JP6567532B2 - 局所的に移動可能な標的についての形状センサシステム - Google Patents
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Description
一実施形態では、この方法は、第1の形状センサの第1の細長く形成された光ファイバ部分から第1の形状データを受信するステップを含む。第1の細長く形成された光ファイバ部分は、基準固定冶具と患者の解剖学的構造に結合された第1の解剖学的固定冶具との間に延びる。この方法は、第1の形状データから第1の解剖学的固定冶具の姿勢を決定するステップと、第1の解剖学的固定冶具についての姿勢変化を追跡するステップとをさらに含む。
別の実施形態では、システムは、骨固定装置と、形状センサの基準固定冶具と、形状センサの基準固定冶具と骨固定装置との間に結合された形状センサ装置とを有する。形状センサは、骨固定装置の姿勢を決定するための第1の形状データを提供するように構成される。形状センサ装置は、細長く形成されたリボン材料に結合された複数の光ファイバを含んでおり、複数の光ファイバを予め規定された空間的関係に維持する。
別の実施形態では、この方法は、第1の形状センサの第1の細長く形成された光ファイバ部分から第1の形状データを受信するステップを含む。第1の細長く形成された光ファイバ部分は、基準固定冶具と医療器具に結合された器具固定冶具との間に延びる。この方法は、第1の形状データから器具固定冶具の姿勢を決定するステップと、器具固定冶具についての姿勢変更を追跡するステップも含む。
本発明の追加の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
560では、標的固定冶具32a,32b,32cの相対位置は、標的固定冶具を基準固定冶具に対して移動させる際に追跡することができる。例えば、患者を治療するための手術中に、脚部を、可動キャリア44に取り付けることができる。キャリア44が様々な離散的な位置又は非離散的な位置の間で移動されると、大腿骨40及び脛骨42が移動する。骨が移動すると、取り付けられた標的固定冶具及びセンサ装置も移動し、標的固定冶具の位置は、センサ装置16,18によって追跡される。患者の脚部を治療するために器具22を移動すると、標的固定冶具32cが、移動され且つセンサ装置20によって追跡される。こうして、大腿骨及び脛骨上での標的固定冶具に対する機器の相対的な位置を追跡することができる。
様々な代替実施形態では、センサ装置及び標的固定冶具は、単回の使用後に使い捨ててもよい。更なる代替実施形態では、センサ装置の光ファイバは、バリ取り器、ドリル、のこぎり、又は他の電動器具やネットワーク機器等の器具等の既存の電力又は通信ケーブルに組み込んでもよい。
図12は、チューブ形状に配置されたリボン材料778に固定された3つの光ファイバ772,774,776を含むリボン構成770の別の実施形態を示している。この実施形態では、光ファイバは、光ファイバ同士の間に一定の半径方向間隔S2を維持した状態でリボン材料の内面に固定される。代替実施形態では、光ファイバは、光ファイバ同士の間に一定の間隔を有した状態でリボン材料の外面に固定してもよい。
図15は、ひずみ緩和装置804を含む骨固定用ハードウェア802に結合された光ファイバセンサ装置800を示している。ひずみ緩和装置804によって、骨固定用ハードウェア802に対する接続部でのセンサ装置800のきつい光ファイバの曲げ又は他の高いひずみ構成を防止する。ひずみ緩和装置804は、穿孔、コイル、ループ、又は他の公知の可撓性の相互接続装置を含む又は含まないような可撓性プラスチック又はゴムジャケットであってもよい。
ロボット介入システム400は、センサシステム408のサブシステムによって生成された手術部位及び介入器具404の画像を表示するための表示システム410も含む。ディスプレイ410及びオペレータ入力システム406は、オペレータが、実質的に真のものが作業空間に存在しているかのように視認して、介入器具システム404及びオペレータ入力システム406を制御することができるように向き合せされる。真のものの存在は、表示された組織画像が、オペレータに、このオペレータが画像位置に物理的に存在しており且つ画像の視点から組織を直接的に視認しているかのように表示されることを意味する。
いくつかの実施形態では、表示システム410は、介入器具の実際の位置が手術前又は同時の画像と共に記録され(例えば、動的に参照され)、外科用器具のチップの位置における内部手術部位のバーチャル画像を外科医に提供するような仮想の可視化画像を表示することができる。
ロボット介入システム400は、制御システム412も含む。制御システム112は、介入器具システム404と、オペレータ入力システム406と、センサシステム408と、表示システム410との間で制御を行うための、少なくとも1つのプロセッサ(図示せず)、典型的には複数のプロセッサを含む。制御システム412は、算術加算器又は論理加算器、及び1つ又は複数のメモリ装置等の論理ユニットを含む一般的なコンピュータ構成要素を含むことができる。制御システム412は、プログラムされた命令(例えば、命令を格納するコンピュータ可読媒体)も含み、本明細書で説明される方法の一部又は全てを実施する。
