NL1029127C2

NL1029127C2 - Systeem, werkwijze en vervaardigingsproduct voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon.

Info

Publication number: NL1029127C2
Application number: NL1029127A
Authority: NL
Inventors: Thomas K F Foo; Mohammed Moin Hussaini
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2007-08-13
Also published as: CN100518626C; CN1714742A; US20050267359A1; JP2005334650A; NL1029127A1; JP5021908B2

Description

Korte aanduiding: Systeem, werkwijze en vervaardigingsproduct voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon.

De uitvinding heeft betrekking op een systeem en een werkwijze voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon.

Robotsystemen zijn ontwikkeld om biopsie- en ablatienaalden 5 binnen een persoon te geleiden. De plaatsing van dergelijke naalden in de buikholte van de persoon kan echter zeer moeilijk zijn als gevolg van de ademhalingsbeweging van de persoon. In het bijzonder zal tijdens de ademhalingsbeweging van de persoon een doelpositie in de buikholte van de persoon bewegen. Zelfs indien de naald aanvankelijk 10 langs een voorafbepaald eindeffectortraject wordt bewogen, kan de naald derhalve de doelpositie niet bereiken als gevolg van de beweging van de doelpositie in de buikholte van de persoon.

De uitvinders hebben onderkend, dat er behoefte bestaat aan een verbeterd systeem, dat de hiervoor genoemde nadelen overwint wanneer 15 een eindeffector naar een doelpositie binnen de persoon wordt geleid.

Een werkwijze voor het geleiden van een eindeffector naar een positie binnen een persoon volgens een voorbeelduitvoeringsvorm is verschaft. De werkwijze bevat het genereren van een aantal digitale beelden van een inwendige anatomie van de persoon, wanneer de persoon 20 een voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft. De werkwijze bevat verder het op ten minste één van de digitale beelden aangeven van een huidintreepositie. De werkwijze bevat verder het op ten minste één van de digitale beelden aangeven van de doelpositie. De werkwijze bevat verder het bepalen van een trajectweg op basis van de huidintreeposi-25 tie en de doelpositie. Ten slotte bevat de werkwijze het bewegen van de eindeffector langs de trajectweg naar de doelpositie, wanneer de persoon in hoofdzaak de voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft.

Een systeem voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon volgens een andere voorbeelduitvoe-30 ringsvorm is verschaft. Het systeem bevat een ademhalingsbewakingsinrichting voor het bewaken van een ademhalingstoestand van de persoon. Het systeem bevat verder een aftastinrichting, die is ingericht om een inwendige anatomie van de persoon af te tasten, wanneer de.persoon een 1029127 ! - 2 - voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft, om aftastgegevens te genereren. Het systeem bevat verder een eerste computer, die op basis van de aftastgegevens een aantal digitale beelden genereert. Het systeem bevat verder een tweede computer, die is ingericht om het aantal digita-5 le beelden weer te geven, en die verder is ingericht om een bediener in staat te stellen een huidintreepositie op ten minste één van de digitale beelden aan te geven. De tweede computer is verder ingericht om de bediener in staat te stellen de doelpositie op ten minste één van de digitale beelden aan te geven. De tweede computer is verder inge-10 richt om op basis van de huidintreepositie en de doelpositie een tra-jectweg te bepalen. Ten slotte bevat het systeem een eindeffectorin-brenginrichting, die de in de persoon in te brengen eindeffector heeft, waarbij de tweede computer de eindeffectorinbrenginrichting de eindeffector langs de trajectweg naar de doelpositie doet bewegen, 15 wanneer de persoon in hoofdzaak de voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft.

Een systeem voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon volgens een andere voorbeelduitvoe-ringsvorm is verschaft. Het systeem bevat een ademhalingsbewakingsin-20 richting voor het bewaken van een ademhalingstoestand van de persoon. Het systeem bevat verder een aftastinrichting, die is ingericht om een inwendige anatomie van de persoon af te tasten, wanneer de persoon een voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft, om aftastgegevens te genereren. Het systeem bevat verder een eerste computer, die op basis van de 25 aftastgegevens een aantal digitale beelden genereert. De eerste computer is verder ingericht om het aantal digitale beelden weer te geven. De eerste computer is verder ingericht om een bediener in staat te stellen een huidintreepositie op ten minste één van de digitale beelden aan te geven. De eerste computer is verder ingericht om de bedie-30 ner in staat te stellen de doelpositie op ten minste één van de digitale beelden aan te geven. De eerste computer is verder ingericht om op basis van de huidintreepositie en de doelpositie een trajectweg te bepalen. Ten slotte bevat het systeem een eindeffectorinbrenginrichting, die de voor het inbrengen in de persoon aangepaste eindeffector 35 heeft. De eerste computer doet de eindeffectorinbrenginrichting de eindeffector langs de trajectweg naar de doelpositie bewegen wanneer de persoon in hoofdzaak de voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft.

Een vervaardigingsproduct volgens een andere voorbeelduitvoe-ringsvorm is verschaft. Het vervaardigingsproduct bevat een computer- 1029127 ! - 3 - opslagmedium, dat een daarin gecodeerd computerprogramma heeft voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon. Het computeropslagmedium bevat een code voor het genereren van een aantal digitale beelden van een inwendige anatomie van de persoon, 5 wanneer de persoon een voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft. Het computeropslagmedium bevat verder een code voor het op ten minste één van de digitale beelden aangeven van een huidintreepositie. Het computeropslagmedium bevat verder een code voor het op ten minste één van de digitale beelden aangeven van de doelpositie. Het computeropslagme-10 dium bevat verder een code voor het op basis van de huidintreepositie en de doelpositie bepalen van een trajectweg. Ten slotte bevat het computeropslagmedium een code voor het bewegen van de eindeffector langs de trajectweg naar de doelpositie, wanneer de persoon in hoofdzaak een voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft.

