RU2775140C2 - Device and method for control of movement of eye therapy device - Google Patents
Device and method for control of movement of eye therapy device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775140C2 RU2775140C2 RU2020128145A RU2020128145A RU2775140C2 RU 2775140 C2 RU2775140 C2 RU 2775140C2 RU 2020128145 A RU2020128145 A RU 2020128145A RU 2020128145 A RU2020128145 A RU 2020128145A RU 2775140 C2 RU2775140 C2 RU 2775140C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- manipulator
- horizontal
- free end
- axis
- movement
- Prior art date
Links
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 claims abstract description 66
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000001225 therapeutic Effects 0.000 claims description 22
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 20
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 10
- 238000004805 robotic Methods 0.000 description 9
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 5
- 210000003128 Head Anatomy 0.000 description 4
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 210000004087 Cornea Anatomy 0.000 description 2
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 2
- 208000002177 Cataract Diseases 0.000 description 1
- 208000010412 Glaucoma Diseases 0.000 description 1
- 206010022114 Injury Diseases 0.000 description 1
- 210000000554 Iris Anatomy 0.000 description 1
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 210000001747 Pupil Anatomy 0.000 description 1
- 210000003786 Sclera Anatomy 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004424 eye movement Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic Effects 0.000 description 1
- 230000004286 retinal pathology Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к общей технической области лечения глазных патологий с использованием терапевтического оборудования, предназначенного для осуществления операций на глазу и, в частности:The present invention relates to the general technical field of the treatment of ocular pathologies using therapeutic equipment intended for performing eye surgeries and in particular:
- операций на переднем сегменте глаза, например, в случае катаракты (на хрусталике) и /или- operations on the anterior segment of the eye, for example, in the case of cataracts (on the lens) and/or
- операций рефракционной хирургии (на роговице) и/или- refractive surgery (on the cornea) and/or
- операций, предназначенных для лечения глаукомы или других патологий сетчатки.- operations intended for the treatment of glaucoma or other retinal pathologies.
Более конкретно, изобретение относится к устройству и способу для контроля перемещения системы лечения глазной патологии, установленной на шарнирном роботизированном манипуляторе, для обеспечения ее перемещения по трем ортогональным осям Х, Y и Z.More specifically, the invention relates to a device and method for controlling the movement of an ocular pathology treatment system mounted on an articulated robotic arm to ensure its movement along three orthogonal axes X, Y and Z.
В целом настоящее изобретение находит свое применение, когда терапевтическое оборудование должно работать в глазу на поверхности или в глубине при помощи физических средств (таких как световые волны, ультразвук, микроволны и т.д.), траекторию которых необходимо точно контролировать, чтобы достигать цели, не повреждая смежные структуры.In general, the present invention finds its application when therapeutic equipment is to be operated in the eye at the surface or in depth by physical means (such as light waves, ultrasound, microwaves, etc.) whose trajectory must be accurately controlled in order to reach the target, without damaging adjacent structures.
В дальнейшем изобретение будет описано со ссылками на терапевтическое оборудование, включающее в себя шарнирный роботизированный манипулятор, оснащенный системой разрезания человеческой или животной ткани, такой как роговица или хрусталик, при помощи фемтосекундного лазера.In the following, the invention will be described with reference to therapeutic equipment, including an articulated robotic arm equipped with a system for cutting human or animal tissue, such as the cornea or lens, using a femtosecond laser.
Однако для специалиста в данной области ясно, что описанное ниже изобретение можно использовать для управления перемещением шарнирного роботизированного манипулятора, содержащего любой другой тип системы лечения глазной патологии.However, one of skill in the art will appreciate that the invention described below can be used to control movement of an articulated robotic arm comprising any other type of ocular pathology treatment system.
Уровень техникиState of the art
Существуют многие виды терапевтического оборудования, содержащего лазер для лечения глазной патологии. При этом лазер используют в качестве оптического скальпеля.There are many types of therapeutic equipment containing a laser for the treatment of ocular pathology. In this case, the laser is used as an optical scalpel.
Такой лазер может производить рассечение прозрачных тканей глаза по глубине без использования хирургических инструментов. Его преимуществом является скорость и хорошая переносимость, а особенно возможность отказаться от ручного хирургического жеста, который является зависимым от оператора фактором.Such a laser can cut the transparent tissues of the eye in depth without the use of surgical instruments. Its advantage is speed and good tolerance, and especially the ability to dispense with the manual surgical gesture, which is an operator-dependent factor.
Таким образом, хирургия, применяемая при помощи лазера, становится исключительно точной и повторяемой. Она дает гарантию безопасности, которой невозможно добиться при жесте, выполняемом оператором-человеком, поэтому использование лазера позволяет предусматривать почти автоматизированную хирургию, при которой машина осуществляет этапы хирургической операции вместо врача.Thus, laser-assisted surgery becomes extremely precise and repeatable. It provides a guarantee of safety that cannot be achieved with a gesture performed by a human operator, so the use of a laser allows for almost automated surgery, in which the machine performs the steps of the surgical operation instead of the doctor.
Чтобы терапевтическое оборудование, содержащее лазер, могло осуществлять этапы лечебной процедуры, необходимо предварительно осуществить две основные фазы:In order for the therapeutic equipment containing the laser to be able to carry out the stages of the treatment procedure, two main phases must first be carried out:
i) зафиксировать терапевтическое оборудование на глазу, чтобы препятствовать движениям глаза во время лечебной процедуры и чтобы совместить ось глаза с системой координат машины; таким образом, машина и глаз оказываются совмещенными и неподвижно соединенными, и лечение можно начать в условиях полной безопасности, не опасаясь смещения или перемещения в ходе процедуры,i) fix the therapy equipment on the eye to prevent eye movements during the treatment procedure and to align the axis of the eye with the coordinate system of the machine; in this way, the machine and the eye are aligned and firmly connected, and treatment can be started in complete safety, without fear of displacement or movement during the procedure,
ii) создать картографию внутриглазных структур пациента при помощи встроенной системы съемки изображений типа ОКТ (оптическая когерентная томография) или технологии съемки по принципу Шаймпфлюга (картография в видимом свете), или УБМ (ультразвуковая биомикроскопия), чтобы наметить контуры зон, которые будут обработаны лазерным лучом для их разрезания или фрагментации.ii) create a mapping of the intraocular structures of the patient using an integrated imaging system such as OCT (optical coherence tomography) or Scheimpflug (visible light mapping) or UBM (ultrasonic biomicroscopy) imaging technology to outline the areas to be treated with a laser beam to cut or fragment them.
Для осуществления этапа i) необходимо позиционировать на глазу пациента элемент иммобилизации, оснащенный всасывающим кольцом, которое присасывается к глазу и надежно удерживает его на месте.In order to carry out step i), it is necessary to position an immobilization element on the patient's eye, equipped with a suction ring, which is sucked to the eye and holds it securely in place.
В настоящее время терапевтическое оборудование, действующее в глазу и требующее иммобилизации глазного яблока во время фаз i) и ii) (затем во время фазы лечения), оснащено элементом иммобилизации, которым оператор манипулирует вручную.Currently, therapeutic equipment operating in the eye and requiring immobilization of the eyeball during phases i) and ii) (then during the treatment phase) is equipped with an immobilization element that is manipulated manually by the operator.
