(57)【要約】      （修正有）【課題】検出方式が異なる主センサー及び補助センサーを備えて、整形外科手術時、単一のセンサーの故障または検出信号の受信不可の状態に柔軟に対処して、マーカーの位置及び姿勢を正確に確認することができる整形外科手術用マーカーの位置確認システム及びその確認方法を提供する。【解決手段】方法は、第１の位置検出部１５を用い、手術部位と隣接する位置及び手術ロボット５０の一側に装着されたセンサー部の第１のセンサー１１、１２、１３の位置を検出し、第２の位置検出部２５を用い、センサー部の第２のセンサーの位置２１、２２、２３を検出するａステップと、制御部４０のセンサー位置同期部を用い、第１の位置検出部及び第２の位置検出部で検出した位置信号を受け、主センサーに設定されたセンサーの座標系を基準にして補助センサーの位置同期を行うｂステップと、位置追跡部を用い、センサー部の位置及び姿勢を追跡するｃステップと、を含む。【選択図】図１
2020114422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術部位と隣接する位置及び整形外科手術用ロボットに装着され、第１のセンサーと第２のセンサーと、を含むセンサー部と、
前記第１のセンサーの位置を検出する第１の位置検出部と、
前記第２のセンサーの位置を検出する第２の位置検出部と、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーの動作状態に応じて、主センサー及び補助センサーを設定する制御部と、
を含むことを特徴とする、整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、前記第１のセンサーの位置及び前記第２のセンサーの位置を同一の座標系に同期することを特徴とする、請求項１に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、前記主センサーの座標系を基準にして前記補助センサーの位置の同期を行うセンサー位置同期部と、
前記センサー位置同期部と接続されて、前記センサー部の位置及び姿勢を追跡する位置追跡部と、
前記位置追跡部と接続されて、前記第１の位置検出部または前記第２の位置検出部の動作が正常ではない場合、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部のうちの正常に動作するものを前記主センサーに設定するセンサー故障判断部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項４】
前記センサー故障判断部は、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の中の少なくともいずれか一つ以上が正常に動作しない場合、ロボットの停止信号またはロボットの減速信号を発生し、前記整形外科手術用ロボットに伝達することを特徴とする、請求項３に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項５】
前記センサー故障判断部と接続されて、センサーの故障状況発生時、外部に前記センサーの故障報知メッセージを表示するセンサー故障報知部をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項６】
第１の位置検出部を用いて、手術部位と隣接する位置及び手術ロボットの一側に装着されたセンサー部の第１のセンサーの位置を検出し、第２の位置検出部を用いて前記センサー部の第２のセンサーの位置を検出するａステップと、
制御部のセンサー位置同期部を用いて、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、主センサーに設定されたセンサーの座標系を基準にして補助センサーの位置の同期を行うｂステップと、
位置追跡部を用いて、前記センサー部の位置及び姿勢を追跡するｃステップと、を含むことを特徴とする、整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項７】
前記ｂステップは、
前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部が前記第１のセンサーの位置と姿勢を認識するｂ−１ステップと、
前記ｂ−１ステップと同時に前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部が前記第２のセンサーの位置を獲得するｂ−２ステップと、
前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部が獲得した前記第２のセンサーの位置を、前記第１のセンサーの座標系を基準にして同期を行うｂ−３ステップと、
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項８】
前記ｂ−１ステップは、
前記第１の位置検出部が検出した位置信号の変動量が予め設定された閾値以下であるか否かを確認するｂ−１−１ステップと、
前記ｂ−１−１ステップで、前記第１の位置検出部が検出した前記位置信号の前記変動量が予め設定された前記閾値以下の場合、前記第１のセンサーの位置及び姿勢を記録するｂ−１−２ステップと、
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項９】
前記ｃステップは、
センサー故障判断部を用いて、前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−１ステップと、
前記ｃ−１ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−２ステップと、
前記ｃ−２ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部が検出した位置信号で前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識して出力するｃ−３ステップと、
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項１０】
前記ｃステップは、
前記ｃ−１ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−４ステップと、
