JP2017099918A - ハウジングから延びる切断アクセサリ及びハウジングに対する切断アクセサリの位置を確立するアクチュエータを備える手術器具 - Google Patents

ハウジングから延びる切断アクセサリ及びハウジングに対する切断アクセサリの位置を確立するアクチュエータを備える手術器具 Download PDF

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Abstract

【課題】医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。
【解決手段】医療施術の間、組織を処置する器具が、手持ち部分及び作業部分２０２を備える。手持ち部分は、ユーザにより手動で支持されて移動され、作業部分は、手持ち部分に可動に連結する。トラッキング装置１１４が器具をトラッキングするように手持ち部分に取り付けられる。トラッキング装置は、作業部分を境界１０６内又は境界外に保つように使用される制御システム１２０と通信状態にある。複数のアクチュエータが作業部分に作動的に連結する。制御システムは、医療施術中、作業部分と境界の間の所望の関係を維持するように、手持ち部分に対して作業部分を移動させるようにアクチュエータに指示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、包括的に、手持ち手術器具、手持ち手術器具をトラッキング及び制御するシ
ステム及び使用方法に関する。トラッキング及び制御システムは、境界に対して器具の作
業部分を望ましい関係に保持するのに使用される。システムは、アクセサリが、医療／外
科施術の間、組織に適用されるときに、器具と一体の切断アクセサリの位置を制御するも
のである。
［関連出願の相互参照］
本特許出願は、双方が引用することにより本明細書の一部をなす２０１１年９月２日に
出願された米国仮特許出願第６１／５３０６１４号及び２０１２年６月２０日に出願され
た米国仮特許出願第６１／６６２０７０号の優先権及び全ての利益を主張するものである
。
トラッキングシステム（ナビゲーションシステムとしても知られる）は、器具の正確な
配置が要求される手術の間、外科医を補助するものである。このような手術は、神経外科
手術及び整形外科手術を含んでいる。トラッキングシステムは、施術の間、器具の位置及
び方位をトラッキングし、しばしば、患者の術前画像又は術中画像（術前画像は、典型的
に、ＭＲＩ又はＣＴスキャンにより準備され、一方、術中画像は、蛍光透視装置、低レベ
ルＸ線又は任意の同様の装置を用いて準備される）ともに、モニタに器具の位置及び／又
は方位を表示している。代替的に、幾つかのシステムは、患者の解剖学的構造が代わりに
登録され、解剖学的モデルに数学的に当てはめられた画像無しのものである。
従来技術のトラッキングシステムは、典型的には、器具に配置されたトラッキング装置
を検出するカメラを採用している。トラッキング装置は、器具の位置及び方位を決定する
ように発光ダイオード（ＬＥＤ）等の複数の光学マーカを有している。器具の位置は、通
常、カメラに対する三次元空間における器具の作業端部の座標、すなわちｘ、ｙ、ｚ又は
デカルト座標と相関している。器具の方位は、器具のピッチ、ロール及びヨーを意味する
。器具の位置及び方位の両方が定義されると、その器具の相対位置がトラッキングシステ
ムに既知となる。
整形外科手術は、切断治具を適切に配置及び位置決めすることを助けるように、しばら
く前から、トラッキングシステムを使用している。切断治具は、置換移植片を収めるよう
に関節を準備する目的で骨を切断するのに使用される。切断治具を配置及び固定するのに
要する時間は、関節置換外科施術を行うのに必要な全体の時間をかなり増加させる可能性
がある。切断治具は、正確に配置されなければならないことが理解されるべきである。切
断治具の不正確な配置は、理想に満たない外科的結果の一因となる可能性がある。結果と
して、切断治具の使用を排除する動きがある。その代わり、外科医は、器具の切断部分が
既定の境界を越えて逸れないことを確実にするように、器具のトラッキングのみに依存す
ることになる。
このようなトラッキングシステムでは、トラッキングシステムが、器具及び骨等の切断
される物質の位置及び方位の両方をトラッキングできるように、器具及び切断される物質
の両方がトラッカを装備している。器具は、移動に対する何らかの形態の機械的制約を提
供するロボット又は他の関節機構により保持される。この制約は、器具の移動を既定の境
界内に制限するものである。器具が既定の境界を越えて逸れた場合には、切断を停止する
ように器具に制御が送信される。このようなシステムは、Ｇｌａｓｓｍａｎ他への米国特
許第５，４０８，４０９号に示されている。
従来技術では、器具の端部の切断用具が適用される位置を確立するように、切断治具、
ガイドアーム又は他の制約機構を用いずに、器具をフリーハンドで使用することが提案さ
れてきた。例えば、Ｂｒｉｓｓｏｎ他への米国特許第６，７５７，５８２号参照。
本発明は、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。該器具は、ユーザにより手
動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動
可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前
記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラ
ッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっ
ている。駆動機構は、前記作業部分に連結され、前記作業部分を回転軸の回りで回転させ
るようになっている。前記駆動機構は、前記手持ち部分に対して少なくとも１つの自由度
で移動するようになっている。
本発明はまた、この段落内に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を
提供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えてい
る。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結され、遠位側チップを含んでいる。複
数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部
分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持
ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。前記作業部分の前
記遠位側チップは、前記複数の自由度のそれぞれで少なくとも０．２インチ（０．５０８
ｃｍ）の総変位が可能である。
本発明はまた、医療施術の間、手持ち部分、作業部分、前記作業部分を前記手持ち部分
に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、前記手持ち部分に対する前記
作業部分の位置を検知する複数のセンサ及び器具を制御する制御システムを備える前記器
具を用いて組織を処置する方法を提供する。
該方法は、前記医療施術の間、患者の前記組織を前記作業部分で処置するように、前記手
持ち部分を手動で支持するとともに移動させるステップと、前記制御システムが、前記手
持ち部分に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、前記医療施術の間、前記組織と関
連する仮想境界に対する所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複数
の自由度のうちの１つ又は複数で前記作業部分が移動するときに、前記ホーム位置からの
前記作業部分の逸脱をトラッキングするように、前記制御システムを操作するステップと
、を含む。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、器具を用いて組織を処置
する方法を提供する。前記器具は、手持ち部分、作業部分、前記作業部分を前記手持ち部
分に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、前記手持ち部分に対する前
記作業部分の位置を検知する複数のセンサ及び該器具を制御する制御システムを有してい
る。
前記方法は、前記医療施術の間、患者の前記組織を前記作業部分で処置するように、前記
手持ち部分を手動で把持するとともに移動させるステップと、前記制御システムが、前記
手持ち部分に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、前記医療施術の間、前記組織と
関連する仮想境界に対する所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複
数の自由度のうちの１つ又は複数で前記作業部分が移動するときに、前記ホーム位置から
の前記作業部分の逸脱をトラッキングするように、前記制御システムを操作するステップ
と、を含む。前記制御システムは、前記逸脱に基づいて前記作業部分の切断速度を制御し
ている。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提
供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている
。駆動アセンブリは、前記手持ち部分に移動可能に連結され、前記作業部分を支持してい
る。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手
持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前
記手持ち部分に取り付けられており、前記医療施術の間、前記器具をトラッキングするよ
うになっている。前記駆動アセンブリは、前記アクチュエータのうちの１つを支持し、前
記手持ち部分に対して少なくとも１つの自由度で前記アクチュエータのうちの少なくとも
別の１つにより移動可能である。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提
供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている
。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、
前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度
で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、
該器具をトラッキングするようになっている。調整機構は、前記アクチュエータと前記作
業部分との間に配置され、前記アクチュエータから前記作業部分に運動を伝達するように
なっている。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提
供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている
。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、
前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度
で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられて
おり、前記医療施術の間、該器具をトラッキングするようになっている。ジンバルは、前
記手持ち部分に対して前記自由度のうちの少なくとも２つでの前記作業部分の移動を支持
している。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提
供する。該器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。
作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前
記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で
移動させるようになっている。駆動モータは、前記手持ち部分により支持され、前記作業
部分に連結して切断軸の回りで前記作業部分を回転させる駆動シャフトを含んでいる。ト
ラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられており、前記医療施術の間、該器具を
トラッキングするようになっている。前記アクチュエータのうちの１つは、内部に前記駆
動シャフトを回転可能に収める中空ロータを有するモータを有し、それにより、前記駆動
モータの前記駆動シャフトが、前記作業部分を回転可能に駆動するように、前記中空ロー
タ内で、前記中空ロータに対して回転している。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提
供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分と、前記手持
ち部分に移動可能に連結される切断アクセサリと、前記切断アクセサリに作動的に連結し
、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチ
ュエータであって、軸に沿って前記切断アクセサリを並進させる軸アクチュエータを含む
複数のアクチュエータと、切断軸の回りで前記切断アクセサリを回転させる駆動軸を有す
る駆動モータと、前記手持ち部分に取り付けられ、前記医療施術の間、該器具をトラッキ
ングするトラッキング装置と、前記駆動シャフトの回転の際に、前記切断軸の回りで前記
切断アクセサリが回転するように、前記駆動シャフトを前記切断アクセサリに回転可能に
連結させるコレットアセンブリであって、前記軸アクチュエータの既定の作動限界を越え
る作動に応じて、前記切断アクセサリを解放するように構成されるコレットアセンブリと
、を備えている。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提
供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている
。回転する切断アクセサリは、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアク
チュエータは、前記切断アクセサリに作動的に連結され、前記回転する切断アクセサリを
前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置
は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。スリ
ーブは、前記切断アクセサリを少なくとも部分的に覆い、前記複数の自由度のそれぞれで
前記切断アクセサリとともに移動するようになっている。前記切断アクセサリは、前記医
療施術の間、前記スリーブ内で回転するよう構成されている。
本発明はまた、医療施術の間、組織を処置するシステムを提供する。該システムは、ユ
ーザにより手動で支持されて移動されるように構成された器具を備えている。前記器具は
、手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。
複数のアクチュエータは、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち
部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手
持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。該システムは、
処置される前記組織と関連する仮想境界に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲー
ションシステムを備えている。制御システムは、前記アクチュエータと通信状態にあり、
前記作業部分が前記手持ち部分の移動と独立に前記境界に実質的に維持されるように、前
記ユーザが前記手持ち部分を前記境界に対して移動させる間に、前記作業部分を前記境界
に能動的に位置させるべく前記アクチュエータを制御するように構成されている。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置するシステム
を提供する。器具は、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成されている。
前記器具は、手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結さ
れている。複数のアクチュエータは、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を
前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置
は、前記手持ち部分に取り付けられ、前記器具をトラッキングする当該システムは、除去
される前記組織の目標体積に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲーションシステ
ムを備えている。制御システムは前記アクチュエータと通信状態にあり、前記医療施術の
間、前記ユーザが前記目標体積に対する総体的位置に前記手持ち部分を実質的に維持する
間に、物質の前記目標体積を除去するように前記作業部分が自発的に該制御システムに規
定された経路をたどるように、前記作業部分を前記手持ち部分に対して移動させるべく前
記アクチュエータを制御するように構成されている。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置するシステム
を提供する。前記システムは、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成され
た器具を備えている。前記器具は、手持ち部分、前記手持ち部分に移動可能に連結される
作業部分、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複
数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、及び、前記手持ち部分に取り付けられ、
前記器具をトラッキングするトラッキング装置を備えている。前記システムは、処置され
る前記組織と関連する仮想境界に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲーションシ
ステムを備えている。ディスプレイは、前記ナビゲーションシステムと通信状態にあり、
前記仮想境界に対する前記作業部分の前記位置を表示するようになっている。制御システ
ムは、前記作業部分を前記手持ち部分に対して移動させるべく前記アクチュエータを制御
するように前記アクチュエータと通信状態にある。前記制御システムは、前記手持ち部分
に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、前記医療施術の間、前記仮想境界に対する
所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複数の自由度のうちの１つ又
は複数で前記作業部分が移動するとき、前記ホーム位置からの前記作業部分の逸脱をトラ
ッキングするように構成されている。前記ディスプレイが、前記ホーム位置に対する前記
作業部分の前記逸脱を表示している。
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置するシステム
を提供する。前記システムは、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成され
た器具を備えている。前記器具は、手持ち部分、前記手持ち部分に移動可能に連結される
作業部分、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複
数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、及び、前記手持ち部分に取り付けられ、
該器具をトラッキングするトラッキング装置を備える前記システムは、処置される前記組
織と関連する仮想境界に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲーションシステムを
備えている。ディスプレイは、前記ナビゲーションシステムと通信状態にあり、前記仮想
境界に対する前記作業部分の前記位置を表示している。制御システムは、前記作業部分を
前記手持ち部分に対して移動させるべく前記アクチュエータを制御するように前記アクチ
ュエータと通信状態にある。前記制御システムは、前記作業部分が前記仮想境界に接近す
るにつれ、前記ディスプレイの解像度を変化させるべく前記ディスプレイを制御するよう
に構成されている。
本発明はまた、患者の脊椎に脊椎固定術を行う方法を提供する。
前記方法は、前記患者の脊椎と関連する仮想境界を確立するステップと、前記患者の脊椎
への皮膚を通るアクセスを提供するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持
ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、
及び、トラッキング装置を有する器具を手動で保持するステップと、前記仮想境界に対す
る前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように前記器具のトラッキング及び制御
システムを操作するステップと、前記皮膚の切開部を通して前記切断アクセサリを移動さ
せるステップと、前記患者の脊椎から物質を切断して除去するステップであって、前記ト
ラッキング及び制御システムは、切断中に前記切断アクセサリが前記境界に対する所望の
関係に実質的に維持されるように、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動さ
せるように前記アクチュエータを制御する、切断して除去するステップと、前記患者の脊
椎から物質を切断して除去した後に、前記患者の脊椎に移植片を取り付けるステップと、
を含んでいる。
本発明はまた、患者の臀部に対する施術を行う方法を提供する。
前記方法は、前記患者の大腿骨骨頭と関連する仮想境界を確立するステップであって、前
記仮想境界が、前記患者の前記大腿骨骨頭と寛骨臼との間にカムインピンジメントを生じ
る物質の体積を画定する、確立するステップと、前記患者の前記大腿骨骨頭に皮膚を通る
アクセスを提供するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して
複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキ
ング装置を有する器具を手動で保持するステップと、トラッキング及び制御システムが前
記仮想境界に対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように、前記器具の前
記トラッキング及び制御システムを操作するステップと、前記皮膚の切開部を通して前記
大腿骨骨頭に前記切断アクセサリを移動させるステップと、前記寛骨臼とのカムインピン
ジメントを緩和するように該インピンジメントを生じる前記大腿骨骨頭から物質の前記体
積を切断して除去するステップと、を含んでいる。切断中に、前記画定された物質の体積
を除去するように、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係に実質的に維
持され、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記トラッキン
グ及び制御システムが前記アクチュエータを制御する。
本発明はまた、患者の膝に対する施術を行う方法を提供する。
前記方法は、前記患者の前記大腿骨及び頸骨と関連する仮想境界を確立するステップであ
って、前記仮想境界が、グラフトを収めるように前記大腿骨及び頸骨から除去されるべき
物質の体積を画定する、確立するステップと、前記患者の前記大腿骨又は頸骨へのアクセ
スを提供するように、前記患者の皮膚を通るアクセス通路を形成するステップと、手持ち
部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移
動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキング装置を有する器具を手動で保持する
ステップと、トラッキング及び制御システムが前記仮想境界に対する前記切断アクセサリ
の移動をトラッキングするように、前記器具の前記トラッキング及び制御システムを操作
するステップと、前記アクセス通路を通して前記大腿骨又は頸骨に前記切断アクセサリを
移動させるステップと、前記大腿骨及び前記頸骨から物質の前記体積を切断して除去する
ステップであって、前記切断が大腿骨通路又は頸骨通路を形成するように前記大腿骨又は
頸骨のうちの一方を通って最初に生じ、前記大腿骨又は頸骨に配置された前記切断アクセ
サリでの切断が前記大腿骨又は頸骨通路の他方を形成するように前記大腿骨又は頸骨の他
方で次に生じ、前記頸骨又は前記大腿骨における切断中に、前記画定された物質の体積を
除去するように、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係に実質的に維持
されるように、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記トラ
ッキング及び制御システムが前記アクチュエータを制御する切断して除去するステップと
、前記頸骨通路及び前記大腿骨通路にグラフトを配置するステップとを含んでいる。
本発明はまた、患者の軟骨の局所欠損を修復する方法を提供する。
前記方法は、前記患者の前記軟骨の前記局所欠損と関連する仮想境界を確立するステップ
であって、前記仮想境界が、前記局所欠損の周囲の除去されるべき物質の体積を画定する
、確立するステップと、前記局所欠損へのアクセスを提供するように、前記患者の皮膚を
通るアクセス通路を形成するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分
に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、
トラッキング装置を有する器具を手動で保持するステップと、トラッキング及び制御シス
テムが前記仮想境界に対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように、前記
器具の前記トラッキング及び制御システムを操作するステップと、前記アクセス通路を通
して前記局所欠損に前記切断アクセサリを移動させるステップと、前記局所欠損を取り囲
む物質の前記体積を切断して除去するステップとを含んでいる。切断中に、前記画定され
た物質の体積を除去するように、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係
に実質的に維持され、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前
記制御システムが前記アクチュエータを制御する。
本発明はまた、移植片を収めるように骨を準備する方法を提供する。
前記方法は、前記患者の前記骨と関連する仮想境界を確立するステップであって、前記仮
想境界が、移植片を収めるように成形された移植ポケットを形成するように除去されるべ
き骨の体積を画定する、確立するステップと、除去すべき骨の前記体積へのアクセスを提
供するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して複数の自由度
で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキング装置を有
する器具を手動で保持するステップと、トラッキング及び制御システムが前記仮想境界に
対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように、前記器具の前記トラッキン
グ及び制御システムを操作するステップと、除去されるべき骨の前記体積に前記切断アク
セサリを移動させるステップと、前記移植片ポケットを形成するように骨の前記体積を切
断して除去するステップとを含む。切断中に、前記画定された骨の体積を除去するように
、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係に実質的に維持され、前記手持
ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記トラッキング及び制御システ
ムが前記アクチュエータを制御する。
前記方法は、前記移植片を前記移植片ポケットに配置するとともに、前記移植片ポケット
の所定の位置に前記移植片を固定するステップを含んでいる。
有利なことに、本発明は、器具のアクチュエータが、手持ち部分に対して複数の自由度
で作業部分を配置する間、オペレータが容易に器具を操作することを有益に可能にする器
具のコンパクトなデザインを提供する。また、このコンパクトなデザインは、施術される
組織との視覚的な干渉を軽減するものである。このコンパクトなデザインは、手持ち部分
をユーザの手で保持及び支持されるサイズ及び形状にすることを可能にしている。
本発明は、また、仮想境界に対する器具の作業部分の相対的位置を示すフィードバック
をオペレータに有利に提供する。オペレータは、ホーム位置からの逸脱及び／又は作業部
分の速度の低下を観測することにより、仮想境界に対する作業部分の位置を決定すること
ができる。作業部分の速度の低下は、仮想境界に対する作業部分の位置の視覚的及び／又
は聴覚的な指示を提供することができる。ディスプレイもまた、作業部分の位置に関する
フィードバックを提供する。
制御システムは、器具を多様なモードで操作し、多様な施術を行う能力を提供する。例
えば、器具は、能動モード、受動モード又は自発モードで動作することが可能である。制
御システムは、例えば、手持ち部分に対して複数の自由度で作業部分を配置し、仮想境界
に対する所望の関係を維持するようにアクチュエータを制御している。
器具で行うことができる多様な施術は、例えば、スカルプティング、シェービング、コ
アリング、穴開け又は骨等の組織を除去する任意の他の方法を含む。器具は、脊椎、膝、
臀部の組織除去又は他の施術に使用することができる。これらの施術は、開腹術（ｏｐｅ
ｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）又は低侵襲施術であってもよい。
本発明の利点は、添付図面とともに考慮したときに、以下の詳細な説明を参照すること
で本発明がより良く理解され、容易に理解されることになる。
本発明のトラッキング及び制御システムの概略図である。 作業境界の説明図である。 図１のトラッキング及び制御システムで使用される手術器具の斜視図である。 手術器具の正面図である。 手術器具の上面図である。 手術器具の右側面図である。 保護カバー、ディスプレイ及びカバーが除去された図２の手術器具の上方斜視図である。 図６からの手術器具の正面図である。 図７からの手術器具を通して取られた断面図である。 図６の手術器具の上部アセンブリの上方斜視図である。 上部アセンブリの斜視図である。 上部アセンブリの正面図である。 上部アセンブリの上面図である。 上部アセンブリの底面図である。 上部アセンブリの左側面図である。 上部アセンブリの右側面図である。 図１２の１６−１６線に沿って取られた断面図である。 上部アセンブリの分解図である。 図１２の１７Ａ−１７Ａ線に概略沿って取られた上部アセンブリの断面図である。 図１１の１７Ｂ−１７Ｂ線に概略沿って取られた上部アセンブリの断面図である。 上部アセンブリの端部エフェクタの異なるピッチ位置を示す上部アセンブリの背面図である。 上部アセンブリの端部エフェクタの異なるピッチ位置を示す上部アセンブリの背面図である。 上部アセンブリの端部エフェクタの異なるピッチ位置を示す上部アセンブリの背面図である。 端部エフェクタの異なるヨー位置を示す上部アセンブリの上面図である。 端部エフェクタの異なるヨー位置を示す上部アセンブリの上面図である。 端部エフェクタの異なるヨー位置を示す上部アセンブリの上面図である。 端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。 端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。 端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。 端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。 図６の手術器具のハンドルアセンブリの上方斜視図である。 ハンドルアセンブリの右前方斜視図である。 ハンドルアセンブリの正面図である。 ハンドルアセンブリの上面図である。 ハンドルアセンブリの底面図である。 ハンドルアセンブリの左側面図である。 ハンドルアセンブリの右側面図である。 図３１の３５−３５線に沿って取られた断面図である。 ハンドルアセンブリに対するスライダサブアセンブリのスライドする構成を示す断面図である。 ナット及び送りネジ（ｌｅａｄ ｓｃｒｅｗ）を示すようにハンドルの部分が切り取られた器具の部分後方斜視図である。 ハンドルアセンブリの分解斜視図である。 上部アセンブリを駆動するリニアナットの異なるｚ軸位置を示すハンドルアセンブリの上面図である。 上部アセンブリを駆動するリニアナットの異なるｚ軸位置を示すハンドルアセンブリの上面図である。 上部アセンブリを駆動するリニアナットの異なるｚ軸位置を示すハンドルアセンブリの上面図である。 上部アセンブリのスライダサブアセンブリの上方斜視図である。 スライダサブアセンブリの後方斜視図である。 スライダサブアセンブリの分解斜視図である。 スライダサブアセンブリの下方斜視図である。 スライダサブアセンブリの上面図である。 図４３Ａの４４−４４線に沿って取られたスライダサブアセンブリの断面図である。 図４３Ａの４５−４５線に沿って取られたスライダサブアセンブリの断面図である。 配線経路を示すように一部が除去されたハンドルアセンブリの上方斜視図である。 一部が除去されたハンドルアセンブリの上面図である。 一部が除去されたハンドルアセンブリの右側面図である。 追加的な配線経路を示す図４７の４９−４９線に沿って取られた斜視断面図である。 追加的な配線経路を示す図４７の４９−４９線に沿って取られた斜視断面図である。 ナビゲーションブラケット、駆動エンクロージャ及びこれに取り付けられた配線分別具を有するハンドルアセンブリの斜視図である。 図５１の５２−５２線に沿って取られた断面図である。 配線分別具の分解斜視図である。 フェルールの斜視図である。 モータコントローラが収容されるシェルの内容物の分解斜視図である。 ナビゲーションブラケットの分解図である。 端部エフェクタの動作範囲を示す器具の上前方斜視図である。 端部エフェクタの断面図である。 システムの初期化ステップを示すフローチャートである。 システムの使用の間に実行される動作ステップを示すフローチャートである。 作業境界の表面モデルの斜視図である。 作業境界の体積モデルの斜視図である。 作業境界外のバーヘッドを示す説明図である。 作業境界にあるバーヘッドを示す説明図である。 バーの偏位についてのバーの速度プロファイルを示すチャートである。 骨の切削（ｂｏｎｅ ｓｃｕｌｐｔｉｎｇ）に使用する本発明の用途の説明図である。 骨の穴開け（ｂｏｎｅ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）に使用する本発明の用途の説明図である。 目標設定／整列に使用する本発明の用途の説明図である。 目標設定／整列に使用する本発明の用途の説明図である。 目標設定／整列に使用する本発明の用途の説明図である。 器具に配位されると考えられるディスプレイの説明図である。 組織又は神経回避に使用する本発明の用途の説明図である。 深さ制御に使用する本発明の用途の説明図である。 移植片成形に使用する本発明の用途の説明図である。 近位側アセンブリ及び遠位側アセンブリを備える器具のペンシルグリップ実施形態の斜視図である。 図７２の器具の別の斜視図である。 図７２の器具の一部の分解図である。 種々のピッチ位置にある図７２の器具の断面図である。 種々のピッチ位置にある図７２の器具の断面図である。 種々のピッチ位置にある図７２の器具の断面図である。 図７２の器具の一部の断面図である。 図７２の器具の別の部分の断面図である。 図７２の器具の遠位側部分の斜視図である。 遠位側部分の分解斜視図である。 ノーズチューブの斜視図である。 コレットアセンブリの断面図である。 コレットアセンブリの別の断面図である。 コレットアセンブリの分解斜視図である。 カラーとコレットアセンブリとの間のシャフトの部分分解斜視図である。 ｚ軸に沿う種々の位置における器具の断面図である。 ｚ軸に沿う種々の位置における器具の断面図である。 ｚ軸に沿う種々の位置における器具の断面図である。 切断アセンブリが、ノーズチューブの更なる収縮で除去されることができるように、シャフトが配置された器具の一部の断面図である。 解放位置にあるコレットアセンブリを有する器具の一部の断面図である。 ノーズチューブの断面図である。 送りネジの斜視図である。 送りネジの断面図である。 反発防止装置を含むノーズチューブの実施形態の断面図である。 反発防止装置の別の断面図である。 ジンバルを含む図７２の器具の一部の断面図である。 調整アセンブリの断面図である。 調整アセンブリの斜視図である。 調整アセンブリの別の斜視図である。 調整アセンブリの断面図である。 調整アセンブリの別の断面図である。 調整アセンブリの一部の斜視図である。 調整アセンブリのキャリッジ及び接続部材の斜視図である。 キャリッジの断面図である。 接続部材の斜視図である。 反発防止装置を含む調整アセンブリの別の実施形態の斜視図である。 図１０５の調整アセンブリの一部の斜視図である。 目標レチクル、深さ記号、深さ記号から延びる延長部、許容円及び方位記号を含む表示画面の図である。 目標レチクル、深さ記号、深さ記号から延びる延長部、許容円、方位記号及び並進記号を含む表示画面の図である。 目標レチクル、深さ記号、深さ記号から延びる延長部及び方位記号を含む表示画面の図である。 目標レチクル、深さ記号、許容バー及び並進記号を含む表示画面の図である。 目標レチクル、深さ記号及び並進記号を含む表示画面の図である。 外科的固定術を実行するステップを示す図である。 外科的固定術を実行するステップを示す図である。 外科的固定術を実行するステップを示す図である。 外科的固定術を実行するステップを示す図である。 大腿骨骨頭及び寛骨臼の間のインピンジメントを軽減するステップを示す図である。 大腿骨骨頭及び寛骨臼の間のインピンジメントを軽減するステップを示す図である。 大腿骨及び頸骨に形成された通路を通して配置されたグラフトを用いた前十字靭帯再建術を示す図である。 局所軟骨欠損修復術のステップを示す図である。 局所軟骨欠損修復術のステップを示す図である。 頭蓋移植片を収める骨へのポケットの形成を示す図である。
