(57)【要約】      （修正有）【課題】ドリルによる穿孔の自動化が可能となる、ドリルの制御装置およびドリリングシステムを提供する。【解決手段】記憶部が、三次元空間の定点に対する固定された膝の三次元位置情報、およびセット位置におけるドリルの三次元位置情報を記憶し、画像入力部が前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、表示部が前記関節画像を表示し、穿孔位置入力部が前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を前記大腿骨の第１穿孔位置および前記脛骨の第２穿孔位置として入力し、制御情報算出部が三次元空間における、前記第１穿孔位置と前記第２穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとのずれをドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、制御情報出力部が、前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力することを特徴とする。【選択図】図１
2020043902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶部、
画像入力部、
表示部、
穿孔位置入力部、
位置情報算出部、および
制御情報出力部を含み、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
前記画像入力部は、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示部は、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力部は、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第１穿孔位置および前記脛骨の第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記三次元空間における、前記第１穿孔位置と前記第２穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、前記制御情報出力部は、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリルの制御装置。
【請求項２】
前記画像入力部は、
内視鏡と接続可能であり、
前記内視鏡により撮影された前記関節画像を入力する、請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
さらに、タッチ認識部を含み、
前記画像表示部および前記タッチ認識部は、ユーザインターフェイスであり、
前記タッチ認識部は、
前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力部は、
前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項１または２記載の制御装置。
【請求項４】
前記記憶部は、さらに、
前記定点に対する、セット位置におけるプローブ装置のプローブの三次元位置情報を記憶し、
前記穿孔位置入力部は、
前記プローブ装置と接続可能であり、
前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項５】
記憶部、画像入力部、表示部、穿孔位置入力部、制御情報算出部、および制御情報出力部を含む制御装置を使用し、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
画像入力工程、
表示工程、
穿孔位置入力工程、
制御情報算出工程、および
制御情報出力工程を含み、
前記画像入力工程は、前記画像入力部により、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示工程は、前記表示部により、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力工程は、前記穿孔位置入力部により、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第１穿孔位置および前記脛骨の第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記制御情報算出部により、
前記三次元空間における、前記第１穿孔位置と前記第２穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置におけるドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、
前記制御情報出力工程は、前記制御情報出力部により、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリルの制御方法。
【請求項６】
前記画像入力部は、
内視鏡と接続可能であり、
前記画像入力工程は、
前記内視鏡により撮影された前記関節画像を入力する、請求項５記載の制御方法。
【請求項７】
前記制御装置は、さらに、タッチ認識部を含み、
前記画像表示部および前記タッチ認識部は、ユーザインターフェイスであり、
さらに、タッチ認識工程を含み、
前記タッチ認識工程は、
前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力工程は、
前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、
前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項５または６記載の制御方法。
【請求項８】
前記記憶部は、さらに、
前記定点に対する、セット位置におけるプローブ装置のプローブの三次元位置情報を記憶し、
前記穿孔位置入力部は、
前記プローブ装置と接続可能であり、
前記穿孔位置入力工程は、
前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、
前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する、請求項５から７のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか一項に記載の骨孔作製用ドリルの制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
請求項９記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１１】
内視鏡装置、制御装置、およびドリル装置を含み、
前記内視鏡および前記ドリル装置は、前記制御装置と接続可能であり、
前記内視鏡装置は、
撮像部、および出力部を含み、
前記出力部は、前記撮像部で撮像した、固定された膝の内部の関節画像を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
前記制御装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の骨孔作製用ドリルの制御装置であり、
