(57)【要約】  本発明は、ユーザの意図した通りに医療機器を操作することを可能にするスマートハンドル装置を有する医療機器１００に関する。
2019524279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃアームと、イメージングシステムの運動を制御するためのスマートハンドル装置とを含むモバイル手術イメージングシステムであって、前記スマートハンドル装置は、
前記スマートハンドル装置を操作するためのハンドルバーと、
力決定装置と、
ボタン装置とを備え、
前記力決定装置は、前記ハンドルバーに加えられる力の方向を、３次元空間のコンポーネントとして決定し、
前記ボタン装置は、各運動が前記力決定装置によって決定された前記３次元空間の対応する方向のコンポーネントにリンク可能であるそれぞれの運動グループに対応する、第１の運動プロファイル又は第２の運動プロファイルを選択し、
前記スマートハンドル装置は、前記モバイル手術イメージングシステムを動かすための制御信号を供給し、前記制御信号は、選択された運動プロファイル、及び決定された前記ハンドルバーに加えられる力の方向に関する情報を含む、モバイル手術イメージングシステム。
【請求項２】
前記スマートハンドル装置はさらに、向き決定装置を備え、
前記向き決定装置は、前記ハンドルバーの向きを決定し、
前記スマートハンドル装置はさらに、前記制御信号において、決定された前記ハンドルバーの向きに関する情報を提供する、請求項１に記載のモバイル手術システム。
【請求項３】
前記スマートハンドル装置の前記力決定装置はさらに、前記３次元空間の各方向における前記力の各コンポーネントの強度を決定し、
前記スマートハンドル装置はさらに、前記制御信号において、決定された前記３次元空間の各方向における前記力の各コンポーネントの強度に関する情報を提供する、請求項１又は２に記載のモバイル手術システム。
【請求項４】
前記スマートハンドル装置はさらに、マッピング装置を備え、
前記マッピング装置は、前記制御信号の前記情報を、設定された前記運動プロファイルの所定の運動にマッピングする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項５】
前記運動プロファイルは運動グループを含み、各運動グループが、
高さ位置決め運動、
水平運動、
プロペラ運動、
揺動運動、及び
軌道運動から選択される運動を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項６】
前記スマートハンドル装置はさらに、運動グループの形式の運動プロファイルを設定する第２のボタン装置を備え、
前記第２のボタン装置は、前記ボタン装置から所定の距離に配置されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項７】
前記スマートハンドル装置の前記力決定装置は、光学センサ、力感応抵抗器、ひずみゲージセンサ、容量センサ、及び／又はポテンショメータのうちの少なくとも１つを備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項８】
前記スマートハンドル装置の前記力決定装置は閾値を備え、
前記力決定装置は、前記閾値を下回る信号の伝達を防ぐ、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項９】
前記スマートハンドル装置はさらに安全スイッチを備え、前記安全スイッチは意図されていない操作を防止する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項１０】
前記スマートハンドル装置の前記向き決定装置は、加速度センサ及び／又は重力センサを備える、請求項２乃至９のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項１１】
前記スマートハンドル装置は、前記ＣアームのＸ線源又はＸ線検出器に取り付けられる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のモバイル手術システム。
【請求項１２】
モバイル手術イメージングシステムの作動方法であって、前記方法は、
スマートハンドル装置のハンドルバーに加えられる力の方向を、３次元空間のコンポーネントとして決定するステップと、
運動グループ内の各運動が、力決定装置によって決定される前記３次元空間の対応する方向コンポーネントにリンク可能であるそれぞれの運動グループに対応する、第１の運動プロファイル又は第２の運動プロファイルを、ボタン装置によって選択するステップと、
り、
選択された前記運動プロファイル、及び前記スマートハンドル装置に加えられる前記力の方向に関する情報を含む制御信号を供給するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
前記制御信号に従ってモバイル手術イメージングシステムの運動を制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の方法に従って請求項１乃至１１に記載のモバイル手術システムのスマートハンドル装置を制御するためのコンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムを含む、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医療機器の技術分野に関する。特に、本発明は、スマートハンドル装置を備えるモバイル手術システム、スマートハンドル装置、スマートハンドル装置の制御方法、プログラム要素、及びコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル手術システム、特にＣアームを含むモバイル手術イメージングシステムは、Ｃ字形のキャリッジシステムに取り付けられたＸ線源及びＸ線検出器を有する装置であり、整形外科手術、疼痛管理、泌尿器、及び血管臨床分野において一般的に使用されている。Ｃアームは、Ｃアームに取り付けられたＸ線システムを、関心領域（ＲＯＩ）のＸ線画像を作成するための位置に持ってくることを助ける。典型的には、外科医が手術を行っている間に、オペレータ又は技術者がＣアームを操作する。手術中、外科医は、Ｃアームを操作している技術者又はオペレータに、Ｃアーム軸の所望の位置を伝える。無菌環境、及びＣアーム軸、関節、又はシャフトの手動ロック及び／又はロック解除を原因として、外科医自身が外科手術中にＣアーム軸を動かすことが不可能な場合がある。したがって、外科医が所望の関心領域（ＲＯＩ）を得るまで、患者及び／又はスタッフに望ましくないＸ線放射を受ける可能性がある。
【０００３】
Ｎｏｒｂｅｒｔ  Ｂｉｎｄｅｒ、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈ  Ｂｏｄｅｎｓｔｅｉｎｅｒ、Ｌａｒｓ  Ｍａｔｔｈaｕｓ、Ｒａｉｎｅｒ  Ｂｕｒｇｋａｒｔ、及びＡｃｈｉｍ  Ｓｃｈｗｅｉｋａｒｄによる文献“Ｔｈｅ  Ｓｕｒｇｅｏｎ’ｓ  Ｔｈｉｒｄ  Ｈａｎｄ  ａｎ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｃ−Ａｒｍ  Ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｅ”、Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  Ｔｏｗａｒｄｓ  Ｎｅｗ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、ＩＳＢＮ  ３−８６６１１−３１４−５、Ａｌｅｋｓａｎｄｅｒ  Ｌａｚｉｎｉｃａ編集、ｐｐ．７８４、ＡＲＳ／ＰＶ、ドイツ、２００６年１２月は、完全にロボット化されたＣアームを用いた、画像平面内での移動、長骨画像、３Ｄ再構成のためのデータ取得、及びランドマークに基づくポジショニングに関する実験に関する。
