JP7154606B2 - CALIBRATION DEVICE AND CALIBRATION METHOD FOR SURGICAL INSTRUMENTS - Google Patents

Description

本発明は校正装置および方法に関し、より詳細には、コンピュータ支援手術の正確性および精度を向上させるコンピュータ支援手術用器具の運動状態を校正する装置および方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to calibration apparatus and methods, and more particularly to apparatus and methods for calibrating motion states of computer-assisted surgical instruments to improve the accuracy and precision of computer-assisted surgery.

多くの外科手術は、外科医の側で高い手動精度を必要とする。例えば、整形外科手術は外科医が所定のインプラントを骨に適合させるために、または骨を成形して所望の幾何学的プロファイルを作成するために、正確な位置および正確な角度で、対象の骨をミル加工、ドリル加工、または鋸引きすることを必要とする。このような手術は通常、外科医が特定の手術用器具を保持し、解剖学的目印に基づいた軌跡をたどることにより、フリーハンドで行われる。したがって、外科手術の正確性は、ハンドヘルド手術用器具を用いて所定の手術計画に従う際の外科医の技能に依存する。 Many surgical procedures require high manual precision on the part of the surgeon. For example, orthopedic surgery involves a surgeon cutting a target bone in a precise position and at a precise angle to fit a given implant to the bone, or to shape the bone to create a desired geometric profile. Requires milling, drilling, or sawing. Such surgery is typically performed freehand by the surgeon holding a particular surgical instrument and following a trajectory based on anatomical landmarks. Therefore, surgical accuracy depends on the skill of the surgeon in following a predetermined surgical plan using handheld surgical instruments.

情報技術およびロボット工学の利点を利用して、コンピュータ支援手術は、外科手術の精度および精度を改善する際に信頼できる選択肢を提供した。コンピュータ支援手術は追跡システムを利用して、解剖学的部位の位置を手術用器具の手術ツールの位置と相関させ、ナビゲーションシステム上で手術中に解剖学的部位を手術ツールと動的に参照することができる。例えば、Shohamは米国特許出願公開第２０１２０１４３０８４号において、手術部位に取り付けられた追跡可能なマーカーと、器具の把持本体および／または器具の可動操作ツールに連結されたロボット制御プラットフォームに取り付けられた別のマーカーと、を含む追跡システムを開示し、外科手術中に操作ツールの方向をリアルタイムで追跡することを可能にする。 Taking advantage of information technology and robotics, computer-assisted surgery has provided a reliable option in improving surgical accuracy and precision. Computer-assisted surgery utilizes a tracking system to correlate the position of anatomical regions with the position of surgical tools in surgical instruments, and dynamically references the anatomical regions to surgical tools during surgery on a navigation system. be able to. For example, Shoham, in U.S. Patent Application Publication No. 20120143084, discloses a trackable marker attached to a surgical site and another marker attached to a robotic control platform coupled to a grasping body of the instrument and/or a movable manipulation tool of the instrument. Disclosed is a tracking system that includes markers and permits real-time tracking of the orientation of a manipulation tool during a surgical procedure.

しかしながら、手術ツールの方向を追跡することに加えて、外科手術中の手術ツールの先端の位置を追跡することは、所定の手術計画に対する現在の手術状態（例えば、手術部位におけるツール進入の深さ）のコンプライアンスを評価する際にも重要である。Shohamによって提供されるような可動操作ツールの先端の位置を追跡することの既存の課題は、手術中にツール先端上に追跡可能なマーカーを取り付けることが不可能であり、ツール先端上に追跡可能なマーカーを取り付けないと、可動操作ツールの先端の正確な位置を判断することが困難であるという点にある。 However, in addition to tracking the orientation of the surgical tool, tracking the position of the tip of the surgical tool during the surgical procedure may be useful in determining current surgical conditions (e.g., depth of tool penetration at the surgical site) relative to a given surgical plan. ) is also important when assessing compliance. An existing challenge of tracking the position of the tip of a moveable manipulation tool, such as that provided by Shoham, is the impossibility of attaching a trackable marker on the tool tip during surgery and the lack of trackable markers on the tool tip. The point is that it is difficult to determine the exact position of the tip of the movable operating tool unless a suitable marker is attached.

本発明の目的は、手術用器具のロボット制御マニピュレータの運動状態を校正する、校正装置および方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a calibration apparatus and method for calibrating the motion state of a robotic manipulator of a surgical instrument.

本発明の別の目的は、手術用器具のロボット制御マニピュレータのデフォルトの運動状態を画定し、コンピュータ支援手術中に器具上の手術用ツールの先端の追跡を可能にする、校正装置および方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a calibration apparatus and method for defining a default motion state of a robotic manipulator of a surgical instrument and enabling tracking of surgical tool tips on the instrument during computer-assisted surgery. It is to be.

本発明の実施形態は、コンピュータ支援手術用器具の校正装置を提供する。校正装置は剛体と、複数の安定化部材と、安定化部材と構造的または機械的に相補的であり、器具のマニピュレータの反対側に配置されている複数の基準と、を含む。剛体を通過し、基準に取り外し可能に取り付けられている安定化部材によって校正装置が器具に連結するとき、マニピュレータの運動状態はデフォルトに設定される。 Embodiments of the present invention provide an apparatus for calibrating a computer-assisted surgical instrument. The calibration device includes a rigid body, a plurality of stabilizing members, and a plurality of datums that are structurally or mechanically complementary to the stabilizing members and located on opposite sides of the manipulator of the instrument. The motion state of the manipulator is set to default when the calibration device is coupled to the instrument by a stabilizing member that passes through the rigid body and is removably attached to the fiducial.

好ましくは、本校正装置は、校正装置と器具との間の連結状態を検出する連結感知機構をさらに備え、連結感知機構は、校正装置および器具それぞれに配置されている、一組の送信機および受信機または一組のマーカーおよびリーダーを少なくとも１つ含む。 Preferably, the calibration device further comprises a coupling sensing mechanism for detecting a coupling state between the calibration device and the instrument, the coupling sensing mechanism being a pair of transmitters and transmitters located on the calibration device and the instrument, respectively. At least one receiver or set of markers and readers.

好ましくは、校正装置が器具に連結するとき、器具に関連する空間センサシステムが校正される。 Preferably, the spatial sensor system associated with the instrument is calibrated when the calibration device is coupled to the instrument.

好ましくは、器具は複数のマニピュレータセンサを備える；校正装置が器具に連結するとき、器具のマニピュレータセンサが校正される。 Preferably, the instrument comprises a plurality of manipulator sensors; the manipulator sensors of the instrument are calibrated when the calibration device is coupled to the instrument.

好ましくは、器具に関連し、マニピュレータの運動状態を変更するコンピュータシステムによって生成される制御信号に従って、マニピュレータのデフォルトの運動状態から生成されるデフォルトの運動情報を、器具のツールの先端の位置を決定する計算基礎として利用する。 Preferably, default motion information generated from the default motion state of the manipulator is used to determine the position of the tool tip of the instrument according to a control signal associated with the instrument and generated by a computer system that changes the motion state of the manipulator. It is used as a basis for calculation to

好ましくは、本校正装置の剛体は、器具ホルダの一部として形成され、器具ホルダは器具の少なくとも一部に適合する構造を備える。 Preferably, the rigid body of the calibration device is formed as part of an instrument holder, the instrument holder comprising structure to fit at least part of the instrument.

本発明の別の実施形態は、コンピュータシステムによって実施される、コンピュータ支援手術用器具の校正方法を提供する。本校正方法は、（Ｓ１）器具に校正装置を連結するようにユーザを促す工程；（Ｓ２）校正装置が器具に適切に連結されているかを判断する工程；（Ｓ３）校正装置が器具に適切に連結されている場合は器具のマニピュレータのデフォルトの運動情報を生成し、校正装置が器具に適切に連結されていない場合は工程Ｓ１に戻る、工程；を含む。 Another embodiment of the invention provides a method for calibrating a computer-assisted surgical instrument implemented by a computer system. The calibration method includes (S1) prompting the user to connect the calibration device to the instrument; (S2) determining whether the calibration device is properly connected to the instrument; generating default motion information for the manipulator of the instrument if the calibration device is not properly coupled to the instrument, returning to step S1.

好ましくは、本校正装置は、剛体と、複数の安定化部材と、安定化部材と相補的であり、マニピュレータの反対側に配置されている複数の基準と、を含む。 Preferably, the calibration device includes a rigid body, a plurality of stabilizing members, and a plurality of fiducials complementary to the stabilizing members and located on opposite sides of the manipulator.

好ましくは、剛体を通過し、基準に取り外し可能に取り付けられている安定化部材によって校正装置が器具に連結するとき、マニピュレータの運動状態はデフォルトに設定される。 Preferably, the motion state of the manipulator is set to default when the calibration device is coupled to the instrument by means of a stabilizing member that passes through the rigid body and is removably attached to the fiducial.

好ましくは、本校正方法は、マニピュレータを調整して、マニピュレータの運動状態をデフォルトの運動状態に近づける工程をさらに含む。 Preferably, the calibration method further includes adjusting the manipulator to bring the motion state of the manipulator closer to the default motion state.

好ましくは、本校正方法は、マニピュレータを調整するようにユーザを促し、マニピュレータの運動状態をデフォルトの運動状態に近づける工程をさらに含む。 Preferably, the calibration method further includes prompting the user to adjust the manipulator to bring the motion state of the manipulator closer to the default motion state.