前記ｃ−４ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、前記第２のセンサーの位置信号値で前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識するｃ−５ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第１の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−６ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項１１】
前記ｃステップは、
前記ｃ−２ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記第１の位置検出部が検出した前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識するｃ−７ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第２の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−８ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項１２】
前記ｃステップは、
前記ｃ−１ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−９ステップと、
前記ｃ−９ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、ロボットの停止信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１０ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−１１ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項１３】
前記ｃステップは、
センサー故障判断部を用いて、前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−１２ステップと、
前記ｃ−１２ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−１３ステップと、
前記ｃ−１３ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、ロボットの減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１４ステップと、
設定された時間内にユーザーの確認信号が入力されたかを確認するｃ−１５ステップと、
前記ｃ−１５ステップで、設定された前記時間内に前記ユーザーの前記確認信号が入力される場合、前記第２のセンサーの位置検出信号で前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識するｃ−１６ステップと、
ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１７ステップと、
を含むことを特徴とする、請求項６に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項１４】
前記ｃステップは、
前記ｃ−１５ステップで、設定された前記時間内に前記ユーザーの前記確認信号が入力されない場合、ロボットの停止信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１８ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第１の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−１９ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整形外科手術用マーカーの位置を確認する技術に関するもので、より詳細には、検出方式が異なる主センサー及び補助センサーを備えて、整形外科手術時、単一のセンサーの故障または検出信号の受信不可の状況に柔軟に対応して、マーカーの位置及び姿勢を正確に確認することができる整形外科手術用マーカーの位置確認システム及びその確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医学の技術の発達で、ロボットとコンピュータシステムを用いたナビゲーション手術が盛んに導入されており、人工関節手術の分野でもこのような手術が適用されている。
【０００３】
膝関節の場合、外傷や様々な感染症、疾患による痛み及び行動障害が生じると、整形外科的手術により関節の全体または一部に置換術による治療が行われる。約１０〜３０％の患者は膝の内側関節の摩耗がもたらされ、膝関節の部分の置換術が行われる。
【０００４】
このような整形外科関節手術に使われるロボットの一例に、ロボドク（ＲＯＢＯＤＯＣ）の一種であり、自律駆動されるキャド／キャム（ＣＡＤ／ＣＡＭ）ロボットが挙げられる。このような整形外科手術用ロボットは、予め計画された経路に沿って骨を切削するのに伴って切削中に骨が動かないようにすることが望ましい。
【０００５】
従来、整形外科手術用ロボットを用いた膝関節の手術を行う時、大韓民国登録特許公報第１０−１１５４１００号に記載されたように、光学式マーカーを装着し、ナビゲーターの光学センサーで光学式マーカーの位置と姿勢をトラッキングして手術の状況をモニタリングし、正確な手術部位に手術ロボットを投入する。
【０００６】
しかし、手術の過程で手術ロボットのロボットアーム、医療スタッフの動き、これ以外の障害により、ナビゲーターの光学センサーの視野が遮断されて、患者の位置や手術ロボットの位置が検出されないという問題が発生し、この場合、手術を中断し、光学センサーの駆動動作を点検しなければならないので手術時間が遅延される問題があった。
【０００７】
