(57)【要約】本発明はナビゲーションシステムの検出装置（Ｅ）の配置場所を決定する方法および検出装置を配置する方法に関する。先ず、ナビゲーションシステムの第１のマーカ（Ｍ１）または第１の特異箇所を備えたロボット（Ｒ）と、ナビゲーションシステムの第２のマーカ（Ｍ２）または第２の特異箇所を備えた三次元対象物（Ｐ）と、ナビゲーションシステムの検出装置（Ｅ）とを有するシステムのコンピュータシミュレーションが準備される。ロボット（Ｒ）、対象物（Ｐ）および／または検出装置（Ｅ）のさまざまな配置場所がシミュレートされて、シミュレートされた配置場所につき自動的に検出装置（Ｅ）によって、ロボット（Ｒ）の第１のマーカ（Ｍ１）または第１の特異箇所ならびに／もしくは対象物（Ｐ）の第２のマーカ（Ｍ２）または第２の特異箇所の可検出性クオリティーが決定される。決定されたクオリティー、これに応じてシミュレートされた配置場所および／または決定された最良のまたは少なくとも十分良好なクオリティーを有するシミュレートされた配置場所が出力される。
2011502672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナビゲーションシステムの検出装置の配置場所を決定する方法であって、
ナビゲーションシステムの検出装置（Ｅ）と、
前記ナビゲーションシステムの第１のマーカ（Ｍ１）または第１の特異箇所を備えたロボット（Ｒ）と、
前記ナビゲーションシステムの第２のマーカ（Ｍ２）または第２の特異箇所を備えた三次元対象物（Ｐ）と、
を有する前記ナビゲーションシステムのコンピュータシミュレーションを準備するステップと、
前記ロボット（Ｒ）、前記三次元対象物（Ｐ）および／または前記検出装置（Ｅ）のさまざまな配置場所を前記コンピュータシミュレーションによってシミュレートするステップと、
前記シミュレートされた配置場所につき、前記検出装置（２０，２１）によって、前記ロボット（Ｒ）の前記第１のマーカ（Ｍ１）または前記第１の特異箇所並びに／若しくは前記対象物（Ｐ）の前記第２のマーカ（Ｍ２）または前記第２の特異箇所の可検出性クオリティーを自動的に決定するステップと、
前記決定されたクオリティー、それに対応するシミュレートされた配置場所ならびに／もしくは決定された最良のまたは少なくとも十分良好なクオリティーを有するシミュレートされた配置場所を出力するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記コンピュータシミュレーションのために前記ロボット（Ｒ）の運動が考慮され、特に前記ロボット（Ｒ）のキネマティクスが考慮されるステップをさらに有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンピュータシミュレーションのために画像データセット、特に前記対象物（Ｐ）の三次元画像データセットが使用されるステップであって、前記第２のマーカ（Ｍ２）または前記第２の特異箇所の位置が考慮される、ステップをさらに有する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ナビゲーションシステムは光学式ナビゲーションシステムでありおよび／または前記対象物は生物（Ｐ）であり、特に、前記ロボット（Ｒ）は自動的に医療器具（１８）を可動させて、前記医療器具によって前記生物（Ｐ）を治療するように設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
画像生成医用技術装置（２７）によって前記生物（Ｐ）の前記画像データセットを準備するステップをさらに有する請求項３および４に記載の方法。
【請求項６】
前記コンピュータシミュレーションのフレームワークにおいて、前記生物（Ｐ）の治療のための前記治療器具（１８）の意図的な運動により前記ロボット（Ｒ）の運動をシミュレートするステップをさらに有する請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
ナビゲーションシステムの検出装置を配置する方法であって、
ナビゲーションシステムの第１のマーカ（Ｍ１）または第１の特異箇所を備えたロボット（Ｒ）と、前記第１のマーカ（Ｍ１）または前記第１の特異箇所に基づいて前記ロボット（Ｒ）の空間における位置を決定する前記ナビゲーションシステムの検出装置（Ｅ）とを位置付けるステップと、
前記ナビゲーションシステムにより前記位置付けられた検出装置（Ｅ）および前記ロボット（Ｒ）の位置により前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）の現在の位置を決定するステップと、
