조물을 이용하여 식별될 수 있다. 물체의 공간적 위치 결정은 로케이터와 구조물 모두를 이용하여 수행될 수도 있다.
모바일 추적 시스템은 물체에 직접 부착될 수도 있고, 툴이나 기기, 또다른 물체부 상에 부착될 수도 있다. 이는 이 물체의 공간적 위치가 어떤 추가적 측정없이 추적 시스템을 이용하는 것만으로 알려진다는 것을 의미한다.
추가적인 장점은 작업 영역 내 요구되는 물체들의 수가 감소한다는 점이다. 극단적인 예로서, 모바일 추적 시스템이 부착된 툴만이 사용중에 있고, 이 툴만이 물체 부분에 부착된 구조물의 위치를 결정한다. 특히 중요한 예로서, 치과 시술 분야의 구현이 있는 데, 드릴 같은 툴 내부에 또는 그 표면에 모바일 추적 시스템이 일체형으로 구성될 수 있다. 이 구조물들은 템플릿이나 치아 상에 배열될 수 있다. 템플릿들이 한개 이상의 치아 위에 놓일 때 템플릿들이 특히 안정하다.
본 발명의 추적 시스템은 가볍고, 이동가능하게, 그리고 편리하게 제작되어, 필요에 따라 수동 측정에 사용될 수 있다. 소정의 작업 단계들 이전 그리고 이후의 공간적 위치가 이를 이용하여 측정될 수 있다. 작업 단계 중 옆으로 물러날 수 있다. 추적 시스템은, 따라서, 로봇 아암같이 로봇에 부착될 수 있고, 필요시에만 측정을 행할 수 있다.
모바일 추적 시스템은 작업 영역에서 물체의 공간적 위치를 오랫동안 측정하기 위해 트리포드(tripod)에 (일시적으로) 부착될 수 있다. 측정 공간, 측정 거리, 또는 측정 정확도같은 모바일 추적 시스템의 중요한 성질은 다른 것들 중에서도 카메라, 로케이터, 또는 구조물의 배치 및 성질에 의해, 규정된다. 측정 정확도, 측정 공간, 또는 측정 거리 범위는 모바일 추적 시스템의 기하 구조 및 카메라의 배치 및 성절에 실질적인 영향을 미친다. 측정 공간과 측정 거리 범위가 작으면, 추적 시스템의 기하학적 크기가 일반적으로 작게 된다. 역으로, 측정 공간 및 측정 거리 범위가 크면, 추적 시스템이 큰 결과를 야기한다. 측정 정확도가 동일하고 동일한 카메라 기술을 이용할 때, 추적 시스템이 큰 효과는 추적 시스템이 작은 것에 비해 훨씬 크다.
이 시점에서, 모든 기기나 툴, 인서트, 구조물, 로케이터, 또는 이들의 일부분이 1회용으로 생성되는 것이 바람직하다는 것을 지적하고 싶다. 소정의 환경에서, 위생 상의 이유로, 1회용인 것이 바람직하다. 추가적인 장점들이 물체의 관리, 세척, 건조, 테스트 측면에서 나타난다.
이러한 1회 피스들이 적절한 물질 및 적절한 제작 기술(가령, 인젝션 몰딩이나 3차원 성형 기술)을 이용하여 저렴하게 제작될 수 있다는 것이 추가적인 장점이다.
모바일 추적 시스템으로 구조물에 대한 로케이터 위치를 측정하기 때문에 부착을 포함한 로케이터의 제작 정확도가 감소할 수 있다는 것이 추가적인 장점이다.
본 발명의 작업은 패턴이나 제 1 로케이터를 가진 제 1 구조물이 물체(가령, 컴포넌트)에 부착되고, 패턴이나 제 2 로케이터를 가진 제 2 구조물이 이 물체에 또한 부착되는 방법에 의해 달성된다. 패턴이나 로케이터를 가진 구조물의 상대적 위치나 방향은 아래 발명의 장치를 이용하여 결정된다. 물체는 그후 시술된다. 패턴이나 로케이터를 가진 구조물의 상대적 위치나 방향은 한번 이상의 추가 측정 중 다시 획득된다. 두 측정시의 공간적 위치나 방향이 서로 비교된다.
작업 단계 전과 후에 물체나 물체 일부분의 상태(가령, 공간적 위치)를 비교할 수 있다는 것이 장점이다.
개선된 방법에서는 제 1 측정으로부터 패턴이나 로케이터를 가진 구조물의 위치 및 방향이 제 2 측정으로부터 얻은 패턴이나 로케이터를 가진 구조물의 위치 및 방향에 대응할 때까지, 물체 처리를 단계적으로 계속하는 것이 장점이다. 공간적 위치나 방향은 모바일 추적 시스템을 통해 현재 패턴을 이용함으로서만 획득되는 것이 바람직하다.
이를 통해, 물체 또는 물체의 일부분이 이전 작업 상태 이후 가장 높은 정밀도를 가진 초기 상태로 할당될 수 있다.
의료/의약 분야에서 선호되는 방법에서는 환자의 관절이나 그외 다른 신체 부분에서 의사가 시술을 행할 수 있다.
가령, 환자의 관절 일부분이 보철물로 대체된 경우, 또는, 두 뼈 부분들 간에 임플랜트를 삽입하기 위해 뼈가 조작되는 경우, 패턴을 가진 두개 이상의 구조물이 조인트 측면에 적절하게 부착되고, 실제 메인 시술이 시작되기 전에, 서로에 대한 공간적 위치가 패턴과 모바일 추적 시스템을 이용하여 결정되는 것이 바람직하다. 의사가 두 구조물 간의 조인트 일부분을 보철물로 대체한다. 성공적인 메인 시술 후, 구조물들의 공간적 위치가 재결정되고, 앞서 얻은 공간적 위치와 비교된다. 이를 통해, 의사는 관절부 또는 관절 조각들이 원래 위치에 다시 배열되었음을, 또는, 이들이 원래 위치에 충분히 가깝게 배치되었음됨을 확실하게 보장받을 수 있다.
특히 용이한 이용도로 인해, 추적 시스템은 치과 시술 및 최소 침습 외과 시술 분야에 특히 바람직하게 이용될 수 있다.
아래에서는 추적 시스템을 이용하여 물체의 공간적 위치나 방향을 비접촉식으로 결정 및 측정하는 장치와, 이러한 장치들의 일부분에 대한 설명이 이어진다.
도 1은 또다른 구조물을 가진 물체 부분의 앞에 한개의 패턴을 가진 구조물을 포함하는 의료 기기를 갖춘 모바일 추적 시스템을 구현하는 본 발명에 따른 장치의 배치도.
도 2는 제 1 패턴의 실시예 도면.
도 3은 제 2 패턴의 실시예 도면.
도 4는 추가적 패턴 예의 실시예 도면.
도 5는 로케이터, 구조물, 그리고 패턴들을 포함하는 의료 기기와 모바일 추적 시스템으로 구성된 레이아웃의 배치도.
도 6은 딱딱한 물체 부분 위에서 구조물들의 부착 기술을 개략도.
도 7은 구형 캡 세트를 구비한 깔떼기형 랜드마크의 도면으로서, 그 위에 패턴과 자성 물질을 포함하는 경우의 도면.
도 8은 로케이터, 구조물, 패턴, 그리고 3차원적으로 변형가능한 소자를 부착한 의료 기기 및 모바일 추적 시스템의 개략도.
도 9는 3차원적으로 변형가능한 소자와 패턴을 가진 임플랜트의 도면.
도 10은 모바일 추적 시스템, 구조물과 패턴을 가진 물체부, 미러 시스템을 포함하는 레이아웃의 개략도.
도 11은 모바일 추적 시스템, 스캐너, 그리고, 구조물 및 패턴을 부착한 물체 부분으로 구성되는 레이아웃의 개략도.
도 12는 모바일 추적 시스템, 프로젝터, 그리고 구조물 및 패턴을 부착한 물체 부분으로 구성되는 레이아웃의 개략도.
도 13은 모바일 추적 시스템, 초음파 트랜스듀서, 그리고, 구조물 및 패턴을 부착한 물체 부분으로 구성되는 레이아웃의 개략도.
도 14는 드릴과 밀링 헤드, X-선 복사를 이용하여 뼈와 치아를 3차원적으로 검출하는 장치, 그리고 템플릿 상의 구조물이나 치아 상의 구조물을 포함하는 레이아웃의 개략도.
도 15는 구조물을 갖춘 두개의 물체 부분과 모바일 추적 시스템의 개략도.