【発明の概要】
【０００４】
機能的装置の効率的な制御を提供する必要があり得る。
【０００５】
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、さらなる実施形態は従属請求項に組み込まれる。
【０００６】
本発明の一側面によれば、モバイル手術イメージングシステムであって、該システムを制御するためのスマートハンドル装置を有するモバイル手術イメージングシステムが提供される。
【０００７】
本発明の一側面によれば、Ｃアームとスマートハンドル装置とを含むモバイル手術イメージングシステムが提供され、スマートハンドル装置は、イメージングシステム、例えばＣアーム又はキャリッジの運動を制御するように構成される。
【０００８】
一実施形態では、スマートハンドル装置は、スマートハンドル装置を操作するためのハンドルバーと、力決定装置と、ボタン装置とを備える。前記力決定装置は、前記ハンドルバーに加えられる力の方向を、３次元空間のコンポーネントとして決定する。前記ボタン装置は、運動グループの形式の運動プロファイルを設定又は選択し、グループの各運動は、前記力決定装置によって決定された前記３次元空間の対応する方向コンポーネントにリンク可能である。前記スマートハンドル装置は前記モバイル手術システムに制御信号を供給する。この制御信号は、前記運動プロファイル、及び３次元空間のコンポーネントとしての前記ハンドルバーに加えられた力の方向に関する情報を含み得る。
【０００９】
一例では、モバイル手術システムのＣアームが提供され、かつ、ＣアームがＸ線スキャナを含む場合、スマートハンドル装置はＸ線源又はＸ線検出器に取り付けられ得る。運動プロファイルを設定することは、可能な運動のグループをアクティブ化すること、及び／又は別の運動グループを非アクティブ化することを含み得る。
【００１０】
したがって、各グループ内で、力の方向コンポーネントと特定の運動との間の明確なリンクが生成され、一方で、異なるグループ内の複数の運動は、加えられた力の同一の方向コンポーネントに結び付けられてもよい。言い換えれば、運動グループは、方向と運動との間のあいまいなリンクを除外することができる。
【００１１】
例えば、表１に記載されているように５つの実行可能なシステム運動を有するＣアームシステムでは、２つの運動プロファイルが定義され得る。第１のプロファイルは、それぞれがｘ、ｙ、又はｚ方向のうちの１つに対応する３つのシステム運動（揺動／水平／高さ）のグループを有し、第２のプロファイルは、それぞれがｘ、ｙ、又はｚ方向のうちの１つに対応する２つのさらなる運動（軌道／プロペラ）を有する。
【００１２】
本発明の一側面によれば、スマートハンドル装置を操作するためのハンドルバーと、力決定装置と、ボタン装置とを備える、モバイル手術システム又は医療機器用のスマートハンドル装置が提供される。前記ボタン装置は、運動グループの形式の運動プロファイルを設定し、各運動は、前記力決定装置によって決定された前記３次元空間の対応する方向コンポーネントにリンク可能である。前記スマートハンドル装置はさらに、前記モバイル手術システムのための制御信号を供給し、前記制御信号は、設定された運動プロファイル、及び３次元空間のコンポーネントとしての前記ハンドルバーに加えられた力の方向に関する情報を含む。
【００１３】
一例では、スマートハンドル装置を制御する方法は、スマートハンドル装置のハンドルバーに加えられた力の方向を、３次元空間のコンポーネントとして決定するステップを含む。言い換えれば、スマートハンドル装置は加えられた力を、デカルト座標系の３つの方向又は軸と合致する３つのコンポーネントに分割又は分離するように構成される。
【００１４】
本発明の他の側面によればスマートハンドル装置の制御方法が提供される。方法は、スマートハンドル装置のハンドルバーに加えられる力の方向を、３次元空間のコンポーネントとして決定するステップを含む。さらに、方法は、ボタン装置によって、運動グループの形式の運動プロファイルを設定することを提供し、各運動は、力決定装置によって決定された３次元空間の対応する方向コンポーネントにリンク可能である。方法はさらに、制御信号を供給するステップを含み、制御信号は、運動プロファイル、及び３次元空間のコンポーネントとしてのスマートハンドル装置に加えられた力の方向に関する情報を含む。
【００１５】
一例では、制御信号は医療手術システムを制御するために使用され得る。他の例では、方法はさらに、３次元空間の各方向における各コンポーネントの強度を決定するステップを含む。さらに、上記方法を使用することによって、ハンドルバーの向きが決定されてもよい。
【００１６】
言い換えれば、決定された、ハンドルバーに加えられた力の方向、３次元空間の同じコンポーネントによって操作される運動グループ間の切り替えのためにボタン装置から受信される切り替え信号、及び／又は決定されたハンドルバーの向きは、所定の運動プロファイルにマッピングされ得るパラメータである。方法実行のアウトプットとして、医療手術システムのための制御信号が生成され、信号は、運動プロファイル、方向、及び各方向における力の強度のうちの少なくとも１つを含み得る。
【００１７】
このようにすることで、スマートハンドル装置を操作するユーザの意図を検出することが可能であり得る。一例では、制御信号は、スマートハンドル装置の関連するセンサからの生データを含み得る。スマートハンドル装置のセンサは、力決定装置、ボタン装置、向き決定装置、及び／又は安全スイッチを含み得る。他の例では、制御信号は、対応するセンサからの処理された情報を含み得る。処理された情報は、モバイル手術システムを直接制御するために使用可能な情報であり得る。一例では、処理された情報は、モバイル手術システムの特定の関節、ブレーキ、及び／又はホイールに関する制御情報を含み得る。処理された情報は、マッピング装置によって出力されてもよい。マッピング装置はスマートハンドル装置と一体化されてもよく、及び／又は、マッピング装置はスマートハンドル装置の外部に配置されてもよい。
【００１８】
本発明の他の側面によれば、スマートハンドル装置を制御するためのプログラム要素が提供され、該プログラム要素は、プロセッサによって実行されると、スマートハンドル装置を制御するための方法を実行するように構成される。
【００１９】
本発明の他の側面によれば、プログラムコードを含むコンピュータ可読媒体（ＣＤ‐ＲＯＭ等）が提供され、該プログラムコードは、プロセッサによって実行されると、スマートハンドルを制御するための方法を実行するように構成される。
【００２０】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体上で記憶及び／又は分配されてもよいし、インターネット又は他の有線若しくは無線テレコミュニケーションシステムを介して等の他の形態で分配されてもよい。
【００２１】
しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提供され、かかるネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードされてもよい。本発明の他の例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロード可能にするための媒体が提供され、コンピュータプログラム要素は、本発明の上記実施形態の１つによる方法を実行するように構成される。
【００２２】