Такое терапевтическое оборудование имеет ряд недостатков:Such therapeutic equipment has a number of disadvantages:
- ручное позиционирование элемента иммобилизации подвержено некоторой вариативности, которая зависит от многих факторов; в частности, качество позиционирования элемента иммобилизации варьируется от одного оператора к другому; это приводит к вариативности условий иммобилизации пациентов, при этом следует иметь в виду, что качество лечения во многом зависит от качества позиционирования элемента иммобилизации;- manual positioning of the immobilization element is subject to some variability, which depends on many factors; in particular, the quality of the positioning of the immobilization element varies from one operator to another; this leads to variability in the conditions of immobilization of patients, while it should be borne in mind that the quality of treatment largely depends on the quality of positioning of the immobilization element;
- время, необходимое для позиционирования элемента иммобилизации оператором (таким как хирург), является очень ценным и, следовательно, очень дорогим по сравнению с действием, которое можно было бы доверить машине, которая может осуществлять его очень точно, повторяемым образом и с намного меньшими затратами,- the time required for the positioning of the immobilization element by the operator (such as a surgeon) is very valuable and therefore very expensive compared to an action that could be entrusted to a machine that can perform it very accurately, in a repeatable manner and at a much lower cost ,
- манипулирование элементом иммобилизации часто является трудоемким, поскольку оператор не находится в оптимальных условиях и часто встречает различные препятствия при наблюдении глазного яблока, которые не дают ему определить, является ли позиционирование элемента иммобилизации правильным или нет,- manipulation of the immobilization element is often laborious, since the operator is not in optimal conditions and often encounters various obstacles when observing the eyeball, which do not allow him to determine whether the positioning of the immobilization element is correct or not,
- способность оператора судить о нормальном позиционировании элемента иммобилизации глаза, которая должна быть основана на показателях, требующих точек отсчета в пространстве (уровень центровки, присутствие наклона, вращения и т.д.), является намного более низкой, чем у машины, которая оснащена датчиками и системами получения изображений, способными корректировать погрешности позиционирования по осям Х, Y или Z или по положению в пространстве с исключительно точными уровнями разрешения,- the ability of the operator to judge the normal positioning of the eye immobilization element, which should be based on indicators that require points of reference in space (centering level, the presence of tilt, rotation, etc.), is much lower than that of a machine that is equipped with sensors and imaging systems capable of correcting errors in X, Y, or Z position or position in space at exceptionally precise levels of resolution,
- в зависимости от умения оператора пациенты могут испытывать дискомфорт, могут подвергаться порезу или плохому позиционированию элемента иммобилизации, которое может сказаться на эффективности лечения.- Depending on the skill of the operator, patients may experience discomfort, cut or poor positioning of the immobilization element, which may affect the effectiveness of the treatment.
Настоящее изобретение призвано предложить умную и автономную систему, использующую роботизированные движения, средства визуализации, датчики и возможности интерпретации изображений, полученных при помощи встроенной системы сбора данных, чтобы автоматизировать фазу установки на место элемента иммобилизации глазного яблока.The present invention aims to provide an intelligent and autonomous system using robotic movements, imaging tools, sensors, and image interpretation capabilities from an embedded data acquisition system to automate the insertion phase of an eyeball immobilizer.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Для этого объектом изобретения является устройство для контроля перемещения аппарата глазной терапии, содержащего:For this purpose, the object of the invention is a device for controlling the movement of an ophthalmic therapy device, comprising:
- манипулятор, при этом свободный конец манипулятора предназначен для размещения напротив человеческой или животной глазной ткани, указанный манипулятор является шарнирным для обеспечения перемещения свободного конца манипулятора по трем попарно ортогональным осям Х, Y и Z:- a manipulator, while the free end of the manipulator is designed to be placed against human or animal eye tissue, the specified manipulator is articulated to ensure movement of the free end of the manipulator along three pairwise orthogonal axes X, Y and Z:
- по оси Х, определяющей горизонтальное продольное направление,- along the X axis, which defines the horizontal longitudinal direction,
- по оси Y, определяющей горизонтальное поперечное направление, которое вместе с осью Х образует горизонтальную плоскость XY,- along the Y-axis, which defines the horizontal transverse direction, which together with the X-axis forms the horizontal XY plane,
- по оси Z, определяющей вертикальное направление, перпендикулярное к горизонтальной плоскости XY,- along the Z axis, which defines the vertical direction, perpendicular to the horizontal XY plane,
- систему сбора данных, установленную на манипуляторе и предназначенную для получения пары измерений, включающей в себя:- a data acquisition system installed on the manipulator and designed to obtain a pair of measurements, including:
- изображение глазной ткани, и- an image of the eye tissue, and
- сигнал, характеризующий вертикальное расстояние вдоль оси Z между концом манипулятора и глазной тканью,- signal characterizing the vertical distance along the Z axis between the end of the manipulator and the eye tissue,
характеризующееся тем, что устройство контроля содержит:characterized in that the control device contains:
- средства управления системой сбора данных для получения множества пар измерений последовательно во времени,- means of controlling the data acquisition system for obtaining multiple pairs of measurements sequentially in time,
- средства обработки каждой пары измерений, при этом указанные средства обработки включают в себя:- means of processing each pair of measurements, while said means of processing include:
- средства оценки, на основании текущей пары измерений, вертикального расстояния вдоль оси Z между концом манипулятора и глазной тканью,- means of estimating, based on the current pair of measurements, the vertical distance along the Z axis between the end of the manipulator and the ocular tissue,
- средства вычисления, на основании изображения текущей пары измерений, горизонтального отклонения между:- means of calculating, based on the image of the current pair of measurements, the horizontal deviation between:
- текущим горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY, и- the current horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane, and
- определенным конечным горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY,- a certain final horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane,
- средства автоматического регулирования, выполненные с возможностью:- means of automatic control, made with the possibility of:
- если вычисленное горизонтальное отклонение превышает первое пороговое значение, генерировать управляющий сигнал горизонтального перемещения манипулятора в горизонтальной плоскости XY, чтобы уменьшить отклонение между текущим горизонтальным положением и указанным определенным конечным горизонтальным положением,- if the calculated horizontal deviation exceeds the first threshold value, generate a control signal for horizontal movement of the manipulator in the horizontal XY plane in order to reduce the deviation between the current horizontal position and the specified defined final horizontal position,
- если вычисленное горизонтальное отклонение меньше первого порогового значения и если оцененное вертикальное расстояние превышает второе пороговое значение, генерировать управляющий сигнал вертикального перемещения манипулятора в вертикальном направлении, чтобы уменьшить расстояние между свободным концом манипулятора и глазной тканью,- if the calculated horizontal deviation is less than the first threshold value and if the estimated vertical distance exceeds the second threshold value, generate a control signal to move the manipulator vertically in the vertical direction to reduce the distance between the free end of the manipulator and the ocular tissue,
- если вычисленное горизонтальное отклонение меньше первого порогового значения и если измеренное вертикальное расстояние меньше второго порогового значения, генерировать управляющий сигнал иммобилизации манипулятора.- if the calculated horizontal deviation is less than the first threshold value and if the measured vertical distance is less than the second threshold value, generate a manipulator immobilization control signal.
Таким образом, изобретение позволяет сделать фазу установки терапевтического оборудования более точной, повторяемой и более дешевой, чем в существующих решениях.Thus, the invention makes it possible to make the installation phase of therapeutic equipment more accurate, repeatable and cheaper than existing solutions.
