(57)【要約】【課題】本発明の実施の形態は、物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】本方法は、第１の画像及び第２の画像を表示装置上に同時に表示し、第１の画像は物体の第１の姿勢を表し、第２の画像は物体の第２の姿勢を表す。本方法は、表示装置上の第１の画像及び第２の画像の位置合わせが該表示装置の姿勢の変化に依拠するように、該表示装置の該姿勢の変化に応じて第２の画像を更新し、該表示装置の該姿勢の変化に基づいて物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするための方法であって、前記方法はコンピュータによって実行され、
前記物体の前記第１の姿勢を表す第１の画像及び前記物体の前記第２の姿勢を表す第２の画像を表示装置上に同時に表示するステップと、
前記表示装置上の前記第１の画像及び前記第２の画像の位置合わせが前記表示装置の姿勢の変化に依拠するように、前記表示装置の姿勢の変化に応じて前記第２の画像を更新するステップと、
前記表示装置の姿勢の変化に基づいて前記物体を前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に位置決めするステップと
を含む、物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするための方法。
【請求項２】
前記第１の姿勢を有する前記物体から取得された画像から前記第１の画像をレンダリングするステップと、
前記第２の姿勢を有する前記物体から取得された体積画像から前記第２の画像をレンダリングするステップとをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記更新するステップは、
前記表示装置の姿勢の変化を求めること、
前記表示装置の姿勢の変化に対応する、前記第２の姿勢の変化の結果生じる姿勢を有する前記物体を表すビューパラメータを求めること、及び
前記ビューパラメータに従って前記体積画像から前記第２の画像をレンダリングすることをさらに含む
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記物体は、治療のために位置決めされる患者であり、前記第１の画像は前記患者から取得されるＸ線画像からレンダリングされる
請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記体積画像は、コンピュータ断層撮影、磁気共鳴撮像、又は陽電子放出型断層撮影を使用して前記患者から取得される体積データから構築される
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記表示装置の姿勢の変化に基づいて、前記表示装置上で前記第２の画像を前記第１の画像と重ね合わせるステップをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記表示装置の姿勢の変化に基づいて、前記物体の位置決めに適した変換パラメータを求めるステップをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第１の画像と前記第２の画像とを比較して、比較結果を生成するステップと、
前記比較結果を前記表示装置上に表示するステップとをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記比較結果は、ずれの方向を示す
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記比較結果は、類似度メトリックである
請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記表示装置は、タッチセンサ式スクリーンを備え、
前記第１の画像及び前記第２の画像は、前記タッチセンサ式スクリーンを使用して前記表示装置上で操作されるのに適しており、
前記方法は、
前記表示装置上の第１の画像及び第２の画像の操作に基づいて前記変換パラメータを補正するステップをさらに含む
請求項７記載の方法。
【請求項１２】
前記表示装置に無重力緩衝を提供するように構成される緩衝機構を備える、６自由度を有するマニピュレータ上に、前記表示装置を、前記表示装置が６自由度を有するように固定で配置するステップをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするためのシステムであって、
前記物体の前記第１の姿勢を表す第１の画像及び前記物体の前記第２の姿勢を表す第２の画像を同時に表示するように構成される表示装置と、
前記表示装置上の前記第１の画像及び前記第２の画像の位置合わせが前記表示装置の姿勢の変化に依拠するように、前記表示装置の姿勢の変化に応じて前記第２の画像を更新するように構成されるレンダリングエンジンと、
前記表示装置の姿勢の変化に基づいて前記物体を前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に位置決めするように構成される位置決めモジュールと