好ましくは、ユーザによって入力された確認信号の受信に従って、校正装置と器具との間の連結を判断する。 Preferably, the connection between the calibration device and the instrument is determined according to receipt of a confirmation signal entered by the user.

好ましくは、連結検知機構から送信される確認信号の受信に従って、校正装置と器具との間の連結を判断する。 Preferably, the connection between the calibration device and the instrument is determined according to receipt of the confirmation signal transmitted from the connection detection mechanism.

好ましくは、マニピュレータのデフォルトの運動情報を生成する工程は、デフォルトの運動情報に従って、器具に関連する空間センサシステムを校正する工程をさらに含む。 Preferably, generating default motion information for the manipulator further comprises calibrating a spatial sensor system associated with the instrument according to the default motion information.

好ましくは、器具は複数のマニピュレータセンサを備え；マニピュレータのデフォルトの運動情報を生成する工程は、デフォルトの運動情報に従って、器具の複数のマニピュレータセンサを校正する工程をさらに含む。 Preferably, the instrument comprises a plurality of manipulator sensors; generating the manipulator default motion information further comprises calibrating the plurality of manipulator sensors of the instrument according to the default motion information.

好ましくは、マニピュレータの運動状態を変更するコンピュータシステムによって生成される制御信号に従って、デフォルトの運動情報を、器具のツールの先端の位置を決定する計算基礎として利用する。 Preferably, default motion information is utilized as a computational basis for determining the position of the tool tip of the instrument, in accordance with control signals generated by a computer system that alters the motion state of the manipulator.

要約すると、本発明の様々な実施形態は、コンピュータ支援手術用器具のロボット制御マニピュレータの運動状態を校正し、マニピュレータのデフォルトの運動状態を画定して、ユーザが器具を操作しているときにコンピュータシステムが手術用器具の先端を追跡することを可能にする、操作し易い校正装置を提供する。校正装置及び方法は、コンピュータ支援手術の正確性および精度を効果的に改善する。 In summary, various embodiments of the present invention calibrate the motion states of a robotically controlled manipulator of a computer-assisted surgical instrument, define a default motion state for the manipulator, and allow the computer to operate while the user is manipulating the instrument. To provide an easy-to-operate calibration device that allows the system to track the tip of a surgical instrument. The calibration device and method effectively improve the accuracy and precision of computer-assisted surgery.

添付の図面は１つ以上の本発明の実施形態を示し、本明細書とともに、本発明の原理を説明する。できる限り、実施形態の同じまたは同様の要素を示すために、図面全体にわたって同じ符号が使用される。 The accompanying drawings illustrate one or more embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like elements of the embodiments.

一般的な慣行に従い、様々な説明した特徴は、一定の縮尺で描かれておらず、本開示に関連する特徴を強調するために描いている。同様の参照符号は、図面および本文全体を通して同様の要素を示す。 According to common practice, the various illustrated features are not drawn to scale, but are drawn to emphasize features relevant to the present disclosure. Like reference numerals denote like elements throughout the drawings and text.

本開示の実施形態による手術支援システムのブロック図である。1 is a block diagram of a surgical assistance system according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の実施形態による手術支援システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a surgical assistance system according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の実施形態による手術支援システムのハンドヘルド器具の斜視図である。1 is a perspective view of a handheld instrument of a surgical assistance system according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の実施形態による手術支援システムのハンドヘルド器具の側面図である。1 is a side view of a handheld instrument of a surgical assistance system according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の実施形態による手術支援システムのハンドヘルド器具のマニピュレータの側面図である。FIG. 12 is a side view of a handheld instrument manipulator of a surgical assistance system according to an embodiment of the present disclosure; 本開示の実施形態による手術支援システムのハンドヘルド器具の別のマニピュレータの側面図である。FIG. 11 is a side view of another manipulator of a handheld instrument of a surgical assistance system according to an embodiment of the present disclosure; 本発明の実施形態である手術支援システムのハンドヘルドの校正装置の斜視図である。1 is a perspective view of a handheld calibration device of a surgical assistance system that is an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態である手術支援システムのハンドヘルドの別の校正装置の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of another handheld calibration device of the surgical assistance system that is an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態である手術支援システムの動作状態の概略図である。1 is a schematic diagram of an operating state of a surgery assistance system that is an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態である手術支援システムの空間センサシステムの動作状態の概略図である。It is a schematic diagram of the operation state of the space sensor system of the surgical assistance system which is an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態である手術支援システムの手術方法のフローチャートである。It is a flow chart of a surgery method of a surgery support system which is an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態である手術支援システムの位置合わせプロセスのスナップの概略図である。FIG. 10 is a schematic of a snap of the alignment process of a surgical assistance system that is an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態である手術支援システムのハンドヘルド器具を校正する工程のフローチャートである。1 is a flowchart of steps for calibrating a handheld instrument of a surgical assistance system that is an embodiment of the present invention;

以下、本発明の様々な例示的な実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明をより完全に説明する。しかしながら、本発明は多くの様々な形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は本開示が徹底的かつ完全であり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。全体を通して、同様の参照番号は同様の要素を示す。 The present invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, which show various exemplary embodiments of the invention. This invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the disclosure to those skilled in the art. Like numbers refer to like elements throughout.

本明細書で使用する用語は特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用するように、単数形「a」、「an」および「the」は文脈が明確にそわないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。用語「含む（comprises）」および／もしくは「含む（comprising）」、または「含む（includes）」および／もしくは「含む（including）」、または「有する（has）」および／もしくは「有する（having）」を本明細書で使用する場合、説明した特徴、領域、整数、工程、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、領域、整数、工程、動作、要素、構成要素、および／またはその群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されるのであろう。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. The terms "comprises" and/or "comprising" or "includes" and/or "including" or "has" and/or "having" as used herein identifies the presence of the described features, regions, integers, steps, acts, elements and/or components but not one or more other features, regions, integers, steps, acts It will further be understood that it does not exclude the presence or addition of , elements, components and/or groups thereof.

用語「および／または」および「少なくとも１つ」は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意の組合せおよびすべての組合せを含むことが理解されるのであろう。第１、第２、第３などの用語は様々な要素、構成要素、領域、部品および／または部分を説明するために本明細書で使用され得るが、これらの要素、構成要素、領域、部品および／または部分はこれらの用語によって限定されるべきではないことも理解されるのであろう。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、部品または部分を、別の要素、構成要素、領域、層または部分と区別するためにのみ使用される。したがって、以下で説明する第１の要素、構成要素、領域、部品または部分は、本開示の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、または部分と呼ぶことができる。 It will be understood that the terms "and/or" and "at least one" include any and all combinations of one or more of the associated listed items. Although the terms first, second, third, etc. may be used herein to describe various elements, components, regions, parts and/or sections, these elements, components, regions, parts It will also be understood that and/or portions should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, region, part or section from another element, component, region, layer or section. Thus, a first element, component, region, part or section discussed below could be termed a second element, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present disclosure. .

他に定義されない限り、本明細書で使用するすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般に使用される辞書で定義される用語などの用語は、関連技術および本開示の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されない限り、理想的な意味または過度に正式的な意味で解釈されないことが理解されるのであろう。 Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Moreover, terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be construed as having a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art and this disclosure, and expressly herein Unless defined, it will be understood not to be construed in an idealized or overly formal sense.

図１および図２を参照する。本発明の実施形態において、外科手術前および外科手術における手術支援システム１０００は、電子モジュールおよびプロセッサ実行可能命令に連結した手術ハードウェアを含む。手術支援システム１０００は、器具システム１１００と、空間センサシステム１５００と、ユーザインターフェース１８００と、器具システム１１００、空間センサシステム１５００およびユーザインターフェース１８００に電気的に接続したコンピュータシステム１７００と、を含む。一実施形態において、手術支援システム１０００によって、ユーザ（例えば、外科医）は、ユーザインターフェース１８００を参照して、器具システム１１００によって対象（例えば、患者）に対して手術を行うことが可能になる。少なくとも１つの医療用イメージャ１９１０は、手術支援システム１０００と通信する。医療用イメージャは、対象の医用画像を取得し、その画像を手術支援システム１０００に送信するように構成される。空間センサシステム１５００は、対象および環境の空間情報を生成するように構成される。コンピュータシステム１７００は、医用画像に従って仮想解剖学的モデルを生成し、仮想解剖学的モデルに従って手術計画を生成し、空間センサシステム１５００から受信した空間情報に従って手術環境を追跡し、マニピュレータ１２１０の運動を制御またはマニピュレータの運動状態を変更するように構成される。ユーザインターフェース１８００は、解剖学的モデルを視覚化し、ユーザが手術計画に従って術野をナビゲートすることを可能にする。 Please refer to FIGS. In an embodiment of the present invention, pre-surgical and surgical support system 1000 includes surgical hardware coupled to electronic modules and processor-executable instructions. Surgical support system 1000 includes an instrument system 1100 , a spatial sensor system 1500 , a user interface 1800 , and a computer system 1700 electrically connected to instrument system 1100 , spatial sensor system 1500 and user interface 1800 . In one embodiment, surgical assistance system 1000 enables a user (eg, a surgeon) to refer to user interface 1800 to perform surgery on a subject (eg, patient) with instrument system 1100 . At least one medical imager 1910 communicates with surgical support system 1000 . The medical imager is configured to acquire medical images of the subject and transmit the images to the surgical support system 1000 . Spatial sensor system 1500 is configured to generate spatial information of objects and environments. The computer system 1700 generates a virtual anatomical model according to the medical images, generates a surgical plan according to the virtual anatomical model, tracks the surgical environment according to the spatial information received from the spatial sensor system 1500, and controls the movements of the manipulator 1210. It is configured to change the motion state of the control or manipulator. User interface 1800 visualizes the anatomical model and allows the user to navigate the surgical field according to the surgical plan.