15 Een werkwijze voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon volgens een andere voorbeelduitvoe-ringsvorm is verschaft. De werkwijze bevat het bewaken van een ademhalingstoestand van een persoon tijdens ten minste één ademhalingscyclus. Ten slotte bevat de werkwijze het bewegen van een eindeffector 20 langs een trajectweg naar de doelpositie in de persoon, wanneer de persoon in hoofdzaak een voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft.

Fig. 1 is een schematische weergave van een operatiekamer, die een eindeffectorpositioneringssysteem volgens een voorbeelduitvoe-ringsvorm bevat.

25 Fig. 2 is een schematische weergave van het eindeffectorposi- tioneringssysteem van fig. 1.

Fig. 3 is een vergrote schematische weergave van een gedeelte van het eindeffectorpositioneringssysteem van fig. 2.

Fig. 4 is een schematische weergave van een roboteindeffector-30 positioneringsinrichting en een passieve arm, gebruikt in het eindef-fectorpositioneringssysteem van fig. 2.

Fig. 5-7 zijn schematische weergaven van een eindeffectoraan-sturing, die wordt gebruikt in de roboteindeffectorpositioneringsin-richting van fig. 4.

35 Fig. 8 is een signaalweergave, die indicatief is voor de adem hal ingsbeweging van een persoon.

Fig. 9 is een signaalweergave, die indicatief is voor een voorafbepaalde ademhalingstoestand van de persoon.

1029127 - 4 -

Fig. 10 is een diagram van drie coördinatensystemen, die door het eindeffectorpositioneringssysteem van fig. 1 worden gebruikt.

Fig. 11-15 zijn weergaven van computervensters, die door het eindeffectorpositioneringssysteem van fig. 1 worden gebruikt.

5 Fig. 16-18 zijn stroomschema's van een werkwijze voor het ge leiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen een persoon.

Er wordt nu verwezen naar fig. 1 en 2, waarin een operatiekamer 10, die een eindeffectorpositioneringssysteem 12 en een operatietafel 14 heeft, is weergegeven. Het eindeffectorpositioneringssysteem 12 is 10 verschaft om een eindeffector binnen een op de tafel liggende persoon naar een voorafbepaalde positie te geleiden, zoals hieronder in detail zal worden toegelicht. In de getoonde uitvoeringsvorm omvat de eindeffector een ablatienaald. Het zal echter duidelijk zijn, dat de eindeffector elk gereedschap of elke inrichting, die in een inwendige van 15 een persoon kan worden ingebracht, kan zijn, waaronder bijvoorbeeld een injectienaald, een biopsienaald, een.bestuurbare naald en een or-thoscopisch gereedschap.

Het eindeffectorpositioneringssysteem 12 bevat een roboteindef-fectorpositioneringsinrichting 24, een eindeffectoraansturing 70, een 20 lineaire positioneringsinrichting 25, een passieve arm 28, een bovenhoof dse ondersteuning 30, een railondersteuning 32, een koppelingsarm 34, een infrarood ademhalingsmeetinrichting 36, een positiereflector 38, een ademhalingsbewakingscomputér 40, een stuurcomputer 42 voor een CT-aftastinrichting, een computertomografie(CT)aftastinrichting 44, 25 een robotstuurcomputer 46, een stuurknuppel 47 en een weergavemonitor 48.

Er wordt nu verwezen naar fig. 2, waarin de lineaire positioneringsinrichting 25 operationeel is gekoppeld aan de bovenhoofdse ondersteuning 30 en de passieve arm 28. De lineaire positioneringsin-30 richting 25 is verschaft om de roboteindeffector volgens drie assen van de positioneringsinrichting 24 lineair te bewegen naar een gewenste positie. In de getoonde uitvoeringsvorm omvat de lineaire positioneringsinrichting 25 een door Danaher Precision Systems te Salem, New Hampshire vervaardigde XYX-tafel.

35 De roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 is verschaft voor het zodanig oriënteren van de eindeffectoraansturing 70, dat een eindeffector 26 samenvallend met een gewenst traject kan worden gepositioneerd. De roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 is elektrisch gekoppeld aan de robotstuurcomputer 46 en beweegt in reactie op 1029127 - 5 - van de computer 46 ontvangen signalen. Zoals is weergegeven, omvat de roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 een behuizingsgedeelte 62 en een behuizingsgedeelte 64. Zoals is weergegeven, is de roboteindef-fectorpositioneringsinrichting 24 operationeel gekoppeld aan de eind-5 effectoraansturing 70.

Het behuizingsgedeelte 64 is verschaft om een motor (niet weergegeven) daarin te behuizen, welke motor een operationeel aan een verbinding 116 van de passieve arm 28 gekoppelde as heeft. De motor is ingericht om de roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 te rote-10 ren, zoals door middel van de pijl 69 is weergegeven, voor het in een gewenste positie positioneren van de eindeffector 26. Het behuizingsgedeelte 64 is operationeel gekoppeld aan het behuizingsgedeelte 62 en is verschaft om een motor voor het aansturen van componenten in de eindeffectoraansturing 70 te behuizen om de eindeffector 26 lineair te 15 bewegen.

Onder verwijzing naar fig. 4-7, is de eindeffectoraansturing 70 verschaft om de eindeffector 26 lineair in een persoon te bewegen. De eindeffectoraansturing 70 bevat een behuizingsgedeelte 72, dat operationeel is gekoppeld aan de eindeffector 26. Een ingangsas 76 wordt 20 door een DC-motor (niet weergegeven) aangedreven, welke motor in het behuizingsgedeelte 64 is geplaatst. Het behuizingsgedeelte 72 kan van een acrylmateriaal of een ander radiodoorlatend materiaal zijn geconstrueerd. Het behuizingsgedeelte 72 definieert een zich daardoorheen uitstrekkende eerste afgebakende boring 74, die is ingericht om de in-25 gangsas 76 en axiale belastingsbus 78 geleidend daarin te ontvangen.