前記内視鏡装置からの関節画像を入力し、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置は、
骨孔作製用ドリル、入力部、および駆動部を含み、
前記入力部は、前記制御装置からの前記ドリル制御情報を入力し、
前記駆動部は、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリリングシステム。
【請求項１２】
前記制御装置の記憶部は、さらに、前記定点に対する、セット位置におけるプローブの三次元位置情報を記憶し、
さらに、プローブ装置を含み、
前記プローブ装置は、前記制御装置と接続可能であり、
前記プローブ装置は、前記プローブと出力部とを含み、
前記プローブは、対象物の表面を指示し、
前記出力部は、前記プローブによりユーザが選択した前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力する、請求項１１記載のドリリングシステム。
【請求項１３】
内視鏡装置、制御装置、およびドリル装置を使用し、
前記内視鏡および前記ドリル装置は、前記制御装置と接続可能であり、
撮像工程、
画像出力工程、および
ドリル制御工程を含み、
前記撮像工程は、
前記内視鏡装置により、固定された膝の内部の関節画像を撮像し、
前記画像出力工程は、
撮像した関節画像を、前記内視鏡装置から前記制御装置に出力し、
前記ドリル制御工程は、
前記制御装置に前記関節画像を入力し、請求項５から８のいずれか一項に記載の骨孔作製用ドリルの制御方法によりドリル制御情報を算出し、前記ドリル制御情報を前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置に前記ドリル制御情報を入力し、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御する
ことを特徴とする骨孔作製用ドリリング方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の骨孔作製用ドリリング方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１５】
請求項１４記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨孔作製用ドリルの制御装置、および制御方法、さらに、骨孔作製ドリリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膝関節の前十字靭帯は、大腿骨と脛骨とをつなぐ靭帯であり、スポーツ等における損傷としてよく知られている。前十字靭帯が断裂した場合、自然治癒することはほとんどなく、放置しておくと、関節が不安定になるため、骨どうしの接触による剥離、軟骨の損傷等につながるおそれがある。このため、断裂した靭帯にかわる新たな靭帯を再建する靭帯再建術が広く用いられている。靭帯再建術では、例えば、大腿骨と脛骨とにトンネルとなる孔を開け、そこに代用する靭帯を通すことで、移植が行われている。
【０００３】
具体的に、前記靭帯再建術は、一般的に、患者の膝関節が観察しやすいように、膝が自由にまがる未固定の状態で行われる。まず、医師は、膝の内部に内視鏡を挿入し、膝関節のうち、大腿骨の画像をみながら、大腿骨の目的の位置を定め、自らドリル装置を手に持ち、操縦しながら、前記目的の位置を貫通する孔をあける。つぎに、膝関節のうち、脛骨の画像を見ながら、脛骨の目的の位置を定め、同様に自ら操縦するドリル装置により、脛骨を貫通する孔をあける。そして、医師は、大腿骨の骨孔と脛骨の骨孔に、前記靭帯の代用品を通している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、多くの病院では医師不足が問題となっており、複数の医師が必要とされる手術の実施が困難な場合がある。また、経験不足の医師の場合、関節画像を確認しながら、穿孔位置を決め、さらに自らがドリルを操縦して、前記穿孔位置に正しく貫通する孔をあけることも困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、操作が簡便であり、ドリルによる穿孔の自動化が可能となる、ドリルの制御装置およびドリリングシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の骨孔作製用ドリルの制御装置は、
記憶部、
画像入力部、
表示部、
穿孔位置入力部、
位置情報算出部、および
制御情報出力部を含み、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
前記画像入力部は、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示部は、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力部は、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第１穿孔位置および前記脛骨の第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、
前記三次元空間における、前記第１穿孔位置と前記第２穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、前記制御情報出力部は、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力することを特徴とする
【０００７】
本発明の骨孔作製用ドリルの制御方法は、
記憶部、画像入力部、表示部、穿孔位置入力部、制御情報算出部、および制御情報出力部を含む制御装置を使用し、
前記記憶部は、
三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および
前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶し、
画像入力工程、
表示工程、
穿孔位置入力工程、
制御情報算出工程、および
制御情報出力工程を含み、
前記画像入力工程は、前記画像入力部により、
前記固定された膝の内部の関節画像を入力し、
前記表示工程は、前記表示部により、
前記関節画像を表示し、
前記穿孔位置入力工程は、前記穿孔位置入力部により、
ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第１穿孔位置および前記脛骨の第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記制御情報算出部により、
前記三次元空間における、前記第１穿孔位置と前記第２穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、
前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置におけるドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出し、
前記制御情報出力工程は、前記制御情報出力部により、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力することを特徴とする
【０００８】
本発明の骨孔作製用ドリリングシステムは、