近年、大韓民国公開特許公報第１０−２０１４−００５６７７２号に開示されたように、施術者が針の挿入ロボットの操作部を操作する方式が適用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するために提案されたものであり、本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システム及びその方法の目的は、検出方式が異なる主センサー及び補助センサーを備え、主センサーまたは補助センサーの異常駆動状況の発生時にもマーカーの位置及び姿勢をリアルタイムでトラッキングすることができるシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システムは、手術部位と隣接する位置及び整形外科手術用ロボットに装着され、第１のセンサーと第２のセンサーと、を含むセンサー部と、前記第１のセンサーの位置を検出する第１の位置検出部と、前記第２のセンサーの位置を検出する第２の位置検出部と、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーの動作状態に応じて、主センサー及び補助センサーを設定する制御部と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認方法は、第１の位置検出部を用いて、手術部位と隣接する位置及び手術ロボットの一側に装着されたセンサー部の第１のセンサーの位置を検出し、第２の位置検出部を用いて前記センサー部の第２のセンサーの位置を検出するａステップと、制御部のセンサー位置同期部を用いて、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、主センサーに設定されたセンサーの座標系を基準にして補助センサーの位置の同期を行うｂステップと、位置追跡部を用いて、前記センサー部の位置及び姿勢を追跡するｃステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上で説明したように、本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システム及び方法は、主センサーまたは補助センサーの異常駆動状況の発生時にもマーカーの位置及び姿勢をリアルタイムでトラッキングすることができ、これにより手術中断の状況を最小化することができ、センサーの異常動作の状況に応じて整形外科手術用ロボットの速度を調節して、センサーの認識不可に応じて速やかに積極的に対応できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システムの全体的な構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システムにおいて、制御部の詳細な構成を示す構成図である。
【図３】本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認方法の全体の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認方法において、Ｓ３００ステップの詳細な流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認方法において、Ｓ３１０ステップの詳細な流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認方法において、Ｓ４００ステップの詳細な流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認方法において、Ｓ４００ステップ他の詳細な流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システム及びその確認方法を実施するための具体的な内容を説明すると、次の通りである。
【００１４】
図１は、本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システムの全体的な構成を示す構成図であり、整形外科手術用マーカーの位置確認システムは、センサー部３、第１の位置検出部１５、第２の位置検出部２５、制御部４０、及び整形外科手術用ロボット５０を含む。
【００１５】
前記センサー部３は、手術部位の膝を基準にして大腿骨１の一地点に装着された第１のセンサー部材３１と、脛骨２の一地点に装着された第２のセンサー部材３２と、前記整形外科手術用ロボット５０の一地点に装着された第３のセンサー部材３３と、を含み、それぞれ第１のセンサー１１、１２、１３、および傾きセンサーと加速度センサーが内蔵された第２のセンサー２１、２２、２３を含んでいる。
【００１６】
本発明の実施形態で、前記第１のセンサー１１、１２、１３は光学式マーカーであり、中心点を基準にして異なる方向の枝の形態のバー（ｂａｒ）３つまたは４つで形成され、前記バーの端部にはそれぞれ高反射のボールマーカーが形成される。
【００１７】
前記第１の位置検出部１５は、光学式トラッキングセンサーであり、３次元空間座標上の前記第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を検出し、検出された信号は前記制御部４０に伝達される。本発明の実施形態で、前記第１の位置検出部１５は赤外線ステレオカメラで具現化される。
【００１８】
前記第２のセンサー２１、２２、２３は加速度センサー及び傾きセンサーが内蔵される。傾きセンサーで前記第１のセンサー１１、１２、１３の位置が検出され、加速度センサーの信号で傾きの信号の誤差が減らされ、相互補完的に前記第１のセンサー１１、１２、１３の位置情報を得ることができる。
【００１９】
前記第２の位置検出部２５は、センサー信号受信機であり、前記第２のセンサー２１、２２、２３の信号を受信することにより、前記第２のセンサー２１、２２、２３の位置を検出することができる。前記第２の位置検出部２５が検出した位置信号は前記制御部４０に伝達される。
【００２０】
前記制御部４０は、前記第１の位置検出部１５及び前記第２の位置検出部２５で検出された位置信号を受け、第１のセンサー１１、１２、１３及び第２のセンサー２１、２２、２３の位置を同一の座標系に同期して、前記第１のセンサー１１、１２、１３及び第２のセンサー２１、２２、２３の動作状態に応じて、主センサー及び補助センサーを設定する。
【００２１】