De bus 78 glijdt over de ingangsas 76 en is via een O-ring 80 met een moer 82 belast. Het behuizingsgedeelte definieert verder een tweede afgebakende boring 84, die zich daarin dwars op de eerste afgebakende boring 74 tangentiaal binnen het behuizingsgedeelte 72 uitstrekt. De 30 ingangsas 76, de bus 78 en de moer 82 kunnen van acrylmateriaal of ander radiodoorlatend materiaal zijn geconstrueerd. De ingangsas 76 is door een aangedreven einde 69 verder gekoppeld aan de DC-motor en aan het andere einde daarvan aan de moer 82. Door het koppelen van de ingangsas 76 aan de moer 82 wordt dé bus 78 bij dezelfde draaisnelheid 35 als de ingangsas 76 aangedreven door de O-ring 80 met de moer 82 te belasten.

Er wordt nu verwezen naar fig. 6 en 7, waarin de eindeffector 26 in de tweede afgebakende boring 84 van het behuizingsgedeelte 72 glijdt en als resultaat daarvan tussen een contactvlak 86 van de in- 1029127 - 6 - gangsas 76 en een contactvlak 88 van de bus 78 wordt samengedrukt. Het contactvlak 88 correspondeert met één van de twee einden van de bus.

De contactvlakken 86 en 88 oefenen een axiale kracht op de eindeffec-tor 26 uit, corresponderend met de overdrachtswrijvingskracht tussen 5 de contactvlakken en de eindeffector 26. Verder kan aan de basis van het contactvlak 86 van de ingangsas 76 een band 90 zijn geplaatst.

Onder verwijzing naar fig. 4 en 10, is een ijkcomponent 68, die zich vanaf de eindeffectoraansturing 70 uitstrekt, verschaft om het robotcoördinatensysteem met het coördinatensysteem van het digitale 10 beeld te correleren, zoals hieronder in detail zal worden toegelicht. De ijkcomponent 68 is in het algemeen v-vormig, waarbij eerste en tweede delen van de component 68 zich vanaf tegenovergestelde zijden van de behuizing van de naaldaansturing 70 uitstrekken.

De passieve arm 28 is verschaft om de roboteindeffectorpositio-15 neringsinrichting 24 vast te houden. Zoals is weergegeven, bevat de passieve arm 28 een armgedeelte 110, een armgedeelte 112, een klemge-deelte 114, en kogelscharnieren 116, 118, 120. De roboteindeffectorpo-sitioneringsinrichting 24 is bevestigd aan het armgedeelte 110 via het daartussen aangebrachte kogelschamier 116. Het armgedeelte 110 is 20 operationeel gekoppeld aan het armgedeelte 112 via het kogelschamier 118. Wanneer het klemgedeelte 114 wordt losgemaakt, kunnen het armgedeelte 112 en het armgedeelte 110 via het kogelschamier 118 ten opzichte van elkaar bewegen, en zijn de kogelscharnieren 116 en 120 ook losgemaakt. Wanneer het klemgedeelte 114 wordt vastgezet, is het arm-25 gedeelte 110 ten opzichte van het armgedeelte 112 gefixeerd en zijn de kogelscharnieren 116 en 120 in een voorafbepaalde positie vergrendeld. De passieve arm 28 is via het scharnier 120 operationeel gekoppeld aan de bovenhoofdse ondersteuning 30.

Onder verwijzing naar fig. 1, is de bovenhoofdse ondersteuning 30 30 verschaft om de passieve arm 28 en de roboteindeffectorpositione- ringsinrichting 24 hangend boven een persoon vast te houden. De bovenhoofdse ondersteuning 30 bevat een ondersteuningsgedeelte 122 en een ondersteuningsgedeelte 124. Het ondersteuningsgedeelte 124 is telescopisch in het ondersteuningsgedeelte 122 opgenomen. Het ondersteunings-35 gedeelte 124 kan dus ten opzichte van het ondersteuningsgedeelte 122 omhoog en omlaag worden gebracht om de eindeffector 26 aanvankelijk naar een gewenst huidintreepunt op de persoon te positioneren. Zoals is weergegeven, is de bovenhoofdse ondersteuning 30 operationeel be- 1029127 - 7 - vestigd aan een railondersteuning 32, die verder is bevestigd aan een plafond van de operatiekamer 10.

De railondersteuning 32 is verschaft om beweging van de robot-eindeffectorpositioneringsinrichting 24 lineair met betrekking tot een 5 persoon mogelijk te maken. Onder verwijzing naar fig. 2, kan de boven-hoofdse ondersteuning 30 via een koppelingsbeugel 34 aan een beweegbare sectie van de tafel 14 zijn gekoppeld. Wanneer de tafel 14 en de daarop liggende persoon lineair ten opzichte van de CT-aftastinrich-ting 44 bewegen, beweegt daardoor de bovenhoofdse ondersteuning 30 li-10 neair via de railondersteuning 32 teneinde dè roboteindeffectorposi-tioneringsinrichting 24 in staat te stellen om tijdens een dergelijke beweging in een vaste positie ten opzichte van de persoon te blijven.

Onder verwijzing naar fig. 1 en 8, is de infrarood ademhalings-meetinrichting 36 verschaft om een ademhalingstoestand van de op de 15 tafel 14 liggende persoon te meten. De infrarood ademhalingsmeetin-richting 36 bevat een infraroodzender 130 en een infrarooddetector 132. Zoals is weergegeven, kan de infrarood ademhalingsmeetinrichting 36 op een operationeel aan de tafel 14 gekoppeld statief 133 zijn gemonteerd. De infraroodzender 130 richt een infraroodbundel naar een op 20 een borst van de persoon gepositioneerde reflector 38. De infraroodbundel wordt vervolgens door de infraroodreflector 38 naar de infrarooddetector 132 gereflecteerd. De infrarooddetector 132 ontvangt de gereflecteerde infraroodbundel en genereert een signaal 135, dat indicatief is voor de positie van de borst van de persoon, in reactie op 25 de gereflecteerde infraroodbundel. De positie van de borst van de persoon is verder indicatief voor de ademhalingstoestand van de persoon.

