(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-08-29
(54)【発明の名称】ライブ、仮想又は遠隔眼手術訓練装置及び方法のための眼模擬カメラ支援ロボット
(51)【国際特許分類】
A61F 9/008 20060101AFI20240822BHJP
A61B 34/35 20160101ALN20240822BHJP
A61B 34/10 20160101ALN20240822BHJP
【FI】
A61F9/008 120Z
A61B34/35
A61B34/10
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024510279
(86)(22)【出願日】2022-08-18
(85)【翻訳文提出日】2024-04-19
(86)【国際出願番号】 US2022040736
(87)【国際公開番号】W WO2023023239
(87)【国際公開日】2023-02-23
(32)【優先日】2021-08-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522278187
【氏名又は名称】エース・ビジョン・グループ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ACE VISION GROUP, INC.
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100135703
【氏名又は名称】岡部 英隆
(74)【代理人】
【識別番号】100189544
【氏名又は名称】柏原 啓伸
(72)【発明者】
【氏名】ヒプスリー,アンマリー
(72)【発明者】
【氏名】ハーゲン,クレメンス・ローランド
(72)【発明者】
【氏名】ニール,デイビッド・オースティン
【テーマコード(参考)】
4C130
【Fターム(参考)】
4C130AB01
4C130CA20
4C130DA11
(57)【要約】
眼模擬カメラ支援ロボット訓練のための方法が提供される。幾つかの実装形態において、方法は、プロセッサによって、ロボットアセンブリを初期化するステップを含む。方法は、プロセッサによって、1つ以上のコンピューティングデバイスに接続するステップを更に含む。方法は、プロセッサによって、ロボットアセンブリを動作させるステップを更に含む。方法は、プロセッサによって、人又は動物の眼の動きをシミュレートするステップを更に含む。方法は、プロセッサによって、レーザを操作して、ロボットアセンブリの眼に関して決定された運動を実行するステップを更に含む。関連するシステム、方法、及び製品も記載される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロセッサが、ロボットアセンブリを初期化するステップと、
前記プロセッサが、前記ロボットアセンブリを1つ以上のコンピューティングデバイスに接続するステップと、
前記プロセッサが、前記ロボットアセンブリを動作させるステップと、
前記プロセッサが、人又は動物の眼の動きをシミュレートするステップと、
を含み、前記シミュレートするステップは、
前記1つ以上のコンピューティングデバイスのユーザインタフェースを介して、前記眼の特定の領域を強調表示し、視覚化し、診断し、及び治療すること、及び、
前記ユーザインタフェースでの制御に応答して、前記眼を動的に、リアルタイムに、かつ現実的に動かすこと、
を含む、方法。
【請求項2】
ベースプレートと、
前記ベースプレートに結合されるフェースプレートと、
少なくとも1つのプロセッサに電子的に接続され、前記眼の位置を制御するための入力を受信するように構成されるコントローラと、
前記フェースプレート内に配置されるアイホルダと、
前記少なくとも1つのプロセッサと前記アイホルダとの間の電子的接続を行うように構成されるインタフェースボードと、
前記アイホルダに配置される眼と、
前記眼の動きを制御するためのユーザ入力を受信するように構成されるユーザインタフェースと、
前記ベースプレートに結合される前記少なくとも1つのプロセッサと、
を備え、
前記少なくとも1つのプロセッサは、
前記眼の位置を初期化し、
1つ以上のコンピューティングデバイス又はモバイルもしくはウェアラブルデバイスに接続し、
前記1つ以上のコンピューティングデバイス、モバイル又はウェアラブルデバイスによって、前記眼の位置を制御し、
人又は動物の眼の動きをシミュレートし、
前記眼に対してレーザ処置を行う、
ように構成される、システム。
【請求項3】
レーザを更に備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記アイホルダは、前記眼の内部の眼内圧を初期化、監視、調整、及び測定する装置を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
前記アイホルダは、前記ユーザインタフェースによって制御される吸引カップを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項6】
前記フェースプレートは、取り外し可能であり、動物種又は人の形状を成す、請求項1に記載のシステム。
【請求項7】
プロセッサが、ロボットアセンブリを初期化するステップと、
前記プロセッサが、1つ以上のコンピューティングデバイスに接続するステップと、
前記プロセッサが、前記ロボットアセンブリを動作させるステップと、
前記プロセッサが、人又は動物の眼の動きをシミュレートするステップと、
前記プロセッサが、レーザを動作させて、前記ロボットアセンブリの眼に関して決定された運動を実行させるステップと、
を含む、方法。
【請求項8】
前記決定された運動は、模擬白内障手術、模擬レーシック手術、模擬網膜治療、強膜処置、視力治療、又は眼測定を含む、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
眼の動きをシミュレートする前記ステップは、ユーザインタフェースを介して前記動きを制御するステップを含む、請求項7に記載の方法。
【請求項10】
ロボットアセンブリを初期化する前記ステップは、前記ロボットアセンブリのアイホルダに眼を設置するステップを含む、請求項7に記載の方法。
【請求項11】
前記眼は、ガラス眼、木製眼、死体眼、動物の眼、模型材料及び人工眼のうちの1つを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記ユーザインタフェースは、実際の人又は動物の眼の動き又は異常な動きをシミュレートするための1つ以上のモードを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項13】
前記アイホルダは、前記眼内の圧力を変化させる及び/又は前記アイホルダ内の前記眼の位置を変化させるように構成される、請求項10に記載の方法。
【請求項14】
前記アイホルダは、前記眼内の圧力を変化させる及び/又は前記アイホルダ内の前記眼の位置を変化させるように構成される、請求項10に記載の方法。
【請求項15】
前記眼の位置を追跡するステップを更に含む、請求項7に記載の方法。
【請求項16】
前記追跡に応答して、前記位置が目標位置と一致することを検証するステップ及びフィードバックループを介してターゲットに固定するステップを更に含む、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
現実の眼の機能をシミュレートする瞬き機構及び虹彩シャッタを更に備える、請求項15に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
この出願は、2021年8月20日に出願された「ライブ、仮想又は遠隔眼手術訓練装置及び方法のための眼模擬カメラ支援ロボット」という名称の米国特許出願第63/235,574号の優先権を主張する。当該特許出願の内容全体は参照により本明細書に援用される。
【0002】
本明細書に記載の主題は、遠隔眼手術訓練に関し、より詳細には、眼手術訓練用の眼シミュレーションカメラアナログロボット(OSCAR)に関する。
【背景技術】
【0003】
眼の様々な位置に施されるレーザ眼療法(例えば、手術)及び眼科治療は、自身の状態を治療するための治療解決策を現在有していない10億人を超える老眼の人にとってより良好な近見視、中間視、及び遠見視における自然な視覚調節を回復させるために高レベルの確度及び精度を必要とし得る。数時間から数年にわたる教育及び訓練は、手術、処置、治療などを成功させるために不可欠である。
【0004】
現在の手術の訓練は、生きている動物又は人間での経験を必要とする。生きている動物又は人の挙動を模倣することができる動物ロボットシミュレーションは、生きている環境又は遠隔環境で外科医を訓練する能力を提供し、動物を犠牲にすることなく、および初期段階の手術経験から生じる可能性のある人間の目の合併症を防ぐことができる。
【0005】
したがって、眼への遠隔処置を行うために重要な解剖学的構造を識別、観察、及び操作するべく、角膜、虹彩、小柱網、網膜、毛様体筋、レンズ、小帯、強膜、及び脈絡膜を含むロボット眼構造を含むがこれらに限定されないシミュレーション眼処置を実行するための改良されたシステム、デバイス、及び方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【0006】
幾つかの態様において、方法、コンピュータプログラム製品及びシステムが提供される。一実装形態では、遠隔眼手術訓練システムが提供される。
【0007】