Ｉ．概観
図１を参照すると、トラッキング及び制御システム１００が示されている。トラッキン
グ及び制御システム１００は、器具２００に取り付けられた切断アクセサリ２０２の遠位
側端チップ２０４を既定の境界に対して所望の関係に保つように器具２００をトラッキン
グするものである。（ここで、「遠位側」は、器具２００を保持する医師から離れて、器
具が適用される組織に向かうことを意味する。「近位側」は、医師に向かって、器具が適
用される組織から離れることを意味する。）トラッキング及び制御システム１００は、器
具２００の基準点に対して切断アクセサリチップ２０４の位置を制御するものである。こ
の制御は、切断アクセサリ２０２が適用される手術部位における境界に切断アクセサリチ
ップ２０４が突き当たり、又は、これを突破することを防いでいる。
トラッキング及び制御システム１００は、アクセサリ遠位側端チップ２０４を既定の境
界外に保つように使用されることができる。例えば、切除器具のアクティブなチップを体
内の或る特定の領域から遠ざけ、又は、或る特定の体の部位から遠ざけておくことが望ま
しい場合がある。また、切断の深さを制御することが望ましい場合がある。この観点から
、システム１００は、これらの領域又は体の部位を避けるようにアクセサリ遠位側端チッ
プ２０４の位置を制御している。
図示の手術器具２００は、動力付きの手術用ハンドピースである。器具２００は、作業
部分、例えば、切断アクセサリ２０２に連結される、例えば、図８、図１６及び図５７で
参照される駆動機構２０１を備えている。切断アクセサリ２０２は、例えば、バー、ドリ
ルビット等を回転させるいくつかの実施形態では、駆動機構２０１は、作業部分を回転軸
Ｒの回りで回転させるようになっている。器具２００に関して更に以下に述べるように、
回転軸Ｒは、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して、ピッチ方向、ヨ
ー方向及びＺ軸に沿って移動するようになっている。駆動機構２０１は、モータ２０６を
有し、モータ２０６から作業部分、すなわち、切断アクセサリ２０２に回転を伝達する他
のベアリング、ロッド等を有することができる。
図１６の断面で見られる連結アセンブリ２０７は、モータ２０６の前方に位置している
。連結アセンブリ２０７は、器具２００に様々な切断アクセサリ２０２を取り外し可能に
保持している。連結アセンブリ２０７は、また、切断アクセサリ２０２がモータ２０６に
よって作動されることができるように、モータ２０６とアクセサリ２０２の間の機械的リ
ンクを提供している。切断アクセサリ２０２は、患者の組織に医療的／外科的仕事を行う
構成部分である。器具２００により駆動されることが可能な切断アクセサリのタイプは、
のこ歯、シェーバ、ドリルビット及びバーを含んでいる。図１において、図示された切断
アクセサリ２０２は、その遠位側端に骨を除去する球状バーヘッド２０４を有するバーで
ある。
図１６及び図１７を参照して、ノーズチューブとも称されるスリーブ２０９は、切断ア
クセサリ２０２を少なくとも部分的に覆っている。切断アクセサリ２０２は、以下に更に
議論するように、例えば、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進を行うものであり、複数の自
由度で切断アクセサリ２０２が移動するときに、スリーブ２０９とともに移動するように
なっている。軸Ｚは、ｚ軸とも称される。スリーブ２０９は、医療施術の間、回転軸Ｒの
回りで固定状態に保たれ、すなわち、切断アクセサリ２０２は、スリーブ２０９内で回転
するよう構成されている。
トラッキング及び制御システム１００は、他のタイプの手術器具２００をトラッキング
及び制御することができる。これらの器具は、電気エネルギー、光子エネルギー（光）、
ＲＦエネルギー、熱エネルギー等の機械エネルギー以外のエネルギーを出力し、振動する
（振動の形態の機械エネルギーを放出する）動力付きの手術器具を含んでいる。本発明の
手術器具２００は、パワー放出要素さえ有さない場合がある。器具２００は、切断アクセ
サリ２０２として、ポインタ又はリトラクタを含むことができる。代替的に、切断アクセ
サリ２０２は、手動で作動されることができる。手動で作動される切断アクセサリの例は
、鉗子及び絞断器を含んでいる。
図１及び図１Ａに示す切断アクセサリ２０２としてバーを有する器具は、大腿骨１０２
の一部を成形するのに使用するものとして示されている。器具２００は、軟組織を含む他
のタイプの組織の除去に使用することができる。
実施形態が示される図１を続けて参照すると、大腿骨１０２は、バーヘッド２０４によ
り除去されるべき物質の目標体積１０４を有している。目標体積１０４は、作業境界と呼
ばれる境界１０６により画定される。この作業境界１０６は、施術の後に残るべき骨の表
面を画定するものである。システム１００は、バーヘッド２０４が、物質の目標体積１０
４のみを除去し、作業境界１０６を越えないことを確かにするように、器具２００をトラ
ッキング及び制御している。他の実施形態における作業境界は、任意の形状又はサイズに
より規定され、２次元又は３次元形状、線、軌道、表面、直線経路、非直線経路、体積、
平面、孔穴、外形等を含むことができることが理解されるだろう。いくつかの実施形態で
は、作業境界は、器具が超えるべきでない２次元又は３次元境界を規定することができる
。他の実施形態では、作業境界は、それに沿って器具の作業部分が移動すべき線、経路、
軌道又はコースを規定することができる。これらの場合、作業境界は、作業経路、作業軌
道又は作業コースとも称される。
ＩＩ．トラッキング及び制御システム
図１を参照して、トラッキング及び制御システム１００は、ナビゲーションユニット１
０８を含んでいる。ナビゲーションユニットは、大腿骨１０２及び手術器具２００の位置
及び方位をトラッキングするものである。ナビゲーションユニット１０８は、カメラ１１
０を含んでいる。ナビゲーションコンピュータ１１２は、カメラ１１０から信号を受け取
り、処理している。カメラ１１０は、データ接続１０７によりナビゲーションコンピュー
タ１１２に接続されている。データ接続１０７は、高速通信及びアイソクロナスリアルタ
イムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースであるＩＥＥＥ１３９４インタフェ
ースであることができる。データ接続１０７は、個別企業特有のプロトコルを使用するこ
ともできる。
システム１００に組み込むことができる１つのカメラ１１０は、ミシガン州カラマズの
ストライカ・コーポレイションから販売されるＦｌａｓｈＰｏｉｎｔ（商標）６０００カ
メラである。カメラ１１０は、３つの個別の高解像度ＣＣＤカメラ（不図示）を含んでい
る。ＣＣＤカメラは、赤外（ＩＲ）信号を検知するものである。カメラ１１０は、理想的
には、障害物の無い以下に述べるトラッカ１１４，１１６の視野をカメラ１１０に提供す
るように、施術が行われる領域上にカメラ１１０を配置するスタンド（図示せず）に取り
付けられている。トラッカ１１４及び１１６は、それぞれ、トラッキング装置１１４及び
１１６とも称される。
ナビゲーションコンピュータ１１２は、ラップトップコンピュータ等のパーソナルコン
ピュータであることができる。ナビゲーションコンピュータ１１２は、ディスプレイ１１
３、中央処理ユニット（図示せず）、メモリ（図示せず）及び記憶装置（図示せず）を有
している。
ナビゲーションコンピュータ１１２には、ソフトウェアがロードされている。ソフトウ
ェアは、カメラ１１０から受信した信号をトラッカ１１４及び１１６が取り付けられた物
体の位置及び方位を表すデータに変換するものである。同様にナビゲーションコンピュー
タ１１２に関連付けられているのは、マウス又は他の適切なポインタ入力装置及びキーボ
ードである。
カメラ１１０は、データ接続１０７を介してナビゲーションコンピュータ１１２と通信
するようになっている。ナビゲーションコンピュータ１１２は、まず、ナビゲーションユ
ニット１０８をセットアップ及び登録する。ソフトウェアは、グラフィカルユーザインタ
フェース（ＧＵＩ）を提供する。また、ソフトウェアは、作業境界１０６の形状及び配置
も提供する。ナビゲーションコンピュータ１１２は、カメラ１１０から受信するデータを
解析し、器具コントローラ１２０に伝送される対応する位置及び方位データを生成してい
る。
図１を参照すると、例えば、トラッカ１１４及び１１６は、器具２００及び大腿骨１０
２にそれぞれ固定されている。詳細には、トラッカ１１４、すなわち、トラッキング装置
１１４は、後述のように、器具２００をトラッキングするように、器具２００の手持ち部
分に取り付けられている。各トラッカ１１４，１１６は、カメラ１１０に赤外光を伝達す
る３つのＬＥＤ（図示せず）等の発光ダイオードの形態の複数の光学マーカを有している
。いくつかの場合、光学マーカは、光反射器から反射した光を伝達するカメラユニット（
図示せず）とともに使用する３つ以上の光反射器（図示せず）である。他の施術では、追
加のトラッカが他の骨、組織又は体の他の部位、道具又は装備に固定されることができる
。
カメラ１１０から送られた光捕捉信号に基づいて、ナビゲーションコンピュータ１１２
は、カメラに対する各光学マーカの位置、したがって、これらが取り付けられた物体の位
置及び方位を決定する。カメラ１１０、ナビゲーションコンピュータ１１２並びにトラッ
カ１１４，１１６の例は、そこに開示されているカメラ、ナビゲーションコンピュータ及
びトラッカ並びに関連する操作方法及び使用方法を含めて引用することにより本明細書の
一部をなすＭａｌａｃｋｏｗｓｋｉ他への米国特許第７，７２５，１６２号に示されてい
る。
器具コントローラ１２０は、データ接続１２１を介してナビゲーションコンピュータ１
１２と通信するようになっている。データ接続１２１は、高速通信及びアイソクロナスリ
アルタイムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースであるＩＥＥＥ１３９４イン
タフェースであることができる。データ接続１２１は、個別企業特有のプロトコルを使用
することができる。本発明のいくつかの態様では、ナビゲーションコンピュータ１１２及
び器具コントローラ１２０は、単一のユニットであることができることが理解されるべき
である。器具コントローラ１２０は、データ接続１２３により器具２００と通信するよう
になっている。
位置及び方位データ並びに他の下記のデータに基づいて、器具コントローラ１２０は、
大腿骨１０２に対する切断アクセサリ２０２の位置及び方位を決定している。ひいては、
器具コントローラ１２０は、作業境界１０６に対するアクセサリチップ２０４の相対位置
を決定することになる。この決定に基づいて、コントローラ１２０は、必要な場合、以下
に更に述べるように、切断アクセサリを再配置し、器具モータ２０６の速度を低下させて
いる。器具コントローラ１２０は、典型的には、これらの操作を単一の制御ループで実行
している。本発明の多くの態様において、コントローラ１２０は、少なくとも１ｋＨｚの
周波数でこれらの制御を反復して実行している。本発明のいくつかの態様では、コントロ
ーラ１２０は、複数のＣＰＵを有している。コントローラ１２０の構造に依存して、これ
らのＣＰＵは、連続して、及び／又は、パラレルで動作するようになっている。図１では
、器具コントローラ１２０は、パーソナルコンピュータとして表されている。
システム１００は、器具ドライバ１３０を更に含んでいる。器具ドライバ１３０は、モ
ータ２０６を制御するように器具モータ２０６に電力を提供している。電源及びドライバ
１３０内部の制御要素は、そこに開示されている電源及び制御コンソールの制御要素並び
に関連する操作及び使用方法を含めて引用することにより本明細書の一部をなす「CONTRO
L CONSOLE TO WHICH POWERED SURGICAL HANDPIECES ARE CONNECTED, THE CONSOLE CONFIG
URED TO SIMULTANEOUSLY ENERGIZE MORE THAN ONE AND LESS THAT ALL OF THE HANDPIECE
S（電源付き手術ハンドピースが接続された、２つ以上かつ全数未満（正：LESS THAN）の
ハンドピースに同時に加電するように構成された制御コンソール）」という名称の米国特
許第７，４２２，５８２号に記載されている手術器具制御コンソールの電源及び制御コン
ソールと同様であることができる。器具ドライバ１３０は、データ接続１３１を介して器
具コントローラ１２０と通信するようになっている。データ接続１３１は、高速通信及び
アイソクロナスリアルタイムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースであるＩＥ
ＥＥ１３９４インタフェースであることができる。データ接続１３１は、個別企業特有の
プロトコルを使用することができる。他の実施形態では、器具ドライバ１３０は、器具コ
ントローラ１２０に一体化され、又は、器具コントローラ１２０の一部であることができ
ることが理解されるべきである。
図１〜図８を参照すると、例えば、器具２００に取り付けられた手動作動型トリガ２０
８は、器具モータ２０６の作動を統御するように選択的に押されることになる。器具２０
０内に配置されたセンサ（特定されていない）は、トリガ２０８が作動される程度に応じ
て信号を生成している。センサからの出力信号は、データ接続１３３により器具ドライバ
コンソール１３０に送られることになる。このセンサ信号の状態及び下記の他の入力に応
じ、器具ドライバ１３０は、器具モータ２０６に加電信号を印加するようになっている。
ディスプレイ１１３は、大腿骨１０２及び切断アクセサリ２０２の仮想的表示（又は三
次元モデル）を表示している。大腿骨１０２の表示は、大腿骨１０２について撮られた術
前画像に基づいている。このような画像は、典型的には、ＭＲＩ又はＣＴスキャンに基づ
いている。代替的に、蛍光透視装置、低レベルＸ線又は任意の同様の装置を用いた術中画
像も使用されることができる。これらの画像は、トラッキングに用いるようにトラッキン
グ装置１１６に登録される。一旦登録されると、大腿骨１０２の動きは、ディスプレイ１
１３上での対応する画像の動きを生じさせることになる。これは、ディスプレイ１４０２
（下記参照）にも表示されることができる。ディスプレイ１４０２のスクリーンショット
が図６８及び図１０７〜図１１１に示されている。図６８及び図１０７〜図１１１のスク
リーンショットに示される種々の特徴は、任意の組み合わせで使用することができること
が理解されるべきである。
器具２００及び大腿骨１０２は、位置及び方位データが、許容される正確性のレベル内
で、器具２００及び大腿骨１０２の真の相対位置に対応することを確かにするように、ナ
ビゲーションユニット１０８に登録されている。
ディスプレイ１１３（及び／又は１４０２）は、また、大腿骨１０２に残されるべき物
質から除去されるべき物質の目標体積１０４を区別するカラーコーディング又は他の視覚
的手法を用いて作業境界１０６を表示している。
図１Ａを参照すると、器具コントローラ１２０は、バッファ１０５を画定するように作
業境界１０６から既定の距離に位置する制約境界１１１を規定している。システムの一実
施態様では、器具コントローラ１２０は、器具２００を制御するように、制約境界１１１
に対するバーヘッド２０４の中心の位置を決定している。作業境界１０６と制約境界１１
１の間の相対距離は、部分的に、切断アクセサリの形状によって決まる。例えば、切断ア
クセサリが球形のバーヘッド２０４を含む場合、制約境界は、バーヘッド２０４の直径の
１／２である。このように、バー２０４の重心が制約境界１１１上にあるとき、バーの外
部切断表面は、作業境界１０６にある。
ＩＩＩ．手術器具
Ａ．概観
図１を参照すると、手術器具２００は、データ接続１２３を介して器具コントローラ１
２０と通信するようになっている。データ接続１２３は、ナビゲーションコンピュータ１
１２により生成され、器具コントローラ１２０に伝送される位置及び方位データに基づい
て器具２００を制御するのに必要な入力及び出力の経路を提供している。
器具２００は、手持ち部分、例えば、以下に更に述べるようなハンドルアセンブリ５０
０、及び、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２を備えている。作業部分は、手持ち
部分に可動に連結されている。手持ち部分は、作業部分で患者の組織を処置する医療施術
の間、ユーザにより手動で支持及び移動されるようになっている。ユーザは、手持ち部分
を把持及び支持することで器具２００を操作し、器具２００は、他の機械的アーム、フレ
ーム等では支持されていない。
器具２００は、複数のアクチュエータ、例えば、モータ２２０、２２２、２２４を有す
る。モータ２２０、２２２、２２４は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００
に対して複数の自由度で作業部分を移動させるように、作業部分、例えば、切断アクセサ
リ２０２に連結している。各モータ２２０、２２２、２２４は、別々のコントローラ２３
０、２３２、２３４によりそれぞれ制御される。コントローラ２３０〜２３４は、ミシガ
ン州カントンのテクノソフトＵＳ インコーポレテッドから提供されるコントローラであ
る部品番号ＩＢＬ２４０１−ＣＡＮであることができる。いくつかの実施形態では、モー
タ２２０、２２２、２２４は、単一のコントローラにより制御されることができる。コン
トローラ２３０、２３２、２３４は、各モータを所与の目標位置に個別に導くように、モ
ータ２２０、２２２、２２４にそれぞれ別個に配線される。本発明のいくつかの態様では
、コントローラ２３０、２３２、２３４は、線形積分微分型のコントローラである。デー
タ接続１２３は、器具コントローラ１２０及びコントローラ２３０、２３２、２３４の間
のＣＡＮ−ｂｕｓインタフェース又は任意の他の高速インタフェースであることができる
。他の実施形態では、コントローラ２３０、２３２、２３４は、器具コントローラ１２０
と一体化され、又は、器具コントローラ１２０の一部を形成することができる。
電源１４０は、モータ２２０、２２２、２２４に、例えば、２４ＶＤＣの電力信号を提
供するものである。２４ＶＤＣ信号は、コントローラ２３０、２３２、２３４を介してモ
ータ２２０、２２２、２２４に印加される。各コントローラ２３０、２３２、２３４は、
選択的にモータを起動するように、相補的モータ２２０、２２２、２２４にそれぞれ電力
信号を選択的に提供する。このモータ２２０、２２２、２２４の選択的な起動により、切
断アクセサリ２０２の位置が決まることになる。電源１４０は、また、コントローラ内部
の要素に加電するように、コントローラ２３０、２３２、２３４に電力を供給している。
電源１４０は、例えば、１２ＶＤＣ、４０ＶＤＣ等の他のタイプの電力信号を提供するこ
とができることが理解されるべきである。
モータ２２０、２２２、２２４は、バー２０４が制約境界１１１に接近し、一致し、又
は、これを越えたときに、切断アクセサリ２０２、ひいては、バーヘッド２０４を移動さ
せるようになっている。例えば、器具コントローラ１２０は、バー２０４が骨を除去する
につれて制約境界１１１を越えることを決定することができる。その応答として、器具コ
ントローラ１２０は、バーヘッド２０４を制約境界１１１から遠ざけるように移動させる
切断アクセサリ２０２の偏位を生じさせる信号をコントローラ２３０、２３２又は２３４
の少なくとも１つに伝送している。
本発明の一態様では、モータ２２０、２２２、２２４は、ブラシレスＤＣサーボモータ
である。１つのサーボモータは、フロリダ州クリアウォータのマイクロモ（部品番号 １
６２８Ｔ０２４Ｂ Ｋ１１５５）から入手できる。各サーボモータは、器具コントローラ
１２０に信号を返送する３つの集積リニアホールセンサ（図示せず）を含んでいる。これ
らの信号のレベルは、関連するモータのロータの回転位置に応じて変化するものである。
これらのホール効果センサは、ロータから検出される磁界に基づくアナログ信号を出力す
るようになっている。上記モータでは、センサは、ロータの回りで相互に１２０度離間し
ている。典型的にはモータのホール効果センサに加電させる５ＶＤＣの低電圧信号が、ホ
ール効果センサが配置されるモータ２２０、２２２又は２２４に関連するコントローラ２
３０、２３２又は２３４から供給されるようになっている。
各モータ２２０、２２２、２２４の内部のホール効果センサからの出力信号は、それぞ
れ、関連するコントローラ２３０、２３２、２３４に印加される。各コントローラ２３０
、２３２、２３４は、受信した信号のレベルの変化を監視している。これらの信号に基づ
き、コントローラ２３０、２３２又は２３４は、ロータ位置を決定している。ここで、「
ロータ位置」は、初期又はホーム位置からのロータの回転角度であると理解される。モー
タのロータは、複数の３６０度回転を受けることができる。したがって、ロータ位置は、
３６０度を越えることができる。各モータのコントローラ２３０、２３２、２３４は、ホ
ーム位置からのロータ位置を表す「カウント」と呼ばれるスカラー値を保持している。モ
ータのロータは、時計回り及び反時計回り方向の双方に回転するようになっている。複数
のアナログ信号の信号レベルが既定の状態変化を経るごとに、コントローラは、ロータ位
置の円弧運動（ａｒｃｕａｔｅ）変化を示すように、カウントを増加又は減少させている
。モータのロータの完全な３６０度回転ごとに、関連するモータのコントローラ２３０、
２３２、２３４は、決まったカウント数だけカウントの値を増加又は減少させている。本
発明のいくつかの態様では、カウントは、ロータの３６０度回転ごとに１５００〜２５０
０だけ増加又は減少されている。
各コントローラ２３０、２３２、２３４の内部にはカウンタ（図示せず）がある。カウ
ンタは、コントローラ２３０、２３２又は２３４により増加又は減少されたカウントの累
積数に等しい値を記憶している。カウント値は、正、ゼロ、又は負であることができる。
図２〜図８を参照すると、手術器具２００の種々の図が示されている。これは、保護カ
バー２４０ａ、２４０ｂを有する器具２００（図２〜図５）と、保護カバー２４０ａ、２
４０ｂを有さない器具２００（図６〜図８）の図を含んでいる。保護カバー２４０ａ、２
４０ｂは、器具２００の上部アセンブリ３００のハウジングの２つの半体ハウジングであ
る。上部アセンブリ３００は、切断アクセサリ２０２を駆動する駆動アセンブリ３１４を
含んでいる。カバー２４０ａ、２４０ｂは、上部アセンブリ３００のどちらかの側に配置
されており、締結具等によって固定されている。他の実施形態では、保護カバー２４０ａ
、２４０ｂは、単一片のカバー又はハウジング（図示せず）で置換することが可能である
。
上部アセンブリ３００に加え、器具２００は、ハンドルアセンブリ５００、シェル６７
０及びブラケットアセンブリ７００を備えている。駆動アセンブリ３１４は、手持ち部分
、例えば、ハンドルアセンブリ５００に連結されている。駆動アセンブリ３１４は、ハン
ドルアセンブリ５００にスライド可能に連結されている。ブラケットアセンブリ７００及
びシェル６７０は、ハンドルアセンブリ５００に固定されている。切断アクセサリ２０２
は、上部アセンブリ３００から遠位側に前方に延びている。ハンドルアセンブリ５００は
、ユーザにより手動で操作されるピストルグリップ型のハンドル５０２及びトリガ２０８
を含んでいる。他の実施形態は、鉛筆グリップ等の異なるグリップ型の代替的なハンドル
を有している。
Ｂ．上部アセンブリ
図９〜図１７、図２４及び図４１を参照すると、器具２００の上部アセンブリ３００の
種々の図が示されている。上部アセンブリ３００、より詳細には、駆動アセンブリ３１４
は、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２を支持している。以下に更に説明するよう
に、上部アセンブリ３００及び切断アクセサリ２０２は、複数の自由度で手持ち部分、例
えば、ハンドルアセンブリ５００に対して移動するようになっている。
駆動機構２０１は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して少なくと
も１つの自由度で移動するようになっている。詳細には、駆動モータ２０６は、手持ち部
分に対して少なくとも２つの自由度で動作し、より詳細には、手持ち部分に対して少なく
とも３つの自由度で動作するようになっている。アクチュエータのうちの少なくとも１つ
が、手持ち部分に対して、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進方向に駆動機構２０１及び駆
動モータ２０６を移動させるようになっている。詳細には、モータ２２０、２２２及び２
２４は、手持ち部分に対して、それぞれ、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進方向に駆動機
構２０１及び駆動モータ２０６を移動させるようになっている。
図１８〜図２７及び図５６に最も良く示されるように、複数のアクチュエータ、例えば
、モータ２２０、２２２、２２４は、手持ち部分に対して、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う
並進を含む少なくとも３つの自由度で作業部分を移動させることが可能である。これらの
個々の自由度は、図１８〜図２０（ピッチ）、図２１〜図２３（ヨー）及び図３７〜図３
９（ｚ軸）に最も良く示されている。図２４〜図２７は、ピッチ及びヨーについての可能
な位置の例を示し、図５６は、３つ全ての自由度を表現したときの結果としての動作範囲
を示す。さらに、作業部分、すなわち、切断アクセサリ２０２がバーを有する実施形態で
は、駆動モータ２０１は、手持ち部分に対して４つの自由度で動作し、すなわち、駆動モ
ータ２０１は、バーを回転させている。
上部アセンブリ３００は、例えば、図１７で特定されるようなキャリア３０２を含んで
いる。キャリア３０２は、ハンドルアセンブリ５００にスライド可能に取り付けられてい
る。キャリア３０２は、しばしばアルミニウムで形成される単一片金属構造の形態である
。キャリア３０２は、矩形フレームの形態のベース３０５を有するように成形されている
。キャリア３０２の一部でもあるライザ３０７がベースの近位側端部から垂直に上方に延
びている。フランジ３０３は、ベース３０５の対向する外側縁部に沿って外方に延びてい
る。フランジ３０３は、ハンドルアセンブリ５００に形成されたチャネル５０４に乗り入
れている。図４３に見られるように、キャリア３０２は、キャリッジベース３０５の下向
き面から上方に延びる細長いスロット３１７を有するように更に形成されている。スロッ
ト３１７は、断面形状が半円であり、ベースの全長に延びている。スロット３１７は、ス
ロットベース３０５の下向き面に沿って延びる縦軸上で中央に位置している。
図１７を参照すると、ジンバルハウジング３０６がキャリアベース３０５に取り付けら
れている。ジンバルハウジング３０６は、モータ２０６をキャリア３０２に旋回可能に固
定するように、モータ２０６の回りに配置されたジンバル３０４を保持している。作業部
分、例えば、切断アクセサリ２０２は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００
に対して少なくとも２つの自由度でジンバル３０４の回りで移動するようになっている。
詳細には、作業部分は、ジンバル３０４の回りで、ピッチ及びヨー方向に調整可能である
。ジンバル３０４は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して軸Ｚに沿
って移動可能である。
ジンバル３０４は、その対向端部が除去された球の外形を有するリング形状の構造であ
る。ジンバル３０４は、切断アクセサリ２０２が２つの軸の回りで旋回できるように、上
部アセンブリ３００に切断アクセサリ２０２を保持する。より具体的には、モータ２０６
及び連結アセンブリ２０７は、ジンバル３０４に強固に取り付けられた器具２００の構成
部分である。ジンバル３０４は、切断アクセサリ２０２、モータ２０６及び連結アセンブ
リ２０７からなるサブアセンブリの重心の付近に位置している。これにより、サブアセン
ブリが旋回するときの質量慣性モーメントが最小となり、所与の印加トルクに対する角加
速度が最大となる。
続けて図１７を参照すると、ジンバルハウジング３０６は、上部カラー３０８及び下部
カラー３１０を有している。カラー３０８及び３１０は、いずれも概略Ｕ字形状である。
上部カラー３０８は、締結具３０１により下部カラー３１０に取り付けられている。締結
具３０９は、下部カラー３１０をキャリアベース３０５に取り付けられている。カラー３
０８及び３１０の対向する内面は、球を通るスライス断面に合致する形状の表面を有して
いる。ジンバル３０４は、カラー３０８及び３１０の間で挟まれている。ジンバルハウジ
ング３０６及びジンバル３０４は、ジンバルの横及び縦移動を阻止し、かつ、ジンバルハ
ウジング３０６を通って延びる縦軸に対して２つの自由度でモータ及び切断アクセサリ２
０２の旋回を許容するよう集合的に成形されている。
締結具４２４は、ハウジング３０６を通る縦軸の回りのロール方向でのジンバルハウジ
ング３０６に対する切断アクセサリ２０２の回転を防ぐものである。締結具４２４は、上
部カラー３０８に取り付けられたときに、ジンバル３０４のスロット４２５に一致する遠
位側突起を有している。スロット４２５は、ジンバル３０４に沿って縦に延びている。締
結具４２４のステムのスロット４２５への着座は、切断アクセサリ２０２のピッチ及びヨ
ー調整を許容しつつ、ジンバル３０４、ひいては、切断アクセサリ２０２の回転を阻止し
ている。
続けて図１７を参照すると、上部アセンブリ３００は、切断アクセサリ２０２のピッチ
を設定するピッチ調整機構３１２を含んでいる。ここで、「ピッチ」は、ジンバルハウジ
ング３０６の中央を通る水平面に対する切断アクセサリ２０２の縦軸の上下の角度方位で
ある。ヨー調整機構４１２は、切断アクセサリ２０２のヨーを設定するものである。「ヨ
ー」は、ジンバルハウジングの中央を通る垂直面に対する切断アクセサリ２０２の縦軸の
左右の角度方位である。ピッチ調整機構３１２及びヨー調整機構４１２は、それぞれ、切
断アクセサリ２０２のピッチ及びヨーを同時に調整するように動かされている。ピッチ調
整機構３１２及びヨー調整機構４１２は、独立調整も可能である。
ピッチ調整機構３１２は、３面構造の揺動アームと呼ばれることがあるリンク３１６を
含んでいる。リンク３１６は、ベース３１９を含み、ベース３１９から一対の平行アーム
３１８が遠位側外方に延びている。リンク３１６は、ベース３１９がキャリアライザ３０
７の近位側に位置し、アーム３１８の自由端が、ジンバルハウジングの下部カラー３１０
の対向側に対して位置するように配置されている。各アーム３１８の外側端部は、深座ぐ
り穴３２１を備えた穴３２０を有している。フランジ付きベアリング３２２が各穴３２０
及び深座ぐり穴３２１に着座している。ネジ３２４が各ベアリング３２２を通って延びて
いる。このネジは、フランジ付きベアリング３２２をアーム３１８に保持するヘッド３２
６を有している。各ネジ３２４は、また、下部カラーヨーク３１０の隣接側部に形成され
た対応するネジ山付き穴３３０に係合するネジ山付きシャフト３２８を有している。リン
ク３１６は、同軸のネジ３２４を通る軸の回りでジンバルハウジング３０６に対して旋回
するようになっている。この軸は、ジンバル３０４の中央を通って延びている。