内視鏡装置、制御装置、およびドリル装置を含み、
前記内視鏡および前記ドリル装置は、前記制御装置と接続可能であり、
前記内視鏡装置は、
撮像部、および出力部を含み、
前記出力部は、前記撮像部で撮像した、固定された膝の内部の関節画像を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
前記制御装置は、前記本発明の骨孔作製用ドリルの制御装置であり、
前記内視鏡装置からの関節画像を入力し、
前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置は、
骨孔作製用ドリル、入力部、および駆動部を含み、
前記入力部は、前記制御装置からの前記ドリル制御情報を入力し、
前記駆動部は、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御する
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の骨孔作製用ドリリング方法は、
内視鏡装置、制御装置、およびドリル装置を使用し、
前記内視鏡および前記ドリル装置は、前記制御装置と接続可能であり、
撮像工程、
画像出力工程、および
ドリル制御工程を含み、
前記撮像工程は、
前記内視鏡装置により、固定された膝の内部の関節画像を撮像し、
前記画像出力工程は、
撮像した関節画像を、前記内視鏡装置から前記制御装置に出力し、
前記ドリル制御工程は、
前記制御装置に前記関節画像を入力し、前記本発明の骨孔作製用ドリルの制御方法によりドリル制御情報を算出し、前記ドリル制御情報を前記ドリル装置に出力し、
前記ドリル装置に前記ドリル制御情報を入力し、前記ドリル制御情報に基づいて、前記ドリルの位置を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明のプログラムは、前記本発明の骨孔作製用ドリルの制御方法または前記本発明の骨孔作製用ドリリング方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の記録媒体は、前記本発明のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡便な操作でドリル装置の制御が可能であり、このため、例えば、経験が浅い医師であっても、膝関節における骨孔作製が可能となる。また、本発明によれば、例えば、ドリル装置の自動制御、骨孔作製におけるドリリングの自動化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態１の制御装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態１の制御装置のハードウエア構成の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、実施形態１のドリリングシステムの一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施形態１のドリリングシステムの使用状態の一例を示す概略図である。
【図５】図５は、実施形態１の駆動ユニットの一例を示す概略図である。
【図６】図６は、実施形態１におけるドリリング方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施形態１において、膝関節の状態を示す概略図である。
【図８】図８は、実施形態１において、膝関節の状態を示す概略図である。
【図９】図９は、実施形態２のドリリングシステムの一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施形態２のドリリングシステムの使用状態の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の制御装置において、例えば、前記画像入力部は、内視鏡と接続可能であり、前記内視鏡により撮影された前記関節画像を入力する。
【００１５】
本発明の制御装置は、例えば、さらに、タッチ認識部を含み、
前記画像表示部および前記タッチ認識部は、ユーザインターフェイスであり、
前記タッチ認識部は、前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力部は、前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する。
【００１６】
本発明の制御装置において、例えば、前記記憶部は、さらに、前記定点に対する、セット位置におけるプローブ装置のプローブの三次元位置情報を記憶し、
前記穿孔位置入力部は、前記プローブ装置と接続可能であり、前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出部は、前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する。
【００１７】
本発明の制御方法において、例えば、前記画像入力部は、内視鏡と接続可能であり、前記画像入力工程は、前記内視鏡により撮影された前記関節画像を入力する。
【００１８】
本発明の制御方法は、例えば、御情報出力部により、前記穿孔軌道情報を含むドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力する。
【００１９】
本発明の制御方法において、例えば、前記制御装置は、さらに、タッチ認識部を含み、前記画像表示部および前記タッチ認識部は、ユーザインターフェイスであり、
さらに、タッチ認識工程を含み、
前記タッチ認識工程は、前記画像表示部へのユーザのタッチを認識し、
前記穿孔位置入力工程は、前記タッチ認識部により認識された、前記画像表示部に表示された前記関節画像における前記大腿骨の一部へのタッチ位置および前記脛骨へのタッチ位置を、それぞれ、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記膝の三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する。
【００２０】
本発明の制御方法において、例えば、前記記憶部は、さらに、前記定点に対する、セット位置におけるプローブ装置のプローブの三次元位置情報を記憶し、
前記穿孔位置入力部は、前記プローブ装置と接続可能であり、
前記穿孔位置入力工程は、前記膝関節に挿入された前記プローブによる前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力し、
前記制御情報算出工程は、前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の三次元情報を算出する。
【００２１】
本発明のドリリングシステムにおいて、例えば、前記制御装置の記憶部は、さらに、前記定点に対する、セット位置におけるプローブの三次元位置情報を記憶し、
さらに、プローブ装置を含み、
前記プローブ装置は、前記制御装置と接続可能であり、前記プローブと出力部とを含み、前記プローブは、対象物の表面を指示し、前記出力部は、前記プローブによりユーザが選択した前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として入力する。
【００２２】