システムはベースプレートを含む。システムは、ベースプレートに結合されるフェースプレートを更に含む。システムは、複数の外部入力と通信することができるデータリポジトリ及びデータベースを更に含む。システムは、テレメトリデータを更に収集し、様々な外部デバイスへの出力を生成することができる。システムは、少なくとも1つのプロセッサに電子的に接続されて眼の位置を制御するための入力を受信するように構成されるコントローラを含むことができる。システムは、フェースプレート内に配置されるアイホルダを更に含む。システムは、少なくとも1つのプロセッサとアイホルダとの間の電子的接続を行うように構成されるインタフェースボードを更に含む。システムは、アイホルダ内に配置される眼を更に含む。システムは、眼の動きを制御するためのユーザ入力を受信するように構成されるユーザインタフェースを更に含む。システムは、ベースプレートに結合される少なくとも1つのプロセッサを更に含む。少なくとも1つのプロセッサ及び/又はメモリは、眼の位置を初期化することを含む動作を実行するように構成される。少なくとも1つのプロセッサは、1つ以上のコンピューティングデバイスに接続するように更に構成される。少なくとも1つのプロセッサは、1つ以上のコンピューティングデバイスによって、眼の位置を制御するように更に構成される。少なくとも1つのプロセッサは、人又は動物の眼球運動(眼の動き)をシミュレートするように更に構成される。少なくとも1つのプロセッサは、正常及び異常の両方の複数の眼の動きをシミュレートするために、眼に対してレーザ処置を実行するように更に構成される。シミュレータは、実際には不可能であり得る解剖学的な極限で動作させることができる。
【0008】
システムの幾つかの変形例において、システムは、様々な刺激及び光の反復に機械的に応答する「虹彩」シャッタを更に含む。システムは、更に、複数の虹彩サイズに機械的に固定され得る。システムは、更に、眼が人又は動物の眼の機能と並行して機能できるようにするコントラストのために設計される。システムは、更に、正常な人の眼の機能をシミュレートするようにも設計される。
【0009】
システムは、可能な限り現実に近い眼データの収集を可能にする通常の眼の瞬きを機械的にシミュレートする「瞬き」機能を含む。
【0010】
システムの幾つかの変形例では、システムがレーザを更に含む。アイホルダは、ユーザインタフェースによって制御される吸引カップを含む。アイホルダは、眼内の眼圧を初期化、監視、調整、及び測定する装置を含むことができる。
【0011】
一態様では、方法が提供される。方法は、プロセッサによって、ロボットアセンブリを初期化するステップを含む。方法は、プロセッサによって、1つ以上のコンピューティングデバイスに接続するステップを更に含む。方法は、プロセッサによって、ロボットアセンブリを動作させるステップを更に含む。方法は、プロセッサによって、複数の人又は動物の眼の動きをシミュレートするステップを更に含む。方法は、プロセッサによって、レーザを操作して、ロボットアセンブリの眼に関して決定された運動を実行するステップを更に含む。
【0012】
方法の幾つかの変形例において、決定された運動は、限定はしないが、模擬白内障手術、模擬レーシック手術、模擬網膜治療、模擬移植処置、視覚治療、又は眼測定を含む複数の模擬眼の処置及び手術を含み得る。眼の動きをシミュレートするステップは、ユーザインタフェースハードウェアコマンド、リモートコマンド、又は音声コマンドを介して動きを制御することを含むことができる。ロボットアセンブリを初期化するステップは、ロボットアセンブリのアイホルダに眼を取り付けることを含むことができる。眼は、ガラス眼、木製眼、死体眼、模型材料及び人工眼のうちの1つを含み得る。ユーザインタフェースは、実際の人もしくは動物の眼の動き又は異常な極限の動きをシミュレートするための1つ以上のモードを含むことができる。1つ以上のモードは、指向性注視モード、フラッタモード、眼振モード、衝動性眼球モード、マイクロサッカードモード、振戦モード及びドリフトモード、動物モード及び人モードを含むことができる。アイホルダは、眼内の圧力を変化させる及び/又はアイホルダ内の眼の位置を変化させるように構成されてもよい。方法は、眼の位置を追跡するステップを更に含むことができる。方法は、追跡に応答して、位置が目標位置と一致することを検証するステップを更に含むことができる。方法は、眼を特定のターゲットに固定するステップを更に含むことができる。
【0013】
本主題の実装形態は、記載された1つ以上の特徴を含む、本明細書本文と一致するシステム及び方法、並びに1つ以上の機械(例えば、コンピュータなど)に本明細書に記載の動作を生じさせるように動作可能な有形に具現化された機械可読媒体を備える物品を含むことができる。同様に、1つ以上のプロセッサと、1つ以上のプロセッサに結合される1つ以上のメモリとを含むことができるコンピュータシステムも記載される。コンピュータ可読記憶媒体を含むことができるメモリは、1つ以上のプロセッサに本明細書に記載の動作のうちの1つ以上を実行させる1つ以上のプログラムを含む、符号化する、記憶するなどすることができる。本主題の1つ以上の実装形態と一致するコンピュータ実装方法は、単一のコンピューティングシステム又は複数のコンピューティングシステムに存在する1つ以上のデータプロセッサによって実装することができる。そのような複数のコンピューティングシステムは、ネットワーク(例えば、インターネット、無線広域ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、有線ネットワークなど)を介した接続を含むがこれに限定されない1つ以上の接続を介して、複数のコンピューティングシステムのうちの1つ以上の間の直接接続などを介してデータ及び/又はコマンド又は他の命令などを交換することができる。
【0014】
本明細書に記載の主題の1つ以上の変形の詳細は、添付図面及び以下の説明に記載される。本明細書に記載の主題の他の特徴及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになる。現在開示されている主題の特定の特徴は、企業リソース計画(ERP企業リソース計画ソフトウェア)システム又は他のビジネスソフトウェアソリューション又はアーキテクチャに関連して例示目的で説明されているが、そのような特徴は限定を意図するものではないことを容易に理解すべきである。本開示に続く特許請求の範囲は、保護される主題の範囲を規定することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【0015】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本明細書に開示された主題の特定の態様を示し、説明と共に、開示された実装形態に関連する原理の幾つかを説明するのに役立つ。
【
図1】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のためのシステムを示す。
【
図2A】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔訓練環境を示す。
【
図2B】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のためのシステムのブロック図を示す。
【
図2C】幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的な無線ネットワークのための図を示す。
【
図2D】幾つかの例示的な実装形態に係る、クラウドベースのシステムアーキテクチャを示す。
【
図3A】幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットアセンブリの斜視図である。
【
図3B】幾つかの例示的な実装形態に係る、動物の顔を有するフェースプレートの例示的な側面図を示す。
【
図3C】幾つかの例示的な実装形態に係る、動物の顔を有するフェースプレートの例示的な側面図を示す。
【
図3D】幾つかの例示的な実装形態に係る、動物の顔を有するフェースプレートの例示的な側面図を示す。
【
図3E】幾つかの例示的な実装形態に係る、動物の顔を有するフェースプレートの例示的な側面図を示す。
【
図4A】幾つかの例示的な実装形態に係る、シールドを有する例示的なロボットアセンブリを示す。
【
図4B】幾つかの例示的な実装形態に係る、シールドを有する例示的なロボットアセンブリを示す。
【
図4C】幾つかの例示的な実装形態に係る、シールドを有する例示的なロボットアセンブリを示す。
【
図5A】幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットアイアセンブリの分解図である。
【
図5B】幾つかの例示的な実装形態に係る、眼吸引ホルダ機構を含むロボットアイアセンブリ304の側面図である。
【
図5C】アイホルダを備える吸引カップ装置を示す。
【
図5D】アイホルダを備える吸引カップ装置を示す。
【
図6】幾つかの例示的な実装形態に係る、アニマトロニクスアセンブリの斜視図である。
【
図7】幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットアセンブリの分解図である。
【
図8A】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のためのシステムのブロック図を示す。
【
図8B】幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なニューラルネットワークを示す。
【
図9A】幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なプログラム実行のフローチャートを示す。
【
図9B】幾つかの例示的な実装形態に係る、視線追跡機能を含む例示的なワークフロー及び自動フィードバックループを示す。
【
図10A】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練システムと対話するための例示的なグラフィカルユーザインタフェースを示す。
【
図10B】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練システムと対話するための例示的なグラフィカルユーザインタフェースを示す。
【
図10C】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練システムと対話するための例示的なグラフィカルユーザインタフェースを示す。
【
図10D】幾つかの例示的な実装形態に係る様々な光学ゾーンを示す図。
【
図10E】幾つかの例示的な実装形態に係る様々な光学ゾーンを示す。
【
図10E1】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練システムと対話するための例示的なグラフィカルユーザインタフェースを示す。