De ademhalingsbewakingscomputer 40 is verschaft om het voor de ademhalingstoestand van de persoon indicatieve signaal 135 te ontvangen. De computer 40 is verder ingericht om te bepalen wanneer de aro-30 plitude van het signaal 135 binnen een voorafbepaald bereik AR, dat een bovenste drempel (Τσ) en eèn onderste drempel (TL) heeft, ligt. Wanneer het signaal 135 binnen het voor een voorafbepaalde ademhalingstoestand indicatief voorafbepaald bereik AR ligt, genereert de computer 40 een poortsignaal 137, dat naar de robotstuurcomputer 46 35 wordt gezonden. Zoals hieronder in detail zal worden beschreven, zal de robotstuurcomputer 46 de eindeffector 26 lineair in de persoon bewegen, wanneer het poortsignaal 137 zich op een hoog logisch niveau bevindt. Wanneer het poortsignaal 137 zich niet op een hoog logisch 1029127 - 8 - niveau bevindt, zal de robotstuurcomputer de lineaire beweging van de eindeffector 26 stopzetten.

Onder verwijzing naar fig. 1 en 2, is de computertomografie-(CT)aftastinrichting 44 verschaft om een aantal digitale CT-beelden 5 van een inwendige anatomie van de persoon binnen een voorafbepaald af-tastbereik te nemen. De CT-aftastinrichting 44 bevat een opening 140, waarin een gedeelte van de tafel 14 en een persoon zich kunnen uitstrekken. Het voorafbepaalde aftastbereik van de CT-aftastinrichting 44 ligt binnen de opening 140. Het aantal digitale CT-beelden wordt 10 door een bediener van het eindeffectorpositioneringssysteem 12 gebruikt om (i) een huidintreepositie voor de eindeffector 26 en (ii) een doellocatie binnen de persoon, waarin een uiteinde van de eindeffector 26 dient te worden gepositioneerd, te bepalen. De CT-aftastinrichting 44 is operationeel gekoppeld aan de stuurcomputer 42 van de 15 CT-aftastinrichting. Er dient opgemerkt te worden, dat het eindeffec-torpositioneringssysteem 12 kan worden gebruikt bij andere typen medische beeldvormingsinrichtingen in plaats van de CT-aftastinrichting 44, zoals bijvoorbeeld een magnetische-resonantiebeeldvorming(MRI)-inrichting, een ultrageluidbeeldvormingsinrichting of een röntgen-20 inrichting.

De stuurcomputer 42 van de CT-aftastinrichting is verschaft om de werking van de CT-aftastinrichting 44 te besturen. In het bijzonder doet de computer 42 de inrichting 44 een persoon aftasten om aftastge-gevens te genereren. Vervolgens verwerkt de computer 42 de aftastgege-25 vens en genereert de computer 42 uit de aftastgegevens een aantal digitale beelden van een inwendige anatomie van een persoon. Daarna kan de robotstuurcomputer 46 de computer 42 ondervragen om de computer 42 de digitale beelden naar de robotstuurcomputer 46 te doen zenden.

De robotstuurcomputer 46 is verschaft om de beweging van de 30 eindeffector 26 te besturen door middel van het besturen van de beweging van de roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 en de lineaire positioneringsinrichting 25. De robotstuurcomputer 46 is elektrisch gekoppeld aan de ademhalingsbewakingscomputer 40, die het poortsignaal 137 ontvangt.

35 De robotstuurcomputer 46 is verder elektrisch gekoppeld aan de computer 42 voor het ontvangen van het aantal digitale CT-beelden van de persoon. Verder is de computer 46 elektrisch gekoppeld aan de ro-boteindeffectorpositioneringsinrichting 24. Een bediener van de computer 46 kan het aantal digitale CT-beelden in computervensters op 1029127 - 9 - een weergavemonitor 48 weergeven. De bediener kan ook een huidintree-positie op een persoon en een doelpositie binnen de persoon via het aanraken van de computervensters selecteren.

De tafel 14 is verschaft om een persoon te ondersteunen en om 5 verder de persoon binnen het aftastgebied van de CT-aftastinrichting 44 te bewegen. De tafel 14 bevat een basis 160, een verticaal onder-steuningselement 162, een vast tafeltopgedeelte 164 en een beweegbaar tafeltopgedeelte 166. Zoals is weergegeven, wordt het vaste tafeltopgedeelte 164 ondersteund door het verticale ondersteuningselement 10 162. Het ondersteuningselement 162 is verder vast bevestigd aan de basis 160. Het beweegbare tafeltopgedeelte 160 kan lineair ten opzichte van het vaste tafeltopgedeelte 164 worden bewogen. Zoals hierboven is toegelicht, is een koppelingsbeugel 134 tussen de passieve arm 28 en het beweegbare tafeltopgedeelte aangebracht om een relatie-15 ve positie tussen de roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 en de persoon te handhaven, wanneer de persoon in het aftastgebied van de CT-aftastinrichting 44 wordt bewogen.