を備える、物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするためのシステム。
【請求項１４】
タッチセンサ式スクリーンであって、前記第２の画像が、前記タッチセンサ式スクリーンを使用して前記表示装置上で操作されるのに適しているように、前記表示装置上に搭載される、タッチセンサ式スクリーンと、
前記表示装置の姿勢に基づいて変換パラメータを求める手段と、
前記タッチセンサ式スクリーンを使用して前記第２の画像の操作に基づいて前記変換パラメータを補正する手段とをさらに備える
請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
カメラであって、前記表示装置の姿勢の変化によって前記カメラの姿勢の変化が求められるように前記表示装置に接続される、カメラと、
前記カメラの焦点内に位置決めされる較正パターンと、
前記カメラによって取得される前記較正パターンの画像に基づいて、前記カメラの姿勢の変化を求めるように構成される姿勢測定モジュールとをさらに備える
請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記表示装置に固定で接続される、６自由度を有するマニピュレータをさらに備える
請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記マニピュレータは、前記表示装置に無重力緩衝を提供するように構成される
請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするためのシステムであって、
前記物体の前記第１の姿勢を表す第１の画像及び前記物体の前記第２の姿勢を表す第２の画像を同時に表示するように構成される表示装置に固定で接続されるように構成される、６自由度を有するマニピュレータと、
前記表示装置上の前記第１の画像及び前記第２の画像の位置合わせが前記マニピュレータの姿勢の変化に依拠するように、前記マニピュレータの姿勢の変化に応じて前記第２の画像を更新するように構成されるレンダリングエンジンと、
前記マニピュレータの姿勢の変化を求めるように構成される位置決めモジュールであって、前記物体は、前記マニピュレータの姿勢の変化に基づいて前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に位置決めされるのに適している、位置決めモジュールと
を備える、物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするためのシステム。
【請求項１９】
前記マニピュレータの姿勢の変化に対応する、前記第２の姿勢の変化の結果生じる姿勢を有する前記物体を表すビューパラメータを求める手段と、
前記ビューパラメータに従って体積画像から前記第２の画像をレンダリングするように構成されるグラフィック処理ユニットとをさらに備える
請求項１８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には物体を位置決めするための方法に関し、より詳細には、物体の位置合わせされた画像に基づいて、該物体を位置決めするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線療法
放射線療法は、高エネルギーの電離放射線を、健常組織に害を与えないようにしながら患者の体内の病変組織、たとえば腫瘍に向ける。放射線療法の１つの形態は粒子線療法である。粒子線療法では、最大照射の深さを制御することができる。一方で、腫瘍の場所、特に、脳、肝臓、肺、胃、及び心臓のような重要な臓器の近くの腫瘍の場所を、正確に求める必要がある。したがって、治療計画に従って、患者の全組織構造を位置決めすることが所望されている。
【０００３】
放射線療法は、高エネルギーの電離放射線を、健常組織に害を与えないようにしながら人体内の病変組織に向ける。放射線療法の１つの形態は粒子線療法である。粒子線療法では、最大照射の深さを制御することができる。一方で、従来の光子ベースの放射線療法とは異なり、線量のピークは組織内に位置し、粒子線のエネルギー及び粒子線の経路内の組織によって、ピーク線量の正確な深さ位置が求められる。したがって、目標組織の場所を正確に求める必要がある。したがって、治療計画において指定される治療ビームの幾何学的な位置合わせに従って、患者の全組織構造を正確に位置決めすることが所望されている。
【０００４】
放射線療法は、癌治療の一環として電離放射線を使用して悪性細胞を抑制する。放射線療法を、根治的癌治療又は補助的癌治療に使用することができる。放射線療法は、治癒が不可能であり、局所的な疾患の抑制若しくは症状の軽減を目的とする場合、苦痛緩和治療として使用され、又は療法が生存ベネフィットを有し、治癒可能であり得る場合、治癒効果のある治療として使用される。放射線療法は、悪性腫瘍の治療に使用され、一次療法として使用することができる。放射線療法を、手術、化学療法、ホルモン療法、又はそれらの組合せと組み合わせることも一般的である。
【０００５】