前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）の位置を、前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）のあらかじめシミュレートされた位置と自動的に比較するステップと、
前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）の現在の位置と、前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）の前記シミュレートされた位置との間の差を出力するステップと、
を有する方法。
【請求項８】
前記検出装置（Ｅ）により前記ロボット（Ｒ）に割り当てられた前記第１のマーカ（Ｍ１）または前記第１の特異箇所を検出する手段により前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）の現在の位置を決定するステップをさらに有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボットの前記シミュレートされた位置は請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法によって決定される請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）の現在の位置と、前記検出装置（Ｅ）に対する前記ロボット（Ｒ）の前記シミュレートされた位置との間の差と、該差に割り当てられた変位ベクトルおよび回転とを決定するステップと、
前記変位ベクトルおよび／または回転を出力するステップと、
を有する請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記差の程度を決定するステップと、前記決定された差の程度を出力するステップとを有する請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロボット（Ｒ）の前記シミュレートされた位置についての前記ロボット（Ｒ）の意図的な運動を考慮するステップを有する請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナビゲーションシステムの前記第２のマーカ（Ｍ２）または前記第２の特異箇所を備えた三次元対象物（Ｐ）を位置付けるステップであって、前記ナビゲーションシステムは、患者（Ｐ）に対する位置及び向きが既知である、前記検出装置（Ｅ）によって検出された第２のマーカ（Ｍ２）または第２の特異箇所によって空間における前記対象物（Ｐ）の位置を検出するように設定される、ステップと、
前記対象物（２０，２１）を位置付けること及び前記検出装置（Ｅ）を位置付けることにより前記検出装置（Ｅ）に対する前記対象物（Ｐ）の現在の位置を決定するステップと、
前記検出装置（２０，２１）に対する前記対象物（Ｐ）の前記位置を、前記検出装置（Ｅ）に対する前記対象物（Ｐ）のあらかじめシミュレートされた位置と自動的に比較するステップと、
−前記検出装置（Ｅ）に対する前記対象物（Ｐ）の現在の位置と、前記検出装置（Ｅ）に対する前記対象物（Ｐ）の前記シミュレートされた位置との間の差を出力するステップと、
を有する請求項７〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記対象物（Ｐ）に対する前記第２のマーカ（Ｍ２）の位置および／または向きもしくは前記第２の特異箇所の位置における変化を再調整するステップであって、前記変化は、前記検出装置（Ｅ）に対する前記対象物（Ｐ）の現在の位置と、前記検出装置（Ｅ）に対する前記対象物（Ｐ）の前記シミュレートされた位置との間の差について、前記対象物（Ｐ）の運動によりもたらされる、ステップをさらに有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記対象物（Ｐ）は生物であり、特に、前記ロボット（Ｒ）は、医療器具（１８）によって前記生物（Ｐ）を治療するように前記医療器具を自動的に可動させるように設けられている請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナビゲーションシステムの検出装置の配置場所を決定する方法およびナビゲーションシステムの検出装置を配置する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、腹腔鏡と、腹腔鏡を誘導するロボットと、その他の外科器具とを備えた医療ワークステーションを開示している。腹腔鏡および外科器具には、ナビゲーションシステムのエミッタから送信された電磁場を検出するポジションセンサが配置されている。検出された電磁場により、腹腔鏡および外科器具の空間内ポジションを求めることができる。