Устройство контроля имеет следующие предпочтительные, но не ограничительные признаки:The control device has the following preferred but non-limiting features:
- средства вычисления могут содержать:- calculation tools may contain:
- средства обнаружения, на основании изображения из текущей пары измерений, горизонтального положения по меньшей мере одной интересующей точки глазной ткани,- means for detecting, based on the image from the current pair of measurements, the horizontal position of at least one point of interest in the eye tissue,
- средства оценки, на основании обнаруженного горизонтального положения интересующей точки, горизонтального отклонения между:- a means of estimating, based on the detected horizontal position of the point of interest, the horizontal deviation between:
- текущим горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY, и- the current horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane, and
- определенным конечным горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY;- a certain final horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane;
- средства обнаружения могут быть выполнены с возможностью идентифицировать глазную ткань в полученном изображении посредством применения алгоритма распознавания формы для обнаружения трех концентричных окружностей на изображении;the detection means can be configured to identify the ocular tissue in the acquired image by applying a shape recognition algorithm to detect three concentric circles in the image;
- терапевтический аппарат может дополнительно содержать датчик силы, установленный на свободном конце манипулятора для измерения механической силы, прикладываемой к свободному концу манипулятора;the therapeutic device may further comprise a force sensor mounted on the free end of the manipulator to measure the mechanical force applied to the free end of the manipulator;
- при этом средства обработки содержат средства сравнения указанной измеренной механической силы с третьим пороговым значением, чтобы определить, входит ли свободный конец манипулятора в контакт с элементом, образующим препятствие для вертикального перемещения манипулятора вдоль оси Z,wherein the processing means comprise means for comparing said measured mechanical force with a third threshold value in order to determine whether the free end of the manipulator comes into contact with an element that forms an obstacle to the vertical movement of the manipulator along the Z axis,
- при этом средства автоматического регулирования запрограммированы таким образом, чтобы генерировать управляющий сигнал иммобилизации манипулятора, если измеренная механическая сила превышает третье пороговое значение;- at the same time, the automatic control means are programmed in such a way as to generate a control signal for the immobilization of the manipulator if the measured mechanical force exceeds the third threshold value;
- для получения сигнала, характеризующего вертикальное расстояние вдоль оси Z, система сбора данных может содержать:- to obtain a signal characterizing the vertical distance along the Z axis, the data acquisition system may contain:
- средства для получения данных посредством лазерной телеметрии, и/или- means for obtaining data by means of laser telemetry, and/or
- средства для получения данных при помощи ультразвуков,- means for obtaining data using ultrasounds,
- средства для получения данных посредством обработки изображения;- means for obtaining data by means of image processing;
- средства автоматического регулирования могут быть запрограммированы таким образом, чтобы генерировать управляющие сигналы для обеспечения перемещения манипулятора между его текущим положением и определенным конечным положением, при этом указанные средства автоматического регулирования генерируют управляющий сигнал иммобилизации вслед за каждым управляющим сигналом элементарного перемещения.- automatic control means can be programmed in such a way as to generate control signals to ensure the movement of the manipulator between its current position and a certain end position, while said automatic control means generate an immobilization control signal after each elementary movement control signal.
Объектом изобретения является также способ контроля перемещения аппарата глазной терапии, содержащего:The object of the invention is also a method for controlling the movement of an ophthalmic therapy device comprising:
- манипулятор, при этом свободный конец манипулятора предназначен для размещения напротив человеческой или животной глазной ткани, при этом указанный манипулятор является шарнирным для обеспечения перемещения свободного конца манипулятора по трем попарно ортогональным осям Х, Y и Z:- a manipulator, while the free end of the manipulator is designed to be placed against human or animal eye tissue, while the specified manipulator is articulated to ensure movement of the free end of the manipulator along three pairwise orthogonal axes X, Y and Z:
- по оси Х, определяющей горизонтальное продольное направление,- along the X axis, which defines the horizontal longitudinal direction,
- по оси Y, определяющей горизонтальное поперечное направление, которое вместе с осью Х образует горизонтальную плоскость XY,- along the Y-axis, which defines the horizontal transverse direction, which together with the X-axis forms the horizontal XY plane,
- по оси Z, определяющей вертикальное направление, перпендикулярное к горизонтальной плоскости XY,- along the Z axis, which defines the vertical direction, perpendicular to the horizontal XY plane,
- систему сбора данных, установленную на манипуляторе и предназначенную для получения пары измерений, включающей в себя:- a data acquisition system installed on the manipulator and designed to obtain a pair of measurements, including:
- изображение глазной ткани, и- an image of the eye tissue, and
- сигнал, характеризующий вертикальное расстояние вдоль оси Z между концом манипулятора и глазной тканью,- signal characterizing the vertical distance along the Z axis between the end of the manipulator and the eye tissue,
характеризующийся тем, что способ контроля содержит следующие фазы:characterized in that the control method comprises the following phases:
- считывают множество пар измерений последовательно во времени при помощи системы сбора данных,- reading a plurality of pairs of measurements sequentially in time using a data acquisition system,
- обрабатывают каждую пару измерений, при этом фаза обработки содержит следующие этапы:- processing each pair of measurements, while the processing phase contains the following steps:
- на основании текущей пары измерений оценивают вертикальное расстояние вдоль оси Z между концом манипулятора и глазной тканью,- based on the current pair of measurements, the vertical distance along the Z axis between the end of the manipulator and the ocular tissue is estimated,
- на основании изображения из текущей пары измерений вычисляют горизонтальное отклонение между:- based on the image from the current pair of measurements, calculate the horizontal deviation between:
- текущим горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY, и- the current horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane, and
- определенным конечным горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY,- a certain final horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane,
- производят автоматическое регулирование перемещения манипулятора, при этом:- perform automatic regulation of the movement of the manipulator, while:
- если вычисленное горизонтальное отклонение превышает первое пороговое значение, генерируют управляющий сигнал горизонтального перемещения манипулятора в горизонтальной плоскости XY, чтобы уменьшить отклонение между текущим горизонтальным положением и определенным конечным горизонтальным положением,- if the calculated horizontal deviation exceeds the first threshold value, generating a control signal for horizontal movement of the manipulator in the horizontal XY plane in order to reduce the deviation between the current horizontal position and the determined final horizontal position,
- если вычисленное горизонтальное отклонение меньше первого порогового значения и если оцененное вертикальное расстояние превышает второе пороговое значение, генерируют управляющий сигнал вертикального перемещения манипулятора в вертикальном направлении, чтобы уменьшить расстояние между свободным концом манипулятора и глазной тканью,- if the calculated horizontal deviation is less than the first threshold value and if the estimated vertical distance exceeds the second threshold value, generating a control signal to vertically move the manipulator in the vertical direction to reduce the distance between the free end of the manipulator and the ocular tissue,
- если вычисленное горизонтальное отклонение меньше первого порогового значения и если измеренное вертикальное расстояние меньше второго порогового значения, генерируют управляющий сигнал иммобилизации манипулятора.- if the calculated horizontal deviation is less than the first threshold value and if the measured vertical distance is less than the second threshold value, the manipulator immobilization control signal is generated.