以下、本発明の骨孔作製用ドリルの制御装置を「ドリル制御装置」または「制御装置」、本発明の骨孔作製用ドリルの制御方法を「ドリル制御方法」または「制御方法」、本発明の骨孔作製ドリリングシステムを「ドリリングシステム」、前記骨孔作製用ドリルを「ドリル」ともいう。
【００２３】
本発明は、患者の膝を曲げた状態で固定し、その固定された膝の膝関節について、大腿骨と脛骨とに、一回のドリリングで骨孔を開けるための技術である。本発明において、「一回のドリリング」とは、例えば、大腿骨の骨孔および脛骨の骨孔を形成するにあたって、大腿骨への穿孔と脛骨への穿孔とを、別々のドリリングにより行うのではなく、ドリルを一軸方向に沿って進行させる処理によって、大腿骨への穿孔と脛骨への穿孔とを連続して行うことを意味する。前記ドリルの進行は、一軸方向に沿っていればよく、例えば、ドリル先端を前方とした場合、前方への進行のみでもよいし、前方への進行と後方へに進行との両方であってもよい。
【００２４】
本発明のドリル制御方法は、例えば、本発明のドリル制御装置により実行でき、本発明のドリリング方法は、例えば、本発明のドリリングシステムにより実行できる。また、本発明のドリル制御装置は、例えば、本発明のドリリングシステムに適用できる。以下において、本発明のドリル制御装置およびドリル制御方法、ならびに本発明のドリリングシステムおよびドリリング方法についての記載は、それぞれ援用できる。
【００２５】
つぎに、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態には限定されない。なお、以下の各図において、同一部分には、同一符号を付している。また、各実施形態の説明は、特に言及がない限り、互いの説明を援用できる。さらに、各実施形態の構成は、特に言及がない限り、組合せ可能である。
【００２６】
［実施形態１］
（１）ドリル制御装置
まず、本発明の制御装置の一例について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態の制御装置の一例を示すブロック図である。制御装置１は、記憶部１０、入力部１１、出力部１２、表示部１３、および制御情報算出部１４を含み、入力部１１は、画像入力部１１１、および穿孔位置入力部１１２を含み、出力部１２は、制御情報出力部１２１を含む。制御装置１は、例えば、前記各部を含む１つの装置でもよいし、前記各部が接続可能な装置でもよい。前記接続形式は、特に制限されず、通信回線網を介していない電気的な接続でもよいし、通信回線網を介した電気的な接続でもよい。前者の場合、例えば、ケーブルを用いた接続形式でもよく、具体例として、例えば、ＵＳＢポート等のポートを有し、ＵＳＢケーブル等のケーブルを接続することで、前記各部と接続できる。また、後者の場合、前記通信回線網は、特に制限されず、例えば、有線でも無線でもよく、公知の通信回線網を使用でき、具体例として、インターネット回線、電話回線、ＬＡＮ（Local  Area  Network）、ＷｉＦｉ（Wireless  Fidelity）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等があげられる。制御装置１は、例えば、制御システムともいう。
【００２７】
記憶部１０は、三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報、および前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報を記憶する。前記膝の三次元位置情報は、例えば、実際に固定された患者の膝の位置から求めた情報でよいし、膝を固定するための固定具の位置から間接的に求めた情報でもよい。前記セット位置とは、前記ドリル装置の移動を制御する前の基準となるセット位置であり、任意に設定でき、前記ドリルの三次元位置情報は、セット位置ごとに設定できる。
【００２８】
入力部１１における画像入力部１１１は、前記固定された膝の内部の関節画像を入力する。表示部１３は、前記関節画像を表示する。入力部１１における穿孔位置入力部１１２は、ユーザが選択した前記関節画像における大腿骨の一部および前記脛骨の一部を、それぞれ、前記大腿骨の第１穿孔位置および前記脛骨の第２穿孔位置として入力する。
【００２９】
制御情報算出部１４は、前記三次元空間における前記第１穿孔位置と前記第２穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成し、前記膝の三次元位置情報および前記ドリルの三次元位置情報に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとのずれを、ドリル位置を制御するドリル制御情報として算出する。前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとのずれ（以下、ギャップともいう）は、例えば、前記仮想穿孔軌道の傾きと、前記セット位置のドリルの傾きとのずれ、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリルとの距離等である。
【００３０】
制御情報出力部１２１は、前記ドリル制御情報を、前記ドリル装置に出力する。
【００３１】
図２に、制御装置１のハードウエア構成のブロック図の一例を示す。制御装置１は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）１００、メモリ１０１、バス１０２、入力装置１０３、ディスプレイ１０４、通信デバイス１０５、記憶装置１０６等を有する。制御装置１の各部は、例えば、それぞれのインターフェイス（Ｉ／Ｆ）により、バス１０２を介して、相互に接続される。
【００３２】
ＣＰＵ１００は、制御装置１の全体の制御を担う。制御装置１において、ＣＰＵ１００により、例えば、プログラム１０７（本発明のプログラムを含む）が実行され、また、各種情報の読み込みや書き込みが行われる。
【００３３】
バス１０２は、例えば、ＣＰＵ１００、メモリ１０１等のそれぞれの機能部間を接続する。バス１０２は、例えば、外部機器とも接続できる。前記外部機器は、例えば、後述する内視鏡装置およびドリル装置等があげられる。制御装置１と前記外部機器との接続形式は、特に制限されず、通信回線網を介していない電気的な接続でもよいし、通信回線網を介した電気的な接続でもよい。前者の場合、例えば、ケーブルを用いた接続形式でもよく、具体例として、例えば、ＵＳＢポート等のポートを有し、ＵＳＢケーブル等のケーブルを接続することで、前記外部機器と接続できる。また、後者の場合、制御装置１は、例えば、バス１０２に接続された通信デバイス１０５により、通信回線網に接続でき、前記通信回線網を介して、前記外部機器と接続できる。前記通信回線網は、特に制限されず、例えば、有線でも無線でもよく、公知の通信回線網を使用でき、具体例として、インターネット回線、電話回線、ＬＡＮ（Local  Area  Network）、ＷｉＦｉ（Wireless  Fidelity）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等があげられる。
【００３４】