* 도면의 부호 설명 *
1 레이아웃
2 모바일 추적 시스템
3 구조물
4 뼈
5 제 1 카메라
6 제 2 카메라
7 제 1 광(원)
8 제 2 광(원)
9 핸들
10 액티베이션 스위치
11 분석 및 디스플레이 장치
11A 통신 연결부
12 제 1 패턴
13 제 1 로케이터
14 제 2 구조물
15 제 2 패턴
16 뼈 로케이터
17 국부 작업 영역
18 재귀 반사형 구(retro-reflective sphere)
20 패턴
21 서브디비전(subdivision)
22 부가적 서브디비전
23 선
25 추가적 패턴
26 추가적 패턴
101 레이아웃
102 모바일 추적 시스템
103 구조물
105 카메라
112 기기 구조물 패턴
113 기기 구조물 로케이터
118 재귀 반사형 구
130 의료 기기
131 기기 팁
132 기기 패턴
133 마운팅 스탠드
134 기기 단부
135 기기 로케이터
203 구조물
212 패턴
240 뼈 조각(bone piece)
241 제 1 지지체
242 제 2 지지체
243 제 3 지지체
244 나사
303 구조물
312 패턴
350 랜드마크(landmark)
351 피부
352 깔떼기형 오목부
353 자석
354 강자성체 물질
355 수술용 천
402 모바일 추적 시스템
405 카메라
413 기기 구조물 로케이터
418 재귀 반사형 구
430 의료 기기
431 기기 팁
434 기기 단부
435 기기 로케이터
461 변형가능 섹션
460 기기 인서트
520 패턴
561A 제 1 변형가능 소자
561B 제 2 변형가능 소자
565 임플랜트
566 제 1 서브디비전
567 제 2 서브디비전
568 제 3 서브디비전
602 모바일 추적 시스템
603 구조물
605 카메라
612 패턴
616 뼈 로케이터
618 재귀 반사형 구
620 패턴
640 뼈 조각
670 미러
671 마킹된 보더 영역(marked border area)
672 식별자
702 모바일 추적 시스템
705 카메라
714 뼈 구조물
715 패턴
740 뼈 조각
775 광학 스캐너
776 광선
777 액티브 LED
802 모바일 추적 시스템
805 카메라
814 뼈 구조물
815 패턴
840 뼈조각
877 액티브 LED
880 프로젝터
881 광선
883 2차 패턴
902 모바일 추적 시스템
905 카메라
914 제 1 뼈 구조물
915 패턴
940 뼈 조각
977 액티브 LED
983 2차 패턴
985 초음파 트랜스듀서 헤드
986 음파 펄스
1002 모바일 추적 시스템
1003 부착된 구조물
1005 제 1 카메라
1006 제 2 카메라
1007 제 1 광(원)
1008 제 2 광(원)
1011 분석 및 디스플레이 장치
1011A 통신 연결부
1012 패턴
1017 국부 작업 영역
1083 2차 패턴
1090 의료용 툴
1090A 드릴 비트
1090B 드릴 팁
1090C 드릴 축
1091 광학 구경 각
1092 턱 영역
1094 템플릿(templete)
1094A 템플릿 패턴
1095 아래턱
1096 시작 위치
1097 X-선 방사를 이용하여 뼈와 치아를 3차원적으로 측정하는 장치
1102 모바일 추적 시스템
1103 구조물
1104 뼈
1112 패턴
1117 국부 작업 영역
1200 작은 구멍
도 1에 도시되는 레이아웃(1)은 모바일 추적 시스템(2), 의료용 구조물(3), 그리고 신체의 일부분으로 뼈(4)를 포함한다. 모바일 추적 시스템(2)은 제 1 카메라(5)와 제 2 카메라(6)를 포함한다.
의료용 구조물(3)과 뼈(4)를 잘 조사하기 위해, 모바일 추적 시스템(2)은 제 1 광(7)과 제 2 광(8)을 조사한다. 제 1 광(7)과 제 2 광(8)은 적외선을 방사하는 발광 다이오드에 의해 방출된다. 대안으로, 발광 다이오드가 하이퍼-레드 스펙트럼의 광을 방출할 수도 있다.
모바일 추적 시스템(2)을 제대로 유지시키고 안내하기 위해, 시스템(2)은 액티베이션 메커니즘(10)을 부착한 핸드 그립(9)을 포함한다. 액티베이션 메커니즘(10)을 이용하여, 측정 타입을 선택할 수 있다. 도 1에서는 세가지 측정 모드들이 가능하다. 즉, 단일 측정, 여러 회의 단일 측정들(a series of signle measurments), 또는 필름 시퀀스(film sequence)가 가능하다.
모바일 추적 시스템(2)에 평가 및 디스플레이 장치(11)가 할당되어 통신 연결부(11A)를 통해 모바일 추적 시스템(2)에 연결된다. 모바일 추적 시스템(2)은 매우 가볍고 따라서 간편하고 휴대하기도 쉽다.
구조물(3)은 제 1 패턴(12)과 제 1 로케이터(13)를 포함한다. 제 2 패턴(15) 및 뼈 로케이터(16)를 가진 제 2 구조물(14)이 뼈(4)에 부착된다. 구조물(3, 14)들은 3차원적 물체로서, 여기에는 패턴(12)이나 패턴(15)이 부착된다. 패턴(12, 15)들에 의해, 모바일 추적 시스템(2)이 구조물(3, 14)의 공간적 위치를 결정할 수 있다. 모바일 추적 시스템(2)은 패턴(12)으로 구조물(3)의 기하적 구조를 결정할 수 있다.
모바일 추적 시스템(2)을 이용하여, 구조물(3)과 뼈(4)의 관심 부분을 포함하는 국부 작업 영역(17)을 얻을 수 있다.
모바일 추적 시스템에는 통신 연결부(11A)를 통해 에너지가 공급된다. 모바일 추적 시스템(2)과 평가 및 디스플레이 장치(11) 간의 무선 연결이 유선 통신 연 결부(11A) 대신에 구현될 수 있다. 이 경우에, 모바일 추적 시스템(2)은 배터리나 연료 전지 등과 같은 자체 에너지 원을 구비하여야 할 것이다.
제 1 로케이터(13)와 뼈 로케이터(16)에는 재귀 반사 구(retro-reflective spheres)(18)들이 구비된다. 제 1 구조물(3)과 제 2 구조물(14)의 형태 및 제 1 패턴(12) 및 제 2 패턴(15)의 성질은 제 1 구조물(3) 및 제 2 구조물(14)의 생산 중에 이미 확정된다. 모바일 추적 시스템(2)은, 따라서, 제 1 패턴(12)의 성질과 제 2 패턴(15)의 성질을 정확하게 식별하여 명확하게 할당할 수 있다.
제 1 구조물(3)과 제 2 구조물(14)의 표면들은 방진 기능을 행하도록 설계된다. 이를 통해, 모바일 추적 시스템(2)의 측정 결과들이 피가 튀긴 것이나 불순물 대기 등에 의한 오염에 덜 손상될 것이다. 표면 세척은 방진 표면에 의해 실질적으로 단순화된다.
도 2에 도시되는 패턴(20)은 서로 다른 폭의 여러개의 선, 원, 타원, 삼각형, 그리고 장방형 들을 포함한다. 패턴(20)의 일부분(21)들은 모바일 추적 시스템(2)의 알고리즘 효율을 증가시키는 데 사용된다. 패턴(20)의 부가적 부분(22)은 패턴(20)에 할당된 구조물을 식별하는 데 사용된다. 이 부가적 부분(22)에는 구조물과 의료 기기나 의료용 툴 간의 관계가 규정된다.
더우기, 패턴(20)은 서로 다른 폭을 가진 여러개의 선(23)들을 포함한다. 선(23)들은 충분한 치수의 폭을 가지는 것이 바람직하며, 예를 들어, 그 폭은 사용되는 카메라 센서의 4~10 화소에 해당할 수 있다. 결과적으로 패턴(20)의 센서 이미지와 구조물 기하형태를 충분한 정확도로 결정할 수 있다.
패턴(2)의 선(23)들은 폭이 넓은 것도 있고 폭이 좁은 것도 있는 것이 바람직하다. 결과적으로 패턴(20)이 항상 적절하게 인지될 수 있다. 예를 들어, 카메라의 초점 거리가 주어진 상황에서 물체와 추적 시스템 간의 거리가 작업 단계 중 크게 변화할 경우, 패턴이 서로 다른 폭을 가진 선들로 구성되는 것이 유익하다. 패턴(20)의 폭넓은 선들은 모바일 추적 시스템에 의해 긴 거리에 대해 사용되며, 패턴(20)의 폭좁은 선들은 물체와 모바일 추적 시스템 간의 작은 거리들에 대해 사용된다.
