JP2019022658A - ロボット外科用プラットフォーム - Google Patents
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
Abstract
Description
本出願は、2017年7月21日に出願された、米国特許法第119条の下で、米国仮特許出願第62/535,591号の優先権を主張し、全ての目的のためにその内容が参照として本明細書に組み込まれる。
ロボットコンピュータシステムは、患者の放射線画像を使用してリアルタイムの手術ナビゲーションを可能にし、ロボットアームを使用して、外科医が指定した経路に沿って専用の外科用器具の軌道を誘導する。システムソフトウェアは、手術前に取得した患者固有のCT画像、又は手術中に取得した透視画像を再フォーマットし、それらを画面上で様々な視点から表示する。次いで、動作の前に、外科医が軌道を作り出し、記憶し、アクセスし、そしてシミュレーションを行い得る。手術中、システムは、ユーザが指定した軌道を辿るよう器具を誘導、患者の生体構造内又は上にある外科用器具の位置を追跡し、これらの画像上における器具の位置を継続的に更新する。手術は、専用の外科用器具を使用して、外科医によって行われる。
ロボットコンピュータシステムとは、動的参照装置及び位置決めカメラを使用して、患者の放射線画像(術前CT、術中CT 、及び透視)を使用したリアルタイムの手術ナビゲーション及びロボットガイダンスを可能にするコンピュータ制御ロボットアームと、ハードウェアと、ソフトウェアとを含む、ロボティックポジショニングシステム(Robotic Positioning System)である。ナビゲーション及びガイダンスシステムは、仮想上の患者(患者の画像上の点)と物理的な患者(患者の生体構造上の対応する点)との間の位置合わせ及びマッピングを決定する。一旦この位置合わせが作成されると、ソフトウェアが、ロボットアームのエンドエフェクタを含む追跡された器具の相対位置を患者の画像上に表示する。このような視覚化は、外科医のプランニングとアプローチをガイドする一助となることができる。視覚化を助けるものとして、外科医は、手術前に患者の画像上で移植物の配置を計画することができる。位置合わせと連動させた計画の情報は、フリーハンドでの誘導中、又は、エンドエフェクタを自動的にロボット合わせしている最中に、外科医を視覚的に支援するのに必要な情報を提供する。
ロボットコンピュータシステムは、生体的構造を正確に配置するため、及び、開口又は経皮的手技において外科医が標準外科用器具を誘導するか又はガイドするために使用する器具ホルダ又は工具ガイドを空間的に位置決めし、配向するための支援として使用することが意図される。システムは、固定手術の適用が適切となり得る任意の医療条件が指定され、頭蓋骨、長骨、椎骨といった硬い生体的構造への参照が、生体構造のCTベースのモデル、透視画像、又はデジタル化したランドマークに対して特定され得る。
ロボットコンピュータシステム及びその関連アプリケーションの適用が禁忌となる医学的状態には、医療手技自体が禁忌となり得る、任意の医学的状態を含む。
ロボットコンピュータシステムは、ナビゲーションの完全性を支持する、ビルトインされた予防措置を有するが、ナビゲーション中のシステムの正確性を検証するためにさらなるステップをとるべきである。具体的なステップは以下を含む。
本製品は、以下に示されるCEマークの適合を貼り付ければ、右に示される医療装置に関する理事会指令93/42/EECの要件に適合する。
ロボットコンピュータシステム形絶縁装着部(タイプBF)及び実施される安全テストに基づき、システムは、使用条件の制限なしに、HF外科用機器の使用と互換可能である。
IEC60601−1−2:2014の第3版及び第4版に従って、医療用電気機器は、電磁両立性(EMC)について特に注意が必要であり、以下の表において提供されるEMC情報に従ってインストールし、運転を開始する必要がある。携帯式や移動式のRF通信機器は、医療用電気機器に悪影響を与える場合がある。表は、順守度についての詳細を与え、装置間の潜在的相互作用についての情報を与える。第3版のEMC順守表は、適宜第4版に合わせた数値と共に、次ページに示される。
ロボットコンピュータシステムは、業界ベストプラクティスと、医療装置におけるサイバーセキュリティについてのFDAガイダンスを順守する。これは、ウィルス、マルウェア、データ破壊、非承認のシステムアクセスに対する、ファイヤウォールプロテクションやさらに別のプロテクションを含む。
ロボットコンピュータシステムは、4つの主要構成要素から成り、その4つの構成要素とは、ロボット基部ステーション(以下に示す)と、カメラスタンド(以下に示す)と、器具と、システムソフトウェアである。図1は、ロボット基部ステーション及びカメラスタンドを含むロボットシステムを図示する。
ロボット基部ステーションは、ロボットコンピュータシステムの主要制御センタであり、以下に示される構成要素から成る。図2は、ロボット基部ステーションの構成要素を図示する。
モニタによって、外科医は手術を計画し、リアルタイムで生体的構造、器具、及び移植物を視覚化することができる。それは、円柱上に配置された、解像度の高い、平面パネルのタッチスクリーン液晶ディスプレイ(LCD)である。モニタは、両手で所望の配置に調整することができる。モニタと共に外付けのマウスが任意で使用可能である。マウスは、滅菌野内での使用を意図していない。図3は、ロボット基部ステーションのモニタを図示する。