リンクベース３１９は、細長いスロット３３２を有するように形成されている。スロッ
ト３３２は、モータ２０６の近位側端から延びるガイドポスト３３４を収めている。ガイ
ドポスト３３４は、切断アクセサリ２０２のヨーが調整されるときにスロット３３２に乗
り入れられている。ピッチが調整されるとき、ガイドポスト３３４は、リンク３１６によ
り、バー２０４を所望のピッチ位置に配置するように移動されることになる。スロット３
３２は、切断アクセサリ２０２のヨーが変化したときにガイドポスト３３４がスロット３
３２内で自由にスライドすることをなお許容しつつ、スロット３３２の幅に渡ってガイド
ポスト３３４に対して比較的余裕のない公差で寸法決めされている。本発明の一態様では
、ガイドポスト３３４は、０．４ｃｍの直径を有し、スロット３３４に渡る幅は、約０．
０１ｍｍ〜０．０５ｍｍより広い。スロット３３４に渡る長さは、約２．１ｃｍである。
ピッチ調整機構３１２は、モータ２２０により駆動される送りネジ３３６を含んでいる
。送りネジ３３６は、形状が円筒状の対向する第１のステム３３８及び第２のステム３４
０をそれぞれ有している。ステム３３８及び３４０は、ネジ山が形成された（ネジ山は示
されていない）ネジ本体３３９の対向側に位置している。各ネジステム３３８及び３４０
は、別個のベアリング３４２に着座している。ベアリング３４２は、キャリア３０２に形
成された対向する同軸穴３４４、３４５に位置する。１つの穴、すなわち穴３４４が、ラ
イザ３０７の部分に形成されている。第２の穴、すなわち穴３４５が、キャリアベース３
０５に形成されている。端部プラグ３４６は、ベアリング３４２及び送りネジ３３６をキ
ャリア３０２に固定するように、ライザ３０７に形成された穴３４４の回りの相手となる
内部ネジ山３４７に通されている。
平歯車３４８は、２つのネジステムのうちの上側のものであるステム３３８上に固定さ
れている。ギアがステムと一体で回転するように、固定ネジ（特定されていない）が平歯
車３４８をステム３３８に保持している。平歯車３４８は、平歯車３５２の歯と噛合する
歯を有している。平歯車３５２は、固定ネジ（特定されていない）によりピッチモータ２
２０の出力シャフト３５４に固定されている。図１７Ａは、送りネジ３３６を通る断面を
示している。取付ブラケット３５８は、締結具３６０でキャリアライザ３０７の近位側向
き面にモータ２２０を固定している。詳細には、キャリアライザ３０７は、ライザの近位
側向き面から内側に延びる弧状の凹部３６２を有するように形成されている。凹部３６２
は、円筒形状のモータ２２０の部分を収める形状を有している。取付ブラケット３５８は
、キャリアライザ３０７の外方に延びるモータ２２０の部分の回りに着座するように、形
状が弧状である。
ピッチ調整機構３１２は、ヨークアセンブリ３６４を更に有している。ヨークアセンブ
リ３６４は、矩形バー３６６を有している。バー３６６は、バー３６６を通って縦に延び
、その開口のみが見える細長い穴３７２を有するように形成されている。ネジ山付き締結
具３７４が送りネジ３３６に隣接してリンク３１６のアーム３１８の外面にバー３６６を
固定している。図示されていないが、バー３６６には、隣接するアーム３１８に対して配
置されたバー３６６の面から外方に突起するリブが形成されていてもよい。このリブは、
バー３６６の幅よりも小さい差し渡し幅を有している。リンクアーム３１８には、リブの
緊密な着座を可能にする幅を有する溝が形成されている。このリブ−溝着座構成（ｒｉｂ
−ｉｎ−ｇｒｏｏｖｅ）は、リンクへのバー３６６の固定を容易にするものである。この
リブは、また、穴３７２をリンクアーム３１８の比較的近くに配置することを可能にする
ものである。
ヨークアセンブリ３６４は、３面ヨーク３６８を更に含んでいる。ロッド３７０は、ヨ
ークと一体であり、ヨーク３６８から遠位側前方に延びている。ロッド３７０は、形状が
円筒状である。ロッド３７０は、バー３６６の内部の穴３７２にスライド可能に配置され
ている。ナット３７６は、ヨーク３６８に旋回可能に取り付けられている。ナット３７６
は、対向するトラニオン３７７を有するように形成されている。各トラニオン３７７は、
ヨーク３６８の側部に取り付けられたベアリングアセンブリ３７９に着座している（図１
７Ａ参照）。ナット３７６は、送りネジ３３６と噛合する内部ネジ山を有している。
切断アクセサリ２０２は、作動モータ２２０によりＹ軸に沿って上下に旋回するように
なっている。結果としてのモータの出力シャフト３５４の回転は、ギア３５２及び３４８
を介して伝達され、送りネジ３３６の同様の回転を生じさせている。ナット３７６は、ヨ
ーク３６８に取り付けられている。ヨーク３６８は、ロッド３７０を介してリンク３１６
に取り付けられている。ナット３７６のリンク３１６への取り付けの結果、ナット３７６
は、回転を阻止されることになる。したがって、送りネジ３３６の回転は、送りネジ３３
６を上下させるナット３７６の動きを生じさせることになる。このナット３７６の変位は
、リンク３１６の同様の変位を生じさせるロッド３７０の変位を生じさせている。この変
位の間、ヨーク３６８は、ナットのトラニオン３７７の回りで旋回している。ロッド３７
０は、プレート３６６内部の穴３７２に対して自由にスライドして出入りするようになっ
ている。シャフトに隣接するブラケットの部分の上下変位の結果、リンク３１６は、ベア
リング３２２を通る軸の回りで旋回することになる。ピッチ調整部３１６が旋回するとき
、ガイドポスト３３４は、同様の変位をするように力を受ける。このガイドポストの変位
が、モータ２０６及び切断アクセサリ２０２に同様の旋回を行わせている。リンク３１６
及びガイドポスト３３４の下向き旋回により、切断アクセサリ２０２の遠位側端チップで
あるバーヘッド２０４の端が上向きになることが理解されるべきである。リンク３１６及
びポスト３３４の下旋回は、バーヘッド２０４の上向き旋回を生じさせることになる。
送りネジ本体３３９は、逆駆動を防ぐ精密ピッチ及びリード角を有している（すなわち
、セルフロックである）。その結果、バー２０４に掛かる負荷は、モータ２２０を逆駆動
させない。一実施形態では、送りネジ本体３３９は、０．１２５インチ（０．３１８ｃｍ
）の直径を有し、０．０２４インチ／回転（０．０６１ｃｍ／回転）のリードを有してい
る。このような送りネジの１つは、コネチカット州ウォータバリーのハイドン カーク
モーション ソリューション インコーポレーテッドから入手可能である。
磁石３８０は、リンクアーム３１８のうちの１つの外側面に画定された一対のポケット
（特定されていない）に取り付けられている。プレート３８４は、磁石３８０をポケット
に保持するように締結具（特定されていない）によりアーム３１８に取り付けられている
。磁石３８０は、１つの磁石のＮ極及び第２の磁石のＳ極がプレート３８４に隣接するよ
うに、アーム３１８に取り付けられている。磁石３８０は、Ｘ軸上で切断アクセサリ２０
２のゼロ（又は「ホーム」）位置を確立するように使用されている。
ヨー調整機構４１２は、リンク３１６と形状が類似のリンク４１６を含んでいる。図１
７からは明らかではないが、図１１及び図１２に見られるように、リンク４１６は、リン
ク３１６の遠位側前方に配置されている。リンク４１６は、ベース４１９を含み、ベース
４１９から一対の平行なアーム４１８が遠位側前方に延びている。各アーム４１８の第１
の端部は、深座ぐり穴４２１を備えた穴４２０を有している。フランジ付きベアリング４
２２が各穴４２０及び深座ぐり穴４２１に支持されている。ジンバルスロット４２５に着
座する締結具である締結具４２４は、フランジ付きベアリング４２２を上に位置するアー
ム４１８に保持するヘッド４２６を有している。締結具４２４は、また、上部カラー３０
８に形成された対応するネジ山付き穴４３０に係合するネジ山付きシャフト４２８を有し
ている。締結具４２４と類似であるが同一ではない締結具４２５は、下に位置するアーム
を下部カラー３１０に対して保持している。締結具４２５は、下部カラー３１０に形成さ
れた穴内に延びている（穴は特定されていない）。リンク４１６は、フランジ付きベアリ
ング４２２により規定される軸の回りでキャリア３０２に対して自由に旋回可能である。
この軸は、ジンバル３０４の中心を通って延びている。
細長いスロット４３２が、リンクベース４１９に形成されている。スロット４３２は、
リンクベース４１９の縦軸上で中心に位置し、リンクベース４１９の縦軸に沿って延びて
いる。スロット４３２は、リンク３１６と一体のスロット３３２と同様に、モータ２０６
の近位側端から延びるガイドポスト３３４を収めている。スロット４３２は、約２．０ｃ
ｍの長さを有している。リンク４１６のピッチがリンク３１６のヨーよりも大きいため、
スロット４３２は、両端長さがリンク３１６と一体のスロット３３２よりも僅かに小さい
。したがって、切断アクセサリ２０２の遠位側端の同じ上／下及び左／右の円弧運動を確
保するように、リンク４１６の左右へのポスト３３４の移動は、リンク３１６に対する上
下へのポスト３３４の移動よりも小さくあるべきである。スロット４３２を横切る両側間
幅は、スロット３３２を横切る両側間幅に概略等しい。ガイドポスト３３４は、切断アク
セサリ２０２のピッチが調整されるときに、スロット４３２内で自由に上下に移動するよ
うになっている。切断アクセサリ２０２のヨーが調整されるときは、ガイドポスト３３４
は、バー２０４を所望の位置に配置するように、ヨー調整機構４１２により移動されるこ
とになる。スロット４３２は、切断アクセサリ２０２のピッチが器具コントローラ１２０
により変更されたときにガイドポスト３３４がスロット４３２内で自由にスライドするこ
とをなお許容しつつ、スロット４３２の幅に渡ってガイドポスト３３４に対して比較的余
裕のない公差で寸法決めされている。
ヨー調整機構４１２は、モータ２２２により回転される送りネジ４３６を含んでいる。
送りネジ４３６は、対向する第１のステム４３８及び第２のステム４４０をそれぞれ有し
ている。ステム４３８、４４０は、形状が円筒状である。ネジ４３６は、ステム４３８、
４４０の間に位置するネジ山付き部分４３９を有している。ステム４３８、４４０は、（
その間にブシュ（符号付与されていない）を有する）２つのベアリング４４２により回転
可能に支持されている。ベアリング４４２は、キャリア３０２に形成された対向する穴４
４４、４４５内に位置している。ベアリング４４２及び送りネジ４３６をキャリア３０２
に固定するように、端部プラグ４４６が、キャリア３０２の相手の内部ネジ４４７に通さ
れている。第１のステム４３８は、固定ネジ（特定されていない）によりネジ４３６に固
定された平歯車４４８を支持している。平歯車４４８は、平歯車４５２の歯と噛合する歯
を有している。平歯車４５２は、固定ネジ（特定されていない）によりヨーモータ２２２
の出力シャフト４５４に固定されている。図１７Ｂは、送りネジ４３６を通る断面図を示
している。
取付ブラケット４５８は、締結具（特定されていない）でキャリア３０２にモータ２２
２を固定するものである。特に、キャリアベース３０５の近位側端部には、円筒形状のモ
ータ２２２の部分を収める円弧状凹部４６２が形成されている。取付ブラケット４５８は
、モータを所定の位置に保持するようにキャリアを越えて延びるモータの部分の上に着座
する円弧形状を有している。
ヨー調整機構４１２は、リンク４１６に取り付けられたヨークアセンブリ４６４を更に
有している。ヨークアセンブリ４６４は、矩形形状のバー４６６を有している。バー４６
６は、バー４６６を通って縦に延び、その開口のみが見える穴４７２を有するように形成
されている。バー４６６は、締結具（特定されていない）によりリンク４１６の２つのア
ーム４１８のうちの下側のものの外面に固定されている。バー４６６は、穴４７２がアー
ムに向くように隣接するアーム４１８に固定されている。バー４６６は、バー３６６と同
一であることができる。したがって、隣接するリンクアーム４１８は、バー４６６と一体
のリブを収める凹部を有することが可能である。
ヨークアセンブリ４６４は、３面ヨーク４６８を含んでいる。ヨーク４６８と一体の円
筒状ロッド４７０は、ヨークの遠位側に前方に延びている。ロッド４７０は、バー４６６
と隣接するリンクアーム４１８との間で穴４７２にスライド可能に配置されている。
ナット３７６と同一のナット４７６は、トラニオン４７７によってヨーク４６８に旋回
可能に取り付けられている。各トラニオン４７７は、ヨーク４６８の側部に取り付けられ
たベアリングアセンブリ内に着座している。ナット４７６は、送りネジ４３６のネジ山と
一致する内部ネジ山を有している。ヨーク４６８及びロッド４７０によるリンク４１６へ
のナット４７６の接続は、ナット４７６の回転を防いでいる。したがって、送りネジ４３
６の回転は、ネジ４３６に沿うナット４７６の左右の動きを生じさせることになる。ヨー
ク４６８、ひいては、ロッド４７０は、ナット４７６の移動とともに左右に移動すること
になる。リンク４１６及びバー４６６にスライド可能に連結したロッド４７０は、リンク
４１６に同様の変位を行わせるものである。これらの構成部品の移動の間、ヨーク４６８
がナットのトラニオン４７７の回りで旋回し、ロッド４７０がバーの穴４７２にスライド
して出入することが理解されるべきである。リンク４１６は、ジンバルハウジング３０６
に旋回可能に取り付けられているため、リンク４１６の左右の変位は、ベアリング４２２
を通る軸の回りでリンク４１６を旋回させることになる。このリンク４１６の旋回は、ガ
イドポスト３３４が同様の左右の移動を行うように付勢している。ガイドポスト３３４の
変位は、切断アクセサリチップ２０４の反対の左右の旋回を生じさせることになる。
送りネジのネジ山付き部分及び相補的なヨークナット４７６は、逆駆動を防ぐための精
密ピッチ及びリード角を有している（すなわち、セルフロックである）。その結果、バー
２０４に掛かる大きい負荷は、ヨーモータ２２２の望ましくない逆駆動を生じさせないこ
とはなくなる。本発明の一実施形態では、送りネジ４３６は、送りネジ３３６と同一であ
る。
磁石４８０は、アーム４１８のうちの１つの外面に画定された一対のポケット（特定さ
れていない）に取り付けられている。矩形のプレート４８４は、一対の締結具（特定され
ていない）によりアーム４１８に取り付けられている。プレート４８４は、ポケットに磁
石４８０を保持している。磁石４８０は、１つの磁石のＮ極及び第２の磁石のＳ極がいず
れもプレート４８４に向くようにアーム４１８に取り付けられている。磁石４８０は、Ｙ
軸に沿う切断アクセサリ２０２のホーム位置を確立するのに使用されている。
ブラケット４８８は、締結具４９０によりキャリア３０２に固定されている。ブラケッ
ト４８８は、キャリアベース３０５の上面に取り付けられている。ブラケット４８８の中
央は開口している。ブラケットは、２つのポケット、すなわちポケット３９４及びポケッ
ト４９４を有するように形成されている。ポケット３９４は、キャリアベース３０５の直
上に位置している。ポケット４９４は、キャリアベース３０５の更に上に離間している。
手術器具２００の組み立ての際に、モータ２０６は、ブラケット４９０に着座し、ブラケ
ット４９０を通って延びている。それぞれリンク３１６、４１６のアーム３１８、４１８
は、いずれも、ブラケット４８８の外側に位置している。磁石３８０を保持するリンクア
ーム３１８は、ポケット３９４に隣接して位置している。磁石４８０を保持するリンクア
ーム４１８は、ポケット４９４に隣接して位置している。ホール効果センサ３９２、４９
２は、それぞれ、ポケット３９４、４９４に取り付けられている。ホール効果センサ３９
４からの信号は、磁石３８０の接近度に応じて変化するようになっている。ホール効果セ
ンサ４９４からの信号は、磁石４９０の接近度に応じて変化するようになっている。
ホール効果センサ３９２及び４９２から出力されるアナログ信号は、それぞれ、モータ
コントローラ２３０及びモータコントローラ２３２に印加されるようになっている。各モ
ータコントローラ２３０、２３２は、関連するアナログのホールセンサ信号が印加される
（図示されない）アナログ−デジタルコンバータを有している。モータコントローラ２３
０、２３２は、ホール効果センサ３９２、４９２からの信号のデジタル表示をそれぞれコ
ントローラ１２０に送っている。
図１８〜図２７は、切断アクセサリ２０２の種々のピッチ位置及びヨー位置を示してい
る。これらの図から、送りネジ３３６がモータ２２０と平行であることを理解することが
できる。送りネジ４３６はモータ２２２と平行である。器具２００の構成部品のこの配置
は、器具２００の全体のサイズを最小化させることになる。
Ｃ．ハンドルアセンブリ
ここでは、図２８〜図３７を参照してハンドルアセンブリ５００が説明されている。ハ
ンドルアセンブリ５００は、キャリア３０２をスライド可能に支持している。キャリア３
０２のスライド移動は、器具２００の縦軸Ｚ（ｚ軸とも称される）に沿う切断アクセサリ
２０２の直線的な調整を生じさせることになる。ハンドルアセンブリ５００は、ハンドル
５０２、トリガアセンブリ５０６及び直線調整機構５１３を有している。
ハンドル５０２は、中空で、モータ２２４が配置されるキャビティ５０３を画定してい
る。ハンドル５０２の上部は壁５１０である。ハンドル５０２の手把持部分は、壁５１０
から下方に延びている（ｄｅｓｃｅｎｄｓ）。壁５１０には、キャビティ５０３に延びる
開口５０５（図３７に特定されている）が形成されている。ハンドル５０２は、開口５０
５の下に位置し、キャビティ５０３の部分を画定する２つのステップ５０９及び５１１（
図５０で最も良く見える）を有するように更に形成されている。２つのステップのうちの
より近位側のステップ５０９は、壁５１０に最も近い。ステップ５１１は、ステップ５０
９から遠位側に前方に延び、ステップ５０９の下に位置している。ネジ山付き穴５１５は
、ステップ５１１の基部から下方に延びている。
図３４に示されるように、細長いレール５０８がハンドル壁５１０の上部の対向側部に
沿って縦に延びている。各レール５０８は、溝５１２を画定するように成形されている。
ハンドル５０２は、溝５１２が相互に向き合うように形成されている。ベアリングストリ
ップ又はライナ５１４が溝５１２内に嵌合している。ベアリングストリップ５１４は、対
応するキャリアフランジ３０３を収めるチャネル５０４を画定するようにチャネル形状を
有している。キャリアフランジ３０３は、キャリア３０２の重量がベアリングライナ５１
４により担持されるように、ベアリングライナ５１４内で支持されている。ベアリングラ
イナ５１４は、好ましくは、ベアリングライナ５１４内でのキャリアフランジ３０３の滑
動を容易にすべく、低摩擦材料で形成されている。このような材料は、ロードアイランド
州イーストプロビデンスのイグス インコーポレイテッドによるｉｇｌｉｄｅ（商標）等
の高性能ポリマを含むことができる。ネジ５１５は、ネジ位置（示されていない）でライ
ナ５１４内のフラットに係合することでベアリングライナ５１４を所定の位置に保持して
いる。
キャリアフランジ３０３がライナ５１４内で前後にスライドできる一方、理想的には、
ハンドル５０２に対するキャリア３００の上下又は左右移動がないように、キャリア３０
０、ハンドル５０２及びライナ５１４は、総体的に設計されている。詳細には、ライナ５
１４の外径が、ライナ５１４が着座するレール溝５１２の径よりも僅かに小さいように、
ハンドル５０２及びライナ５１４は設計される。本発明のいくつかの態様では、レール溝
５１２の径は、ライナ５１４の径よりも約０．０２ｍｍから０．１２ｍｍの間だけ大きい
。ライナ５１４は、約４．７８ｍｍの外径を有する。キャリアフランジ３０３が着座する
ライナ５１４の対向面間の距離も、フランジ３０３の対向外面間の距離よりも僅かに小さ
い。この差は、約０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍの間である。これらの特徴は、総体的に、
ライナ５１４内でのキャリアフランジ３０３の上下及び左右の遊びを最小化するものであ
る。
ハンドル５０２は、図４６で特定されるように、壁５１０と一体で壁５１０の上に位置
する２つの離間した同軸スリーブ５２３を有している。１つのスリーブ５２３は、壁５１
０の近位側端から前方に延びている。第２のスリーブ５２３は、壁５１０の遠位側端から
近位側後方に延びている。各スリーブ５２３は、穴５２４を有するように形成されている
。
図３６を参照すると、直線調整機構５１３は、モータ２２４により回転される送りネジ
５１６を含んでいる。ネジ５１６は、それぞれ形状が円筒形の対向する第１のステム５１
８及び第２のステム５２０を有している。ネジ５１６は、ステム５１８、５２０の間に位
置するネジ山付き本体５１９を有している。ベアリング５２２は、送りネジ５１６をスリ
ーブ５２３に保持している。２つのベアリング５２２は、各ネジステム部分５１８、５２
０上に配置されている。ベアリング５２２の各対は、スリーブ穴５２４のうちの１つの中
に位置している。ベアリング５２２及び送りネジ５１６をハンドル５０２に固定するよう
に、端部プラグ５２６及び５２８が穴５２４の内部ネジ山に通されている（穴のネジ山は
、特定されていない）。端部プラグ５２６は、最も遠位側のスリーブ５２３の遠位側端部
に配置されている。端部プラグ５２８は、近位側スリーブ５２３の近位側端部に配置され
ている。
ベアリング５２２内では、ブシュ５３０、５３２が、それぞれ、ネジステム５１８、５
２０の周囲に配置されている。ブシュ５３０は、送りネジ５１６のネジ山付き本体５１９
の端部に隣接する環状の外方に延びるフランジ５３４を有している。ブシュ５３２は、ブ
シュの近位側端部に位置する傘歯車５３６と一体に形成されている。傘歯車５３６は、固
定ネジ（１つだけが示されている）によりネジステム５２０に固定されている。傘歯車５
３６は、別の相補的な傘歯車５４０の歯と噛合する歯を有している。相補的な傘歯車５４
０は、固定ネジ（特定されていない）によりモータ２２４の出力シャフト５４２に固定さ
れている。傘歯車５３６、５４０は、それらの対応する歯が噛合してモータ２２４の作動
の際に送りネジ５１６を回転させるように配置されている。
取付ブラケット５４６は、締結具５４８でハンドル５０２にモータ２２４を固定してい
る。特に、ハンドル５０２は、キャビティ５０３内に、モータ２２４の円筒形状の外壁の
一部を収める（図４９に示すような）弧状の凹部５５０を有している。取付ブラケット５
４６は、ハンドルの隣接する内面から離れる方に延びるモータ２２４の一部の上に着座す
るように、弧状に成形されている。
ナット５５２が図３５Ａに示すキャリアスロット３１７に配置されている。ナット５５
２は、中央の円筒状本体（特定されていない）を有し、当該本体から２つのウィング５５
７（図３８に特定されている）が延びている。ナット５５２は、ウィング５５７が共通平
面の面を有するように形成されている。この共通平面の面の一部は、ナット５５２の本体
を横切って延びている。ナット５５２は、ウィング５５７がスロット３１７の対向側にお
いて、キャリアベース５０２の面に対して配置されるように位置している。締結具５５３
は、ナットをキャリア３０２に保持するように、ウィング５５７の開口及びキャリアベー
ス３０５の相補的な開口を通って延びている（ナット及びキャリアの開口は、特定されて
いない）。ナット５５２は、送りネジ５１６のネジ山と歯合する内部ネジ山を有している
。ナット５５２は、キャリア３０２に強固に取り付けられているため、ナットが回転しな
いことを理解すべきである。したがって、送りネジ５１６の回転は、ハンドル５０２に対
するナット５５２、ひいては、キャリア３０２及び取り付けられた構成部品の移動を生じ
させることになる。
ナット５５２が送りネジ５１６に沿って移動するとき、キャリアフランジ３０３は、チ
ャネル５０４内で自由にスライドすることが可能である。送りネジ５１６に沿うナット５
５２の変位の間に、上部アセンブリ３００の全質量がハンドル５０２に対して移動するこ
とになる。送りネジ５１６は、逆駆動を防ぐ精密ピッチ及びリード角を有している（すな
わち、セルフロックである）。その結果、バー２０４に掛かる大きい負荷は、軸モータ２
２４の望ましくない逆駆動を生じさせないことになる。一実施形態では、送りネジ５１６
は、ネジ３３６、４３６と同じ直径であり、同じリードを有している。
ここで図３５及び図３５Ｂを参照して説明される磁石ホルダー５６０は、ハンドルキャ
ビティ５０３内に配置されている。磁石ホルダー５６０は、ビーム５５９及び該ビームの
下に位置する足５６１を含む単一片ユニットである。足５６１は、足５６１の近位側端が
ビーム５５９の近位側端の前方に位置し、ビーム５５９の遠位側端がビーム５５９の遠位
側端の後方に位置するように、ビーム５５９に対する長さを有している。閉鎖された端部
穴５６３（１つが特定されている）がビーム５５９の各端部を通って延びている。穴５６
３は、ビーム５５９の下側から開口し、ビーム５５９の縦軸に対して垂直な縦軸を有して
いる。器具２００が組み立てられると、磁石ホルダービーム５５９の近位側端は、ハンド
ルステップ５０９に着座し、足５６１がステップ５１１に着座することになる。締結具５
６５がビーム５５９及びステップ５１１を通ってハンドル穴５１５に延び、磁石ホルダー
５６０をハンドル５０２に固定している。磁石５５６は、各ホルダー穴５６３に取り付け
られている。磁石５５６は、１つの磁石のＮ極及び第２の磁石のＳ極がいずれもキャリッ
ジ３０２に向くようにホルダー５６０に取り付けられている。
プレート５６４は、キャリア３０２にナット５５２を取り付けるのと同じ締結具５５３
でナット５５２に固定されている。プレート５６４は、ナットのウィング５５７の共通の
平面状の外面に対して配置されている。ホール効果センサ５６６がプレート５６４に形成
されポケット５６７に据え付けられている。センサ５６６は、磁石５５６により生成され
る磁界へのセンサ５６６の接近度に応じた信号を出力するようになっている。センサ５６
６により出力されたアナログ信号は、コントローラ２３４に印加されるようになっている
。コントローラ２３４は、この信号をデジタル化し、デジタル化した信号を器具コントロ
ーラ１２０に送るものである。
トリガアセンブリ５０６は、トリガ２０８を含んでいる。トリガ２０８は、トリガハウ
ジング５７０内でスライドするようになっている。トリガハウジング５７０は、締結具（
特定されていない）でハンドル５０２に取り付けられている。トリガ２０８は、ユーザの
指で押される形状のヘッド（特定されていない）を有している。ステム５７４は、トリガ
ヘッドから後方に延びている。
トリガステム５７４は、トリガシャフト５７８の穴５７６の内側に位置している。固定
ネジは、トリガシャフト５７８の内側にステム５７４を保持している。トリガシャフト５
７８は、トリガハウジング５７０のより大きい穴５８２内でスライドする大きさにされた
概略円筒形状のヘッド５８０を有している。ヘッド５８０は、その上部にリブ５８４を有
している。リブ５８４は、ヘッド５８０のフラット上に形成される。リブ５８４は、穴５
８２の延長としてトリガハウジング５７０の内側に画定された対応する溝５８８内に上方
に延びている。リブ５８４は、トリガハウジング５７０に対するトリガシャフト５７８の
回転を防ぐために、溝５８８内でスライドするようになっている。
スプリングピン５９４は、ハンドル５０２の円筒形状のポケット５９０に位置している
。特に、スプリングピン５９４は、ポケット５９０に位置するヘッド５９２を有している
。ピンシャフトは、ヘッド５９２からトリガシャフト５７８の対応する形状の穴５９８の
前方へ延びている。スプリング６００は、少なくとも部分的に穴５９８に位置している。
スプリング６００は、トリガシャフト５７８の内部端壁とスプリングピン５９４のヘッド
５９２の間に位置している。スプリング６００は、トリガシャフト５７８をハンドル５０
２から離れるように付勢している。
トリガシャフト５７８は、その下側の磁石ポケットを更に画定している。磁石６０６は
、好ましくは接着剤で、磁石ポケットに固定されている。トリガハウジング５７０は、溝
５８８の反対側にセンサポケットを画定している。
ホール効果センサ６１０は、好ましくは接着剤で、センサポケットに固定されている。
ホール効果センサ６１０は、ホール効果センサ６１０からの磁石６０６の距離に基づいて
、器具コントローラ１２０に可変信号を返信するようになっている。したがって、器具コ
ントローラ１２０は、ユーザによるトリガ２０８の押し込み量を決定できる。データ接続
１３３は、モータ２０６及び器具ドライバ１３０の間の電力信号及び制御信号を伝送する
だけでなく、ホール効果センサ６１０から器具コンソール１３０への信号もまた伝送する
ようになっている。
図３７〜図３９は、ハンドル５０２に対する軸Ｚに沿うナット５５２（及びキャリア３
０２）の種々のＺ軸位置を示している。
Ｄ．ワイヤーの取り付け
ここで図４０〜図４５を参照して説明するように、キャリア３０２は、多数の穴を含み
、それら穴を通して配線が引き回されている。これらの配線（図示せず）は、これらの配
線を介してセンサ信号が受信され、かつ、電力信号がキャリア３０２に取り付けられた種
々の構成部品に印加される配線である。キャリアベース３０５は、一対の縦の貫通穴６１
２を画定している。各貫通穴６１２は、フランジ３０３のうちの個々の１つ上及び内側に
位置している。好ましくはプラスチックで形成されるガイドチューブ６１４が各貫通穴６
１２の内側に位置している。１つのチューブ６１４の内部のルーメン６１５は、モータ２
２０に延びる８本の配線の導管として機能している。第２のチューブ６１４を通るルーメ
ン６１５は、モータ２２２に接続する８本の配線のルーメンとして機能している。組立の
間、ガイドチューブ６１４は、穴６１２の一端に挿入されるようになっている。プラグチ
ューブ６１６は、各穴６１２の対向端を閉鎖するものである。各ガイドチューブ６１４は
、関連する穴６１２に配置された第１の端部と、キャリアベース３０５の近位側向きの面
に当接するヘッド６１８を備えた第２の端部を有している。図４４に示すように、各ガイ
ドチューブ６１４は、キャリア穴６１２内に配置された端部である遠位側端部に足６１７
があるように成形されている。チューブの本体と同じ弧状寸法を有する足６１７は、チュ
ーブの本体の内側面と一致する面を有している（面は特定されていない）。チューブ本体
の端部から遠位側に前方に延びるにつれ、この足の面は下方に湾曲している。
２つの孔６２０がキャリアベースの上面３１１から下方に延びている。孔６２０は、断
面形状が楕円形である。各孔６２０は、隣接する穴６１２の内側に位置し、隣接する穴６
１２に交わらないようになっている。キャリアベース３０５は、２つの対向するポケット
６３６を有するように更に形成されている。各ポケット６３６は、キャリアの側面３１３
から内側へ延びている。各ポケット６３６は、貫通穴６１２のうちの一方及び隣接する孔
６２０と交差している。プラスチックのスリーブ６２２は、各孔６２０に着座している。
各スリーブ６２２は、孔６２０に滑合する寸法の管状本体６３０を有している。スリーブ
本体６３０は、貫通穴６３２を有している。フランジ６２８は、本体の上端から放射状に
外方へ延びている。フランジ６２８は、キャリアベースの上面３１１と同一平面にスリー
ブを保持するように、孔６２０の周りの深座ぐり穴に着座している。プラグ６２４は、各
ポケット６３６に着座している。各プラグ６２４には、中間穴６３４が形成されている。
スリーブ６２２と隣接するプラグ６２４がキャリアベース３０５に嵌め込まれたときに、
プラグの中間穴は、スリーブ穴６３２と一緒に整列されている。また、一対のスリーブ６
２６がキャリア３０２に取り付けられている。各スリーブ６２６は、キャリア３０２の底
面表面３１５のうちの１つから上方に延びる穴（特定されていない）に着座している。各
スリーブ６２６は、関連するキャリア穴６２０に隣接し、関連するキャリア穴６２０の内
側へ位置している。各スリーブ６２６もまた、関連する穴６１２と交差するように位置し
ている。スリーブ６２６の外面は、キャリアベース３０５の底面３１５と同一平面である
。各スリーブ６２６は、上部穴６３２及び中間穴６３４と整列する底部穴６３８を有する
ように形成されている。プラグ６２２、６２４、６２６は、接着剤及び／又は圧入により
所定の位置に保持されている。全てのプラグ６２２、６２４、６２６は、好ましくはプラ
スチックから形成されている。
図４６〜図５０は、ハンドル５０２の内部の中空空間を示し、該ハンドルの中空空間を
通して配線が引き回されるようになっている。これらの中空空間は、一対の配線トラフ６
４０を含んでいる。トラフ６４０は、ハンドルの頂部の壁５１０から内側に延びる平行の
凹部である。各トラフ６４０は、キャリア３０２に延びる配線の束を保持している（配線
の束は特定されていない）。配線の束は、切断アクセサリ２０２及びホールセンサ３９２
、４９２、５６６を旋回させる器具モータ２０６、及びモータ２２０、２２４に延びる配
線を含んでいる。
トリガ２０８及びモータ２２６に関連する配線同様、キャリア３０２を通って延びる配
線は、ハンドルキャビティ５０３を通って延びている。今度は図５２及び図５３を参照し
て説明されるキャビティ５０３内に配置される配線分別具６４２は、配線を固定状態に保
持している。図５３を参照すると、配線分別具６４２は、ハンドルキャビティ５０３に滑
合する寸法のヘッド６５０を有している。ヘッド６５０は、キャビティを通る縦軸に対し
て垂直の平面に配置されている。複数の開口６４４がヘッドを通って上から下に延びてい
る。開口６４４は、個々の配線及び配線の束がキャビティを通過する導管として機能して
いる。各開口６４４には、ネジ山付きリテーナ６４８及びフェルール６４６が配置されて
いる。脚６５２は、ヘッド６５０から下方へ延びている。本発明の図示の態様では、ヘッ
ド６５０を通る上下軸に対して垂直な平面において、ヘッドは形状が楕円形である。脚６
５２は、ヘッドの対向する平行側部から下方へ延びている。足６５４は、各脚６５２の自
由端から外方に延びている。配線分別具の足は、分別具ヘッド６５０の位置をハンドルキ
ャビティ５０３内で固定するように、下端シェル蓋６７４（図５４）の周囲の内側ステッ
プに接着固定されている。
配線分別具６４２は、ハンドル５０２を通る配線の束の損傷緩和をもたらすものである
。プラスチックで形成されるフェルール６４６は、配線の束を適所に保持している。図５
３Ａに最も良く見えるフェルール６４６は、テーパの付いた前部及びネジ山付きリテーナ
６４８によりテーパの付いた前部に付与される推力を介して分別具の開口６４４内で圧縮
されている。ネジ山付きリテーナ６４８がそのテーパの付いた孔にフェルールのテーパの
付いた先端を押し込むとき、各フェルール６４６が直径方向へ圧縮するように、各フェル
ール６４６には、その全長に沿って溝が付けられている。図では明示されていないが、各
フェルールの径は、フェルールが着座する開口の径に比例している。
Ｅ．シェル
図５４を参照すると、シェル６７０は、ハンドル５０２の底部に取り付けられている。
シェル６７０は、コントローラ２３０、２３２、２３４を収容している。シェル６７０は
、コントローラ２３０、２３２及び２３４が配置される矩形のケース６７６を含んでいる
。ケース６７６は、頂部が開口している。蓋６７４は、ケースの開口した頂部端上に固定
されている。蓋６７４は、締結具６７２でハンドル５０２の底部に取り付けられている。
ケースの内部には、形状が柱状の支柱６７５を有している。コントローラ２３０、２３２
、２３４は、ケース内で他のものの上に積み重ねられている。一組の支柱６７５は、ケー
スの底から最下部のコントローラを離して保持している。第２の組の支柱は、最下部のコ