本発明に係る前記制御部４０は、前記第１の位置検出部１５及び前記第２の位置検出部２５で検出された位置信号を受け、主センサーの座標系を基準にして補助センサーの位置の同期を行うセンサー位置同期部４１、第１のセンサー部材３１乃至第３のセンサー部材３３の位置及び姿勢を追跡する位置追跡部４２、前記第１の位置検出部１５又は前記第２の位置検出部２５の動作が正常ではない場合、正常に動作するセンサーを主センサーに設定するセンサー故障判断部４３、センサーの故障状況の発生時、外部にセンサーの故障報知メッセージを表示するセンサー故障報知部４４を含む。前記第１の位置検出部１５の動作が正常ではない場合、前記第１のセンサー１１、１２、１３及び前記第１の位置検出部１５のうちの少なくとも一つが損傷あるいは破損した場合でありえる。前記第２の位置検出部２５の動作が正常ではない場合、前記第２のセンサー２１、２２、２３及び前記第２の位置検出部２５のうちの少なくとも一つが損傷あるいは破損した場合でありえる。
【００２２】
本発明において、前記センサー故障判断部４３は、前記第１の位置検出部１５及び前記第２の位置検出部１５のうちの少なくともいずれか一つ以上が正常に動作しない場合、ロボットの停止信号またはロボットの減速信号を発生し、前記整形外科手術用ロボット５０に伝達することができる。
【００２３】
このような本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システムのマーカーの位置確認方法を説明すると、次の通りである。
【００２４】
図３は、本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認方法の全体の流れを示すフローチャートである。まず、前記センサー部３を装着するステップＳ１００を行う。本発明の実施形態で前記Ｓｌ００ステップは、手術部位の膝を基準にして大腿骨の一地点に第１のセンサー部材３１を装着し、脛骨の一地点に第２のセンサー部材３２を装着し、前記整形外科手術用ロボット５０の一地点に第３のセンサー部材３３を装着する。
【００２５】
次に、前記第１の位置検出部１５を用いて、手術部位と隣接する位置に装着された第１のセンサー部材３１乃至第３のセンサー部材３３の各第１のセンサー１１、１２、１３の位置を検出し、第２の位置検出部２５を用いて、前記第１のセンサー部材３１乃至第３のセンサー部材３３の第２のセンサー２１、２２、２３の位置を検出するステップＳ２００を行う。
【００２６】
次に、前記制御部４０のセンサー位置同期部４１を用いて、第１の位置検出部１５及び第２の位置検出部２５で検出された位置信号を受け、主センサーに設定されたセンサーの座標系を基準にして補助センサーの位置同期を行うステップＳ３００を行う。
【００２７】
本発明に係る前記Ｓ３００ステップは、図４に示すように、主センサーに設定された第１の位置検出部１５が検出した位置信号により、第１のセンサー部材３１乃至第３のセンサー部材３３の第１のセンサー１１、１２、１３の位置と姿勢を認識するステップＳ３１０を行う。本発明に係る前記Ｓ３１０ステップは、図５に示すように、前記第１の位置検出部１５が検出した位置信号の変動量が予め設定された閾値以下であるか否かを確認するステップＳ３１１を行い、もし前記Ｓ３１１ステップで、前記第１の位置検出部１５が検出した位置信号の変動量が予め設定された閾値以下である場合、第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を記録するステップＳ３１２を行う。前記第１の位置検出部１５が検出した位置信号の変動量が予め設定された閾値以下であるか否かを確認するステップＳ３１１は、前記第１の位置検出部１５が検出した第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢が安定するか否かを判断することにより行われることもできる。
【００２８】
前記Ｓ３１０ステップと同時に補助センサーに設定された第２の位置検出部２５を用いて、第２のセンサー２１、２２、２３の位置信号を得るステップＳ３２０を行う。
【００２９】
前記Ｓ３２０ステップで、前記第２のセンサー２１、２２、２３は、加速度センサー及び傾きセンサーが内蔵され、傾きセンサーで第１のセンサーの位置を検出し、加速度センサーの信号で傾きの信号の誤差を減らし、相互補完的に第１のセンサー１１、１２、１３の位置情報を得ることができる。
【００３０】
次に、補助センサーに設定された第２の位置検出部２５が検出した第２のセンサー２１、２２、２３の位置を前記第１のセンサー１１、１２、１３の座標系を基準にして同期するステップＳ３３０を行う。
【００３１】
次に、位置追跡部４２を用いて、第１のセンサー部材３１乃至第３のセンサー部材３３の位置及び姿勢を追跡するステップＳ４００を行う。
【００３２】
本発明に係る前記Ｓ４００ステップは、図６に示すように、センサー故障判断部４３を用いて、主センサーに設定された第１の位置検出部１５の動作が正常であるか否かを判断するステップＳ４１１を行う。前記Ｓ４１１ステップで、第１の位置検出部１５の動作が正常であると判断される場合、補助センサーに設定された第２の位置検出部２５の動作が正常であるか否かを判断するステップＳ４１２を行う。前記Ｓ４１２ステップで第２の位置検出部２５の動作が正常であると判断される場合、前記第１の位置検出部１５及び前記第２の位置検出部２５が検出した位置信号で第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を認識して出力するステップＳ４１３、Ｓ４３０を行う。ここで、前記第２の位置検出部２５の動作が正常であるか否かを判断するステップＳ４１２は、前記第２のセンサー２１、２２、２３の動作が正常であるか否かを判断することにより行われることもできる。
【００３３】
また、前記Ｓ４１２ステップで前記第２の位置検出部２５の動作が正常ではないと判断される場合、主センサーの第１の位置検出部１５が検出した第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を認識するステップＳ４２１を行い、センサー故障報知部４４を用いて、補助センサーの第２の位置検出部２５の故障メッセージを外部に表示するステップＳ４２２を行い、認識された第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を出力するステップＳ４３０を行う。
【００３４】