図２に示すように、手術支援システム１０００の器具システム１１００は、対象に手術を施すハンドヘルド器具１２００を含む。一実施形態において、器具システム１１００が器具１２００に連結した支持アーム１４５０をさらに含み、ユーザの手にかかる重量負荷を低減し、手術中により多くの動作安定性を任意で提供してもよい。 As shown in FIG. 2, the instrument system 1100 of the surgical assistance system 1000 includes a handheld instrument 1200 for performing surgery on a subject. In one embodiment, instrument system 1100 may further include a support arm 1450 coupled to instrument 1200 to reduce weight bearing on the user's hand and optionally provide more operational stability during surgery.

図３および図４を参照する。一実施形態によると、ハンドヘルド器具１２００は、ツール１２５０と、ツール設置台１２６０と、マニピュレータ１２１０と、器具ハウジング１２８０と、を含む。ツール１２５０は、対象の身体部分の解剖学的表面に接触または改変するように構成される。ツール設置台１２６０にツール１２５０の一端およびマニピュレータ１２１０が連結し、ツール１２５０がマニピュレータ１２１０に安定して連結される。マニピュレータ１２１０は、ツール１２５０の位置および方向を操作するコンピュータシステム１７００によって制御される機構である。器具ハウジング１２８０はマニピュレータ１２１０に連結し、マニピュレータ１２１０の少なくとも一部を収容し、手術支援システムの動作中にユーザが器具１２００を保持および操作することを可能にする１つ以上のハンドル１２８４を提供する。 See FIGS. 3 and 4. FIG. According to one embodiment, handheld instrument 1200 includes tool 1250 , tool mount 1260 , manipulator 1210 and instrument housing 1280 . Tool 1250 is configured to contact or modify an anatomical surface of a body part of interest. One end of the tool 1250 and the manipulator 1210 are connected to the tool mounting base 1260, and the tool 1250 is stably connected to the manipulator 1210. Manipulator 1210 is a mechanism controlled by computer system 1700 that manipulates the position and orientation of tool 1250 . An instrument housing 1280 couples to the manipulator 1210, houses at least a portion of the manipulator 1210, and provides one or more handles 1284 that allow a user to hold and manipulate the instrument 1200 during operation of the surgical support system. .

一実施形態において、ツール１２５０は、対象の解剖学的部位に接触するかまたは評価し、解剖学的部位の構造または状態を検出するプローブまたはインジケータであってもよい。ツール１２５０はドリルビット、バー、キュレット、のこぎり、スクリュードライバ、または、ドリル、ミル加工、切削、またはスクラップによって解剖学的部位の組織の一部を改変または除去する外科医学において一般に使用される他のツールであってもよい。いくつかの実施形態において、ツール１２５０が表面マッチングの位置合わせを実行する機械的、光学的、または超音波プローブである。ツールは、剛性プローブ、圧力センサ、圧電センサ、エラストマーセンサ、光学カメラ、レーザスキャナ、または超音波スキャナであってもよいが、これらに限定されない。 In one embodiment, tool 1250 may be a probe or indicator that contacts or assesses an anatomical region of interest to detect structures or conditions in the anatomical region. Tool 1250 may be a drill bit, bur, curette, saw, screwdriver, or other commonly used in surgery to modify or remove portions of tissue at an anatomical site by drilling, milling, cutting, or scraping. It can be a tool. In some embodiments, tool 1250 is a mechanical, optical, or ultrasonic probe that performs surface matching registration. The tool may be, but is not limited to, a rigid probe, pressure sensor, piezoelectric sensor, elastomeric sensor, optical camera, laser scanner, or ultrasonic scanner.

一実施形態において、ツール設置台１２６０は、ツール１２５０と、マニピュレータ１２１０のロボット制御プラットフォーム１２３０の第１の側面とに連結される。ツール設置台１２６０は、ツールアダプタ１２６５と、ツールアダプタ１２６５に連結したモータ１２７０と、を含む。ツールアダプタ１２６５は、クランプ、または、ツール１２５０の一端を保持し、操作中のツールの転位を回避する他の固定構造であってもよい。モータ１２７０は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して直線力（linear force）または回転力を生成し、ツール１２５０を駆動させる、直流（ＤＣ）モータまたは交流（ＡＣ）モータであってもよい。代替の実施形態において、モータを器具の後端に配置し、器具の操作中のマニピュレータ１２１０にかかる負荷を低減し、ユーザのアーゴノミクスを改善するために器具１２００の重量を再分配してもよい。さらに、図５および図６に示すように、ツール設置台１２６０は、プラットフォーム１２３０の第１の側面に連結され、手術中にツール１２５０によって維持される力および／またはトルクを検出する、力センサ１２３５をさらに含んでいてもよい。他の実施形態において、力センサ１２３５が器具のプローブまたはツールに配置されていてもよい。代替的に、器具１２００は、プローブまたはツールに配置されている別の力センサ（図示せず）をさらに含んでいてもよい。力センサは、歪みゲージ、力感応抵抗器、圧力変換器、圧電センサ、電気活性ポリマー、または光ファイバ曲げセンサであってもよいが、これらに限定されない。 In one embodiment, tool mount 1260 is coupled to tool 1250 and a first side of robotic control platform 1230 of manipulator 1210 . Tool mount 1260 includes tool adapter 1265 and motor 1270 coupled to tool adapter 1265 . Tool adapter 1265 may be a clamp or other fixed structure that holds one end of tool 1250 and avoids dislocation of the tool during operation. Motor 1270 may be a direct current (DC) or alternating current (AC) motor that converts electrical energy into mechanical energy to produce linear or rotational force to drive tool 1250 . In an alternative embodiment, the motor may be placed at the rear end of the instrument to reduce the load on the manipulator 1210 during instrument manipulation and redistribute the weight of the instrument 1200 to improve ergonomics for the user. . 5 and 6, tool mount 1260 is coupled to a first side of platform 1230 and detects force and/or torque maintained by tool 1250 during surgery, force sensor 1235. may further include In other embodiments, the force sensor 1235 may be located on the instrument probe or tool. Alternatively, instrument 1200 may further include another force sensor (not shown) located on the probe or tool. Force sensors may be, but are not limited to, strain gauges, force sensitive resistors, pressure transducers, piezoelectric sensors, electroactive polymers, or fiber optic bend sensors.

一実施形態において、マニピュレータ１２１０が台１２２０と、ツール設置台１２６０に連結されているプラットフォーム１２３０と、ツール１２５０から離れたプラットフォーム１２３０の第２の側面およびプラットフォーム１２３０に面する台１２２０の第１の側面に取り付けられた複数のジョイント１２４５ａ、１２４５ｂと、プラットフォーム１２３０から離れた台１２２０の第２の側面上の台１２２０に連結されている複数のアクチュエータ１２４０と、を含む。図４に示すように、台１２２０は、器具ハウジング１２８０上に固定してもよく、または器具ハウジング内に収容されてもよい。マニピュレータ１２１０は高空間効率および高操縦性のために、６自由度（ＤＯＦ）を有するスチュワートマニピュレータなどの平行マニピュレータであってもよい。加えて、好ましくは、マニピュレータがステンレス鋼または炭素繊維で作られ、マニピュレータ１２１０が手術中に対象に接触するツール１２５０から生成される力および／またはトルクに対して十分な持続性を有することを可能にする特定の機械的構造にマニピュレータが配置されている。 In one embodiment, the manipulator 1210 is coupled to a base 1220, a platform 1230 coupled to a tool mount 1260, a second side of the platform 1230 away from the tool 1250 and a first side of the base 1220 facing the platform 1230. and a plurality of actuators 1240 coupled to the platform 1220 on a second side of the platform 1220 remote from the platform 1230 . As shown in FIG. 4, the platform 1220 may be fixed on the instrument housing 1280 or contained within the instrument housing. Manipulator 1210 may be a parallel manipulator such as a Stewart manipulator with 6 degrees of freedom (DOF) for high spatial efficiency and maneuverability. In addition, the manipulators are preferably made of stainless steel or carbon fiber to allow the manipulators 1210 to have sufficient durability to the forces and/or torques generated from the tools 1250 contacting the object during surgery. A manipulator is placed on a specific mechanical structure that

一実施形態において、マニピュレータ１２１０のジョイントは、回転ジョイント、プリズムジョイント、球形ジョイント、自在ジョイント、シリンダジョイント、または所望のＤＯＦを可能にするこれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。図５および図６に例示するように、６つのＤＯＦを有する一般的なスチュワートプラットフォームを有するマニピュレータ１２１０は、マニピュレータ１２１０の広範囲の運動および様々な運動状態を可能にするために、自在ジョイント１２４６および球形ジョイント１２４７を含んでいてもよい。マニピュレータ１２１０は複数のコネクタをさらに含んでいてもよい。各コネクタは少なくとも１つジョイント（ジョイント１２４５ａまたは／およびジョイント１２４５ｂ）を含む。他の実施形態において、器具１２００は、台１２２０に対するジョイントの回転角度を検出する角度センサ（図示せず）などの１つ以上のマニピュレータセンサをさらに含んでいてもよい。 In one embodiment, the joints of manipulator 1210 may be, but are not limited to, rotary joints, prismatic joints, spherical joints, universal joints, cylindrical joints, or any combination thereof that allows for the desired DOF. . As illustrated in FIGS. 5 and 6, a manipulator 1210 having a typical Stewart platform with six DOFs includes a universal joint 1246 and a spherical joint 1246 to allow a wide range of motion of the manipulator 1210 and various motion states. A joint 1247 may be included. Manipulator 1210 may further include a plurality of connectors. Each connector includes at least one joint (joint 1245a or/and joint 1245b). In other embodiments, instrument 1200 may further include one or more manipulator sensors, such as angle sensors (not shown) that detect the rotation angle of the joint with respect to platform 1220 .