ントローラから中間のコントローラを離して保持している。第３の組の支柱６７５は、中
間のコントローラから最上部のコントローラを離して保持している。モータ２２０、２２
２、２２４並びにホールセンサ３９２、４９２、５６６からの配線は、コントローラ２３
０、２３２、２３４で終端している。
代替実施形態では、コントローラ２３０、２３２、２３４は、コントロールユニット１
２０に取り付けられており、器具２００上には取り付けられていない。本発明のこれらの
実施形態は、シェル６７０を含まない。
Ｆ．トラッカブラケット
図５５を参照すると、必要な場合に、ブラケットアセンブリ７００が、トラッキング装
置１１４を保持するように、ハンドル５０２に取り付けられている。代替的な実施形態で
は、トラッキング装置１１４のＬＥＤが器具２００に組み込まれてブラケットアセンブリ
７００の必要性を解消している。
ブラケットアセンブリ７００は、略Ｕ字形状のブラケット７０１を含んでいる。ブラケ
ット７０１は、ウェブ７０４から下方へ延びる一対の平行取付アーム７０２を有している
。各取付アーム７０２の端部は、整列ピン７０６によりハンドル５０２と整列されている
。締結具７０８は、ハンドル５０２に取付アーム７０２を保持している。トラッキング装
置１１４は、ハンドル５０２に固定されるように設計されている。
ブラケットウェブ７０４には、ネジ穴７１０が形成されている。ブロック７１２がウェ
ブ７０４上に配置されている。ネジ山付き締結具７１６がブロック７１２の穴７１３を通
ってウェブ穴７１０に延びている。締結具７１６は、ブロックがウェブ穴７１０を通る軸
の回りで回転できるように、ブロック７１２をブラケット７０１に保持している。締結具
の長さはブロック７１２よりも長い。ワッシャ７１８が締結具７１６のヘッドの直下に位
置している（締結具のヘッドは、特定されていない）。締結具７１６は、ブロック７１２
を固定した方位に固定するように、ブロックがブラケットウェブ７０４とワッシャ７１８
との間でクランプされるように締め付けられている。
締結具７１６はブロック７１２の方位を調整するため、緩められるようになっている。
バネ７２０は、ワッシャ７１８の下で締結具７１６の周りに延びている。バネの対向端は
、ブロックの穴７１３の内側のブロック内のステップ（図示せず）に対して着座している
。ブロック７１２の回転方位を調整するために締結具７１６が緩められたとき、バネ７２
０は、ワッシャ７１８とブロック内のステップとの間で圧縮状態にある。この圧縮力は、
締結具７１６を緩めたときのブロック７１２の自由回転を阻止している。
図示しないが、本発明のいくつかの態様では、ブラケットウェブ７０４には、穴７１０
から外方に放射する弧状に離間した歯が形成される。隣接するブロック７１２の底面には
、相補的な歯が形成されている。ブロックの回転位置の設定位置の一部として、ブロック
は、ブロックの歯がブラケットウェブ７０４の相補的な歯の間に差し込まれるようにセッ
トされている。この歯と歯との係合は、固定状態のときのブロックの回転移動を更に防止
することに役立っている。
第２のブロックであるブロック７２２は、ブロック７１２に回転可能に取り付けられて
いる。ブロック７２２は、ブロック７１２の側面である面７１４に当接するよう配置され
ている。ブロック７２２には、ブロックを軸方向に通る貫通穴７２３が形成されている。
ブロック７１２には、面７１４の中央から内側に延びる第２の穴（図示せず）が形成され
ている。この第２の穴はブロックの穴７１３に対して垂直である。同一でないとしても締
結具７１６と類似の締結具７２６は、ブロックの穴７２３を通ってブロック７１２の第２
の穴に延びている。締結具７２６は、ブロック７２２が締結具７１６の周りで回転できる
ように、ブロック７２２をブロック７１２に保持している。ワッシャ７２８は、締結具７
２６のヘッドとブロック７２２との間に位置している。締結具７１６を締めると、ブロッ
ク７２２は、ブロック７１２とワッシャ７１８との間でクランプされることになる。
図示されないが、ブロック７１２、７２２には、相補的な歯が形成されている。ブロッ
ク７１２と一体の歯は、ブロックの面７１４に形成された穴から放射状に外方へ延びてい
る。ブロック７２２と一体の歯は、ブロック７１２に着座するブロック７２２の面に形成
されている。ブロック７２２の回転方位を固定する過程の一部として、ブロック７２２が
回転されると、ブロック７２２と一体の歯がブロック７１２の面７１４に形成された歯の
間で係合するようになっている。この歯と歯の間の係合は、ブロック７２２をブロック７
１２に更に固定するものである。
バネ７３０は、締結具７２６の周りに配置されている。バネ７３０は、ワッシャ７２８
からブロックの穴７２３に入っている。バネ７３０は、ブロックの穴７２３の内部のステ
ップに対して着座している。締結具７２６を緩めると、バネ７３０は、ブロック７２２の
自由な回転を阻止する力をブロック７２２に印加することになる。
ブロック７２２には、第２の穴である穴７２４が更に形成されている。穴７２４は、穴
２７３に向かってブロックの側面のうちの１つを通って延びている。フィティング７３２
は、穴７２４に圧入されている。フィティング７３２は、トラッカのフィティングへの取
り外し可能な取り付けを容易にする本発明と関係のない特徴を有することが可能である。
ブロック７１２は、ブラケットアーム７０２の間の縦軸の周りで回転するようになって
いる。ブロック７２２は、ブロック７１２がその周りで回転する軸に垂直な軸の周りで回
転するようになっている。そのため、この配置は、フィティング７３２に取り付けられた
トラッカの位置を２つの回転自由度で選択的に配置することを可能にするものである。こ
れは、ナビゲーションユニット１０８のカメラ１１０に良好な見通し線を確保するため、
トラッカを向けることができることを容易にするものである。
本発明の図示された態様では、１つのブラケットアーム７０２にネジ穴７３０が設けら
れている。第２のアームには、ネジ穴７４０が設けられている。穴７３０、７４０は、い
ずれも締結具７１６を収めるよう設計されている。図示されないが、ブラケットアーム７
０２には、ウェブの穴７１０の周りに設けられた歯と類似の穴７３０、７４０の周りの歯
が設けられている。したがって、これらの構造的特徴が、ブロック７１２、７２２をブラ
ケットアーム７０２のどちらか一方に取り付けることを可能にしている。これは、もし、
そのような配置がローカライザと見通し線の関係を確保するためのトラッカの最適な配置
及び方位決めを容易にするのであれば、ブラケットアーム７０２のどちらかにトラッカを
取り付けることを可能にするものである。
ＩＶ．登録、較正及びホーミング
図５８を参照すると、システムの操作の準備に向けて取られる基本的ステップが示され
ている（システムは、トラッキング、制御システム１００及び器具２００と考えられる）
。第１のステップ８００では、システムが電源投入される。システムを操作するソフトウ
ェアアプリケーションは、ステップ８０２で開始する。ステップ８０４及び８０６では、
トラッカ１１４、１１６並びにポインタ（図示せず）が初期化され、トラッカ１１６及び
１１４は、目標の骨（例えば、大腿骨１０２）及び器具２００に配置される。
トラッカ１１６が大腿骨１０２に取り付けられると、大腿骨１０２（及び任意の他の骨
又は組織）は、当業者に知られた登録技術を用いてステップ８０８で登録される。これは
、トラッキングされたポインタデバイスで大腿骨１０２の或る特定の表面又は目標にタッ
チすることをユーザに要求することができる。いくつかの実施形態では、これは、ポイン
タデバイスの選択ボタンを押しながら、大腿骨１０２の表面のいくつかの点をタッチする
ことをユーザに要求する。これにより、大腿骨１０２の術前又は術中画像とマッチングす
るように、システム内で表面上の点が「ペイント」される。この大腿骨１０２の術前画像
又は術中画像は、ナビゲーションコンピュータにロードされる。大腿骨１０２のトラッキ
ングされた部分は、術前画像に登録される。ひいては、これにより、大腿骨１０２が動く
につれて、トラッキング及び制御システム１００が、ディスプレイ１１３（及び／又はデ
ィスプレイ１４０２）上で、術前画像に基づいて骨の実際の位置及び方位の画像を表示す
ることを可能にする。
ステップ８１０では、作業境界１０６が規定される。器具コンピュータ１２０上で動作
するソフトウェアは、作業境界１０６の初期的定義を生成する。ユーザは、典型的には、
必要となる場合があるように、作業領域１０６の配置を調整する能力及び選択肢を有して
いる。いくつかの実施形態では、術前画像が取られ、大腿骨１０２又は他の組織の３Ｄモ
デルが生成された後ではあるが、患者の手術の準備が整う前等の手術前に作業境界１０６
が規定される。このように、作業境界１０６は、術前又は術中に既定されることができる
。
ステップ８１２の較正の手順では、トラッキング装置１１４の方位及び位置が、ディボ
ット５０７（図３）の固定された既知の位置を参照してハンドル５０２に対して較正され
る。トラッキング装置１１４が器具２００に一体化された実施形態では、ＬＥＤ又は他の
伝送器の相対位置が既知のため、このような較正は不要であろう。
ポインタ装置は、トラッキング装置１１６に目標の骨１０２を登録するように使用され
る。
図５６及び図５８を参照すると、ステップ８１４のホーミング手順は、バーヘッドの遠
位側端部であるアクセサリ遠位側端チップ２０４のホーム位置を確立する。このプロセス
は、キャリッジ３０２並びにリンク３１６、４１６の初期位置を確立する。最初に、この
プロセスでは、モータ２２０、２２２、２２４内のロータの角度位置を示す累積カウント
を記憶するコントローラ２３０、２３２、２３４内のカウンタがゼロにセットされる。
キャリッジ３０２が軸Ｚに沿うホーム位置にセットされるプロセスを最初に説明する。
このプロセスの開始ステップでは、コントローラ１２０が、関連するモータ２２４を起動
するようにモータコントローラ２３４に指示する。最初に、モータ２２４は、キャリッジ
３０２の前方への遠位側への移動を生じさせるように、送りネジ５１９を回転するように
作動される。この時間、モータコントローラ２３４は、モータ２２４内のホール効果セン
サからの信号を監視する。コントローラ２３４は、出力シャフト５４２の総回転度数を示
すカウンタのカウントを維持する。本発明のいくつかの構成では、モータのロータの遠位
側への移動を生じさせるモータのロータの回転に関連する各増分カウントは、正の増分カ
ウントである。キャリッジの近位側への移動を生じさせるロータの回転に関連する各減分
カウントは、負の減分カウントである。キャリッジ３０２の変位の結果、センサ５６６は
、ハンドル５０２に取り付けられた２つの磁石５５６のうちの遠位側のものに向けて前進
する。遠位側の磁石５５６に向かうセンサ５６６の移動の結果、センサからの出力信号が
変化する。
キャリッジ３０２のこの変位中、コントローラ２３４は、ホール効果センサ５６６によ
り出力される信号のデジタル化された表示をコントローラ１２０に送信する。このプロセ
スの間にコントローラ２３４からコントローラ１２０に更に送信されるものは、モータの
ロータの回転位置を示す累積カウントデータである。
コントローラ１２０は、コントローラ２３４と一体のカウンタからのデータを第１の閾
値と比較する。この第１の閾値は、センサ５６６がハンドル５０２に沿う規定の位置にあ
るときにホール効果センサ５６６が出力する信号を示す信号レベルである。このキャリッ
ジの位置は、遠位側のホーミング位置と考えることができる。センサ５６６からの信号が
この第１の閾値レベルに至ったとき、コントローラ１２０は、コントローラ２３４に、モ
ータ２２４への加電信号の印加を終了するよう指示する。これは、キャリッジ３０２の遠
位側への前進を停止させる。コントローラ１２０は、カウンタからの現在の累積カウント
値を記憶する。
コントローラ１２０は、その後、加電信号を印加するようにモータコントローラ２３４
に指示し、この加電信号はモータ２２４に印加され、モータがキャリッジ３０２を近位側
に変位させる。キャリッジ３０２のこの変位の間、コントローラ２３４は、ロータを回転
させる角度を示す負の増分カウントを生成する。これらの負のカウントは、カウンタに印
加されたとき、累積カウントを減少させる。カウンタに記憶される累積カウントは、ゼロ
又は負の値に減少することができる。キャリッジ３０２のこの変位中、モータコントロー
ラ２３４は、再度、ホール効果センサ５６６からの出力信号のデジタル表示及びカウンタ
内のデータをコントローラ１２０に送信する。
キャリッジ３０２をハンドル５０２に沿って近位側のホーミング位置に移動させるよう
に、モータ２２４が作動される。キャリッジ３０２の変位の結果、ホールセンサ５６６に
より出力される信号は、キャリッジ３０２が遠位側の磁石５５６から離れ、近位側の磁石
５５６に向かって移動するに従ってレベルを変化させる。コントローラ１２０は、ホール
効果センサ５６６からの信号を第２の閾値レベルと比較する。この第２の閾値レベルは、
キャリッジ３０２が近位側のホーミング位置にあるときに信号センサ５６６が出力するレ
ベルである。キャリッジ３０２が近位側のホーミング位置にあることを信号の比較が示す
とき、コントローラ１２０は、モータの作動を終了するようにコントローラ２３４に指示
する。このとき、コントローラ１２０は更に、コントローラ２３４の内部のカウンタから
のカウントデータを記憶する。
このとき、コントローラ１２０は、キャリッジを最初に遠位側のホーミング位置に移動
させ、その後、近位側のホーミング位置に移動させるのに必要なモータのロータの角度位
置を示す累積カウントをデータとして記憶している。これらの２つのカウント間の絶対差
が計算される。この差は２で割られる。この値は、モータ２３４と一体のロータが、現在
の位置からキャリッジ３０２をハンドル５０２上でホーム位置に中央に位置させるように
、回されなければならないカウンタ数を表す。例えば、このプロセスでは、コンピュータ
は、キャリッジ３０２が遠位側のホーミング位置にあるときにはカウントは２５０であり
；近位側のホーミング位置にあるときにはカウント値は−１４８であった：という指示を
受信することができる。これらのカウント値の差は３９８である。この差の半分は１９９
である。
この変位カウントが計算されると、コントローラ１２０は、現在のカウント値にこの値
を加算する。本例では、−１４８＋１９９＝５１である。この数は、目標位置と称される
。このホーミングプロセスの間、この目標位置は、モータ２３４と一体のロータが、キャ
リッジ３０２を軸Ｚホーム位置まで変位させるように回転すべき角度位置を表す累積カウ
ントに等しい正又は負の数である。コントローラ１２０は、この目標位置をモータコント
ローラ２３４に送信する。モータコントローラ２３４は、今度は、この目標位置で示され
るこのカウントに向けてロータを回転させるように加電信号をモータに印加する。その結
果のモータのロータの回転の間、モータのホール効果センサの値の変化は、コントローラ
のカウンタに記憶されるカウント値に増分増加を生じさせるカウントの出力を生じさせる
。
このステップの間、モータコントローラ２３４は、カウンタに記憶された累積カウント
を目標位置により表されるカウントと比較する。これらの２つの値が等しいとき、コント
ローラ２３４は、モータ２２４への加電信号の印加を終了する。モータのロータ、ひいて
は、送りネジ５１６のこの回転は、送りネジ５１６に沿うキャリッジナット５５２の変位
を生じさせることが理解されるべきである。ナット５５２のこの移動は、キャリッジ３０
２及び切断アクセサリ２０２をこれら自身の軸Ｚに沿うホーム位置に移動させるものであ
る。
モータ２２０、２２２は、同様の態様で、切断アクセサリ２０２をＸ軸及びＹ軸に沿う
ホーム位置に配置するように作動される。詳細には、モータ２２０は、リンク３１６を反
対の上下のホーミング位置の間で旋回させるように作動される。このプロセスの間、ホー
ル効果センサ３９２からの信号は、磁石３８０の変位の結果として、変化する。このホー
ル信号のデジタル表示は、コントローラ２３０からのカウント値とともに、コントローラ
１２０に出力される。このホール効果センサ３９２からの信号は、リンク３１６がいつ閾
値位置に到達したかを決定するように、２つの閾値信号レベルの間で比較される。リンク
３１６がこれらの２つの位置にあるときのモータのロータからの累積カウントの差が決定
される。累積カウントの差は、２で割られる。得られた商は、現在のカウント値に加算さ
れて目標位置が生成される。この目標位置は、目標とされた累積カウントと等しい正又は
負の数である。この目標とされた累積カウントは、リンク３１６のホーム位置へのリンク
３１６の移動を生じさせるようにモータのロータが回転することが必要な角度位置に比例
する。
目標位置は、コントローラ１２０からコントローラ２３０に出力される。コントローラ
２３０は、モータのロータの回転を生じさせる加電信号をモータ２２０に印加する。この
ロータの回転は、コントローラ２３０内のカウンタにより維持されるカウントを目標位置
の累積カウントに到達せしめる。累積カウントが目標位置に等しいと一旦コントローラ２
３０が決定すると、コントローラ２３０は、モータ２２０への加電信号の印加を終了する
。送りネジ３３６の回転及びそれによるナット３７６の変位は、リンク３１６をそのホー
ム位置に旋回せしめる。このリンク３１６のホーム位置への旋回は、今度は、切断アクセ
サリのそのＸ軸に沿うホーム位置への同様の旋回を生じさせる。
切断アクセサリ２０２をそのＹ軸上のホーム位置に移動させるように、モータ２２２は
、反対の左右のホーミング位置の間でリンク４１６を旋回させるように作動される。この
プロセスの間、ホール効果センサ４９２からの信号は、磁石４８０のセンサへの／からの
移動に応じて変化する。このホーミングプロセスの間、コントローラ２３２は、ホール効
果センサ４９２からの出力信号のデジタル化された表示；及びモータのロータの回転の結
果としてのコントローラ２３２により維持されるカウント値をコントローラ１２０に供給
する。例として、モータ２２２は、リンク４１６を最初に左のホーミング位置に旋回させ
るように最初に作動される。コントローラ１２０は、ホール効果センサ４９２からの信号
を第１の閾値レベルと比較する。この比較は、リンクがいつ左のホーミング位置に到達し
たかを決定するように行われる。モータ２２２は、その後、リンクを右のホーミング位置
に旋回させるように作動される。コントローラ１２０は、ホール効果センサ４９２からの
信号が第２の閾値レベルに到達したときに、リンクが第２のホーミング位置にあると認識
する。
コントローラ１２０は、その後、リンク４１６が右及び左のホーミング位置にあるとき
からのカウント値の差を計算する。このカウント値の差は、２で割られる。得られた商は
、現在の累積カウントに加算される。この和が、リンク４１６をそのホーム位置に中央に
位置させるようにモータ２２２の内部のロータが回転する必要のある角度位置を示すカウ
ント値である。このカウント値は、モータ２２２の内部のロータに関連する現在のカウン
ト値に加算される。コントローラ１２０は、この目標位置をコントローラ２３２に出力す
る。
この目標位置の受信に応答して、コントローラ２３２は、ロータの回転を生じさせる加
電信号をモータ２２２に印加する。より詳細には、ロータは、目標位置への累積カウント
の増加又は減少を生じさせるカウントをモータ２２２と一体のホール効果センサが出力す
るように、ロータが回転される。一旦、累積カウントが目標位置に等しいとコントローラ
２３２が判断すると、コンピュータは、モータ２２２への加電信号の印加を終了する。こ
のプロセスの間、モータのロータ及び送りネジ４３６の回転は、ナット４７６の変位及び
リンク４１６の旋回を生じさせることになる。リンク４１６は、そのホーム位置に旋回し
、これにより、切断アクセサリ２０２のＹ軸に沿う切断アクセサリホーム位置への同様の
旋回が生じる。
各コントローラ２３０、２３２、２３４は、そのコントローラと関連するロータのカウ
ントがいつ目標位置に到達したかをコントローラ１２０に通知する。コントローラ１２０
は、これらの状態データを切断アクセサリ２０２がホーム位置にあることの表示として受
け取る。一旦、切断アクセサリ２０２がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上で中央に位置すると、コン
トローラ１２０は、ロータのカウンタ値を維持するモータコントローラ２３０、２３２、
２３４内のカウンタをゼロ設定する。
一旦、切断アクセサリ２０２がホーム位置になると、ナビゲーションポインタが切断ア
クセサリの遠位側端チップであるバーヘッド２０４の位置を決定するように使用されるこ
とが可能となる。このように、システム１００は、ホーム位置にあるバーヘッド２０４の
位置及びその手持ち部分の位置及び方位との関係を知ることになる。したがって、手持ち
部分がユーザによって移動され、その位置及び方位がトラッカ１１４を用いてトラッキン
グされると、システム１００は、バーヘッド２０４の位置もトラッキングする。本発明の
他の態様では、以前の較正プロセスの結果として、器具２００に対する切断アクセサリ２
０２の遠位側端部の位置が既知とみなされる。
登録、較正及びホーミング（使用される場合）が完了すると、ナビゲーションユニット
１０８は、目標の骨１０２及び目標体積１０４に対するバーヘッド２０４の空間位置を決
定できる。器具２００は、ステップ８１６で、物質の目標体積１０４の境界抑制された切
断の準備ができる。
Ｖ．器具制御
ホーミングプロセスの後、器具２００のコントローラ１２０による制御は、（１）ナビ
ゲーションコンピュータ１１２からの位置及び方位データ；（２）コントローラ２３０、
２３２、２３４からの累積カウント；及びトリガ２０８が作動された程度を示す３つの信
号に基づいている。
図５６に示すように、手術器具は、バーヘッド２０４のＸ（ピッチ）、Ｙ（ヨー）及び
Ｚ軸のそれぞれにおける少なくとも±０．２インチ（±０．５０８ｃｍ）の変位を生じさ
せる切断アクセサリ２０２の変位を可能にするよう設計されている。換言すれば、作業部
分の遠位側チップ２０４は、各複数の自由度において少なくとも０．４インチ（１．０１
６ｃｍ）の総変位が可能である。別の実施形態では、例えば、作業部分の遠位側チップ２
０４、例えば、バー２０４は、各複数の自由度において、０．２インチ（０．５０８ｃｍ
）の総変位、すなわち、±０．１インチ（±０．２５４ｃｍ）が可能である。他の実施形
態では、例えば、作業部分の遠位側チップ２０４は、少なくとも０．５インチ（１．２７
ｃｍ）、すなわち、±０．２５インチ（±０．６３５ｃｍ）；少なくとも１．０インチ（
２．５４ｃｍ）、すなわち、±０．５インチ（±１．２７ｃｍ）；少なくとも１．５イン
チ（３．８１ｃｍ）、すなわち、±０．７５インチ（±１．９０５ｃｍ）；少なくとも２
．０インチ（５．０８ｃｍ）、すなわち、±１．０インチ（±２．５４ｃｍ）、少なくと
も２．４インチ（６．０９６ｃｍ）、すなわち、±１．２インチ（±３．０４８ｃｍ）又
は少なくとも３．０インチ（７．６２ｃｍ）、すなわち、±１．５インチ（±３．８１ｃ
ｍ）、又はそれ以上の総変位が可能である。本発明の多くの態様では、Ｘ軸に沿うバーヘ
ッド２０４の変位は、Ｚ軸に沿う変位に等しいＹ軸に沿う変位に等しい。
切断アクセサリ２０２の通常の動作位置は、ホーム位置である。上記動作範囲データは
、バーの中心に対して与えられている。本発明の多くの態様で、バーヘッド２０４がホー
ム位置にあるときに、バーヘッド２０４は、それぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸である上下、左
右、軸に沿う遠位側／近位側に等しい距離を移動できるようになっている。バーヘッド２
０４の潜在変位が各軸に沿って等しい場合、バーヘッド２０４は、ホーム位置にあるとき
に、制御システム１００により規定される移動範囲を表す球の中心にあると考えることが
できる。この球の外縁は、ホーム位置から離れるバーヘッド２０４の潜在的移動の外部境
界である。以下に述べるように、器具コントローラ１２０は、バー２０４が境界１１１に
交わり又はこれを越えたときに、バーヘッド２０４を制約境界１１１から遠ざけている。
この偏位は、切断アクセサリ２０２がそれに沿って変位することができる軸の任意の１つ
、２つ又は３つに沿うものである。
図５９を参照すると、器具２００を制御するように器具コンピュータ１２０により行わ
れるステップの例示的なフローチャートが示されている。ステップ９００で、目標の骨１
０２及び器具２００の最新の位置がナビゲーションコンピュータ１１２から器具コントロ
ーラ１２０にデータ接続１２１を介して伝送される。ステップ９０２では、これらのデー
タを用い、器具コントローラ１２０は、自由空間における作業境界、制約境界１１１及び
バーヘッド２０４の位置を決定する。ステップ９０２の一部として、制約境界に対するバ
ーヘッド２０４の相対位置も計算される。ステップ９０４では、器具コントローラ１２０
は、バーが適用される組織に対するバー２０４の位置でナビゲーションＧＵＩ（ディスプ
レイ１１３）を更新する。作業境界１０６の位置の表示もまた提供されることができる。
制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の位置には関係なく、バーヘッド２０４が組
織に押し当てられたとき、バーヘッド２０４は組織の抵抗にさらされる。この抵抗は、医
者が器具２００を前方に移動させたことの結果として医者がバーヘッド２０４に与える力
に対する反作用である。組織の抵抗は、本質的に、医者が切断アクセサリ２０２に与えた
前方への力の反作用で切断アクセサリ２０２に課される力である。この力は、組織が骨等
の硬くて柔軟性のない組織である場合に顕著である。
上記のとおり、送りネジ３３６、４３６、５１６及び相補的ナット３７６、４７６、５
５２は、それぞれ、精密にネジ切りされている。この精密なネジ切りは、送りネジの縦軸
に平行な力がナットに掛かったときの関連するナット３７６、４７６又は５５２の変位を
防ぐものである。例として、切断アクセサリ２０２の縦軸が骨の表面に対して垂直になる
ようにバーヘッド２０４が骨の表面に対して押された時に、骨の抵抗は、切断アクセサリ
２０２に対する戻し力となる。この戻し力は、連結アセンブリ２０７及びジンバル３０４
を通してキャリッジ３０２に伝達される。ひいては、この戻し力は、キャリッジナット５
５２を近位側に後方に押そうとする。しかし、精密なピッチでの送りネジ５１６へのナッ
ト５５２の係合は、ナット５５２のこの近位側への変位を阻止し、ロックアウトすること
になる。このナット５５２の後方移動に対するロックアウトは、キャリッジ３０２、した
がって、切断アクセサリ２０２による同様の後方移動のロックアウトを生じることになる
。この送りネジ５１６の移動のロックアウトは、出力シャフト５４２又はモータ２２４の
ロータの逆駆動を同様に阻止することが同様に理解されるべきである。
同様に、送りネジ３３６へのナット３７６の精密ピッチの係合は、Ｘ軸に沿う切断アク
セサリ２０２の意図しない変位をロックアウトすることになる。送りネジ４３６へのナッ
ト４７６の精密ピッチの係合は、Ｙ軸に沿う切断アクセサリ２０２の意図しない変位をロ
ックアウトすることになる。また、この送りネジ３７６、４７６のロックアウトは、それ
ぞれ、モータ２２０及び２２２の逆駆動を防ぐことになる。
ステップ９０６では、アクション、すなわち、バー２０４の移動、バーの回転速度の変
更、バー２０４の停止等を取ることが必要かを判断するように、制約境界１１１に対する
バーヘッド２０４の重心の相対位置がコントローラ１２０により評価される。ディスプレ
イ１４０２（下記参照）もまた、器具コントローラ１２０により更新されることができる
。
ステップ９０８に示されるように、器具コントローラ１２０は、モータコントローラ２
３０、２３２、２３４に対して指示データパケットを送信するようになっている。これら
の指示データパケットは、コントローラが関連するモータ２２０、２２２、２２４のロー
タの目標位置を含んでいる。ここで、各目標位置は、関連するモータのロータの目標累積
カウントを表す正又は負の数である。この目標累積カウントは、コントローラにより制御
されるモータ２２０、２２２又は２２４と一体のロータについてのホーム位置からの、モ
ータのロータの目標角度位置に比例している。
器具コントローラ１２０は、これらの指示データパケットを、０．５ミリ秒〜４ミリ秒
ごとに１パケットの速度で生成して各モータコントローラ２３０、２３２又は２３４に送
信するようになっている。本発明の多くの態様では、各コントローラ２３０、２３２、２
３４は、少なくとも２ミリ秒ごとに１度指示パケットを受信するようになっている。
ステップ９１０に示すように、器具コントローラ１２０は、また、制約境界に対するバ
ーヘッド２０４の相対位置に基づいて器具の速度を選択的に規制している。
ステップ９１２では、視覚的なフィードバックが、器具２００に位置し、データを器具
コントローラ１２０に送信し、器具コントローラ１２０から受信するように器具コントロ
ーラ１２０にデータ接続１００２で別個に配線されたディスプレイにより外科医に提供さ
れる。
これらのステップは、ステップ９１４で反復される。
図６０及び図６１を参照すると、作業境界１０６が面（図６０）又は体積（図６１）と
してモデル化されることができる。作業境界１０６をモデル化するのに面が使用された場
合、面は、三角、四辺形、ＮＵＲＢＳ等に碁盤目状にすることができる。他方、作業境界
１０６が体積としてモデル化された場合、体積は、立方体のボクセル又は他の平行六面体
形状のボクセルにより表すことができる。
図６２及び図６３を参照すると、作業境界１０６及び制約境界１１１に関する器具２０
０の動作が示されている。ここで、手術器具２００は、いわゆる受動モードで操作される
。受動モードでは、システム１００は、作業境界１０６に対するバーヘッド２０４の位置
を監視する。バーヘッド２０４がこの境界１０６に接近し、又は、交ったときに、システ
ム１００は、切断アクセサリ２０２の位置を偏位させ、及び／又は、モータ２０６の速度
を低下させるようになっている。
図６２において、バーヘッド２０４は、制約境界１１１から離間している。このとき、
コントローラ１２０は、バーヘッド２０４をホーム位置に維持する。手術器具２００がこ
の状態のとき、器具コントローラ１２０は、ゼロの目標位置を示すデータパケットを連続
的にモータコントローラ２３０、２３２、２３４に送信する。切断アクセサリ２０２が既
にホーム位置にあると仮定すると、コントローラ２３０、２３２、２３４により維持され
る現在の累積カウントは、既にゼロである。目標位置が現在のゼロ値の累積カウントと等
しいとすると、コントローラ２３０、２３２、２３４は、それぞれ、モータ２２０、２２
２、２２４を作動させない。したがって、切断アクセサリ２０２は、ホーム位置に保持さ
れることになる。
バーヘッド２０４が組織に対して前進すると、ヘッド２０４は、図６３に示すように、
ついには作業境界１０６と接触することになる。器具コントローラ１２０は、ナビゲーシ
ョン１０８への接続を介して、バーヘッド２０４の重心が制約境界１１１に交差したとの
決定の結果として、バーヘッド２０４がこの位置にあることを認識することになる。バー
ヘッド２０４がこの位置にあることの結果として、器具コントローラ１２０は、バーヘッ
ド２０４の新しい位置である制約境界１１１に垂直な偏位位置を計算する。この偏位位置
は、ホーム位置から離間している。詳細には、アルゴリズム又は他のプロセスを用いて、
器具コントローラ１２０は、バーヘッド２０４の偏位位置を計算している。この偏位位置
は、器具２００の基準フレームを参照して計算される。この偏位位置は、ホーム位置に対
するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿う距離の組として定量化されている。
器具コントローラ１２０は、その後、切断アクセサリ２０２を偏位位置に再配置するよ
うにモータ２２０、２２２、２２４と一体のロータが回転しなければならない一組の目標
位置カウントを生成する。目標のモータのロータの角度位置は、以下の関係に基づいて決
定される。
１）切断アクセサリ２０２の上下及び左右の旋回の間、切断アクセサリ２０２は、ジン
バル３０４の中心の回りで旋回するレバーとして機能する。このレバーの一端は、バーヘ
ッド２０４である。このレバーの対向端は、ナット３７６又は４７６である。これは、ナ
ット３７６又は４７６の変位が、それぞれ、切断アクセサリ２０２の上下又は左右の旋回
を生じさせるからである。バーヘッド２０４をそのホーム位置からＸ軸又はＹ軸上で旋回
させるように、各ナット３７６、４７６がナットのホーム位置から変位する必要がある程
度の間には、概略一次の相関がある。切断アクセサリ２０２を軸Ｚに沿って変位させるに
は、キャリッジ３０２、ひいては、キャリッジナット５５２が前方又は後方に同距離変位
される必要がある。したがって、ナット５５２のそのホーム位置からの変位とバーヘッド
２０４の軸Ｚに沿う変位との間には、直線相関がある。（Ｘ軸又はＹ軸上での切断アクセ
サリ２０２の旋回の結果、バーヘッド２０４のＺ軸上でのホーム位置からのいくらかの変
位がある。この変位は、バーヘッド２０４を偏位位置に配置するようにバーヘッド２０４
の個々のＸ軸変位、Ｙ軸変位及びＺ軸変位を決定するのに使用されるアルゴリズムにおい
て考慮される。）
２）各送りネジ３３６、４３６、５１６の回転角度と送りネジに取り付けられたナット
であって、それぞれ、ナット３７６、４７６、５５２の線形変位との間には、一次の相関
がある。
３）各モータ２２０、２２２、２２４のロータの回転角度とロータにギア連結接続され
た送りネジであって、それぞれ、送りネジ３３６、４３６、５１６との間には、一次の相
関がある。
４）各モータ２２０、２２２、２２４のロータが回転する角度と、その位置を示すそれ
ぞれ関連するコントローラ２３０、２３２、２３４により維持される累積カウントとの間
には、一次の相関がある。
上記関係に基づき、一旦、コントローラ１２０がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上でのバーヘッド
２０４の偏位位置を決定すると、コンピュータは、各モータのロータの目標位置を決定す
る。コントローラ１２０は、これらの目標位置を含むパケットをモータコントローラ２３
０、２３２、２３４に伝送する。これらの目標位置に基づいて、各モータコントローラ２
３０、２３２、２３４は、それぞれ関連するモータ２２０、２２２、２２４に適切な加電
信号を印加する。これらの加電信号は、バーヘッド２０４を意図した偏位位置に変位させ
るキャリッジ３０２、リンク３１６及びリンク４１６の再配置を生じさせるロータの回転
を生じさせる。
時間的に、バーヘッド２０４をホーム位置から約２ｃｍ離れた偏位位置まで変位させる
のに、典型的には、約４０ｍ秒かかる。この時間の間、医者は、ハンドピース２００に前
方への力をなおも掛けている。このように、しばしば、バーヘッド２０４が適用される骨
の表面からバーヘッド２０４が完全に退くよりむしろ、バーヘッド２０４は、骨に対して
押し当たったままになる。しかし、バーヘッド２０４の偏位の結果、バーヘッド２０４は
、あるとしても、最小量のみ作業境界１０６を超える。バーヘッド２０４が作業境界１０
６を越えるとしても、組織が成形される形状に対して許容可能な公差レベル内の距離だけ
境界１０６を越えて進むだけである。その代わりに、制約境界１１１に垂直な線に沿うバ
ーヘッド２０４の変位、そして、ひいては、制約境界１１１に垂直なバーヘッド２０４の
変位の結果、バーヘッド２０４は、作業境界１０６において骨と接触した状態に保たれる