【
図10F】幾つかの例示的な実装形態に係る、1つ以上の例示的な網膜ゾーンを示す。
【
図10G】GUIの例示的なスクリーンショットを示す。
【
図11A】幾つかの例示的な実装形態に係る、グラフィカルユーザインタフェースの例示的なプロファイルウィンドウを示す。
【
図11B】幾つかの例示的な実装形態に係る、グラフィカルユーザインタフェースの例示的なプロファイルウィンドウを示す。
【
図12】幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なコンピューティング装置のブロック図を示す。
【
図13】幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のための方法の一例を示す。
【
図14A】幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なロボットアセンブリ及び視線追跡装置を示す。
【
図14B】幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なロボットアセンブリ及び視線追跡装置を示す。
【
図15】幾つかの例示的な実装形態に係る、白内障レーシック手術のための例示的なユースケースを示す。
【
図16】幾つかの例示的な実装形態に係る、フェムト秒手術のための例示的なユースケースを示す。
【
図17】幾つかの例示的な実装形態に係る、白内障手術のための例示的なユースケースを示す。
【
図18】幾つかの例示的な実装形態に係る、微小侵襲緑内障手術(MIGS)インプラントにおける例示的なユースケースを示す。
【
図19】幾つかの例示的な実装形態に係る、円錐角膜手術のための例示的なユースケースを示す。
【
図20】レーザ強膜マイクロポレーションの例示的なユースケースを示す。
【
図22】複数の外部入力と通信することができるデータリポジトリ及びデータベースの表示を示す。システムは、テレメトリデータを更に収集し、様々な外部デバイスへの出力を生成することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
実用的な場合、同様の参照番号は、同様の構造、特徴、又は要素を示す。
【0017】
上記のように、また以下に詳述するように、本明細書に記載の方法及びデバイスの実施形態は、組み合わせて又は別々に有用に使用することができ、眼及び身体の他の領域の両方の一連の疾患状態を治療するために有利に使用することができる幾つかの態様を含む。特に詳細に記載される例の少なくとも幾つかは、加齢性緑内障、白内障形成、及び加齢性黄斑変性症などの他の加齢性眼疾患の治療などの眼の状態の治療に焦点を当てている。
【0018】
特に、本明細書に記載の実施形態は、遠隔眼手術訓練に使用されるハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、計算回路、又は他のシステムソリューションに関する。訓練システムは、種に依存し得るアニマトロニクスの人様及び/又は動物様の動きを提供することができる。そのような動きは、少なくとも手術中に死体又は他の眼のシミュレーションよりも現実的な眼の動きをもたらすことによって、手術訓練を改善することができる。
【0019】
図1は、幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のためのシステム100を示す。図示のように、システム100は、ロボットアセンブリ110及びコントローラ150を含む。幾つかの態様では、コントローラ150は、ロボットアセンブリ110の少なくとも幾つかの部分(例えば、1つ以上の眼)の動きを制御するように構成されてもよい。コントローラ150は、ジョイスティック、キーパッド、マウス、ゲームコントローラ、タッチスクリーンなどを含むことができる。
【0020】
図2Aは、幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔訓練環境200を示す。図示のように、例示的な訓練環境200は、サーバ225と通信する少なくとも1人のユーザ202を含む。幾つかの態様では、サーバ225は、ウェビナー、プレゼンテーション、仮想ウェットラボなどをホストすることができる。ユーザ202は、サーバ225のプレゼンテーションにログインしているクライアントデバイス205と関連付けることができる。幾つかの態様では、サーバ225はまた、ロボットアセンブリ110と通信してもよく、ロボットアセンブリ110に遠隔制御を与えてもよい。幾つかの実装形態では、クライアントデバイス205は、ロボットアセンブリ110の一部を移動させるように構成された制御装置を含むこともできる。幾つかの態様では、ユーザ202のための遠隔訓練は、サーバ225と通信する遠隔デモデバイス(例えば、ロボットアセンブリ110)を使用して行われてもよい。例示的な訓練環境200は、有益なことに、ユーザ202の都合で完了することができる複数のユーザ202と共に訓練セミナーを開催することを可能にすることができる。
【0021】
図2Bは、幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のためのシステム250のブロック図を示す。
図2Bは、ユーザ(例えば、ユーザ202)とコンピューティングデバイス(例えば、クライアントデバイス205、サーバ225、ロボットアセンブリ110など)との間の例示的な接続を示す。図示されているように、全てのユーザ及びデバイスは、市販のビデオ会議ソフトウェアを介して無線接続(例えば、インターネット接続)で直接的又は間接的に接続される。インターネット接続が示されているが、ユーザとデバイスとの間の接続は有線であってもよく、又は別の無線技術で達成されてもよい。特定のユーザ及びデバイスが示されているが、他のユーザ及び他のデバイスも可能である。ビデオ会議ソフトウェアは、任意のビデオ電話、チャット、ホログラフィック、又は任意の他のタイプのビデオ会議又は会議ソフトウェアを含むことができる。
【0022】
図2Cは、幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的な無線ネットワーク290の図を示す。図示のように、遠隔ロボットシステム(例えば、システム100)は、医療専門家/専門家(例えば、クライアントデバイス205、サーバ225などを介したユーザ202)との通信を介して複数のネットワークリンクを介して動作することができる。複数のネットワークリンクは、統合サービスデジタルネットワーク(ISDN)、ローカルエリアネットワーク(LAN)、及びインターネットの専用T-1回線などのブロードバンドネットワークリンク、又は低広帯域幅リンクを含んでもよい。
図2Cに更に示されるように、無線ネットワーク290は、システム100とユーザ202との間の通信を容易にするために、衛星リンク291、地上リンク292を含む。遠隔操作医療ロボットシステム(例えば、システム100)は、有線及び/又は無線通信ネットワークを利用しながら、短距離又は長距離にわたって手術、治療、及び診断などの処置を実行することを可能にすることができる。更に、遠隔手術医療ロボットシステムは、遠隔リアルタイム外科相談に手術室環境を提供することができる。接続許可されたビデオ及びオーディオテレビ会議は、リアルタイムの相談、並びにコンサルタントパネルによる観察のためのリアルタイム画像及びストアアンドフォワード画像の送信をサポートすることができる。
【0023】
例えば、ユーザ202は、無線ネットワーク290を介してシステム100の動作を制御することができる。ロバストな適応制御を含む高度な制御技術は、バイラテラル遠隔操作システム(例えば、システム100)に特に関連する。ロバストな制御は、システムに影響を及ぼす不確実性又は外乱にもかかわらず、安定性及び性能を維持することができる。一般に、適応制御は、通信遅延又はエラーも考慮に入れながら、遠隔操作システムに関する動的及び運動学的不確実性の両方に対処するために適応制御方式が提案される未知の又は変化するパラメータを有する制御システムに適応する能力を有する。
【0024】
図2Dは、幾つかの例示的な実装形態に係る、クラウドベースのシステムアーキテクチャを示す図である。図示のように、クラウド処理センタは、ロボットアセンブリ110の実行決定を制御し、ロボットアセンブリ110の位置データ(例えば、眼506の位置データ)の計算を実行し、ロボットアセンブリ110との以前の訓練セッションの履歴データ分析を実行し、データを記憶し、人工知能(AI)訓練を実行し、研究開発インフラストラクチャを提供し、分析及び健康情報を提供することができる。
【0025】
図3Aは、幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットアセンブリ110の斜視図である。図示のように、ロボットアセンブリ110は、フェースプレート302と、ロボットアイアセンブリ304と、ベースプレート306と、プロセッサ310とを含む。幾つかの態様では、ロボットアセンブリ110は、代替の例示的なアイホルダ305を含むことができる。幾つかの実施形態において、フェースプレート302は、接続ピン307を介してベースプレート306に結合してもよい。
【0026】
フェースプレート302は人の顔を伴って示されているが、フェースプレート302は取り外し可能であり、任意の動物種(例えば、ブタ、サルなど)又は人の形状に成形されてもよい。
図3B~
図3Eは、動物(例えば、ブタ)のフェースプレート302を有するフェースプレート302の例示的な側面図を示している。
【0027】
図4Aは、幾つかの例示的な実装形態に係る、シールド408を有するロボットアセンブリ110の斜視図である。
図4Bは、幾つかの例示的な実装形態に係る、シールド408を有するロボットアセンブリ110の側面図である。
図4Cは、シールド408を有するロボットアセンブリ110の斜視図である。
図4Cの例に示すように、シールド408は、凹部415を有する。幾つかの態様では、凹部415は、ロボットアセンブリ110、眼科手術訓練処置などに関連する物体を保持するように構成されてもよい。例えば、凹部415は、アイボトル、他のアイカップ、交換部品、点眼剤用のボトルなどを保持するようなサイズ及び構成であってもよい。