도 3과 도 4에 도시되는 추가적 패턴(25, 26)들은 본 발명에서 구현될 수 있는 다양한 패턴들의 예를 제시한다.
도 5에 따른 레이아웃(101)은 의료 기기(130)에 인접하게 배치된 모바일 추적 시스템(102)을 도시한다.
모바일 추적 시스템(102)은 세개의 카메라(105)를 포함한다. 이때, 카메라 갯수는 일례에 해당할 뿐이다.
의료 기기(130)는 구조물(103)에 부착될 인서트가 되도록 설계된다. 인서트는 구조물(103)에 삽입된다. 의료 기기(130)는 기기 포인트(131)을 가진다. 기기 포인트(131)를 포함하는 의료 기기(130)는 기기 패턴(132)을 가진다. 기기 구조물(103)은 기기 패턴(112)을 가진다.
기기 구조물 로케이터(113)가 기기 구조물(103)에 부착된다. 기기 구조물 로케이터(113)는 재귀 반사형 구(118)와는 달리, 마운팅 스탠드(mounting stand)를포함하며, 이 마운팅 스탠드를 이용하여 기기 구조물 로케이터(113)가 기기 구조 물(103)에 부착된다.
의료 기기(130)는 기기 로케이터(135)를 포함하며, 이 기기 로케이터(135)는 기기 포인트(131) 반대편의 기기 단부(134)에 배치된다.
도 5에 도시되는 의료 기기(130)는 의료 기기(130) 형태의 물체의 한 예로서, 다수의 패턴(112, 132)과 로케이터(113, 135)들을 포함한다.
모바일 추적 시스템(102)은 여러 다른 패턴(112, 132)들을 이용하여 의료 기기(130)의 기하구조를 명확하게 결정할 수 있다. 더우기, 모바일 추적 시스템(102)은 의료 기기(132) 상의 각 패턴(112, 132)의 로케이터 위치를 결정한다. 이는 기기 포인트(131)의 위치가 로케이터(113, 135)의 측정으로 알려진다는 장점을 제공한다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 패턴(212)을 가진 구조물(203)이 뼈 조각(240)에 부착된다. 구조물(203)은 본 예에서, 제 1 지지체(241), 제 2 지지체(242), 그리고 제 3 지지체(243)를 포함한다.
추가적으로, 구조물(240)은 나사(244)를 포함한다. 이에 따라, 구조물(203)이 뼈 조각(240)에 나사 결합될 수 있고, 이에 따라 구조물(203)이 뼈 조각(240)에 견고하게 결합될 수 있다. 본 예에서, 구조물(203))은 패턴(212)이 부착되는 2차원 판 형태로 설계된다.
도 7에 도시되는 랜드마크(350)는 환자의 피부(351)에 접착된다. 랜드마크(350)는 깔떼기형 오목부(352)를 가진다. 구조물(303)은 랜드마크(350)의 깔떼기형 오목부(352)에 삽입된다. 구조물(303)은 패턴(312)을 포함한다. 구조물(303)을 랜드마크(350)에 부착시키는 것은 자석(353)을 이용하여 이루어진다. 구조물(302)의 자석(353)은 랜드마크(350)의 강자성체 물질(354)과 함께 작용한다. 랜드마크(350)와 구조물(302) 사이에 수술용 천(surgery cloth)(355)이 클램핑된다.
도 8에 도시된 의료 기기(430)는 기기 인서트(460)를 포함한다. 이 기기 인서트(460)는 3차원적으로 변형가능한 소자(461)를 기기 포인트(431)과 기기 단부(434) 사이에 포함한다. 변경가능한 소자(461)을 제외한 채로, 기기 인서트(460)에 기기 패턴(432)이 제공된다.
추가적인 실시예에서는 이러한 패턴들이 단일 부분 영역에만 제공될 수 있다.
기기 단부(434)에는 기기 로케이터(435)가 제공된다. 더우기, 기기 구조물 로케이터(413)가 의료 기기(430)에 조여져 결합된다(fastened). 기기 로케이터(435)와 기기 구조물 로케이터(413)는 재귀 반사형 구(418)들을 포함한다.
세개의 카메라(405)를 구비한 모바일 추적 시스템(402)이 의료 기기(430)에 인접한 위치에 배치된다. 의료 기기(430) 상의 모든 패턴(432) 및 로케이터(413, 435)들이 모바일 추적 시스템(402)을 이용하여 측정된다. 의료 기기(430)의 다른 영역들에 대한 기기 포인트(431)의 움직임을 얻을 수 있고 결정할 수 있다.
도 9에 도시되는 임플랜트(565)는 제 1 변형가능 소자(561A)와 제 2 변형가능 소자(561B)를 포함한다. 이를 통해, 임플랜트(565)가 제 1 서브디비전(566), 제 2 서브디비전(567), 제 3 서브디비전(568)으로 분할된다. 개개의 서브디비전(566, 567, 568)들은 서로 이동가능하다. 임플랜트(565)의 완전한 구조를 검출 및 결정하 기 위해, 전체 임플랜트(565)가 패턴(520)으로 덮힌다.
임플랜트(565)는 요망 형태를 가질 때까지 모바일 추적 시스템에 의해 변형되고 측정될 수 있다. 임플랜트(565)는 그후, 부착 나사를 이용하여 물체 부분에 부착될 수 있다.
도 10은 뼈 조각(640)에 모두 부착된 재귀 반사형 구(618)들을 가진 뼈 로케이터(616)와 패턴(612)을 가진 구조물(603)을 도시한다. 뼈 조각(640), 구조물(603), 그리고 뼈 로케이터(616)는 카메라(605)를 포함하는 모바일 추적 시스템(602)을 이용하여 측정된다.
패턴(612)을 가진 구조물(603)이 뼈 조각(640)에 의해 부분적으로 덮혀 모바일 추적 시스템(6020)에 의해 패턴(612)이 직접 검출될 수 없기 때문에, 패턴(612)을 가로질로 미러(670)가 배열된다. 따라서, 모바일 추적 시스템(602)은 미러(670)를 이용하여 구조물(603) 상의 패턴(612)을 확인하고 측정할 수 있다.
식별을 위해, 미러(670)는 마킹된 보더 영역(671)과, 식별자(672), 그리고 추가적인 패턴(620)을 포함한다.
패턴(715)을 가진 뼈 구조물(714)은 도 11에 도시되는 바와 같이 뼈 조각(740)에 부착된다. 뼈 조각(740)의 인접 위치에는 세개의 카메라(705)를 구비한 모바일 추적 시스템(702)이 위치한다.
더우기, 뼈 조각(740)의 근접부에는 광선(776)으로 뼈 조각(740)의 표면 구조를 측정하는 핸드헬드형 광학 스캐너(775)가 배치된다. 광학 스캐너(775)와 뼈 구조물(714)의 위치 및 방향은 모바일 추적 시스템(702)을 이용하여 측정된다. 이 를 위해, 광학 스캐너(775)는 세개의 액티브 LED(777)을 포함한다. 광학 스캐너(765)에 의해 측정되는 뼈 조각(740)의 표면 구조는 현재 가용한 CT 또는 MRI 이미지들을 이용하여 추가적으로 참조된다.
패턴(815) 및 2차 패턴(883)을 가진 뼈 구조물(814)이 뼈 조각(840)에 부착된다(도 12 참조). 2차 패턴(883)은 CT에 의해 식별될 수 있고, 뼈 조각(840)과 관련한 2차 패턴(883)의 공간적 위치는 CT로부터 얻은 데이터에 기초하여 알 수 있게 된다. 세개의 카메라(805)를 구비한 모바일 추적 시스템(802)는 뼈 조각(840) 앞에 유지된다.
공간적으로 규정된 다수의 광선들(881)들 뼈 조각(840)에 투사시키는 프로젝터(880)가 뼈 조각(840)에 인접한 위치에 또한 유지된다. 프로젝터(880)는 세개의 액티브 LED(877)를 포함하며, 위치 등을 모바일 추적 시스템(802)에 의해 정확하게 측정될 수 있도록 한다. 광선(881)에 의해 추가적으로 광-조사되는 뼈 조각(840)의 영역들은 모바일 추적 시스템(802)에 의해 측정되며 공간적 위치로 연산된다. 이 과정으로부터 얻은 뼈 조각(840)의 표면 구조는 CT 또는 MRI 이미지로 참조될 수 있다.