メモリ１０１は、例えば、メインメモリを含み、前記メインメモリは、主記憶装置ともいう。ＣＰＵ１００が処理を行う際には、例えば、後述する補助記憶装置に記憶されている、本発明のプログラム等の種々の動作プログラム１０７を、メモリ１０１が読み込み、ＣＰＵ１００は、メモリ１０１からデータを受け取って、プログラム１０７を実行する。前記メインメモリは、例えば、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）である。メモリ１０１は、例えば、さらに、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）を含む。
【００３５】
記憶装置１０６は、例えば、前記メインメモリ（主記憶装置）に対して、いわゆる補助記憶装置ともいう。記憶装置１０６は、例えば、記憶媒体と、前記記憶媒体に読み書きするドライブとを含む。前記記憶媒体は、特に制限されず、例えば、内蔵型でも外付け型でもよく、ＨＤ（ハードディスク）、ＦＤ（フロッピー（登録商標）ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリー、メモリーカード等があげられ、前記ドライブは、特に制限されない。記憶装置１０８は、例えば、記憶媒体とドライブとが一体化されたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）も例示できる。記憶装置１０６は、例えば、記憶部１０であり、前述の三次元位置情報の他、各部で取得された情報が格納されてもよい。
【００３６】
ディスプレイ１０４は、例えば、表示部１３であり、具体例として、ＬＥＤディスプレイ、液晶ディスプレイ等があげられる。入力装置１０３は、例えば、入力部１１であり、前記外部機器との接続インターフェイス、キーボード等のユーザインターフェイスがあげられる。また、入力装置１０３およびディスプレイ１３は、例えば、それらを組み合わせたタッチパネル等のユーザインターフェイスでもよい。
【００３７】
前記タッチパネルの場合、制御装置１は、例えば、さらに、表示部１３へのユーザのタッチを認識するタッチ認識部を含み、表示部１３および前記タッチ認識部が、例えば、ユーザインターフェイスである。前記タッチは、特に制限されず、例えば、タッチの他、スワイプ、ピンチイン、ピンチアウト等を含む。
【００３８】
（２）ドリリングシステム
つぎに、本発明のドリリングシステムの一例について、図を用いて説明する。図３は、本実施形態のドリリングシステムの一例を示すブロック図である。また、図４は、本実施形態のドリリングシステムを使用する際における、固定された患者の膝４と、ドリル装置３との位置関係を示す概略図であり、内視鏡装置２および制御装置１については、図示していない。なお、図４においては、フラットな一つの平面上に、患者とドリル装置３とが載っている状態であるが、後述するｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を説明するにあたっての概略であり、これには制限されない。
【００３９】
図３に示すように、前記ドリリングシステムは、前述の制御装置１、内視鏡装置２、およびドリル装置３を含む。内視鏡装置２およびドリル装置３は、それぞれ、制御装置１と接続可能であり、その接続形式は、特に制限されず、通信回線網を介していない電気的な接続（図３におけるＡ）でもよいし、通信回線網を介した電気的な接続（図３におけるＢ）でもよく、制御装置１における前述の例示があげられる。図３において、通信回線網を介していない電気的な接続（Ａ）と、通信回線網を介した電気的な接続（Ｂ）の両方を示したが、これには制限されず、いずれか一方のみでもよいし、制御装置１と内視鏡装置２との接続、および制御装置１とドリル装置３との接続が、それぞれ異なる接続形式でもよい。
【００４０】
内視鏡装置２は、撮像部２１と出力部２２とを含む。本実施形態における内視鏡装置２は、膝の内部の関節の観察に使用することから、膝関節用内視鏡（関節鏡）ともいう。内視鏡装置２は、体内の膝関節に挿入され、前記膝関節における大腿骨および脛骨を撮像部２１により撮影でき、撮像部２１で撮影した画像を出力部２２から外部に出力できればよい。本実施形態においては、具体的には、撮像部２１により、固定された膝の内部の関節画像が撮像され、出力部２２により、前記関節画像が制御装置１に出力される。出力部２２は、例えば、ケーブル等により制御装置１と接続（Ａ）する接続部でもよいし、通信回線網と接続（Ｂ）する通信デバイスでもよい。
【００４１】
内視鏡装置２は、特に制限されず、一般的な内視鏡装置が使用でき、ファイバースコープ、ビデオスコープ等があげられる。内視鏡装置２の構成は、例えば、一般的な内視鏡装置が備える構成があげられる。内視鏡装置２は、例えば、内視鏡、操作部、電源部、および光源部を含み、それぞれがケーブルで連結されている。
【００４２】
内視鏡装置２において、前記内視鏡は、撮像部２１、体内に挿入される挿入部を含み、撮像部２１は、前記挿入部の先端に位置し、レンズ、ＣＣＤ等の撮像素子、ライト等の発光部等を含む。前記挿入部の先端領域には、例えば、鉗子等の処置具、後述するプローブ等が収容されてもよく、前記挿入部の先端に設けられた穴（チャネル）から、前記処置具または前記プローブを外部に導出することもできる。前記プローブについては、後述する。前記内視鏡は、例えば、金属管により形成された硬性鏡でもよく、軟性鏡でもよく、先端のみが軟性鏡でもよい。
【００４３】
内視鏡装置２において、前記操作部は、例えば、前記内視鏡の先端領域の方向の制御、前記内視鏡の撮像部の駆動の制御等を行う。前記電源は、例えば、各部に電源を供給し、前記光源部は、前記発光部に光を供給する。
【００４４】
ドリル装置３は、入力部３１、制御部３２、および骨孔作製用ドリル３３を含む。
ドリル３３は、例えば、図４に示すように、ドリルビット（ブレードともいう）３３１と、駆動本体３３２とを含み、駆動本体３３２は、セットされたドリルビット３３１を回転させる。入力部３１は、制御装置１からの前記ドリル制御情報を入力する。ドリル装置３において、入力部３１は、例えば、ケーブル等により制御装置１と接続する接続部でもよいし、通信回線網Ａと接続する通信デバイスでもよい。制御部３２は、前記ドリル制御情報に基づいて、ドリル３３の位置を制御し、具体的には、例えば、ドリル３３の進行方向、進行角度、進行距離等を制御する。また、制御部３２は、例えば、ドリル３３の駆動本体３３２を制御することにより、ドリルビット３３１の回転速度等を制御してもよい。本発明において、ドリルビット３３１は、特に制限されないが、例えば、ドリルビット機能を備える特許第５８７７５０８号等の靭帯再建術用具等があげられ、その構造および使用方法等については、前記特許公報を援用できる。
【００４５】
ドリル装置３は、制御装置１からの前記ドリル制御情報に基づいて、制御部３２により、例えば、ドリル３３の進行の方向、角度、距離等が制御される。ドリル装置３は、前記ドリル制御情報に基づいて、ドリル３３をフレキシブルに移動させるため、例えば、図４に示すように、駆動ユニット３４にドリル３３が配置されたロボット型の装置が好ましい。
【００４６】