また、前記Ｓ４１１ステップで、第１の位置検出部１５の動作が正常ではないと判断される場合、補助センサーに設定された第２の位置検出部２５の動作が正常であるか否かを判断するステップＳ４３１を行う。前記Ｓ４３１ステップで第２の位置検出部２５の動作が正常であると判断される場合、補助センサーの第２の位置検出部２５が検出した位置信号で第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を認識するステップＳ４３２を行い、センサー故障報知部４４を用いて、主センサーの第１の位置検出部１５の故障メッセージを外部に表示するステップＳ４３３を行い、認識された第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を出力するステップＳ４３０を行う。
【００３５】
また、前記Ｓ４１１ステップで、主センサーに設定された第１の位置検出部１５の動作が正常ではないと判断される場合、補助センサーに設定された第２の位置検出部２５の動作が正常であるか否かを判断するステップＳ４３１を行う。前記Ｓ４３１ステップで第２の位置検出部２５の動作が正常ではないと判断される場合、ロボットの停止信号を発生し、整形外科手術用ロボット５０に伝達するステップＳ４４０を行い、センサー故障報知部４４を用いて、主センサーの第１の位置検出部１５及び補助センサーの第２の位置検出部２５の故障メッセージを外部に表示するステップＳ４５０を行う。
【００３６】
図７は、本発明に係る前記Ｓ４００ステップの他の実施形態である。センサー故障判断部４３を用いて、主センサーに設定された第１の位置検出部１５の動作が正常であるか否かを判断した結果、第１の位置検出部１５の動作が正常ではないと判断され、補助センサーに設定された第２の位置検出部２５の動作が正常に動作すると判断されるＳ４６１と、ロボットの減速信号を発生し、整形外科手術用ロボットに伝達するステップＳ４６２を行い、設定された時間内にユーザーの確認信号が入力されるかを確認するステップＳ４６３を行う。前記Ｓ４６３ステップで、設定された時間内にユーザーの確認信号が入力される場合、前記第２の位置検出部２５が検出した位置信号で第１のセンサー１１、１２、１３の位置及び姿勢を認識して出力するステップＳ４７１を行い、ロボットの作業速度の復帰信号を発生して整形外科手術用ロボット５０に伝達するステップＳ４７２を行う。
【００３７】
また、Ｓ４６３ステップで設定された時間内にユーザーの確認信号が入力されない場合、ロボットの停止信号を発生し前記整形外科手術用ロボット５０に伝達するステップＳ４８１を行い、センサー故障報知部４４を用いて、第１の位置検出部１５の故障メッセージを外部に表示するステップＳ４８２を行う。
【００３８】
以上で説明したように、本発明に係る整形外科手術用マーカーの位置確認システム及びその確認方法を適用することで、主センサーまたは補助センサーの異常駆動状況の発生時にもマーカーの位置及び姿勢をリアルタイムでトラッキングすることができるという効果を奏する。
【００３９】
また、これにより、手術中断の状況を最小化することができ、センサーの異常動作の状況に応じて整形外科手術用ロボットの速度を調節して、センサーの認識不可に応じて速やかに積極的に対応できるという効果がある。
【００４０】
以上、本発明の実施形態で説明したが、本発明の技術的思想が前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しないカテゴリで、様々な整形外科手術用マーカーの位置確認システム及びその確認方法で具現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020114422.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月21日(2020.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に装着される少なくとも１つのセンサー部材を含み、前記センサー部材は、光学式マーカーと、位置及び姿勢を検出するためのセンサーを含む、センサー部と、
前記光学式マーカーの位置を検出する第１の位置検出部と、
前記センサーの検出信号を受信するための第２の位置検出部と、
前記第１の位置検出部と前記第２の位置検出部のうちのいずれか１つを主センサーに設定し、他の１つを補助センサーに設定し、前記主センサーと前記補助センサーからの検出信号を受け、前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記主センサーと前記補助センサーのうちのいずれか１つが正常に動作しない場合、正常に動作する位置検出部の信号に基づいて前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡し、ロボットの減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達し、設定された時間内にユーザーの確認が入力された場合、ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達する、整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項２】
物体に装着される少なくとも１つのセンサー部材を含み、前記センサー部材は、光学式マーカーと、位置及び姿勢を検出するためのセンサーを含む、センサー部と、
前記光学式マーカーの位置を検出する第１の位置検出部と、
前記センサーの検出信号を受信するための第２の位置検出部と、
前記第１の位置検出部と前記第２の位置検出部のうちのいずれか１つを主センサーに設定し、他の１つを補助センサーに設定し、前記主センサーと前記補助センサーからの検出信号を受け、前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記主センサーに設定された位置検出部が正常に動作せず、前記補助センサーに設定された位置検出部が正常に動作する場合、前記補助センサーに設定された位置検出部の信号に基づいて前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡し、ロボットの減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達し、設定された時間内にユーザーの確認が入力された場合、ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達する、整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項３】