【0028】
図5Aは、幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なロボットアイアセンブリ304の分解図である。図示のように、ロボットアイアセンブリ304は、保持リング501と、アイホルダ502と、Oリング503と、アイカップ504と、スペーサ505と、眼506と、クランプリング507と、クランピングスクリュー508とを含むことができる。保持リング501は、アイカップ504を定位置に保持するように構成されてもよい。保持リング501は、アイカップ504をアイホルダ502内で下方又は上方に移動させる能力を有してもよい。アイホルダ502は、アイカップ504を定位置に保持することができ、サーボ及びリンク機構からアイカップ504への移動入力を並進させることができる。アイホルダ502は、左右(L/R)移動のために両側に2つの旋回点を含むことができる。アイホルダ502は、L/Rサーボへのリンク機構への接続点であるフランジ又はボスを含むことができる。
【0029】
アイホルダ502は、Oリング(例えば、Oリング503)を含む溝を含むことができる。Oリング503は、定位置に保持されるようにアイカップ504よりもわずかに小さくなるように設計されてもよい。Oリング503は、カップ504とホルダ502との間に張力を提供することができ、アイカップ504をホルダ502内に中心付けて保持するように設計することができる。アイホルダ502は、眼506内の眼圧を初期化、監視、調整、及び測定する装置(図示せず)を含むことができる。装置は、眼内圧を測定、測定、監視、及び表示するホルダの装置に取り付け、取り外し、又は一体化された圧力計又はトランスデューサを含むことができる。
【0030】
アイホルダ502は、ゴム汚染シールド(歯科用ダムなど)を保持するように設計された上部のリップを含むことができる。このシールドは、液体をその下のいかなるアニマトロニクス又は電子機器からも遠ざけることができる。アイカップ504は、眼506を保持するように設計されてもよい。眼506は、ガラスの眼、木製の眼、死体の眼、人工の眼、動物(例えば、ブタ、サルなど)の眼などを含むことができる。アイカップ504は、ブタの眼よりもわずかに大きい直径を有するように構成されてもよい。アイカップ504は、ホースを取り付けるために底部に取り付けられた小さなパイプを含むことができる。アイカップ504は、上部にリップを有してもよく、それにより、任意の液体がこのリップから落下し、カップの内側又は汚染シールド上のいずれかに着地する。アイカップ504は、クランプリング(例えば、クランプリング507)を装着するための1つ以上の穴を含むことができる。クランプリング507は、眼506をカップ504内に保持する一方法であってもよい(例えば、カップ504は、ホルダ502内に配置される)。クランプリング507は、眼よりもわずかに小さいIDを含むことができ、そのため、ねじ(例えば、クランプねじ508)でそれを保持することにより、眼506をクランプし、それを所定の位置に保持する。アイカップ504は、容易に洗浄可能な材料(例えば、シリコーン、プラスチックなど)から作られてもよい。底部に接続されたホース及びスペーサ(例えば、スペーサ505)と共に使用される場合、ホースに真空を適用することができ、眼506はスペーサ505に対してシールし、真空によって定位置に保持することができる。したがって、アイカップ504は、眼506内の圧力を変化させることができるセクションカップを含むことができる。幾つかの態様では、眼506、アイカップ504などに適用される真空又は部分の量は、ユーザインタフェース(例えば、GUI1000)によって制御することができる。スペーサ505は、全ての象限を処理できるように、眼506を正しい高さに保持することができる(例えば、異なる形状の眼のための異なる長さのスペーサが必要であり得る)。死体眼506の場合、視神経は、底部で眼球から2~6mm突出し得る。スペーサ505は、視神経がカップ504の底部の上方に留まることを可能にするために中央に穴を含むことができる。そうでない場合、眼506はカップ504内で傾けられ、正しく位置決めされない可能性がある。
【0031】
図5Bは、幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットアイアセンブリ304の側面図である。図示のように、ロボットアイアセンブリ304は、スペーサ510を含むことができる。スペーサ510は、視神経を受け入れるように構成されてもよく、又は視神経がロボットアイアセンブリ304の開口部を通過することを可能にするように構成されてもよい。更に示すように、ロボットアイアセンブリ304は、旋回軸515を含むことができる。幾つかの態様では、旋回軸515は、眼506の軸と同じであってもよい。
図5C及び
図5Dに示すようなシステムの幾つかの変形例では、アイホルダは、ユーザインタフェースによって制御される吸引カップを含む。アイホルダは、眼内の眼圧を初期化、監視、調整、及び測定する装置を含むことができる。
【0032】
図6は、幾つかの例示的な実装形態に係る、アニマトロニクスアセンブリ600の斜視図である。図示のように、アニマトロニクスアセンブリ600は、アイホルダ502、眼506、クランプリング507、ピボットフレーム604、制御アーム605、Yリンク607を含む。ピボットフレーム604は、アイホルダ502の対応する穴に配置された2つのピンを介して眼(例えば、眼506)を保持するように構成されてもよい。ピボットフレーム604は、眼を左右に動かすためのベースを提供することができ、上下サーボによって動かされる他のフレームに取り付けられてもよい。制御アーム605は、左/右(L/R)サーボに結合することができる中央に旋回点を含むことができる。幾つかの態様では、制御アーム605の各端部は、それぞれ左眼506及び右眼506のアイホルダ502に結合されてもよい。Yリンク607は、中間サーボとアイホルダ502とを接続することができる。Yリンク607はまた、中間サーボ運動をアニマトロニクスアセンブリ600のフレームに伝達するように構成されてもよい。フレームは旋回点として両側に取り付けられ得るので、サーボが動かされると、眼は上方及び/又は下方に動くことができる。
【0033】
図7は、幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットアセンブリ110の分解図である。図示のように、ロボットアセンブリ110は、ベースプレート306、接続ピン307、第1のスタンドオフ703、プロセッサ310、第1のボルト715、ソケット712、キャップ718、ポンプ709、インタフェースボード710、第2のスタンドオフ711、第2のボルト716、シールド408、及びフェースプレート302を含む。幾つかの態様では、第1のスタンドオフ703は、電子機器をベースプレート306から離して保持するように構成されてもよい。第1のボルト715は、プロセッサ310をベースプレート306に取り付けるための2.5mmボルトを含んでもよい。プロセッサ310は、RaspberryPi又は他のプロセッサを含むことができる。ソケット712は、入力電源ソケットとして12Vソケットを含むことができる。キャップ718は、8mmボルトに嵌合するように構成されるゴムキャップを含んでもよく、フェースプレート302の底部の1つ以上の穴に嵌合するように構成されてもよい。ポンプ709は、アイホルダ502に真空を提供して眼506を所望の位置に保つように構成された水槽ポンプを含むことができる。インタフェースボード710は、プロセッサ310とアニマトロニクスアセンブリ(例えば、アニマトロニクスアセンブリ600)のサーボとの間の接続を行うことができる。第2のスタンドオフ711は、インタフェースボード710をブラケットに取り付けるように構成されてもよい。第2のボルト716は、ブラケットをベースプレート306に取り付けるように構成された4mmボルトを含んでもよい。シールド408は、ロボットアセンブリ110の底部を少なくとも部分的に取り囲むようなサイズ及び形状にすることができ、ユーザをロボットアセンブリの電子機器から保護するように構成することができる。シールド408は、冷却ファンのための取り付けを行うことができ、ケーブルが通過することを可能にするための1つ以上の穴を含むこともできる。フェースプレート302は、ロボットアイアセンブリ304が見えるようにするための1つ以上の開口部を含んでもよい。フェースプレート302は、ロボットアセンブリ110に臨場感を提供するために、人の顔と同じ又は類似の比率になるように設計されてもよい。フェースプレート302は、任意の液体を収集するように構成された底部付近のトレイを含んでもよい。幾つかの態様では、ロボットアセンブリ110は、カメラ又は画像捕捉デバイス(図示せず)を含むことができる。幾つかの実施形態では、カメラ又は画像捕捉デバイスは、眼の外観を提供し、ロボットアセンブリ110を制御するユーザ(例えば、ユーザ202)にリアルタイムの画像フィードバック及び/又は案内を提供するために、ロボットアセンブリの外部にあってもよい。カメラ又は画像捕捉デバイスは、眼(例えば、眼506)の固定点の眼の位置又は視線追跡に関するフィードバックを提供することもできる。
【0034】
幾つかの態様では、遠隔生体システム(例えば、システム100,250など)の制御は、主に画像及びビデオガイダンスに基づくことができる。関与する画像取得プロセスは、テレロボティックシステムの可搬性及び輸送性に影響を与えるが、符号化画像及びビデオの関連する帯域幅需要は、遠隔通信要件も大きく規定する。
【0035】