本発明の特定の例示的な実施形態について説明し且つ添付の図面に示してきたが、このような実施形態は、単なる例示であり、広範な本発明に対する制限ではなく、本発明の実施形態は、様々な他の修正が当業者に想起されるので、図示され及び説明された特定の構成及び配置に限定されるものではないことを理解すべきである。
Claims (11)
- 姿勢を決定し且つ姿勢変化を追跡する形状センサシステムの作動方法であって、当該作動方法は:
前記形状センサシステムの制御システムが、第1の形状センサの第1の細長く形成された光ファイバ部分から第1の形状データを受信するステップであって、第1の細長く形成された光ファイバ部分は、基準固定冶具と患者の解剖学的構造に結合された第1の解剖学的固定冶具との間に延びる、受信するステップと;
前記制御システムが、第1の形状データから前記基準固定冶具に対する第1の解剖学的固定冶具の姿勢を決定するステップと;
前記制御システムが、第1の解剖学的固定冶具についての姿勢変化を追跡するステップと;
前記制御システムが、前記基準固定冶具と医療器具に結合された器具固定冶具との間に延びる第2の形状センサから第2の形状データを受信するステップと;
前記制御システムが、第2の形状データから前記基準固定冶具に対する前記器具固定冶具の第1の姿勢を決定するステップと;
前記制御システムが、前記器具固定冶具についての第1の姿勢変化を追跡するステップと;
前記制御システムが、第1の解剖学的固定冶具と前記器具固定冶具との間に延びる第1の形状センサの第2の細長く形成された光ファイバ部分から第3の形状データを受信するステップと;
前記制御システムが、第3の形状データ及び第1の形状データから前記基準固定冶具に対する前記器具固定冶具の第2の姿勢を決定するステップと;
前記制御システムが、前記器具固定冶具についての第2の姿勢変化を追跡するステップと;
前記制御システムが、前記器具固定冶具の第1の姿勢及び第2の姿勢に基づいて、器具固定冶具の姿勢冗長性を評価するステップと;を含む、
作動方法。 - 前記制御システムが、前記基準固定冶具と前記患者の解剖学的構造に結合された第1の解剖学的固定冶具との間に延びる第3の形状センサから第4の形状データを受信するステップと;
前記制御システムが、第4の形状データから前記基準固定冶具に対する第1の解剖学的固定冶具の姿勢を決定するステップと;
前記制御システムが、第1の解剖学的固定冶具についての姿勢変化を追跡するステップと;をさらに含む、
請求項1に記載の作動方法。 - 前記医療器具は、点の位置をデジタル化するように適合されたプローブである、請求項1に記載の作動方法。
- 第1の形状データから前記基準固定冶具に対する第1の解剖学的固定冶具の姿勢を決定するステップは、前記制御システムが、第1の形状データから複数の個別の形状推定値についての積分変換を行うステップを含む、
請求項1に記載の作動方法。 - 第3の形状データを受信するステップは、前記制御システムが、第1の解剖学的固定冶具と前記患者の解剖学的構造に結合された第2の解剖学的固定冶具との間に延びる第3の細長く形成された光ファイバ部分から第4の形状データを受信するステップを含み、第2の細長く形成された光ファイバ部分は第3の細長く形成された光ファイバ部分を含む、
請求項1に記載の作動方法。 - 第4の形状データを受信するステップは、前記制御システムが、第1の細長く形成された光ファイバ部分を介して第4の形状データを受信するステップ、又は前記制御システムが、第3の細長く形成された光ファイバ部分に直接的に接続された問合せ器から第4の形状データを受信するステップを含む、
請求項5に記載の作動方法。 - 第1の形状センサは、外科用ドレープに結合される、請求項1に記載の作動方法。
- 前記制御システムが、第1の細長く形成された光ファイバ部分についての、器具の状態、器具の識別、使用回数、又は加えられた力のひずみ情報を含む器具データ信号を受信するステップをさらに含む、
請求項1に記載の作動方法。 - 第1の細長く形成された光ファイバ部分は、結合機構により第1の解剖学的固定冶具に取り外し可能に結合される、
請求項1に記載の作動方法。 - 第1の形状センサは、前記基準固定冶具と第1の解剖学的固定冶具との間に延びる第3の細長く形成された光ファイバ部分を含み、第1及び第3の細長く形成された光ファイバ部分は、支持材料に結合されており、且つ該支持材料によって離間した構成で横方向距離だけ離間され、前記支持材料は、第1の細長く形成された光ファイバ部分と第3の細長く形成された光ファイバ部分との間の前記横方向距離を維持する、
請求項1に記載の作動方法。 - 医療器具をさらに含み、該医療器具は、デジタル化用プローブ、骨を研磨するためのツール、組織切断用ツール、アブレーション器具、組織近接器具、生検器具、インピーダンス測定用器具、組織撮像用器具、又は治療器具を含む、請求項1に記載の作動方法。
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