도 13은 뼈 조각(940)에 부착된 패턴(915)과 2차 패턴(983)을 가진 뼈 구조물(914)을 도시한다. 세개의 카메라(905)를 갖춘 모바일 추적 시스템이 뼈 조각(940)에 바로 인접한 위치에 배치된다. 패턴(915)과 2차 패턴(983)은 모바일 추적 시스템(902)을 이용하여 검출가능하다. 추가적으로, 2차 패턴(983)은 CT나 MRI 장치같은 다른 이미징 시스템에 의해 식별될 수 있다. 초음파 측정 헤드(985)가 음 파 펄스(986)를 이용하여 뼈 조각(940)을 측정한다. 초음파 측정 헤드(985)는 세개의 액티브 LED(977)를 포함한다. 결과적으로, 모바일 추적 시스템(902)에 의한 식별이 용이해 진다. 초음파 트랜스듀서 헤드(985)에 의해 측정되는 뼈 표면과 뼈 구조물은 CT 나 MRI 이미지들과 관련하여 참조된다.
도 14에 도시되는 모바일 추적 시스템(1002)은 의료 툴(1090)에 부착된다. 이 의료 툴(1090)은 드릴 인서트(1090A)를 갖춘 드릴이다. 의료 툴(1090)에 확실하게 부착될 수 있도록 하기 위해 모바일 추적 시스템(1002)이 예외적으로 가볍고 소형인 것이 바람직하다.
모바일 추적 시스템은 가볍고 소형인 제 1 카메라(1005)와 가볍고 소형인 제 2 카메라(1006)를 포함하며, 이 둘 모두 한개씩의 광학 구경 각(1090)을 가진다.
획득한 측정 데이터는 통신 연결부(1011A)를 통해 분석 및 디스플레이 장치(1011)에 전달된다. 통신 연결부(1011A)는 본 예에서, 툴(1090)의 국부 작업 영역(1017)을 세척하는 데 사용되는 물 공급 장치와 툴(1090)의 에너지 소스를 또한 포함할 수 있다.
대안의 실시예에서는 카메라(1005, 1006)의 광학 장치들이 툴(1090)에 부착될 수 있고, 표면 센서같은 카메라(1005, 1006)의 나머지 컴포넌트들이 분석 및 디스플레이 장치(1011)에 포함될 수 있다. 카메라(1005, 1006)는 통신 연결부(1011A)를이용하여 표면 센서들과 광학적으로 연결되며, 본 예에서, 통신 연결부(1011A)는 광섬유 케이블 번들일 수 있다.
모바일 추적 시스템(1002)은 개입(intervention) 중에 턱 섹터(jaw sector)(1092)를 측정한다. 제 1 광-조사(1007)와 제 2 광-조사(1008)는 치아(1093)에 부가하여, 패턴(1012)과 2차 패턴(1083)을 가진 구조물(1003)에 충분한 광-조사를 제공한다. 이들은 모두 턱 섹터(1092)에 배열된다.
구조물(1003)은 본 실시예의 변형에서 적절한 치아(1093)에 부착된다. 결과적으로, 치아(1093) 상의 구조물(1003)을 견고하게 고정할 수 있다.
모바일 추적 시스템(1002)은 적절한 치아(1093)에 일시적으로 부착된, 그리고 적절한 패턴(1012)을 지닌, 구조물(1003)에 기초하여 배향된다.
부착된 패턴(1012)과 2차 패턴(1083)을 가진 구조물(1003) 덕분에 로케이터 이용이 더이상 요구되지 않는다는 점이 큰 장점이다.
대안으로, 개입(intervention) 이전에 생성된 템플릿(1094)은 템플릿 패턴(1094A)을 포함하는 데, 이러한 템플릿(1094)이 사용될 수 있다. 템플릿(1094)은 아래턱(1095) 또는 윗턱(도시되지 않음)의 개별 치아(1093)에 부착된다. 템플릿(1094)은 본 예에서 의료용 툴(1090)에 대한 치료 위치를 가진다.
필요할 경우, 구조물(1003)은 턱 뼈(1095)에 직접 박힐 수 있다(anchoring). 부가적 인서트(1090A)을 가진 툴(1090)의 기하구조가 모바일 추적 시스템(1002)에 대해 교정되어야할 경우, 툴(1090)은 구조물(1003)을 포함하고 있는 측정 장치로 기계적 방식으로 연결된다. 그후 모바일 추적 시스템(1002)은 이 구조물(1003)들을 이용하여, 교정 장치에 대한 상대적 공간 위치를 결정하고, 이러한 측정으로부터, 부가적 인서트(1090A)를 갖춘 툴(1090)의 기하구조를 결정한다. 이때, 드릴 비트(1090A)의 위치와 드릴 축(1090C)의 방향은 모바일 추적 시스템(1002)에 대해 상 대적인 값으로 알 수 있다.
특히 치아 임플랜트를 위치설정하는 동안, 드릴(1090A)의 초기 위치, 드를 축(1090C), 그리고 드릴 깊이가 추가적인 환자 정보로부터 획득된다. 이에 대응하는 방법이 아래에 기재된다.
환자의 임플랜트와 크라운의 최적 구조, 가령, 뼈의 임플랜트 상의 대체 치아의 형태, 색상, 위치, 또는 힘 분포 등등은 기존 치아 열, 턱, 피부조직의 표면 및 볼륨 구조에 기초한다. 이러한 세부사항들은 광학적 스캐닝을 통해, 그리고, X 선을 이용한 해당 신체 부분의 3차원적 측정 과정을 통해 이루어진다.
대응하는 신체 부분의 광학적 스캐닝 이후, 패턴(1012)들과 X-선 불투명 2차 패턴(1083)들을 갖춘 구조물(1003)은 치아(1093)에 부착된다. 이 구조물(1003)들은 치아(1093)에 직접 부착되는 템플릿(1094)이나 구조물(1003)일 수 있다. 패턴(1012)과 2차 패턴(1083)들은 치아(1093)에 직접 새겨질 수도 있다.
뼈(1095), 치아(1093), 또는 신경 경로, 그리고 2차 패턴(1083)들의 3차원적 구조는 X-선 방사를 이용하여 측정된다. 광학적 스캔(표면 스캔)의 데이터와 X-선 측정(턱 및 치아 구조)의 데이터가 공통 좌표계로 전이된다. 이를 통해, 고려되는 물체 부분의 모델이 확립되고, 이 경우에 뼈 구조물(1095), 치아(1093), 신경 경로, 조직 표면, 패턴(1012), 그리고 2차 패턴같은 모든 필요한 세부사항들이 포함된다. 특히, 모바일 추적 시스템의 좌표계는 패턴(1012) 측정에 의해 턱 뼈(1095), 치아(1093), 그리고 피부 조직의 표면을 보여준다.
이 모델의 도움으로, 드릴(1090A), 드릴 축(1090C), 그리고 드릴 깊이의 시 작부는 물론, 임플랜트와 크라운의 최적 구조가 확립된다.
임플랜트는 일반적으로 사전에 제작된다. 크라운은 CAD/CAM 소프트웨어의 도움으로 반-완성 조각들로부터 동일한 의료시술 공간에서 적절한 수단에 의해 차후에 생성된다. 이를 위해, 당 분야의 현재에서처럼 크라운 제작에 어떤 몰드도 필요하지 않다.
크라운 완성 과정 중, 실제적으로 메인인 의료 시술이 수행된다. 모바일 추적 시스템(1002)을 이용한 내버게이션 소프트웨어는 드릴(1090A)의 시작 위치(1096), 드릴 축(1090C), 그리고 드릴 깊이를 모바일 추적 시스템(1002)의 좌표계에서 결정한다. 모바일 추적 시스템(1002)은 드릴(1090A)과 턱의 해부학적 구조 간의 공간적 위치를 연속적으로 결정한다. 이 정보는 예를 들어 음향 EH는 광학 신호를 통해 가용해지게 만들어질 수 있다. 의사는 드릴 과정 중 이 정보를 계속적으로 이용할 수 있다. 대안으로, 의사는 중요한 단계 중에만 이 정보를 이용할 수 있다. 가령, 개입(intervention) 과정의 시작 단계나 종료 단계 중에 이를 이용할 수 있다.
임플랜트는 드릴링 과정 직후에 준비된 구멍에 나사 형태로 고정될 수 있다. 이어서, 중간 시기에 완성된 크라운이 임플랜트에 부착되고 시술 영역을 그후 둘러보게 된다.
이 방법은 패턴(1012, 1083)을 가진 구조물(1003)의 부착, X-선 방사를 이용한 뼈(1095)와 치아(1093)의 3차원적 측정, 물체 부분의 모델 확립, 임플랜트 및 크라운의 최적 구조 확립, 크라운 생성, 모바일 추적 시스템(1003)의 도움으로 인 한 구멍 드릴링, 임플랜트의 삽입, 그리고 크라운 부착이 한 세션으로 이루어질 수 있도록 설계된다는 점이 장점으로 작용한다.