スマートハンドルは、モバイル手術システムのＣアームに設けられ得る。スマートハンドルを使用することにより、外科医は直感的な態様でＣアームのポジショニングを行うことができる。スマートハンドルは、自由な運動のためにロック解除するための、モバイル手術システムの各軸に関するユーザリクエストを感知するように設計される。例えば、対応する関節のシャフトのためのブレーキ、及び／又は車輪のブレーキが、対応する軸を中心とした運動を可能にするために解放される。軸を中心とした回転運動をトリガするために、一例では、ユーザは力を加える前に安全スイッチを押し得る。並進軸の場合は、安全スイッチとともに、設けられている複数の制御スイッチ又はボタンのうちの１つが押され得る。スマートハンドルは、各軸に対するユーザリクエストを感知するための力感応抵抗（ＦＳＲ）センサを備える。ＦＳＲ信号に基づき、ある方向に対する力が所定の閾値を超えるか否かが決定され、超えるのであれば、対応する運動軸のロックが解除される。
【００２３】
本発明の一側面によれば、モバイル手術システムのスマートハンドル装置は、向き決定装置をさらに備える。向き決定装置は、ハンドルバーの向きを決定するように構成される。スマートハンドル装置はさらに、制御信号において、決定されたハンドルバーの向きに関する情報を提供する。
【００２４】
ハンドル装置は多くの方向（例えば長手方向）において操作することができる。スマートハンドルの長手方向軸の向きに応じて、長手方向の動きが垂直方向又は水平方向の動きにマッピングされ得る。向き決定装置は、設置向きからユーザの運動意図への正しい変換、最終的には正しい制御信号への正しい変換を補助し得る。
【００２５】
一例では、スマートハンドル装置は、ジョイスティックとして、マウスデバイスとして、ノブとして、又はレバーとして実装され得る。
【００２６】
本発明の他の側面によれば、スマートハンドル装置の力決定装置はさらに、３次元空間の各方向における力の各コンポーネントの強度を決定する。スマートハンドル装置はさらに、制御信号において、決定された３次元空間の各方向における力の各コンポーネントの強度に関する情報を提供する。
【００２７】
力の強度を決定することにより、例えば関節がモータによって駆動される場合には動きの速度を決定することが可能になり、かつ／又は、対応する軸のブレーキの強さを制御することが可能になり得る。
【００２８】
本発明の他の側面によれば、モバイル手術システムのスマートハンドル装置は、マッピング装置をさらに備える。マッピング装置は、制御信号の情報を、設定された運動プロファイルの所定の運動にマッピングする。
【００２９】
一例では、マッピング装置への入力信号は（例えば制御信号内に含まれる）生のセンサ信号である。制御信号はさらに、関連する可能な運動のグループに関する情報を含み得る。この場合、マッピング装置はモバイル手術システムに統合されてもよい。他の例では、マッピング装置はスマートハンドル装置に統合されてもよい。そのような場合、スマートハンドル装置は、前処理された制御信号を提供し得る。マッピング装置は、生の信号を、医療手術システムのアクターに直接供給可能な制御信号にマッピングするよう構成され得る。アクターは、関節を操作するモータ、関節をロック又はロック解除するためのブレーキ、ホイールのモータ、及び／又はホイールのブレーキからなるアクター群から選択されてもよい。
【００３０】
ボタン装置と組み合わせられたスマートハンドル装置は、モバイル手術システムのＣアームを操作しているユーザの意図を分析することを可能にする。意図は、検出された力の方向及び選択された運動プロファイルによって生成される対応するアクターのための信号によって表すことができる。
【００３１】
本発明の一側面によれば、運動プロファイルは、高さ位置決め運動、水平運動、プロペラ運動、揺動運動、及び軌道運動から選択される運動を含む。
【００３２】
運動プロファイルの異なる運動は、医療手術システムにおいて実装される異なる軸、シャフト、車軸、及び関節の自由度（ＤＯＦ）によって提供され得る。運動プロファイルは、その特定の運動プロファイルに特有の運動グループを含み得る。運動プロファイルに関連付けられる運動グループの運動は、全ての可能な運動のグループの部分集合として選択され得る。全ての可能な運動のグループは、高さ位置決め運動、水平運動、プロペラ運動、揺動運動、及び軌道運動からなり得る。一例では、２つの異なる運動プロファイルは、方向決定センサによって提供される力方向信号に関してあいまいな運動を少なくとも１つ含むことによって区別される。一例では、スマートハンドル装置の長手方向軸の方向の力は、揺動運動又はプロペラ運動にあいまいに（多義に）マッピングされ得る。運動プロファイルを決定するために、これらのあいまいな動きが異なる運動プロファイルに関連付けられることを保証する構築規則が考えられる。言い換えれば、運動プロファイルは、運動プロファイルの各運動が、力決定装置によって決定されるある方向コンポーネントに一義的にマッピング可能であるように生成される。
【００３３】
本発明の他の側面によれば、スマートハンドル装置は、運動グループを切り替えるための第２のボタン装置をさらに備える。第２のボタン装置は、運動グループの形式の運動プロファイルを設定するよう構成され、また、第２のボタン装置は、ボタン装置から所定の距離に配置される。
【００３４】
右利きの人のために第１のボタンが配置されてもよく、第２のボタンは、左利きの人が右利きの人と同じようにスマートハンドルを快適に操作することを可能にし得る。第１及び第２のボタン装置の機能は同じでもよい。ボタンは、ユーザの意図を示したり、運動プロファイルを選択するために使用可能である。ボタン装置の切り替え状態に応じて、実行可能な運動グループが選択される。
【００３５】
本発明の他の側面によれば、力決定装置が光学センサ、ひずみゲージセンサ、容量センサ、及び／又はポテンショメータのうちの少なくとも１つを含む、スマートハンドル装置が提供される。
【００３６】
光学センサの使用は、正確な力方向検出を可能にし得る。このようなセンサは、該当する方向への強度検出にも使用され得る。光学センサと同様に、感応抵抗器、ポテンショメータ、又は容量センサやひずみゲージセンサもまた、力の方向及び力の強度を検出することを可能にする。力の強度を決定することによって、閾値又は力のリミット値を超えているか否かを検出することが可能であり得る。この情報は、関節のブレーキをロック又はロック解除するために使用され得る。力の強度を決定することはまた、検出された力の強度に比例するように速度を、及び／又はモータトルクを制御することによってモータ装置を制御することを可能にし得る。
【００３７】
本発明の他の側面によれば、力決定装置は閾値を有し、力決定装置は閾値未満の信号の伝達を防ぐように構成される。あるいは、力決定装置は、信号が所定の閾値以上である場合にのみ信号を伝達するように構成される。
【００３８】
閾値を考慮することはまた、スマートハンドルに閾値未満の軽い力しか加えられていない場合に、機能的装置の該当する構成要素（Ｃアーム等）の意図されていない運動を防止することで、ユーザ操作をサポートし得る。
【００３９】
本発明の他の側面によれば、スマートハンドル装置は安全スイッチを備え、安全スイッチは意図されていない操作を防止するように構成される。
【００４０】
安全スイッチは、スマートハンドルの操作が意図されている場合に安全スイッチが作動するように、スマートハンドル装置の近くに設置されてもよい。
【００４１】
本発明の他の側面によれば、向き決定装置は、加速度センサ及び／又は重力センサである。このようなセンサは地球の重力場の向きを検出し得る。
【００４２】
向き決定装置を使用することにより、基準方向（重力方向等）への力を決定することが可能になり、このようにすることで、ハンドルバー自体の向きを決定することが可能となり得る。
【００４３】
一例では、スマートハンドル装置の動作方法はさらに、制御信号を使用してモバイル手術システムの一部の構成要素の所定のブレーキをロック解除することにより、モバイル手術システムの少なくとも一部の所定の手動動作を実行可能にすることを含む。ブレーキ装置のための対応する制御信号が提供され得る。
【００４４】
スマートハンドル装置は、ハンドルに対する力を検出した後、どの構成要素がその力によって操作されるべきかを決定するように構成され得る。