一実施形態において、ジョイントの反対側の台１２２０に連結されているマニピュレータ１２１０のアクチュエータ１２４０がジョイントを駆動し、コネクタがあれば、コンピュータシステム１７００から送信された制御信号に従って移動するように構成される。代替実施形態において、アクチュエータ１２４０およびジョイントが台１２２０と同じ側に配置されていてもよい。図６に例示するように、アクチュエータ１２４０は台１２２０とプラットフォーム１２３０との間に配置され、アクチュエータ１２４０の各々は、自在ジョイント１２４６および球形ジョイント１２４７によって接合されている。高精度および強持続性のために、複数のアクチュエータ１２４０はリニアアクチュエータであってもよい。いくつかの実施形態において、器具１２００のマニピュレータセンサは、アクチュエータ１２４０のそれぞれの長さを検出する１つ以上の変位センサ（図示せず）をさらに含んでいてもよい。 In one embodiment, an actuator 1240 of the manipulator 1210 coupled to a platform 1220 on the opposite side of the joint drives the joint, if any, and is configured to move according to control signals sent from the computer system 1700. . In alternate embodiments, actuator 1240 and joints may be located on the same side as platform 1220 . As illustrated in FIG. 6, actuators 1240 are positioned between platform 1220 and platform 1230 and each actuator 1240 is joined by universal joint 1246 and spherical joint 1247 . For high accuracy and robustness, actuators 1240 may be linear actuators. In some embodiments, the manipulator sensors of instrument 1200 may further include one or more displacement sensors (not shown) that detect the length of each of actuators 1240 .

再び図３および図４を参照する。一実施形態において、マニピュレータ１２１０を収容し、ハンドルを提供することに加えて、器具ハウジング１２８０は、ユーザがツール１２５０の動作を誘導、停止もしくは調整し、または器具１２００の他の機能を実行することを可能にするための制御モジュール１２８２をさらに含んでいてもよい。 Please refer to FIGS. 3 and 4 again. In one embodiment, in addition to housing the manipulator 1210 and providing a handle, the instrument housing 1280 allows the user to guide, stop or adjust the motion of the tool 1250 or perform other functions of the instrument 1200. may further include a control module 1282 for enabling the

一実施形態において、ハンドヘルド器具１２００は、器具ハウジング１２８０に関するマニピュレータ１２１０の運動状態を校正するように構成された校正装置１３００と共に使用して、器具１２００の幾何学的正確性を確保してもよい。 In one embodiment, handheld instrument 1200 may be used with calibration device 1300 configured to calibrate the motion state of manipulator 1210 with respect to instrument housing 1280 to ensure geometric accuracy of instrument 1200 .

図７を参照する。一実施形態において、器具１２００は、器具１２００のマニピュレータ１２１０の運動状態を校正し、デフォルトの運動状態を確定するように構成された校正装置１３００と共に使用して、器具１２００の幾何学的精度を確保し、外科手術中のツール１２５０の先端の追跡を可能にする。図７に示すように、校正装置１３００は、剛体１３１０と、複数の安定化部材１３３０、１３５０と、器具１２００のマニピュレータ１２１０の反対側に配置されている複数の基準と、を含んでいてもよい。例えば、基準は、台１２２０または器具ハウジング１２８０上に配置されている台側基準１３３９と、プラットフォーム１２３０またはツール設置台１２６０に配置されているプラットフォーム側基準１３５９と、を含んでいてもよい。安定化部材１３３０、１３５０、ならびに台側およびプラットフォーム側基準１３３９、１３５９は、構造的または機械的に互いに相補的であるボルト、ピン、くぼみ、バックル、フックおよびループファスナ、磁石または接着剤であってもよい。剛体１３１０を通過し、基準１３３９、１３５９に取り外し可能に取り付けられている安定化部材１３３０、１３５０によって校正装置１３００が器具１２００に連結するとき、マニピュレータ１２１０の運動状態はデフォルトに設定される。言い換えれば、器具１２００に連結されると、剛体１３１０はマニピュレータ１２１０のプラットフォーム１２３０の移動を拘束し、プラットフォーム１２３０はマニピュレータ１２１０の台１２２０からデフォルト方向における一定の距離だけ離間される。 Please refer to FIG. In one embodiment, the instrument 1200 is used with a calibration device 1300 configured to calibrate the motion state of the manipulators 1210 of the instrument 1200 and establish a default motion state to ensure the geometric accuracy of the instrument 1200. , allowing tracking of the tip of the tool 1250 during surgery. As shown in FIG. 7, the calibration device 1300 may include a rigid body 1310, a plurality of stabilizing members 1330, 1350, and a plurality of datums located on opposite sides of the manipulator 1210 of the instrument 1200. . For example, the datums may include pedestal datums 1339 located on pedestal 1220 or instrument housing 1280 and platform side datums 1359 located on platform 1230 or tool mount 1260 . Stabilizing members 1330, 1350 and platform side and platform side datums 1339, 1359 may be structurally or mechanically complementary bolts, pins, dimples, buckles, hook and loop fasteners, magnets or adhesives. good too. When calibration device 1300 is coupled to instrument 1200 by stabilizing members 1330, 1350 that pass through rigid body 1310 and are removably attached to datums 1339, 1359, the motion state of manipulator 1210 is set to default. In other words, when coupled to instrument 1200, rigid body 1310 constrains movement of platform 1230 of manipulator 1210, and platform 1230 is spaced from base 1220 of manipulator 1210 by a fixed distance in the default direction.

別の実施形態において、校正装置１３００は、校正装置１３００と器具１２００との間の連結状態を検出する連結感知機構をさらに含み得る。連結感知機構は、校正装置１３００および器具１２００上にそれぞれ配置されている少なくとも一組の送信機および受信機または一組のマーカーおよびリーダーを含み得るが、これらに限定されない。例えば、校正装置１３００が器具１２００に適切に連結されたときに無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダーがＲＦＩＤラベルを検出するように、一組の送信機および受信機の各々は、校正装置１３００および器具１２００上にそれぞれ配置されているＲＦＩＤラベルおよびＲＦＩＤリーダーを含んでいてもよい。同様に、一組のマーカーおよびリーダーの各々は、光学マーカーと、光学マーカーを認識するように構成されたカメラと、を含んでいてもよい。 In another embodiment, calibration device 1300 may further include a connection sensing mechanism that detects a connection state between calibration device 1300 and instrument 1200 . Coupling sensing mechanisms may include, but are not limited to, at least one set of transmitters and receivers or one set of markers and readers located on calibration device 1300 and instrument 1200, respectively. For example, a pair of transmitters and receivers each connect calibration device 1300 and instrument 1200 so that a radio frequency identification (RFID) reader detects an RFID label when calibration device 1300 is properly coupled to instrument 1200. It may include an RFID label and an RFID reader respectively disposed thereon. Similarly, each of the set of markers and readers may include an optical marker and a camera configured to recognize the optical marker.

図８を参照する。本発明の実施形態において、表面上に立つことができるか、または手術環境内の物体に連結させることができる器具ホルダ１３９０の一部として剛体１３１０を形成させてもよい。器具ホルダ１３９０はまた、器具１２００が使用されていないときに器具ホルダ１３９０上に立つかまたは静止することを可能にするように、器具１２００の少なくとも一部に適合する構造を含み得る。別の実施形態において、校正装置１３００は、マニピュレータ１２１０またはアクチュエータ１２４０の安定化および保護のために、マニピュレータ１２１０またはアクチュエータ１２４０を収容する容器構造（図示せず）をさらに含んでいてもよい。 Please refer to FIG. In embodiments of the present invention, rigid body 1310 may be formed as part of an instrument holder 1390 that can stand on a surface or be coupled to objects in the surgical environment. Instrument holder 1390 may also include structure that conforms to at least a portion of instrument 1200 to allow instrument 1200 to stand or rest on instrument holder 1390 when not in use. In another embodiment, calibration device 1300 may further include a container structure (not shown) that houses manipulator 1210 or actuator 1240 for stabilization and protection of manipulator 1210 or actuator 1240 .

図９を参照する。器具１２００は、特に最小侵襲手術において、トロカール１４００と共に使用して、関心のある解剖学的部位に到達するための、器具１２００のツール１２５０用の身体への入口を提供してもよい。代替の実施形態において、トロカール１４００をマニピュレータ１２１０のプラットフォーム１２３０に取り外し可能に連結し、トロカール１４００およびツール１２５０を解剖学的部位に同時進入させることを可能にしてもよい。 See FIG. Instrument 1200 may be used in conjunction with trocar 1400, particularly in minimally invasive surgery, to provide a body entry for tools 1250 of instrument 1200 to reach anatomical sites of interest. In an alternative embodiment, trocar 1400 may be removably coupled to platform 1230 of manipulator 1210 to allow simultaneous entry of trocar 1400 and tool 1250 into an anatomical site.