임플랜트의 삽입같은 턱 수술 분야에 관하여 신경 손상이 없어야한다는 점이 보장되어야 한다. 따라서, 추적 시스템에 기초한 내버게이션 시스템같은 도움이 가치있는 것으로 입증되고 있다. 이는 개입 과정 중 의사가 의도한바 대로 작업이 이루어지는 것을 돕는다. 본원에서 상세하게 설명되는 방법은 재귀 반사형 구없이 바람직하게 기능한다.
도 15에 도시되는 모바일 추적 시스템(1102)은 최소 침습 시술로 구현되는 것이 바람직하다. 국부 시술 영역(1117)은 최소 침습에서 작은 구멍(1200)에 의해 덮히지 않는다. 이는 모바일 추적 시스템(1102)를 위한 실제 국부 작업 영역(1117)이 비교적 작다는 것을 의미하고, 즉, 소형의 추적 시스템을 이용하는 것을 정당화시킨다. 의사는 모바일 추적 시스템(1102)을 국부적으로 필요에 따라 이용한다. 이는 모바일 추적 시스템(1102)이 소정의 작업 단계 전후로 사용됨을 의미한다. 이는 사용되지 않을 때 추적 시스템(1102)을 물릴 수 있고, 따라서 시술 인접 영역에서 공간을 차지하지 않는다는 것을 의미한다. 필요시, 모바일 추적 시스템(1102)은 소정의 단계 중 사용될 수 있다.
등록이 요구되지 않는 최소 침습 시술의 전형적 과정들은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 작은 구멍(1200)은 덮히지 않는다. 이어서, 패턴(1112)을 갖춘 구조물(1103)들이 관절 뼈(1104)에 적절하게 부착된다. 원 위치에 대한 구조물(1103)의 상대적 위치가 측정된다. 그후, 보조 임플랜트의 설비와 함께 외과적 시술이 이루 어진다. 더우기, 규정된 임플랜트가 삽입되고, 구조물(1103)의 공간적 위치의 측정 및 평가가 다시 수행된다. 마지막으로, 모든 구조물(1103)들이 제거된다.
여기서 소개되는 추적 시스템(1102)은 인간공학적으로 잘 전개되고 있다. 추가적으로, 경제적 합리성을 가지고 있다. 여기서 사용되는 구조물을 이용할 때, 귀찮은 로케이터들을 이용할 필요가 없다.
앞서 설명한 모든 방법들에서, 기기, 툴, 보조장치 등등이 구현될 수 있다.
앞서 기술한 장치 및 방법들이 의료 기술에 국한되는 것이 아님을 다시한번 언급하고자 한다. 본원의 방법은 정밀 제어 분야, 그리고 물체의 취급 및 처리를 다루는 분야, 그리고 측정 및 생산 기술 등에 또한 적합하다.

Claims (61)

  1. 추적 시스템을 이용하여 물체들의 공간적 위치 또는 방향을 비접촉식으로 국부화하여 측정하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은 물체들을 국부화시키고, 물체들 간의 상관관계를 확립하며,
    - 모바일 방식으로 이용되는 모바일 추적 시스템(2)이나 추적 시스템의 일부분,
    - 로케이터(13, 16), 구조물(3, 14), 패턴(12, 15, 814, 815, 883, 1012, 1089, 1094A, 1103, 1112), 또는, 2차 패턴,
    - 한개 이상의 카메라(5, 6),
    - 액티브 광원 또는 카메라 셔터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)은 동작 중 또는 사용 중 물체(3, 4, 13, 16)에 대해 이동가능하게 유지되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 동작 중 또는 사용 중 물체(3, 4, 13, 16)에 대해 변위 가능하게 상기 모바일 추적 시스템(2)이 배열되고 유지되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 물체(3, 4, 13, 16)에 대해 자유롭게 또는 고정적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 수동으로 유지되고 안내될 수 있도록 상기 모바일 추적 시스템(2)이 핸들(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  6. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)의 중량이 0.5kg 미만인 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  7. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 시작 과정 및 획득 및 측정 과정을 수행하기 위해 스위치나 버튼을 구비한 액티베이션 장치(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 액티베이션 장치(10)가 풋 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 액티베이션 장치(10)가 음성 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  10. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)은 상기 물체나 이동가능한 안내 수단에 연결하기 위한 부착 수단을 포함하며, 상기 부착 수단은 수동으로 이동가능한 아암이나 로봇 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  11. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 전원 내장형인 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 물체(3, 4, 13, 16)에 대한 상기 모바일 추적 시스템(2)의 변위 또는 회전을 연산하는 연산 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 연산 수단이 소프트웨어인 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  14. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 자체 에너지 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  15. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 무선 통신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  16. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 카메라(5, 6)가 표면 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  17. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 광-조사 수단(7, 8)을 포함하며, 상기 광-조사 수단(7, 8)이 한개 이상의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 광-조사 수단(7, 8)은 하이퍼-레드 스펙트럼(hyper-red spectrum)의 광을 제공하는 한개 이상의 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 로케이터(13, 16), 구조물(3, 14), 패턴(12, 15), 또는 2차 패턴들이 상기 물체(3, 4, 13, 16), 툴, 컴포넌트, 또는 기기에 부착되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  20. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 패턴(12, 15)들은 서로 다른 폭과 길이를 가진 직선이나 곡선(23), 원, 타원, 삼각형, 장방형, 또는 이들의 조합을 포함하며, 이들이 상기 모바일 추적 시스템(2)에 의해 인식될 수 있고 분석될 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  21. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 패턴(12, 15)들은 광-비반사, 광 반사, 형광, 인광, 또는 발광 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  22. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 규정된 그리고 고정된 기하구조에 의해 상기 패턴(12, 15)이 2차 패턴에 상관되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  23. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 비광학적인 추가적 이미징 시스템에 의해 상기 2차 패턴이 인지될 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  24. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 구조물(3, 14)이 패턴(12, 15)을 포함하고, 상기 패턴의 위치와 기하학적 세부사항이 알려지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  25. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 구조물(3, 14)이 물체에 대한 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 고정 수단은 물체(3, 4, 13, 16)의 고정을 위한 스트럿(strut)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  27. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 구조물(3, 14)이 평판을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  28. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 구조물(3, 14)은 3차원적으로 구성된 표면과 조합된 평판을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  29. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 구조물(3, 14)은 의료용 툴, 의료용 컴포넌트, 또는 의료 기기의 일부분인 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  30. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 상기 물체(430)가 변형가능한 소자(461)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  31. 제 1 항 또는 19 항에 있어서, 패턴 또는 2차 패턴을 가진 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 측정 시스템.
  32. 청구항 제 1 항에 따른 시스템과 추적 시스템을 이용하여 물체들의 공간적 위치나 방향을 비접촉식으로 결정하는 방법에 있어서,
    모바일 추적 시스템(2)을 통해 물체들이 국부화되고 서로 관련된 상태로 놓이게 되며, 사용 중 수동으로 또는 자동적으로 물체들에 대해 모바일 추적 시스템을 이동시키고 재배치할 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 사용 중 손에 의해 안내되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  34. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)이 사용 중 관련 패턴(12, 15, 814, 815, 883, 1012, 1089, 1094A, 1103, 1112)과의 국부 작업 영역 바로 앞에서 수동으로 유지되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  35. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 두개 이상의 물체(3, 4, 13, 16)들 간의 공간적 위치나 방향을 작업 단계 중 간헐적으로만 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  36. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 상기 결정이나 측정을 위해 액티베이션 장치를 이용하여 단일 샷을 시작시키거나, 일련의 단일 샷들이나 영화를 시작 또는 중지시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  37. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 상기 물체(3, 4, 13, 16)의 기하구조를 결정 및 측정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  38. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 부착된 패턴(12, 15), 또는 부착된 2차 패턴을 이용하여 상기 물체(3, 4, 13, 16)를 등록시키며, 이때, 상기 2차 패턴들은 추가적 이미징 시스템에 의해 인식되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  39. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 상기 모바일 추적 시스템(2)은 물체(1090)에 대한 부착물을 포함하며, 상기 물체가 의료용 툴이나 의료 기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  40. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 상기 물체(3, 4, 13, 16)에 부착되는 상기 모바일 추적 시스템(2)은 상기 패턴(12, 15)들 중 한개 이상의 패턴을 가진 상기 구조물(3, 14) 중 한개 이상의 구조물에 대해 상대적인 위치 또는 방향을 실시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  41. 제 32 항 또는 33항에 있어서, 상기 구조물(3, 14)에 대한, 상기 물체(3, 4, 13, 16)에 부착되는 로케이터(13, 16), 또는, 상기 물체에 부착되는 패턴(12, 15)의 상대적 위치 또는 방향을 결정 및 측정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  42. 의료용 툴이나 의료 기기의 변형 제어 방법에 있어서, 상기 방법은, 모바일 추적 시스템(2)을 이용하여 의료용 툴이나 의료 기기 상의 패턴을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 툴이나 의료 기기의 변형 제어 방법.