図５に、駆動ユニット３４の概略の一例を示す。駆動ユニット３４は、いわゆるスチュワートプラットフォームであり、ベース３４１上に、独立して駆動する複数のアクチュエータ３４２が設置され、アクチュエータ３４２で一つのプレート３４３が支持され、アクチュエータ３４２の制御により、三次元空間内におけるプレート３４３の位置と傾きとが制御される。ドリル３３は、使用時において、プレート３４３上に固定化される。このように、駆動ユニット３４のプレート３４３上に、ドリル３３を固定することによって、プレート３４３の制御を介して、ドリル３３の位置および傾きを、任意に制御できる。駆動ユニット３４は、例えば、図５に示すように、プレート３４３の上面とベース３４１の上面とが水平な状態を基準位置とした場合、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向への移動の制御、軸回転の制御を行うことができる。図５において、ｚ軸方向は、上下方向であり、ｘ軸方向は、プレート３４３の上面に固定したドリル３３のドリルビット３３１の先端側の方向であり、ｙ軸方向は、プレート３４３の上面と水平な方向であり、ｘ方向およびｚ方向に垂直な方向である。アクチュエータ３４２の数は、特に制限されず、一般的に６本であるが、フレキシブルな移動が可能である限り、６本未満でも６本以上でもよい。
【００４７】
（３）三次元位置情報
本発明において、三次元位置情報とは、対象物の三次元空間における位置を示す情報であり、例えば、三次元空間における座標として表すことができる。前述のように、制御装置１の記憶部１０には、三次元空間の定点に対する、固定された膝の三次元位置情報１０８、前記定点に対する、セット位置におけるドリル装置のドリルの三次元位置情報１０９が記憶されている。
【００４８】
前記ドリリングシステムを使用する際、図４に示すように、手術室内において、患者は、手術台に仰向けで横たわり、患者の膝４は、例えば、固定具５等を利用し、曲がった状態で固定されている。制御装置１、内視鏡装置２およびドリル装置３は、同様に、前記手術室内に配置されており、ドリル装置３は、前記固定された膝４に対して、所定のセット位置に配置されている。そして、制御装置１は、ドリル装置３および内視鏡装置２と、接続されている。
【００４９】
本実施形態においては、図４に示す点Ｏを、三次元空間における定点Ｏとして設定する。具体的には、前記手術台の上面と、ドリル装置３の底面とを、同じ水平面に設定し、ドリル装置３の中心軸と前記水平面との交点を、定点Ｏとする。定点Ｏは、任意に設定でき、図４に示す定点Ｏは、例示であり、本発明は、この例には何ら制限されない。
【００５０】
定点Ｏが設定されると、さらに、定点Ｏを通るドリル装置３の中心軸をＺ軸、定点Ｏを通る前記手術台の長手方向と平行な軸をＸ軸、定点Ｏを通る前記Ｚ軸と前記Ｘ軸とに直交する軸をＹ軸、に設定できる。このように、定点Ｏを基準とし、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸で規定される三次元空間が設定されると、前記三次元空間における様々な位置は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標として表すことができる。つまり、定点Ｏの設定により、前記三次元空間における対象部の座標が設定できるため、例えば、固定された膝４の座標が、膝４の三次元位置情報１０８となり、また、ドリル３３の座標が、ドリル３３の三次元位置情報１０９となる。制御装置１の記憶部１０には、例えば、このようにして設定された膝４の三次元位置情報１０８、およびドリル３３の三次元位置情報１０９を、予め記憶できる。膝４の三次元位置情報１０８は、例えば、膝の内部構造に基づいて算出された膝関節の三次元位置情報でもよい。
【００５１】
前記手術室においては、例えば、前記手術台、膝の固定具５、およびドリル装置３の位置を予め固定しておくことで、この固定した状態について設定された、膝４の三次元位置情報１０８、およびドリル３３の三次元位置情報１０９を、初期設定情報として記憶させてもよい。そして、例えば、患者の体格、各機器等の設置位置の変更に応じて、初期設定情報から変更した三次元位置情報を、新たな更新設定情報として記憶させてもよい。
【００５２】
（４）制御方法およびドリリング方法
つぎに、本実施形態のドリリングシステムを用いたドリリング方法について、より詳細に説明する。なお、本実施形態のドリリングシステムには、本実施形態の制御装置が含まれるため、本実施形態のドリリング方法において、あわせて本実施形態の制御方法についても説明する。
【００５３】
図６に、本実施形態のドリリングシステムを用いたドリリング方法のフローチャートを示す。図６のフローチャートにおいて、Ａ工程は、内視鏡装置１による工程であり、Ｂ工程は、制御装置１０による工程であり、Ｃ工程は、ドリル装置３による工程である。このため、前記Ｂ工程は、例えば、本実施形態の制御装置を用いた制御方法のフローチャートと言える。
【００５４】
前述のように、患者の膝４を固定し、各機器を所定の位置に設置する。医師は、内視鏡装置２を使用し、前記内視鏡の先端を膝の内部に挿入し、膝関節の画像を撮像する（Ａ１工程）。前記内視鏡は、通常、膝４の膝蓋骨の下方の内側または外側から、膝４の内部に挿入される。前記ドリリングシステムにおいて、内視鏡装置２の撮像部２１で撮像された膝関節の関節画像は、出力部２２から制御装置１に出力される（Ａ２工程）。
【００５５】
そして、制御装置１は、画像入力部１１１により、内視鏡装置２からの前記関節画像を入力し（Ｂ１工程）、表示部１３に、前記関節画像を表示する（Ｂ２工程）。
【００５６】
医師は、表示部１３に関節画像が表示されると、前記関節画像において、大腿骨と脛骨とを一直線に貫通させるための穿孔位置として、大腿骨の一部を前記第１穿孔位置として決定し、脛骨の一部を前記第２穿孔位置として決定し、これらを、制御装置１に入力する。前記大腿骨の第１穿孔位置および前記脛骨の第２穿孔位置の位置関係を、図７および図８の概略図に例示する。図７は、いずれも、左足の膝を曲げた状態の関節を、膝正面から表した膝関節の正面図であり、図８は、前記関節の内部を示す斜視図であり、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の概略を示す模式図である。図７（Ａ）は、膝関節の大腿骨４１と脛骨４２であり、円Ｍ１で囲んだ領域の大腿骨４１表面が、前記第１穿孔位置であり、円Ｍ２で囲んだ領域の脛骨４２の表面が、前記第２穿孔位置である。具体的に、図８に示すように、膝を曲げた状態において、大腿骨４１と脛骨４２とが対向する付近において、それぞれ、第１穿孔位置Ｍ１および第２穿孔位置Ｍ２とが、医師により決定される。
【００５７】
医師は、決定した大腿骨の前記第１穿孔位置、および脛骨の前記第２穿孔位置を、制御装置１に入力する。医師の入力に伴い、制御装置１は、穿孔位置入力部１１２において、前記第１穿孔位置、前記第２穿孔位置を入力する（Ｂ３工程）。入力の方法は、特に制限されず、例えば、入力装置１０３として前記タッチパネルを用いた入力でもよいし、前記キーボードを用いた入力でもよい。前記タッチパネルの場合、表示部１３に表示された前記関節画像について、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置をタッチすることで、入力できる。前記キーボード入力の場合、例えば、表示部１３に、前記関節画像とあわせて二次元座標を示し、前記関節画像における前記第１穿孔位置の二次元座標および前記第２穿孔位置の二次元座標を入力することもできる。
【００５８】
制御装置１における制御情報算出部１４は、前述のように、前記三次元空間における前記第１穿孔位置と前記第２穿孔位置とを通る仮想穿孔軌道を生成する（Ｂ４工程）。前記仮想穿孔軌道は、例えば、図８において、大腿骨４１の第１穿孔位置Ｍ１と、脛骨４２の第２穿孔位置Ｍ２とを通る線であり、前記仮想穿孔軌道にそって穿孔されれば、図７（Ｂ）に示すように、大腿骨４１には、第１穿孔位置Ｍ１を通る骨孔Ｈ１が穿孔され、脛骨４２には、第２穿孔位置Ｍ２を通る骨孔Ｈ２が穿孔され、骨孔Ｈ１と骨孔Ｈ２とは直線状の関係になる。