図8Aは、幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のためのシステム800のブロック図を示す。図示のように、システム800は、プロセッサ810、メモリ820、コントローラ850、ドライバ830、ドライブ840、1つ以上のロボットアイアセンブリ304、及び無線接続825を含むことができる。幾つかの態様では、プロセッサ810は、オペレーティング・システム(例えば、RaspberryPiコンピュータ)を実行しているプロセッサを含み得る。メモリ820は、システム800と通信するロボットアセンブリ(例えば、ロボットアセンブリ110)に影響を及ぼす動作をプロセッサ810に実行させることができるグラフィカルユーザインタフェースアプリケーションのための命令を記憶することができる。幾つかの態様では、コントローラ850は、ロボットアセンブリの眼の動きを制御するように構成されたゲームコンソールコントローラを含むことができる。コントローラ850は、USBコントローラドライバを介してプロセッサ810に結合されてもよい。プロセッサ810は、集積回路を介してドライバ830に結合されてもよい。ドライバ830は、ドライブ840に電子的に結合されてもよい。
図8の例に示すように、システム800は、2つのドライブ840を含むが、より多くの又はより少ないドライブ840が可能である。ドライブ840は、1つ以上のアイアセンブリ304に移動を与えるように構成されたサーボドライブを含んでもよい。
【0036】
幾つかの態様では、システム800及び/又はプロセッサ810は、システムとの間でフィードバックを提供するためにニューラルネットワークを実装することができる。
図8Bは、幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なニューラルネットワーク875を示す。図示のように、ニューラルネットワーク875は、入力層860と、1つ以上の隠れ層870と、出力層880とを含む。1つ以上の入力ノード861を含む。1つ以上の隠れ層870は1つ以上の隠れノード871を含み、出力層880は出力ノード881を含む。幾つかの態様では、入力層760への入力は、デジタル画像、デジタルビデオ、数学的方程式、地形画像、波面画像、光学画像などを含むことができる。幾つかの実装形態では、1つ以上の隠れ層870は、計算を実行し、物理ツールを利用し、モジュレータ、アルゴリズム、デジタルコード、トリガ関数を含み、触媒及びモジュール伝達関数などを実行することができる。出力層880への出力は、物理的インジケータ、数学的インジケータ、光学的インジケータ、動きインジケータなどを含むことができる。
【0037】
図9Aは、幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットシステム(例えば、システム100)におけるロボット動作を制御するための例示的なプログラム実行のフローチャート900を示す。幾つかの態様では、フローチャート900は、プロセッサ310,810、ニューラルネットワーク875などによって実行されてもよい。
【0038】
図9Bは、幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なワークフロー及び自動フィードバックループ950を示す。図示のように、ワークフロー及びフィードバックループ950は、レーザ又は器具、人工知能コントローラ、シミュレートされた患者(例えば、動物又は人、ロボットアセンブリ110)、医師又は他のユーザ、及び搭載された視線追跡カメラの間の例示的な相互作用を示す。
【0039】
幾つかの態様では、ロボットアセンブリ(例えば、アセンブリ110)は、自律的、半自律的、遠隔ロボット状態で動作することができる。遠隔ロボットシステム(例えば、
図2Cを参照)では、視覚的及び他の感覚的フィードバック情報を(例えば、ロボットアセンブリ110の内部又は外部のカメラから)受信しながら位置コマンドを送信することによって、遠隔マニピュレータ(例えば、コントローラ150)をオペレータ(例えば、ユーザ202)の部位から制御することができる。ローカル及びリモートシステムは、それぞれ「マスタ」及び「スレーブ」システムと呼ばれる場合があり、システム全体(例えば、システム250)は、「マスタ-スレーブシステム」と呼ばれる場合がある。遠隔操作装置は、オペレータ(例えば、ユーザ202)の制御を追跡するようにプログラムすることができる。幾つかの態様では、ロボットアセンブリ110は、視覚カメラなどを介して、アセンブリ110の眼(例えば、眼506)が所望の位置にあるかどうかを示す位置トリガ及び/又はフィードバックを提供することができる1つ以上のセンサを含むことができる。画像処理は、訓練又は処置中に行われてもよい。画像処理は、デジタル捕捉画像とライブビデオ取得の両方を含むことができる。同期は、2つ以上のカメラ間で発生し得る。同期は、同期及びデータ収集を確認するためにフィードバックループ制御を実装する双方向ナビゲーションシステム(BNS)を含むことができる。これは、人工知能システム(例えば、ニューラルネットワーク875、プロセッサ810など)によって制御されてもよく、自律状態で動作するシステムに対応して自動化されてもよい。半自律状態では、プロセッサ810は、ロボットアセンブリ110の全ての機能及び制御を実行することができるが、(例えば、ユーザ202から)ユーザ入力を受信することもできる。
【0040】
プログラム実行は、プログラム実行のためのスクリプトを開始することができるステップ901で開始することができる。ステップ910において、プロセッサは、コントローラが遠隔眼手術訓練システムに接続されているかどうかを決定するためにコントローラループを実行することができる。ステップ911において、プロセッサは、コントローラ(例えば、コントローラ150)が検出されるかどうかを決定することができる。コントローラが検出されない場合、プログラムはステップ910に戻ることができる。コントローラが検出される場合、プログラムはステップ912に進むことができる。ステップ912において、検出されたコントローラは、ロボットアセンブリ(例えば、ロボットアセンブリ110)を制御するように構成することができる。検出されたコントローラがロボットアセンブリの制御を得た後、ステップ913において、プロセッサは、検出されたコントローラをオーバーライドすることができる着信接続(例えば、無線接続825)があるかどうかを決定するためにチェックすることができる。
【0041】
幾つかの態様では、プロセッサがステップ910においてコントローラループを実行する場合、プロセッサは、ステップ920において、並列無線接続ループも実行し続け得る。幾つかの態様では、無線接続ループは、欠落した信号、遅延、及び通信などを補正するための適応フィードバックを含み得る。ステップ921において、プロセッサは、着信無線接続があるかどうかを決定する。グラフィカルユーザインタフェース(GUI)が一致するIPアドレス及びポートを介して接続する場合、コントローラの実行はブロックされ得る。ロボットアセンブリは、リモートGUIを介して制御することができる。これは、GUIが閉じられるか、又は接続が失われるまで起こり得る。着信無線接続(例えば、無線接続825、無線ペアリングなど)がある場合、プログラムはステップ922に進み、そこでプロセッサはクライアントデバイス(例えば、ラップトップ、タブレット、コンピュータなど)からメッセージを受信することができる。幾つかの態様では、メッセージは、ロボットアセンブリを移動又は制御するためのコマンドを含むことができる。メッセージが受信された場合、ステップ923において、プロセッサは、メッセージが有効であるかどうかを(例えば、決定エンジンを介して)決定するためにチェックすることができる。そうでない場合、プログラムはステップ922に戻ることができる。メッセージが有効である場合、ステップ925において、プロセッサはコマンドを実行することができる。ステップ920において着信無線接続が検出された後、ステップ924において、プロセッサは、接続が失われたかどうかを決定するためにタイムアウトカウンタを開始することができる。ステップ926において、プロセッサは、タイムアウト値が満たされたかどうかを決定し、タイムアウトを示すことができる。そうである場合、ステップ928において、プロセッサは、タイムアウトカウンタがタイムアウトカウンタ閾値以下であるかどうかを決定することができる(例えば、十(10))。そうでない場合、プロセッサは、カウンタを増加させ、ステップ924に戻ることができる。タイムアウトカウンタが閾値を満たしている場合、プログラムは、ステップ930に進み、ロボットアセンブリをクライアントデバイスから切断し、任意の無線接続(例えば、無線接続825、無線ペアリングなど)を解放することができる。
【0042】
幾つかの態様では、ロボットアセンブリ110を制御するために、グラフィカルユーザインタフェース(GUI)を、ロボットアセンブリ110に対するユーザ体験及び制御を改善するように設計することができる。
図10A~
図10Cは、幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練システムと対話するための例示的なグラフィカルユーザインタフェースを示す。
図10Aは、GUI1000の例示的なスクリーンショットである。図示のように、GUI1000は、IPアドレスフィールド1020を含む。幾つかの態様では、このフィールドには、クライアントデバイスのIPアドレスが自動的にポピュレートされ得る。幾つかの実装形態では、ユーザは、ロボットアセンブリ110に接続するためのIPアドレスを入力することができる。幾つかの態様では、フィールド1020に有効なIPアドレスが入力されている場合、これは、ロボットアセンブリ110が無線接続を確立しており、GUI1000によって制御され得ることを示す。
【0043】
図10Bは、GUIアプリケーションの起動後のGUI1000のスクリーンショット1050を示す。図示のように、GUI1000の特定の特徴は、画面の上部で強調表示されている。例えば、スクリーンショット1050は、設定機能1051、モード機能1052、ジンジャー機能1053、ランダムジッタ機能1054、及び非接続機能1055を含む。幾つかの実施形態では、設定機能1051は、GUI1000の任意の設定を調整するためのメニューを開くことができる。例えば、設定メニューは、ターゲットシステム(例えば、クライアントシステム205)に接続するように構成された接続要素を含むことができる。設定メニューは、ターゲットから切断するように構成された切断要素を更に含むことができる。設定メニューは、眼部分の1つ以上の象限(例えば、眼部分1060及び/又は1070)のジッタ設定を調整するように構成された象限ジッタ機能のための間隔を更に含むことができる。設定メニューは、プロファイルサブウィンドウを開くように構成されたプロファイル要素を更に含むことができる。本明細書では特定の設定が説明されているが、より多くの又はより少ない設定要素が可能である。幾つかの態様では、モード機能1052は、GUI1000の動作モードで調整するためにモードメニューを開くように選択されてもよい。例えば、モードメニューは、1つ以上の眼のランダムな移動ループを開始することができるランダムジッタモードを含むことができる。モードメニューは、ユーザがドライブプロファイルを有するファイルを選択することができるファイルダイアログを開くことができる開始プロファイル要素を含むことができる。特定の設定及びモードが本明細書に記載されているが、追加の又はより少ないモード及び設定も可能である。