ことになる。このように、バーヘッド２０４が組織を除去し続けるが、除去される組織は
、医者が組織を除去したい骨の部分内のものである。
システム１００が受動モードで操作されるとき、モータ２０６への加電信号の印加は、
コントローラ１２０及び器具ドライバ１３０により連携して規制される。最初に、器具ド
ライバ１３０の制御を設定することで、外科医は、モータ２０６の最大速度を確立する。
システム１００が受動モードで作動する時間を通して、ステップ９０８のプロセスで、コ
ントローラ１２０は、器具ドライバ１３０に指示パケットを送信する。これらのパケット
は、モータ２０６が動作すべき外科医が確立した最大速度のパーセンテージを示している
。コントローラ１２０が、切断アクセサリ２０２を偏位する必要がないと判断する限り、
これらの指示パケットは、モータが確立された最大速度の１００％で動作することを示し
ている。
これらの指示パケットが受信される限り、トリガ２０８の押下があった指示をいつ器具
ドライバ１３０が受信しても、ドライバは、モータ２０６を最大速度で動作させる加電信
号を出力する。システムが以下に述べる手動モードで動作している場合に、ドライバがモ
ータ２０６を最大速度未満の速度で動作させる加電信号を出力するようなトリガの押下が
あったとしても、器具ドライバ１３０は、この動作を行うことになる。
図６４に示す発明の態様では、コントローラ１２０は、モータ２０６の速度を、バーヘ
ッド２０４がホーム位置から偏位される程度に応じて選択的に低下させ、すなわち、制御
システム１００は、医療施術の間、作業部分のホーム位置からの逸脱をトラッキングする
ようになっている。ここで、コントローラ１２０は、コンピュータがバーヘッド２０４を
ホーム位置から偏位させる必要がないと判断する限り、モータ速度を低下させる指示を生
成しない。換言すれば、作業部分は、作業部分がホーム位置にあるときには最大切断速度
で動作可能であり、制御システム１００は、作業部分がホーム位置から逸脱したときに作
業部分の切断速度を低下させることになる。詳細には、以下に更に説明するように、作業
部分が仮想境界、例えば、制御システム１００で規定された作業境界１０６を越えたとき
に、作業部分はホーム位置から逸脱して、作業部分を仮想境界から離れるように偏位させ
ることになる。換言すれば、作業部分は、作業境界１０６を越える組織の除去を防ぐため
に、組織の作業境界１０６から離れるように偏位することになる。
制御システム１００は、この逸脱に基づいて作業部分の切断速度を低下させている。モ
ータ２０６の速度制御は、１）医者により設定された最大速度、２）医者によるトリガ２
０８の押下、３）全偏位のパーセンテージ、４）速度プロファイルの形状、すなわち図６
４を含むいくつかの因子に基づいている。コンピュータがバーヘッド２０４についての偏
位位置を決定することが必要なときは、コントローラ１２０は、バーヘッド２０４の偏位
のパーセンテージを決定する。この偏位は、バーヘッド２０４の可能な最大逸れ（ｄｉｖ
ｅｒｓｉｏｎ）に対する必要な逸れの比例比較に基づく。本発明の一態様では、可能な最
大逸れは、切断アクセサリ２０２のホーム位置から可能な総偏位の外部範囲までの距離で
ある。個々のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのどの１つに沿っても、この距離は、その軸に沿
う切断アクセサリ２０２の実際の可能な最大逸れよりも小さい場合がある。
計算されたバーヘッド２０４の必要な逸れが可能な最大偏位の既定のパーセンテージ未
満である限り、コントローラ１２０は、モータ速度を低下させる指示を生成しない状態を
続ける。一旦、計算されたバーヘッド２０４の偏位が最大偏位の閾値パーセンテージを越
えると、コントローラ１２０は、モータ速度を低下させ始める。図６４の例では、閾値パ
ーセンテージは最大偏位の４０％である。システム１００がこの状態のとき、コントロー
ラ１２０は、モータ２０６が確立された最大速度の１００％未満で駆動されるべきことを
示す指示パケットをドライバ１３０に伝送する。これらの指示パケットは、モータ２０６
に対するユーザ設定速度の１００％未満の速度でモータ２０６が動作することになる加電
信号をモータ２０６に印加することをコンソール１３０に指示する。コントローラ１２０
は、モータ２０６が動作すべきユーザ設定速度のパーセンテージを可能な最大偏位に対す
るバーヘッド２０４の計算された偏位のパーセンテージに応じて決定する。図６４の速度
プロファイルでは、計算された偏位が可能な最大偏位の９０％に到達したときに、コント
ローラ１２０は、モータ２０６を切断するようにコンソール１３０に指示する。偏位が可
能な最大偏位の４０％から９０％に増加するにつれ、コントローラ１２０は、モータ速度
がユーザ設定速度の１００％からモータ切断状態に直線的に低下するべきであることを示
す指示パケットをコンソール１３０に送信する。
本発明のいくつかの態様では、コンソール１３０は、低下した速度への器具モータ２０
６の実際の制動、すなわち実際の減速を生じさせる信号をモータ２０６に送信する（ａｓ
ｓｅｒｔｓ）。この制動は、切断アクセサリ２０２を減速させる一次的な力である。切断
アクセサリ２０２を減速させる二次的な力は、切断される組織に対するバーヘッド２０４
の抵抗である。
本発明の一態様では、コントローラ１２０は、５００Ｈｚと２０００Ｈｚとの間の周波
数でモータ速度が低下するべき程度を示す指示パケットをコンソール１３０に送信する。
これらの指示パケットは、モータ２０４の速度を低下させる必要がない位置にバーヘッド
２０４があるときにでも送信される。
開示された作業境界１０６に対する器具２００の相対位置を決定するナビゲーションシ
ステムは、例示的であり、限定的なものではない。例えば、いくつかのナビゲーションシ
ステムは、光を反射するトラッカを有している。更に他のナビゲーションシステムは、固
定線源から放射された光又は電磁場をモニタするセンサを有するトラッカを含んでいる。
コントローラ１２０は、制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の相対位置を決定し
ている。本発明の一形態では、器具コントローラ１２０は、この評価を１０００Ｈｚの周
波数で実行するものである。多くのナビゲーションシステムは、この周波数で器具が適用
される骨に器具２００の相対位置を示すナビゲーションデータを提供しない。コントロー
ラ１２０は、ナビゲーションシステムからの比較的遅い更新を補償している。この補償を
行う１つの方法は、ナビゲーションシステムからのデータを最初にトラッカの位置の決定
に使用することである。これらの位置は、平均位置を決定するように何回か決定される。
これらの平均トラッカ位置に基づいて、作業境界に対する切断アクセサリ２０２の遠位側
端部の相対位置が決定される。これらの平均化プロセスは、実際のトラッカ位置が測定さ
れる時点の間の時点で作業境界１０６に対する切断アクセサリ２０２の位置の平均表示を
生成することを可能にするものである。
コントローラ１２０が上記評価を行うごとに、バーヘッド２０４がホーム位置にあると
の仮定の下でその評価が行われる。したがって、この評価では、バーヘッド２０４が実際
には偏位位置にあることができることは無視されることになる。器具コントローラ１２０
は、これらの各評価のそれぞれに基づいて、必要とすれば、バーヘッドに対する適切な偏
位位置はどこであるかを決定する。このように、これらの評価のうちの１つの結果、バー
ヘッド２０４が制約境界１１１を越えたと決定された場合、コントローラ１２０は、バー
ヘッド２０４の偏位位置が、現在の偏位位置よりもホーム位置から更に離間していると決
定することができる。代替的には、器具コントローラ１２０は、制約境界１１１に対する
バーヘッド２０４の現在の相対位置により、バーヘッド２０４の適切な偏位位置は、現在
の偏位位置よりもホーム位置により近いと決定することができる。どちらの決定であって
も、その終わりに、コントローラ１２０は、モータ２２０、２２２、２２４と一体のロー
タの目標位置を生成する。これらの目標位置は、モータのコントローラ２３０、２３２、
２３４に伝送される。新たな目標位置が以前の目標位置と異なる場合、モータのコントロ
ーラは、バーヘッド２０４の新たに決定された目標位置への変位を強行するように、それ
ぞれ、モータ２２０、２２２、２２４に加電信号を印加する。
上記のように、一旦、器具コントローラ１２０が、ホーム位置から規定距離離れた偏位
位置にバーヘッド２０４を再配置することが適切であると決定すると、コントローラは、
モータ２０６の速度を低下させる。モータ速度の低下の結果、器具２００により生成され
る音のピッチが変化する。１つの理由は、モータ速度の低下は、常に、モータ２０６によ
り放射される音の特性の変化を生じさせることである。バーヘッド２０４が骨に対して押
し当てられると、この金属対骨接触の結果として生じる音のピッチも変化する。これらの
音の変化は、バーヘッド２０４が作業境界１０６に接近し、又は、作業境界１０６に位置
することの医者へのフィードバックをもたらしている。
モータから医者が受ける上記聴覚的なフィードバックは、一実施形態において、ユーザ
が最初に設定した最高速度からモータ２０６を減速できないようにシステム１００が構成
されている理由である。施術の間に医者がそのようにモータ２０６の速度を低下させるこ
とが許される場合、切断アクセサリ２０２が作業境界１０６に接近し、又は、作業境界１
０６を突破していることの結果としてモータ速度の低下を医者が聴覚的に把握することが
困難である可能性がある。
医者への別のフィードバック源は、器具の減速の結果、医者の手の中での器具の振動が
変化することである。このフィードバックの結果、バーヘッド２０４が作業境界１０６を
越えて組織を除去することを防ぐように、バーヘッド２０４を再配置し、及び／又は、骨
に対してバーヘッド２０４を押し当てるように器具に加える力を調整することが必要であ
ることを医者に通知される。
作業境界１０６に対するバーヘッド２０４の位置に関して医者が有する別のフィードバ
ック源は、ハンドピースの残りの部分に対する切断アクセサリ２０２の相対位置である。
ホーム位置からの切断アクセサリ２０２の視覚的に適度ないし大きい変位は、容易に判る
。これらの変位された位置のうちの１つへの切断アクセサリ２０２の移動は、したがって
、バーヘッド２０４が作業境界１０６にあり、又は、作業境界１０６に接近していること
の医者に対する視覚的な合図として使える。
これらは、バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えて組織を除去することを防ぐよう
に器具の位置が十分リセットされていないと考えられる状況であることができる。器具が
この位置にあるとき、切断アクセサリ２０２がホーム位置から偏位された状態に既にある
ことが理解されるべきである。しかし、この状態では、切断アクセサリ２０２の逸れは、
可能な最大逸れより小さい。この場合、切断アクセサリ２０２の更なる必要な逸れが、許
容された最大の逸れを超過することができる。図６４に示す例では、許容された最大逸れ
は、総逸れの９０％である。バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えて移動することを
防ぐようにバーヘッド２０４をそのように再配置することが必要とコントローラ１２０が
判断した場合、コントローラ１２０は、モータ２０６への加電信号の印加を終了するよう
にコンソール１３０を指示する指示パケットをコンソール１３０に送信する。
器具モータ２０６の停止は、２つの最終効果を有している。第１に、モータ２０６の停
止は、バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えて組織を切断することを防いでいる。第
２に、モータ２０６の停止は、作業境界１０６の外の組織の切断を防ぐには、器具２００
の再配置が必要であることの医者への通知を提供している。作業境界１０６から離間させ
る器具２００の再配置は、モータ２０６への加電信号の継続印加を生じさせることになる
。
バーヘッド２０４が偏位された後、医者は、手術器具を継続して再配置する。この再配
置の結果、コントローラ１２０は、しばしば、バーヘッド２０４がホーム位置にある場合
には、バーヘッド２０４が制約境界１１１から離間しているように器具が配置されること
を決定する。この条件が生じたとき、コントローラ１２０は、モータのロータがホーム角
度位置にあるべきことを示す目標位置とともにモータのコントローラ２３０、２３２、２
３４に指示パケットを送信する。これらの指示パケットにおけるカウント値は、ゼロであ
る。これらの指示パケットの受信に応答して、モータのコントローラ２３０、２３２、２
３４は、それぞれ、モータ２２０、２２２、２２４を選択的に作動させる。モータ２２０
、２２２、２２４は、キャリッジ３０２並びにリンク３１６、４１６をそれらのホーム位
置に復帰させるように作動される。このキャリッジ３０２並びにリンク３１６、４１６の
変位は、バーヘッド２０４のホーム位置への同様の復帰を生じさせることになる。
システム１００は、また、いわゆる「能動」モードで切断アクセサリ２０２の位置を制
御することができる。能動モードでは、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２を
制約境界１１１から離間させるように偏位させない。その代わり、コントローラ１２０は
、それに沿って組織が除去される経路に切断アクセサリ２０２を能動的に導く。例えば、
システムは、特定の縦軸に沿って位置する骨の穴又は他の空所を形成するように能動モー
ドで操作されることができる。
能動モードで空所を形成するため、空所の縦軸が最初に規定され、コントローラ１２０
にロードされる。この軸の延長線が骨の外に延びるようにプロットされる。バーヘッド２
０４が空所への開口の位置の直上にあるように器具を保持する医者は、この軸に概略整列
するように器具を運ぶ。この作業は、手術ナビゲーションディスプレイ上に提示される画
像を参照して行われる。この画像は、それに沿って空所が形成されるべき軸の描画を含ん
でいる。
最初に、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２の遠位側端部が開口が形成され
るべき骨の表面上の設定された空間内にあるかを判断する。本発明のいくつかの用途では
、この距離は、約０．５ｃｍ〜１．５ｃｍである。コントローラ１２０は、その後、切断
アクセサリ２０２が空隙が形成されるべき位置から所与の径であるスナップ径内にあるか
を判断する。この径は、典型的には、切断アクセサリ２０２の最大偏位径より小さい。器
具２００がそのように配置されていない場合、コントローラ１２０は、医者が器具を再配
置することが必要であるというメッセージをナビゲーションディスプレイに表示させる。
コントローラ１２０が、切断アクセサリ２０２がスナップ半径内にあると判断した場合、
コンピュータは、切断アクセサリ２０２を偏位、スナップさせる。詳細には、コントロー
ラ１２０は、切断アクセサリ２０２の遠位側端部が、空所が形成されるべき位置の直上に
位置するように、器具モータ２２０、２２２、２２４を作動させるようにモータのコント
ローラ２３０、２３２、２３４に指示する。このプロセスのこれらのステップの間、コン
トローラ１２０は、工具モータ２０６の動作を防ぐ指示パケットをコンソール１３０に送
信する。
したがって、医者による器具の継続移動は、空隙が形成されるべき位置の組織の表面に
対して切断アクセサリ２０２の遠位側端が押し当てられる結果を生じる。また、このとき
、医者は、器具モータ２０６を作動させることができない。また、それに沿って空所が形
成されるべき軸に対する器具の相対位置を示す画像がナビゲーションディスプレイに表示
される。
器具２００がこのように配置されると、医者は、目標軸に対する器具の画像に基づいて
、器具を方向付けする。器具の最初の方向付けの結果、コントローラ１２０は、切断アク
セサリ２０２をホーム位置に復帰させる。医者は、器具の方向付けを継続する。詳細には
、医者は、目標軸に対する切断アクセサリ２０２の方位を示す画像に基づいて、アクセサ
リがこの軸に位置合わせされるまで、アクセサリの方向付けを継続する。
ナビゲーションスクリーン上での情報の監視の結果、医者は、それに沿って空所が形成
されるべき軸と切断アクセサリ２０２が整列した事実に気付く。一旦、器具がこの状態に
なったとコントローラ１２０が判断すると、コントローラは、器具のモータ２０６が作動
することができることを示す指示パケットをコンソール１３０に送信し始める。このとき
、医者は、モータ２０６を作動させるようにトリガ２０８を押下する。切断アクセサリ２
０２は、したがって、目標位置において、かつ、目標軸に沿って意図した空所が組織に形
成されるように、加電されることになる。
一旦、医者が空隙の形成を開始すると、コントローラ１２０は、医者が目標軸を外れて
切断アクセサリ２０２を適用する可能性をかなり制限する。例えば、本発明のいくつかの
実施形態では、切断アクセサリ２０２が軸を外れて移動していることを示す任意の指示を
ナビゲーションシステムが提供すると、コントローラ１２０は、直ちに、器具のモータ２
０６への加電信号の印加を終了することをコンソール１３０に指示する。コントローラ１
２０は、切断アクセサリの何らの偏位を実行することなく、この動作を行う。これにより
、空所の深さが大きくなるにつれて、空所が目標軸から軸外れの軸に沿って形成される可
能性が低下する。本発明のこの特徴のいくつかの実施形態では、目標軸との切断アクセサ
リ２０２の不整合の許容可能な変化は、形成される空所の深さが増加するのと反比例して
変化することができる。
コントローラ１２０は、切断の深さを監視する。本発明のいくつかの態様では、空所の
深さが目標深さの０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの間と判断されたときには、コントローラ１２
０は、切断アクセサリ２０２の偏位を開始する。この特定のタイプの偏位は、単に切断ア
クセサリ２０２の後方への収縮であることができる。キャリアが偏位されると、コントロ
ーラ１２０は、モータ２０６の減速とその後の停止を生じさせる指示パケットをコンソー
ル１３０に送信する。このように、これらのプロセスのステップは、結果としての空所を
目標深さに形成させる。
能動モードのシステム２００の代替的な使用においては、システムは、バーヘッド２０
４が除去されるべき組織の表面に隣接して配置されるように医者がハンドピースを配置す
るように指示するプロンプトを表示する。この距離は、バーヘッド２０４がホーム位置か
ら偏位することができる最大距離より小さい。典型的には、この距離は、バーヘッド２０
４が偏位されることができる全距離の２０％〜８０％より小さい。
一旦、器具２００がこのように配置されると、器具コントローラ１２０は、ホーム位置
から切断されるべき組織に向けてのバーヘッド２０４の逸れを生じさせる指示をモータの
コントローラ２３０、２３２、２３４に送信する。バーヘッド２０４は組織を除去する。
このプロセスの間、バーヘッド２０４の変位に関して器具コントローラ１２０が生成する
指示は、作業境界に向かうバーヘッド２０４の変位を生じさせるだけである。コントロー
ラ１２０は、作業境界１０６を越えるバーヘッド２０４の再配置を生じさせることができ
る指示は送信しない。したがって、このプロセスでは、コントローラ１２０は、骨を所望
の形状に切削するようにバーヘッド２０４を指示する指示を送信することになる。
このプロセスでは、医者は、切断される骨のより近くに向けて器具を移動することがで
きる。器具がそのように再配置されたとのコントローラ１２０の決定に応答して、コンピ
ュータは、所望の組織除去を行うようにバーヘッド２０４が偏位される必要のある程度を
調整する。このバーヘッド２０４の位置の再調整において、バーヘッド２０４は、ホーム
位置にリセットされることが可能である。器具２００が骨に更に近く移動された状況では
、コントローラ１２０は、その後、切断される組織から離間させるバーヘッド２０４の偏
位を開始する必要があると決定することができる。したがって、この器具の能動モード動
作の態様は、作業境界を越えた組織の除去を防ぐように、バーヘッド２０４の受動モード
の逸れを含んでいてもよい。
上述の能動モード及び受動モードの間の交互のシステムの動作は、システムの混成モー
ドの動作と考えることができる。この動作は、骨の表面を形成するのに有用である。これ
らの表面は、骨内に位置する空所を画定する露出した骨の表面から内側に位置する表面を
含んでいる。
システムは、手動オーバライドモードでも動作することができる。このモードでは、ユ
ーザは、バー２０４を再配置するモータ２２０、２２２、２２４の能力をオーバライドす
る。このモードでは、器具２００は、ホーム位置をデフォルト位置とし（ｄｅｆａｕｌｔ
ｓ）、本質的に固定された、硬直した切削工具となる。所望であれば、バー２０４の回転
速度を制御する要素は維持されることができる（例えば、制約境界１１１の外側の切断は
、なおも許可されない場合がある）。完全なオーバライドは、ユーザがバー２０４の回転
速度を変更するようにトリガ２０８を使用することを許可するであろう（能動モード及び
受動モードでは、トリガ２０８は、単なるオン／オフの安全装置である）。この場合、器
具２００はもはやナビゲーションユニット１０８によりガイドされないため、器具２００
は本質的に従来的な器具になる。
器具が上記モードで操作された場合、送りネジのナットの自己ロック機能は、ホーム位
置からのバーヘッド２０４の意図しない変位、逆駆動を防ぐことが理解されるべきである
。
受動モード及び能動モードは、（表面加工の）考えられる動作モードの範囲の両極端と
考えられるが、変形形態は可能である。例えば、システムは、バーチップ予測を伴う受動
モードで動作することができる。このモードでは、バー２０４は、作業境界１０６に実際
に到達する前に作業境界１０６から離間するように加速を開始する。これを実行するには
、バー２０４の将来の位置の見積りが必要である。位置に加えて、骨１０２及び器具２０
０に対するバー２０４の将来の位置を予測し、それに従って反応するように、目標の骨１
０２及び器具２００の両方の速度がナビゲーションユニット１０８から器具コントローラ
１２０に出力される。このモードは、各モータの特性仕様の知識を活用する（モータの速
度−トルク曲線を知ることに類似する）。この受動モードの変形形態は、器具の特性包絡
線（反応性）及び全体的な正確性を増大させることになる。
別の混成モードは、より長い「スティッキング」時間の追加である。このようなモード
では、制御システム１００は、手持ち部分の移動とは独立に作業部分が境界に実質的に維
持されるように、ユーザが手持ち部分を境界に対して移動させる間に、作業部分を境界に
能動的に配置すべく、例えば、モータ２２０、２２２、２２４であるアクチュエータを制
御するように構成されている。本質的には、バー２０４が境界への「乗り入れ」を開始し
た後にのみ、バー２０４は、境界への吸引体のように振る舞う。これは、バー２０４が境
界から引き離される間に、バー２０４が「ホーム」位置を越えて移動することを許容する
ことにより達成される。この特徴は、ユーザの好みに従って調整されることができる。
更に別の混成モードは、半自発切断である。このモードでは、医療処置の間、ユーザが
実質的に手持ち部分を目標体積に対する総体的位置に維持する間、物質の目標体積を除去
するために制御システム内で規定された経路を作業部分が自発的にたどるように、制御シ
ステム１００は、手持ち部分に対して作業部分を移動させるべくアクチュエータを制御す
るように構成されている。ここで、ユーザは、バー２０４を総体的に配置し、次いで、対
象の領域に器具２００を保持することになる。バー２０４は、その後、器具コントローラ
１２０からコントローラ２３０、２３２、２３４への信号に基づいてガイドされて移動し
、作業境界１０６により画定された物質１０４の目標体積を切除する。ＣＮＣフライスの
ように、器具２００は、器具コントローラ１２０又はユーザにより計算された規定の経路
（又は、実行中に生成された経路）をたどることにより、半自発作業を実行する。工具経
路のカバレッジは、利用可能な動作範囲（及びユーザが器具２００を静止して保持する能
力）により制限されることになる。
動作の別の混成モードは、切断アクセサリ２０２が制御されたパターンで移動するディ
ザリングを含む。このパターンは、特定の平滑度を有する仕上げ表面を生じるように骨１
０２を成形するバーヘッドを生じさせるものであることができる。ディザリング動作では
、バーヘッド２０４を、軌道パターンで移動させ、八の字パターンで移動させ、及び／又
は、規定の弧に沿って振動させるように、切断アクセサリ２０２がホーム位置から移動す
ることが可能である。このディザリングは、局所的な境界の表面に平行に実行される。
ＶＩ．用途
図６５を参照すると、システムの１つの可能な用途は、上記のような骨の切削に用いる
ものである。本質的には、除去された骨は、移植片（例えば、膝移植片）の「ネガ」のキ
ャビティ１００６を提供する。器具２００は、複雑な３次元形状（すなわち、鏡面対称形
状）をも切り出することができる。同様に、器具２００は、突出した骨及び変形を剃り落
とし／平滑化するように使用されることができる。
図６６を参照すると、システムは、骨、他の組織又は他の物質に通路を掘るのに使用さ
れることができる。器具２００は、バー２０４の直径に等しい（又はそれより少し大きい
）直線穴１００８を開けるように構成されることができる。図６６が示すように、逆にし
た錐体の制約形状１０１０が、体の種々の部位（例えば、脊椎）にアクセスするように規
定されることができる。
図６７Ａ〜図６７Ｃを参照すると、目標設定／整列でのシステムの使用が示されている
。これは、ドリルビット１０１４のチップを穴の中央線（例えば、椎弓根ネジの予備穿孔
）に「スナッピング」することにより、ユーザが素早く事前計画又は事前規定された穴位
置１０１２を特定することを可能にする。一旦、位置が特定されると、その後、ドリルビ
ット（又は他の切断アクセサリ）の軸を所望の穴の軸に適切に整列させるようにディスプ
レイ１４０２が使用されることができる。図６８に示すディスプレイ１４０２のスクリー
ンショットを参照して、ディスプレイは、整列が軸外れ１０１８であり、移動の必要があ
ることを示すドット１０１６を表示している。器具２００は、ドリルビット１０１４のピ
ッチ、ヨー又は軸Ｚに沿う並進を変更することにより、穿孔の進行中に、整列からの逸脱
を修正するようになっている。
図６９を参照すると、器具２００は、柔軟組織及び神経１０２０近傍における、これら
の繊細な領域を避ける能力を伴って、切断、切除又は他の外科的施術に使用されることが
できる。この用途では、手術前撮像及び事前計画として、これらの敏感な領域を避ける制
約境界を生成している。いくつかの実施形態では、器具２００は、神経の損傷を防ぐよう
に神経モニタと組み合わされることができる。このマッピングは、必要に応じて処置中に
行われることができる。
図７０を参照すると、器具２００は、深さ制御されることができる。これは、ユーザが
特定深さに切断又は穿孔（例えば、椎弓根ネジ）することを可能にする。しかし、ユーザ
は、過度に深く切断し、又は骨の反対側まで貫通することは妨げられる（例えば、バイ−
コーティカルネジ）。この用途では、作業領域は、骨の深さ表面である。
図７１を参照すると、器具２００は、あつらえの移植片成形に使用されることもできる
。この用途では、バー又は他の成形工具は、非骨物体１０２２を特定の形状に切断するこ
とができる（例えば、プラスチック移植片）。システムは、器具２００で切削、又は、手
動で切断を行うことで以前に生成した表面に一致させ又は整合させるよう物体を変形する
ようにも構成されることができる。
本書で記載したシステム１００及び器具２００は、本発明の単なる例である。本発明は
、硬質組織及び軟質組織を含むいくつかのタイプの組織に対して、プラスチック及び金属
等の材料に、及び、これらに限定はされないが、切断、切除、穿孔、一般的な衝突回避等
を含む多くの異なる処置に使用されることができる。
ＶＩＩ．代替的な実施形態
上記は、システムの特定の一態様に向けられている。本発明のシステムの代替的な態様
が可能である。例えば、器具２００は、境界の近く又は境界上にあるときに、又は、或る
特定の量の偏位を超過した後で振動する機構（例えば、偏心モータ）を有することができ
る。これは、ユーザに、切断アクセサリの遠位側端チップが境界に接近していることの更
なるフィードバックを提供するものである。切断アクセサリの作業境界への接近度の視覚
的表示を提供するように、器具２００、例えば、ハンドル５０２に光源（例えば、ＬＥＤ
）を設けることができる。例えば、緑の信号＝良好、黄色＝境界上、赤＝問題／停止。
バー２０４がそのホーム位置から偏位した程度を示す特徴を器具２００に設けることが
できる。これらの特徴は、器具２００上のディスプレイ１４０２に組み込まれることがで
きる（図１及び図６８参照）。ディスプレイ１４０２は、好ましくは、使用中にハンドル
５０２に対して固定されたままであるように、ハンドル５０２に取り付けられる。代替的
な実施形態では、ディスプレイ１４０２は、上部アセンブリ３００とともに移動させるよ
うに、上部アセンブリ３００に取り付けることができる。ディスプレイ１４０２のドライ
バ（図示せず）が器具コントローラ１２０にインストールされる。
本発明の手術器具２００は、上記システム以外のナビゲーションシステムとともに使用
することができる。例えば、器具は、無画像ナビゲーションシステムとともに使用するこ
とができる。
骨切削用途では、ディスプレイ１４０２は、切断アクセサリ２０２／バー２０４の現在
の偏位量又は切断アクセサリ２０２／バー２０４が「ホーム」位置にあるかの状態を与え
るであろう。目標設定／整列用途では、ディスプレイ１４０２は、切断アクセサリの軸を
目標の軸に整列させるようにユーザに指示する。半自発切断モード中は、ディスプレイ１
４０２は、バー２０４又は器具２００を総体的にどこに配置するのが最良かをユーザに知
らせる視覚的指示を与えることができる。さらに、ディスプレイ１４０２は、ナビゲーシ
ョン情報（すなわち、遮られたトラッキング向けのＬＥＤ、追加的な材料を除去する必要
がある場合の切断が完了したパーセンテージ等）を表示することができる。
データ接続１００２は、器具コントローラ１２０及びディスプレイ１４０２の間の高速
通信及びアイソクロナスリアルタイムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースで
あるＩＥＥＥ１３９４インタフェースであることができる。データ接続１００２は、個別
企業特有のプロトコルを使用することができる。
切断アクセサリをホーム位置に／ホーム位置から移動させる代替的なアセンブリが提供
されることが可能である。例えば、モータからの力を伝達する機械的アセンブリは、送り
ネジ上に配置されたナット以外のアセンブリを含むことができる。そのような１つのアセ
ンブリは、モータに取り付けられた駆動プレートを有することができる。プレートは、切
断アクセサリを変位させるべく切断アクセサリに接続されたリンクを係合するピンを含ん
でいる。また、本発明のいくつかの態様では、切断アクセサリを変位させるのにベルト駆
動が採用されてもよい。本発明の更に別の態様では、モータの作動は、ラックを変位させ
ることができる。ラックは、切断アクセサリを変位させるように切断アクセサリにリンク
することができる。
本発明の別の代替的な態様では、切断アクセサリが取り付けられたジンバルは、それ自
体が器具の本体に旋回可能に取り付けられる。したがって、ジンバルは、切断アクセサリ
のＸ軸偏位及びＹ軸偏位をも提供することになる。本発明のこれらの態様では、切断アク
セサリをジンバルに保持する機構は、可動にジンバルに取り付けられている。例えば、モ
ータと連結アクセサリ、又は、連結アクセサリのみが、近位側又は遠位側に可動にジンバ
ルに取り付けられることができる。本発明のこれらの態様では、切断アクセサリを遠位側
及び近位側に移動させるモータは、それ自身、ジンバルとともに旋回するようにジンバル
に取り付けることもできる。この切断アクセサリの変位は、軸Ｚに沿う切断アクセサリの
変位であることが理解されるべきである。
同様に、本発明の全ての態様において、切断アクセサリを配置する動力源が機械的エネ
ルギーである必要はない。例えば、切断アクセサリは、ホーム位置へ／ホーム位置から電
磁的に選択的に変位されることができる。本発明のこの実施形態の一態様では、器具２０
０は、ソレノイドを含むことができる。これらのソレノイドは、切断アクセサリに取り付
けられたピンを収縮／伸長させるように選択的に作動される。ピンは、切断アクセサリの
ホーム位置への／ホーム位置からの変位を生じさせるように選択的に収縮／伸長される。
代替的には、器具の内部に取り付けられた他のコイルがあることができる。これらのコイ
ルは、局所化された磁場を生成するものである。各組のコイルのコイルは、切断アクセサ
リ上の磁石の組を選択的に吸引又は反発するようになっている。磁石の移動は、切断アク
セサリの移動を生じさせることになる。本発明のこの態様では、特定の組のコイルへの加
電は、磁石の組を選択的に応答／吸引することができ、これにより、２軸又は３軸上での
切断アクセサリの同時的な変位を生じることになる。
精密ピッチの送りネジ以外のアセンブリは、アクセサリが抵抗にさらされたときの切断
アクセサリの意図しない戻り移動を防ぐ器具の自己ロック特徴部として機能することがで
きる。自己ロックアセンブリの厳密な構造は、切断アクセサリを変位させるアクチュエー
タの構造次第である。例えば、電磁アクチュエータが使用された場合、アクチュエータが
自己ロック機構として機能する。具体的には、切断アクセサリの意図しない変位を防ぐよ
うに、切断アクセサリに印加される抵抗力を防ぐ電流がコイルに印加される。いくつかの
態様では、バネもまた、切断アクセサリの意図しない動きを阻止する力を与えることがで
きる。意図しない動きをしないように、切断アクセサリをロックするのにカムアセンブリ
もまた使用されることができる。
器具２００は、切断アクセサリ２０２の位置の決定及び制御をするように、モータ内部
に上記ホール効果センサ以外の要素を含むことができる。例えば、本発明のいくつかの態
様では、切断アクセサリを変位させる要素の回転位置を監視するように、アブソリュート
回転位置エンコーダ又はアブソリュート角度位置エンコーダが使用されることができる。
いくつかのタイプの動き、例えば、軸Ｚに沿うキャリッジの動きを監視するように、アブ
ソリュート直線位置エンコーダが本発明の器具に組み込まれることができる。本発明のこ
れらの態様では、切断アクセサリのゼロ状態又はホーム中央配置を容易にする補助的な位
置エンコーダを設けることは必要とは限らない。
本発明の全ての態様で、切断アクセサリにエネルギーを提供するモータ又は他の要素が
切断アクセサリに固定的に連結される必要は無い。したがって、本発明のいくつかの態様
では、エネルギー出力要素は、切断アクセサリにフレキシブルにリンクされることができ
る。例えば、切断アクセサリが機械的に駆動される装置の場合、何らかのタイプの駆動ケ
ーブル又は可撓性ジョイントが切断アクセサリに動力を伝達することができる。例えば、
切断アクセサリがキャリッジに旋回可能に連結される一方で、モータが可動キャリッジに
固定的に取り付けられることができる。この構造の利点は、ホーム位置に向かって／ホー