  43. 제 32 항 또는 33항에 있어서,
    - 패턴을 가진 제 1 구조물이나 제 1 로케이터를 물체에 부착시키고 패턴을 가진 제 2 구조물이나 제 2 로케이터를 상기 물체에 부착하는 단계,
    - 청구항 제 1 항에 따른 시스템을 이용하여 패턴을 가진 구조물들이나 로케이터들의 서로에 대한 상대적 위치 또는 방향을 제 1 측정으로 결정하는 단계,
    - 위 두 단계 이후에 상기 물체를 치료/시술/처리하는 단계,
    - 패턴을 가진 구조물이나 로케이터들의 서로에 대한 상대적 위치나 방향을 제 2 측정으로 반복하여 결정하는 단계,
    - 두 측정으로부터 얻은 상대적 위치 또는 방향을 비교하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 제 1 측정으로 결정된 패턴을 가진 구조물이나 로케이터들의 상대적 위치나 방향이 제 2 측정으로 결정된 패턴을 가진 구조물이나 로케이터들의 상대적 위치나 방향과 일치할 때까지, 또는 그외 달리 미리 규정된 위치나 방향과 일치할 때까지 물체의 치료/시술/처리 단계를 단계적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 결정 방법.
  45. - 턱 뼈에 고정된 뼈, 치아나 템플릿에 패턴이나 2차 패턴을 부착시키는 단계, 그리고
    - 청구항 제 1 항에 따른 시스템을 이용하여 상기 패턴이나 2차 패턴의 상대적 위치나 방향의 제 1 측정을 실시하는 단계
    를 포함하며, 측정 대상은 사람이 아닌 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 부착 단계 및 제 1 측정 실시 단계들을 수행하기 전에 국부 작업 영역(1017)의 표면을 광학적으로 스캔하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 45 항 또는 46 항에 있어서, X-선을 이용하여 국부 작업 영역(1017)을 3차원적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 45 항 또는 46 항에 있어서, 수집되는 광학적 스캐닝 및 X-선 데이터를 이용하여 3차원 모델을 확립하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 모델을 확립하기 위해 수집되는 광학적 스캐닝 및 X-선 데이터에 대해 공통 좌표계를 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 48 항에 있어서, 상기 모델을 이용하여 임플랜트나 크라운의 최적 구조를 확립하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 48 항에 있어서, 드릴 비트(1090A), 드릴 축(1090C), 드릴 깊이, 또는 시작 위치(1096)의 상대적 위치나 방향을 상기 모델을 이용하여 확립하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 50 항에 있어서, 드릴을 이용한 외과적 시술과 동시에, CAD/CAM 지원을 통해 상기 최적 구조에 따라 상기 크라운을 제작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
  61. 삭제
KR1020087000563A 2005-06-09 2006-06-08 물체의 공간적 위치 및 방향의 비접촉식 결정 및 측정 장치및 방법과, 의료용 툴을 교정 및 확인하기 위한 방법,그리고 의료용 툴 상의 패턴이나 구조물 KR101270912B1 (ko)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005026654A DE102005026654A1 (de) 2005-06-09 2005-06-09 Vorrichtung und Verfahren zur berührungslosen Vermessung der Geometrie, Raumposition und Raumorientierung von Körpern
DE102005026654.1 2005-06-09
DE102005056897 2005-11-28
DE102005056897.1 2005-11-28
DE102005057237 2005-11-29
DE102005057237.5 2005-11-29
DE102005062384 2005-12-23
DE102005062384.0 2005-12-23
PCT/EP2006/005498 WO2006131373A2 (de) 2005-06-09 2006-06-08 Vorrichtung zum berührungslosen ermitteln und vermessen einer raumposition und/oder einer raumorientierung von körpern

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080042794A KR20080042794A (ko) 2008-05-15
KR101270912B1 true KR101270912B1 (ko) 2013-06-03

Family

ID=37027835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087000563A KR101270912B1 (ko) 2005-06-09 2006-06-08 물체의 공간적 위치 및 방향의 비접촉식 결정 및 측정 장치및 방법과, 의료용 툴을 교정 및 확인하기 위한 방법,그리고 의료용 툴 상의 패턴이나 구조물

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8320612B2 (ko)
EP (2) EP1919389A2 (ko)
JP (1) JP5741885B2 (ko)
KR (1) KR101270912B1 (ko)
CA (1) CA2611404C (ko)
DE (1) DE112006001514A5 (ko)
WO (1) WO2006131373A2 (ko)

Families Citing this family (99)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9867669B2 (en) 2008-12-31 2018-01-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Configuration marker design and detection for instrument tracking
US9526587B2 (en) 2008-12-31 2016-12-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Fiducial marker design and detection for locating surgical instrument in images
US9492240B2 (en) 2009-06-16 2016-11-15 Intuitive Surgical Operations, Inc. Virtual measurement tool for minimally invasive surgery
US10555775B2 (en) 2005-05-16 2020-02-11 Intuitive Surgical Operations, Inc. Methods and system for performing 3-D tool tracking by fusion of sensor and/or camera derived data during minimally invasive robotic surgery
US8971597B2 (en) 2005-05-16 2015-03-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Efficient vision and kinematic data fusion for robotic surgical instruments and other applications
US8073528B2 (en) 2007-09-30 2011-12-06 Intuitive Surgical Operations, Inc. Tool tracking systems, methods and computer products for image guided surgery
EP1857070A1 (de) * 2006-05-18 2007-11-21 BrainLAB AG Kontaktfreie medizintechnische Registrierung mit Distanzmessung
US8560047B2 (en) 2006-06-16 2013-10-15 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Method and apparatus for computer aided surgery
CA2700478A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Orthosoft Inc. Tracking cas system
US20110190637A1 (en) * 2008-08-18 2011-08-04 Naviswiss Ag Medical measuring system, method for surgical intervention as well as use of a medical measuring system
US8340777B2 (en) 2008-09-15 2012-12-25 The Invention Science Fund I, Llc Systems configured to transmit optical power signals transdermally out of a living subject, and devices and methods
US8295941B2 (en) 2008-09-15 2012-10-23 The Invention Science Fund I, Llc Systems configured to power at least one device disposed in a living subject, and related apparatuses and methods
US8280520B2 (en) * 2008-09-15 2012-10-02 The Invention Science Fund I, Llc Systems configured to locate a photonic device disposed in a living subject, and related apparatuses and methods
US8830224B2 (en) 2008-12-31 2014-09-09 Intuitive Surgical Operations, Inc. Efficient 3-D telestration for local robotic proctoring
US8184880B2 (en) 2008-12-31 2012-05-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. Robust sparse image matching for robotic surgery
EP2218423B1 (en) * 2009-02-12 2012-05-02 Straumann Holding AG Determining position and orientation of a dental implant
US9155592B2 (en) 2009-06-16 2015-10-13 Intuitive Surgical Operations, Inc. Virtual measurement tool for minimally invasive surgery
US8988505B2 (en) * 2009-10-20 2015-03-24 Imris Inc Imaging system using markers
DE102010010192A1 (de) * 2010-03-04 2011-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Medizinische Untersuchungs- und/oder Behandlungsvorrichtung
EP2651344A4 (en) 2010-12-17 2015-08-19 Intellijoint Surgical Inc METHOD AND SYSTEM FOR ALIGNING A PROSTHESIS DURING A SURGICAL INTERVENTION
US9119655B2 (en) 2012-08-03 2015-09-01 Stryker Corporation Surgical manipulator capable of controlling a surgical instrument in multiple modes
US9921712B2 (en) 2010-12-29 2018-03-20 Mako Surgical Corp. System and method for providing substantially stable control of a surgical tool
TWI443587B (zh) * 2011-05-30 2014-07-01 Univ Nat Cheng Kung 三維雙模掃描裝置及三維雙模掃描系統
US9498231B2 (en) * 2011-06-27 2016-11-22 Board Of Regents Of The University Of Nebraska On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery
CN103764061B (zh) 2011-06-27 2017-03-08 内布拉斯加大学评议会 工具承载的追踪系统和计算机辅助外科方法
US11911117B2 (en) 2011-06-27 2024-02-27 Board Of Regents Of The University Of Nebraska On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery
WO2013044944A1 (en) 2011-09-28 2013-04-04 Brainlab Ag Self-localizing medical device
DE102011086720B4 (de) * 2011-11-21 2019-05-29 Siemens Healthcare Gmbh Vorrichtung zur chirurgischen Bearbeitung einer anatomischen Struktur
JP2013153998A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Univ Of Tokyo 超音波治療システム
WO2013119610A1 (en) * 2012-02-08 2013-08-15 Smith & Nephew, Inc. Ultrasound scanning