ここで、図１０を参照する。本発明の実施形態によれば、手術支援システム１０００の空間センサシステム１５００は、少なくとも１つのターゲット物体の空間情報（例えば、位置および方向）を検出して追跡することを可能にするように構成される。空間センサシステムは、ターゲット物体に取り外し可能に取り付けられた少なくとも１つの空間マーカーフレーム１５５０と、空間マーカーフレーム１５５０から送信された信号を受信する少なくとも１つのカメラを有する空間センサ１５１０と、を含む。 Reference is now made to FIG. According to embodiments of the present invention, spatial sensor system 1500 of surgical assistance system 1000 is configured to enable detection and tracking of spatial information (eg, position and orientation) of at least one target object. be. The spatial sensor system includes at least one spatial marker frame 1550 removably attached to the target object and a spatial sensor 1510 having at least one camera that receives signals transmitted from the spatial marker frame 1550.

図９および図１０に例示するように、ターゲット物体は、器具１２００、トロカール１４００、または選択した解剖学的部位であり得る。一実施形態において、空間マーカーフレーム１５５０は、電磁信号、音波、熱または他の知覚可能な信号を発する複数のマーカー１５５５と、マーカー１５５５を保持するターゲット物体に取り外し可能に取り付けられたアダプタ１５６０と、を含む。アダプタにより、ターゲット物体を空間センサ１５１０によって追跡可能になる。別の実施形態において、空間センサシステム１５００は、空間センサ１５１０上または所定の位置に配置されている信号生成器（図示せず）をさらに含んでいてもよい。その結果、マーカー１５５５による信号伝送は能動的または受動的であってもよい。言い換えれば、マーカー１５５５によって発せられる信号はマーカー球によって生成されてもよく、または、マーカー１５５５を反射材料で覆い、信号生成器によって生成される信号をマーカー１５５５によって空間センサ１５１０に反射させてもよい。 As illustrated in FIGS. 9 and 10, the target object can be instrument 1200, trocar 1400, or a selected anatomical site. In one embodiment, spatial marker frame 1550 includes a plurality of markers 1555 that emit electromagnetic, sonic, thermal, or other perceptible signals, an adapter 1560 removably attached to a target object holding markers 1555; including. The adapter allows the target object to be tracked by spatial sensor 1510 . In another embodiment, spatial sensor system 1500 may further include a signal generator (not shown) located on or at a predetermined location on spatial sensor 1510 . As a result, signaling by marker 1555 may be active or passive. In other words, the signal emitted by the marker 1555 may be generated by the marker sphere, or the marker 1555 may be covered with a reflective material and the signal generated by the signal generator may be reflected by the marker 1555 to the spatial sensor 1510. .

一実施形態において、空間センサ１５１０によって受信された信号はコンピュータシステム１７００に送信され、三角測量または他の変換アルゴリズムによって、検出された空間の座標系およびターゲット物体の空間情報に変換される。さらに、図１０に例示するように、空間マーカーフレーム１５５０のマーカー１５５５は特定のパターンでアダプタ１５６０上に配置されていてもよい。したがって、コンピュータシステム１７７０は、それに応じたターゲット物体の方向情報を生成することが可能になる。コンピュータシステム１７００は、空間情報および方向情報に従って制御信号を生成し、器具１２００のマニピュレータ１２１０の移動を制御またはマニピュレータの運動状態を変更してもよい。または、コンピュータシステムは、ユーザインターフェース１８００上に示される命令を生成し、器具１２００を指定された位置または方向に移動させるようにユーザを促してもよい。 In one embodiment, the signals received by the spatial sensor 1510 are transmitted to the computer system 1700 and transformed by triangulation or other transformation algorithm into the detected spatial coordinate system and spatial information of the target object. Further, as illustrated in FIG. 10, markers 1555 of spatial marker frame 1550 may be arranged on adapter 1560 in a particular pattern. Accordingly, computer system 1770 is enabled to generate directional information for the target object accordingly. Computer system 1700 may generate control signals according to the spatial and directional information to control the movement of manipulator 1210 of instrument 1200 or change the motion state of the manipulator. Alternatively, the computer system may generate instructions shown on user interface 1800 to prompt the user to move instrument 1200 to a specified position or orientation.

ツール１２５０の先端の位置は、空間センサシステム１５００によって追跡可能であってもよい。具体的には、ツール先端とマニピュレータ１２１０のプラットフォーム１２３０との間の距離が既知である場合、ユーザは空間マーカーフレーム１５５０をプラットフォーム１２３０に配置し、空間センサシステム１５００がプラットフォーム１２３０の位置および方向を追跡することを可能にし、ツール１２５０の先端の位置を取得してもよい。 The position of the tip of tool 1250 may be trackable by spatial sensor system 1500 . Specifically, if the distance between the tool tip and the platform 1230 of the manipulator 1210 is known, the user places the spatial marker frame 1550 on the platform 1230 and the spatial sensor system 1500 tracks the position and orientation of the platform 1230. and obtain the position of the tip of tool 1250 .

本発明の実施形態によれば、手術支援システム１０００のコンピュータシステム１７００は、プロセッサおよび記憶ユニットを含む。プロセッサは、汎用プロセッサ、特定用途向け命令セットプロセッサ、またはストレージユニットもしくは他のデータストリームなどのデータソース上で操作を実行する特定用途向け集積回路であってもよい。例えば、プロセッサは、ＡＲＭベースプロセッサまたは８０８６ｘプロセッサである。いくつかの実施形態において、プロセッサが複数のデジタルまたはアナログ入力／出力をさらに含み、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）プロセッサであってもよい。記憶ユニットは、コンピュータシステムにおいて即座に使用するために、プロセッサによって割り当てられたデジタルデータを記憶してもよい。記憶ユニットは、フラッシュメモリ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルリードオンリメモリ（ＰＲＯＭ）、および消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）などの揮発性、またはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）およびスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）などの不揮発性であってもよい。 According to an embodiment of the present invention, computer system 1700 of surgical assistance system 1000 includes a processor and a memory unit. A processor may be a general purpose processor, an application specific instruction set processor, or an application specific integrated circuit that performs operations on data sources such as storage units or other data streams. For example, the processor is an ARM-based processor or an 8086x processor. In some embodiments, the processor further includes multiple digital or analog inputs/outputs and may be a real-time operating system (RTOS) processor. The storage unit may store digital data assigned by the processor for immediate use in the computer system. The storage units include volatile or dynamic random access memory (DRAM) and static random access memory such as flash memory, read only memory (ROM), programmable read only memory (PROM), and erasable programmable read only memory (EPROM). It may be non-volatile such as (SRAM).

一実施形態によれば、ユーザインターフェース１８００は、ユーザに情報を提示する少なくとも１つの出力装置と、少なくとも１つの入力装置と、を含む。ユーザインターフェース１８００によって提示される情報は、手術計画、２次元（２Ｄ）または３Ｄの再構成画像、２Ｄまたは３Ｄのドリリング状態（例えば、ツールの位置、角度、深さ、または曲げ）、ツールの補償範囲、ユーザガイダンス、警告領域、手術計画からのツール偏向の通知、およびツールの力持続可能限界の通知を含んでいてもよいが、これらに限定されない。出力装置はディスプレイ、光インジケータ、または他の視覚的手段であってもよい。代替的に、出力装置はスピーチシンセサイザもしくは他のオーディオ手段であってもよく、またはスピーチシンセサイザもしくは他のオーディオ手段をさらに含んでもよい。入力装置はユーザによって入力されたコマンドを電気信号に変換することができる。入力装置は、ペダル、キーボード、マウス、タッチパネル、音声認識インターフェース、またはジェスチャ認識インターフェースであってもよい。 According to one embodiment, user interface 1800 includes at least one output device and at least one input device for presenting information to a user. Information presented by user interface 1800 may include surgical plans, two-dimensional (2D) or 3D reconstructed images, 2D or 3D drilling conditions (e.g., tool position, angle, depth, or bend), tool compensation, It may include, but is not limited to, range, user guidance, warning regions, notification of tool deviation from surgical plan, and notification of tool force sustainability limit. The output device may be a display, light indicator, or other visual means. Alternatively, the output device may be a speech synthesizer or other audio means, or may further include a speech synthesizer or other audio means. An input device can convert a command input by a user into an electrical signal. The input device may be a pedal, keyboard, mouse, touch panel, voice recognition interface, or gesture recognition interface.

図１１を参照する。本発明の実施形態によれば、手術支援システム１０００によってコンピュータ支援手術を実行する方法は、（Ｓ１１０）医療用イメージャ１９１０から複数の医用画像を受信する工程と、（Ｓ１２０）医用画像に従って３次元仮想解剖学的モデルを生成する工程と、（Ｓ１３０）仮想解剖学的モデル上の関心のある位置を示すようにユーザを促す工程と、（Ｓ１４１）医用画像から得られた仮想解剖学的モデル、指示位置、ならびに生理学的および／または病理学的情報に従って手術計画を生成する工程と、（Ｓ１６０）手術計画に従って手術を開始するようにユーザを促す工程と、（Ｓ１７０）手術中にユーザを支援する工程と、を含む。 Please refer to FIG. According to an embodiment of the present invention, a method of performing computer-assisted surgery by a surgical assistance system 1000 includes (S110) receiving a plurality of medical images from a medical imager 1910; generating an anatomical model; (S130) prompting a user to indicate locations of interest on the virtual anatomical model; (S141) virtual anatomical model derived from medical images; Generating a surgical plan according to location and physiological and/or pathological information; (S160) prompting a user to initiate surgery according to the surgical plan; and (S170) assisting the user during surgery. and including.