【0044】
図10Bに更に示すように、GUI1000は、右眼部分1060及び左眼部分1070を更に含む。幾つかの態様では、眼部分1060及び1070のうちの1つ以上は、4つの象限を含むことができる。
図10Bの例では、左眼部分1070は、第1の象限1071、第2の象限1072、第3の象限1073、及び第4の象限1074を含む。更に、解剖学的ゾーン、中央、上、鼻、下、及び側頭を含む。幾つかの実装形態では、眼象限は、医師又は医療専門家が、生体外で死体眼を用いた現実的な外科手術又は診断経験を容易にする静的方法では不可能な眼の解剖学的構造の特定の領域を強調、視覚化、診断及び治療することができるようにし得る。
【0045】
図10Cに更に示すように、GUI1000は、右眼の角膜1031及び左眼の角膜1032を更に含む。幾つかの態様では、角膜、角膜縁、中心部、傍中心部、周辺部などの1つ以上のゾーンを含み得る。例えば、
図10D及び
図10Eは、角膜、遷移ゾーン、距離ゾーン、中間ゾーン、及び近方ゾーンなどの様々な光学ゾーンを示す。更に示されるように、光学ゾーンは、中央(1)、上(4)、鼻(2)、下(5)、及び側頭(3)の解剖学的ゾーンを含むことができる。幾つかの実装形態では、アイゾーンは、医師又は医療専門家が、生体外で死体の眼を用いた現実的な外科的又は診断的経験を容易にする静的方法では不可能な眼の解剖学的構造の特定の領域を強調、視覚化、診断及び治療することができるようにし得る。
【0046】
図10E1に更に示すように、GUI1000は、右眼の強膜象限及び左眼の強膜象限を更に含む。幾つかの態様では、象限は、上鼻筋、下鼻筋、上側頭筋、下側頭筋又は360周全体を含む1つ以上の象限を含むことができる。更に示されるように、光学ゾーンは、中央(1)、上(4)、鼻(2)、下(5)、及び側頭(3)の解剖学的ゾーンを含むことができる。幾つかの実装形態では、アイゾーンは、医師又は医療専門家が、生体外での死体の眼を用いた現実的な外科的又は診断的経験を容易にする静的方法では不可能な眼の解剖学的構造の特定の領域を強調、視覚化、診断及び治療することができるようにし得る。
【0047】
図10Eに更に示すように、GUI1000は、右眼網膜1041及び左眼網膜1042を更に含むことができる。幾つかの態様では、網膜は1つ以上のゾーンを含み得る。
図10Fは、1つ以上の例示的な網膜ゾーンを示す。示されているように、
・ゾーンI(1083)は、視神経1081の周囲の網膜の小円である。円の半径は、黄斑1082から視神経1081の中心までの距離の二倍であってもよい。
・ゾーンII(1084)は、鼻側の鋸状縁に延びる網膜周囲ゾーンIのリング状部分である。
・ゾーンIII(1085)は、側頭網膜の三日月形の領域である。
【0048】
図10Fは、中心(中心窩、視神経円板)、中間周辺部(渦静脈)、遠周辺部(鋸状縁)を含む網膜ランドマーク1086を更に含む。幾つかの実装形態では、アイゾーンは、医師又は医療専門家が、眼の解剖学的構造の特定の領域を強調し、生体外で死体の眼を用いた現実的な外科手術又は診断経験を容易にすることができるようにし得る。
【0049】
図10Fは、中心窩、上中心窩周辺、中心窩周辺鼻、下中心窩周辺、中心窩周辺側頭部、傍中心窩上側、傍中心窩鼻側、傍中心窩下側、傍中心窩側頭側を含む解剖学的ゾーン1088を更に含む。
【0050】
幾つかの実装形態では、アイゾーンは、医師又は医療専門家が、生体外での死体の眼を用いた現実的な外科的又は診断的経験を容易にする静的方法では不可能な眼の解剖学的構造の特定の領域を強調、視覚化、診断及び治療することができるようにし得る。
【0051】
図10Gは、GUIアプリケーションの起動後のGUI1000の例示的なスクリーンショット1075を示す。図示のように、GUI1000は、仮想ジョイスティック領域1076を含む。仮想ジョイスティック領域1076は、眼の移動領域を示すことができる。ユーザはこの領域のどこかをクリックすることができ、ロボットアセンブリ110の眼はその位置に移動することができる。GUI1000は、湾曲スライダ1077を含む右眼部分1060を更に含む。湾曲スライダ1077は、スライダの値を変更して眼の動きを開始するために、マウス選択を介して微調整を行うように構成されてもよい。GUI1000は、4つの象限1071、1072、1073、及び1074を更に含む。ユーザは特定の象限の一部をクリックすることができ、対応する眼は割り当てられた象限に移動することができる。
図10Cの例に更に示すように、ユーザが象限のうちの1つ以上で右クリックを実行すると、象限ジッタボタン1080が現れて象限ジッタモードを開始することができる。
【0052】
図11A~
図11Bは、幾つかの例示的な実装形態に係る、グラフィカルユーザインタフェースの例示的なプロファイルウィンドウを示す。例えば、設定メニューからプロファイル要素を選択した後、新しいウィンドウが表示されてもよい。
図11Aは、例示的なプロファイルウィンドウ1100を示す。図示のように、プロファイルウィンドウ1100は、設定メニュー1102、移動領域1104、数値フィールド領域1106、ボタン領域1108、及びデータポイント領域1110を含むことができる。幾つかの態様では、設定メニュー1102は、ユーザが現在の駆動プロファイルに複数の遅延を追加することを可能にすることができる遅延追加要素を含むことができる。例えば、ユーザが約100ポイントの駆動プロファイルを描画する場合、ユーザは移動のためのエンジン時間を与える必要があり得る。遅延追加機能により、ユーザは、現在設定されている遅延をリスト内の全てのポイント間で遅延制御に追加することができる。設定メニュー1102は、ユーザに現在の駆動プロファイルを保存させるように構成された保存プロファイル要素を更に含むことができる。設定メニュー1102は、ユーザが保存された駆動プロファイルをロードするためにファイルダイアログを開くことを可能にすることができるロードプロファイル要素を更に含むことができる。設定メニュー1102は、現在の設定をクリアするように構成されたクリア要素を更に含むことができる。設定メニューは、ユーザがマウス又は他の入力デバイスで駆動経路を描くことを可能にするように構成されたフリースタイル要素を更に含むことができる。
【0053】
幾つかの態様では、グラフィカルユーザインタフェースのプロファイルウィンドウに関連して、双方向ナビゲーションシステム(BNS)は、同期及びデータ取得を確認するためのフィードバックループ制御を実装することができる。BNSは、グラフィカルユーザインタフェース上の制御に従ってロボットアセンブリ110及び/又は眼506が動いていることを確認することもできる。BNSは、ロボットアセンブリ110及び/又は眼506の位置を確認するための1つ以上のカメラ又は画像捕捉デバイスを含むことができる。1つ以上のカメラ又は画像捕捉デバイスは、制御の正確さ及び正確さを確認するために、ロボットアセンブリ110を制御する医療専門家又はユーザにガイダンスを提供することもできる。
【0054】
幾つかの実装形態では、移動領域1104は、ユーザがマウスを使用した選択を介して目標点を選択することを可能にするように構成されてもよい。選択後、X及びY座標は選択された目標点に変化し得る。フリースタイルモードオプションが選択されている場合、ユーザは駆動経路を自由に描くことができる。数値フィールド領域1106は、X座標、Y座標、遅延(ミリ秒)などのフィールドを含むことができる。
図11Aの例には特定のフィールドが示されているが、他のフィールドも可能である。多くの場合、ユーザは遅延フィールドの値を変更するだけでよい。ボタン(単数又は複数)領域1108は、データポイントを追加するか又は遅延を追加するためのボタンを含むことができる。幾つかの態様では、これらのボタンのうちの1つを押した後、値は、リストボックス(例えば、データポイント領域1110)に転送され得る。データポイント領域1110は、データポイントのリストボックスを含むことができる。割り当てられた全ての位置及び遅延がこのリストに表示され得る。1つ以上の要素を右クリックすると、リストボックス内のデータポイントを削除することが可能であり得る。データポイント領域1110のこのリスト内のデータを用いて、後でXMLファイルを作成することができる。
【0055】
図11Bは、例示的なプロファイルウィンドウ1150を示す。図示のように、プロファイルウィンドウ1150は、移動領域1104、数値フィールド領域1106、ボタン領域1108、及びデータポイント領域1110を含む。更に示されるように、データポイント(例えば、37;62)が、データポイント領域1110で選択され、移動領域1104で強調表示される。
【0056】
図12は、幾つかの例示的な実装形態に係る、記載されたデバイス及び/又は構成要素のうちの1つ以上を実装するために使用され得る例示的なコンピューティング装置1200を示す。例えば、コンピューティング装置1200の少なくとも一部は、クライアントデバイス205、サーバ225、プロセッサ310などの少なくとも一部を実装するために使用されてもよい。コンピューティング装置1200は、本明細書に記載のプロセスのうちの1つ以上を実行することができる。
【0057】