JP2015519108A (ja) * 2012-05-02 2015-07-09 医百科技股▲ふん▼有限公司 口腔内手術中の補助ガイド方法
DE102012220116A1 (de) 2012-06-29 2014-01-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mobil handhabbare Vorrichtung, insbesondere zur Bearbeitung oder Beobachtung eines Körpers, und Verfahren zur Handhabung, insbesondere Kalibrierung, einer Vorrichtung
US9226796B2 (en) 2012-08-03 2016-01-05 Stryker Corporation Method for detecting a disturbance as an energy applicator of a surgical instrument traverses a cutting path
KR102397265B1 (ko) 2012-08-03 2022-05-12 스트리커 코포레이션 로봇 수술을 위한 시스템 및 방법
US9820818B2 (en) * 2012-08-03 2017-11-21 Stryker Corporation System and method for controlling a surgical manipulator based on implant parameters
DE102012220115A1 (de) 2012-11-05 2014-05-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bildgebendes System, Operationsvorrichtung mit dem bildgebenden System und Verfahren zur Bildgebung
US9086271B2 (en) 2012-11-09 2015-07-21 Recognition Robotics, Inc. Industrial robot system having sensor assembly
US9192445B2 (en) * 2012-12-13 2015-11-24 Mako Surgical Corp. Registration and navigation using a three-dimensional tracking sensor
DE102013200136A1 (de) * 2013-01-08 2014-07-10 Siemens Aktiengesellschaft Personenidentifizierungseinheit für Röntgenbildaufnahmen und zugehöriges Verfahren
JP2016512973A (ja) * 2013-02-11 2016-05-12 ネオメドツ エスアーエールエル 身体に対して対象を追跡するための追跡装置
EP2767232A1 (en) 2013-02-15 2014-08-20 Koninklijke Philips N.V. System and method for determining a vital sign of a subject
US10070828B2 (en) 2013-03-05 2018-09-11 Nview Medical Inc. Imaging systems and related apparatus and methods
US10846860B2 (en) 2013-03-05 2020-11-24 Nview Medical Inc. Systems and methods for x-ray tomosynthesis image reconstruction
US10105149B2 (en) 2013-03-15 2018-10-23 Board Of Regents Of The University Of Nebraska On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery
US10372397B2 (en) 2013-03-15 2019-08-06 Infocus Corporation Multimedia output and display device selection
US9247998B2 (en) 2013-03-15 2016-02-02 Intellijoint Surgical Inc. System and method for intra-operative leg position measurement
US9210376B2 (en) 2013-03-15 2015-12-08 Infocus Corporation Multimedia output and display device selection
AU2014228789A1 (en) 2013-03-15 2015-10-29 Board Of Regents Of The University Of Nebraska On-board tool tracking system and methods of computer assisted surgery
DE102013209158A1 (de) 2013-05-16 2014-11-20 Fiagon Gmbh Verfahren zum Einbinden mittels eines bildgebenden Verfahrens gewonnener Daten
EP3035881A1 (en) 2013-08-13 2016-06-29 Brainlab AG Medical registration apparatus and method for registering an axis
US20160166354A1 (en) * 2013-08-13 2016-06-16 Brainlab Ag Malleolar Referencing Device
EP3033024A1 (en) * 2013-08-13 2016-06-22 Brainlab AG Determining the positional information of characteristic points of a leg for osteotomy
US10350089B2 (en) 2013-08-13 2019-07-16 Brainlab Ag Digital tool and method for planning knee replacement
EP3035882B1 (en) 2013-08-13 2018-03-28 Brainlab AG Moiré marker device for medical navigation
WO2015048994A1 (en) * 2013-10-02 2015-04-09 Mininavident Ag Navigation system and method for dental and cranio-maxillofacial surgery, positioning tool and method of positioning a marker member
DE102013222230A1 (de) 2013-10-31 2015-04-30 Fiagon Gmbh Chirurgisches Instrument
WO2015087331A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-18 Barak Katz Method and system for monitoring activity of an individual
EP3119340B1 (en) 2014-03-17 2019-11-13 Intuitive Surgical Operations, Inc. Methods and devices for table pose tracking using fiducial markers
US10154239B2 (en) 2014-12-30 2018-12-11 Onpoint Medical, Inc. Image-guided surgery with surface reconstruction and augmented reality visualization
DE102015102776A1 (de) 2015-02-26 2016-09-01 Aesculap Ag Medizinisches Instrumentarium und Verfahren
DE102015102768A1 (de) 2015-02-26 2016-09-01 Aesculap Ag Medizinisches Instrumentarium
WO2016139638A1 (en) * 2015-03-05 2016-09-09 Atracsys Sàrl Redundant reciprocal tracking system
WO2016151360A1 (en) 2015-03-23 2016-09-29 National Research Council Of Canada Multi-jointed robot deviation under load determination
USD778441S1 (en) * 2015-09-10 2017-02-07 7D Surgical Inc. Fiducial marker support
CN113925610A (zh) 2015-12-31 2022-01-14 史赛克公司 用于在由虚拟对象限定的目标部位处对患者执行手术的系统和方法
CA3015179A1 (en) 2016-03-08 2016-12-08 Antisep - Tech Ltd. Method and system for monitoring activity of an individual
CA3016604A1 (en) 2016-03-12 2017-09-21 Philipp K. Lang Devices and methods for surgery
US11062465B2 (en) 2016-03-17 2021-07-13 Brainlab Ag Optical tracking
DE102016004641A1 (de) 2016-04-20 2017-10-26 Axel Scheffer Verfahren und System zur Erfassung der Ausrichtung von wenigstens einer Bohrhülse in einer für die lagerichtige Implantation von Zahnimplantaten hergestellten Bohrschablone
CA3025300A1 (en) 2016-05-23 2017-11-30 Mako Surgical Corp. Systems and methods for identifying and tracking physical objects during a robotic surgical procedure
EP3463154B1 (en) * 2016-06-02 2023-07-05 Atracsys Sàrl Mobile surgical navigation system
DE102016115605A1 (de) 2016-08-23 2018-03-01 Aesculap Ag Medizinisches Instrumentarium und Verfahren
WO2018112025A1 (en) 2016-12-16 2018-06-21 Mako Surgical Corp. Techniques for modifying tool operation in a surgical robotic system based on comparing actual and commanded states of the tool relative to a surgical site
US11751944B2 (en) 2017-01-16 2023-09-12 Philipp K. Lang Optical guidance for surgical, medical, and dental procedures
US10792119B2 (en) 2017-05-22 2020-10-06 Ethicon Llc Robotic arm cart and uses therefor
US10856948B2 (en) 2017-05-31 2020-12-08 Verb Surgical Inc. Cart for robotic arms and method and apparatus for registering cart to surgical table
US10485623B2 (en) 2017-06-01 2019-11-26 Verb Surgical Inc. Robotic arm cart with fine position adjustment features and uses therefor
US10913145B2 (en) 2017-06-20 2021-02-09 Verb Surgical Inc. Cart for robotic arms and method and apparatus for cartridge or magazine loading of arms
US11801114B2 (en) 2017-09-11 2023-10-31 Philipp K. Lang Augmented reality display for vascular and other interventions, compensation for cardiac and respiratory motion
WO2019060843A1 (en) 2017-09-22 2019-03-28 Nview Medical Inc. IMAGE RECONSTRUCTION USING MACHINE LEARNING REGULARIZERS
DE102017122143A1 (de) 2017-09-25 2019-03-28 Aesculap Ag Medizintechnische Verformungseinrichtung, Verformungssystem und Verfahren zum Verformen eines Artikels
US10034721B1 (en) * 2017-09-27 2018-07-31 Verb Surgical Inc. Robotic arm cart having shock absorbing mechanisms and uses therefor
WO2019092236A1 (en) 2017-11-10 2019-05-16 3Shape A/S Computed tomography reconstruction of moving bodies
US11944272B2 (en) 2017-12-07 2024-04-02 Medtronic Xomed, Inc. System and method for assisting visualization during a procedure
US11114199B2 (en) 2018-01-25 2021-09-07 Mako Surgical Corp. Workflow systems and methods for enhancing collaboration between participants in a surgical procedure
WO2019148154A1 (en) 2018-01-29 2019-08-01 Lang Philipp K Augmented reality guidance for orthopedic and other surgical procedures