Способ контроля имеет следующие предпочтительные, но не ограничительные признаки:The control method has the following preferred, but non-limiting features:
- этап вычисления может содержать следующие подэтапы:- the calculation stage may contain the following sub-stages:
- на основании изображения из текущей пары измерений обнаруживают горизонтальное положение по меньшей мере одной интересующей точки глазной ткани,- based on the image from the current pair of measurements, the horizontal position of at least one point of interest in the eye tissue is detected,
- на основании обнаруженного горизонтального положения интересующей точки оценивают горизонтальное отклонение между:- based on the detected horizontal position of the point of interest, estimate the horizontal deviation between:
- текущим горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY, и- the current horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane, and
- определенным конечным горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY;- a certain final horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane;
- на подэтапе обнаружения можно идентифицировать глазную ткань в полученном изображении посредством применения алгоритма распознавания формы для обнаружения трех концентричных окружностей на изображении;- in the detection sub-step, it is possible to identify the ocular tissue in the acquired image by applying a shape recognition algorithm to detect three concentric circles in the image;
- терапевтический аппарат может дополнительно содержать датчик силы, установленный на свободном конце манипулятора для измерения механической силы, прикладываемой к свободному концу манипулятора;the therapeutic device may further comprise a force sensor mounted on the free end of the manipulator to measure the mechanical force applied to the free end of the manipulator;
- при этом фаза обработки содержит этап сравнения указанной измеренной механической силы с третьим пороговым значением, чтобы определить, входит ли свободный конец манипулятора в контакт с элементом, образующим препятствие для вертикального перемещения манипулятора вдоль оси Z,wherein the processing phase comprises the step of comparing said measured mechanical force with a third threshold value in order to determine whether the free end of the manipulator comes into contact with an element that forms an obstacle to the vertical movement of the manipulator along the Z axis,
- этап автоматического регулирования включает в себя генерирование управляющего сигнала иммобилизации, если измеренная механическая сила превышает третье пороговое значение;the automatic control step includes generating an immobilization control signal if the measured mechanical force exceeds a third threshold value;
- фаза получения данных может содержать:- the data acquisition phase may contain:
- получение посредством лазерной телеметрии сигнала, характеризующего вертикальное расстояние вдоль оси Z, и/или- acquisition by means of laser telemetry of a signal characterizing the vertical distance along the Z-axis, and/or
- получение при помощи ультразвука сигнала, характеризующего вертикальное расстояние вдоль оси Z, и/или- obtaining by means of ultrasound a signal characterizing the vertical distance along the Z-axis, and/or
- выделение в полученном изображении сигнала, характеризующего вертикальное расстояние вдоль оси Z;- selection in the received image of a signal characterizing the vertical distance along the Z axis;
- этап автоматического регулирования может содержать:- the stage of automatic regulation may include:
- генерирование управляющего сигнала элементарного перемещения для обеспечения перемещения манипулятора между его текущим положением и определенным конечным положением, - generating a control signal of an elementary movement to ensure the movement of the manipulator between its current position and a certain end position,
- генерирование управляющего сигнала иммобилизации вслед за каждым управляющим сигналом элементарного перемещения,- generating an immobilization control signal following each elementary displacement control signal,
- повторение предыдущих подэтапов, пока вычисленное горизонтальное отклонение не станет меньше первого порогового значения и пока измеренное вертикальное расстояние не станет меньше второго порогового значения.- repeating the previous sub-steps until the calculated horizontal deviation is less than the first threshold value and until the measured vertical distance is less than the second threshold value.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Другие признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания нескольких вариантов выполнения, представленных в качестве не ограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:Other features and advantages of the invention will become more apparent from the following description of several embodiments, given by way of non-limiting examples, with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 и 2 - терапевтический аппарат, включающий в себя манипулятор и заявленное устройство контроля, при этом манипулятор показан:Fig. 1 and 2 - a therapeutic device, including a manipulator and the claimed control device, while the manipulator is shown:
- в убранном положении на фиг. 1, и- in the retracted position in FIG. 1, and
- в развернутом положении на фиг. 2.- in the expanded position in FIG. 2.
Фиг. 3 - схематичный вид системы разрезания, встроенной в терапевтический аппарат.Fig. 3 is a schematic view of a cutting system incorporated in a therapy device.
Фиг. 4 - схема этапов способа контроля, осуществляемого в устройстве контроля.Fig. 4 is a diagram of the steps of the control method carried out in the control device.
Фиг. 5 - этапы перемещения манипулятора в ходе процедуры лечения глазной патологии.Fig. 5 - stages of movement of the manipulator during the procedure for the treatment of ocular pathology.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
Изобретение относится к устройству и способу контроля перемещения терапевтического аппарата для лечения человеческой или животной глазной ткани. В дальнейшем тексте описания изобретение будет представлено, в качестве примера, для разрезания глазной ткани, при этом, разумеется, настоящее изобретение можно применять для любого другого типа лечения глаз.The invention relates to a device and method for controlling the movement of a therapeutic device for treating human or animal eye tissue. In the following text of the description, the invention will be presented, as an example, for cutting ocular tissue, while, of course, the present invention can be applied to any other type of eye treatment.
На фиг. 1 представлен пример терапевтического аппарата.In FIG. 1 shows an example of a therapeutic apparatus.
Терапевтический аппарат содержит:The therapy device contains:
- подвижный корпус 1, -
- шарнирный манипулятор 2, установленный на корпусе 1,- articulated
- систему разрезания, установленную на манипуляторе 2,- cutting system installed on the
- датчик 3 силы, установленный на свободном конце манипулятора 2,-
- систему 4 сбора данных, установленную на манипуляторе 2 и предназначенную для получения изображений и сигналов, характеризующих расстояние между свободным концом манипулятора 2 и глазной тканью,- a
- устройство 5 контроля, встроенное в корпус 1, при этом устройство 5 контроля включает в себя средства управления и средства обработки.a
1. Подвижный корпус1. Movable body
Корпус 1 обеспечивает перемещение терапевтического оборудования. В частности, он содержит колеса 11, металлическую раму и кожух, выполненный с минимальным количеством глухих полостей, чтобы избегать скапливания в них пыли и размножения патогенных элементов.
Предпочтительно корпус 1 содержит средства иммобилизации относительно пола, чтобы препятствовать его перемещению во время хирургического вмешательства.Preferably, the
На корпусе 1 установлены различные элементы терапевтического оборудования, такие как манипулятор 2 и устройство 5 контроля, и он содержит средства для их питания электрической энергией.On the
Кроме того, корпус 1 может содержать средства 12 визуальной индикации и ввода, такие как рабочая консоль, позволяющая врачу управлять терапевтическим оборудованием и/или следить за ходом лечения, применяемого к глазу пациента.In addition, the
Наконец, корпус 1 может содержать средства 13 проводной или беспроводной связи для обмена данными с удаленным рабочим постом (не показан) или с устройством 5 контроля, если оно не встроено в корпус.Finally, the
2. Манипулятор2. Manipulator
Манипулятор 2 содержит несколько секций 21-24 манипулятора, соединенных шарнирами 25-27 (поворотными или шаровыми) для обеспечения поворотного перемещения различных секций 21-24 относительно друг друга.
Каждый шарнир 25-27 содержит механизированный привод и тормоз. Предпочтительно каждый тормоз является тормозом активного типа в случае отсутствия питания электрической энергией. Это позволяет предупреждать любое случайное движение манипулятора в случае отказа системы или отключения тока.Each hinge 25-27 contains a mechanized drive and a brake. Preferably, each brake is of the active type in case of power failure. This prevents any accidental movement of the manipulator in the event of a system failure or a power outage.
Механизированные приводы и тормоза шарниров манипулятора обеспечивают:Mechanized drives and brakes of the manipulator joints provide:
- автоматическое перемещение секций 21-24 манипулятора относительно корпуса 1, и- automatic movement of sections 21-24 of the manipulator relative to the
- иммобилизацию секций 21-24 манипулятора относительно корпуса 1.- immobilization of sections 21-24 of the manipulator relative to the
В частности, манипулятор выполнен шарнирным для обеспечения перемещения свободного конца манипулятора по трем ортогональным осям Х, Y и Z:In particular, the manipulator is articulated to ensure movement of the free end of the manipulator along three orthogonal axes X, Y and Z:
- по оси Х, определяющей горизонтальное продольное направление,- along the X axis, which defines the horizontal longitudinal direction,
- по оси Y, определяющей горизонтальное поперечное направление, которое вместе с осью Х образует горизонтальную плоскость XY,- along the Y-axis, which defines the horizontal transverse direction, which together with the X-axis forms the horizontal XY plane,
- по оси Z, определяющей вертикальное направление, перпендикулярное к горизонтальной плоскости XY.- along the Z axis, which defines the vertical direction perpendicular to the horizontal XY plane.
Свободный конец манипулятора 2 содержит элемент иммобилизации, оснащенный всасывающим кольцом, которое присасывается к глазной ткани и надежно удерживает ее на месте. Описанные ниже устройство и способ управления позволяют автоматически позиционировать элемент иммобилизации на предназначенной для лечения глазной ткани.The free end of the
Как показано на фиг. 1 и 2, манипулятор 2 выполнен с возможностью перемещения между:As shown in FIG. 1 and 2, the
- убранным положением (фиг. 1), облегчающим его транспортировку из одной операционной в другую и/или внутри одной операционной, и- retracted position (Fig. 1), facilitating its transportation from one operating room to another and/or within one operating room, and
- исходным развернутым положением (фиг. 2) перед позиционированием его свободного конца на обрабатываемой глазной ткани.- the initial deployed position (Fig. 2) before positioning its free end on the treated eye tissue.