腫瘍学的ケースでは、放射線療法は一般的に主に腫瘍に適用される。近くのリンパ節が腫瘍と臨床的に関連する場合、又は転移の危険性があると考えられる場合、照射野はそれらのリンパ節も含む場合がある。患者の配置の不確かさ及び内部の腫瘍の動きを考慮に入れるために、腫瘍の周りの余分な正常組織を含める必要がある。
【０００６】
放射線療法は、通常、数週間、たとえば３週間又は４週間にわたる複数の短いセッションにおいて提供され、患者が治療間に回復することを可能にすることに留意しなければならない。このため、同一の配置を達成するのが困難である。したがって、放射線治療士に対し、ビームに対してどのように患者を配置するかを示すために、患者の皮膚は通例、治療計画の間、消えないインクでマーク付けされる。
【０００７】
配置の不確かさは、内部運動、たとえば呼吸及び膀胱充満、並びに腫瘍の場所に対する外部の皮膚マークの移動によっても引き起こされ得る。
【０００８】
腫瘍を治療するために放射線が通過しなくてはならない皮膚又は臓器のような正常組織に害を与えないようにするために、成形された放射線ビームが幾つかの照射角から腫瘍において交わるように照準を定められ、腫瘍において周囲の健常組織よりもはるかに大きい吸収線量を提供する。通常、放射源は患者の周りを回転するガントリ上に配置される。目標は、ビームが回転するときのビームの中心軸のアイソセンタに腫瘍を配置し、それによってビームが常に腫瘍を通過し、健常組織を通過する頻度がはるかに低くなるようにすることである。
【０００９】
患者の位置決め
放射線療法における一般的な問題は、治療計画に従って、患者を放射線機器に対して位置決めすることである。治療プランは通常、高解像度のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンを使用して作成され、組織の密度を表す三次元（３Ｄ）ボリュームデータを含む。治療の間、放射線機器に対して、患者を、腫瘍が放射線ビームの中央軸のアイソセンタに位置決めされ、したがって計画された放射線量が腫瘍に送達されることを確実にするように位置決めする必要がある。
【００１０】
この目標を達成するために、通例１組のＸ線が取得され、ＣＴボリュームの予測ビューと比較される。位置決めの誤りが推定され、患者は正しい位置に動かされる。現在この位置決めは手動又は半自動で実施される。
【００１１】
手動の方法は時間がかかり、６自由度（６−ＤＯＦ）にわたって操作される、物体の３Ｄ形状を理解する必要がある。療法士は患者を伴ったカウチを動かし、動かした後に毎回Ｘ線画像を取得する。この手順は長時間を要すると共に、大線量の治療効果のないＸ線放射を患者に照射する可能性がある。
【００１２】
自動的な方法は、患者を不正確に位置決めする場合がある。したがって、放射線治療士は、自動位置決めの結果を検査する必要がある。さらに、マウス又はトラックボールのような従来の入力装置を使用して初期状態を設定するか又は点対応をマークするために、治療士がレンダリングされた３Ｄボリュームを操作することが必要であることは、以下の理由で困難且つ非直感的である。
【００１３】
ＣＴスキャンデータは、６−ＤＯＦを用いて操作する必要がある３Ｄボリュームを形成する。２Ｄマニピュレータ（マウス）及び２Ｄ画像を使用したこのような操作は困難である。
【００１４】
従来のユーザインタフェースを用いる場合、マウス及び表示装置が同じ場所になく、これによって対応を特定することが困難になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、物体の画像に基づいて該物体を位置決めするためのシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１つの実施の形態は、物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするための方法を説明する。本方法は、第１の画像及び第２の画像を表示装置上に同時に表示し、第１の画像は物体の第１の姿勢を表し、第２の画像は物体の第２の姿勢を表す。本方法は、表示装置上の第１の画像及び第２の画像の位置合わせが該表示装置の姿勢の変化に依拠するように、該表示装置の該姿勢の変化に応じて第２の画像を更新し、該表示装置の該姿勢の変化に基づいて物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めする。
【００１７】