【００４５】
スマートハンドル装置又はスマートハンドルは、スマートハンドル装置の向きを決定することを可能にし、また、この向き決定を利用することにより、ハンドルのオペレータが望む運動の意図を理解することを可能にする。モバイル手術システム又は機能的装置（Ｃアームを備えたＸ線システム等）は、複数の異なるポジション及び向きに移動可能であるように構成されているので、ハンドルの使用によって意図される動きは、構成要素（例えば、Ｃアーム又は医療手術システムの対応する関節又はブレーキ）の開始位置及び／又は向きによって異なり得る。
【００４６】
例えば、ハンドルが水平ポジションにある場合、ハンドルの長手方向の動きは、Ｃアームに望まれる揺動運動として解釈され得る。しかしながら、スマートハンドルが垂直ポジションにある場合、長手方向におけるハンドルの動きは、望まれる上下運動を表し得る。したがって、向き決定装置は、スマートハンドル装置の向き及び／又はポジションに応じて、特定の運動グループ内及び／又は特定の運動プロファイル内の変化する運動割り当てを可能にし得る。
【００４７】
したがって、ユーザの意図する動きに従ってモバイルイメージングシステムのための制御信号を決定するにあたり、ハンドルバーの向きを考慮に入れることができる。例えば、ハンドルバーがＣアーム自体に取り付けられている場合、Ｃアームの回転中、ハンドルバーにかかる力について決定される方向は回転と共に変化し得る。この影響は、向き決定装置によって補償され、例えば結果として、ユーザの意図に従う、Ｃアームの乱れない連続的な回転が達成される。
【００４８】
一例では、力決定装置は、力方向決定装置及び／又は力強度決定装置を含み得る。特定の例では、力方向決定装置及び力強度決定装置は別々の装置である。他の例では、マッピング装置は外部装置であり、スマートハンドル装置の一部ではなくてもよい。他の例では、マッピング装置は、シリアル通信インターフェースを介して、スマートハンドリング装置の各種センサに接続されてもよい。マッピング装置は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサとして、又はハードワイヤード装置として実現することができる。マッピング装置は制御装置の一部であってもよい。力方向センサは、ハンドルバーに加えられる力の方向を、３次元空間のコンポーネントとして決定し得る。力強度決定装置は、３次元（３Ｄ）空間の各方向における各コンポーネントの強度を決定し得る。
【００４９】
安全スイッチは、ユーザがハンドルを握ると自動的に作動し、回転動作を実行可能にする。制御スイッチが操作されると、Ｃアーム回転軸がロックされる一方で並進軸がロック解除されて、例えばキャリッジの運動が可能になる。
【００５０】
一例では、スマートハンドルは、Ｃアームの画像検出器上に配置され、したがって、アームと共に回転し得る。この目的のために、スマートハンドルの現在の向きを決定し、異なるＦＳＲ信号を「正しい」運動軸に関連付けるために、１つ又は複数の加速度計が設けられる。これにより、現在の向きに関係なく、直感的な制御が可能になる。一例では、ボタン装置は、３次元空間の同じコンポーネント又は力のコンポーネントによって操作される複数のグループ間で切り替えを行うよう構成される。ボタン装置は、少なくとも２つの異なる状態間の切り替えを可能にする任意の装置であり得る。したがって、同じ方向に向けられた力が、ボタン装置又は切換装置の状態に応じて、モバイル手術システム又は医療機器の異なる動きをもたらし得る。向き決定装置はハンドルバーの向きを決定するように構成され、マッピング装置は、力方向決定装置、ボタン装置、及び／又は向き決定装置からの信号を、該当する運動プロファイルに応じて、制御信号にマッピングするように構成される。スマートハンドル装置は、モバイル手術システム、機能的装置、又は医療機器のために制御信号を供給するように構成され、制御信号は、選択された運動プロファイル、方向、及び／又は強度に関する情報を含み得る。言い換えれば、スマートハンドル装置からの出力信号は、マッピング装置などの他のエンティティによって使用可能な、及び／又は医療手術システムのアクターによって直接使用可能な信号として表現される、スマートハンドル装置を操作するユーザの意図を示す信号であり得る。信号は、転送プロトコルに従って構成されてもよく、また、符号化ビットパターンを有してもよい。信号は、医療手術システムの該当する関節又はブレーキをロック及び／又はロック解除するために使用され得る。制御信号は、特定の軸のロックを解除し、及び／又は、対応する軸のモータを制御して、特定の方向への機能的装置の力制御運動を可能にするために使用することができる。
【００５１】
本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
本発明の例示的な実施形態を、以下の図面を参照して説明する。
【図１】図１は、本発明の例示的実施形態に係るＣアームを有するモバイル手術システムの斜視図を示す。
【図２】図２は、本発明の例示的実施形態に係るＣアームの高さ位置決めを示す。
【図３】図３は、本発明の例示的実施形態に係るＣアームのプロペラ運動を示す。
【図４】図４は、本発明の例示的実施形態に係るＣアームの揺動運動を示す。
【図５】図５は、本発明の例示的実施形態に係るＣアームの水平及び軌道運動を示す。
【図６】図６は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドル装置を示す。
【図７】図７は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドル装置の展開図を示す。
【図８】図８は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドル装置の底面図を示す。
【図９】図９は、本発明の例示的実施形態に係る代替的なスマートハンドル装置を示す。
【図１０】図１０は、本発明の例示的実施形態に係る他の代替的なスマートハンドル装置を示す。
【図１１】図１１は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドルを有するＣアームの抽出図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、本発明の例示的実施形態に係るＣアームを有するモバイル手術システム１００の斜視図を示す。特に図１は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドル装置を備えたＣアームを含むモバイル手術イメージングシステムを示す。モバイル手術システム１００は、可動部分１０３ａ、１０３ｂ、検出器部分１０１、１０２、及び処理部分（図１には図示せず）を有するキャリッジシステム１０３を備える。Ｃアーム１０３ｂは、Ｃ字形のキャリッジシステム１０３上にＸ線源１０１及びＸ線検出器１０２が搭載された装置である。モバイル手術システム１００は、整形外科手術、疼痛管理、泌尿器科、血管臨床分野などに一般的に使用される。キャリッジシステム１０３は、キャリア１０３ａ又はキャリッジ１０３ａ及びＣアーム１０３ｂを有する。モバイル手術システム１００の可動部分１０３は、対応する関節部に関連付けられた５つの軸Ａ１〜Ａ５を有する。各軸及び対応する動きが表１に提供されている。
【表１】
2019524279.tif 000003
【００５４】
ある軸を中心とした動きを可能にするために、複数のブレーキを解除又はアンロックしなければならない場合がある。軸Ａ１及び対応するリフト装置はリフト動作に使用され、高さ調整を可能にする。軸Ａ２及び対応する関節は、揺動（ｗｉｇ−ｗａｇ）動作に使用される回転運動を可能にし、ｘｙ平面内での回転を可能にする。揺動運動はキャリッジ１０３ａの車輪によって支持されてもよい。軸Ａ３及び対応するアーム装置は並進運動、いわゆるキャリッジ運動を可能にし、アーム長の調整として機能する。軸Ａ４及び対応する関節は、アンギュレーション運動又はプロペラ運動とも呼ばれる回転運動を可能にし、横方向のＣ回転として機能する。軸Ａ５及び対応する軌道装置は、軌道運動と呼ばれる、Ｃ平面内でのＣアームの別の回転運動を可能にする。