【００５９】
そして、膝４の三次元位置情報１０８およびドリル装置３の三次元位置情報１０９に基づいて、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリル３３とのずれを、ドリル３３の位置の制御情報として選出する（Ｂ５工程）。
【００６０】
前記仮想穿孔軌道と同一線上に、ドリル装置３のドリル３３が位置すれば、ドリル装置３のドリル３３を一軸方向に沿って進行させるのみで、大腿骨の前記第１穿孔位置および脛骨の前記第２穿孔位置の両方に穿孔できる。前述のように、ドリル３３の進行方向は、一軸方向に沿っていればよく、前進のみでもよいし、前進と後進の両方であってもよい。前記制御情報は、前記仮穿孔軌道と前記セット位置のドリル３３のずれを含むため、この制御情報に基づけば、ずれを相殺する補正位置が設定できるため、前記セット位置から前記補正位置にドリル３３を移動するようにドリル３装置を制御すれば、前述のような穿孔が可能となる。
【００６１】
前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリル３３とのずれは、例えば、前述のように、例えば、前記仮想穿孔軌道の傾きと、前記セット位置のドリルの傾きとのずれ、前記仮想穿孔軌道と前記セット一のドリルとの距離等である。前記距離としては、例えば、前記仮想穿孔軌道と前記ドリルの中心軸との距離、ドリル３３の先端と前記第１穿孔部位との距離、ドリル３３の先端と前記第２穿孔部位との距離等があげられる。
【００６２】
前記仮想穿孔軌道の生成は、特に制限されず、例えば、前記三次元空間において、前記第１穿孔位置の三次元座標と、前記第２穿孔位置の三次元座標とから、両者を通る軌道として生成できる。前記第１穿孔位置の三次元座標および前記第２穿孔位置の三次元座標は、例えば、前記入力された第１穿孔位置および第２穿孔位置の情報から、前記関節画像と、膝４の前記三次元位置情報とに基づいて、算出できる。すなわち、前記関節画像は、固定された膝４の内部の画像であることから、膝４の前記三次元位置情報に基づいて、前記関節画像の画像解析を行うことで、前記関節画像の三次元位置情報が設定できる。このため、前記関節画像の三次元位置情報に基づいて、前記第１穿孔位置の三次元座標および前記第２穿孔位置の三次元座標を決定できる。これは、前述のように、例えば、前記タッチパネル等により、前記関節画像上で直接、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置を特定し入力した場合でも、前記キーボード等により、前記関節画像における前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置を、二次元座標として特定し入力した場合でも、同様に三次元座標を決定できる。
【００６３】
このように、前記膝の三次元位置情報と前記関節画像に基づいて、前記第１穿孔位置および前記第２先行位置の三次元位置情報が決定でき、また、ドリル３３の前記三次元情報位置が記憶部１０に記憶されていることから、例えば、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリル３３とのずれを、三次元座標を利用して算出できる。前記ドリル制御情報は、例えば、さらに、大腿骨および脛骨の厚み情報等を含んでもよい。
【００６４】
そして、制御装置１の制御情報出力部１２１は、制御情報算出部１４で算出した
前記ドリル制御情報を、ドリル装置３に出力する（Ｂ６工程）。
【００６５】
つぎに、前記ドリリングシステムにおいて、ドリル装置３は、制御装置１の制御情報出力部１２１から出力されたドリル制御情報を、入力部３１により入力する（Ｃ１工程）。そして、ドリル装置３の制御部３２は、前記ドリル制御情報に基づいて、ドリル３３の位置を制御する（Ｃ２工程）。
【００６６】
前述のように、前記ドリル制御情報は、前記仮想穿孔軌道と前記セット位置のドリル３３とのずれに関する情報である。このため、前記ドリル制御情報に基づけば、前述のように、前記ずれを相殺する補正位置が設定できる。このため、ドリル装置３の制御部３２は、ドリル３３の位置を、例えば、前記セット位置から前記補正位置に移動するように制御することができる。このように、ドリル装置３におけるドリル３３の位置を、前記補正位置に移動させた後は、ドリル３３を回転させながら、前記仮想穿孔軌道と同一軸方向に沿ってドリル３３を進行させることによって、図７（Ｃ）に示すように、第１穿孔部位Ｍ１を通るように大腿骨４１を穿孔し、第２穿孔部位Ｍ２を通るように脛骨４２を穿孔できる。
【００６７】
ドリル３３の進行により大腿骨および脛骨のそれぞれに穿孔を行う際、ドリル３３の進行方向は、前述のように前記仮想穿孔軌道の一軸方向に沿っていればよく、大腿骨から穿孔を開始しても、脛骨から穿孔を開始してもよく、特に制限されない。ドリル３３を前記一軸方向に沿って一方向に進行させる場合、例えば、ドリル３３を大腿骨の外側から関節内部側に進行させ、大腿骨を穿孔し、そのまま進行させて、さらに、ドリル３３を脛骨の関節内部側から脛骨の外側に進行させ、脛骨を穿孔してもよい。また、反対に、例えば、ドリル３３を脛骨の外側から関節内部側に進行させ、脛骨を穿孔し、そのまま進行させて、さらに、ドリル３３を大腿骨の関節内部側から大腿骨の外側に進行させ、大腿骨を穿孔してもよい。
【００６８】
また、ドリル３３のドリルビット３３１が、特許５８７７５５０８号の靭帯再建術用具の場合は、例えば、以下のようにドリル３３を進行させることもできる。図７（Ｃ）において、ドリルビット３３１は、特許５８７７５５０８号の靭帯再建術用具の概略図であり、本体３３１ａ（錐本体ともいう）とリーマー３３１ｂとを含む。
【００６９】
ドリルビット３３１は、使用時において、まず、本体３３１ａの先端を、大腿骨４１の外側にあて、前記仮想穿孔軌道に沿って進行させていき、大腿骨４１を貫通させる。つぎに、例えば、内視鏡装置２が備える前記鉗子等を用いて、関節内部にリーマー３３１ｂを入れ、本体３３１ａの先端に、リーマー３３１ｂの中心孔を通してから、さらに、本体３３１ａを前進させ、脛骨４２を貫通させる。そして、関節内、具体的には大腿骨４１と脛骨４２との間隙に位置するリーマー３３１ｂを本体３３１ａに固定し、さらに本体３３１ａを前進させ、固定されたリーマー３３１ｂを脛骨４２に進行させる。これによって、脛骨４２の関節内部側の孔をリーマー３３１ｂで押し広げることができる。つぎに、本体３３１ａを後進させ、固定されたリーマー３３１ｂを大腿骨４１に進行させる。これによって、大腿骨４１の関節内部側の孔をリーマー３３１ｂで押し広げることができる。リーマー３３１ｂを大腿骨４１および脛骨４２に進行させる距離は、適宜設定できる。この形態の場合、ドリル３３は、前記一軸方向に沿って、前方だけでなく、後方にも進行するが、前述のように、一軸方向に沿った進行であり、一回のドリリングとなる。
【００７０】
一般に、骨の外側から関節内部に向かってドリルを進行させることを「順行性にドリルを進行させる」といい、関節の内部から骨の外側に向かってドリルを進行させることを「逆行性にドリルを進行させる」という。リーマー３３１ｂによる孔を押し広げるための穿孔は、例えば、大腿骨４１および脛骨４２のいずれも、逆行性のドリルの進行である。