Voorafgaande aan het verschaffen van een gedetailleerde toelichting van de werkwijze voor het besturen van de beweging van de 20 eindeffector 26 binnen een persoon vanaf een huidintreepositie naar een doelpositie, zal een kort overzicht van de stuurvensters, die door de robotstuurcomputer 46 worden gebruikt voor het bepalen van een eindeffectortraject en voor het besturen van de roboteindeffectorposi-tioneringsinrichting 24, worden toegelicht. Er wordt nu verwezen naar 25 fig. 11, waarin een computervenster 180, dat door de robotstuurcomputer 46 op de weergavemonitor 48 is gegenereerd, is weergegeven. Het computervenster 180 bevat verschillende commandoiconen, waaronder (i) een "Setup" icoon, (ii) een "View Images" icoon, (iii) een "Plan Procedure" icoon, (iv) een "Register Robot" icoon en (v) een "Perform 30 Procedure" icoon, welke iconen hieronder in detail zullen worden toegelicht.

Wanneer een bediener van de robotstuurcomputer 46 het "Setup" icoon selecteert, wordt de bediener in staat gesteld om een bewegings-snelheid voor de eindeffector in te voeren, welke bewegingssnelheid 35 zal worden gebruikt bij het geleiden van de eindeffector 26 in de persoon.

Wanneer de bediener van de robotstuurcomputer 46 het "View Images" icoon selecteert, geeft de computer 46 het computervenster 180 weer. Wanneer een bediener het "Get Images" icoon selecteert, onder- 1029127 - 10 - vraagt de computer 46 de stuurcomputer 42 van de CT-aftastinrichting om een van de CT-aftastinrichting 44 verkregen aantal digitale beelden te verkrijgen. Daarna geeft de robotstuurcomputer een voorafbepaald aantal van de digitale beelden in het computervenster 180 weer. Bij-5 voorbeeld kunnen de digitale beelden 190, 192, 194, 196 in het computervenster 180 worden weergegeven. De digitale beelden 190, 192, 194, 196 representeren dwarsdoorsnedebeelden van de buikholte van een persoon.

Onder verwijzing naar fig. 12, geeft de computer 46 het compu-10 tervenster 204 weer, wanneer de bediener van de robotstuurcomputer 46 het "Plan Procedure" icoon selecteert. Het computervenster 204 wordt verschaft om de bediener in staat te stellen een huidintreepositie, waarin de eindeffector 26 aanvankelijk in de persoon zal worden ingébracht, te selecteren. Verder wordt het venster 204 verschaft om de 15 bediener in staat te stellen een doelpositie binnen de persoon, waarnaar het uiteinde van de eindeffector 26 dient te worden bewogen, te selecteren. Zoals is weergegeven, bevat het venster 204 de volgende selectie-iconen: (i) het "Select Skin Entry Point Image" icoon, (ii) het "Select Skin Entry Point" icoon, (iii) het "Select Target Image" 20 icoon en (iv) het "Select Target Point" icoon.

Het "Select Skin Entry Point Image" icoon staat de bediener toe om een aantal digitale beelden te bekijken teneinde een specifiek digitaal beeld, dat een gewenst huidintreegebied voor de eindeffector 26 heeft, te bepalen. Zoals is weergegeven, kan de bediener een digitaal 25 beeld 210, dat een gewenst huidintreegebied heeft, selecteren.

Het "Select Skin Entry Point" icoon staat een bediener toe om een punt op een specifiek digitaal beeld te selecteren voor het specificeren van het huidintreepunt voor de eindeffector 26. Zoals is weergegeven, kan de bediener een huidintreepositie 212 op het digitale 30 beeld 210 selecteren.

Het "Select Target Image" icoon staat een bediener toe om een aantal digitale beelden te bekijken teneinde een specifiek digitaal doelbeeld, dat een gewenst doelgebied voor een uiteinde van de eindeffector 26 heeft, te selecteren. Zoals is weergegeven, kan de bediener 35 een digitaal beeld 214, dat een gewenst doelgebied heeft, selecteren.

Het "Select Target Point" icoon staat een bediener toe om een punt op een specifiek digitaal doelbeeld te selecteren voor het specificeren van het doelpunt voor de eindeffector 26. Zoals is weergege- 1029127 -liven, kan de bediener een doelpositie 216 pp het digitale beeld 214 selecteren.

Onder verwijzing naar fig. 10 en 13 genereert de robotstuurcom-puter 46 het computervenster 224 op de weergavemonitor 48 en verkrijgt 5 digitale beelden van de stuurcomputer 42 van de CT-aftastinrichting, wanneer een bediener het "Register Robot" icoon selecteert. Het "Perform Registration" icoon maakt het voor de bediener mogelijk om de ro-boteindeffectorpositioneringsinrichting 24 naar een gewenste positie te commanderen teneinde de eindeffector 26 op in het digitale of CT-10 beeldcoördinatensysteem geïdentificeerde punten te lokaliseren (d.w.z. huidintreepositie en doelpositie). In het bijzonder wordt de bediener toegestaan om de bovenhoofdse ondersteuning 30 en de roboteindeffec-torpositioneringsinrichting 24 handmatig te bewegen teneinde het uiteinde van de eindeffector 26 in de nabijheid van het gewenste huidin-15 treepunt grof te positioneren. Voorafgaande aan een voor-operatieve aftasting van een persoon, wordt het coördinatensysteem van het digitaal beeld gerelateerd aan het vaste robotcoördinatensysteem, zodat de roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 kan worden opgedragen om de eindeffector 26 naar in het coördinatensysteem van het digitale 20 beeld gespecificeerde punten te bewegen. Dit proces heeft zes stappen: (i) het genereren van een digitaal beeld van de ijkcomponent 68, die is verbonden met een bekende positie en oriëntatie ten opzichte van de eindeffector 26, (ii) het bepalen van de positie en oriëntatie van de eindeffector 26 ten opzichte van het coördinatensysteem van het digi-25 tale beeld onder gebruikmaking van het digitale beeld, (iii) het uit de in de voorgaande stap bepaalde positie en oriëntatie construeren van een eerste homogene coördinatentransformatiematrix (d.w.z., homogene transformatie), die de ruimtelijke relatie tussen het coördinatensysteem van de eindeffector en het coördinatensysteem van het digi-30 tale beeld definieert, (iv) het bepalen van de positie en oriëntatie van de eindeffector 26 ten opzichte van het robotreferentieframe via de kinematische eigenschappen van de robot, (v) het uit de in de voorgaande stap bepaalde positie en oriëntatie construeren van een tweede homogene coördinatentransformatiematrix, die de ruimtelijke relatie 35 tussen het coördinatensysteem van de eindeffector en het robotcoördinatensysteem definieert, (vi) het vermenigvuldigen van de eerste en tweede homogene coördinatentransformatiematrices om een derde coördi-natentransformatiematrix te verkrijgen, die de bediener in staat stelt 1029127 - 12 - om robotbeweging in het coördinatensysteem van het digitale beeld te specificeren.