物体に装着される少なくとも１つのセンサー部材を含み、前記センサー部材は、光学式マーカーと、位置及び姿勢を検出するためのセンサーを含む、センサー部と、
前記光学式マーカーの位置を検出する第１の位置検出部と、
前記センサーの検出信号を受信するための第２の位置検出部と、
前記第１の位置検出部を主センサーに設定し、前記第２の位置検出部を補助センサーに設定し、前記主センサーと前記補助センサーからの検出信号を受け、前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部が正常に動作せず、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部が正常に動作する場合、前記補助センサーに設定された第２の位置検出部の信号に基づいて前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡し、ロボットの減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達し、設定された時間内にユーザーの確認が入力された場合、ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達する、整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記設定された時間内に前記ユーザーの確認が入力されない場合、ロボットの停止信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達する、請求項１乃至３のうちのいずれか１項の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の位置検出部と前記第２の位置検出部の２つとも正常に動作しない場合、ロボットの停止信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達する、請求項４の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するセンサー故障判断部と、
前記センサー故障判断部の判断結果に基づいて前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部のうちの少なくとも１つが正常に動作しない場合、正常に動作しない位置検出部の故障メッセージを生成して表示するセンサー故障報知部と、
を含む請求項４の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
【請求項７】
第１の位置検出部と第２の位置検出部のうちのいずれか１つを主センサーに設定し、他の１つを補助センサーに設定するａステップと、
前記第１の位置検出部が物体に装着された少なくとも１つのセンサー部材に設けられた光学式マーカーの位置及び姿勢を検出し、前記第２の位置検出部が前記センサー部材に設けられたセンサーからの位置検出信号を受信するｂステップと、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部からの検出信号を受け、前記センサー部材の位置及び姿勢を算出するｃステップと、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の故障か否かを判断するｄステップと、
前記主センサーに設定された位置検出部と前記補助センサーに設定された位置検出部のうちのいずれか１つが正常に動作しない場合、正常に動作する位置検出部の信号に基づいて前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡し、ロボットの減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達するｅステップと、
設定された時間内にユーザーの確認が入力された場合、ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｆステップと、を含む整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項８】
第１の位置検出部と第２の位置検出部のうちのいずれか１つを主センサーに設定し、他の１つを補助センサーに設定するａステップと、
前記第１の位置検出部が物体に装着された少なくとも１つのセンサー部材に設けられた光学式マーカーの位置及び姿勢を検出し、前記第２の位置検出部が前記センサー部材に設けられたセンサーからの位置検出信号を受信するｂステップと、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部からの検出信号を受け、前記センサー部材の位置及び姿勢を算出するｃステップと、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の故障か否かを判断するｄステップと、
前記主センサーに設定された位置検出部が正常に動作せず、前記補助センサーに設定された位置検出部が正常に動作する場合、前記補助センサーに設定された位置検出部の信号に基づいて前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡し、ロボットに減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達するｅステップと、
設定された時間内にユーザーの確認が入力された場合、ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｆステップと、を含む整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項９】
第１の位置検出部を主センサーに設定し、第２の位置検出部を補助センサーに設定するａステップと、