【０００３】
特許文献２は、Ｘ線装置と、外科器具と、ポジション検出システムと、外科器具を誘導する少なくとも一部が自動化された患者治療用ロボットとを備えた医療ワークステーションを開示している。外科器具、Ｘ線装置および患者のポジションを検出するために、Ｘ線装置、患者および外科器具またはロボットには、ポジション検出システムの光学式ポジション検出装置によって検出されるポジションマーカが配置されている。光学式ポジション検出装置によって検出されたポジションマーカ画像の評価によって、ポジションつまりポジションマーカのポジションおよび向き、したがって外科器具、Ｘ線装置および患者の空間内のポジションおよび向きを求めることができる。
【０００４】
それぞれの対応するポジションを求めることを可能にするためには、ナビゲーションシステムとも称されるポジション検出システムのポジション検出装置がポジションマーカを十分良好に検出し得ることが必要である。ナビゲーションシステムが光学式ナビゲーションシステムであって、そのポジション検出装置が例えばカメラとして形成されている場合には、例えば、ポジションマーカがカメラに対してたとえ部分的であるにせよ隠蔽されていれば、ポジション検出クオリティーは損なわれる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００１５０５３Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／００７７９３９Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の目的は、ナビゲーションシステムの検出装置の配置場所を決定するための方法であって、ロボットおよび／または対象物の位置を検出装置によって比較的正確に決定することができるように、ロボットおよび／または三次元対象物に対する検出装置の配置場所を見出すことのできる方法を供することである。
【０００７】
本発明のさらにもう一つの目的は、ロボットおよび／または三次元対象物の位置を検出装置によって比較的正確に決定することができるように、ナビゲーションシステムの検出装置をロボットおよび／または対象物に対して配置する方法を供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記第１の目的は、ナビゲーションシステムの検出装置の配置場所を決定する方法であって、以下のステップ、つまり
−ナビゲーションシステムの検出装置と、
ナビゲーションシステムの第１のマーカを備えたロボットまたは第１の特異箇所を備えたロボットと、
ナビゲーションシステムの第２のマーカを備えた三次元対象物または第２の特異箇所を備えた対象物と、
を有するシステムのコンピュータシミュレーションを準備するステップと、
上記ロボット、上記対象物および／または上記検出装置のさまざまな配置場所をコンピュータシミュレーションによってシミュレートするステップと、
−シミュレートされた配置場所につき上記検出装置によって、上記ロボットの第１のマーカまたは第１の特異箇所ならびに／もしくは上記対象物の第２のマーカまたは第２の特異箇所の可検出性クオリティーを自動的に決定するステップと、
−上記決定されたクオリティーおよび対応するシミュレートされた配置場所および／または決定された最良のまたは少なくとも十分良好なクオリティーを有する上記シミュレートされた配置場所を出力するステップと、
を有する方法によって解決される。
【０００９】
これにより、上記ロボット、上記対象物および／または上記検出装置の配置場所を自動的にまたは対話方式でマッチングさせ、こうして、十分良好なクオリティーを達成することが可能である。
【００１０】
ナビゲーションシステムは、医療技術分野、特に最小侵襲医療技術分野において、例えば米国特許第６，８９５，２６８Ｂ１号明細書から一般に知られている。ナビゲーションシステムは、例えばカメラ、レーザトラッキングシステム、パターン化されたライト用のプロジェクタまたはリニアプロジェクタを有する例えば光学式検出装置として形成された検出装置を含んでいる。検出装置は一般に公知の方法で、ロボットに配置された第１のマーカまたはロボットの第１の特異箇所、および対象物、特に対象物の表面に配置された第２のマーカまたは対象物の第２の特異箇所を検出するように構成されている。検出装置によって検出されたマーカまたは特異箇所に基づいて、ナビゲーションシステムの計算装置は基本的に一般に公知の方法で、対象物およびロボットの位置および、場合により向きを決定することができる。