Onder verwijzing naar fig. 14, geeft de computer 46 het compu-tervenster 230 op de weergavemonitor 48 weer, wanneer een bediener van 5 de robotstuurcomputer 46 het "Perform Procedure" icoon selecteert. Het venster 230 bevat de volgende commandoiconen: (i) het "Move to Skin Entry Point" icoon, (ii) het "Orient End Effector" icoon, en (iii) het "Drive End Effector" icoon.

Wanneer een bediener het "Move to Skin Entry Point" icoon se-10 lecteert, wordt het "Auto Move to Skin Entry Point" icoon weergegeven. Wanneer de bediener daarna het "Auto Move to Skin Entry Point" icoon selecteert, beweegt de lineaire positioneringsinrichting 25 het uiteinde van de eindeffector vanaf de registratiepositie naar het gewenste huidintreepunt na activering van de stuurknuppel 47.

15 Wanneer een bediener het "Orient End Effector" icoon selecteert en de bediener de stuurknuppel 47 activeert, oriënteert de roboteind-effectorpositioneringsinrichting 24 het uiteinde van de eindeffector 26 langs een op basis van het geselecteerde huidintreepunt en het doelpunt berekende trajectweg.

20 Wanneer een bediener het "Drive End Effector" icoon selecteert en de stuurknuppel 47 activeert, begint de roboteindeffectorpositione-ringsinrichting 24 het lineair bewegen van het uiteinde van de eindeffector 26 vanaf het huidintreepunt naar het doelpunt, wanneer een voorafbepaalde ademhalingstoestand is verkregen. Verder zal de robot-25 stuurcomputer 46 een computervenster 232, dat een "View Fluoro" icoon bevat, weergeven. Wanneer de bediener het "View Fluoro" icoon selecteert, kan een digitaal beeld 234 onvertraagd worden weergegeven om de bediener in staat te stellen de voortplantingsweg van de eindeffector 26 binnen de persoon te bekijken.

30 Onder verwijzing naar fig. 6 zal nu een werkwijze voor het ge leiden van een eindeffector 26 vanaf een huidintreepunt naar een doelpunt binnen de persoon worden toegelicht.

In stap 250 voert de CT-aftastinrichting 44 een voor-operatieve aftasting van een persoon uit, terwijl de persoon een ademhalingstoe-35 stand handhaaft en aftastgegevens genereert. De stuurcomputer van de CT-aftastinrichting genereert een eerste aantal digitale beelden van een inwendige anatomie van de persoon op basis van de aftastgegevens. Er dient te worden opgemerkt, dat tijdens de voor-operatieve aftasting, de persoon in hoofdzaak een voorafbepaalde ademhalingstoestand 1029127 - 13 - handhaaft, zoals bijvoorbeeld een volledige-inademingspositie of een volledige-uitademingspositie.

In stap 252 bewaakt een ademhalingsbewakingscomputer 40 de ademhalingstoestand van de persoon tijdens de voor-operatieve aftas-5 ting om de voorafbepaalde ademhalingstoestand van de persoon te bepalen. In het bijzonder ontvangt de ademhalingsbewakingscomputer 40 het poortsignaal 137, dat indicatief is voor de ademhalingstoestand van de persoon.

In stap 254 zendt de stuurcomputer 42 van de CT-aftastinrich-10 ting het eerste aantal digitale beelden naar de robotstuurcomputer 46.

In stap 256 selecteert een bediener van de robotstuurcomputer 46 een eerste digitale beeld uit het eerste aantal digitale beelden. Het eerste digitale beeld toont een gebied van belang voor een doelpositie.

15 In stap 258 selecteert een bediener van de robotstuurcomputer 46 een doelpositie voor een eindeffectoruiteinde op het eerste digitale beeld. De doelpositie correspondeert met een positie in een coördinatensysteem van het digitale beeld.

In stap 260 selecteert een bediener van de robotstuurcomputer 20 46 een tweede digitaal beeld uit het aantal digitale beelden. Het tweede digitale beeld toont een gebied van belang voor een huidintree-positie.

In stap 262 selecteert een bediener van de robotstuurcomputer 46 een huidintreepositie voor een eindeffectoruiteinde op het tweede 25 digitale beeld. De huidintreepositie correspondeert met een positie in het coördinatensysteem van het digitaal beeld.

In stap 264 berekent de robotstuurcomputer 46 een trajectweg voor een eindeffectoruiteinde in het coördinatensysteem van het digitaal beeld voor het bewegen van het eindeffectoruiteinde vanaf de 30 huidintreepositie naar de doelpositie onder gebruikmaking van een ro-boteindeffectorpositioneringsinrichting 24 en een eindeffectoraanstu-ring.

In stap 266 wordt de roboteindeffectorpositioneringsinrichting 24 gepositioneerd in een aftastgebied van de CT-aftastinrichting 44, 35 zodat een op de eindeffectoraansturing 70 aangebrachte ijkcomponent 68 door de CT-aftastinrichting 44 kan worden afgetast.