【００５５】
このシステムは、Ｃアームを患者の周りで回転させることによって、手術を受けている患者のリアルタイムＸ線画像を提供する。外科医が手術を行っている間に、オペレータ又は技術者がＣアームを操作する。
【００５６】
Ｃ字形と組み合わせられた関節構成は、患者の周りにＸ線源１０１及びＸ線検出器１０２を配置することを可能にする（図１には示されていない）。患者は手術室のテーブル（ＯＲテーブル）に横になっている。Ａ１軸に沿ったリフト運動は高さ調整を可能にする。この種の動きを支持するために、対応するリフト機構はモータ駆動されてもよい。モータが手動の力を支持してもよい。他の全ての関節は、順次に手動で動かされる。Ｃアーム１０３ｂを手動で動かすためには、関連する関節が自由に動くことができるように関連する関節のブレーキが解除又はアンロックされ、目標位置に到達するまで手動による位置決めが行われる。目標位置に到達すると、対応する関節が再びロックされる（図１では関節は表示されていない）。軸Ａ４及び軸Ａ５は異なる平面内にあり、交差しない。軸Ａ５は、Ｃ平面軸であり、Ａ４は、プロペラ運動のためのプロペラ軸である。Ｃアーム１０３ｂを患者に対して解剖学的関心領域に配置することに含まれるステップは、外科医とＣアームのオペレータとの間のコミュニケーションによって行われる。外科医は、外科医が必要とする位置にＣアームを動かすために技術者に指示を出す。モバイル手術システム１００又は機能的装置１００は、Ｃアームを配置するために、軸Ａ１〜Ａ５及び対応する関節、アクター、又は装置を使用することができる。
【００５７】
図２は、本発明の例示的実施形態に係るＣアームの高さ位置決めを示す。高さ位置決めのために、リフト２０１を使用して、軸Ａ１に沿った並進運動が行われる。
【００５８】
図３は、本発明の例示的実施形態に係る、Ｃアーム１０３ｂを軸Ａ４を中心に回転させるためのプロペラ運動を示す。Ｃアームの対応する関節が解除され、Ｘ線源１０１を所望の位置に移動させるためにスマートハンドル２００を使用することができる。
【００５９】
図４は、本発明の例示的実施形態に係るＣアーム１０３ｂの揺動運動を示す。揺動運動は、Ｃアーム１０３ｂを軸Ａ２を中心に回転させること、及びキャリッジ１０３ａ内の対応する関節を解除することによって行われる。
【００６０】
図５は、本発明の例示的実施形態に係るＣアーム１０３ｂの水平及び軌道運動を示す。水平運動は、Ｃアームをキャリッジ１０３ａに対して軸Ａ３沿いに動かすことによって行われる。モバイル手術システム又は医療システム１００を床の上で動かすためにホイール（車輪）５０１が使用され、また、ホイール５０１は揺動運動を支持し得る。キャリッジ１０３ａにオムニホイールが設けられている例では、ホイール５０１のブレーキを解除し、システム１０３全体を床と平行に動かすことによって平行運動を実行することができる。全てのホイールがオムニホイール５０１、すなわち任意の方向に動くことができるホイールであり、ホイールの方向がブレーキによって制御される場合、前輪が長手方向軸に対して直角の方向において解放され、後輪が長手方向軸に対して直角の方向にステアされる運動が、システムの平行運動をもたらす。軌道運動は、軸Ａ５を中心とするＣ平面内の回転によって行われる。
【００６１】
図２〜図５に示すように、モバイル手術システム１００は、対象となる解剖学的構造を、画像チェーンの視野（ＦｏＶ）内に配置するようにＣアームを動かすために使用できる軸Ａ１〜Ａ５を有する。「画像チェーン」という用語は、Ｘ線源１０１、検出器１０２、フレームグラバ、処理装置、及び画像表示装置の総称として使用される用語であり得る。Ｃアーム１０３ｂのオペレータは、該当する運動の機械的ブレーキを解除し、ブレーキを解除するためにハンドルに向かって移動し、該当するハンドルをつかみ、システムを動かすために力を加える必要がある。スマートハンドルは、スマートハンドル２００によって検出された所望の運動に関連づけられたブレーキ又は関節を制御し、及び／又は、運動を駆動又は補助するためにモータを駆動し得る。所望の運動は、決定された力の方向と、選択された運動プロファイルとを合わせて導出され得る。
【００６２】
スマートハンドル２００を使用することにより、手術中に同じ視野角から複数の画像を取得することが可能になり得る。ハンドルを使用することによって、関節が動かされた後であっても、同じ向きを再び見つけることが可能である。そのような状況では、一般的に、複数の関節が調整され得る。前の位置に戻るために、「記憶リコール」モードを使用することが可能であり得る。「記憶リコール」モードとはＣアームの動作モードであり、センサ及び／又は処理装置が、例えばＣアームの関節の向き及び／又は方向を記憶することによって、Ｃアームの位置を記憶する。Ｃアームが「記憶リコール」モードで動作している場合、過去に保存されたＣアーム又はＣアークの向きが基準として使用される。保存された位置にＣアームを移動させるためにハンドルが使用されるとき、モバイル手術システム内のセンサが実際の位置を測定し、実際の位置が基準位置と等しい場合、システムは運動を停止するためにロックをかける。
【００６３】
スマートハンドル装置を使用することによって、外科医は、Ｃアーム軸の所望の位置をオペレータに伝えることなく、自ら所望の位置にＣアームを動かすことができる。該当する関節の手動によるロック及びロック解除が回避され、また、本発明に係るスマートハンドル装置は、無菌環境でも使用することができる。したがって、外科手術中に外科医がＣアーム軸を動かすことが可能である。ハンドルは、無菌無影灯ハンドルに使用されるカバーと同様の取り外し可能なカバーを有してもよい。言い換えれば、ハンドル装置は、対象のモバイル手術システムに対するハンドル装置の迅速な着脱を可能にする取り付け装置を有する。これにより、使用後にハンドルバーを滅菌するためにハンドルを取り外すことができる。滅菌後、ハンドルバーをモバイル手術システムに再び取り付ける前に取り除かなければならないビニール袋の中にハンドルバーが戻され得る。外科医がＣアームを所望のＲＯＩ（関心領域）に移動させる場合、Ｃアームを正確に位置決めすることができ、また、外科医が所望のＲＯＩを得るまでに必要となり得る、患者及びスタッフにとって望ましくないＸ線放射を防ぐことができる。スマートハンドルを使用することにより、外科医はＣアームの動きを制御して、患者の解剖学的構造のＸ線画像を撮影することができる。
【００６４】
一例として、上記スマートハンドルを用いることにより、モバイルＣアームの回転及び並進手動動作のロック及びロック解除を自動化することができ、ワークフローを最適化し、外科処置中のミスを防ぐことができる。スマートハンドル装置２００を使用することによって、外科処置の時間を削減し、患者及びスタッフへのＸ線照射を最小にすることが可能であり得る。
【００６５】
スマートハンドルを使用することにより、モバイルＣアームの回転及び並進軸動作の手動ロック及びロック解除を自動化することができる。スマートハンドル装置は、直感的にＣアームを所望の位置に動かすためのユーザインターフェースとして使用することができる。このような直感的な位置決めは、ミスを減らすのに役立ち、外科処置中のミスを防ぐことを可能にし得る。さらに、ストレス、外科処置の時間、及び患者とスタッフの線量を最小にするのを助け得る。
【００６６】