【００１１】
特に、検出装置に対する対象物および／または検出装置に対するロボットの配置場所をプランニングするように、本発明によれば、先ず、第１のマーカまたは第１の特異箇所を有したロボットと、第２のマーカまたは第２の特異箇所とを有した対象物と、ナビゲーションシステムの検出装置とからなるシステムに関する計算シミュレーションが準備される。
【００１２】
計算シミュレーションのために、例えば、画像データセット、特に例えば生物である対象物の三次元画像データセットを準備することができる。画像データセットには、対象物、場合により生物、および、対象物の第２のマーカまたは第２の特異箇所が写像されている。
【００１３】
検出装置は同じく計算シミュレーションのためにモデル化されているため、シミュレーションによって、対象物に対する検出装置の配置場所をシミュレートすることができる。このシミュレーションに基づいて、検出装置に対する第２のマーカまたは第２の特異箇所の位置および場合により向きを決定することが可能であり、これにより、検出装置によって第２のマーカまたは第２の特異箇所の可検出性クオリティーを決定することが可能である。それゆえ、対象物に対する検出装置のシミュレートされたさまざまな配置場所に基づいて、シミュレートされたさまざまな配置場所のクオリティーを計算することができる。続いて、例えば、対象物に対する検出装置の、最良の検出クオリティーをもたらす配置場所を、例えば表示装置によって画面に表示し、または検出装置の場所を自動的にマッチングさせることが可能である。
【００１４】
対象物が生物であれば、当該生物の画像データセットは画像生成医用技術装置によって準備することができる。適切な画像生成医用技術装置は、例えば、磁気共鳴装置、コンピュータ断層撮影装置、Ｘ線装置、特にＣ字型アーム付きＸ線装置、または超音波装置である。
【００１５】
第１のマーカまたは第１の特異箇所を有したロボットも同じく計算シミュレーションのためにモデル化されることができるため、この場合にも、検出装置に対するロボットのさまざまな配置場所につき、ロボットに配置された第１のマーカまたは第１の特異箇所の可検出性をシミュレートし、それによって、好適な配置場所を求めることが可能である。特に、手術またはその一部、それゆえ、第１のマーカまたは第１の特異箇所の運動をシミュレートすることができる。こうして、第１のマーカまたは第１の特異箇所の運動を配置場所の計算に利用することが可能である。
【００１６】
対象物が例えば患者ベッドシート上に載置された生物であれば、計算シミュレーションのために、患者ベッドシートもモデル化して、一定の配置場所につき、患者ベッドシートが検出装置に対して第１または第２のマーカまたは第１または第２の特異箇所を隠蔽するか否かもしくは患者ベッドシート上に載置された生物が例えば高さ調節式の患者ベッドシートの調整次第でマーカまたは特異箇所を隠蔽するか否かを認識することが可能である。
【００１７】
ロボットが可動する場合には、コンピュータシミュレーションのためにロボットの運動を考慮することが可能である。この運動については、コンピュータシミュレーションのために、特にロボットのキネマティクスを考慮することが可能である。
【００１８】
ロボットは一般に、対象物を自動処理するように合理的なツールを備え、複数の運動軸に関して、特に向き、位置および径路の点でプログラマブルな処理マシンである。ロボットは一般に、マニピュレータとも称されるロボットアームと、制御装置と、場合により、例えばツールを掴むためのグリッパとして形成されているかまたは、例えば医療技術分野で使用される場合に、医療器具、特に外科器具を取り付けるために形成されることが可能であるエフェクタとを含んでいる。ロボットアームは基本的に、キネマティクスとも称されるロボットの可動部を表している。ロボットアームは特に、例えば電気駆動装置を介して、コンピュータとして形成された制御装置によって制御される複数の軸を有している。
【００１９】
ロボットが医療分野で使用される場合には、本発明による方法の実施形態において、ロボットは自動的にまたは例えば外科医によって遠隔制御されて医療器具を可動させ、生物として形成された対象物を医療器具によって治療できることが意図される。医療器具は例えば、生物の治療を行うための内視鏡である。