Манипулятор 2 является, например, манипулятором TX260L, выпускаемым компанией STAUBLI.The
Перемещение манипулятора 2 контролируется устройством 5 контроля, которое:The movement of the
- определяет в каждый момент текущее положение в пространстве свободного конца манипулятора,- determines at each moment the current position in space of the free end of the manipulator,
- генерирует команды перемещения с целью коррекции текущего положения его свободного конца, активируя один или несколько приводов для достижения определенного конечного положения, в котором элемент иммобилизации центрован и входит в контакт с глазной тканью,- generates movement commands in order to correct the current position of its free end by activating one or more actuators to reach a certain end position in which the immobilization element is centered and comes into contact with the eye tissue,
- генерирует команды иммобилизации манипулятора, чтобы удерживать манипулятор неподвижным, активируя тормоза.- generates manipulator immobilization commands to keep the manipulator stationary by activating the brakes.
Предпочтительно манипулятор может содержать средства выключения для обеспечения его перемещения вручную, например, в случае отказа или отключения тока.Preferably, the manipulator may include shutdown means to enable it to be manually moved, for example in the event of a failure or power outage.
3. Система разрезания3. Cutting system
На фиг. 3 представлен вариант выполнения системы разрезания, которую можно использовать с терапевтическим аппаратом в соответствии с изобретением. Система разрезания содержит:In FIG. 3 shows an embodiment of a cutting system that can be used with a therapy device according to the invention. The cutting system contains:
- фемтосекундный лазер 100,-
- систему 200 придания формы, такую как пространственный модулятор света на жидких кристаллах (или SLM - сокращение от английского “Spatial Light Modulator”), располагаемую на выходе фемтосекундного лазера 100,a
- оптический соединитель 300 между фемтосекундным лазером 100 и системой 200 придания формы,- an optical connector 300 between the
- оптический сканер 400 на выходе системы 200 придания формы,- an
- оптическую систему 500 фокусировки на выходе оптического сканера 400.-
Устройство 5 контроля позволяет управлять системой 200 придания формы, оптическим сканером 400 и оптической системой 500 фокусировки.The
Фемтосекундный лазер 100 выполнен с возможностью излучать исходный лазерный пучок в виде импульсов. Под «фемтосекундным лазером» следует понимать световой источник, выполненный с возможностью излучать лазерный пучок в виде ультракоротких импульсов, продолжительность которых составляет от 1 фемтосекунды до 100 пикосекунд, предпочтительно от 1 до 1000 фемтосекунд, в частности, порядка сотни фемтосекунд.The
Система 200 придания формы расположена на траектории исходного лазерного пучка 110, выходящего из фемтосекундного лазера 100. Она позволяет трансформировать исходный лазерный пучок 100 в модулированный лазерный пучок 210. В частности, система придания формы позволяет модулировать фазу лазерного пучка 110 для распределения энергии лазерного пучка на множество точек облучения в его фокальной плоскости, причем это множество точек облучения образует рисунок. Иначе говоря, система 200 придания формы позволяет модулировать конечное распределение энергии лазерного пучка в плоскости 710 фокусировки, соответствующей плоскости разрезания ткани 700. Она выполнена с возможностью изменения пространственного профиля фронта волны первичного лазерного пучка 110, выходящего из фемтосекундного лазера 100, чтобы распределять энергию лазерного пучка на различные точки фокусировки в плоскости 710 фокусировки. Таким образом, исходя из гауссова лазерного пучка, создающего единственную точку облучения, при помощи фазовой маски система 200 придания формы позволяет распределять энергию пучка посредством фазовой модуляции, чтобы одновременно создавать несколько точек облучения в плоскости фокусировки, при помощи единого лазерного пучка, формируемого посредством фазовой модуляции (только один пучок на входе и на выходе модулятора SLM).The
Оптический соединитель 300 позволяет передавать лазерный пучок 110, выходящий из фемтосекундного лазера 100, в систему 200 придания формы. Предпочтительно он содержит оптическое волокно, в частности, фотонно-кристаллическое волокно (или “PCF” сокращение от англосаксонского выражения “Photonic-Crystal Fiber”) с полой сердцевиной. Фотонно-кристаллическое волокно с полой сердцевиной является оптическим волокном, которое направляет свет в основном внутри полой области (сердцевины волокна) таким образом, чтобы только минимальная часть оптической мощности распространялась в твердом материале волокна (как правило, в стекле). Основным преимуществом фотонно-кристаллических волокон с полой сердцевиной является то, что первичное направление в полой области минимизирует нелинейные эффекты модулированного лазерного пучка и обеспечивает высокий порог повреждения. Предпочтительно в полой области фотонно-кристаллического волокна с полой сердцевиной можно создать вакуум, чтобы ограничить потери распространения лазерного пучка, выходящего из фемтосекундного лазера 100. Для этого оптический соединитель 300 содержит первый и второй соединительные элементы, герметично установленные на каждом конце фотонно-кристаллического волокна с полой сердцевиной. Эти соединительные элементы соединены с вакуумным насосом Р, встроенным в корпус 1, для создания вакуума в полой сердцевине оптического волокна посредством откачивания на уровне соединительных элементов. Вакуумное откачивание на каждом конце оптического волокна 31 облегчает создание вакуума в полой сердцевине по всей длине оптического волокна 31.The optical connector 300 allows the laser beam 110 output from the
Оптический сканер 400 позволяет ориентировать модулированный лазерный пучок 210, чтобы пользователь мог перемещать рисунок вдоль заранее определенного пути перемещения в плоскости 710 фокусировки.The
Оптическая система 500 фокусировки позволяет перемещать плоскость 710 фокусировки, соответствующую плоскости разрезания, отклоненного лазерного пучка 410, выходящего из оптического сканера 400.The focus
Предпочтительно система 200 придания формы, оптический сканер 400 и система 500 фокусировки могут быть установлены в отсеке, закрепленном на конце 24 манипулятора, тогда как фемтосекундный лазер может быть встроен в корпус 1, при этом между корпусом 1 и концевой секцией 24 расположен оптический соединитель 300 для передачи исходного лазерного пучка 110 между фемтосекундным лазером 100 и системой 200 придания формы.Preferably, the
4. Датчик силы4. Force sensor
Датчик 3 силы позволяет обнаруживать механические силы, возникающие в противодействие движению манипулятора 2, и эти силы свидетельствуют о присутствии препятствия и могут соответствовать установлению контакта между концом манипулятора 2 и глазной тканью. Датчик 3 силы может быть установлен на концевой секции 24 манипулятора 2.The
Датчик 3 силы сам по себе известен специалисту в данной области. Он выполнен с возможностью обнаруживать и измерять силы сжатия и растяжения, действующие вдоль продольной оси концевой секции 24 манипулятора 2. Он содержит один или несколько тензометров, установленных на концевой секции 24 манипулятора 2.The
Значение каждой механической силы, измеренное датчиком 3 силы, передается в устройство 5 контроля.The value of each mechanical force measured by the
Если значение измеренной механической силы превышает пороговое значение, устройство контроля осуществляет одно или несколько заранее определенных действий (генерирование управляющего сигнала для иммобилизации манипулятора, команды на передачу визуального сигнала в средства 12 визуальной индикации и ввода и/или звукового сигнала на встроенный в корпус динамик, и т.д.).If the value of the measured mechanical force exceeds the threshold value, the control device performs one or more predetermined actions (generating a control signal to immobilize the manipulator, commands to transmit a visual signal to the visual indication and input means 12 and / or an audio signal to the speaker built into the housing, and etc.).