本発明の別の実施の形態は、物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするためのシステムであって、第１の画像及び第２の画像を同時に表示するように構成される表示装置であって、第１の画像は物体の第１の姿勢を表し、第２の画像は物体の第２の姿勢を表す、表示装置と、表示装置上の第１の画像及び第２の画像の位置合わせが該表示装置の姿勢の変化に依拠するように、該表示装置の該姿勢の変化に応じて第２の画像を更新するように構成されるレンダリングエンジンと、表示装置の姿勢の変化に基づいて物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めするように構成される位置決めモジュールと、を備える、システムを説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態による、物体を位置決めするための方法及びシステムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による、現在のデータモデルを表示及び更新するための方法のブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態による、座標変換のための方法のブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態による、データモデルの比較のための方法のブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態による、水平マニピュレータの１つの概略図である。
【図６】本発明の一実施の形態による、水平マニピュレータの１つの概略図である。
【図７】本発明の一実施の形態による、水平マニピュレータの１つの概略図である。
【図８】本発明の一実施の形態による、垂直マニピュレータの１つの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態による、物体を第１の姿勢１１１から第２の姿勢１２１に位置決めするための方法及びシステム１００を示している。本方法は、表示装置１３０上の第１の画像１１０及び第２の画像１２０の位置合わせに基づいて物体を位置決めする。第１の画像は物体の第１の姿勢を表し、第２の画像は物体の第２の姿勢を表し、該第１の画像及び該第２の画像は表示装置上に同時に表示される。方法１００はプロセッサ１０１によって実行される。プロセッサは、当該技術分野において既知の、様々なモデルのためのメモリと、入力／出力インタフェースと、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）とを備える。
【００２０】
第１の姿勢で位置決めされた物体から取得される（１１２）画像１１１から、第１の画像をレンダリングする（１５１）。第２の姿勢で位置決めされた物体から取得される（１２２）体積画像１２３から、第２の画像をレンダリングする（１５０）。幾つかの実施の形態において、下記で説明するように画像を比較する（４１０）。
【００２１】
幾つかの実施の形態において、物体は治療のために位置決めされた患者１８２である。１つの実施の形態では、体積画像は、治療計画中に患者から取得される詳細なコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンから構築される。他の実施の形態では、体積画像は磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）ボリューム及び陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）によって取得される。第１の画像は、治療セッションのための配置の間に患者から取得されるＸ線画像から構築される。物体はいかなる任意の物体であってもよく、患者は１つの物体例に過ぎないことが理解される。
【００２２】
物体の姿勢は３Ｄロケーション及び３Ｄ配向を有し、その結果６自由度（６−ＤＯＦ）となる。画像は、表示装置の姿勢を変化させることによって位置合わせされる。通常、オペレータは、第２の画像を第１の画像と位置合わせしながら、６−ＤＯＦで表示装置を動かす。画像が位置合わせされた後、たとえば互いに重ね合わされた後、表示装置の姿勢の変化は、物体を第１の姿勢から第２の姿勢に位置決めする（１８０）ための変換、たとえば変換パラメータ１５５を示す。
【００２３】
本発明の背後にある着想は、古典的な子供のゲームに類似した最先端技術の解決法である。このゲームにおいて、トレイが目標の穴とビー玉を有する。手を使用してビー玉を巧みに操って現在の位置から目標の穴に入れる。しかしながら、本発明ではこれを非直感的な方法で行う。本発明では、ビー玉を定位置の現在の位置に固定し、代わりに目標の穴を巧みに操ってビー玉と位置合わせする。また、本発明では、トレイを無重力の表示装置に置き換え、穴及びビー玉を並進及び回転が可能な画像、光符号化器測定値に置き換え、正規化相互相関、Kullback-Leiblerダイバージェンス、及び他のもののような関数変換及び距離メトリックを適用して、２本の手を使用して患者に粒子線を自然に位置合わせする。
【００２４】
通常、画像１１３は２次元（２Ｄ）である。このため、レンダリングエンジン１５１は、画像を、実質的に変化させることなく表示のために送信する。しかしながら、体積画像１２３は３次元（３Ｄ）であり、レンダリングエンジン１５０によって２Ｄに変換される。レンダリングエンジン１５０は、表示装置の動きに応じて、姿勢測定モジュール１６０によって求められた表示装置の姿勢の変化１５４に基づいて体積画像から第２の画像をレンダリングする。第２の画像は表示装置の姿勢の変化に応じて更新されるため、表示装置上の第１の画像及び第２の画像の位置合わせは表示装置の姿勢の変化に依拠する。