【００２０】
したがって、本発明による方法の一実施態様において、生物を治療するための医療器具の意図的な運動に基づくロボットの運動をコンピュータシミュレーションの一環としてシミュレートすることが可能である。
【００２１】
特に、本発明による方法が医療分野で使用される場合には、生物として形成された対象物の手術を実施するための術前プランニングに際し、操作者に対して、ロボットおよび／または生物に対するナビゲーションシステムの検出装置の好適な配置場所に関する提案を行うことが可能である。また、ロボットの運動、特にロボット先端のプランニングされた径路も本発明による方法によってすでに共に考慮可能である。操作者が配置場所を自動的に選択する場合には、本発明による方法に基づき、操作者に対して、予測される可検出性、特にマーカまたは特異箇所の可視性ならびにクオリティーを表示することが可能であり、これにより、操作者は必要に応じ、プランニングされた配置場所のマッチングを対話形式で行うことができる。
【００２２】
本発明の上記第２の目的は、ナビゲーションシステムの検出装置を配置するための方法であって、以下のステップつまり
−ナビゲーションシステムの第１のマーカまたは第１の特異箇所を備えたロボットと、検出装置で検出された第１のマーカまたは検出された第１の特異箇所に基づいてロボットの空間における位置を求めるように構成されたナビゲーションシステムの検出装置とを配置するステップと、
−上記配置されたロボットと上記配置された検出装置とに基づいて上記ナビゲーションシステムにより上記検出装置に対する上記ロボットの現在の位置を算定するステップと、
−上記検出装置に対する上記ロボットの位置を、あらかじめシミュレートされた上記検出装置に対する上記ロボットの位置と自動的に比較するステップと、
−上記検出装置に対する上記ロボットの現在の位置と、上記検出装置に対する上記ロボットの上記シミュレートされた位置との間の差を出力するステップと、
を含む方法によって解決される。
【００２３】
検出装置に対するロボットの位置の自動的比較は必要に応じ、ロボットの現在の構成を考慮して行うことができる。
【００２４】
ロボットの構造に対する第１のマーカまたは第１の特異箇所の位置および向きは一般に既知である。これに対して、患者の解剖学的組織・構造に対する、患者に配置された第２のマーカまたは第２の特異箇所の位置および向きは通例未知であるが、ただし、前置された補助的な、一般に公知のステップによって決定することが可能である。このステップは通例、「位置決め」と称される。
【００２５】
ロボットの位置決定のために検出装置がロボットの第１のマーカまたは第１の特異箇所を比較的良好に検出し得る、ナビゲーションシステムの検出装置のロボットに対する好適な位置を求めるために、検出装置に対するロボットの配置はあらかじめ、例えば、ナビゲーションシステムの検出装置の配置場所を求めるための上述した方法によってプランニングされる。
【００２６】
しかしながら、こうしたプランニングの実現つまり、ロボットに対する検出装置の現実の配置は困難なことがある。そこで、本発明によれば、ロボットおよび検出装置の現実の配置は自動的に、プランニングまたはシミュレートされた配置と比較される。そのため、例えば、検出装置はロボットの第１のマーカまたは第１の特異箇所の現実の位置、したがって、ロボットの現実の位置および場合により向きを決定する。これはプランニングまたはシミュレートされた位置および場合により向きと比較される。差が生ずる場合には、それは算定された差に関する情報が例えば表示装置によって画面に表示されることによって出力される。
【００２７】
算定されたロボットの現在の位置とプランニングまたはシミュレートされたロボットの位置とに基づき、上記の差に対応する変位ベクトルおよび／または回転を算定することが可能であり、これはその後に出力、特に画面表示することが可能である。変位ベクトルまたは回転は特に、例えば表示装置によって画面に表示されるシミュレートされた位置のうちにグラフィック表示することが可能である。
【００２８】
本発明による方法の一実施態様においては、変位の程度が算定されて、その結果が例えば表示装置によって画面に例えばカラー表示される。したがって、ロボットに対して検出装置を配置する者は、現実の配置を変化させることおよび対応する差を観察することにより、シミュレートされた検出装置の配置場所に比較的よく一致する、ロボットに対する検出装置の配置場所を対話方式によってまたは経験的に求めることができる。また、例えばトラック式ポインタでロボットおよび検出装置の配置場所を「ポイントすること」も考えられる。