5. Система сбора данных5. Data acquisition system
Система 4 сбора данных позволяет получать пары измерений, используемые для контроля перемещения манипулятора 2 по отношению к обрабатываемой глазной ткани.The
Каждая пара измерений включает в себя одно или несколько изображений зоны, находящейся напротив свободного конца манипулятора 2.Each pair of measurements includes one or more images of the area opposite the free end of the
Для этого система 4 сбора данных может содержать блок съемки изображения типа ОКТ (оптическая когерентная томография) или технологии съемки по принципу Шаймпфлюга (картография в видимом свете), или УБМ (ультразвуковая биомикроскопия). Такой блок съемки изображения может быть установлен на концевой секции 24 манипулятора 2, например, на входе оптического сканера 400. Этот блок съемки изображения расположен таким образом, чтобы иметь достаточно широкое поле съемки (например, наблюдать периметр Р, соответствующий квадрату со стороной 50 см на расстоянии 30 см) и обеспечивать идентификацию глазной ткани в поле съемки. Предпочтительно блок съемки изображения может быть оснащен осветительными средствами (коаксиальными или нет) для облегчения распознавания глазной ткани.To this end, the
Каждая пара измерений содержит также один или несколько сигналов, характеризующих расстояние между свободным концом манипулятора 2 и глазной тканью.Each pair of measurements also contains one or more signals characterizing the distance between the free end of the
Для этого система 4 сбора данных может содержать блок лазерной телеметрии или блок ультразвуковой телеметрии, или блок телеметрии посредством анализа изображения, или любое другое эквивалентное устройство, известное специалисту в данной области и выполненное с возможностью считывать сигнал, характеризующий расстояние между свободным концом манипулятора 2 и объектом, находящимся напротив этого конца. Такой блок телеметрии можно тоже установить на концевой секции 24 манипулятора 2.To do this, the
6. Устройство контроля6. Control device
Устройство 5 контроля позволяет:The
- обрабатывать пары измерений, поступающие из системы сбора данных, а также силы, измеренные датчиком 3 силы, и- to process pairs of measurements coming from the data acquisition system, as well as the forces measured by the
- управлять различными элементами, входящими в состав терапевтического аппарата (манипулятор 2, система разрезания (в частности, фемтосекундный лазер 100, система 200 придания формы, сканер 400, оптическая система 500 фокусировки, вакуумный насос оптического соединителя 300 и т.д.), датчик 3 силы, система 4 сбора данных и т.д.).- control various elements that make up the therapeutic apparatus (
Устройство 5 контроля соединено с этими различными элементами через одну или несколько шин связи, обеспечивающих передачу управляющих сигналов и получение собранных данных от датчика 3 силы, от системы 4 сбора данных и т.д.The
Устройство 5 контроля может состоять из одного или нескольких рабочих постов и/или из одного или нескольких компьютеров. Устройство 5 контроля содержит процессор, запрограммированный для обеспечения управления различными элементами терапевтического аппарата с целью обработки сигналов, получаемых датчиком 3 силы и системой 4 сбора данных.The
Устройство 5 контроля запрограммировано для осуществления способа, представленного на фиг. 4. Для этого устройство 5 контроля содержит:The
- средства управления системой 4 сбора данных,- control means of the
- средства обработки каждой пары измерений, полученной системой 4 сбора данных, иmeans for processing each pair of measurements received by the
- средства автоматического регулирования для генерирования управляющих сигналов перемещения и иммобилизации манипулятора 2.- automatic control means for generating control signals for moving and immobilizing the
Средства управления позволяют активировать систему 4 сбора данных для получения множества пар измерений последовательно во времени. В частности, после каждой передачи управляющего сигнала иммобилизации средствами автоматического регулирования, средства управления выдают сигнал активации от системы сбора данных для получения новой пары измерений. Средства обработки обрабатывают эту новую пару измерений, чтобы обновить отклонение между текущим положением конца манипулятора и его определенным конечным положением.The controls make it possible to activate the
На основании каждой пары измерений средства обработки могут обнаружить трехмерное положение глазной ткани и трехмерное положение конца манипулятора.Based on each pair of measurements, the processing means can detect the three-dimensional position of the ocular tissue and the three-dimensional position of the end of the manipulator.
Трехмерное положение свободного конца манипулятора известно по конструкции.The three-dimensional position of the free end of the manipulator is known from the design.
Трехмерное положение глазной ткани определяют посредством вычисления на основании пары измерений, поступающей от системы 4 сбора данных. Например, в изображении, полученном системой 4 сбора данных, средства обработки могут идентифицировать глазную ткань, ее двухмерное положение и ее центр, распознавая форму, близкую к типовой морфологии глаза (три концентричных окружности: белая окружность (склера), в центре которой находится цветная окружность (радужная оболочка), в центре которой находится черная окружность (зрачок)). Третью координату, необходимую для оценки трехмерного положения глазной ткани, выводят из сигнала, считываемого блоком телеметрии, и этот сигнал характеризует расстояние между свободным концом манипулятора и глазной тканью.The three-dimensional position of the ocular tissue is determined by calculation based on a pair of measurements coming from the
Для обработки каждой пары измерений, полученной от системы 4 сбора данных, средства обработки содержат:For processing each pair of measurements received from the
- средства оценки, на основании текущей пары измерений, вертикального расстояния вдоль оси Z между концом манипулятора и глазной тканью,- means of estimating, based on the current pair of measurements, the vertical distance along the Z axis between the end of the manipulator and the ocular tissue,
- средства вычисления, на основании изображения текущей пары измерений, горизонтального отклонения между:- means of calculating, based on the image of the current pair of measurements, the horizontal deviation between:
- текущим горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY, и- the current horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane, and
- определенным конечным горизонтальным положением свободного конца манипулятора в горизонтальной плоскости XY.- a certain final horizontal position of the free end of the manipulator in the horizontal XY plane.
Средства автоматического регулирования запрограммированы для применения контура автоматического регулирования в плоскости XY и контура автоматического регулирования в направлении Z.The controls are programmed to use the control loop in the XY plane and the control loop in the Z direction.
Предпочтительно перемещение свободного конца манипулятора 2 вдоль осей XY не связано с его перемещением вдоль оси Z. В частности, устройство управления запрограммировано таким образом, чтобы:Preferably, the movement of the free end of the
- на первом этапе перемещать свободный конец манипулятора 2 в горизонтальной плоскости XY для позиционирования указанного свободного конца в определенное конечное горизонтальное положение, не допуская любого перемещения свободного конца вдоль оси Z (то есть, не приближая свободный конец манипулятора к глазной ткани),- in the first step, move the free end of the
- на втором этапе перемещать свободный конец манипулятора 2 вдоль вертикальной оси Z, чтобы приблизить его к глазной ткани вплоть до установления контакта, не допуская при этом любого перемещения свободного конца в горизонтальной плоскости XY.- at the second stage, move the free end of the
Это позволяет избежать любого риска травмы пациента (например, от трения между свободным концом манипулятора и глазом пациента, если задано перемещение в плоскости XY, когда конец уже входит в контакт с глазной тканью).This avoids any risk of injury to the patient (for example, friction between the free end of the manipulator and the patient's eye if movement is set in the XY plane, when the end is already in contact with ocular tissue).
Средства автоматического регулирования устройства 5 контроля выполнены с возможностью генерировать множество последовательных управляющих сигналов перемещения, чтобы перемещать свободный конец манипулятора из исходного развернутого положения в определенное конечное положение, в котором элемент иммобилизации оказывается центрованным и входит в контакт с предназначенной для лечения глазной тканью.The means of automatic adjustment of the
В частности, если расстояние между текущим положением конца манипулятора 2 и определенным конечным положением превышает пороговое значение, средства автоматического регулирования генерируют множество последовательных управляющих сигналов элементарного перемещения, чтобы привести конец манипулятора в искомое конечное положение.In particular, if the distance between the current position of the end of the
Между каждой передачей управляющего сигнала элементарного перемещения средства автоматического регулирования генерируют управляющий сигнал иммобилизации, и средства управления передают сигнал активации из системы 4 сбора данных для получения новой пары измерений. Это позволяет проверять в ходе всего перемещения манипулятора 2, что его конец приближается к искомому конечному положению, и учитывать возможное случайное движение головы пациента (в этом случае искомое конечное положение следует обновить).Between each transmission of the elementary displacement control signal, the automatic control means generate an immobilization control signal, and the control means transmit an activation signal from the
7. Принцип работы7. Working principle
Далее со ссылками на фиг. 4 и 5 следует более подробное описание принципа работы терапевтического оборудования.Further with reference to Fig. 4 and 5 follows a more detailed description of the principle of operation of the therapeutic equipment.