図６は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドル装置を示す。スマートハンドル装置２００は、ユーザインターフェース２００として使用され得る。このスマートユーザインターフェース２００は、各軸の自動ロック及びロック解除を用いて、回転及び並進軸に関してモバイルＣアームを操作するように設計される。ボタン６０６ａ、６０６ｂを押す又は放すことによって、異なる動作、例えば並進運動及び回転運動について、同じ方向に向けられた力が両者の動きのためにハンドルに加えられるとしても、これらの運動を区別することができる。スマートユーザインターフェース２００又はスマートハンドル装置２００は、所望の操作又は運動プロファイルを自動的にロック解除するための各軸に対するユーザリクエストを別々に検出するための感知機構を提供する。スマートハンドル装置２００は、基部６０１ａ、６０１ｂにより、モバイル手術システム１００又は医療機器１００に取り付けることができる。
【００６７】
スマートハンドル装置２００は、向き決定装置６０２、８０２ａを含み得る。向き決定装置は、ハンドル２００の位置及び／又は向きを決定するよう構成される。一例では、向きは、重力の方向からの実際の位置のずれとして決定される。向き決定装置６０２、８０２ａは、重力センサ６０２、８０２ａ又はアクセルレータ測定装置６０２、８０２ａであり得る。
【００６８】
スマートハンドル２００は、スマートハンドル装置を操作するためのハンドルバー６０３を含む。さらに、スマートハンドル装置は力決定装置６０４、６０５を有し、これは、図６では力強度決定装置６０４と力方向決定装置６０５とを含む。力強度決定装置６０４及び力方向決定装置６０５は、図６では部分的にしか示されていない。力強度決定装置６０４、６０５は、単一の力決定装置として実現されてもよい。さらに、スマートハンドル装置２００はボタン装置６０６ａ、６０６ｂを有する。ボタン装置６０６ａ、６０６ｂは両方とも同じ機能を有し、左利きの人にとっても右利きの人にとっても操作を快適にするために実装される。さらに、スマートハンドル装置はセキュリティスイッチ装置６０７を有する。セキュリティスイッチ装置６０７は、ハンドルバー６０３が握られたとき、矢印６０８で示すように操作される。
【００６９】
ハンドルバー６０３は弱化部分６０９を有し、弱化部分６０９の周りでハンドルバー６０３をわずかに曲げることができる。ハンドルバーは、穴６１１ａ、６１１ｂを介してねじ又は他の固定手段によって第１の取り付け装置６１０に接続される。第１の取り付け装置６１０の反対側にも、対応する穴６１１ｃ、６１１ｄがある。
【００７０】
スマートハンドル装置２００はまた、ハンドルバー６０３を第２の取り付け装置６１２に固定するための穴６１１ｅ、６１１ｆ（図６では見えない）を有する第２の取り付け装置６１２を有する。さらに、第２の取り付け装置６１２は、ハンドルバーに加えられた力の力強度及び力方向を示すために使用されるステップ６１３ａ、６１３ｂを有する。
【００７１】
スマートハンドル装置２００は、自由な運動のために対応する軸をロック解除するために、ユーザの手によってハンドルバーに加えられたユーザリクエストを感知するように設計される。スマートハンドル装置は、片手でハンドルバーに加えられる力によって駆動される複数の関連する関節をロック及び／又はロック解除するように構成され得る。したがって、ユーザは、所望の運動を実行するために、どの関節をロック及び／又はロック解除する必要があるかについて考える必要がない可能性がある。ユーザは、並進軸又は複数の軸を操作するために力を加える前に、安全スイッチ６０７を押す必要がある。回転軸又は複数の回転軸を操作するためには、力を加える前に、制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂのうちの１つを安全スイッチ６０７と共に押す必要がある。運動プロファイルを切り替えるために、及び一群の可能な運動を選択するために、制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂはユーザが制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂに触れるとトリガされてもよいし、又は、スマートハンドル装置が使用されている間、押されていなければならなくてもよい。
【００７２】
各軸に対するユーザリクエストを感知するために、図６のスマートハンドル装置２００は光学装置又は光学センサを使用する。代替として、力感応抵抗（ＦＳＲ）センサも使用することができる。
【００７３】
以下では、光学装置を利用するスマートハンドルの機能を説明する。しかしながら、この説明は、光学センサ、力感応抵抗、ひずみゲージセンサ、容量センサ、及び／又はポテンショメータを使用するスマートハンドル装置にも適用することができる。
【００７４】
安全スイッチ６０７と制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂとを組み合わせた機能性と力方向とを説明するために、表２を参照されたい。
【表２】
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【００７５】
水平運動は、キャリッジ運動及び／又はアームの水平運動を含み得る。安全スイッチ６０７が操作されていない場合、ハンドルバー６０３に力を加えても効果がない。この機能により、意図していないハンドルの操作を防ぐことができる。
【００７６】
安全スイッチ６０７を押すと、スマートハンドル装置２００が作動する。制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂのいずれも押されていない、放されていない、又は操作されていない場合、第１の運動プロファイルが選択され、第１の運動グループが起動される。表２の例では、第１の運動グループは揺動回転運動、及び水平及び高さ並進運動を含む。
【００７７】
制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂが押される又はオンにされている場合、第２の運動グループが制御可能である。表２の例では、第２のグループは軌道及びプロペラ回転運動を含む。
【００７８】
したがって、制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂがオンにされると、軌道運動又はプロペラ運動に使用される、対応する方向への力入力に基づく個別の軸又は全ての軸の運動が可能になる。軌道運動及びプロペラ運動は互いに交差しないので、ハンドル２００を介して提供されるコマンドを区別することができる。言い換えれば、スマートハンドルバーが水平なポジションに向けられており、長手方向軸６１４が実質的に床と平行な場合、長手方向軸６１４に沿ってハンドルを動かすと、プロペラ運動プロファイルがトリガされる。しかし、ハンドルバーが、長手方向軸６１４が床と平行であるポジションにあり、そしてハンドルバーがデカルト座標系６１５によって示されるｚ方向に動かされると、Ｃアームは軌道運動を行う。
【００７９】
ハンドル２００が床及び／又は重力の方向と比較して水平又は垂直のどちらの向きにあるかは、ハンドルバー６０３内の向きセンサ６０２、８０２ａによって感知される。ハンドルが床と実質的に平行な垂直ポジションで始まる場合、プロペラ運動を開始するためのユーザの直感的な動きはまた、ハンドルバーを長手方向６１４（ｘ軸方向又は床に実質的に平行）に動かすことである。向きを問わず、軌道運動は、ハンドル２００を用いてハンドルバーを対応する方向に動かすことによって開始され得る。力方向決定装置７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃ（図６には図示せず）は、ハンドル座標系に関して力方向を決定するように構成される。ハンドル座標系は、ハンドル２００の動きと共に動くデカルト座標系でもよい。力方向決定装置は、３次元空間の各コンポーネントとして、特にハンドル座標系に関して、ハンドルバー６０３に加えられる力の方向を決定するように構成される。さらに、向き決定装置６０２、８０２ａは、ハンドルバー６０３の向きを決定するように構成される。この向き決定装置６０２、８０２ａはさらに、ハンドルバーの座標系の方向を決定するように構成されてもよい。