前記第１の位置検出部が物体に装着された少なくとも１つのセンサー部材に設けられた光学式マーカーの位置及び姿勢を検出し、前記第２の位置検出部が前記センサー部材に設けられたセンサーからの位置検出信号を受信するｂステップと、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部からの検出信号を受け、前記センサー部材の位置及び姿勢を算出するｃステップと、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の故障か否かを判断するｄステップと、
前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部が正常に動作せず、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部が正常に動作する場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の信号に基づいて前記センサー部材の位置及び姿勢を追跡し、ロボットの減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達するｅステップと、
設定された時間内にユーザーの確認が入力された場合、ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｆステップと、を含む整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項１０】
前記設定された時間内に前記ユーザーの確認が入力されない場合、ロボットの停止信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｇステップをさらに含む、請求項７乃至９のうちのいずれか１項の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【請求項１１】
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の２つとも正常に動作しない場合、ロボットの停止信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｆステップをさらに含む、請求項１０の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
以上、本発明の実施形態で説明したが、本発明の技術的思想が前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しないカテゴリで、様々な整形外科手術用マーカーの位置確認システム及びその確認方法で具現することができる。
以下に、本出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
手術部位と隣接する位置及び整形外科手術用ロボットに装着され、第１のセンサーと第２のセンサーと、を含むセンサー部と、
前記第１のセンサーの位置を検出する第１の位置検出部と、
前記第２のセンサーの位置を検出する第２の位置検出部と、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーの動作状態に応じて、主センサー及び補助センサーを設定する制御部と、
を含むことを特徴とする、整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
［２］
前記制御部は、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、前記第１のセンサーの位置及び前記第２のセンサーの位置を同一の座標系に同期することを特徴とする、［１］の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
［３］
前記制御部は、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、前記主センサーの座標系を基準にして前記補助センサーの位置の同期を行うセンサー位置同期部と、
前記センサー位置同期部と接続されて、前記センサー部の位置及び姿勢を追跡する位置追跡部と、
前記位置追跡部と接続されて、前記第１の位置検出部または前記第２の位置検出部の動作が正常ではない場合、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部のうちの正常に動作するものを前記主センサーに設定するセンサー故障判断部を含むことを特徴とする、［２］の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
［４］
前記センサー故障判断部は、
前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の中の少なくともいずれか一つ以上が正常に動作しない場合、ロボットの停止信号またはロボットの減速信号を発生し、前記整形外科手術用ロボットに伝達することを特徴とする、［３］の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
［５］
前記センサー故障判断部と接続されて、センサーの故障状況発生時、外部に前記センサーの故障報知メッセージを表示するセンサー故障報知部をさらに含むことを特徴とする、［４］の整形外科手術用マーカーの位置確認システム。
［６］
第１の位置検出部を用いて、手術部位と隣接する位置及び手術ロボットの一側に装着されたセンサー部の第１のセンサーの位置を検出し、第２の位置検出部を用いて前記センサー部の第２のセンサーの位置を検出するａステップと、
制御部のセンサー位置同期部を用いて、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部で検出された位置信号を受け、主センサーに設定されたセンサーの座標系を基準にして補助センサーの位置の同期を行うｂステップと、
位置追跡部を用いて、前記センサー部の位置及び姿勢を追跡するｃステップと、を含むことを特徴とする、整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［７］
前記ｂステップは、
前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部が前記第１のセンサーの位置と姿勢を認識するｂ−１ステップと、