図示されるように、コンピューティング装置1200は、本明細書に記載されたものと一致する動作を実施することができる命令を実行するためのプロセッサ1210などの1つ以上のプロセッサを含むことができる。装置1200は、実行可能命令及び/又は情報を格納するためのメモリ1220を含むことができる。メモリ1220は、固体メモリ、固体ディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、又は任意の他の情報記憶デバイスを含むことができる。幾つかの態様では、メモリ1220は、データベースの少なくとも一部のための記憶を行うことができる。装置1200は、有線ネットワーク又は無線ネットワーク(例えば、無線接続825)への入力/出力デバイス1240を含むことができる。無線ネットワークは、無線アンテナ、Wi-Fi、WiMax、WAN、WAPBluetooth、衛星、及びセルラネットワーク(2G/3G/4G/5G)、及び/又は任意の他の無線ネットワークを含むことができる。無線通信を実現するために、入力/出力デバイス1240は、例えば、1つ以上のアンテナを利用してもよい。
【0058】
装置1200は、グラフィカルユーザインタフェース1100などの1つ以上のユーザインタフェースを含んでもよい。ユーザインタフェースは、キーボード、マウス、又は他のインタフェースなどのハードウェア、ソフトウェア、又はファームウェアインタフェースを含むことができ、それらの一部は、ディスプレイと一体化されたタッチスクリーンを含むことができる。ディスプレイは、プロモーションオファー又は現在の在庫などの情報を表示し、ユーザにプロンプトを提供し、ユーザ入力を受信するなどのために使用され得る。様々な実装形態では、ユーザインタフェースは、1つ以上の周辺機デバイス含むことができ、及び/又はユーザインタフェースは、これらの周辺デバイスと通信するように構成することができる。
【0059】
幾つかの態様では、ユーザインタフェースは、本明細書に記載のセンサのうちの1つ以上を含むことができ、及び/又は本明細書に記載のセンサのうちの1つ以上へのインタフェースを含むことができる。これらのセンサの動作は、センサモジュールによって少なくとも部分的に制御されてもよい。装置1200は、センサ又は他のユーザインタフェースから受信された情報、ネットワークインタフェースによって受信及び/又は送信された情報などをフィルタリングすることができる入力及び出力フィルタを備えることもできる。例えば、センサを介して検出された信号は、適切な信号調整のためにフィルタを通過することができ、次いで、フィルタリングされたデータは、(例えば、入力/出力デバイス1240を介して結果又は指示を送信する前に)検証及び処理のためにプロセッサ1210に通過することができる。幾つかの態様では、フィルタは、本明細書に記載の適応フィードバックループの一部であってもよい。装置1200は、1つ以上の電源を使用することによって電力供給されてもよい。図示されるように、装置1200の構成要素のうちの1つ以上は、システムバス1250を介して通信及び/又は電力を受け取ることができる。
【0060】
図13は、幾つかの例示的な実装形態に係る、遠隔眼手術訓練のための方法のフローチャートを示す。様々な実装形態では、方法1300(又はその少なくとも一部)は、ロボットアセンブリ110、クライアントデバイス205、サーバ225、プロセッサ310、コンピューティング装置1200、他の関連装置、及び/又はその一部のうちの1つ以上によって実行されてもよい。
【0061】
方法1300は、動作ブロック1310で開始することができ、装置1200は、例えば、ロボットアセンブリ110を初期化することができる。幾つかの態様では、ロボットアセンブリ110を初期化することは、眼の手術用のレーザが配置された位置でロボットアセンブリを初期化することを含むことができる。ロボットアセンブリ110を初期化することは、ガラスアイ、木製アイ、死体アイなど(例えば、眼506)をロボットアセンブリ110に(例えば、ロボットアイアセンブリ304を介して)設置することを含むこともできる。ロボットアセンブリ110を初期化することは、視線追跡システムを使用して眼506の位置を追跡し、その位置が所望の位置にあることを確認することを含むこともできる。例えば、医師、モデレータ、技術者、又は他の医療専門家は、人もしくは動物、又はシミュレートされた人もしくは動物に、所与の訓練運動を探す場所を指示することができる。ユーザ(例えば、ユーザ202)は、ロボットアセンブリ110に、1つ以上の眼506を目標位置に移動させるように命令することができる。視線追跡システムは、1つ以上の眼が目標位置にあることを検証することができる。視線追跡システムが、1つ以上の眼506が目標位置にないと決定した場合、ユーザ202は調整を行うことができ、又はロボットアセンブリ110は、決定された眼の位置が目標位置の閾値内になるまで、1つ以上の眼506の眼の位置(例えば、AIやニューラルネットワーク875等を用いた自律状態)を自動的に調整することができる。視線追跡人工知能又はニューラルネットワーク875は、任意の生体外動物又は人研究に使用されるように訓練されてもよい。幾つかの態様では、視線追跡人工知能又はニューラルネットワーク875は、特定のターゲットを見つけるか又は見るように訓練され得る。例えば、外部の点源又はスクリーン上のスポットを検出又はたどることができるアイホルダ502内のカメラレーザポインタ又はミラー。視線追跡フィードバックシステムは、1つ以上の眼506が提示された任意のターゲットを追跡することができるまで、眼を方向付けてスポットを制御することができる。視線追跡装置は、眼及び眼506が見ているカメラ(又はミラー)トラックを追跡することができ、一致するまで補正することができる。このシステムは、1つ以上の眼506の眼の方向の精密で動的なリアルタイム調整を可能にする。
【0062】
ロボットアセンブリ110は、視線追跡システムとの間でフィードバックを提供するために、リレーショナルデータベース、ニューラルネットワーク(例えば、ニューラルネットワーク875)などと共に使用することができる。これにより、視線追跡装置及びロボットアセンブリ110の眼の動きを双方向フィードバックでリアルタイムに同期させることができる。
図14A及び
図14Bは、幾つかの例示的な実装形態に係る、例示的なロボットアセンブリ(例えば、ロボットアセンブリ110)及び視線追跡装置を示す。
【0063】
自然な又は他の人の眼の動きは、ニューラルネットワーク(例えば、ニューラルネットワーク875又は他のAI)コントローラを使用することにより、ロボットアセンブリ110及び/又はアニマトロニクスアセンブリ600でシミュレートすることができる。自然な人の眼の動きのビデオ画像は、AIシステムの訓練セットとして使用することができる。スコアリングは、視線追跡又は他の外部システム及び注釈によって達成することができる。これは、ロボットアイシステム(例えば、ロボットアセンブリ110)による高忠実度シミュレーションで自然な眼の動きをもたらす。生きている人の視線追跡装置を使用すると、ロボットアイシミュレータは、直接接続又は記録された接続のいずれかで自然な眼の動きを模倣することができる。
【0064】
方法1300は、装置1200が、例えば、1つ以上のコンピューティングデバイスに接続することができる動作ブロック1320に進むことができる。幾つかの態様では、1つ以上のコンピューティングデバイスに接続することは、遠隔の訓練環境(例えば、遠隔訓練環境200)に接続することを含むことができる。例えば、医師(例えば、ユーザ202)は、眼科手術の訓練を行うことができるグループ会議(例えば、テレビ会議の会議)に署名することができる。幾つかの態様では、他のデバイス又はユーザ(例えば、レーザ、カメラ、コンピュータ、モデレータ、他の医師など)は、グループ会議例えば、遠隔訓練環境200)にサインインすることができる(。グループミーティングは、ユーザ202が互いに通信すること、及び/又は最も遠隔の訓練環境に接続された1つ以上のコンピューティングデバイス(例えば、レーザ、ロボットアセンブリ110、サーバ225、クライアントデバイス205など)目標を制御することを可能にすることができる。1つ以上のコンピューティングデバイスは、クライアントデバイス205、サーバ225、コンピューティング装置1200などを含むことができる。幾つかの態様では、遠隔訓練環境は、眼の手術のためのロボットアセンブリ及び/又はレーザへの接続を含むことができる。
【0065】
方法1300は、装置1200が、例えば、1つ以上のコンピューティングデバイスによって、ロボットアセンブリを動作させることができる動作ブロック1330に進むことができる。幾つかの態様では、ロボットアセンブリを動作させることは、訓練処置、訓練手術、訓練処置、処置計画、処置後レビューなどを実行することを含むことができる。例えば、モデレータ(例えば、医師の指導者又は指導者)は、医師のユーザ(例えば、ユーザ202)と決定された訓練運動を歩いて回ることができる。モデレータは、決定された訓練運動を実行するために、ロボットアセンブリ110及び/又は眼科手術用のレーザに制御を与えることができる。幾つかの態様では、決定された訓練運動は、白内障手術、白内障レーシック、フェムト秒手術、MIGSインプラント手術、円錐角膜手術、レーザ強膜マイクロポレーションなどの模擬手術を行うことを含み得る。
図15~
図20は、本明細書に記載の幾つかの例示的な実装形態に係る、ロボットアセンブリ(例えば、ロボットアセンブリ110)を使用する例示的なユースケース手術/手順を示す。特定の手術/処置が本明細書に記載及び図示されているが、ライブ、バーチャル又は遠隔眼手術訓練のための方法及び装置は、他の手術、処置、研究などに適用することができる。
【0066】
システムの幾つかの変形例では、
図21A~
図21Cに示すように、システムは、様々な刺激及び光の反復に機械的に応答する「虹彩」シャッタを更に含む。システムは、更に、複数の虹彩サイズに機械的に固定され得る。システムは、更に、眼が人又は動物の眼の機能と並行して機能できるようにするコントラストのために設計される。システムは、更に、正常な人の眼の機能をシミュレートするようにも設計される。
【0067】