【００８０】
ハンドルバーの向き、及び特にハンドルバーの座標系の向きは、ハンドル２００が動いているときに動かない地球座標系に関して決定され得る。ハンドルバーの座標系の向きは、向き決定装置を用いて重力ベクトルを検出することによって決定され得る。向き決定装置は、地球座標に関してハンドルの座標を決定するための加速度計を含み得る。言い換えれば、制御信号を決定するために両装置が使用され得る。力方向決定装置は、３つの力センサを通して検出されるハンドルの座標に関して力方向を決定するために使用され、加速度計は、重力ベクトルを決定することによって地球座標に関してハンドルの座標の向きを求めるために使用される。
【００８１】
しかし、Ｃアームを揺動方向に、高さ方向に運動させること、又はキャリッジ又は水平運動を実行することが意図される場合、安全スイッチ６０７に加えて、制御スイッチ６０６ａ又は６０６ｂをオンにしなければならない。したがって、制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂのいずれも押されていない又は操作されていない場合、第２の運動プロファイルが選択され、第２の運動グループが起動される。
【００８２】
制御スイッチ６０６ａ、６０６ｂは、ハンドルバー６０３上に平行に、又はハンドルバー６０３の両側に配置されている。制御ボタン６０６ａ、６０６ｂがオンにされている状態でハンドルを動かすと、入力の力に基づく個別の軸又は全ての軸に沿った運動が可能になる。対応する方向に加えられる力の量は、この方向への運動の速度を決定し、又は、力の量を閾値と比較することによって運動を行うか否かを決定し得る。軌道及びプロペラの動きは停止され、対応する方向への運動、例えばキャリッジ、高さ、又は揺動の運動が可能になる。さらに、運動に関するユーザの意図を判断するために、ハンドルの向きが考慮されてもよい。例えば、ハンドルが床に対して水平なポジションにあり、ｘ軸に沿って、かつハンドルバー６０３の長手方向軸６１４に沿って動かされると、揺動運動が開始される。ハンドル２００が床に対して水平なポジションにあり、ｚ方向に動かされると、高さ調節、すなわち上下の移動が行われる。そして、ハンドルが床に対して水平なポジションにあり、ｙ方向において前後に引っ張られるか又は押されると、Ｃアームの水平移動が生じる。ハンドルが床に対して垂直なポジションにあり、ｚ軸に沿って、かつハンドルバー６０３の長手方向軸６１４に対して垂直に動かされると、揺動運動が開始される。ハンドル２００が床に対して垂直なポジションにあり、ｘ方向、すなわち長手方向軸６１４の方向に動かされると、高さ調節、すなわち上下の移動が行われる。そして、ハンドルが床に対して垂直なポジションにあり、ｙ方向において前後に引っ張られるか又は押されると、Ｃアームの水平移動が生じる。
【００８３】
キャリッジ１０３ａでオムニホイールが使用され得る場合、ハンドルは揺動運動に加えて、床に対して平行な運動も制御し得る。
【００８４】
図７は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドル装置２００の展開図を示す。第１の取り付け装置６１０は、穴６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ、６１１ｄを有する２つの平行なフランジ７０１、７０２を有する。平行なフランジ７０１、７０２は、ハンドルバー６０３の長手方向軸と平行に、第１の取り付け装置６１０の両側に配置され、ハンドルバー６０３の長手方向において弱化部分６０９と比べて小さい部分を第１の取り付け装置６１０に取り付けるために用いられる。第２の取り付け装置６１２はフランジ７０３を有し、フランジ７０３は、ハンドルバー６０３の長手方向軸に対して垂直に配置され、ハンドルバー６０３を長手方向に取り付けるための穴６１１ｅ、６１１ｆを小さい表面７０４に有する。図７に示すように、ボタン６０６ａ、６０６ｂはシリコンスイッチカバー７０５ａ、７０５ｂを有し、これらは、ボトムパネル７０７上に取り付けられるスイッチング装置７０６ｂ、７０６ａを保護する。さらに、安全スイッチ６０７が、第１の取り付け装置６１０及び第２の取り付け装置６１２と平行に動くことができるようにボトムパネル７０７上に取り付けられる。
【００８５】
図７はさらに、第１の取り付け装置６１０の方向に配置された光学センサ７０８ａを示す。この光学センサは、光学センサ７０８ａによって生成された光線が第１の取り付け装置６１０の穴７０９内に伝播できるような位置において、ボトムパネル７０７に取り付けられる。反対側の第２の取り付け装置６１２では、光学センサ７０８によって生成されたビームが第２の取り付け装置のステップ６１３ｂに向けられるように、ボトムパネル７０７に光学センサ７０８ｂが取り付けられる。光学センサ７０８ｃは、ビームが第２の取り付け装置６１２の平面６１３ａに伝播されて反射されるような位置において、ボトムパネル７０７に取り付けられる。
【００８６】
図８は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドル装置２００の底面図を示す。図８は、第１の取り付け装置６１０の穴７０９の底面図を示す。光学センサ７０８ａは、穴７０９を通して光線８０１を送る。ハンドルバー６０３がｚ方向に動かされると、フランジ７０１、７０２及び穴６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ、６１１ｄによって形成される平行四辺形が動かされ又はねじられて、光学センサ７０８ａに反射されるビーム８０１の強度が、ｚ方向、すなわち、ハンドルバー６０３の長手方向軸６１４に垂直な方向に加えられる力に従って、変化又は調節される。したがって、ｚ方向における力が光学センサ７０８ａによって測定され得る。
【００８７】
光学センサ７０８ｂによって生成されたビームは、平面６１３ａにおける第２の取り付け装置６１２の縁部６１３ｂによって形成される第２の取り付け装置６１２のステップ６１３ｂに向けられる。ハンドルバー６０３が長手方向又はｘ軸に沿って動かされると、このステップ６１３ｂから光学センサ７０８ｂに反射される信号の強度が変化し、光学センサ７０８ｂは、ｘ軸に沿った力の方向及び強度をもたらす。
【００８８】
光学センサ７０８ｃは、第２の取り付け装置６１２の平面の表面６１３ａに向けられる光ビームを生成する。この照射は光学センサ７０８ｃに向けて反射され、この反射ビームの強度は、光学センサ７０８ｃと平面６１３ａとの間の距離の指標となる。ハンドルをｙ方向に動かすと、表面６１３ａと光学センサ７０８ｃとの間の距離が変わり、したがって、ｙ方向の力、及びｙ方向の力の強度を光学センサ７０８ｃによって検出することができる。ハンドルバー６０３は第１の取り付け装置６１０の近くに弱化部分６０９を有するので、ハンドルバーは、ハンドルバー６０３をフランジ７０３に対して平行な方向に移動させることを可能にする板ばね構造を形成する。板ばね構造は、移動に必要なコンプライアンス（従順性）を提供する。
【００８９】
ボトムパネル７０７、電子基板７０７、又はＰＣＢ（プリント回路基板）アセンブリ７０７上には他の機能的要素も設置される。例えば、底面７０７又はＰＣＢ７０７上には、加速度計６０２、８０２ａ又はＧセンサ６０２、８０２ａ、及び通信装置８０２ｂやマッピング装置８０２ｃも取り付けられる。通信装置８０２ｂは、ＰＣＢ７０７がハンドル装置のための制御装置のメインコントローラとシリアル通信するためのシリアル通信インターフェースを備える。このシリアルインターフェースを介して、ＰＣＢ７０７と制御装置との間の信号を交換することができる。マッピング装置８０２ｃは、方向及び力を解釈するためのアルゴリズムを実行し、意図された運動を表す信号を提供するプロセッサとして実現されてもよい。上記信号は、運動プロファイルを使用することによって、センサから受信した信号を該当するアクターの制御信号にマッピングすることによって生成され得る。運動プロファイルは、ボタン装置６０６ａ、６０６ｂの切り替え状態に応じて、可能な動きのグループを識別するのを助け得る。