前記ｂ−１ステップと同時に前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部が前記第２のセンサーの位置を獲得するｂ−２ステップと、
前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部が獲得した前記第２のセンサーの位置を、前記第１のセンサーの座標系を基準にして同期を行うｂ−３ステップと、
を含むことを特徴とする、［６］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［８］
前記ｂ−１ステップは、
前記第１の位置検出部が検出した位置信号の変動量が予め設定された閾値以下であるか否かを確認するｂ−１−１ステップと、
前記ｂ−１−１ステップで、前記第１の位置検出部が検出した前記位置信号の前記変動量が予め設定された前記閾値以下の場合、前記第１のセンサーの位置及び姿勢を記録するｂ−１−２ステップと、
を含むことを特徴とする、［７］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［９］
前記ｃステップは、
センサー故障判断部を用いて、前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−１ステップと、
前記ｃ−１ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−２ステップと、
前記ｃ−２ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部が検出した位置信号で前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識して出力するｃ−３ステップと、
を含むことを特徴とする、［６］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［１０］
前記ｃステップは、
前記ｃ−１ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−４ステップと、
前記ｃ−４ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、前記第２のセンサーの位置信号値で前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識するｃ−５ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第１の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−６ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、［９］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［１１］
前記ｃステップは、
前記ｃ−２ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記第１の位置検出部が検出した前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識するｃ−７ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第２の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−８ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、［９］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［１２］
前記ｃステップは、
前記ｃ−１ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−９ステップと、
前記ｃ−９ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、ロボットの停止信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１０ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−１１ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、［９］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［１３］
前記ｃステップは、
センサー故障判断部を用いて、前記主センサーに設定された前記第１の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−１２ステップと、
前記ｃ−１２ステップで、前記第１の位置検出部の動作が正常ではないと判断される場合、前記補助センサーに設定された前記第２の位置検出部の動作が正常であるか否かを判断するｃ−１３ステップと、
前記ｃ−１３ステップで、前記第２の位置検出部の動作が正常であると判断される場合、ロボットの減速信号を発生して整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１４ステップと、
設定された時間内にユーザーの確認信号が入力されたかを確認するｃ−１５ステップと、
前記ｃ−１５ステップで、設定された前記時間内に前記ユーザーの前記確認信号が入力される場合、前記第２のセンサーの位置検出信号で前記第１のセンサーの位置及び姿勢を認識するｃ−１６ステップと、
ロボットの作業速度の復帰信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１７ステップと、
を含むことを特徴とする、［６］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。
［１４］
前記ｃステップは、
前記ｃ−１５ステップで、設定された前記時間内に前記ユーザーの前記確認信号が入力されない場合、ロボットの停止信号を発生して前記整形外科手術用ロボットに伝達するｃ−１８ステップと、
センサー故障報知部を用いて、前記第１の位置検出部の故障メッセージを外部に表示するｃ−１９ステップと、
をさらに含むことを特徴とする、［１３］の整形外科手術用マーカーの位置確認方法。