【００２５】
図２は、第２の画像を表示装置上にレンダリングするための方法を示している。本方法は、表示装置１５４の姿勢の変化、たとえば並進及び回転に基づいて、第２の姿勢２５４の変化の結果生じる姿勢２５５を有する物体を表す（２３５）ビューパラメータ２３０を求める（２１０）。第２の姿勢の変化は、本発明の実施の形態による表示装置の姿勢の変化に対応する（２５０）。グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）２４０は、ビューパラメータに従って、体積画像１２３から第２の画像をレンダリングする。
【００２６】
たとえば、１つの実施の形態において、第２の画像１２０は合成Ｘ線ビュー、すなわち姿勢２５５を有する物体からＸ線撮像装置によって取得されたかのようなデジタル再構成された放射線写真（ＤＲＲ）画像である。
【００２７】
図３は、レンダリングエンジン１５０によって実施される座標変換３００を示している。体積画像１２３は関連付けられる大域座標系３２０を有する。ビューパラメータ２３０は、表示装置の画像座標系３３０に関連付けられる。カメラ、たとえばＸ線撮像装置の内部パラメータ及び外部パラメータ、たとえば焦点距離、画像内の主点の場所が知られている場合、回復される必要があるパラメータは、表示装置１３０の姿勢１５４の変化のみによって求められる。
【００２８】
表示装置は、６−ＤＯＦを有するマニピュレータ１７０上に固定で（rigidly）配置される。したがって、表示装置を６−ＤＯＦで動かすことができる。マニピュレータの姿勢の変化、及び間接的には表示装置の姿勢の変化が姿勢測定モジュール１６０によって感知される。マニピュレータの姿勢の変化は、並進パラメータ１５５によって記述される。１つの実施の形態では、第１の画像及び第２の画像が位置合わせされた後、並進パラメータに基づいて患者１８２を放射線療法のために位置決めする（１８０）。
【００２９】
画像の比較
図４は比較モジュールを示している。比較モジュールは、第１の画像及び第２の画像を比較して（４１０）、何らかの類似度メトリック、たとえばユークリッド距離、Kullback-Leibler（ＫＬ）ダイバージェンス、正規化相互相関に基づいて比較結果４２０を作成する。
【００３０】
第１の画像及び第２の画像は、最初に表示されるとき、ずれている場合がある。位置合わせ工程の目的は、表示装置を動かすことによって、画像を互いに位置合わせすることである。表示装置の移動は通常、オペレータによって実施される。位置合わせを容易にするために、幾つかの実施の形態は比較結果、たとえばずれの方向及び／又はサイズを表示装置上にレンダリングする。１つの実施の形態では、ずれは表示装置上で強調表示される。別の実施の形態では、比較結果の値が表示される。さらに別の実施の形態では、ずれを示す拡張式のバーが表示装置の脇に表示される。
【００３１】
Ｎ−ＤＯＦ
物体の位置決めの間、６−ＤＯＦは、たとえば３つの回転及び３つの並進、すなわち剛体変換に対応する。しかしながら、幾つかの実施の形態では、画像１１３から数週間隔てて体積画像１２３が取得され、画像１１３は非剛体変形を反映する。たとえば、軟組織の位置合わせは組織の何らかの微細な局所伸縮及び押動を必要とする場合があり、腸はガスを有する場合があり、腎臓は動く場合があり、肺は異なる膨張レベルにある場合がある。したがって、１つの実施の形態では、表示装置１３０はタッチセンサ式のスクリーンを備える。このため、本実施の形態によって、表示装置を動かすことによる剛体変換、及びタッチセンサ式のスクリーンを使用して画像を操作することによる非剛体補正が可能となる。
【００３２】
水平マニピュレータ
図５は、表示装置及び水平マニピュレータ５００を示している。水平マニピュレータは、変形型六脚（modified hexapod）を備える（Hayward他著「Kinematic Decoupling In Mechanisms And Application To A Passive Hand Controller. J. Robotics Systems」（Witley, Vol. 10, No.5, pp. 767-790,1993））。
【００３３】
マニピュレータ５００は、表示装置の６−ＤＯＦ操作を可能にする。マニピュレータは、上側プラットフォーム５１０と、下側プラットフォーム５２０とを備え、各プラットフォームが、反対側にある上面５１５及び下面５２５を有する。上側プラットフォームの下面は通例、下側プラットフォームの上面と位置合わせ及び離間される。
【００３４】
マニピュレータは、表示装置のための無重力緩衝を提供するための緩衝機構５３０をさらに備える。緩衝は、図６に示す脚アセンブリ６００のシステムを使用して実施される。脚アセンブリは、表示装置の重さを補償するための長い「反重力」ばね６１０を備える。脚アセンブリは、上側プラットフォームが解放されるときに緩衝機構５３０を再度センタリングするための２つのばね、すなわち拡張補償ばね６２０と、圧縮補償ばね６３０とを備える。２つの自由に回転する玉継ぎ手５４１及び５４２が脚アセンブリをプラットフォームに接続する。１つの実施の形態では、緩衝機構は、プラットフォーム間を延在する６つの独立した脚アセンブリを備える。