ム位置から離れるように移動される必要がある器具の要素の重量を減少させることである
。
本発明のいくつかの態様では、器具２００は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれの上で切
断アクセサリ２０２が変位することができる程度が相互に等しくないように設計されてい
てもよい。
また、切断アクセサリ２０２をホーム位置に配置するのに用いられるプロセスにおける
変形形態も存在することができる。例えば、典型的には、切断アクセサリが軸Ｚに沿って
変位する場合、アクセサリは、通常、後方に向かって近位側に移動する。したがって、コ
ントローラ１２０は、ホーミングプロセスの間に最初に確立されたホーム位置に対して典
型的には前方、遠位側であるキャリッジ３０２のＺ軸ホーム位置を確立する。このホーム
位置のオフセットは、処置の間に、切断アクセサリ２０２が近位側に後退できる程度を増
加させるものである。
このようなキャリッジのホーム位置のリセットの１つの手段は、上記ホーミングプロセ
スを用いてキャリッジ３０２をホーム位置に移動させるように最初にモータ２２４を作動
させることである。コントローラ１２０は、その後、変位したホーム位置へキャリッジが
移動した以前に計算された目標位置のカウントにオフセットカウントを加算する。このオ
フセットカウントは、コントローラ１２０に以前に記憶されたデータに基づく。このオフ
セット目標位置カウントは、その後、モータのコントローラ２３４に送られる。コントロ
ーラ２３４は、キャリッジを遠位側に移動させるようにモータ２２４を作動させる。キャ
リッジは、モータからの累積カウントがオフセット目標位置カウントと等しくなるまで移
動する。一旦、キャリッジ３０２がそのようにオフセットホーム位置に再配置されると、
コントローラ１２０は、累積カウントをゼロ設定する。
切断アクセサリ２０２のＺ軸のホーム位置がそのようにオフセットされるとき、軸Ｚに
沿うアクセサリチップ２０４の動作範囲は、Ｘ軸及びＹ軸に沿うチップの動作範囲と等し
くならない。したがって、本発明のこれらの実施形態では、アクセサリチップ２０４がそ
の最大偏位位置に変位したときにアクセサリチップ２０４が移動する離間した体積の境界
は、球状ではない。
同様に、本発明の他の態様では、Ｘ軸及びＹ軸における切断アクセサリチップ２０４の
全偏位範囲は、等しくない場合があることが理解されるべきである。
器具モータ２０６の速度が低下する程度もまた、図６４で記載したものから変化するこ
とができる。例えば、本発明のいくつかの態様では、ホーム位置から切断アクセサリの任
意の変位があると、直ちに、コントローラ１２０は、モータ速度のいくらかの低下を生じ
させる。これにより、バーヘッドが作業境界にあることの何らかの即時の聴覚的及び触感
的なフィードバックが医者に提供されることになる。この速度低下のレベルは、偏位が最
大累積偏位の設定されたパーセンテージ内である限り、一定に留まる。一旦、偏位がこの
閾値パーセンテージを超過すると、コントローラ１２０は、モータ速度を低下させる程度
を増加させるように作用する指示パケットをコンソール１３０に送信する。これにより、
切断アクセサリ２０２の位置及び切断アクセサリ２０２に加える力を更に調整することが
適切であることができるとの第２の組の聴覚的及び触覚的なフィードバック信号が医者に
提供される。
さらに、本発明のいくつかの態様では、コントローラ１２０は、アクセサリチップ２０
４の作業境界への接近度に応じて、器具モータ２０６の速度を低下させることができる。
具体的には、アクセサリチップ２０４が作業境界から第１の距離と判断されたときに、第
１のレベルの速度低下を生じさせる指示パケットがコンソール１３０に対して生成される
ことができる。一旦アクセサリチップ２０４が作業境界に交わり、又は、作業境界を越え
ると、コントローラ１２０は、モータ速度を第２のレベルに低下させる。そして、チップ
２０４がホーム位置から逸れた程度が閾値レベルを越えて増加するにつれ、コントローラ
１２０は、モータ速度の低下を増加させる。このモータ速度の段階的な低下は、アクセサ
リチップ２０４の作業境界への接近度の段階的な表示を医者に提供することになる。
また、コントローラ１２０が作業境界に対する切断アクセサリの遠位側端チップの相対
位置を決定するプロセスは、上記とは相違していてもよい。理想的には、ナビゲーション
システムは、この位置を決定することができるデータを、切断アクセサリ２０２がホーム
位置から移動される程度をコンピュータが再計算する頻度と等しい頻度で提供できるべき
である。実際には、ナビゲーションシステムは、典型的には、これらの頻度で測定を実行
することはできない。１つの潜在的な解決策は、コントローラ１２０に、器具２００の骨
に向かう／骨から離れる方向の速度を決定するように、ナビゲーションシステムからの最
新のいくつかのデータのフレームを使用させることである。この決定に基づいて、コント
ローラ１２０は、ナビゲーションシステムから受信した最新の真の位置情報の後に、骨に
対する器具２００の相対位置の外挿評価を生成する。これらの器具位置の予測に基づき、
コンピュータ１３０は、切断アクセサリ２０２をホーム位置から逸らすべきかどうか、及
び、切断アクセサリ２０２をホーム位置から逸らすべき程度を決定する。
作業境界に対する切断アクセサリ２０２の遠位側端部の相対位置及び方位の測定された
、又は、円弧運動の（ａｒｃｕａｔｅ）評価を提供する更に他の手段は、本発明の範囲内
にないナビゲーションシステムの特徴と関連している。
同様に、処理速度及び／又はコントローラ１２０への／コントローラ１２０からのデー
タの伝送の能力により、アクセサリがホーム位置にあるとの推定に基づいて切断アクセサ
リ２０２の相対位置を決定することは、常に必要な訳ではない。この決定がトラッカの相
対位置だけによらずに行われることは、本発明の範囲内である。これらの追加のデータは
、切断アクセサリ２０２の遠位側端部をホーム位置から逸らす程度を規定するデータを示
している。
同様に、全ての要素が、本発明の全ての態様内にあることは要求されない。例えば、シ
ステムのいくつかの態様では、単一組のセンサが、最初に切断アクセサリを中央配置又は
ホーム位置にすることと、次に切断アクセサリをホーム位置から変位させる程度を監視す
ることとの両方に使用される信号を提供することがあることができる。
また、必要な整列の程度は、器具に取り付けられる切断アクセサリのタイプによること
が理解されるべきである。例えば、能動モードで穴を形成する場合、アクセサリがバーで
はなくてドリルビットであるときに、しばしば、切断アクセサリをより正確に配置するこ
とが必要となる。
代替的な実施形態では、切断アクセサリの位置を設定するアクチュエータを規制するコ
ントローラ２３０、２３２、２３４は、制御ユニット１２０に取り付けられる。これによ
り、器具２００にシェル６７０のような構造部を設ける必要が解消されることになる。
器具２００の動作の正確性は、境界に対するアクセサリの決定及びそれに続く器具の制
御サイクルが実行される頻度を増加させることで高めることができることが同様に理解さ
れるべきである。例えば、器具コントローラ１２０に、２ｋＨｚ以上、４ｋＨｚ以上及び
８ｋＨｚ以上の頻度でこれらのサイクルを実行することができるハードウェア及びソフト
ウェアを設けることが望ましいとすることができる。
いくつかの実施形態では、器具及び解剖学的組織に取り付けられるトラッキング装置は
、電磁波、超音波、ＲＦ信号を送信又は受信するトラッキング装置又は当業者に知られた
他のトラッキング装置等の非光ベースのトラッカであることができる。
ＶＩＩＩ．ペンシルグリップの実施形態
上節で記載した代替的な実施形態に加え、図７２〜図１１１は、ペンシルグリップの構
成を有する以下で１２００の符号が付される手術器具の別の実施形態を示している。手術
器具１２００は、図１に示されており、上記されたトラッキング及び制御システム１００
において使用可能である。上記のように、トラッキング及び制御システム１００は、切断
アクセサリ２０２のチップ２０４を目標体積１０４に保つように目標体積１０４及び手術
器具１２００の位置及び方位をトラッキングするようになっている。手術器具１２００は
、上記手術器具２００と同様の用途で使用されることができる。手術器具１２００は、典
型的には、トラッキング及び制御システム１００、特に、器具コントローラ１２０に接続
するコード１２０３を有している。
図７２〜図７４を参照すると、手術器具１２００は、駆動アセンブリ１２０２とも称さ
れる遠位側アセンブリ１２０２と、手持ち部分１２０４とも称される近位側アセンブリ１
２０４とを備えている。手持ち部分１２０４は、ユーザにより手動で保持及び移動される
ようになっている。ユーザは、手持ち部分を把持及び支持することで器具１２００を操作
し、器具１２００は、他の機械的なアーム、フレーム等によっては支持されない。上記実
施形態について述べたように、トラッキング装置１１４は、器具１２００をトラッキング
するように手持ち部分１２０４に取り付けられている。
作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２は、手持ち部分１２０４に移動可能に連結さ
れている。以下により詳細に述べるように、遠位側アセンブリ１２０２は、作業部分、例
えば、切断アクセサリ２０２を解放可能に保持し、患者の組織に医療的／手術的仕事を行
うように作業部分を駆動し、図７２及び図７３に特定されるように、アクセサリ２０２の
遠位側チップ２０４が、切断アクセサリ２０２が適用される目標体積１０４の作業境界１
０６に突き当たる又は切断アクセサリ２０２が適用される目標体積１０４の作業境界１０
６を突破することを防ぐように、軸Ｚで作業部分を移動させている。
近位側アセンブリ１２０４は、遠位側アセンブリ１２０２に係合し、アクセサリ２０２
の遠位側チップ２０４が目標体積１０４の作業境界１０６に突き当たり、又は、目標体積
１０４の作業境界１０６を突破することを防ぐように、切断アクセサリ２０２のピッチ及
びヨーを調整するように遠位側アクセサリ１２０２を移動させるようになっている。上記
のように、「ピッチ」は、ジンバルブシュ１２５６の中心を通る水平面に対する遠位側ア
センブリ１２０２及び切断アクセサリ２０２の縦軸の上下の角度方位（すなわち、図に示
されるＸ軸）である。「ヨー」は、ジンバルブシュ１２５６の中心を通る垂直面に対する
遠位側アセンブリ１２０２及び切断アクセサリ２０２の縦軸の左右の角度方位（すなわち
、図に示されるＹ軸）である。図７５Ａ〜図７５Ｃは、例えば、近位側アセンブリ１２０
４に対する遠位側アセンブリ１２０２のピッチ方向の調整の３つの異なる位置を示してい
る。制御システム１００が規定する遠位側アセンブリ１２０２に対する切断アクセサリ２
０２のチップ２０４の動作範囲は、図７５Ａ〜図７５Ｃ及び図８５〜図８７で円として示
されている。遠位側アセンブリ１２０２又はその部分の種々の図が図７４〜図１０６に示
されている。図７５Ａ〜図７５Ｃを参照すると、近位側アセンブリ１２０４は、外側ケー
ス１２０６を有し、遠位側アセンブリ１２０２は、近位側アセンブリ１２０４の外側ケー
ス１２０６に対して軸Ｚの回りで回転が固定されたままであるケース１２０８を有してい
る。近位側アセンブリ１２０４は、遠位側アセンブリ１２０２に係合し、以下に更に述べ
るように、近位側アセンブリ１２０４に対して遠位側アセンブリ１２０２のピッチ及びヨ
ーを調整するようになっている。
図７５Ａ〜図７５Ｃを参照すると、ノーズチューブ１２１８がケース１２０８から延び
て切断アクセサリ２０２を支持している。ノーズチューブ１２１８は、（図７６及び図８
０で最も良く見えるように）ノーズチューブ穴１２２０を画定している。コレットアセン
ブリ１２１１（図８１〜図８４で分離して示される）は、以下に更に述べるように、ノー
ズチューブ穴１２２０内に切断アクセサリ２０２を解放可能に係合するように、ノーズチ
ューブ穴１２２０内に回転可能に配置されている。
駆動機構１２０１は、回転軸Ｒの回りで作業部分を回転させるように、作業部分に連結
されている。駆動機構１２０１は、コレットアセンブリ１２１１及び切断アクセサリ２０
２を駆動するものであって、例えば、切断アクセサリ２０２を回転させるように、ケース
１２０８内に配置されたアクセサリモータ１２１２とも称される駆動モータ１２１２を有
している。
以下に更に詳細に述べるように、駆動アセンブリ１２０２及び切断アクセサリ２０２は
、複数の自由度で手持ち部分１２０４に対して移動するようになっている。複数のアクチ
ュエータ、例えば、送りネジモータ１２４０、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３
０４は、手持ち部分に対して複数の自由度で作業部分を移動させるように作業部分に、作
動的に連結されている。
駆動機構１２０１は、手持ち部分１２０４に対して少なくとも１つの自由度で移動し、
より詳細には、駆動モータ１２１２は、手持ち部分１２０４に対して少なくとも２つの自
由度で移動するようになっている。アクチュエータのうちの少なくとも１つ、より詳細に
は、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、駆動機構１２０１及び駆動モータ
１２１２を手持ち部分１２０４に対してピッチ及びヨー方向に移動させている。詳細には
、ケース１２０８は、アクチュエータのうちの少なくとも１つ、例えば、ヨーモータ１３
０２及びピッチモータ１３０４により手持ち部分１２０４に対してピッチ及びヨー方向に
移動可能である。駆動機構１２０１及び駆動モータ１２１２は、手持ち部分１２０４に対
して軸Ｚに沿って固定されている。この実施形態では、軸Ｚは、手持ち部分に対してピッ
チ及びヨー方向に移動している。
図７５Ａ〜図７５Ｃ及び図８５〜図８７に最も良く示されるように、複数のアクチュエ
ータ、例えば、送りネジモータ１２４０、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４
は、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進を含む少なくとも３つの自由度で手持ち部分１２０
４に対して作業部分を移動させることが可能である。作業部分、すなわち、切断アクセサ
リ２０２がバーを有する実施形態では、駆動モータ１２１２は、４つの自由度で手持ち部
分に対して移動し、すなわち、駆動モータ１２１２は、バーを回転させている。
駆動アセンブリ１２０２は、作業部分及びアクチュエータのうちの１つを支持し、アク
チュエータのうちの少なくとも他の１つにより移動可能である。具体的には、駆動アセン
ブリ１２０２、より詳細には、ケース１２０８は、軸モータ１２４０とも称される送りネ
ジモータ１２４０及び駆動モータ１２１２を支持している。送りネジモータ１２４０は、
作業部分を軸Ｚに沿って並進させている。駆動アセンブリ１２０２は、ヨーモータ１３０
２及びピッチモータ１３０４により移動可能である。ヨーモータ１３０２及びピッチモー
タ１３０４は、手持ち部分１２０４に対してピッチ及びヨー方向に駆動モータ１２１２、
作業部分及び送りネジモータ１２４０を移動させている。
駆動モータ１２１２は、前述の実施形態においてモータ２０６が制御されるのと同じ態
様で器具ドライバ１３０により制御されることができる。以下に更に述べるように、シャ
フト１２１０が、ケース１２０８内に配置され、切断アクセサリ２０２を駆動すべく駆動
モータ１２１２からコレットアセンブリ１２１１に回転を伝達するように、駆動モータ１
２１２からコレットアセンブリ１２１１に延びている。
駆動モータ１２１２は、例えば、図８４に示すように、切断アクセサリ２０２を駆動す
るようにケース１２０８に回転可能に連結されたロータ１２１４を有している。ロータ１
２１４は、ロータ１２１４をケース１２０８に回転可能に連結し、ケース１２０８に対す
るロータ１２１４の回転を可能にするように、ケース１２０８に係合する少なくとも１つ
のベアリング１２１３を有することができる。
ロータ１２１４は、キー穴１２１５を有する。例えば、図８４に示されるシャフト１２
１０は、ロータ１２１４の回転がシャフト１２１０に伝達されるように、ロータ１２１４
のキー穴１２１５に係合すべく構成された第１の端部１２１７を有している。キー穴１２
１５及び第１の端部１２１７の断面形状は、図８４に示すように２重Ｄ形状であるが、代
替的には、本発明の本質から逸脱することなく、任意の適した形状であることができる。
コレットアセンブリ１２１１は、切断アクセサリ２０２が駆動シャフト１２１０の回転
により回転軸Ｒの周りで回転するように、駆動シャフト１２１０を切断アクセサリ２０２
に回転可能に連結している。図８１〜図８４に分離して示されるコレットアセンブリ１２
１１は、ノーズチューブ穴１２２０内でノーズチューブ１２１８に回転可能に連結されて
いる。図７６を参照すると、種々の要素の積層構造体１２８５がノーズチューブ穴１２２
０内のコレットアセンブリ１２１１とリップ１２８１との間に配置されている。図７６で
最も良く示されるリング１２８３が、ノーズチューブ穴１２２０内にコレットアセンブリ
１２１１及び積層構造体１２８５を保持するように、典型的には、圧入により、コレット
アセンブリ１２１１に隣接してノーズチューブ穴１２２０内に固定されている。
コレットアセンブリ１２１１は、コレットアセンブリ１２１１をノーズチューブ１２１
８に回転可能に連結し、ノーズチューブ１２０８に対するコレットアセンブリ１２１１の
回転を許容するように、ノーズチューブ１２１８に係合する（例えば、図７６に示す）少
なくとも１つのベアリング１２１９を有することができる。
コレットアセンブリ１２１１は、キー端部１２２１を有し、シャフト１２１０は、シャ
フト１２１０の回転がコレットアセンブリ１２１１に伝達されるようにキー端部１２２１
に係合すべく構成された第２の端部１２２３を有している。第２の端部１２２３及びキー
端部１２１１は、相互に対して移動可能である。通常の動作条件では、コレットアセンブ
リ１２１１及びシャフト１２１０は、単一ユニットとして一緒に移動し、コレットアセン
ブリ１２１１が以下に更に述べるように切断アクセサリ２０２を固定及び解放するように
移動したときには、キー端部１２２１及びシャフト１２１０の第２の端部１２２３は、相
互に対してスライドするようになっている。キー端部１２２１及びシャフト１２１０の第
２の端部１２２３の断面形状は、図８４に示す２重Ｄ形状であるが、代替的には、本発明
の本質から逸脱しない任意の適した形状であることができる。
図７６を参照すると、ノーズチューブ１２１８は、作業部分、例えば、切断アクセサリ
２０２を支持し、軸Ｚ、すなわち、典型的には円筒状で、軸Ｚに沿う切断アクセサリ２０
２の位置を調整するノーズチューブ１２１８に沿って並進方向にケース１２０８に対して
移動可能である。
図８５〜図８９を参照すると、通常動作の間、ノーズチューブ１２１８は、軸Ｚに沿っ
てシャフト１２１０に対して軸固定されている。このように、ノーズチューブ１２１８が
軸Ｚに沿って軸移動するにつれ、ノーズチューブ１２１８は、図８５〜図８７に示すよう
に、軸Ｚに沿ってシャフト１２１０を移動させるようになっている。コレットアセンブリ
１２１１が切断アクセサリ２０２を固定及び解放するように移動すると、ノーズチューブ
１２１８及びシャフト１２１０は、図８８及び図８９に示し、以下に更に述べるように、
相互に対して移動することになる。
図７８及び図７９を参照すると、ノーズチューブ穴１２２０は、シャフト１２１０及び
切断アクセサリ２０２を回転可能に収納している。図７６に最も良く示されるように、ベ
アリング１２２２は、切断アクセサリ２０２をノーズチューブ穴１２２０に回転可能に支
持するようにノーズチューブ穴１２２０内に配置されている。
図８５〜図８７を参照すると、ケース１２０８は、入れ子式にノーズチューブ１２１８
を収納している。図９０に最も良く示されるように、ケース１２０８は、チャネル１２２
４を画定している。図７９及び図８０に最も良く示されるように、ノーズチューブ１２１
８は、チャネル１２２４に係合する突起１２２８を有するフランジ１２２６を有している
。チャネル１２２４は、ケース１２０８の回りで円周方向に相互に離間している。突起１
２２８は、チャネル１２２４と一致するように、ノーズチューブ１２１８の回りで円周方
向に相互に離間する。チャネル１２２４は、軸Ｚに平行に延び、軸Ｚに沿う移動に対して
突起１２２８を保持するサイズ及び形状を有している。突起１２２８及びチャネル１２２
４は、ケース１２０８及びノーズチューブ１２１８のどちらにでも画定することができ、
ケース１２０８及びノーズチューブ１２１８は、本発明の本質から逸脱することなく任意
数の対応する突起１２２８及びチャネル１２２４を有することができる。ケース１２０８
は、例えば、ケース１２０８の残りの部分に固定されてチャネル１２２４を画定するブシ
ュ１２６５を有することができる。ブシュ１２６５は、典型的には、ケース１２０８とは
異なるタイプの材料により形成されている。ブシュ１２６５は、典型的には、ノーズチュ
ーブ１２１８に対して低摩擦の接触面を提供する材料で形成され、典型的には、位置検出
を可能にするように非磁性の材料で形成されている。
図８５〜図８９、図９１及び図９２に最も良く示されるように、遠位側アセンブリ１２
０２はケース１２０８内で回転可能に取り付けられた送りネジ１２３０を有している。送
りネジ１２３０は、典型的には円筒状である。ベアリング１２３２がケース１２０８と送
りネジ１２３０の間でケース１２０８内に配置されている。
図８５〜図８９を参照すると、送りネジ１２３０は、ノーズチューブ１２１８にネジ係
合している。ノーズチューブ１２１８は、送りネジ１２３０から軸Ｚに沿って入れ子式に
延び、送りネジ１２３０に対して軸Ｚに沿って入れ子式に調整可能である。具体的には、
送りネジ１２３０は、送りネジ穴１２３４及び送りネジ穴１２３４内の内部ネジ山１２３
６を画定している。ノーズチューブ１２１８は、外部ネジ山１２３８を画定している。送
りネジ１２３０は、送りネジ穴１２３４にノーズチューブ１２１８を入れ子式に収納して
いる。ノーズチューブ１２１８の外部ネジ山１２３８は、送りネジ穴１２３４内の内部ネ
ジ山１２３６にネジ係合している。内部ネジ山１２３６及び外部ネジ山１２３８は、逆駆
動を防ぐ、すなわち、自己ロックを助長する精密ピッチ及びリード角を有している。
上記のように、アクチュエータは、送りネジモータ１２４０を含んでいる。送りネジモ
ータ１２４０は、図７５Ａ〜図７５Ｃ及び図７７に特定されるように、作業部分を回転可
能に駆動し、駆動シャフト１２１０が中空ロータ１２８７内で中空ロータ１２８７に対し
て回転するように、駆動シャフト１２１０を中空ロータ１２８７内で回転可能に収納する
中空ロータ１２８７を有している。
ノーズチューブ１２１８は、中空ロータ１２８７にネジ結合している。具体的には、送
りネジモータ１２４０は、図８５〜図８７に最も良く示されるように、送りネジ１２３０
を回転させるように送りネジ１２３０と係合し、ノーズチューブ１２１８は、送りネジ１
２３０とネジ係合している。
ノーズチューブ１２１８は、中空ロータ１２８７の回転がケース１２０８に対してノー
ズチューブ１２１８を伸縮させるように、ケース１２０８内で回転が抑制されている。換
言すれば、対応する突起１２２８及びチャネル１２２４がケース１２０８に対するノーズ
チューブ１２１８の回転を妨げ、軸Ｚに沿うケース１２０８に対するノーズチューブ１２
１８の並進を許容するため、送りネジモータ１２４０がノーズチューブ１２１８の外部ネ
ジ山１２３８に対して送りネジ１２３０の内部ネジ山１２３６を回転させるときに、ノー
ズチューブ１２１８は、ケース１２０８に対して回転を固定されたままになる。この内部
ネジ山１２３６と外部ネジ山１２３８との相対回転が、ノーズチューブ１２１８をケース
１２０８に対して軸Ｚに沿って移動させることになる。突起１２２８は、ノーズチューブ
１２１８が軸Ｚに沿って移動するときに、それぞれ、チャネル１２２４内でスライドする
ことになる。その結果、動作中にノーズチューブ１２１８に担持される切断アクセサリ２
０２は、送りネジ１２３０の回転に応じて軸Ｚに沿って並進することになる。
図８５〜図８７は、例えば、軸Ｚに沿ってケース１２０８に対して異なる位置に移動し
たノーズチューブ１２１８を示している。詳細には、図８５では、ノーズチューブ１２１
８は、ほぼ完全に伸長しており、図８７では、ノーズチューブ１２１８は、ほぼ完全に収
縮している。図８６は、図８５の位置及び図８７の位置の間の位置を示す。詳細には、図
８６は、「ホーム」位置にあるノーズチューブ１２１８を示している。ノーズチューブ１
２１８がケース１２１８に対して移動すると、コレットアセンブリ１２１１、切断アクセ
サリ２０２及びノーズチューブ１２１８に収容される全ての他の要素がノーズチューブ１
２１８とともに移動するようになっている。
図８５〜図８７に示すように、キー穴１２１５は、シャフト１２１０を入れ子式に収納
している。シャフト１２１０は、ノーズチューブ１２１８が軸Ｚに沿って伸長及び収縮す
るにつれてシャフト１２１０がキー穴１２１５に出入りするにつれ、キー穴１２１５に沿
ってスライドするようになっている。上記のように、シャフト１２１０の第１の端部１２
１７は、回転がロータ１２１４からシャフト１２１０に伝達するように、キー穴１２１５
に係合すべく構成されている。また、上記のように、第２の端部１２２３は、コレットア
センブリ１２１１のキー端部１２２１に対して回転が固定されている。このように、ノー
ズチューブ１２１８が収縮又は伸長すると、シャフト１２１０は、キー穴１２１５内のシ
ャフト１２１０の位置に関わらず、キー穴１２１５内でスライドし、回転をコレットアセ
ンブリ１２１１に伝達するようになっている。
続けて図８５〜図８７を参照すると、ベアリング１２４３は、キー穴１２１５内でシャ
フト１２１０を回転可能に支持している。ベアリング１２４３は、送りネジモータ１２４
０及びシャフト１２１０の間に配置される。駆動モータ１２１２のロータは、送りネジの
モータ１２４０のロータが駆動モータ１２１２のロータの回りで回転する間、送りネジモ
ータ１２４０内で同心に回転している。シャフト１２１０は、ノーズチューブ１２１８の
収縮及び伸長の間、ベアリング１２４３に対して縦にスライド可能である。
ベアリング１２４５は、ノーズチューブ１２１８内でシャフト１２１０を回転可能に支
持している。シャフト１２１０は、コレットアセンブリ１２１１が切断アクセサリ２０２
を固定及び解放するように移動するときに、ベアリング１２４５に対して縦にスライド可
能である。
図７６及び図９０を参照すると、フランジ１２２６は、磁石１２５５等の位置識別具を
収納するキャビティ１２４２を画定することができる。このような実施形態では、ケース
１２０８又はブシュ１２６５は、軸Ｚに沿うノーズチューブ１２１８の位置をトラッキン
グするように磁石１２５５の接近度を測定する１つ又は複数の位置センサ、例えば、ホー
ル効果センサ等の磁気センサ（図示せず）を支持している。位置センサは、制御システム
１００と連通している。
上記のように、コレットアセンブリ１２１１は、切断アクセサリ２０２に解放可能に係
合している。コレットアセンブリ１２１１は、既定の作動限界を越える送りネジモータ１
２４０の作動に応答して切断アクセサリ２０２を解放するように構成されている。コレッ
トアセンブリ１２１１は、シャフト１２１０から切断アクセサリ２０２に移動、例えば、
トルクを伝達ように切断アクセサリ２０２に係合している。詳細には、コレットアセンブ
リ１２１１は、シャフト１２１０に対して切断アクセサリ２０２の回転を固定する。コレ
ットアセンブリ１２１１は例えば、引用することにより本明細書の一部をなすＷａｌｅｎ
への米国特許第５，８８８，２００号に示されるタイプ又は引用することにより本明細書
の一部をなすＷａｌｅｎへの米国特許第６，５６２，０５５号に示されるタイプのもので
あることができる。
図８１〜図８４を参照すると、コレットアセンブリ１２１１は、外部スリーブ１２２５
及び外部スリーブ１２２５に入れ子式に収納される内部部材１２２７を有している。クラ
ンプ部材１２６７、すなわち、図８３に示すコレットは、内部部材１２２７及び外部スリ
ーブ１２２５の間で挟まれている。以下に更に述べるように、内部部材１２２７は、切断
アクセサリ２０２と係合するように、クランプ部材１２６７を選択的に付勢している。
クランプ部材１２６７は、リング１２６９及びリング１２６９から延びる少なくとも１
つのアーム１２２９を有している。図８５は、２つのアーム１２２９を示す。クランプ部
材１２６７は、本発明の本質から逸脱することなく、任意数のアーム１２２９を有するこ
とができることが理解されるべきである。
図８１及び図８２を参照すると、内部部材１２２７は、切断アクセサリ２０２を収める
穴１２３１を画定している。内部部材１２２７は、図８４にも示される穴１２３１と連通
する少なくとも１つの開口１２３３を画定している。各アーム１２２９は、以下に更に述
べるように、切断アクセサリ２０２と係合するように、開口１２３３を通って穴１２３１
に延びることができる足１２３５を有している。
内部部材１２２７は、固定位置（図８８に示される）及び解放位置（図８９に示される
）の間で外部スリーブ１２２５及びアーム１２２９に対して縦にスライド可能である。詳
細には、固定位置では、外部スリーブ１２２５は、足１２３５を開口１２３３に保持する
ようにアーム１２２９に保持力を提供している。解放位置では、外部スリーブ１２２５は
、保持力を消滅させるようにアーム１２２９に対して移動し、足１２３５は、開口１２３
３から外に自由に移動するようになっている。詳細には、外部スリーブ１２２５が解放位
置のときは、足１２３５は自然に開口１２３３内に留まるが、アーム１２２９は、自由に
曲がって足１２３５が開口１２３３から外に移動することを許容している。このように、
切断アクセサリ２０２が穴１２３１に挿入されると、切断アクセサリ２０２は、足１２３
５を外方に移動させている。
コレットアセンブリ１２１１は、図８８に最も良く示されるように、シャフト１２１０
に隣接するピン１２５１を有している。バネ１２７９は、ピン１２５１と係合するように
シャフト１２１０に予荷重を与えている。特に、カラー１２９９がシャフト１２１０に固
定され、バネ１２７９がカラー１２９９を遠位側に押し遣るようにノーズチューブ１２１
８に軸固定されたベアリング１２４５に対して作用している。上記のように、シャフト１
２１０は、コレットアセンブリ１２１１が切断アクセサリ２０２を固定及び解放するよう
に移動するときに、ベアリング１２４５に対して縦にスライド可能であり、バネ１２７９
は、ノーズチューブ１２１８の通常動作中、シャフト１２１０をノーズチューブ１２１８
とともに遠位側に移動させるように付勢している。
外部スリーブ１２２５は、外部スリーブ１２２５及びピン１２５１が内部部材１２２７
に対する単一ユニットとして一緒に移動するように、ピン１２５１を収める図８３及び図
８４に示す穴１２７５を画定している。内部部材１２２７は、ピン１２５１を収めるスロ
ット１２７７を画定している。
外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７が相互に移動すると、シャフト１２１０が
内部部材１２２７のキー端部１２２１内で縦にスライドし、ピン１２５１がスロット１２
７７に沿ってスライドすることになる。換言すれば、内部部材１２２７は、外部スリーブ
１２２５、ピン１２５１及びシャフト１２１０に対して移動することになる。以下に更に
述べるように、解放位置に移動するように、シャフト１２１０は、外部スリーブ１２２５
をケース１２０８に対して所定の位置に保持するようにピン１２５１に力を作用させ、ノ
ーズチューブ１２１８は、内部部材１２２７を外部スリーブ１２２５に対して移動させる
ように内部部材１２２７に力を作用させている。
外部スリーブ１２２５は、アーム１２２９に沿って乗り入れるボス１２３９を有してい
る。固定位置では、外部スリーブ１２２５のボス１２３９は、図８８に示すように、スロ
ット１２３３内及び穴１２３１内に足１２３５を保持している。外部スリーブ１２２５は
、穴１２４９を画定し、解放位置で、穴１２４９を通ってアーム１２２９／足１２３５は
伸長することができる。
バネ１２４７が外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７の間に配置されている。バ
ネ１２４７は、外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７を固定位置に向けて付勢して
いる。バネ１２４７は、クランプ部材１２６７のリング１２６９に当接し、ワッシャ１２
７３に当接している。バネ１２４７は、内部部材１２２７のフランジ１２７１に対してリ
ング１２６９を付勢し、外部スリーブ１２２５に対して固定されたピン１２５１に対して
ワッシャ１２７３を付勢している。
図８８及び図８９に最も良く示されるように、切断アクセサリ２０２は、フラット２０
３を画定している。切断アクセサリ２０２をコレットアセンブリ１２１１に係合させるの
に、外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７は、ボス１２３９が足１２３５から離れ
るようにアーム１２２９に沿って移動するように、解放位置に移動することになる。その
後、切断アクセサリ２０２が穴１２３１に挿入され、フラット２０３が足１２３５と整列
するまで穴１２３１から出るように足１２３５を付勢する。足１２３５がフラット２０３
のうちの１つに係合するように、フラット２０３が足１２３５と整列したときに、足１２
３５は穴１２３１にはね戻る。内部部材１２２７は、その後、切断アクセサリ２０２をコ
レットアセンブリ１２１１に回転的及び並進的に固定するように足１２３５をフラット２
０３と係合するように固定するように、外部スリーブ１２２５に対して固定位置に移動す
る。
外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７は、送りネジ１２３０の選択的な移動によ
り、固定位置と解放位置との間で移動することができる。上記のように、ノーズチューブ
１２１８の通常動作範囲内の種々の位置が図８５〜図８７に概略示されている。シャフト
１２１０は、フランジ１２４１を有している。ノーズチューブ１２１８が伸長及び収縮す
ると、フランジ１２４１は、ベアリング１２４３に対して移動することになる。図８７に
示すように、ノーズチューブ１２１８がほぼ完全に収縮したときに、フランジ１２４１は
ベアリング１２４３に近い。ノーズチューブ１２１８が完全に収縮すると、フランジ１２
４１は、ベアリング１２４３から僅かに離間し、又は、代替的には、ベアリング１２４３
と接触している。
外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７は、ノーズチューブ１２１８を図８８のほ
ぼ収縮した位置を越えて、すなわち、通常動作の既定の作動限界を越えて収縮させること
で、解放位置に移動させることができる。ノーズチューブ１２１８が収縮位置を越えて収
縮すると、図８８及び図８９に示すように、シャフト１２１０のフランジ１２４１が、ベ
アリング１２４３に当接し、キー穴１２１５へのシャフト１２１０の更なる移動を防いで
いる。
上記のように、内部部材１２２７及びノーズチューブ１２１８は、相互に対する並進が
固定され、内部部材１２２７は、外部スリーブ１２２５に入れ子式に収納されている。バ
ネ１２４７は、アーム１２２９が固定位置になるように、外部スリーブ１２２５及び内部
部材１２２７を付勢している。フランジ１２４１がベアリング１２４３に当接し、ノーズ