工程Ｓ１１０において、医療用イメージャ１９１０は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナ、またはスキャンされた対象の連続した断面画像を取得することができる他の一般的に使用される医療用イメージング機器であってもよい。好ましい実施形態において、図１２に示すように、マーカーパッチ１６００は医用画像が撮影されるときに、意図された外科的部位の近くで対象に取り付けられ、外科的環境の位置決めを容易にする。具体的には、マーカーパッチ１６００は、空間センサシステムの空間センサ１５１０によって検出可能な少なくとも１つのマーカー１５５５と、医療用イメージャ１９１０によって撮影された画像上にマーキングを生じさせる複数の基準マーカー１６１０と、を含んでいてもよい。基準マーカー１６１０は、鉛、鉄、カルシウム、または他の放射線不透過性金属で作製されていてもよい。したがって、図１２に例示するように、医用画像を撮影するときにマーカーパッチ１６００が対象に取り付けられる場合、得られる仮想解剖学的モデル２１１０は、基準マーカー１６１０に対応する複数の放射線不透過性スポットを含むことになる。 In step S110, the medical imager 1910 is a computed tomography (CT) scanner, magnetic resonance imaging (MRI) scanner, or other commonly used scanner capable of acquiring serial cross-sectional images of the scanned subject. It may be a medical imaging device. In a preferred embodiment, as shown in FIG. 12, a marker patch 1600 is attached to the subject near the intended surgical site when medical images are taken to facilitate positioning of the surgical environment. Specifically, marker patch 1600 includes at least one marker 1555 detectable by spatial sensor 1510 of the spatial sensor system, a plurality of fiducial markers 1610 that produce markings on images taken by medical imager 1910, may contain Fiducial marker 1610 may be made of lead, iron, calcium, or other radiopaque metal. Thus, as illustrated in FIG. 12, when marker patches 1600 are attached to a subject when taking medical images, the resulting virtual anatomical model 2110 consists of a plurality of radiopaque spots corresponding to fiducial markers 1610. will include

別の実施形態において、対象の表面輪郭の変化によって引き起こされる信号の不一致を回避するために、マーカーパッチ１６００上のマーカー１５５５を基準マーカー１６１０と同心円状に配置させてもよい。または、マーカーパッチ１６００を、空間センサシステム１５１０によって光学的に読み取り可能であり、医療用イメージャ装置１９１０に対して放射線不透過性である材料と共に配置させて、取得した信号間の高一貫性を確保してもよい。 In another embodiment, markers 1555 on marker patch 1600 may be placed concentrically with fiducial markers 1610 to avoid signal discrepancies caused by changes in the surface contour of the object. Alternatively, the marker patch 1600 can be optically readable by the spatial sensor system 1510 and placed with a material that is radiopaque to the medical imager device 1910 to ensure high consistency between acquired signals. You may

再び図１１を参照する。工程Ｓ１３０において、ユーザインターフェース１８００を介して仮想解剖学的モデル２１１０上の１つ以上の関心部位を示すように、ユーザは促される。関心部位は、意図された手術部位または特定の解剖学的ランドマークまたは表面特徴を含んでもよい。ユーザはまた、仮想解剖学的モデル上の特定のランドマークまたは表面特徴をラベルまたは画定することができる。工程Ｓ１４１において、本方法によって生成された外科手術計画は、ツール進入位置と角度、計画ドリリングの深さと経路、ツールの提案種類、およびスクリューの提案種類などの手術詳細を含んでいてもよい。 Please refer to FIG. 11 again. At step S 130 , the user is prompted via user interface 1800 to indicate one or more regions of interest on virtual anatomical model 2110 . A site of interest may include an intended surgical site or a particular anatomical landmark or surface feature. The user can also label or define specific landmarks or surface features on the virtual anatomical model. In step S141, the surgical plan generated by the method may include surgical details such as tool entry position and angle, planning drilling depth and path, proposed type of tool, and proposed type of screw.

工程１６０において、手術計画が生成された後、コンピュータシステム１７００は、手術計画に従って手術を開始するようにユーザを促す。ユーザは、手術が始まる前に手術計画を調整または編集することができる。工程Ｓ１７０において、手術支援システム１０００は、空間センサシステムによって検出されたツールの空間情報に従ってマニピュレータ１２１０の運動状態を調整することによって、計画された手術中にユーザを支援し、ユーザインターフェース１８００を介してユーザに通知する。さらに、いくつかの実施形態において、外科手術中に医療画像を撮影して、穿孔された経路の位置、角度、および深さを監視して、外科手術計画の遵守を確実にし、新しい外科手術計画を再画定する必要性または器具を再校正する必要性を判断するのを支援する。 At step 160, after the surgical plan is generated, computer system 1700 prompts the user to begin surgery according to the surgical plan. The user can adjust or edit the surgical plan before surgery begins. In step S170, the surgical assistance system 1000 assists the user during the planned surgery by adjusting the motion state of the manipulator 1210 according to the spatial information of the tool detected by the spatial sensor system, and through the user interface 1800. Notify users. Additionally, in some embodiments, medical images are taken during the surgical procedure to monitor the position, angle, and depth of the drilled path to ensure adherence to the surgical plan and to provide new surgical plans. , or to determine the need to recalibrate the instrument.

工程Ｓ１３０において、ユーザが仮想解剖学的モデルにおける関心位置を選択した後、一実施形態の方法は、（Ｓ１５１）対象の解剖学的部位上の複数のサンプリングポイントの表面情報を取得する工程と、（Ｓ１５２）仮想解剖学的モデルに表面情報を割り当てて、仮想解剖学的モデルを、空間センサシステム１５００によって取得された空間情報を参照することによって確立された座標系の位置と合わせる工程と、をさらに含んでいてもよい。 After the user selects a location of interest in the virtual anatomical model in step S130, the method of an embodiment includes (S151) acquiring surface information for a plurality of sampling points on the anatomical region of interest; (S152) assigning surface information to the virtual anatomical model to align the virtual anatomical model with a coordinate system established by referencing the spatial information acquired by the spatial sensor system 1500; It may contain further.

図１３を参照する。本発明の実施形態は、器具１２００のマニピュレータ１２１０の運動状態を校正し、マニピュレータ１２１０のデフォルトの運動状態を画定する、コンピュータシステム１７００によって実行される校正方法を提供する。本校正方法は、工程Ｓ１３０においてユーザが関心のある位置を示した後、もしくは工程Ｓ１６０においてユーザが手術を開始する前に、手術前に実行してもよく、またはユーザがマニピュレータ１２１０を再校正する必要性を感じたときに手術中に実行してもよい。本校正方法は、（Ｓ２１０）校正装置１３００の剛体１３１０に安定化部材１３３０、１３５０を通過させ、安定化部材１３３０、１３５０をそれぞれ器具１２００上の台側基準１３３９およびプラットフォーム側基準１３５９に取り付けることによって、校正装置１３００を器具１２００に連結するようにユーザを促す工程と、（Ｓ２２０）校正装置１３００が器具１２００に適切に連結されているかどうかを判断する工程と、（Ｓ２３０）校正装置１３００が器具１２００に適切に連結されている場合にマニピュレータ１２１０のデフォルトの運動情報を生成する工程と、を含む。 Please refer to FIG. Embodiments of the present invention provide a calibration method executed by computer system 1700 for calibrating the motion state of manipulator 1210 of instrument 1200 and defining a default motion state for manipulator 1210 . The calibration method may be performed pre-operatively, after the user indicates the location of interest in step S130, or before the user begins surgery in step S160, or the user re-calibrates the manipulator 1210. It may be performed during surgery when the need is felt. The calibration method is performed by (S210) passing the stabilizing members 1330, 1350 through the rigid body 1310 of the calibration apparatus 1300 and attaching the stabilizing members 1330, 1350 to the table side reference 1339 and the platform side reference 1359, respectively, on the instrument 1200. (S220) determining whether the calibration device 1300 is properly coupled to the instrument 1200; and generating default motion information for manipulator 1210 when properly coupled to .

一実施形態では、工程２１０において、マニピュレータ１２１０をデフォルトの運動状態と同様の運動状態に予め調整し、校正装置１３００と器具１２００との連結を容易にしてもよい。言い換えると、工程２１０の前に、本校正方法はさらに、（Ｓ２０１）マニピュレータ１２１０の運動状態がデフォルトの運動状態に近づけるようにマニピュレータを調整する工程を含み得る。いくつかの実施形態において、マニピュレータ１２１０をユーザによって手動で調整してもよい。換言すれば、工程Ｓ２１０の前に、本校正方法はマニピュレータ１２１０の運動状態をデフォルトの運動状態に近づけるようにマニピュレータを調整するようにユーザを促す工程をさらに含んでいてもよい。さらに、工程Ｓ２０１はまた、手術支援システム１０００のシャットダウンの前、または器具１２００を器具ホルダ１３９０上に配置する前に実行してもよい。 In one embodiment, at step 210, manipulator 1210 may be pre-adjusted to a motion state similar to the default motion state to facilitate coupling between calibration device 1300 and instrument 1200. FIG. In other words, before step 210, the calibration method may further include (S201) adjusting the manipulator 1210 so that the motion state of the manipulator 1210 approaches the default motion state. In some embodiments, manipulator 1210 may be manually adjusted by the user. In other words, prior to step S210, the calibration method may further include prompting the user to adjust the motion state of the manipulator 1210 to approximate the default motion state. Additionally, step S201 may also be performed prior to shutting down surgical support system 1000 or prior to placing instrument 1200 on instrument holder 1390 .