7.1. Перед использованием терапевтического аппарата7.1. Before using the therapy device
В качестве предварительного условия нормальной работы описанного выше терапевтического аппарата следует уточнить, что в каждом месте, где будет использоваться этот аппарат, необходимо определить положение хирургического оборудования в операционной с разметкой на полу, и это положение определяют в зависимости от:As a precondition for normal operation of the above described therapeutic apparatus, it should be clarified that in each location where this apparatus is to be used, the position of the surgical equipment in the operating room with markings on the floor must be determined, and this position is determined depending on:
- предпочтений хирурга (положение справа или слева, спереди, сбоку или сзади, близко или на удалении),- surgeon preferences (right or left position, front, side or back, close or far),
- обычного конечного положения кровати, на которой лежит пациент,- the usual final position of the bed on which the patient lies,
- формы кровати, ее размеров, ее высоты,- the shape of the bed, its dimensions, its height,
- соблюдения условия расстояния таким образом, чтобы конечное положение головы пациента находилось в периметре, центрованном вокруг точки крепления роботизированного манипулятора на хирургическом оборудовании и символизирующем его радиус действия или расстояние, сверх которого манипулятор не сможет достичь цели.- compliance with the distance condition in such a way that the final position of the patient's head is in the perimeter centered around the attachment point of the robotic arm on the surgical equipment and symbolizing its radius of action or the distance beyond which the manipulator will not be able to reach the target.
После осуществления разметки на полу терапевтический аппарат будет располагаться в одном и том же месте при каждом использовании. Таким образом, относительное положение каждого пациента относительно машины и, в частности, его головы и его глаз, известно с допустимым запасом погрешности, который может достигать 20 сантиметров.By marking the floor, the therapy device will be positioned in the same place each time it is used. Thus, the relative position of each patient with respect to the machine, and in particular his head and his eyes, is known with a margin of error that can be up to 20 centimeters.
Таким образом, посредством параметрирования, производимого через интерфейс человек-машина, можно определить координаты периметра Р, соответствующего квадрату со стороной 50 см, в котором будет находиться голова пациента для глазной терапии при помощи заявленной системы (периметр Р достоверного присутствия цели). После сохранения в памяти координат этого периметра Р при каждом использовании устройство 5 контроля управляет позиционированием конца манипулятора (по умолчанию и перед действиями, необходимыми для получения идеальной центровки) в центре периметра Р. Это положение соответствует исходному развернутому положению.Thus, by means of parameterization performed via the human-machine interface, it is possible to determine the coordinates of the perimeter P corresponding to a square with a side of 50 cm, in which the patient's head will be located for eye therapy using the claimed system (perimeter P of the certain presence of the target). After storing the coordinates of this perimeter P, each time it is used, the
Центровку и установление контакта элемента иммобилизации с глазной тканью производят следующим образом.Centering and establishing contact of the immobilization element with the eye tissue is performed as follows.
7.2. Автоматическое позиционирование свободного конца манипулятора на глазной ткани7.2. Automatic positioning of the free end of the manipulator on the eye tissue
7.2.1. Развертывание манипулятора7.2.1. Manipulator Deployment
Когда пациент занимает свое место и терапевтический аппарат находится на своем месте, устройство 5 контроля подает команду на развертывание манипулятора (этап 801).When the patient is seated and the therapy device is in position, the
Манипулятор 2 перемещается автоматически (что показано четырьмя первыми этапами на фиг. 5), чтобы расположить свободный конец манипулятора 2 в центре периметра Р (исходное развернутое положение).The
После достижения центра периметра Р запускают итерации контура автоматического регулирования XY.After reaching the center of the perimeter P, iterations of the automatic control loop XY are started.
7.2.2. Контур автоматического регулирования по XY7.2.2. XY automatic control loop
Контур автоматического регулирования по XY имеет запрограммированную функцию, которая при каждой итерации:The XY automatic control loop has a programmed function that at each iteration:
- получает изображение,- receives an image,
- анализирует его,- analyzes it
- идентифицирует координаты XY искомого конечного горизонтального положения,- identifies the XY coordinates of the desired final horizontal position,
- определяет координаты X’, Y’ текущего горизонтального положения свободного конца манипулятора 2, и- determines the X', Y' coordinates of the current horizontal position of the free end of the
- вычисляет отклонение между текущим горизонтальным положением и искомым конечным горизонтальным положением,- calculates the deviation between the current horizontal position and the desired final horizontal position,
- вычисляет оставшуюся траекторию между текущим горизонтальным положением и искомым конечным горизонтальным положением,- calculates the remaining trajectory between the current horizontal position and the desired final horizontal position,
- передает на манипулятор 2 один или более управляющих сигналов перемещения, чтобы привести манипулятор 2 в движение вдоль вычисленной траектории до момента, когда анализ полученного изображения позволяет определить, что искомое конечное горизонтальное положение достигнуто (X=X’ и Y=Y’): свободный конец манипулятора 2 оказывается при этом совмещенным с вертикальной осью, проходящей через центр глазной ткани.- transmits to the
В частности, средства управления устройства 5 контроля выдают сигнал активации системы 4 сбора данных. Система 4 сбора данных получает изображение и сигнал, характеризующий расстояние между концом манипулятора и глазной тканью.In particular, the controls of the
Средства обработки получают пару измерений, полученную системой 4 сбора данных, и производят их обработку (этап 803).The processing means receive a pair of measurements received by the
В частности, средства обработки:In particular, the means of processing:
- обнаруживают в полученном изображении глазную ткань,- ocular tissue is detected in the resulting image,
- определяют положение центра глазной ткани,- determine the position of the center of the eye tissue,
- определяют это положение центра глазной ткани как соответствующее искомому конечному горизонтальному положению,- determine this position of the center of the eye tissue as corresponding to the desired final horizontal position,
- оценивают текущее горизонтальное положение конца манипулятора, и- evaluate the current horizontal position of the end of the manipulator, and
- сравнивают (этап 804) текущее горизонтальное положение с искомым конечным горизонтальным положением (например, вычисляя расстояние между текущим горизонтальным положением и искомым конечным горизонтальным положением).- compare (step 804) the current horizontal position with the desired final horizontal position (for example, calculating the distance between the current horizontal position and the desired final horizontal position).
Результат этого сравнения поступает в средства автоматического регулирования, которые:The result of this comparison enters the automatic control means, which:
- подают команду на применение контура автоматического регулирования по Z, если текущее горизонтальное положение совпадает с искомым конечным горизонтальным положением,- give a command to apply the automatic control loop in Z, if the current horizontal position coincides with the desired final horizontal position,
- в противном случае генерируют управляющий сигнал для горизонтального перемещения манипулятора 2 (этап 805).- otherwise generate a control signal for the horizontal movement of the manipulator 2 (step 805).