チューブ１２１８が更に収縮すると、シャフト１２１０は、ピン１２５１、したがって、
外部スリーブ１２２５の更なる移動を防ぎ、したがって、ノーズチューブ１２１８の更な
る収縮が外部スリーブ１２２５に対して内部部材１２２７を移動させ、これにより、図８
９に示すように、バネ１２４７を圧縮することになる。換言すれば、内部部材１２２７が
移動及びバネ１２４７の圧縮を継続する間、シャフト１２１０は、外部スリーブ１２２５
の更なる移動を防ぐように、外部スリーブ１２２５に固定されたピン１２５１に当接して
いる。このように、内部部材１２２７は、送りネジモータ１２４０の既定の作動限界を越
える作動に応答し、上記のように、アーム１２２９を解放位置に移動させるように外部ス
リーブ１２２５に対して移動することになる。
通常動作の間、例えば、ナビゲートされた手術処置での使用の間、ノーズチューブ１２
１８は、伸長及び収縮位置の間で移動することができ、収縮位置を越えては収縮しない。
切断アクセサリ２０２をノーズチューブ１２１８に係合させ、又は、切断アクセサリ２０
２をノーズチューブ１２１８から解除するには、通常動作外の追加のステップが要求され
る。上記のようにノーズチューブ１２１８が収縮位置を越えて収縮して、アーム１２２９
を解放位置に移動させることを可能にする入力を提供するように、例えば、ボタン、スイ
ッチ等の入力装置（図示せず）が外部ケース１２０６に取り付けられることができる。代
替的には、ノーズチューブ１２１８の収縮位置を越える移動がソフトウェアにより制御さ
れることができる。
図８１〜図８４に示すコレットアセンブリ１２１１は、単に例示目的で示されたのであ
り、シャフト１２１０は、本発明の本質から逸脱することなく任意の適切な態様で切断ア
クセサリ２０２に係合することができることが理解されるべきである。
図９３及び図９４に示す別の実施形態では、ノーズチューブ１２１８は、送りネジ１２
３０及びノーズチューブ１２１８に係合する反発防止（ａｎｔｉ−ｂａｃｋｌａｓｈ）装
置１２２４を有することができる。反発防止装置１２２４は、送りネジ１２３０の内部ネ
ジ山１２３６とネジ係合するネジ切りされたショルダ１２４８を有するインサート１２４
６を含んでいる。カップリング１２５０がノーズチューブ穴１２２０内でノーズチューブ
１２１８に固定されている。カップリング１２５０は、典型的には、圧入係合によりノー
ズチューブ穴１２２０に固定されるが、カップリング１２５０は、本発明の本質から逸脱
することなく任意の適切な態様でノーズチューブ穴１２２０に固定されることができる。
インサート１２４６及びカップリング１２５０は、シャフト１２１０を回転可能に収納す
る穴１２４７を画定している。ベアリング１２４９が、インサート１２４６及びシャフト
１２１０の間に配置されることができる。
インサート１２４６は、円周上で離間した指１２５２を有し、カップリング１２５０は
スロット１２５３を有している。指１２５２及びスロット１２５３は、軸Ｚの周りで交互
配置にて円周状に係合している。インサート１２４６の指１２５２及びカップリング１２
５０のスロット１２５３は、相対回転を防ぐように軸Ｚの回りの円周上で相互に噛み合い
、反発防止装置１２２４の組立の間、軸Ｚに沿う相対的な並進を可能にするように軸Ｚに
沿って相互にスライド可能に係合している。このように、インサート１２４６は、ノーズ
チューブ穴１２１８に対して軸Ｚに沿ってスライドすることができる。
バネ部材１２５４は、インサート１２４６及びノーズチューブ１２１８の間に配置され
、インサート１２４６及びノーズチューブ１２１８の間で軸Ｚに沿って延びている。バネ
部材１２５４は、エラストマ材料のＯリングであることができるが、代替的には、本発明
の本質から逸脱することなく、任意のタイプの適したバネ部材であることができる。バネ
部材１２５４は、ノーズチューブ１２１８の外部ネジ山１２３８を送りネジ１２３０の内
部ネジ山１２３６に対して付勢するように軸Ｚに沿ってノーズチューブ１２１８に軸圧を
印加し、これにより、ノーズチューブ１２１８に対する送りネジ１２３０の回転方向の変
化の間、外部ネジ山１２３８と内部ネジ山１２３６との間の遊びが解消されて反発が解消
されることになる。
図７８に最も良く示されるように、ケース１２０８は、例えばノーズチューブ１２１８
、送りネジ１２３０、送りネジモータ１２４０等の遠位側アセンブリ１２０２の残りの部
分を支持し、少なくとも部分的に取り囲んでいる。したがって、以下に更に述べるように
、ケース１２０８のヨー及びピッチの調整は、遠位側アセンブリ１２０２の残りの部分及
び遠位側アセンブリ１２０２により保持される切断アクセサリ２０２のピッチ及びヨーも
調整している。
図９５を参照すると、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２は、手持ち部分１２０
４に対して少なくとも２つの自由度でジンバル１２５８の回りで移動するようになってい
る。具体的には、作業部分は、ジンバル１２５８の回りでピッチ及びヨーの調整が可能で
ある。ジンバル１２５８は、軸Ｚに沿って手持ち部分１２０４に対して固定されている。
ノーズチューブ１２１８は、軸Ｚに沿ってジンバル１２５８に対して並進するようになっ
ている。
ジンバルブシュ１２５６は、外部ケース１２０６に連結されている。ジンバル１２５８
は、遠位側アセンブリ１２０２のケース１２０８に取り付けられ、ジンバルブシュ１２５
６は、遠位側アセンブリ１２０２のケース１２０８を近位側アセンブリ１２０４の外部ケ
ース１２０６に旋回可能に固定するようジンバル１２５８を保持している。ジンバルブシ
ュ１２５６及びジンバル１２５８は、典型的には、ジンバル１２５８がジンバルブシュ１
２５６に対して旋回することができるように整合する内面及び外面を有している。例えば
、図に示すジンバルブシュ１２５６は、分かれており、すなわち、２つの部分を有してい
る。ジンバルブシュ１２５６は、例えば、真鍮又は青銅等の低摩擦材料で形成されている
。
ジンバル１２５８は、錐台球形状、すなわち、対向端部が除去された球の外形を有する
リング形状である。ジンバル１２５８は、遠位側アセンブリ１２０２及び切断アクセサリ
２０２が近位側アセンブリ１２０４に対して旋回可能なように、遠位側アセンブリ１２０
２のケース１２０８に取り付けられている。ジンバル１２５８は、遠位側アセンブリ１２
０２が所与の供給トルクに対して角加速度を最大化するよう旋回するときに、遠位側アセ
ンブリ１２０２の質量慣性モーメントを最小化するように、遠位側アセンブリ１２０２の
重心Ｇの周りに位置している。
図９５を続けて参照すると、ジンバル１２５８は、スロット１２６０を画定し、近位側
アセンブリ１２０４は、ジンバルブシュ１２５６からスロット１２６０に延びてこれに固
定されたペグ１２６２を有している。スロット１２６０は、ジンバル１２５８に沿って縦
に延びている。ペグ１２６２及びスロット１２６０は、遠位側アセンブリ１２０２の近位
側アセンブリ１２０４に対するピッチ及びヨーの調整を許容しつつ、遠位側アセンブリ１
２０２の軸Ｚの回りの近位側アセンブリ１２０４に対する回転を防ぐサイズ及び形状を有
している。
近位側アセンブリ１２０４は、遠位側アセンブリ１２０２の近位側アセンブリ１２０４
に対するピッチ及びヨーを調整する調整アセンブリ１２６４を有している。近位側アセン
ブリ、例えば、外部ケース１２０６は、ユーザにより保持及び把持されている。図７４〜
図７５Ｃに示すように、近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１２０６は、調整アセン
ブリ１２６４を収容している。調整アセンブリ１２６４又はその部分の種々の図が図９７
〜図１０６に示されている。
図１０１を参照すると、調整アセンブリ１２６４は、ヨー調整装置１２６８、すなわち
、ヨー調整機構１２６８と、ピッチ調整装置１２７０、すなわち、ピッチ調整機構１２７
０とを収容するフレーム１２６６を含んでいる。フレーム１２６６は、近位側アセンブリ
１２０４の外部ケース１２０６内に固定されている。ヨー調整装置１２６８及びピッチ調
整装置１２７０は、遠位側アセンブリ１２０２の近位側アセンブリ１２０４に対するそれ
ぞれヨー及びピッチを調整し、遠位側アセンブリ１２０２をフレーム１２６６及び外部ケ
ース１２０６に対して移動させるために、フレーム１２６６に対して移動し、遠位側アセ
ンブリ１２０２に係合するようになっている。
図１０１を続けて参照すると、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０はそ
れぞれネジ山付きの一対の送りネジ１２７２及び送りネジ１２７２にネジ係合するキャリ
ッジ１２７４を有している。送りネジ１２７２は、典型的には、逆駆動（上記参照）を防
ぐように精密ピッチのネジ山を有している。ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１
２７０の構成部品、例えば、一対の送りネジ１２７２及びキャリッジ１２７４は、相互に
同一であり、フレーム１２６６内に配置されている。具体的には、フレーム１２６６は、
軸の回りに延び、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０は、その軸に沿って
相互に離間し、その軸の回りで相互に対して９０度回転している。
図１０１を参照すると、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０の送りネジ
１２７２はフレーム１２６６に回転可能に係合している。ベアリング１２７６は、送りネ
ジ１２７２をフレーム１２６６内に回転可能に保持するように、送りネジ１２７２及びフ
レーム１２６６の間に配置されている。図１０１を参照すると、送りネジ１２７２はそれ
ぞれネジ山付き面１２７８を画定し、キャリッジ１２７４は、送りネジ１２７２をねじ込
み式に収める一対のネジ山付き穴１２８０を画定している。以下に更に述べるように、一
対の送りネジ１２７２の同時回転が、キャリッジ１２７４を送りネジ１２７２に沿って移
動させている。キャリッジ１２７２は、位置センサ、例えば、ホール効果センサと通信す
る位置特定具、例えば、磁石を収納するポケット（符号は付されていない）を有している
。このような位置センサは、例えば、フレーム１２６６に固定されることができる。位置
センサは、制御システム１００と連通している。
図１０５及び図１０６に示す別の実施形態では、キャリッジ１２７４は、それぞれ、各
送りネジ１２７２に配置された反発防止装置１２８２を有することができる。各反発防止
装置１２８２は、送りネジ１２７２にネジ係合するネジ山付き穴１２８６を画定するキャ
ップ１２８４を備えている。
キャップ１２８４は、送りネジ１２７２に連結されている。キャップ１２８４は、ネジ
山付き穴１２８６の回りで離間した円周状に離間した指１２８８を有している。図１０５
を参照すると、キャリッジ１２７４は、円周状に離間したスロット１２９０を画定してい
る。指１２８８及びスロット１２９０は、送りネジ１２７２の周りで円周状に交互配置で
係合する。キャップ１２８４の指１２８８は、相対回転を防ぎ、送りネジ１２７２に沿う
相対的な並進を可能にするように送りネジ１２７２に沿って軸方向に相互にスライド可能
に係合するように、送りネジ１２７２の回りで円周状にスロット１２９０に係合している
。このように、キャップ１２８４は、送りネジ１２７２に軸方向に沿って、キャリッジ１
２７４に沿って、キャリッジ１２７４に対してスライドすることができる。
バネ部材１２９２は、キャップ１２８４及び送りネジ１２７２の間に配置されている。
バネ部材１２９２は、送りネジ１２７２に沿って軸方向にキャップ１２８４及び送りネジ
１２７２の間で延びている。バネ部材１２９２は、エラストマ材料のＯリングであること
ができるが、代替的には、本発明の本質から逸脱することなく、任意のタイプの適切なバ
ネ部材であることができる。バネ部材１２９２は、送りネジ１２７２のネジ山付き面１２
７８のネジ山に対してキャリッジ１２７４のネジ山付き穴１２８０のネジ山にバイアスを
かけるように、送りネジ１２７２に沿って軸方向にキャリッジ１２７４に圧力を作用させ
、これにより、キャリッジ１２７４に対する送りネジ１２７２の回転方向の変化の間、反
発が制限されるようになっている。
図１０１を参照すると、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０のキャリッ
ジ１２７４は、それぞれ、スロット１２９４を画定している。スロット１２９４は、垂直
方向に延びてポケット１２９６で交差する。図９６に最も良く示されるように、遠位側ア
センブリ１２０２のケース１２０８は、ポケット１２９６内に延びるポスト１２９８を有
している。
図１０２及び図１０３を参照すると、スロット１２９４は、断面に丸みがあり、又は、
弓状である。図９６、図１０２及び図１０４に最も良く示されるように、接続部材１２５
７が、各スロット１２９４及びポスト１２９８に係合している。詳細には、各接続部材１
２５７は、ジンバル１２５８に似た形状を有し、ポスト１２９８を収める開口１２５９を
画定している。ポスト１２９８、スロット１２９４及び接続部材１２５７の開口１２５９
は、典型的には、それぞれ、例えばステンレス鋼、真鍮又は青銅等の低摩擦材料で形成さ
れる面を有し、典型的には、高度に研磨されている。接続部材１２５７の外面は、スロッ
ト１２９４の弓状の内面に対して旋回することができる。
図１０２及び図１０４を参照すると、接続部材１２５７は、それぞれ、スロット１２９
４の幅Ｗよりも小さい厚みＴを有し、接続部材１２５７は、それぞれ、スロット１２９４
の幅Ｗよりも大きい高さＨを有している。このように、接続部材１２５７は、接続部材１
２５７の厚みＴがスロット１２９４の幅Ｗ内にフィットするような方位でスロット１２９
４に導入される。接続部材１２５７は、その後、図９６及び図９７に示す位置に回転し、
スロット１２９４の接続部材１２５７に係合することになる。開口１２５９に係合したと
き、ポスト１２９８は、スロット１２９４から解除された位置への接続部材１２５７の回
転を防ぐことになる。
図１００を参照すると、ヨーモータ１３０２は、ヨー調整装置１２６８の送りネジ１２
７２と係合し、ピッチモータ１３０４は、ピッチ調整装置１２７０の送りネジ１２７２と
係合している。ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、図１に示し、上記した
電源１４０に接続される各モータコントローラ２３２、２３４に接続される。モータコン
トローラ２３２、２３４は、典型的には、器具１２００から遠くに配置されている。
ヨーギアセット１３０６は、ヨーモータ１３０２及びヨー調整装置１２６８の送りネジ
１２７２と係合している。ピッチギアセット１３０８は、ピッチモータ１３０４及びピッ
チ調整装置１２７０の送りネジ１２７２に係合している。ヨー調整装置１２６８及びピッ
チ調整装置１２７０の送りネジ１２７２は、圧入係合及び／又は例えば六角形状の端部等
のキー端部を用いた係合により、それぞれ、ギアセット１３０６、１３０８のギア（個別
には符号が付されていない）に係合している。近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１
２０６は、ヨーモータ１３０２及びヨーギアセット１３０６を収容し、ピッチモータ１３
０４及びピッチギアセット１３０８を収容している。
ヨーギアセット１３０６は、ヨーモータ１３０２の作動時に、同速度及び角度でヨー調
整装置１２６８の両送りネジ１２７２を同時に回転させるように構成されている。ピッチ
ギアセット１３０８は、ピッチモータ１３０４の作動時に同速度及び角度でピッチ調整装
置１２７０の両送りネジ１２７２を同時に回転させるように構成されている。このように
、各調整装置のキャリッジ１２７４は、送りネジ１２７２が回転するときに円滑に送りネ
ジ１２７２に沿って移動するようになっている。
近位側アセンブリ１２０４に対して遠位側アセンブリ１２０２のヨーを調整するように
、ヨーモータ１３０２は、ヨーギアセット１３０６を回転させ、次いで、送りネジ１２７
２を回転させ、調整アセンブリ１２６４のフレーム１２６６に対してヨー調整装置１２６
８のキャリッジ１２７４を移動させる。ヨー調整装置１２６８のキャリッジ１２７４がフ
レーム１２６６に対して移動するにつれ、キャリッジ１２７４は、ポスト１２９８を移動
させ、これが、ジンバル１２５８の回りでケース１２０８を旋回させて、遠位側アセンブ
リ１２０２及び遠位側アセンブリ１２０２に取り付けられた切断アクセサリ２０２のヨー
を調整するようになっている。
近位側アセンブリ１２０４に対して遠位側アセンブリ１２０２のピッチを調整するため
に、ピッチモータ１３０４は、ピッチギアセット１３０８を回転させ、次いで、送りネジ
１２７２を回転させ、調整アセンブリ１２６４のフレーム１２６６に対してピッチ調整装
置１２７０のキャリッジ１２７４を移動させる。ピッチ調整装置１２７０のキャリッジ１
２７４がフレーム１２６６に対して移動するにつれ、キャリッジ１２７４は、ポスト１２
９８を移動させ、これが、ジンバル１２５８の回りでケース１２０８を旋回させて、遠位
側アセンブリ１２０２及び遠位側アセンブリ１２０２に取り付けられた切断アクセサリ２
０２のピッチを調整する。キャリッジ１２７４がポスト１２９８を移動させるとき、接続
部材１２５７は、スロット１２９４に沿って移動することになる。
ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、近位側アセンブリ１２０４に対して
遠位側アセンブリ１２０２のヨー及びピッチを調整するように、同時及び／又は独立に動
作することができる。送りネジモータ１２４０は、上記のように、近位側アセンブリ１２
０４に対して切断アクセサリを軸Ｚに沿って移動させ、遠位側アセンブリ１２０２のヨー
及び／又はピッチを調整するように、ヨーモータ１３０２及び／又はピッチモータ１３０
４と同時に操作されることができる。送りネジモータ１２４０は、ヨーモータ１３０２及
びピッチモータ１３０４とは独立に動作することができる。
図７４に示すように、少なくとも１つの回路基板１２６３が外部ケース１２０６に取り
付けられている。切断アクセサリ２０２のＺ軸位置（例えば、磁石１２５５及び磁石セン
サ）、ヨー位置及びピッチ位置の位置センサが回路基板１２６３と通信状態にある。例え
ば、フレキシブル回路が位置センサを回路基板１２６３に接続している。
一実施形態では、アクセサリモータに電源供給する（すなわち選択的に切断アクセサリ
２０２に電源を供給し、又は、電源を供給しない）ように、トリガ又はフットペダル又は
代替的にはボタン（不図示）が、近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１２０６により
支持されることができる。器具２００について上記のように、器具１２００は、器具１２
００内に配置されたセンサ（特定されていない）を有することができる。これらのセンサ
は、トリガが作動され、及び／又は、作動されない場合に信号を生成する。センサからの
出力信号は、データ接続１３３から器具ドライバコンソール１３０に送られる。このセン
サ信号の状態に基づき、器具ドライバ１３０は、切断アクセサリ２０２のチップ２０４が
目標体積１０４の境界１０６内にあるときに、加電信号を駆動モータ１２１２に印加する
。トリガ又はボタンの代わりに、又は、トリガ又はボタンに加え、フットペダル（不図示
）が、オン／オフの指示を駆動モータ１２１２に提供することで駆動モータ１２１２を制
御するように、手術器具１２００と通信状態であることができる。上記のように、アクセ
サリ２０２の回転速度はまた、「ホーム」位置に対するアクセサリ２０２のチップ２０４
の位置に依存している。
上記のように、切断アクセサリ２０２のチップ２０４が目標体積１０４の境界１０６の
外側にあるとき、器具ドライバ１３０は、トリガが作動されたとしても、駆動モータ１２
１２に加電信号を印加しない。トラッキング及び制御システム１００は、切断アクセサリ
２０２のチップ２０４が図２に最も良く示される目標体積１０４のバッファ１０５に入っ
たときに、器具ドライバコンソール１３０が切断アクセサリ２０２の速度を低下させる加
電信号を印加するよう構成されることができる。
ＩＸ．ディスプレイスクリーン
ディスプレイ１４０２とも称されるディスプレイスクリーン１４０２が手術器具２００
、１２００と通信状態にあり、切断アクセサリ２０２を作業境界１０６において配置及び
方位決めするように手術器具２００、１２００の適切な位置及び方位の指示をユーザに提
供している。上記のように、ディスプレイ１４０２は、作業境界に対する作業部分の位置
を示すように、ナビゲーションシステムと通信状態にある。
上記のように、手術器具２００、１２００は、アクセサリ２０２を作業境界１０６にお
いて方位決めするために、調整領域（図では特定されていない）内で３つの自由度の回り
でアクセサリ２０２を調整するようになっている。ディスプレイスクリーン１４０２は、
ユーザにより選択的に使用可能である。例えば、ディスプレイスクリーン１４０２の使用
は、４つ以上のチップ配置の自由度を必要とする用途で必要とされる場合があり、３つ以
下のチップ配置の自由度を必要とする用途では、選択的であることができる。
上記のように、トラッキング及び制御システム１００は、切断アクセサリ２０２のチッ
プ２０４を目標体積１０４内に保つために、解剖学的組織及び手術器具１２００の配置及
び方位をトラッキングするようになっている。トラッキング及び制御システム１００によ
る解剖学的組織及び手術器具１２００の位置及び方位のトラッキングに基づき、ディスプ
レイスクリーン１４０２は、必要な場合には、作業境界１０６が手術器具２００、１２０
０の調整範囲内にあるように、すなわち、手術器具が作業境界１０６内に切断アクセサリ
２０２を配置及び方位決めさせるために調整可能であるように、手術器具２００のハンド
ルアセンブリ５００又は手術器具１２００の外部ケース１２０６を配置及び方位決めする
のに必要な調整を表示している。
ディスプレイスクリーン１４０２は、例えば、液晶表示（ＬＣＤ）モニタ、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）モニタ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）モニタ等であることができるが
、ディスプレイスクリーン１４０２は、本発明の本質から逸脱することなく、任意のタイ
プのデジタル又はアナログディスプレイであることができることが理解される。ディスプ
レイスクリーン１４０２は、手術器具２００、１２００に取り付けることができ、より詳
細には、例えば、図７２及び図７３に示すように、切断アクセサリ２０２を見るときに、
ユーザの視線に概略沿うように取り付けることができる。代替的には、ディスプレイスク
リーン１４０２は、手術器具２００、１２００から離間して、これらに対して独立に移動
可能である。
ディスプレイスクリーン１４０２の視覚的な内容の種々の実施形態が図１０７〜図１１
１に示されている。ディスプレイスクリーン１４０２は、十字線１４０６及び同心円１４
０８を含む目標レチクル１４０４を表示することができる。十字線の交点１４１４は、手
術器具２００のハンドルアセンブリ５００又は手術器具１２００の外部ケース１２０６の
望ましい位置及び／又は方位を特定している。
図１０８、図１１０及び図１１１に示すように、ディスプレイスクリーン１４０２は、
並進記号１４１０及び関連する並進マーカ１４１２を表示することができる。目標体積１
０４に対する手術器具２００のハンドルアセンブリ５００又は手術器具１２００の外部ケ
ース１２０６の並進は、ディスプレイスクリーン１４０２上の並進マーカ１４１２の移動
により反映されることができる。換言すれば、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース
１２０６の右への並進に応答して並進マーカ１４１２はディスプレイスクリーン１４０２
上で左に移動し、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の左への並進に応答
して、並進マーカ１４１２はディスプレイスクリーン１４０２上で右に移動するようにな
っている。同様に、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の下又は上への並
進に応答して、それぞれ、並進マーカ１４１２はディスプレイスクリーン１４０２上で上
又は下に移動するようになっている。このように、切断アクセサリ２０２を目標体積１０
４に対して適切に配置するには、ユーザは、十字線の交点１４１４が並進マーカ１４１２
に向かって移動するようにハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を並進させ
る。ディスプレイスクリーン１４０２上の縮尺は、拡大又は縮小することができることが
理解される。換言すれば、ディスプレイスクリーン１４０２上での並進マーカ１４１２の
並進は、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の実際の並進との比較で異な
る縮尺であることができる。
例えば、目標レチクル１４０４とともに使用した時には、ユーザは、最初に、十字線の
交点１４１４を並進マーカ１４１２に位置させるようにハンドルアセンブリ５００又は外
部ケース１２０６を左右及び／又は上下に並進させ、これにより、切断アクセサリ２０２
が作業境界１０６内に配置される。外科的施術に応じて、並進マーカ１４１２が境界１０
６内に残ってはいるけれども、十字線１４０６の交点１４１４から離れる方に移動するよ
うに、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６が移動されたときに、切断アク
セサリ２０２に電源が供給されることができる。代替的には、ネジ又はピンの挿入準備に
おける穴開け等の他の外科的施術では、十字線の交点１４１４が並進マーカ１４１２又は
同心円１４０８の内側円と整列したときにのみ切断アクセサリ２０２に電源供給されるこ
とができる。
いくつかの実施形態では、ディスプレイスクリーン１４０２は、ホーム位置に対する作
業部分の逸れを示している。並進マーカ１４１２は、ホーム位置からのアクセサリの遠位
側チップ２０４の逸れを示している。この実施形態では、ユーザは、チップ２０４が調整
包絡線を越えない、すなわち、ホーム位置からのピッチ／ヨー／Ｚ軸調整の制約を越えな
い限り、経路又軌跡上に切断チップ２０４を保つようにピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進
を調整することができる。その結果、ユーザは、並進マーカ１４１８を器具が逸れること
ができるホーム位置からの逸れの程度に応じた中心からの或る特定の範囲内に維持するこ
とが必要なだけになる。
図１０７〜図１０９に示すように、ディスプレイスクリーン１４０２は、方位記号１４
１６及び関連する方位マーカ１４１８を表示することができる。方位記号１４１６及び方
位マーカ１４１８は、目標体積１０４に対するハンドルアセンブリ５００又は外部ケース
１２０６の方位、すなわち、ピッチ及びヨーを表示している。ハンドルアセンブリ５００
又は外部ケース１２０６の方位は、ディスプレイスクリーン１４０２上の方位マーカ１４
１８の移動により概略反映されることができる。詳細には、方位マーカ１４１８は、目標
体積１０４に対するハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６のそれぞれ右又は
左へのヨーイングに応答して、ディスプレイスクリーン１４０２上で左又は右に移動する
ようになっている。方位マーカ１４１８は、目標体積１０４に対するハンドルアセンブリ
５００又は外部ケース１２０６のそれぞれ下又は上へのピッチングに応答して、ディスプ
レイスクリーン１４０２上で上又は下に移動することになる。このように、切断アクセサ
リ２０２を目標体積１０４に対して適切に方位決めするように、ユーザは、十字線１４０
６の交点１４１４が方位マーカ１４１８に向かって移動するように、ハンドルアセンブリ
５００又は外部ケース１２０６を移動させている。
複数の円１４０８の間の間隔は、目標体積１０４に対して近位側アセンブリ１２０４を
適切に方位決めするように必要な角度移動の非線形表示であることができる。例えば、方
位マーカ１４１８が最内リング上にあるときは、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケー
ス１２０６の必要な移動は、１度であり、方位マーカ１４１８が次のリング上にあるとき
は、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の必要な移動は、５度であり、方
位マーカ１４１８が次のリング上にあるときは、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケー
ス１２０６の必要な移動は、２５度である。各リングに関連する値は、調整されることが
できる。
目標レチクル１４０４とともに使用した場合、例えば、ユーザは、最初に、十字線１４
０６の交点１４１４を方位マーカ１４１８に位置させるようにハンドルアセンブリ５００
又は外部ケース１２０６を方位決めし、これにより、切断アクセサリ２０２が作業境界１
０６内に方位決めされる。外科的施術に応じ、方位マーカ１４１８が十字線１４０６の交
点１４１４から離れるように移動し、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６
が移動するけれども、チップ２０４が、境界が事前規定の軌跡の場合等には、目標体積１
０４の境界１０６内、又は、境界１０６から事前規定の逸脱内に留まっている場合に、切
断アクセサリ２０２は電源供給されることができる。代替的には、ネジ又はピンの挿入準
備の穴開け等の他の外科的施術では、切断アクセサリ２０２は、十字線１４０６の交点１
４１４が方位マーカ１４１８又は同心円１４０８の内側円と整列しているときのみ電源供
給されることができる。
図１０９を参照すると、目標レチクル１４０４は、許容リング１４２０を含むことがで
きる。目標レチクル１４０４の同心円１４０８の最内のものであることができる許容リン
グ１４２０は、識別されるように他の同心円１４０８と異なる色及び／又は太さのもので
あることができる。
許容リング１４２０は、切断アクセサリ２０２が操作されることができるノーズチュー
ブ１２１８の位置範囲を示し得る。許容リング１４２０は、典型的には、方位マーカ１４
１８とともに使用される。換言すれば、切断アクセサリ２０２は、方位マーカ１４１８が
許容リング１４２０内にあるときに操作可能である。
制御システム１００は、作業部分が仮想境界に接近するにつれてディスプレイ１４０２
の解像度を変化させ、ディスプレイ１４０２を制御するよう構成されている。換言すれば
、許容リング１４２０は、例えば、施術中に変化することができる。例えば、椎弓根ネジ
の穴を形成する穴開け施術の間、許容可能なノーズチューブ１２１８のピッチ及びヨー位
置は、切断アクセサリ２０２のチップ２０４が骨のより深くに移動するにつれて変化する
場合があり、すなわち、穴が深くなるにつれて、ノーズチューブ１２１８と穴の側面との
間での衝突を避けるように、許容可能なピッチ及びヨー位置は、減少することになる。こ
のような施術では、許容リング１４２０は、ピッチ及びヨー方向の許容可能な逸脱量が減
少していることを示すように、チップ２０４が骨のより深くに移動するにつれて、小さく
なるように構成されることが可能である。
ディスプレイスクリーン１４０２は、深さ記号１４２２及び関連する深さマーカ１４２
４を表示することができる。深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４は、目標体積１０
４に対する切断アクセサリ２０２のチップ２０４の深さを表示している。
一実施形態では、深さ記号１４２２は、上限線１４２６、下限線１４２８及び中間線１
４３０を有している。図１０７〜図１０９の深さ記号１４２２の最上の線である上限線１
４２６は、目標体積１０４の表面を示し、図１２６〜図１２８及び図１３１の深さ記号１
４２２の最下線である下限線１４２８は、目標体積１０４の底部を示している。換言すれ
ば、深さマーカ１４２４が上限線１４２６上に位置するときには、深さ記号１４２２及び
深さマーカ１４２４は、切断アクセサリ２０２のチップ２０４が目標体積１０４の表面に
あることを示している。深さマーカ１４２４が下限線１４２８上に位置するときには、深
さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４は、切断アクセサリ２０２のチップ２０４が目標
体積１０４の底部にあることを示している。
別の実施形態では、中間線１４３０は、チップ２０４のホーム位置を示す。切断アクセ
サリ２０２のチップ２０４を目標体積１０４に対して正しい深さに配置するには、ユーザ
は、深さ記号１４２２の中間線１４３０が概略深さマーカ１４２４付近に表示されるよう
に、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させることになる。
図１０７〜図１０９に示すように、深さ記号１４２２は、上限線１４２６から上方に延
びる延長線１４３２を表示することができる。延長線１４３２は、目標体積１０４の直近
の領域を示している。
図１１０に示すように、ディスプレイスクリーン１４０２は、図１２９の深さ記号１４
２２に隣接して示される許容バー１４３４を表示することができる。上限線１４２６が目
標体積１０４の表面を示し、下限線１４２８が目標体積１０４の底部を示す代替形態では
、図１２９に示す許容バー１４３４は、目標体積１０４の表面を示す頂点１４３６及び目
標体積１０４の底部を示す底点１４３８を有している。
ディスプレイスクリーン１４０２は、それぞれが選択された情報を表示することができ
る上部バナー１４４０及び底部バナー１４４２を表示する。例えば、上部バナー１４４０
及び／又は底部バナー１４４２は、実施中の施術のタイプ、患者情報等を表示することが
できる。上部バナー１４４０及び／又は底部バナー１４４２は、トラッカ１１４、１１６
の遮られた視認性を示すインジケータ１４４４を有することができる。インジケータ１４
４４は、視認性が確立されたか、又は、確立されていないかを示すように色分け（例えば
、赤及び緑）されることができる。
並進記号１４１０／並進マーカ１４１２、方位記号１４１６／方位マーカ１４１８及び
深さ記号１４２２／深さマーカ１４２４は、ディスプレイスクリーン１４０２上で独立に
表示又は非表示されることができる。並進マーカ１４１２、方位マーカ１４１８及び深さ
マーカ１４２４は、識別の容易化するように、それぞれ異なる色のものであることができ
る。並進記号１４１０、方位記号１４１６及び深さ記号１４２２は、識別の容易にするよ
うに、それぞれ、並進マーカ１４１２、方位マーカ１４１８及び深さマーカ１４２４と同
じ色で着色されることができる。色分けに加え、又は、色分けの代わりに、並進マーカ１
４１２、方位マーカ１４１８及び深さマーカ１４２４は、区別の容易にするように、それ
ぞれ異なる記号であることができる。
図１０７〜図１１１は、ディスプレイスクリーン１４０２の視覚的な内容の種々の実施
形態を示している。図１２６に示すディスプレイスクリーン１４０２は、方位記号１４１
６及び方位マーカ１４１８を表示し、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示す