一実施形態の工程Ｓ２２０において、校正装置１３００と器具１２００との間の適切な連結は、ユーザインターフェース１８００を介してユーザによって入力され、および／または校正装置１３００の連結感知機構から送信された確認信号の受信に従って判断される。校正装置１３００および器具１２００が適切に連結されていない場合、コンピュータシステム１７００は適切な連結が検出されるまで、工程Ｓ２１０およびＳ２２０を繰り返す。 In step S220 of one embodiment, the proper connection between the calibration device 1300 and the instrument 1200 is entered by the user via the user interface 1800 and/or a confirmation signal transmitted from the connection sensing mechanism of the calibration device 1300. is determined according to receipt of If calibration device 1300 and instrument 1200 are not properly coupled, computer system 1700 repeats steps S210 and S220 until proper coupling is detected.

工程Ｓ２２０において、校正装置１３００が器具１２００に適切に連結された（すなわち、マニピュレータの運動状態が校正装置１３００によってデフォルト設定された）後、コンピュータシステム１７００はマニピュレータ１２１０の運動状態を検出し、デフォルトの運動情報を生成する。デフォルトの運動情報は、プラットフォーム１２３０の位置および方向、ジョイント１２４５ａ～ｂ、１２４６、１２４７の回転角度、ならびにアクチュエータ１２４０の長さを含んでいてもよいが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、コンピュータシステム１７００はデフォルトの運動情報を利用して、空間センサシステム１５００および／または器具１２００のマニピュレータセンサを校正し、手術支援システム１０００の位置精度を確保する。 In step S220, after the calibration device 1300 is properly coupled to the instrument 1200 (i.e., the manipulator motion state is defaulted by the calibration device 1300), the computer system 1700 detects the motion state of the manipulator 1210 and sets the default Generate motion information. Default motion information may include, but is not limited to, the position and orientation of platform 1230, the rotation angles of joints 1245a-b, 1246, 1247, and the length of actuator 1240. FIG. In some embodiments, computer system 1700 utilizes default motion information to calibrate spatial sensor system 1500 and/or manipulator sensors of instrument 1200 to ensure positional accuracy of surgical support system 1000 .

デフォルトの運動情報を生成後、校正方法は、任意選択で、（Ｓ２４０）校正装置１３００を器具１２００との連結を解除するようにユーザを促す工程を含んでいてもよい。校正装置１３００を器具１２００との連結を解除した後、コンピュータシステム１７００はジョイント１２４５ａ～ｂ、１２４６、１２４７の回転角度および／または器具１２００のアクチュエータ１２４０の長さを調整する制御信号を生成し、手術中にマニピュレータ１２１０の運動状態をロボット制御して、工程Ｓ１７０において計画された手術を支援する。 After generating the default exercise information, the calibration method may optionally include (S 240 ) prompting the user to decouple the calibration device 1300 from the instrument 1200 . After decoupling the calibration device 1300 from the instrument 1200, the computer system 1700 generates control signals to adjust the angles of rotation of the joints 1245a-b, 1246, 1247 and/or the length of the actuator 1240 of the instrument 1200 to perform the surgical procedure. During robotic control of the motion state of manipulator 1210 to assist in the planned surgery in step S170.

計画された手術のコンプライアンスおよび正確性を確保するために、コンピュータシステムはまた、空間センサシステム１５００によって手術中にツール１２５０の先端の位置を追跡してもよい。例えば、ツール先端とマニピュレータ１２１０のプラットフォーム１２３０との間の距離が既知の定数であると仮定すると、ユーザは器具１２００を校正する前に、空間マーカーフレーム１５５０をプラットフォーム１２３０上に取り付けて、校正および手術中に空間センサシステム１５００がプラットフォーム１２３０の位置および方向を監視することを可能にし、コンピュータシステム１７００が手術中にツール１２５０の先端の位置を追跡し続けることを可能にする。 The computer system may also track the position of the tip of tool 1250 during surgery by spatial sensor system 1500 to ensure compliance and accuracy of the planned surgery. For example, assuming that the distance between the tool tip and the platform 1230 of the manipulator 1210 is a known constant, the user may mount the spatial marker frame 1550 on the platform 1230 prior to calibrating the instrument 1200 for calibration and surgical operation. During surgery, spatial sensor system 1500 allows monitoring the position and orientation of platform 1230 and computer system 1700 keeps track of the position of the tip of tool 1250 during surgery.

同様に、ツール先端の位置も、器具１２００上のセンサからの信号に従って追跡してもよい。例えば、ツール先端とマニピュレータ１２１０のプラットフォーム１２３０との間の距離が既知の定数であると仮定すると、コンピュータシステム１７００は校正後に器具１２００上のマニピュレータセンサ（例えば、変位センサおよび／または角度センサ）によって検出されるアクチュエータの長さおよび／またはジョイントの回転角度の変化に従ってプラットフォーム１２３０の位置および方向を判断し、手術中にツール１２５０の先端の位置を追跡し続けてもよい。 Similarly, the position of the tool tip may also be tracked according to signals from sensors on instrument 1200 . For example, assuming that the distance between the tool tip and the platform 1230 of the manipulator 1210 is a known constant, the computer system 1700 detects by manipulator sensors (eg, displacement and/or angle sensors) on the instrument 1200 after calibration. The position and orientation of platform 1230 may be determined according to changes in actuator length and/or joint rotation angle applied to keep track of the position of the tip of tool 1250 during surgery.

他の実施形態において、ツール先端の位置を、マニピュレータの運動状態を調整するコンピュータシステム１７００によって生成される制御信号に従って追跡してもよい。例えば、ツール先端とマニピュレータ１２１０のプラットフォーム１２３０との間の距離が既知の定数であると仮定すると、コンピュータシステム１７００は計算基礎としてデフォルトの運動情報を利用して、マニピュレータ１２１０の運動状態がデフォルトに設定された後に生成されるアクチュエータの長さおよび／またはジョイントの回転角度を調整する制御信号に従ってプラットフォーム１２３０の位置および方向を判断し、手術中にツール１２５０の先端の位置を追跡し続けてもよい。 In other embodiments, the position of the tool tip may be tracked according to control signals generated by the computer system 1700 that regulates the motion state of the manipulator. For example, assuming that the distance between the tool tip and the platform 1230 of the manipulator 1210 is a known constant, the computer system 1700 utilizes the default motion information as a basis for calculations to set the motion state of the manipulator 1210 to the default. The position and orientation of the platform 1230 may be determined according to control signals that adjust the length of the actuator and/or the angle of rotation of the joint that are generated after the position and orientation of the platform 1230 to keep track of the position of the tip of the tool 1250 during surgery.

要約すると、本発明の様々な実施形態はコンピュータ支援手術用器具のロボット制御マニピュレータの運動状態を校正し、マニピュレータのデフォルトの運動状態を画定し、ユーザが器具を操作するときにコンピュータシステムが手術用器具の先端を追跡できる、操作し易い校正装置を提供する。校正装置及び方法は、コンピュータ支援手術の正確性および精度を効果的に改善する。 In summary, various embodiments of the present invention calibrate the motion state of a robotically controlled manipulator of a computer-assisted surgical instrument, define a default motion state for the manipulator, and enable the computer system to perform surgical motion when the user manipulates the instrument. To provide an easy-to-operate calibration device capable of tracking the tip of an instrument. The calibration device and method effectively improve the accuracy and precision of computer-assisted surgery.

本発明の多数の特性、利点、および実施形態を、添付の図面を参照して、上述の説明において詳細に説明している。しかしながら、上述の説明および図面は、例示的なものにすぎない。本発明は説明した実施形態に限定されず、本発明の全ての実施形態は必ずしも、本明細書で特定された利点または目的の全てを達成する必要はなく、または全ての特性を有する必要はない。当業者は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、様々な変更および改変を行ってもよい。例示の材料および寸法を示しているが、本発明は請求項の言葉によって特に要求されない限り、そのような材料または寸法に限定されない。上述の実施形態の要素および使用は特に上述した以外の方法で再配置および組み合わせてもよく、本発明の範囲内で任意およびすべての置換を行うことができる。

Numerous features, advantages and embodiments of the present invention are detailed in the foregoing description with reference to the accompanying drawings. However, the above description and drawings are only illustrative. The invention is not limited to the described embodiments, and not all embodiments of the invention need necessarily achieve all of the advantages or objectives identified herein, or have all the characteristics . Various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope or spirit of the invention. Although exemplary materials and dimensions are given, the invention is not limited to such materials or dimensions unless specifically required by the language of the claims. The elements and uses of the above-described embodiments may be rearranged and combined in ways other than specifically described, and any and all permutations may be made within the scope of the invention.