【００３５】
１つの実施の形態では、上側プラットフォーム５１０の上面５１５は、表示装置１３０と固定で接続される表示プラットフォームとしての役割を果たす。別の実施の形態では、表示プラットフォームは下側プラットフォームの下面である。
【００３６】
緩衝機構５３０によって、表示プラットフォームの６−ＤＯＦ位置決めが可能になる。自由度のうちの任意のものに沿って表示装置を変位させるのに必要とされる力は、脚アセンブリの拡張に比例する。さらなる詳細についてはHayward他を参照されたい。
【００３７】
図７に示されているように、姿勢測定モジュールは、一方のプラットフォームに接続されたカメラ７１０と、他方のプラットフォーム上の較正パターン７２０とを備える。たとえば、１つの実施の形態では、カメラは上側プラットフォームに接続され、較正パターンは下側プラットフォームに接続される。パターン及びカメラを逆にすることができることに留意されたい。唯一問題となるのは、一方が固定であり、他方が自由に動くことである。別の実施の形態では、較正パターンは格子状パターンである。
【００３８】
姿勢検出器７３０は、カメラによって捕捉された較正パターンの画像に基づいてカメラの姿勢を求める。１つの実施の形態では、姿勢検出器はカメラのプロセッサ上で実行されている。別の実施の形態では、較正パターンは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において一般的に使用されるランプ及びディフューザによって裏から光を当てられ、それによってマニピュレータ５００を、薄暗い環境、たとえば治療室内で使用することができるようにする。
【００３９】
較正パターンの画像を使用して、大域座標系と画像座標系との間の平面射影変換、すなわち変換パラメータ１５５を求める。コンピュータビジョンに基づいた推定を使用する変換パラメータを求める例は、参照により本明細書に援用される米国特許第６５２７３９５号明細書に記載されている。
【００４０】
垂直マニピュレータ
図８は、可動域が増大し、垂直ディスプレイを有し、ＤＯＦ変数への直接的な力のマッピングを有し、中心「アトラクタ」、すなわちシステムが力を加えられないときに戻る位置が存在しない、垂直マニピュレータを示している。
【００４１】
垂直マニピュレータ８００は、６−ＤＯＦ操作のために操作装置に接続された表示プラットフォーム８１０を備える。姿勢測定モジュールは回転光符号化器８２０を備える。垂直ｉｎ／ｏｕｔ変位は、ケーブル取り付け具を有する回転車輪によって符号化される。この動きは、２つの回転及び１つのｉｎ／ｏｕｔ変位の配合として感知される。横方向の線形変位センサが存在しないことに留意されたい。６つの較正された回転測定値のセットから、運動学的連鎖に沿って回転を伝播することによって変換パラメータを計算する。
【００４２】
垂直マニピュレータは、表示プラットフォームに接続された３−ＤＯＦのジンバルアセンブリ８３０と、垂直に配向された中心柱８４０とを備える。垂直マニピュレータは、ジンバルアセンブリを中心柱に連結させる揺動アーム８５０をさらに備える。揺動アームは中心柱を中心に回転して、中心柱を垂直方向に上下に摺動すると共に、水平方向に拡張又は収縮するようになっている。
【００４３】
１つの実施の形態では、揺動アームは支持体８６０に接続され、開口８６５を通じて水平方向に摺動するように構成される。次いで、支持体が中心柱の周りに位置決めされ、揺動アームが垂直方向に摺動することを可能にする。
【００４４】
１つの実施の形態では、表示プラットフォームは４つの回転及び２つの並進を有し、目標の３回転及び３並進系と直接対応しない。この実施の形態では、表示プラットフォームの横方向の並進は、中心柱８４５を中心とした回転、揺動アームの外方向の拡張、及び回転８４５と反対方向における垂直軸を中心としたジンバル回転によって達成される。
【００４５】
１つの実施の形態では、垂直変位は約６０キロの定荷重を必要とする。荷重は変化しないため、揺動アームの分離及びカンチレバー効果の除去に起因して、揺動アーム及びジンバルアセンブリを平衡させるのに必要なのは静重量による静的補償のみである。
【００４６】
本発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、本発明の精神及び範囲内で様々な他の適応及び変更を行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神及び範囲内に入るすべての変形及び変更を包含することである。
【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】
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【図８】
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【外国語明細書】
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