US11291507B2 (en) 2018-07-16 2022-04-05 Mako Surgical Corp. System and method for image based registration and calibration
US11819297B2 (en) * 2018-12-20 2023-11-21 Think Surgical, Inc. Light guided digitization method to register a bone
EP3685785A1 (en) * 2019-01-22 2020-07-29 Stryker European Holdings I, LLC Tracker for a surgical navigation system
US11553969B1 (en) 2019-02-14 2023-01-17 Onpoint Medical, Inc. System for computation of object coordinates accounting for movement of a surgical site for spinal and other procedures
US11857378B1 (en) 2019-02-14 2024-01-02 Onpoint Medical, Inc. Systems for adjusting and tracking head mounted displays during surgery including with surgical helmets
US11690680B2 (en) 2019-03-19 2023-07-04 Mako Surgical Corp. Trackable protective packaging for tools and methods for calibrating tool installation using the same
EP3719749A1 (en) 2019-04-03 2020-10-07 Fiagon AG Medical Technologies Registration method and setup
KR102275385B1 (ko) * 2019-05-16 2021-07-09 주식회사 데카사이트 증강현실을 이용한 의료 기구 자세 추적 시스템 및 방법
US11395711B2 (en) 2019-06-05 2022-07-26 Stryker European Operations Limited Packaging systems and methods for mounting a tool on a surgical device using the same
US11540887B2 (en) 2020-06-05 2023-01-03 Stryker European Operations Limited Technique for providing user guidance in surgical navigation
US11786206B2 (en) 2021-03-10 2023-10-17 Onpoint Medical, Inc. Augmented reality guidance for imaging systems
WO2023102422A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-08 Smith & Nephew, Inc. Bone reamer video based navigation
US20230310114A1 (en) * 2022-02-14 2023-10-05 Nview Medical Inc. Surgical Navigation System with Distributed Patient Reference Tracking

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040047791A (ko) * 2001-08-23 2004-06-05 유니버시티 오브 워싱톤 타겟 표면 이미지의 발생 방법 및 포착 시스템
KR20050003948A (ko) * 2003-07-02 2005-01-12 가부시끼가이샤 도시바 생체정보 영상장치 및 방법

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4173228A (en) * 1977-05-16 1979-11-06 Applied Medical Devices Catheter locating device
US6405072B1 (en) * 1991-01-28 2002-06-11 Sherwood Services Ag Apparatus and method for determining a location of an anatomical target with reference to a medical apparatus
GB9405299D0 (en) 1994-03-17 1994-04-27 Roke Manor Research Improvements in or relating to video-based systems for computer assisted surgery and localisation
US5803089A (en) * 1994-09-15 1998-09-08 Visualization Technology, Inc. Position tracking and imaging system for use in medical applications
DE19639615C5 (de) 1996-09-26 2008-11-06 Brainlab Ag Reflektorenreferenzierungssystem für chirurgische und medizinische Instrumente
DE19812609C2 (de) 1998-03-23 2001-12-13 Leica Geosystems Ag Verfahren zur Bestimmung der Position und Drehlage eines Objektes
US6470207B1 (en) * 1999-03-23 2002-10-22 Surgical Navigation Technologies, Inc. Navigational guidance via computer-assisted fluoroscopic imaging
US7366562B2 (en) 2003-10-17 2008-04-29 Medtronic Navigation, Inc. Method and apparatus for surgical navigation
JP2000116670A (ja) 1999-11-12 2000-04-25 Olympus Optical Co Ltd 手術用顕微鏡
US7581191B2 (en) * 1999-11-15 2009-08-25 Xenogen Corporation Graphical user interface for 3-D in-vivo imaging
US20010034530A1 (en) 2000-01-27 2001-10-25 Malackowski Donald W. Surgery system
US7085400B1 (en) * 2000-06-14 2006-08-01 Surgical Navigation Technologies, Inc. System and method for image based sensor calibration
JP4022145B2 (ja) 2000-09-25 2007-12-12 ゼット − キャット、インコーポレイテッド 光学および／または磁気マーカを備える蛍光透視重ね合せ構造体
JP4153305B2 (ja) * 2001-01-30 2008-09-24 ゼット − キャット、インコーポレイテッド 器具較正器および追跡システム
US7065393B2 (en) * 2002-07-11 2006-06-20 Cedara Software Corp. Apparatus, system and method of calibrating medical imaging systems
US6925339B2 (en) 2003-02-04 2005-08-02 Zimmer Technology, Inc. Implant registration device for surgical navigation system
JP4329431B2 (ja) 2003-07-14 2009-09-09 株式会社日立製作所 位置計測装置
US20050049485A1 (en) 2003-08-27 2005-03-03 Harmon Kim R. Multiple configuration array for a surgical navigation system
WO2005032390A1 (fr) * 2003-10-09 2005-04-14 Ap Technologies Sa Dispositif pour traitement medical assiste par robot
DE102004001858A1 (de) 2003-10-22 2005-05-25 Schaerer Mayfield Technologies Gmbh Verfahren zur Fluoroskopie-basierten Neuronavigation
US7844317B2 (en) * 2003-11-26 2010-11-30 General Electric Company Method and system for estimating three-dimensional respiratory motion
WO2005076033A1 (de) * 2004-02-05 2005-08-18 Synthes Ag Chur Vorrichtung zur kontrollierten bewegung einer kamera
US7912258B2 (en) * 2005-09-27 2011-03-22 Vanderbilt University Method and apparatus for standardizing ultrasonography training using image to physical space registration of tomographic volumes from tracked ultrasound
US7522701B2 (en) * 2005-12-20 2009-04-21 General Electric Company System and method for image composition using position sensors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040047791A (ko) * 2001-08-23 2004-06-05 유니버시티 오브 워싱톤 타겟 표면 이미지의 발생 방법 및 포착 시스템
KR20050003948A (ko) * 2003-07-02 2005-01-12 가부시끼가이샤 도시바 생체정보 영상장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20090068620A1 (en) 2009-03-12
CA2611404A1 (en) 2006-12-14
EP1919389A2 (de) 2008-05-14
US8320612B2 (en) 2012-11-27
JP5741885B2 (ja) 2015-07-01
EP2377484B1 (de) 2015-08-19
WO2006131373A3 (de) 2007-05-24
KR20080042794A (ko) 2008-05-15
EP2377484A1 (de) 2011-10-19
WO2006131373A2 (de) 2006-12-14
JP2008541966A (ja) 2008-11-27
CA2611404C (en) 2016-01-12
DE112006001514A5 (de) 2008-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101270912B1 (ko) 물체의 공간적 위치 및 방향의 비접촉식 결정 및 측정 장치및 방법과, 의료용 툴을 교정 및 확인하기 위한 방법,그리고 의료용 툴 상의 패턴이나 구조물
CN101267776B (zh) 用于主体空间位置和/或空间定向的无接触地确定和测量的装置
US10639204B2 (en) Surgical component navigation systems and methods
US10105186B2 (en) Virtual rigid body optical tracking system and method
JP6458042B2 (ja) 歯および口腔内手術用のナビゲーションシステムおよびその作動方法
CN100491914C (zh) 器具的校准器及跟踪器系统
US20060240378A1 (en) Dental tool guides
US20110190637A1 (en) Medical measuring system, method for surgical intervention as well as use of a medical measuring system
EP0700269B1 (en) System for locating relative positions of objects
US6279579B1 (en) Method and system for positioning patients for medical treatment procedures
US7079885B2 (en) Method and device for instrument, bone segment, tissue and organ navigation
TWI625116B (zh) 用以定位的超音波電腦斷層掃描配準
ES2666238T3 (es) Método de adquisición automatizada y asistida de superficies anatómicas
WO2012024672A2 (en) Surgical component navigation systems and methods
US20060281991A1 (en) Fiducial marker holder system for surgery
KR20150127031A (ko) 가상 구속 경계들을 확립하기 위한 시스템
EP2693975A1 (en) 3d system and method for guiding objects
JP2004502137A (ja) 口内構成物と口内構成体の三次元測定データと三次元画像をリアルタイムで口内において取得し、登録する方法及びシステム
CA3112726A1 (en) Optical tracking
US20210275263A1 (en) Robot-assisted surgical guide system for performing surgery
JP6974492B2 (ja) 歯科及び／又は頭蓋顎顔面手術器具及び／又は一般的な手術器具のための位置合わせ及び識別ツール並びに方法
KR101687934B1 (ko) 스프린트를 이용한 전자식 수술 내비게이션 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160520

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170519

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180523

Year of fee payment: 6