Claims (14)

ツールの先端の位置を追跡し得るコンピュータ支援手術用器具に利用される校正装置であって、
前記コンピュータ支援手術用器具は、前端部と、後端部と、前記後端部に連結されたアクチュエータと、前記前端部と前記後端部とを連結する少なくとも１つのコネクタと、を含むマニピュレータを備え、前記前端部にプラットフォームが形成され、前記ツールの先端と前記プラットフォームとの間の距離が既知であり、少なくとも１つの前記コネクタは少なくとも１つのジョイントを含み、前記アクチュエータは前記コネクタの前記ジョイントを駆動することによって、前記プラットフォームを前記後端部に対して複数の方向に向かって動かせるように用いられ、
前記校正装置は、
剛体；
複数の安定化部材；および
前記安定化部材と構造的または機械的に相補的であり、少なくとも２つが前記マニピュレータにおける前後方向に沿って前記ジョイントに関し対応的な両側部に配置されている複数の基準；を含み、
複数の前記安定化部材はそれぞれ前記剛体を通過し、前記マニピュレータにおける前後方向に沿って前記ジョイントに関し対応的な両側部に配置される前記基準に取り外し可能に取り付けられた場合、前記校正装置が前記器具に連結することで前記ジョイントの動きを制限し、それによって、マニピュレータはデフォルトの運動状態に設定される、校正装置。 A calibration device for use in a computer-assisted surgical instrument capable of tracking tool tip position, comprising:
The computer-assisted surgical instrument comprises a manipulator including a front end, a rear end, an actuator coupled to the rear end, and at least one connector coupling the front end and the rear end. a platform formed at the front end, a distance between the tip of the tool and the platform being known, at least one of the connectors including at least one joint, and the actuator actuating the joint of the connector. used to drive the platform to move in multiple directions relative to the trailing edge;
The calibration device is
rigid body;
a plurality of stabilizing members; and a plurality of datums structurally or mechanically complementary to said stabilizing members, at least two of which are positioned on corresponding sides of said joint along an anterior-posterior direction on said manipulator. including ;
Each of the plurality of stabilizing members passes through the rigid body and, when removably attached to the fiducials located on corresponding sides of the joint with respect to the joint along the longitudinal direction on the manipulator, the calibration device A calibration device that limits the movement of said joint by coupling to an instrument, thereby setting the manipulator to a default state of motion. 前記校正装置と前記器具との間の連結状態を検出する連結感知機構をさらに備え、
前記連結感知機構は、前記校正装置および前記器具それぞれに配置されている、一組の送信機および受信機または一組のマーカーおよびリーダーを少なくとも１つ含む、請求項１に記載の校正装置。 further comprising a connection sensing mechanism for detecting a connection state between the calibration device and the instrument;
2. The calibration device of claim 1, wherein the coupling sensing mechanism includes at least one set of transmitters and receivers or a set of markers and readers located on the calibration device and the instrument, respectively. 前記校正装置が前記器具に連結するとき、前記器具に関連する空間センサシステムが校正される、請求項１に記載の校正装置。 2. The calibration device of claim 1, wherein a spatial sensor system associated with said instrument is calibrated when said calibration device is coupled to said instrument. 前記器具は複数のマニピュレータセンサを含み、
前記校正装置が前記器具に連結するとき、前記器具の前記マニピュレータセンサが校正される、請求項１に記載の校正装置。 the instrument includes a plurality of manipulator sensors;
2. The calibration device of claim 1, wherein the manipulator sensor of the instrument is calibrated when the calibration device couples to the instrument. 前記器具に関連し、前記マニピュレータの運動状態を変更するコンピュータシステムによって生成される制御信号に従って、前記マニピュレータのデフォルトの運動状態から生成されるデフォルトの運動情報を、前記器具のツールの先端の位置を決定する計算基礎として利用する、請求項１に記載の校正装置。 default motion information generated from the default motion state of the manipulator according to control signals associated with the instrument and generated by a computer system that modifies the motion state of the manipulator; 2. The calibrating device according to claim 1, which is used as a computational basis for determining. 前記剛体は器具ホルダの一部として形成され、
前記器具ホルダは前記器具の少なくとも一部に適合する構造を備える、請求項１に記載の校正装置。 the rigid body is formed as part of an instrument holder;
2. The calibration device of claim 1, wherein the instrument holder comprises structure that fits at least a portion of the instrument. コンピュータシステムによって実施されると共に、ツールの先端の位置を追跡し得るコンピュータ支援手術用器具に利用される校正方法であって、以下の工程を含み、
（Ｓ１）前記器具に校正装置を連結するようにユーザを促す工程；
（Ｓ２）前記校正装置が前記器具に適切に連結されているかを判断する工程；および
（Ｓ３）前記校正装置が前記器具に適切に連結されている場合は前記器具のマニピュレータのデフォルトの運動情報を生成し、前記校正装置が前記器具に適切に連結されていない場合は工程Ｓ１に戻る、工程；
前記器具は、前端部と、後端部と、前記後端部に連結されたアクチュエータと、前記前端部と前記後端部とを連結する少なくとも１つのコネクタと、を含むマニピュレータを備え、前記前端部にプラットフォームが形成され、前記ツールの先端と前記プラットフォームとの間の距離が既知であり、少なくとも１つの前記コネクタは少なくとも１つのジョイントを含み、前記アクチュエータは前記コネクタの前記ジョイントを駆動することによって、前記プラットフォームを前記後端部に対して複数の方向に向かって動かせるように用いられ、
前記校正装置は、
剛体；
複数の安定化部材；および、
前記安定化部材と構造的または機械的に相補的であり、少なくとも２つが前記マニピュレータにおける前後方向に沿って前記ジョイントに関し対応的な両側部に配置されている複数の基準；を含み、
複数の前記安定化部材はそれぞれ前記剛体を通過し、前記マニピュレータにおける前後方向に沿って前記ジョイントに関し対応的な両側部に配置される前記基準に取り外し可能に取り付けられた場合、前記校正装置が前記器具に連結することで前記ジョイントの動きを制限し、それによって、前記マニピュレータはデフォルトの運動状態に設定される、校正方法。 A method of calibrating a computer-assisted surgical instrument implemented by a computer system and capable of tracking the position of a tool tip, the method comprising the steps of:
(S1) prompting a user to connect a calibration device to the instrument;
(S2) determining whether the calibration device is properly coupled to the instrument; and (S3) if the calibration device is properly coupled to the instrument, default movement information for the instrument manipulator. generating and returning to step S1 if the calibration device is not properly coupled to the instrument;
The instrument comprises a manipulator including a front end, a rear end, an actuator coupled to the rear end, and at least one connector coupling the front end and the rear end; a platform is formed in the part, the distance between the tip of the tool and the platform is known, the at least one connector includes at least one joint, and the actuator drives the joint of the connector by , is used to move the platform in multiple directions relative to the trailing edge;
The calibration device is
rigid body;
a plurality of stabilizing members; and
a plurality of datums structurally or mechanically complementary to said stabilizing member, at least two of which are positioned on corresponding sides of said joint along an anterior-posterior direction on said manipulator;
Each of the plurality of stabilizing members passes through the rigid body and, when removably attached to the fiducials located on corresponding sides of the joint with respect to the joint along the longitudinal direction on the manipulator, the calibration device A method of calibration wherein coupling to an instrument limits movement of the joint, thereby setting the manipulator to a default state of motion. 前記器具に校正装置を連結するようにユーザを促す工程を行う前に、前記マニピュレータを調整して、前記マニピュレータの運動状態を前記デフォルトの運動状態に近づける工程をさらに含む、請求項７の校正方法。 8. The calibration method of claim 7, further comprising adjusting the manipulator to bring the motion state of the manipulator closer to the default motion state before prompting the user to couple a calibration device to the instrument. . 前記校正装置が前記器具に適切に連結されているかを判断する工程において、さらに前記マニピュレータを調整するようにユーザを促し、前記マニピュレータの運動状態を前記デフォルトの運動状態に近づける工程をさらに含む、請求項７に記載の校正方法。 determining whether the calibration device is properly coupled to the instrument, further comprising prompting a user to further adjust the manipulator to bring the motion state of the manipulator closer to the default motion state. Item 7. The calibration method according to Item 7. 前記ユーザによって入力された確認信号の受信に従って、前記校正装置と前記器具との連結を判断する、請求項７に記載の校正方法。 8. The calibration method according to claim 7, wherein coupling between the calibration device and the instrument is determined according to receipt of a confirmation signal input by the user. 連結検知機構から送信される確認信号の受信に従って、前記校正装置と前記器具との間の連結を判断する、請求項７に記載の校正方法。 8. The calibration method according to claim 7, wherein coupling between the calibration device and the instrument is determined according to receiving a confirmation signal transmitted from a coupling sensing mechanism. 前記工程Ｓ３が、前記デフォルトの運動情報に従って、前記器具に関連する空間センサシステムを校正する工程をさらに含む、請求項７に記載の校正方法。 8. The method of calibrating according to claim 7, wherein said step S3 further comprises calibrating a spatial sensor system associated with said instrument according to said default exercise information. 前記器具は複数のマニピュレータセンサを含み、
前記工程Ｓ３が、前記デフォルトの運動情報に従って、前記器具の前記マニピュレータセンサを校正する工程をさらに含む、請求項７に記載の校正方法。 the instrument includes a plurality of manipulator sensors;
8. The method of calibrating according to claim 7, wherein step S3 further comprises calibrating the manipulator sensors of the instrument according to the default motion information. 前記マニピュレータの運動状態を変更するコンピュータシステムによって生成される制御信号に従って、前記デフォルトの運動情報を、前記器具のツールの先端の位置を決定する計算基礎として利用する、請求項８に記載の校正方法。 9. The calibration method of claim 8, wherein the default motion information is used as a computational basis for determining the position of the tool tip of the instrument according to control signals generated by a computer system that changes the motion state of the manipulator. .

Images