る。上記のように、切断アクセサリ２０２を目標体積１０４に対して適切に方位決めする
ように、ユーザは、十字線１４０６の交点１４１４が方位マーカ１４１８に向かって移動
するように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させている。この
ように、図１０７に示すシナリオでは、ユーザは、交点１４１４を方位マーカ１４１８と
整列させるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６のヨーを右に調整
し、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を下にピッチングさせる。切断ア
クセサリ２０２のチップ２０４を目標体積１０４に対して正しい深さに配置するように、
ユーザは、深さ記号１４２２の最低線１４２８が深さマーカ１４２４上に配置されるよう
にハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させる。例えば、椎弓根ネジ
又はピンの穴を形成するように、バーで骨に穴開けするときには、最低線１４２８が深さ
マーカ１４２４に向かって移動することになる。
図１０７に示すディスプレイスクリーン１４０２は、許容リング１４２０を表示し、し
たがって、許容リング１４２０が方位マーカ１４１８の回りに表示されるときに、切断ア
クセサリ２０２は電源供給されることができる。代替的には、図１０９に示すディスプレ
イスクリーン１４０２は、許容リングを表示しない。図１０８に示すディスプレイスクリ
ーン１４０２は、並進記号１４１０及び並進マーカ１４１２、方位軸及び方位マーカ１４
１８、及び、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示している。このシナリオで
は、ユーザは、交点１４１４を方位マーカ１４１８に整列させるように、ハンドルアセン
ブリ５００又は外部ケース１２０６のヨーを右に調整し、ハンドルアセンブリ５００又は
外部ケース１２０６を下にピッチングさせている。ユーザは、また、交点１４１４を並進
マーカ１４１２と整列させるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６
を上及び左に並進させる。切断アクセサリ２０２のチップ２０４を目標体積１０４に対し
て正しい深さに配置するように、ユーザは、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１
２０６を移動させている。図１０８に示すディスプレイスクリーン１４０２は、許容リン
グ１４２０を表示し、したがって、許容リング１４２０が方位マーカ１４１８の回りに配
置されたときに、切断アクセサリ２０２は、電源供給されることができる。
図１０８に示すディスプレイスクリーン１４０２は、並進記号１４１０及び並進マーカ
１４１２を表示し、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示している。このシナ
リオでは、ユーザは、交点１４１４を並進マーカ１４１２と整列させるように、より好ま
しくは、交点１４１４を並進マーカ１４１２と整列させるように、ハンドルアセンブリ５
００又は外部ケース１２０６を上及び左に並進させている。上記のように、図１０８のデ
ィスプレイスクリーン１４０２は、許容バー１４３４を表示している。図１０８では、ユ
ーザは、許容バー１４３４が深さマーカ１４２４に沿って表示されるまでチップ２０４を
目標体積１０４のより深くに移動させることにより、切断アクセサリ２０２のチップ２０
４を適切な深さに配置している。
図示されないが、ディスプレイスクリーン１４０２は、空白であることができ、すなわ
ち、目標レチクル１４０４を表示せず、何らの指示記号又はマーカも含まないことが理解
されるべきである。このような実施形態は、ディスプレイスクリーン１４０２からの追加
の案内も必要としない切断用途に使用されることができる。
図１１１に示すディスプレイスクリーン１４０２は、並進記号１４１０及び並進マーカ
１４１２を表示し、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示する。このシナリオ
では、ユーザは、交点１４１４を並進マーカ１４１２と整列させるように、ハンドルアセ
ンブリ５００又は外部ケース１２０６を上及び左に並進させている。図１１１を続けて参
照すると、ユーザは、中間線１４３０が深さマーカ１４２４と整列するまで目標体積１０
４から外に切断チップ２０４を移動させることにより、切断アクセサリ２０２のチップ２
０４を適切な深さに配置している。
Ｘ．外科的施術
いくつかの外科的施術がシステム１００及び器具２００、１２００により行うことがで
きる。これらの施術のうちのいくつかは、骨等の組織の除去を含んでいる。器具２００、
１２００を用いた骨の除去は、器具２００、１２００に取り付けられた切断アクセサリ２
０２の施術及びタイプに応じて、スカルプティング、シェービング、コアリング、穴開け
又は骨を除去する任意の他の方法を含むことができる。器具２００、１２００は、脊椎、
膝、臀部、頭蓋の組織の除去及び他の施術に使用されることができる。これらの施術は、
開腹術又は低侵襲施術であることができる。
各外科的施術の間、器具２００、１２００のチップ２０４及び処置される解剖学的組織
の位置及び／又は方位が動的にトラッキングされる。チップ２０４及び解剖学的組織の表
示は、外科医がこれらの相対位置を常に認識するようにディスプレイ１１３、１４０２に
連続的に表示される。チップ２０４の位置は、上記のようにシステム１００に規定された
境界に対するチップ２０４の関係に基づいて、システム１００により制御される。いくつ
かの場合、境界は、避けるべき解剖学的組織の領域を画定し、他の場合、境界は、チップ
２０４が横切るようにシステム１００により特に制御される経路を規定する。
図１１２Ａ〜図１１２Ｄを参照すると、１つの施術では、器具２００、１２００は、脊
椎固定を行うように使用される。組織を除去するように器具２００、１２００が使用され
ることができる脊椎固定術は、これらに限定はされないが、前方腰椎椎体間固定術（ＡＬ
ＩＦ：anterior lumbar interbody fusion）、後方腰椎椎体間固定術（ＰＬＩＦ：poster
ior lumbar interbody fusion）、経椎間孔椎体間固定術（ＴＬＩＦ：transforamenal lu
mbar interbody fusion）、直接側方椎体間固定術（ＤＬＩＦ：direct lateral interbod
y fusion）又は最側方椎体間固定術（ＸＬＩＦ：extreme lateral interbody fusion）を
含んでいる。
図１１２Ａを参照すると、いくつかの椎体間脊椎固定術において、器具２００、１２０
０は、患者の椎間板１６００にアクセスするように、骨を最初に切断及び貫通するのに使
用されることができる。例えば、椎間板１６００の後方でのアクセスは、椎弓板１６０２
の貫通を必要とすることができる。外科医により採用される手法に応じ、椎間板１６００
へのアクセスには患者の椎弓板１６０２の全部又は一部の除去が必要であることができる
。これらの実施形態では、切断アクセサリ２０２のチップ２０４（例えば、バーヘッド）
は、椎弓板１６０２の全部又は一部を除去するように患者の椎弓板１６０２を貫通してい
る。
更に図１１２Ａを参照すると、椎間板１６００へのアクセスを得るように骨が一旦除去
されると、器具２００、１２００は、患者の椎間板１６００の全部又は一部を切除するこ
とで椎間板切除術を行うことができる。
いくつかの場合、椎間板切除術を行うのに最初に骨を除去することを必要としない。椎
間板１６００へアクセスするのに骨の除去を要するかどうかは、外科医の開始する施術の
決定、例えば、ＡＬＩＦ、ＰＬＩＦ、ＴＬＩＦ、ＤＬＩＦ等のいずれにするかの決定に依
存する。除去すべき椎弓板１６０２及び椎間板１６００の部分は、チップ２０４の移動を
制御するようにシステム１００に記憶される境界として術前に規定されることができる。
終板１６０４、１６０６及び椎間板１６００を含む施術に関連する椎体の位置及び方位
は、各椎体にトラッカ１６１２を取り付けて、その後、外科医がディスプレイ１１３、１
４０２上で除去する物質を視覚化することができるように、術前画像に椎体をマッチング
することによるナビゲーションを用いてトラッキングされる。椎間板１６００の位置及び
方位は、椎間板１６００の上下の骨の位置及び方位をトラッキングすることにより推測さ
れることができる。除去されるべき骨又は椎間板の部分は、１つの色で表示することがで
き、他方、残されるべき物質は、異なる色で表示されることができる。表示は、既に除去
した物質を消去しつつ、更に除去されるべき物質を示すように、切断が進展するにつれて
更新される。いくつかの実施形態では、各トラッカは、椎体の移動をトラッキングする３
つ以上の能動マーカ又は受動マーカ１６１４を有している。
患者の解剖学的組織に術前画像を登録する技術は、手術ナビゲーションの分野で十分に
既知である。いくつかの実施形態では、その開示が引用することにより本明細書の一部を
なす「Ｓｕｒｇｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ（手術システム）」と題する米国特許第７，７２５
，１６２号に示されるようなトラッキングされるポインタが、解剖学的組織に術前画像を
登録するようにその後に術前画像とマッチングされる、各椎体上の解剖学的目印を識別す
るのに使用される。
図１１２Ｂを参照すると、骨プレート１６０４、１６０６からの骨は、出血している海
綿質骨を露出するように、チップ２０４により除去されることができる。出血している骨
の露出は、骨マトリクス物質１６０８との骨の内部成長を促進するものである。
終板１６０４、１６０６の表面は、外科医が好む形状に切断されることができる。終板
１６０４、１６０６は、所望の形状を形成するように、トラッキング及び制御システム１
００の案内の下で、チップ２０４により成形されている。所望の形状は、チップ２０４が
境界内に留まるように制御され、システム１００内で境界として事前規定されることにな
る。いくつかの場合、所望の形状は、終板１６０４、１６０６に加工される平坦な表面で
あり、一方、他の場合、移植片１６１０を更に所定の位置に固定するリブ付けされた、波
形の、凹凸の多い又は他の平坦でない表面が好ましい。
終板１６０４、１６０６の準備の後、移植片１６１０が終板１６０４、１６０６の間に
配置される。骨マトリクス物質１６０８は、使用される移植片のタイプ及びサイズ及びそ
の位置に応じて、移植片１６１０の配置の前及び／又は後に、椎間板隙で移植片１６１０
内に配置されることができる。骨マトリクス物質１６０８は、骨誘導因子（ＢＭＰ：bone
morphogenetic proteins）を有する又は有さない自己移植又は自家移植物質を含むこと
ができる。骨マトリクス物質１６０８は、鉗子、カニューレ及びプランジャー等により椎
間板隙に配置されることができる。図１１２Ｃは、移植片１６１０の前面及び移植片１６
１０の内部の椎間板隙に位置する骨マトリクス物質１６０８とともに配置された移植片１
６１０を示している。
示す移植片１６１０は、移植片１６１０の上面及び下面に画定されるリブ１６１６を有
している。リブ１６１６に適合し、更には移植片１６１０を所定位置に固定する凹部（符
号は付されていない）を設けるために終板１６０４、１６０６が加工されるように、シス
テム１００において境界が規定されることができる。
図１１２Ｄを参照すると、一旦、移植片１６１０が終板１６０４、１６０６の間に配置
されると、器具２００、１２００のチップ２０４が椎弓根にパイロット孔１６１８を準備
するのに使用されることができる。パイロット孔は、移植片１６１０を安定化させるよう
に使用されるネジ／ロッド固定システムの一部を形成する椎弓根ネジ１６２０を収めるよ
うに形成されている。
別個の境界がパイロット孔の軌跡を規定している。システム１００は、方向及び深さを
含めて、パイロット孔を正確に切断するように、前述のように、チップ２０４が軌跡に沿
って留まるように制御する。ネジ１６２０は、ネジ駆動工具（図示せず）でパイロット孔
に固定されている。ネジ１６２０は、適切なロッド１６２２で固定されている。
前方術又は側方術等の他の実施形態では、移植片の固定を提供するように、ネジが骨プ
レートとともに使用されている。
脊椎固定術の間、チップ２０４が避ける必要のある敏感な解剖学的組織の位置を示すよ
うに、システム１００において追加の境界（図示せず）が規定されることができる。シス
テム１００においてこれらの境界を規定することにより、器具２００、１２００のナビゲ
ーションによりこれらを避けることができる。このような境界にチップ２０４が接近する
と、上記のように、チップ２０４は、３つの自由度の移動で逸れることができる。さらに
、外科医は、敏感な解剖学的組織を画定する境界をディスプレイ１１３、１４０２上で視
覚化することができる。敏感な解剖学的組織は、患者の大動脈及び／又は大静脈又は患者
の任意の脈管構造及び／又は神経を含んでいる。
器具２００、１２００が採用されることができる他の脊椎施術は、狭窄、椎体置換又は
瘢痕組織除去を含む任意の施術を含んでいる。論じた脊椎施術では、組織が切断及び切開
される開腹術、又は、チップ２０４がガイドチューブ、カニューレ又は他のアクセスチャ
ネルを通して骨の部位に配置される低侵襲施術のどちらかで対象の骨にアクセスすること
ができる。
図１１３Ａ及び図１１３Ｂを参照すると、器具２００、１２００により行うことができ
る別の施術は、大腿寛骨臼インピンジメント（ＦＡＩ：ｆｅｍｏｒａｌ ａｃｅｔａｂｕ
ｌａｒ ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）手術である。ＦＡＩは、患者の大腿骨骨頭に過剰量の
骨が存在するときに生じることができる。過剰の骨は、通常、大腿骨骨頭の上面に沿って
位置し、カム形状の骨頭を形成している。その非球形である形状により、通常に形成され
た関節窩内での大腿骨骨頭の回転は、インピンジメントを生じさせている。例えば、図１
１３Ａに示すインピンジメント参照。このインピンジメントを軽減するのに、器具２００
、１２００のチップ２０４は、より均一な大腿骨骨頭を形成し、インピンジメントの領域
を緩和するように過剰の骨を除去している。器具２００、１２００は、いくつかの実施形
態では、寛骨臼又は所望の場合は寛骨臼に連結される開節唇の骨を成形するのにも使用さ
れることができる。
ＦＡＩ術が始まる前に、計画は、例えば、大腿骨１６４０及び臀部１６４２の３Ｄ画像
を提供するＭＲＩ又はＣＴスキャンである術前スキャンを含んでいる。これらの画像は、
システム１００に記憶される。除去される過剰の骨１６４１及び／又は残される解剖学的
組織の部分（寛骨臼等）の体積を画定する境界は、その後、臀部の動きの動的なシミュレ
ーションに基づいてシステム１００により自動的に、又は、外科医により規定される。境
界は、システム１００に記憶され、チップ２０４と境界との間の所望の関係を維持する３
つの自由度でのチップ２０４の移動を制御するように、後に使用される。
能動マーカ又は受動マーカ１６４６を有するトラッカ１６４４は、大腿骨１６４０及び
臀部１６４２に取り付けられる。トラッカ１６４４は、皮膚を通して骨に挿入された骨ピ
ンを用い、又は、当業者に知られた他の方法を用いて大腿骨１６４０及び臀部１６４２に
固定されることができる。
術前画像は、システム１００が、大腿骨１６４０及び臀部１６４２に対するチップ２０
４（例えば、バーヘッド）の移動をトラッキングすることができるように、前述のように
、トラッカ１６４４及びポインタを用いて解剖学的組織に登録される。特に、大腿骨骨頭
１６４８及び寛骨臼１６５０の位置及び方位が施術中にトラッキングされる。
施術の次のステップでは、患者の皮膚を通して２つの別個のアクセス通路が形成される
。一方の通路は、器具２００、１２００のチップ２０４に対して形成され、一方の通路は
、内視鏡（図示せず）に対して形成される。これらのアクセス通路は、ガイドチューブ、
カニューレ又は他のアクセス形成装置により設けることができる。或る特定の実施形態で
は、これらのアクセス装置は、この装置にトラッカ（不図示）を取り付けることにより、
システム１００によりトラッキングされることができる。これにより、システム１００又
はユーザが寛骨臼／股関節への正しい通路を確立することが可能になる。
器具２００、１２００は、その後、一方のアクセス通路を通して配置される。器具２０
０、１２００は、大腿骨骨頭１６４８から過剰の骨１６４１の所望の体積を除去するよう
に操作される。トラッカ１６４４は、大腿骨骨頭１６４８、寛骨臼及びこれに関連付けら
れた任意の規定された境界に対するチップ２０４の位置を監視するようにシステム１００
によって使用される。器具２００、１２００は、その後、残すべき組織を避けて、除去す
べき物質の切断のみを確実にするように、必要により、チップ２０４を移動させるシステ
ム１００により制御される。これにより、インピンジメントを軽減するように大腿骨骨頭
１６４８から物質１６４１の所望の体積のみが除去されることが確実になる。
この施術において、骨が除去されるとき、大腿骨骨頭１６４８の到達困難な領域にアク
セスするのに、臀部を収縮させることが必要な場合がある。自発モードでは、システム１
００は、これらの他の領域にアクセスするのに、最初に、患者の移動及び臀部の収縮を促
すことができる。
この施術の間、外科医は、ディスプレイ１１３、１４０２上で残すべき骨と異なる色で
表示されることができる除去されるべき大腿骨骨頭１６４８の骨の体積を見ることができ
る。ディスプレイ１１３、１４０２は、大腿骨骨頭１６４８の所望の最終形状を画定する
境界に対する除去すべき残りの骨をも示すことができる。チップ２０４、大腿骨骨頭１６
４８及び寛骨臼１６５０をトラッキングすることで、境界及び解剖学的組織に対するチッ
プ２０４の位置をディスプレイ１１３、１４０２上に表示し、それにより、施術後に適切
に成形された大腿骨骨頭１６４８が残る確実性を外科医に与えることができる。
除去すべき残りの大腿骨骨頭１６４８の骨の表示は、大腿骨骨頭の所望の最終形状とと
もに、内視鏡（不図示）と関連付けられた視認ステーションにオーバーレイされることが
できる。この態様で、内視鏡のディスプレイは、骨及び他の組織の内視鏡視野とともに、
除去されるべき骨も動的に表示している。この実施形態では、内視鏡の位置及び方位が解
剖学的組織及び器具２００、１２００と同じ座標系で決定することができるように、トラ
ッキング装置（図示せず）が、内視鏡（図示せず）にも取り付けられている。
システム１００は、骨が除去されるときに、臀部動作の動的シミュレータが緩和又は存
置されるインピンジメントの量を評価するように事前プログラムされることができる。例
えば、施術の開始時に、寛骨臼１６５０の大腿骨骨頭１６４８の自由回転（すなわち、イ
ンピンジメントの無いときの回転）の量は、Ｘ度であることができる。施術の進行に伴い
、Ｘの値は増加する。この値は、ディスプレイ１１３、１４０２に表示されることができ
る。システム１００は、Ｘの値が十分な骨の物質が除去されたことを示す事前決定した閾
値に到達したときに、外科医に警告することができる。
いくつかの実施形態では、チップ２０４により他の物質が除去されることができる。例
えば、チップ２０４は、軟骨損傷部又は関節唇（ｌａｂｒａｌ）を創傷清拭し、骨隆起を
切除し及び／又は寛骨臼骨縁を整形するように使用されることができる。
図１１４を参照すると、システム１００及び器具２００、１２００により行われる別の
施術は、前十字靭帯（ＡＣＬ：ａｎｔｅｒｉｏｒ ｃｒｕｃｉａｔｅ ｌｉｇａｍｅｎｔ）
再建術である。ＡＣＬ再建術では、膝へのアクセスは、関節鏡（不図示）又は他のガイド
チューブ若しくはカニューレにより行われる。既存のＡＣＬは、シェーバ又は他の装置を
用いて最初に除去される。グラフト１５６１が、その後、除去されたＡＣＬを置換するよ
うに形成される。適切なグラフトは、半腱様筋（正：ｓｅｍｉ−ｔｅｎｄｉｎｏｓｕｓ）
／薄筋グラフト又は骨付き膝蓋腱（ＢＴＢ：ｂｏｎｅ−ｔｅｎｄｏｎ−ｂｏｎｅ）グラフ
トを含んでいる。
ＡＣＬ再建術の前に、ＭＲＩ又はＣＴスキャン等の術前画像が、大腿骨１６５６及び頸
骨１６５８並びにＡＣＬを含む膝関節の３次元モデルを生成するのに使用されることがで
きる。能動マーカ又は受動マーカ１６６２を有するトラッキング装置１６６０は、施術の
間、及び、前述のように術前画像を解剖学的組織に登録するように、大腿骨１６５６及び
頸骨１６５８の位置及び方位をトラッキングするのに、従来の方法を用いて大腿骨１６５
６及び頸骨１６５８のそれぞれに取り付けられる。
施術の間、２つのトンネル又は通路１６５２、１６５４が、グラフト１６５１が固定さ
れる大腿骨１６５６及び頸骨１６５８にそれぞれ形成される。従来的には、通路１６５２
、１６５４は、大腿骨１６５６及び頸骨１６５８への異なるアクセス通路とは別個に形成
され、したがって、２つの別個の切断ガイドを必要とする。例えば、典型的な施術では、
頸骨１６５８への接近は、関節下部から行われ、その後、上記通路（tunnel）が関節に向
かって穿孔される。大腿骨１６５６は、関節から開始し、その後、関節から離れて大腿骨
１６５６に向けて穿孔することにより穿孔される。器具２００、１２００は、切断ガイド
を用いることなく、同じ従来的な態様で使用されることができる。
図１１４の実施形態では、通路１６５２、１６５４を画定する境界がシステム１００で
確立されることができる。チップ２０４、大腿骨１６５６及び頸骨１６５８の位置をトラ
ッキングすることで、システム１００は、チップ２０４（例えば、バーヘッド）の移動を
境界内に留めるように制御することができる。境界が解剖学的組織に結びついているため
、解剖学的組織の移動のトラッキングで、境界の移動もトラッキングされることになる。
トラッキング及び制御システム１００を使用し、上記のような大腿骨１６５６及び頸骨
１６５８に２つの別々の不連続に形成された経路の代わりに、膝関節の外側から開始し、
頸骨１６５８を通過し、膝関節に、そして、その後、大腿骨１６５６に連続的に形成され
た通路が形成されることができる。膝関節の外側から開始し、大腿骨１６５６を通過し、
膝関節に、そして、その後、頸骨１６５８に通路を形成することもできる。
連続的に形成された通路を容易にするため、大腿骨１６５６の通路１６５２を画定する
仮想境界が、頸骨１６５８の通路１６５４を画定する仮想境界と整列されることができる
。例えば、頸骨の通路１６５４が最初に形成されることができ、その後、頸骨通路１６５
４から切断アクセサリ２０２を除去することなく、大腿骨通路１６５２を画定する仮想境
界が、頸骨通路１６５４（又はその仮想境界）と整列されることができる。これは、大腿
骨１６５６及び頸骨１６５８をトラッキングし、ディスプレイ１１３、１４０２上で通路
又は境界整列（又は不整列）の表示を提供することで行われることができる。整列の値が
、ディスプレイ１１３、１４０２上で数値的に又はグラフでも表示されることができる整
列線からの度合い又は同様の値として確立されることができる。施術は、最初に大腿骨１
６５６で切断を行い、その後、頸骨１６５８に進むことでも行うことができる。
通路１６５２、１６５４が整列すると、外科医が、器具２００、１２００を操作して更
に大腿骨１６５６にチップ２０４を貫通させて切断を完了することができるように、ディ
スプレイが聴覚的又は視覚的表示を提供することができる。外科医は、整列が維持される
限り、継続する。その結果、最初に形成した通路からのチップ２０４を除去せずに、また
、何らの切断ガイドも用いずに、１つの連続的な方向への通路１６５２、１６５４が形成
されることになる。
通路１６５２、１６５４が一旦形成されると、グラフト１６５１がＡＣＬ配置器具によ
って通路１６５２、１６５４に通される。グラフト１６５１は、その後、ネジ、ピン等を
用いて通路１６５２、１６５４内に固定される。
図１１５Ａ及び図１１５Ｂを参照すると、システム１００及び器具２００、１２００が
採用されることができる別の施術は、局所軟骨欠損修復術である。１つのこのような施術
は、関節鏡微小骨折術（ＡＭＳ：ａｒｔｈｒｏｓｃｏｐｉｃ ｍｉｃｒｏｆｒａｃｔｕｒ
ｅ ｓｕｒｇｅｒｙ）である。ＡＭＳは、摩滅して骨１６７４を露出させた関節表面の軟
骨１６７０の修復に使用される。関節表面上にある露出した骨は、しばしば、荷重を支持
し、患者に痛みを生じる可能性がある。しばしば、ＡＭＳは、膝関節、特に大腿骨１６７
２の関節表面で採用される。
ＡＭＳの前に、大腿骨１６７２（及び必要であれば頸骨）の３次元モデルを生成するよ
うにＭＲＩ又はＣＴスキャン等の術前画像が使用されることができる。施術の間、そして
、前述のように術前画像を解剖学的組織に登録するように、大腿骨１６７２及び頸骨をト
ラッキングするのに、能動マーカ又は受動マーカ１６７８を有するトラッキング装置１６
７６が大腿骨１６７２及び頸骨（トラッキングされる場合）のそれぞれに従来の方法を用
いて取り付けられる。
施術の間、骨１６７４の摩滅した領域及び周囲の軟骨１６７０へのアクセスが、患者の
皮膚を通して配置された骨１６７４の摩滅領域へのアクセス通路を提供する関節鏡、カニ
ューレ又は他のガイドチューブにより行われる。その後、器具２００、１２００のチップ
２０４は、骨１６７４の近傍に形成されたアクセス通路を通して配置される。骨の摩滅し
た領域は、その後、骨１６７４の回りの残った軟骨１６７０のいかなる凹凸の多い縁部も
平滑にするように、チップ２０４（例えば、バーヘッド）によって再成形される。露出し
た骨１６７４もまた、摩滅した元の軟骨１６７０と似た外形にチップ２０４により平滑化
される。
図１１５Ｂに示すように、再成形される体積を画定する境界がシステム１００で確立さ
れることができる。この体積は、切断の深さ及び平滑な外縁部により画定される。施術の
間、チップ２０４、大腿骨１６７２及び軟骨（トラッキングされる場合）の位置及び／又
は方位をトラッキングすることで、チップ２０４が境界内に維持されることができる。境
界が解剖学的組織に結びついているため、解剖学的組織の移動のトラッキングにより、境
界の移動もまたトラッキングされる。
図１１５Ｂを参照すると、一旦、骨１６７４及び軟骨１６７０の摩滅した領域が再成形
されると、骨１６７４の近傍のアクセス通路を通して錐１６８０又は他の骨のパンチング
又は穿孔器具が配置されることができる。錐１６８０の先端部は、その後、いくつかの点
で骨１６７４に突き入れられ、骨１６７４に微小骨折１６８１を形成して骨１６７４の出
血を生じさせる。この出血が、失われた軟骨を置換する骨１６７４上の物質層の成長を容
易にして痛みを軽減する。マーカ１６８４を有する別個のトラッキング装置１６８２が、
錐１６８０の先端部の位置をトラッキングするように錐１６８０に関連付けられることが
できる。その結果、既定のパターンの微小骨折１６８１を形成するように、骨１６７４の
既定の深さに、相互に対して既定の空間位置で微小骨折１６８１が配置可能となる。いく
つかの実施形態では、錐１６８０の代替として、錐１６８０で孔をパンチングするのに代
えて、チップ２０４が、多数の小さい孔を穿孔するより小さい直径のチップ（例えば、直
径が錐の先端部に近似するより小さい直径のバーヘッド）と置換されることができる。
器具２００、１２００を使用することができる他の膝関節形成術は、局所軟骨欠損を処
置するモザイクプラスティ、他の靱帯修復又は再構築、骨欠損の除去等を含む。上記のよ
うなＡＣＬ再建術に採用される同様の施術は、ＰＣＬ修復及び関節を安定化させる他の靱
帯の修復に採用されることができる。
モザイクプラスティ術では、関節の損傷を受けていない領域の軟骨が、損傷した領域に
移植される。したがって、上記の局所欠損において、ＡＭＳに代えて、局所欠損は、チッ
プ２０４で局所欠損箇所の大腿骨に小孔を穿孔し、その後、損傷を受けていない領域から
の骨／軟骨のプラグでこの孔を充填することにより修復されることができる。システム１
００は、孔の深さが、損傷を受けていない領域からのプラグが孔に配置されたときに、プ
ラグの軟骨表面が孔の周囲の軟骨と同一面となるものであることを確実にするのに使用さ
れることができる。システム１００は、孔の直径が、孔にフィットする既定の干渉又はプ
ラグを所定の位置に固定するセメント又は他の接着剤を収める既定の公差をプラグが有す
るようなものであることを確実にするのにも使用されることができる。
システム１００及び器具２００、１２００は、移植片を収めるポケットを骨に切削する
のにも使用されることができる。図１１６に示すように、蝸牛インプラント１７０２の受
信器／刺激器１７００が頭蓋骨１７０６に切削されたポケット１７０４に配置されること
ができる。前述の実施形態と同様に、ポケット１７０４を画定する境界がシステム１００
に確立されることができる。受信器／刺激器１７００に必要なポケット１７０４の所望の
サイズ及び形状のみを切断するのに境界内にチップ２０４が維持されるように、骨１７０
６は、チップ２０４とともにトラッキングされることができる。
システム１００で骨１７０６をトラッキングするのに、及び、骨１７０６を撮った術前
ＭＲＩ又はＣＴスキャンに骨１７０６を登録するのに、マーカ１７１０を有するトラッカ
１７０８が骨１７０６に取り付けられることができる。施術中、チップ２０４及び骨１７
０６の位置をトラッキングすることにより、チップ２０４は境界内に維持されることがで
きる。境界が解剖学的組織に結びついているため、解剖学的組織の移動のトラッキングに
より、境界の移動もトラッキングされることになる。
ポケットは、神経刺激器、深部脳刺激器等を含む他のタイプの移植片に対しても、器具
２００、１２００で形成されることができる。
骨等の組織切除の際に、チップ２０４の回転速度制御が、或る特定の外科施術で採用さ
れることができる。例えば、上記ＦＡＩ術では、チップ２０４（例えば、バーヘッド）は
、チップ２０４が寛骨臼に接近するにつれてチップ２０４の速度が低下するように、シス
テム１００により制御されることができる。さらに、チップ２０４が敏感な解剖学的組織
に接近するにつれてチップ２０４の速度を低下させることができる。更に他の実施形態で
は、チップ２０４がホーム位置から逸脱するまで、回転速度は影響されないこともできる
。
したがって、本発明の真の精神及び範囲内に含まれる全てのこのような変更及び変形を
包含することが意図された特許請求の範囲の目的である。

Claims (12)

  1. ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成された器具であって、手持ち部分、前記手持ち部分に移動可能に連結される作業部分、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、及び、前記作業部分の位置を検知する複数のセンサを備える、器具と、
    前記アクチュエータと通信状態にあり、前記作業部分を前記手持ち部分に対して移動させるように前記アクチュエータを制御する制御システムであって、前記手持ち部分に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、仮想境界に対する所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複数の自由度のうちの１つ又は複数で前記作業部分が移動するときに、前記ホーム位置からの前記作業部分の逸脱をトラッキングするように構成され、且つ、前記逸脱に基づいて前記作業部分の切断速度を制御するように構成されている、制御システムと、
    を備えている、システム。
  2. 前記作業部分は、前記作業部分が前記ホーム位置にあるときに最大速度で動作することが可能であり、前記制御システムは、前記作業部分が前記ホーム位置から逸脱したときに前記作業部分の前記切断速度を低下させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記制御システムが前記仮想境界を規定するように構成され、前記作業部分が前記仮想境界を越えるときに、前記作業部分が前記ホーム位置から逸脱して前記作業部分を前記仮想境界から偏位させている、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記器具は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするトラッキング装置を備えている、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記トラッキング装置に基づいて処置される前記仮想境界に対する前記作業部分の位置を決定するように構成されたナビゲーションシステムを備えている、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記ナビゲーションシステムと通信状態にあり、前記仮想境界に対する前記作業部分の位置を表示するディスプレイを備えている、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記作業部分は、回転するバーとして更に画定されているカッターを備えており、前記制御システムは、前記仮想境界に対する前記回転するバーの相対位置に基づいて前記器具の前記切断速度を選択的に規制するように構成された器具コントローラを備えている、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記アクチュエータのうちの１つは、前記作業部分をＺ軸に沿って駆動するように前記作業部分に作動的に連結している駆動モータを備えている、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記制御システムは、前記作業部分が前記仮想境界内にあるときに前記駆動モータに加電信号を印加するように構成された器具ドライバを備えている、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記作業部分は、カッターを備えている、請求項１に記載のシステム。
  11. 前記カッターが回転するバーであり、前記制御システムが前記逸脱に基づいて前記回転するバーの速度を制御している、請求項１０に記載のシステム。
  12. 手持ち部分、作業部分、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、前記作業部分の位置を検知する複数のセンサ及び前記作業部分を前記手持ち部分に対して移動させるように前記アクチュエータと通信状態にある制御システムを有する器具を用いる方法であって、該方法は、
    前記手持ち部分を手動で把持するとともに移動させるステップと、
    前記制御システムが、前記手持ち部分に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、仮想境界に対する所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複数の自由度のうちの１つ又は複数で前記作業部分が移動するときに、前記ホーム位置からの前記作業部分の逸脱をトラッキングするように、前記制御システムを操作するステップと、
    を含み、
    前記制御システムは、前記逸脱に基づいて前記作業部分の切断速度を制御する、方法。
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