【００２９】
本発明による方法の一実施形態においては、シミュレートされたロボットの位置につき、ロボットの意図的な運動が考慮される。
【００３０】
本発明による方法のさらに別の一実施態様においては、以下に挙げるさらなる別のステップつまり
−第２のマーカまたは第２の特異箇所を備えた三次元対象物を配置するステップ（ここでは、ナビゲーションシステムは、検出装置によって検出された第２のマーカによって対象物の空間内位置を求めるように構成されている）と、
−上記検出装置に対する上記対象物の現在の位置を、上記配置された対象物と上記配置された検出装置とに基づいて算定するステップと、
−上記検出装置に対する上記対象物の位置を、あらかじめシミュレートされた上記検出装置に対する上記対象物の位置と自動的に比較するステップと、
−上記検出装置に対する上記対象物の現在の位置と、上記検出装置に対する上記対象物の上記シミュレートされた位置との間の差を出力するステップと、
が実施される。
【００３１】
三次元対象物は例えば生物、特にロボットによって治療される生物である。この目的のためにロボットは医療器具、特に外科器具をあらかじめプランニングされた方法で誘導することができる。生物、一般に対象物、に対するロボットの位置を決定するため、対象物例えば対象物の表面には、マーカつまり第２のマーカが配置されている。通例、ロボットによって生物を治療する間、検出装置は可能なかぎりいつでも第１および第２のマーカを検出可能であることが望ましく、したがって、こうした条件が常に満たされているように配置されていることが望ましい。本発明による方法の上述した実施態様によれば、第１のマーカが検出装置によって比較的良好に検出し得るように検出装置をロボットに対して配置することが可能であるだけでなく、対象物に対しても検出装置を比較的好適に配置することも可能である。
【００３２】
患者の解剖学的組織・構造に対する、患者に配置された第２のマーカまたは第２の特異箇所の位置および向きは通例未知であるが、ただし、補助的な、前置された一般に公知のステップによって決定することが可能である。このステップは通例、「位置決め」と称される。手術中の第２のマーカの位置は、場合により術前の位置、したがってシミュレーションとはずれていることがありうる。必要に応じ、見出されるべき配置場所を位置決めに応じてマッチングすることが可能である。
【００３３】
添付の概略図面を参照し、本発明の実施例を例示して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ロボットを示す図である。
【図２】ロボット、ナビゲーションシステムおよび患者ベッドシートを備えた医療ワークステーションを示す図である。
【図３】ロボットに対するナビゲーションシステムの検出装置の配置場所の決定を具体的に説明するためのフローチャートである。
【図４】画像生成医用技術装置を示す図である。
【図５】ロボットに対するナビゲーションシステムの検出装置の配置を具体的に説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本実施例において、台座Ｓに取り付けられたロボットアームＡを有するロボットＲを示している。ロボットアームＡは基本的に、ロボットＲの可動部を表しており、複数の軸１〜６と、複数のレバー７〜１０と、例えば医療器具１８を取り付けることのできるフランジＦとを含んでいる。
【００３６】
各々の軸１〜６は、本実施例において、ロボットＲの制御コンピュータ１７に図示していない方法で電気的に接続された電気駆動装置１１〜１６で可動されるため、制御コンピュータ１７または制御コンピュータ１７で実行されるコンピュータプログラムは電気駆動装置１１〜１６を制御して、ロボットＲのフランジＦの位置および向きを基本的に自由に空間内に設定することができる。
【００３７】
ロボットＲの電気駆動装置１１〜１６は例えば、それぞれ電動機と、場合により、電動機を制御する電子式出力制御装置とを含んでいる。
【００３８】
ロボットＲは、本実施例において、図２に示した患者ベッドシートＬ上に載置された患者Ｐを医療器具１８で治療するように設けられている。図２はさらに、本実施例において２台のカメラ２０、２１を有する検出装置Ｅと、ロボットＲに配置されたマーカＭ１と、患者Ｐに配置されたマーカＭ２とを有するナビゲーションシステムを示している。本実施例において、ナビゲーションシステムの検出装置Ｅはさらにコンピュータ２２を有し、可動式の台架１９上に取り付けられているために、検出装置Ｅの空間内配置場所は変化させることが可能である。