In stap 268 voert de CT-aftastinrichting 44 een aftasting van de ijkcomponent 68 uit om aftastgegevens te genereren. De stuurcompu- 1029127 - 14 - ter 42 van de CT-aftastinrichting genereert een tweede aantal digitale beelden van de ijkcomponent 68 op basis van de aftastgegevens.

In stap 270 zendt de stuurcomputer 42 van de CT-aftastinrichting het tweede aantal digitale beelden naar de robotstuurcomputer 46.

5 In stap 272 bepaalt de robotstuurcomputer 46 een positie van de ijkcomponent 68 in het coördinatensysteem van het digitale beeld.

In stap 274 bepaalt de robotstuurcomputer 46 een eerste coördi-natentransformatiematrix voor het omzetten van coördinaten in het coördinatensysteem van het digitale beeld in coördinaten in een coör-10 dinatensysteem van de eindeffector op basis van: (i) de positie van de ijkcomponent 68 in het coördinatensysteem van de eindeffector, en (ii) de positie van de ijkcomponent 68 in het coördinatensysteem van het digitale beeld. Het eerste kwart van de transformatiematrix staat de robotstuurcomputer 46 toe om de locatie van de eindeffector 26 in het 15 coördinatensysteem van het digitaal beeld te bepalen.

In stap 276 bepaalt de robotstuurcomputer 46 een tweede coördinatentrans formatiematrix voor het omzetten van coördinaten in het coördinatensysteem van de eindeffector in coördinaten in een robot-coördinatensysteem op basis van de kinematische eigenschappen van de 20 robot.

In stap 278 bepaalt de robotstuurcomputer 46 een derde coördinatentrans formatiematrix voor het omzetten van coördinaten in het coördinatensysteem van het digitale beeld in coördinaten in het robot-coördinatensysteem op basis van de eerste en tweede coördinatentrans-25 formatiematrices. Het zal duidelijk zijn dat, wanneer de robotstuurcomputer 46 de locatie van de eindeffector 26 in het coördinatensysteem van het digitale beeld en het robotcoördinatensysteem kan bepalen, de computer 46 coördinaten kan omzetten tussen het coördinatensysteem van het digitale beeld en het robotcoördinatensysteem.

30 In stap 280 bepaalt de robotstuurcomputer 46 een trajectweg in het robotcoördinatensysteem door middel van het via de derde coördinatentrans formatiematrix omzetten van de in het coördinatensysteem van het digitale beeld gespecificeerde trajectweg.

In stap 282 wordt de roboteindeffectorpositioneringsinrichting 35 24, die de eindeffector 26 vasthoudt, zodanig bewogen, dat het uitein de van de eindeffector 26 op de huidintreepositie is geplaatst en samenvallend met de voorafbepaalde trajectweg is georiënteerd.

In stap 284 voert de ademhalingsbewakingscomputer 40 een bepaling uit met betrekking tot het feit of de bewaakte ademhalingstoe- 1029127 - 15 - stand van de persoon gelijk is aan een voorafbepaalde ademhalingstoe-stand. In het bijzonder bepaalt de adexnhalingsbewakingscomputer 40 wanneer het signaal 135 binnen een voorafbepaald ademhalingsbereik AR ligt. Wanneer de computer 40 heeft bepaald dat het signaal 135 binnen 5 het voorafbepaalde ademhalingsbereik ligt, genereert de computer 40 een poortsignaal 137, dat naar de robotstuurcomputer 46 wordt verzonden. Wanneer de waarde van stap 284 gelijk is aan "ja", gaat de werkwijze verder naar stap 286. In het andere geval keert de werkwijze terug naar stap 284.

10 In stap 286 berekent de robotstuurcomputer 46 een doelpositie- coördinaat in het robotcoördinatensysteem.

In stap 288 doet de robotstuurcomputer 46 de eindeffectoraan-sturing 70 het uiteinde van de eindeffector 26 naar de doelpositie-coördinaat bewegen, wanneer een bediener een stuurknuppel 47 activeert 15 en de bewaakte ademhalingstoestand gelijk is aan de voorafbepaalde ademhalingstoestand.

In stap 290 voert een bediener een bepaling uit met betrekking tot het feit of het uiteinde van de eindeffector 26 een doelpositie heeft bereikt door middel van het bekijken van een "onvertraagd" digi-20 taal beeld van de eindeffector 26 in de patiënt. Als alternatief kan de robotstuurcomputer 46 de bepaling met betrekking tot het feit of het uiteinde van de eindeffector 26 de doelpositie heeft bereikt, automatisch uitvoeren. Wanneer de waarde van stap 290 gelijk is aan "ja", gaat de werkwijze verder naar stap 300. In het andere geval 25 keert de werkwijze terug naar stap 284.

In stap 300 beëindigt de robotstuurcomputer 46 de lineaire beweging van de eindeffector 26.

Het systeem en de werkwijze voor het geleiden van een eindeffector naar een doelpositie binnen de persoon representeert een aan-30 zienlijk voordeel ten opzichte van andere systemen. In het bijzonder verschaft het systeem een technisch effect van het bewegen van de eindeffector langs een voorafbepaalde trajectweg binnen de persoon, alleen wanneer de persoon zich in een voorafbepaalde ademhalingstoestand bevindt, teneinde een nauwkeuriger plaatsing van de eindeffector 35 op de doellocatie te verkrijgen.