方法1300は、動作ブロック1340に進むことができ、装置1200は、例えば、決定された訓練運動中の人又は動物の眼の動きをシミュレートすることができる。人又は動物の眼の動きをシミュレートすることは、ロボットアセンブリ110の眼の動きを制御することを含むことができる。幾つかの態様では、眼科手術又は眼の処置は、人又は動物の眼を手術又は処置のための所望の位置に配置するために、人又は動物に視線を凝視させるか、又は眼を対象物に集中させるように指示することを含み得る(例えば、前方を見る眼、右を見る眼、左を見る眼、上を見る眼、下を見る眼など)。例えば、眼の動きを制御することは、画面又は他の場所(例えば、GUI1000)に表示されたターゲットを見るように眼(例えば、眼506)に指示することを含むことができる。幾つかの態様では、眼の動きを制御することは、眼へのランダムジッタ運動を開始することを含み得る。眼の動きを制御することは、ユーザインタフェース(例えば、GUI1000)を介して動きを制御することを含むことができる。眼の動きを制御することは、コントローラ(例えば、コントローラ150)を操作することを含むことができる。
【0068】
方法1300は、動作ブロック1350に進むことができ、装置1200は、例えば、決定された訓練運動を実行するために眼の手術のためにレーザを操作することができる。眼の手術のためにレーザを操作することは、1つ以上のレーザを使用して、ロボットアセンブリの眼の一部(例えば、眼506)を再成形することを含むことができる。幾つかの態様では、レーザを操作することは、決定された訓練運動のために眼が所望の位置にあることを決定することを含むことができる。
【0069】
幾つかの実装形態では、方法1300は、これに加えて又は代えて、例えば、装置1200が例えばロボットアセンブリを動作させて、視線追跡検証、治療角度検証、画面較正、実験室開発、波面測定、眼の測定、網膜治療、シミュレートされた眼の手術などを実行することを伴うことができる。幾つかの態様では、視線追跡検証は、レーザを使用して眼506の焦点を決定することを含むことができる。幾つかの態様では、アイホルダ(例えば、アイホルダ502)は、ホルダ502内の眼506の深さ制御を有利に行うことができる。例えば、アイホルダ502は、ホルダ502内の眼506の位置の修正を可能にすることができる。幾つかの態様では、方法1300は、治療後レビュー又は運動後レビューを実行することを含むことができ、訓練運動の結果を測定及び分析することができる。
【0070】
視線追跡及び/又は視線追跡検証は、オンボードカメラを使用して、1つ以上の眼506の位置を追跡することを含むことができる。視線追跡データは、データを解釈し、1つ以上の眼506の位置を決定するために、人工知能(AI)フィードバックループ(例えば、ニューラルネットワーク875)に入力されてもよい。幾つかの態様では、レーザをアイホルダ502内に配置して、アイホルダ502内に配置された1つ以上の眼506の焦点又は視線をシミュレートすることができる。1つ以上のミラーは、レーザビームを反射し、1つ以上の眼506の動きの角度を表すように配置されてもよい。所望の場所のターゲットは、人又は動物が見ているべき場所に対して選択することができる。眼506が正しい位置に移動すると、レーザビームは、ミラーで反射され、所望の位置でターゲットに当たる。位置は記録されてもよく、X軸及びY軸の座標はメモリに記憶されてもよい。
【0071】
方法1300及び/又はその一部を実行することにより、眼科手術のための現実的で現実的なシミュレーション及び訓練医師の改善を可能にすることができる。例えば、ロボットアセンブリ110の設定及び/又はモードは、人又は動物の動的なリアルタイムの現実的な眼の動きをシミュレートすることができる(例えば、指向性注視モード、フラッタ、ジッタモード、人モードなど)。
【0072】
本明細書に記載の主題の1つ以上の態様又は特徴は、デジタル電子回路、集積回路、特別に設計された特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、及び/又はそれらの組み合わせで実現することができる。これらの様々な態様又は特徴は、記憶システム、少なくとも1つの入力デバイス、及び少なくとも1つの出力デバイスからデータ及び命令を受信し、それらにデータ及び命令を送信するように結合される、専用又は汎用であり得る少なくとも1つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能及び/又は解釈可能な1つ以上のコンピュータプログラムでの実装形態を含むことができる。プログラマブルシステム又はコンピューティングシステムは、クライアント及びサーバを含むことができる。クライアント及びサーバは、一般に、互いに遠隔にあり、通常、通信ネットワークを介して対話する。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行され、互いにクライアント-サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。
【0073】
プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、アプリケーション、コンポーネント、又はコードとも呼ばれ得るこれらのコンピュータプログラムは、プログラマブルプロセッサ用の機械命令を含み、高レベルの手続き型及び/又はオブジェクト指向プログラミング言語、及び/又はアセンブリ/機械言語で実装することができる。本明細書で使用される「機械可読媒体」という用語は、機械命令を機械可読信号として受信する機械可読媒体を含めて、機械命令及び/又はデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される、例えば磁気ディスク、光ディスク、メモリ、及びプログラマブルロジックデバイス(PLD)などの任意のコンピュータプログラム製品、装置、及び/又はデバイスを指す。「機械可読信号」という用語は、機械命令及び/又はデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の信号を指す。機械可読媒体は、例えば非一時的ソリッドステートメモリ又は磁気ハードドライブ又は任意の同等の記憶媒体のように、そのような機械命令を非一時的に記憶することができる。機械可読媒体は、これに代えて又は加えて、例えば1つ以上の物理プロセッサコアに関連するプロセッサキャッシュ又は他のランダムアクセスメモリのように、そのような機械命令を一時的に記憶することができる。
【0074】
ユーザとの対話を提供するために、本明細書に記載の主題の1つ以上の態様又は特徴は、例えば、ユーザに情報を表示するための陰極線管(CRT)又は液晶ディスプレイ(LCD)又は発光ダイオード(LED)モニタなどのディスプレイデバイスと、ユーザがコンピュータに入力を提供することができる、例えばジョイスティック、タッチスクリーン、音声コマンドプロセッサ、マウス又はトラックボールなどのキーボード及びポインティングデバイスとを有するコンピュータ上に実装することができる。他の種類のデバイスを使用して、ユーザとの対話を提供することもできる。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば視覚フィードバック、聴覚フィードバック、触覚フィードバック、データフィードバック、デジタルフィードバック、仮想フィードバックなどの任意の形態の感覚フィードバックであってもよく、また、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力、触覚入力などを含む任意の形態で受信することができる。他の可能な入力デバイスとしては、タッチスクリーン又はシングルポイント又はマルチポイントの抵抗性又は容量性トラックパッド、音声認識ハードウェア、ソフトウェア、計算回路、光学スキャナ、光学ポインタ、デジタル画像捕捉デバイス及び関連する解釈ソフトウェアなどの他のタッチ感知装置が挙げられる。
【0075】
本明細書に記載の主題は、所望の構成に応じて、システム、装置、方法、及び/又は物品で具現化することができる。前述の説明に記載された実装形態は、本明細書に記載された主題と一致する全ての実装形態を表すものではない。代わりに、それらの実装形態は、記載された主題に関連する態様と一致する幾つかの例にすぎない。幾つかの変形例を上記で詳細に説明したが、他の修正又は追加も可能である。特に、本明細書に記載のものに加えて、更なる特徴及び/又は変形を提供することができる。例えば、前述した実装形態は、開示された特徴の様々な組み合わせ及び部分的組み合わせ、並びに/又は前述した幾つかの更なる特徴の組み合わせ及び部分的組み合わせを対象とすることができる。
【0076】
上記の説明及び特許請求の範囲において、「~のうちの少なくとも1つ」又は「~のうちの1つ以上」などの語句が出現し、その後に連言的な要素又は特徴のリストが続く場合がある。「及び/又は」という用語も2つ以上の要素又は特徴のリストに出現し得る。それが使用される文脈によって暗黙的又は明示的に矛盾しない限り、そのような語句は、列挙された要素又は特徴のいずれかを個別に、又は列挙された要素又は特徴のいずれかを他の列挙された要素又は特徴のいずれかと組み合わせて意味することを意図している。例えば、句「A及びBのうちの少なくとも1つ」、「A及びBのうちの1つ以上」及び「A及び/又はB」はそれぞれ、「A単独、B単独、又は、AとBを一緒に」を意味することを意図している。3つ以上の項目を含むリストについても同様の解釈が意図される。例えば、語句「A、B、及びCのうちの少なくとも1つ」、「A、B、及びCのうちの1つ以上」、及び、「A、B、及び/又はC」はそれぞれ、「A単独、B単独、C単独、AとB、AとC、BとC、又は、AとBとC」を意味することが意図される。上記及び特許請求の範囲における「に基づいて」という用語の使用は、列挙されていない特徴又は要素も許容されるように、「少なくとも部分的に基づいて」を意味することを意図している。
【0077】
図示された方法は単なる例示である。方法は特定の動作フローを有するものとして示されているが、2つ以上の動作を組み合わせて単一の動作にすることができ、単一の動作を2つ以上の別々の動作で実行することができ、示されている動作のうちの1つ以上が様々な実装形態に存在しなくてもよく、及び/又は示されていない追加の動作が方法の一部であってもよい。更に、添付図面に示される、及び/又は本明細書に記載される論理フローは、望ましい結果を達成するために、示されている特定の順序、又は連続した順序を必ずしも必要としない。他の実装形態は、以下の特許請求の範囲内であり得る。
【国際調査報告】