【００３９】
上記のナビゲーションシステム自体は、特に米国特許第６，８９５，２６８Ｂ１号明細書から当業者に公知であり、対象物例えば患者Ｐの位置および向きを決定するために設けられている。
【００４０】
ナビゲーションシステムは例えば磁気ナビゲーションシステムまたは、本実施例がそうであるように、光学式ナビゲーションシステムであることが可能であり、例えば、対象物の位置および場合により向きを求めるように使用される。例えば患者ＰまたはロボットＲの位置を求めるように、ナビゲーションシステムはそのカメラ２０、２１によってマーカＭ１、Ｍ２の空間内位置を検出する。
【００４１】
患者ＰおよびロボットＲの検出された位置に基づいて、ロボットは例えば所望のように医療器具１８を可動させて、患者Ｐが所望のように当該器具によって治療されるようにすることができる。ロボットＲの制御コンピュータ１７が患者Ｐのその時々の現在の位置に関する情報を得ることができるように、例えば、ナビゲーションシステムのコンピュータ２２はデータ回線２６を経てロボットＲの制御コンピュータ１７と接続されている。
【００４２】
ナビゲーションシステムが患者ＰおよびロボットＲの位置を十分正確に求めることができるためには、カメラ２０、２１がマーカＭ１、Ｍ２を十分正確に検出し得ることが必要である。そのため、検出装置Ｅは患者ＰおよびロボットＲに対して適切に配置されていることが不可欠である。
【００４３】
患者ＰおよびロボットＲに対する検出装置Ｅの少なくとも１つの比較的好適な配置場所を得るように、本実施例においては、ロボットＲの配置場所、患者Ｐの位置および検出装置Ｅの配置場所がプランニングされる。これらの配置場所のプランニングのために本実施例において実施されるステップは図３に示したフローチャートにまとめられている。
【００４４】
本実施例においては、検出装置ＥおよびロボットＲの配置場所ならびに患者Ｐの位置のプランニングは、適切なコンピュータプログラムの形でコンピュータ２４に記憶されているコンピュータシミュレーションによって行われ、これについては、図３に示したフローチャートのステップＳ１で行われる。
【００４５】
本実施例においては、コンピュータシミュレーションのために、先ず患者Ｐにつき、図４に示した医用技術装置２７によって特に三次元画像データセットが生成される。画像を生成する医用技術装置２７は、例えば、磁気共鳴装置、コンピュータ断層撮影装置、Ｘ線装置、特にＣアーム付きＸ線装置、または超音波装置である。画像データセットを供するために、マーカＭ２はすでに患者Ｐに配置されていることが可能であり、したがって、これによって、画像データセットに対応する画像中にも写像されていることが可能である。三次元画像データセットはコンピュータ２４にロードされ、これによって、コンピュータシミュレーションは患者Ｐをモデル化することができる。
【００４６】
本実施例においては、コンピュータ２４には、ロボットＲおよびカメラ２０、２１のモデルも記憶されている。ロボットＲのモデルはさらに、ロボットＲに配置されたマーカＭ１を含んでいる。したがって、ロボットＲおよび検出装置Ｅのさまざまな配置場所および患者Ｐの位置および／または向きをコンピュータシミュレーションによってシミュレートすることが可能である。
【００４７】
ロボットＲおよび患者Ｐに対するできるだけ良好な検出装置Ｅの位置を得るために、図中に詳細を図示していない操作者は、検出装置Ｅ、ロボットＲおよび患者Ｐのさまざまな配置場所をコンピュータシミュレーションによってシミュレートし、これについては、図３に示したフローチャートのステップＳ２で行われる。
【００４８】
本実施例において、コンピュータシミュレーションは、シミュレートされた上記の配置場所の各々につき、カメラ２０、２１による第１および第２のマーカＭ１、Ｍ２の可検出性クオリティーを自動的に決定するようにして実施され、これについては、図３に示したフローチャートのステップＳ３で行われる。例えば、マーカＭ１、Ｍ２の相互の間隔またはマーカＭ１、Ｍ２相互のまたは周囲物体による隠蔽率がクオリティー基準として利用可能である。
【００４９】
相応して算定されたクオリティーは、次いでコンピュータ２４に接続された表示装置２３の画面にグラフィック表示される。これによって、操作者は経験的または自動的に、患者ＰおよびロボットＲに対するカメラ２０、２１のできるだけ良好な位置を求めることができる。別法としてまたはさらに加えて、コンピュータシミュレーションは、例えば複数の配置場所がシミュレートされた後、最良のまたは少なくとも十分良好な可検出性クオリティーをもたらすシミュレート済みの配置場所が表示されるようにして実施されることが可能であり、これについては、図３に示したフローチャートのステップＳ４で行われる。