Hoewel uitvoeringsvormen van de uitvinding onder verwijzing naar de voorbeelduitvoeringsvormen zijn beschreven, zal het voor de vakman duidelijk zijn dat verschillende veranderingen kunnen worden aangebracht en equivalenten kunnen worden gesubstitueerd voor elemen- 1029127 - 16 - ten daarvan zonder het kader van de uitvinding te verlaten. Bovendien kunnen vele modificaties in de leer van de uitvinding worden aangebracht om een bepaalde situatie aan te passen.zonder het kader daarvan te verlaten. Het is derhalve de bedoeling, dat de uitvinding niet tot 5 de geopenbaarde uitvoeringsvorm voor het uitvoeren van de uitvinding is beperkt, doch dat de uitvinding alle binnen het kader van de conclusies vallende uitvoeringsvormen omvat. Bovendien geeft het gebruik van de termen eerste, tweede, enz. geen volgorde van belangrijkheid aan, doch zijn de termen eerste, tweede, enz. daarentegen gebruikt om 10 één element van een ander element te onderscheiden. Verder geeft het gebruik van de term een geen beperking in hoeveelheid aan, doch geeft daarentegen de aanwezigheid van ten minste één van de aangegeven items aan.

1029127

Claims

1. Werkwijze voor het geleiden van een eindeffector (26) naar een doelpositie (216) binnen een persoon, omvattende: het genereren van een aantal digitale beelden (210,.214) van een inwendige anatomie van de persoon, wanneer de persoon een vooraf-.5 ' bepaalde ademhalingstoestand.heeft; het op ten minste één van de digitale beelden aangeven van een huidintreepositie (212); het op ten minste één van de digitale beelden aangeven van de doelpositie (216); 10 het bepalen van een trajectweg op basis van de huidintreeposi tie (212) en de doelpositie (216); en het bewegen van de eindeffetor (216) langs de trajectweg naar de doelpositie (216), wanneer de persoon in hoofdzaak de voorafbepaalde ademhalingstoestand geeft. 15

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het genereren van het aantal digitale beelden (210, 214) omvat: het langs een as bewegen van de persoon in een af tast inrichting (44); en 20 het genereren van het aantal digitale dwarsdoorsnedebeelden (210, 214) tijdens beweging, waarin-elk dwarsdoorsnedebeeld op een--onderscheiden axiale positie wordt gegenereerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin het bewegen van 25 de eindeffector (26) omvat: het bewaken van een ademhalingstoestand van de persoon over een tijdsperiode; en het bewegen van de eindeffector (26) langs de trajectweg, wanneer het verschil tussen de bewaakte ademhalingstoestand en de voor- 30 afbepaalde ademhalingstoestand kleiner dan of gelijk aan een drempelwaarde is.

4. Werkwijze volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de eindeffector (26) met een voorafbepaalde snelheid wordt bewogen. 35 1029127

5. Werkwijze volgens elk van de voorgaande conclusies/ waarin het aantal digitale beelden (210, 214) een aantal computertomografie-beelden omvat.

6. Systeem voor het geleiden van een eindeffector (26) naar een doelpositie (216) binnen een persoon, omvattende: een ademhalingsbewakingsinrichting voor het bewaken van een ademhalingstoestand van de persoon; een aftastinrichting (44), die is ingericht om een inwendige 10 anatomie van de persoon af te tasten, wanneer de persoon een voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft, om aftastgegevens te genereren; een eerste computer (42)> die een aantal digitale beelden (210, 214) genereert op basis van de aftastgegevens; een tweede computer (46), die is ingericht om het aantal digi-15 tale beelden (210, 214) weer te geven, waarbij de tweede computer (46) veder is ingericht om een bediener toe te staan een huidintreepo-sitie (212) op ten minste één van de digitale beelden aan te geven, de bediener toe te staan om de doelpositie (216) op ten minste één van de digitale beelden aan te geven, en om een trajectweg op basis van de 20 huidintreepositie (212) en de doelpositie (216) te bepalen; en een eindeffectorinbrenginrichting, die de in de persoon in te brengen eindeffector (26) bevat, waarbij de tweede computer (46) de · eindeffectorinbrenginrichting de-eindeffector (26) langs de trajectweg naar de doelpositie (216) doet bewegen, wanneer de persoon in hoofd-25 zaak de voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft. i * ·

7. Systeem volgens conclusie 6, waarbij de eindeffector (26) ruimtelijk gerelateerd is aan een robotcoördina tensysteem; 30 waarbij het aantal digitale beelden (210, 214) ruimtelijk gerelateerd is aan een coördinatentensysteem van een digitaal beeld; waarbij de tweede computer (46) verder is ingericht om de ruimtelijke relatie tussen de eindeffector en het robotcoördinatensysteem te laten samenvallen met de ruimtelijke 35 relatie tussen de eindeffector en het coördinatentensysteem van een digitaal beeld via een vertrouwelijke component die geassocieerd is met de eindeffector en zichtbaar is in de digitale beelden, daarbij de eindeffector verbindend met het coördinatensysteem van een digitaal beeld, waarbij de tweede computer verder ia ingericht om de trajectweg te bepalen door een trajectweg in het robotcoördinatensysteem te bepalen door een gespecificeerde trajectweg in het coördinatentensysteem van een digitaal beeld via 5 coördinatentransformatie om te zetten.

8. Systeem volgens conclusie 6, waarin de ademhalingsbewakings-inrichting een infrarood ademhalingsmeetinrichting (36) omvat, welke inrichting een positie van de borst van de persoon detecteert. 10

9. Systeem volgens conclusie 6 of 8, waarin de aftastinrichting (44) een computertomografiescanner omvat en het aantal digitale beelden een aantal computertomografiebeelden omvatten.

10. Systeem volgens elk van de conclusies 6-9, waarin de eindeffector inbrenginrichting een eindeffectoraansturing (70) omvat, welke aansturing is ingericht om de eindeffector (26) lineair te bewegen.

11. Werkwijze voor het geleiden van een eindeffector (26) naar een doelpositie (216) binnen een persoon, omvattende: het bewaken vein een ademhalingstoestand van een persoon tijdens ten minste één ademhalingscyclus; en ...... het bewegen van de eindeffector (26) langs een trajectweg naar 25 de doelpositie (216) in de persoon, wanneer de persoon in hoofdzaak een voorafbepaalde ademhalingstoestand heeft. 1029127