【００９０】
図８からも分かるように、安全スイッチ６０７は、ハンドルバー６０３が押されたときに作動する安全スイッチ検出装置６０７’と接触している。したがって、安全スイッチ６０７は自然な握り動作で取り扱われる。各種のセンサ７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃ、８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、６０７’の信号を提供するために使用されるコネクタ及びケーブルは図８には示されていない。
【００９１】
図９は、本発明の例示的実施形態に係る代替的なスマートハンドル装置２００’を示す。図９のハンドルバー６０３’は、Ｕ字形の硬いハンドルバーとして作成されている。硬さを与えるために、ハンドルバーは一体的に又はモノリシックに作成されている。ハンドルバー６０３’は、比較的硬い均質なボディである。ハンドルバー２００’上には、様々なＦＳＲ要素９０１及びダンパー９０３が取り付けられる。この設計では、全方向からハンドルにかかる力の方向及び量を計算するために力感応抵抗器（ＦＳＲ）が使用される。力感知抵抗器の抵抗値は、抵抗器に加わる力が増加すると増加し、力が減少すると減少する。全てのＦＳＲ９０１が、ダンパーアセンブリを用いてハンドルの脚部の壁に、及び／又は、脚部のアウターボックス９０２の内壁に取り付けられる。ＦＳＲがカバーボックス９０２の内壁に取り付けられる場合、ダンパーはハンドルの脚部にのみ取り付けられ、ハンドルはボックスの内側に入る又は移動する。２つの脚部は、ハンドル６０３’を取り付けるために使用される。ハンドル６０３’の２つの脚部は、固定面を提供するハウジング９０２を含む。ＦＳＲ９０１及びダンパー９０３は、ハンドル６０３’の表面とハウジング９０２の表面との間に配置される。このようにすることで、ハンドルがハウジング９０２の内側に動くと、ＦＳＲはハウジング９０２内で圧縮される。圧縮に変換されるこの動きは、それぞれのＦＳＲの抵抗の変化によって測定され得る。ＦＳＲとハウジングとの間にあるダンパーは、センサー全体にわたる均一な接触及び力の分散を保証する。ダンパーは力をＦＳＲに均等に分散させ、また、力が解放されたときにハンドルの位置を元に戻すのにも役立つ。アウターボックス９０２はＣアームで固定され、ハンドル６０３’はボックスの内側に入る。これら全てに関連して、Ｃアームの各種の運動に対応してＣアームの各種のロック機構を制御するために、安全スイッチと２つのオプションスイッチがハンドルの上部に設けられる。この設計では、軸又は関節が電動式でスマートハンドルによって制御される場合、Ｃアームの様々な方向への移動速度の効率的な制御が可能である。
【００９２】
図１０は、本発明の例示的実施形態に係る代替的なスマートハンドル装置２００”を示す。図１０に係る設計は、複数の薄型触覚（ｔａｃｔ／ｔａｃｔｉｌｅ）スイッチ１００１の組み合わせを含む。触覚スイッチ１００１は、一体的（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）ハンドルバー６０３”の全ての側面上のアウターボックス９０２’の内壁内に設置される。ハンドル２００”が任意の方向に動かされると、対応するスイッチ１００１が押されて信号を生成する。アウターボックス９０２’内のハンドル６０３’の動きを減衰させるために、ばね１００２が使用される。ＦＳＲ９０３”及びダンパー９０１”は、ハンドルに加えられる垂直方向の力の量を感知及び計算するために使用される。垂直方向の力とは、ｙ軸に平行な又はハンドル２００”の脚部に平行な方向の力である。ハンドルの両側に取り付けられたＦＳＲ９０３”、９０１”は、スマートハンドルバー２００”を使用可能にするための安全スイッチとしても機能し得る。また、ＦＳＲ９０３”は、単にハンドルに触れるだけからハンドルに加えられる大きな力までの範囲で、ハンドル６０３”に加えられる力の量を感知するように較正され得る。
【００９３】
図１１は、本発明の例示的実施形態に係るスマートハンドルを有するＣアーム１０３ｂの抽出図を示す。スマートハンドル２００は、モバイル手術システムのＣアームのＸ線源１０１に取り付けられる。特に、スマートハンドル２００は、画像検出器側の前方において、Ｃアーム１０１に取り付けられる。スマートハンドル装置２００を手で使用しているオペレータは、スマートハンドルにそれぞれの方向の力を加えることによって、同時に２つ以上の軸を操作することができる。例えば、ユーザが軌道及び回転方向に対して４５度の方向に力を加え、この力が両方向について設定閾値を超える場合、両方の軸がロック解除され、同時運動が可能になり得る。力が閾値を下回ると、軸は再びロックされる。図１１において、スマートハンドルがＸ線検出器側に取り付けられている実施形態が示されているが、本発明に係るスマートハンドル装置２００、２００”、２００’は、異なる軸を操作するためにＣアームのどこに取り付けられてもよい。ハンドル装置の対応する向きセンサは、Ｃアームの正しい運動を可能にするために、対応する取り付け位置に対して較正されなければならない。ハンドルがＣアームの別の位置に取り付けられている場合、デフォルト又はゼロの向きを設定するために、ハンドルの向きを較正する必要がある。スマートハンドル装置２００は、システム上でユーザインターフェース２００として視認可能である。スマートハンドル２００は、各関節に取り付けられ、オペレータによって操作される必要がある物理的なロック及びロック解除ハンドルに取って代わることができる。スマートハンドルが使用される場合、手動のロック及び／又はロック解除ハンドルは必要ない。システム内部に設けられた電磁ブレーキが関節をロック及び／又はロック解除し、電磁ブレーキはスマートハンドルによって制御される。スマートハンドルは各軸を直感的に操作するために使用することができる。また、スマートハンドルは、所望の動きに関与する関節を個々に解放することを可能にし、ハンドルの力及び力の方向に関係なく全ての関節がロック又はロック解除される状況を防止する。スマートハンドル２００、２００’、２００”を用いることにより、モバイルＣアームの回転及び並進運動の自動ロック及びロック解除が可能となり、手動かつ直感的に制御することができる。これは、ワークフローの最適化を助け、外科処置中のミスを防ぐことを可能にし得る。
【００９４】
本発明の実施形態は、異なる主題を参照して説明されていることに留意されたい。特に、一部の実施形態は方法タイプのクレームを参照して記載される一方、他の実施形態は装置スタイプのクレームを参照して記載される。しかし、当業者は上記及び下記の説明から、特に明記されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の組み合わせに加えて、異なる主題に関連する特徴の任意の組み合わせが、この出願に開示される解されることを理解するであろう。ただし、機能の単純な相加以上の相乗効果を提供するよう全ての機能が組み合わせ可能である。
【００９５】
本発明は、図面及び上記において詳細に図示及び記載されているが、かかる図示及び記載は説明的又は例示的であり、非限定的であると考えられるべきである。本発明は、開示の実施形態に限定されない。開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び従属請求項から、クレームされる発明に係る当業者によって理解及び実施され得る。
【００９６】
特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たし得る。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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