【００５０】
コンピュータシミュレーションによって、検出装置ＥおよびロボットＲの所望の配置場所が求められ、かつ、患者Ｐの位置がコンピュータシミュレーションによって求められた後、検出装置Ｅ、ロボットＲおよび患者Ｐは、プランニングつまりシミュレーションに応じて配置され、あるいは患者ベッドシートＬ上で方向付けされる。
【００５１】
図５は、本実施例においては、検出装置Ｅ、ロボットＲおよび患者Ｐが、プランニングされた通りに配置あるいは方向付けされるように実施されるステップをまとめたものである。
【００５２】
本実施例においては、コンピュータ２４により、比較的容易にロボットＲおよび検出装置Ｅをプランニングされた通りに配置し得るよう操作者を支援するコンピュータプログラムが実行される。
【００５３】
操作者は先ず、ロボットＲおよび検出装置Ｅを配置し、これについては、図５に示したフローチャートのステップＳ１’で行われる。
【００５４】
検出装置ＥはロボットＲのマーカＭ１を検出し、それに応じて直ちに、ロボットＲの現在の空間における位置あるいは検出装置Ｅに対するロボットＲの現在の位置を計算し、これについては、図５に示したフローチャートのステップＳ２’で行われる。
【００５５】
この結果は、回線２５によってナビゲーションシステムのコンピュータ２２に接続されているコンピュータ２４に伝送される。コンピュータ２４では、検出装置Ｅに対するロボットＲの現在の位置を検出装置Ｅに対するロボットＲのプランニングされた位置と比較するコンピュータプログラムが実行され、これについては、図５に示したフローチャートのステップＳ３’で行われる。本実施例においては、検出装置Ｅに対するロボットＲのプランニングされた位置は上述したコンピュータシミュレーションによって求められる。
【００５６】
検出装置Ｅに対するロボットＲのプランニングされた位置と現在の位置とに基づいて、コンピュータ２４で実行されるコンピュータプログラムは両者の位置の差を算出し、これについては、図５に示したフローチャートのステップＳ４’
で行われ、こうして、表示装置２３の画面にこの差に関する情報を表示し、これについては、図５に示したフローチャートのステップＳ５’で行われる。
【００５７】
本実施例においては、コンピュータ２４で実行されるコンピュータプログラムは、検出装置Ｅに対するロボットＲのプランニングされた位置と現在の位置との間の変位ベクトルまたは回転を計算し、その結果を表示装置２３の画面に視覚表示する。変位ベクトルは、例えば、プランニングされた通りに配置するために、検出装置Ｅをいずれの方向に変位されなければならないかを表している。この変位ベクトルは、例えば、ロボットＲおよび検出装置Ｅのプランニングされた位置の表示画面中に挿入される。
【００５８】
別法として、ロボットＲおよび検出装置Ｅの現在の配置に関して、プランニングされた位置からの変位の程度を、例えば異なったカラーによって、表示装置２３の画面にグラフィック表示することも可能である。
【００５９】
本実施例においては、なお、ロボットＲに対するあるいは検出装置Ｅに対する患者Ｐの現在の位置および／または向きを、コンピュータシミュレーションによってプランニングされた患者Ｐの位置または向きにマッチングさせることも意図されている。
【００６０】
加えて、医療器具１８による患者Ｐの治療のために実行さるべきロボットＲの運動をコンピュータシミュレーション中に考慮し、それを場合により治療の実施前にプランニングにマッチングさせることも可能である。
【００６１】
また、コンピュータシミュレーションのために患者ベッドシートＬを考慮することも可能である。
【００６２】
第１および第２のマーカＭ１、Ｍ２に代えて、ロボットＲまたは患者Ｐの適切な特異箇所を使用することも可能である。
【００６３】
上記実施例は医療技術分野での使用に関連して説明されているが、医療分野以外における本発明による方法の使用、例えば、測定セルでの使用も同じく考えられる。
【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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【国際調査報告】
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