【００７１】
本実施形態においては、前記手術室に、制御装置１、内視鏡装置２、およびドリル装置３が配置されている例をあげたが、これには制限されず、例えば、遠隔操作が可能な形態であってもよい。すなわち、例えば、前記手術室には、内視鏡装置２およびドリル装置３が配置され、前記手術室外に、制御装置１が配置され、内視鏡装置２およびドリル装置３と、制御装置１とが、通信回線網を介して接続可能な形態であってもよい。この場合、前記手術室では、術者が、患者の膝に内視鏡装置２の内視鏡を挿入し、関節画像を撮像し、他方、遠隔の医師が、制御装置１の表示部１３に表示された関節画像を見て、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置を入力してもよい。そして、制御装置１において前記ドリル制御情報が算出されると、通信回線網を介して、前記ドリル制御情報が、前記手術室のドリル装置３に送信され、前記ドリル制御情報に基づいて、ドリル装置３のドリル３３の位置が制御される。
【００７２】
［実施形態２］
本実施形態は、前記ドリリングシステムが、さらにプローブ装置を含む形態である。本実施形態は、前記プローブ装置を含む以外は、特に制限されず、前記実施形態１の記載を援用できる。
【００７３】
図９は、本実施形態のドリリングシステムの一例を示すブロック図である。また、図１０は、本実施形態のドリリングシステムを使用する際における、固定された患者の膝４と、ドリル装置３と、プローブ装置６との位置関係を示す概略図であり、内視鏡装置２および制御装置１については、図示していない。
【００７４】
プローブ装置６は、制御装置１と接続可能であり、プローブ６１と出力部６２とを含む。プローブ６１は、対象物の表面を指示できればよく、具体的には、体内の膝関節に挿入され、前記大腿骨の一部および前記脛骨の一部を指示できればよい。また、出力部６２は、プローブ６１によりユーザが選択した、前記大腿骨の一部への指示点および前記脛骨の一部への指示点を、制御装置１に出力できればよい。
【００７５】
プローブ装置６の構成は、特に制限されず、一般的なプローブ装置が備える構成があげられる。プローブ装置６は、例えば、アーム６３の先端にプローブ６１を有し、アーム６３の複数のジョイントには、回転角度センサ６４ａ〜６４ｄ（例えば、ロータリーエンコーダー等）を備える。回転角度センサ６４により、例えば、各ジョイントにおける回転角度に対応するシグナルが取得されるため、各ジョイントにおけるシグナルと、アームの長さまたはジョイント間の長さに基づいて、アーム６３先端に配置されたプローブ６１先端の三次元位置情報を得ることができる。プローブ６１先端の三次元位置情報が、例えば、対象物に対する指示点の三次元位置情報となる。前記三次元位置情報は、前述のように、例えば、三次元空間における座標として表すことができる。
【００７６】
前記ドリリングシステムの使用時において、医師は、例えば、前述のように、内視鏡装置２の内視鏡を膝関節内に挿入して、膝関節を撮像し、制御装置１の表示１３に表示された膝関節の関節画像を見ながら、プローブ装置６のプローブ６１を膝関節内に挿入し、前記大腿骨および脛骨の目的の位置を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として、プローブ６１の先端で指示する。プローブ装置６は、医師がプローブ６１により指示した大腿骨の指示点および脛骨の指示点を、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置として、制御装置１に出力する。
【００７７】
一方、制御装置１は、記憶部１０において、予め、前記定点（例えば、定点Ｏ）に対する、セット位置におけるプローブ装置６のプローブ６１の三次元位置情報を記憶しておく。そして、制御装置１は、プローブ装置６から出力された前記第１穿孔位置情報および前記第２穿孔位置情報を入力し、前記プローブの三次元位置情報に基づいて、前記定点に対する、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置情報を算出する。
【００７８】
前記ドリリングシステムにおいて、プローブ装置６は、例えば、前記第１穿孔位置および前記第２穿孔位置の他に、ドリリングにおいて参照できる位置についても、指示点の情報を取得し、制御装置１に出力してもよい。
【００７９】
プローブ装置６は、例えば、内視鏡装置２と別個の装置でもよいし、内視鏡装置２と一体となった装置でもよい。後者の場合、前述のように、内視鏡装置２の前記挿入部の先端領域に、前記プローブが収容され、前記挿入部の先端のチャネルから、前記プローブを導出した形態でもよい。
【００８０】
［実施形態３］
本発明の実施形態３によるプログラムは、前記本発明の制御方法またはドリリング方法を、コンピュータ上で実行可能なプログラムである。または、本実施形態のプログラムは、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。前記記録媒体としては、特に限定されず、例えば、前述のような記憶媒体等があげられる。
【００８１】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
前述のように、本発明によれば、簡便な操作でドリル装置の制御が可能であり、このため、例えば、経験が浅い医師であっても、膝関節における骨孔作製が可能となる。また、本発明によれば、例えば、ドリル装置の自動制御、骨孔作製におけるドリリングの自動化も可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１      制御装置
１０    記憶部
１１    入力部
１１１  画像入力部
１１２  穿孔位置入力部
１２    出力部
１２１  制御情報出力部
１３    表示部
１４    制御情報算出部
１００  ＣＰＵ
１０１  メモリ
１０２  バス
１０３  入力装置
１０４  ディスプレイ
１０５  通信デバイス
１０６  記憶装置
１０７  プログラム
１０８  膝関節三次元位置情報
１０９  ドリル三次元位置情報
２      内視鏡装置
２１    撮像部
２２    出力部
３      ドリル装置
３１    入力部
３２    制御部
３３    ドリル
３３１  ドリルビット（ブレード）
３３２  駆動本体
３４    駆動ユニット
３４１  ベース
３４２  アクチュエータ
３４３  プレート
４      膝
４１    大腿骨
４２    脛骨
６      プローブ装置
６１    プローブ
６２    出力部
６３    アーム
６４    回転角度センサ
【図１】
2020043902.tif 000003
【図２】
2020043902.tif 000004
【図３】
2020043902.tif 000005
【図４】
2020043902.tif 000006
【図５】
2020043902.tif 000007
【図６】
2020043902.tif 000008
【図７】
2020043902.tif 000009
【図８】
2020043902.tif 000010
【図９】
2020043902.tif 000011
【図１０】
2020043902.tif 000012