После перемещения манипулятора 2 в соответствии с управляющим сигналом перемещения средства автоматического регулирования генерируют управляющий сигнал для иммобилизации (этап 806) манипулятора 2, и предыдущие этапы повторяются, пока свободный конец манипулятора 2 не придет в искомое конечное горизонтальное положение по XY.After moving the
7.2.3. Контур автоматического регулирования по Z7.2.3. Automatic Z loop
После того как свободный конец манипулятора 2 оказывается по XY совмещенным с искомым конечным горизонтальным положением, можно применить контур автоматического регулирования по Z.After the free end of the
Контур автоматического регулирования по Z представляет собой запрограммированную функцию, которая при каждой итерации:The Z-loop is a programmed function that, at each iteration:
- получает данные текущей высоты расположения конца манипулятора 2 по отношению к глазной ткани (текущее положение Z’ - искомое положение Z),- receives data on the current height of the location of the end of the
- вычисляет отклонение между текущим вертикальным положением конца манипулятора и искомым конечным вертикальным положением,- calculates the deviation between the current vertical position of the end of the manipulator and the desired final vertical position,
- передает на манипулятор 2 один или более управляющих сигналов перемещения, чтобы привести манипулятор 2 в движение вдоль оси Z, не меняя при этом положения XY, вдоль вычисленной траектории вплоть до момента, когда датчик 3 силы обнаружит контакт, соответствующий тому, что достигнуто искомое конечное вертикальное положение (Z’=Z): свободный конец манипулятора 2 входит при этом в контакт с глазной тканью.- transmits to the
В частности, средства обработки устройства 5 контроля обрабатывают сигнал, характеризующий вертикальное расстояние вдоль оси Z (этап 803), и сравнивают (этап 807) текущее вертикальное положение с искомым конечным вертикальным положением.In particular, the processing means of the
Результат этого сравнения передается в средства автоматического регулирования, которые получают также сигнал, измеренный датчиком 3 силы. Средства автоматического регулирования:The result of this comparison is transmitted to the automatic control means, which also receive the signal measured by the
- генерируют управляющий сигнал иммобилизации манипулятора 2, если текущее вертикальное положение совпадает с искомым конечным вертикальным положением (этап 810),- generate a control signal immobilization of the
- в противном случае генерируют управляющий сигнал вертикального перемещения манипулятора 1 (этап 808).- otherwise generate a control signal for the vertical movement of the manipulator 1 (step 808).
После перемещения манипулятора 2 в соответствии с управляющим сигналом вертикального перемещения средства автоматического регулирования генерируют управляющий сигнал иммобилизации (этап 809), и предыдущие этапы повторяются, в том числе этапы работы контура автоматического регулирования по XY, чтобы проверить, что текущее горизонтальное положение по-прежнему соответствует искомому конечному горизонтальному положению.After moving the
Это позволяет учитывать возможные движения пациента в ходе процедуры позиционирования манипулятора 2.This makes it possible to take into account the possible movements of the patient during the positioning procedure of the
Устройство 5 контроля позволяет позиционировать свободный конец манипулятора точно и с правильной центровкой. На этом свободном конце установлены различные рабочие компоненты, позволяющие производить лечение глазной ткани.The
Для большей уверенности врача последовательность различных этапов, представленных на фиг. 4, можно контролировать при помощи педали управления и/или голосовой команды и/или при помощи интерфейса человек-машина сенсорного или иного типа.For the physician's greater certainty, the sequence of the various steps shown in FIG. 4 can be controlled with a foot control and/or voice command and/or with a touch or other type of human-machine interface.
8. Выводы8. Conclusions
Описанное выше изобретение позволяет всего за несколько секунд автоматически позиционировать на глазу пациента элемент иммобилизации глазного яблока без вмешательства человека, быстро, точно и воспроизводимым образом. Его эффективность не зависит от окружающей среды, что позволяет выиграть в точности, сделать действие воспроизводимым, каким бы ни был пациент или оператор, и получить экономию во времени, облегчая оператору работу при незначительных затратах.The invention described above makes it possible to automatically position the eyeball immobilization element on the patient's eye in just a few seconds without human intervention, quickly, accurately and reproducibly. Its effectiveness is independent of the environment, which allows you to win in accuracy, make the action reproducible, no matter the patient or operator, and get time savings, making it easier for the operator to work at little cost.
Кроме того, изобретение позволяет добиться большего уровня безопасности и, следовательно, уменьшить риск для пациента во время вмешательства.In addition, the invention allows to achieve a greater level of safety and, therefore, reduce the risk to the patient during the intervention.
Понятно, что в описанное выше изобретение можно вносить многие изменения, не выходя материально за рамки описанных в данном случае новых сведений и преимуществ. Например, в представленном описании элемент иммобилизации установлен на свободном конце роботизированного манипулятора. В варианте элемент иммобилизации может быть отделен от роботизированного манипулятора. В этом случае элемент иммобилизации позиционируют на глазу пациента до перемещения роботизированного манипулятора, и искомое конечное положение соответствует установлению контакта свободного конца роботизированного манипулятора со стороной элемента иммобилизации, противоположной поверхности элемента иммобилизации, входящей в контакт с глазом. Следовательно, все изменения этого типа должны быть включены в объем прилагаемой формулы изобретения.It is understood that many changes can be made to the invention described above without materially departing from the new knowledge and advantages described herein. For example, in the present description, the immobilization element is mounted on the free end of the robotic arm. In a variant, the immobilization element can be separated from the robotic arm. In this case, the immobilization element is positioned on the patient's eye before the robotic arm is moved, and the desired end position corresponds to establishing contact of the free end of the robotic arm with the side of the immobilization element opposite to the surface of the immobilization element coming into contact with the eye. Therefore, all changes of this type are to be included within the scope of the appended claims.
Claims (69)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1850578 | 2018-01-25 | ||
FR1850578A FR3076994B1 (en) | 2018-01-25 | 2018-01-25 | DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE MOVEMENT OF AN OCULAR THERAPY DEVICE INCLUDING AN ARTICULATED SUPPORT ARM |
PCT/EP2019/051876 WO2019145487A1 (en) | 2018-01-25 | 2019-01-25 | Device and method for controlling the movement of an ocular therapy apparatus including an articulated support arm |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020128145A RU2020128145A (en) | 2022-02-25 |
RU2020128145A3 RU2020128145A3 (en) | 2022-03-17 |
RU2775140C2 true RU2775140C2 (en) | 2022-06-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2271784C1 (en) * | 2004-11-01 | 2006-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Device for moistening eye during microsurgical operation |
WO2017182342A1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | Carl Zeiss Meditec Ag | Treatment system for ophthalmological purposes having overload protection |
EP3266403A1 (en) * | 2016-03-30 | 2018-01-10 | Sony Corporation | Control device, control method, and operating microscope device |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2271784C1 (en) * | 2004-11-01 | 2006-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Device for moistening eye during microsurgical operation |
EP3266403A1 (en) * | 2016-03-30 | 2018-01-10 | Sony Corporation | Control device, control method, and operating microscope device |
WO2017182342A1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | Carl Zeiss Meditec Ag | Treatment system for ophthalmological purposes having overload protection |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7268034B2 (en) | Device and method for controlling movement of an eye treatment device with an articulated support arm | |
US11672419B2 (en) | Methods and systems for opthalmic measurements and laser surgery and methods and systems for surgical planning based thereon | |
EP1858460B1 (en) | Device and method for aligning an eye with a surgical laser | |
KR101451970B1 (en) | An ophthalmic surgical apparatus and an method for controlling that | |
JP5529859B2 (en) | Equipment for ophthalmic laser surgery | |
CA2729723C (en) | Apparatus for ophthalmological, in particular refractive, laser surgery | |
CN114514008A (en) | Device for laser vitrolysis | |
KR20110053332A (en) | Device, method and control program for ophthalmologic, particularly refractive, laser surgery | |
AU2016423184B2 (en) | Systems for opthalmic measurements and laser surgery and systems for surgical planning based thereon | |
US20240108506A1 (en) | Arrangement for the oct-based laser vitreolysis | |
KR20180067513A (en) | Centering technique for cutting laser for refractive and ophthalmic surgery | |
US6585724B2 (en) | Ophthalmic surgery apparatus | |
RU2775140C2 (en) | Device and method for control of movement of eye therapy device | |
JPWO2019145487A5 (en) | ||
US11439535B2 (en) | Ophthalmic device for treating an eye | |
US20230201035A1 (en) | System for laser-based ametropia correction, and method for the alignment thereof | |
KR20140104586A (en) | An ophthalmic surgical apparatus, an method for controlling thereof and method for surgery using that |