動作プランニングとソフトウェア制御のため、任意のワイヤレスタブレットを第2のタッチスクリーンモニタとして利用可能である。主要モニタは、使用中常に動作状態にある。ユーザは、所望する場合、タブレットの使用をロックすることができる。タブレットを保管するのにタブレットコンパートメントが使用される。タブレットは、滅菌野内での使用を意図していない。
コントロールパネルは、ロボット基部ステーションの後部に配置される。このパネルは、システムの電源と、通常の位置決め機能を表示し、制御するのに使用される。図4は、ロボット基部ステーションの後部のコントロールパネルと、コントロールパネルの機能を図示する。
コネクタパネルは、ロボット基部ステーションの後部に配置される。このパネルは、様々な装置用に外部接続ポートを含む。図5は、ロボット基部ステーションの後部に配置されたコネクタパネルを図示する。
システムは、スタビライザが一体化した、4つのキャスタから成る。スタビライザは、システムを固定し、使用中に動かないようにするために使用される。
ロボットアームは、上側及び下側アームから成り、ロボットコンピュータシステムのロボット基部ステーションの円柱に取り付けられる。この構成により、幅広い範囲の移動が可能となる。
ブレスレットは、下側アームの遠位端に配置される。ロボットアームをユーザがガイドして位置決めするのを可能にするのは、負荷検出構成要素である。
情報リングは、円柱の上部に配置される。情報リングは、ロボットコンピュータシステムのステータスを表示する。情報リングライトは、システムの起動中は点滅し、システムが準備状態のときは、緑色のライトが点灯する。以下の表に示す通り、ステータスを示すのに個別の色が使用される。図8は、円柱の上部を図示する。
カメラスタンドは可動であり、動作野及び光学マーカを確認するカメラを位置決めできるよう調整する。図9は、カメラスタンドを図示する。図10は、アライメントボタンを示すカメラスタンドの後方図を図示する。
下記のケーブル特性は、外部装置に接続するために必要である。外部HDMI(登録商標)モニタへのHDMI(登録商標)接続は、HDMI(登録商標)オスケーブルへのシールドされたHDMI(登録商標)オスを必要とする。
図79は、実施形態において構成される、ロボット外科用プラットフォームのロボット500部分の電子構成要素のブロック図を図示する。ロボット500は、プラットフォームサブシステム502と、コンピュータサブシステム520と、動作制御サブシステム540と、追跡サブシステム530とを含むことができる。プラットフォームサブシステム502は、バッテリー506と、配電モジュール504と、プラットフォームネットワークインターフェース512と、タブレット充電ステーション510とを含むことができる。コンピュータサブシステム520は、コンピュータ522と、ディスプレイ524と、スピーカ526とを含むことができる。動作制御サブシステム540は、ドライバ回路542と、モータ550、551、552、553、554と、スタビライザ555、556、557、558と、エンドエフェクタ544と、コントローラ546(例えば、1つ又は複数のプロセッサ及び関連回路)を含むことができる。追跡サブシステム530は、位置センサ532と、カメラコンバータ534を含むことができ、カメラコンバータ534は、例えばプラットフォームネットワークインターフェース512を介して、マーカ追跡カメラ570に接続可能である。ロボット500は、フットペダル580と、タブレットコンピュータ590とを含むことができる。
これらのタイプのマーカを有する構造体の配置、配向、及び位置は、コンピュータ522に提供され得、ディスプレイ524及び/又はタブレット590上でユーザに対して示され得る。例えば、これらのタイプのマーカを有し、この方法(ナビゲーション空間と称され得る)で追跡される外科用器具又はその他の工具は、CT画像スキャン、透視画像、及び/又はその他の医療用画像といった、患者の生体的構造の三次元画像に関連して、ユーザに示され得る。
エンドエフェクタ
エンドエフェクタは、ロボットアームとシステム固有の外科用器具との間のインターフェースである。それは、滅菌ドレープを介して剛性連結を可能にし、ガイドチューブ内に配置される器具を正確に位置決めする。エンドエフェクタは別個の構成要素として提供され、使用前にユーザによって滅菌される。図11は、エンドエフェクタの等角上面図を図示する。
それらはガイドチューブの径が異なるのみであり、アクティブマーカは同じ形状を有する。エンドエフェクタは、ガイドチューブ径でエッチングを施され、対応するサイズの器具が使用されることを確実にする一助となるよう、色分けされる。
エンドエフェクタのガイドチューブ内に配置されるのは、器具検出リングである。金属機器がガイドチューブを通って挿入されると検知する検出リング内に、検知器回路が埋め込まれ、アクティブマーカを不能にし、ロボットアームの動きを阻止する。エンドエフェクタの目に見えるLEDは、金属機器が挿入されると点灯せず、これによって器具が検知されてアクティブIRエミッタが不能であることを示す。IRエミッタを不能にすることにより、ロボットアームが動くのを阻止する。非金属器具は検出リングによって特定されず、ガイドチューブ内で使用されなくてもよい。
サイズ15mmのエンドエフェクタは、チューブの内側に、アレイスリーブの溝に接触してアレイの回転の抵抗になるディテント機構を有する。これは、操作者が器具を回転させる間も、追跡アレイがカメラに向かって配向された状態を保持するのを助ける。図12は、器具検出リング上のディテント機構を図示する。
計画した軌道においてスキンマークを作るため、特殊メスを使用することができる。標準的なメスの刃をハンドルに取り付ける。
連続して組織を拡張するのに必要となる、最小限に侵襲的な、又は他の技術を行うために、カニューレ又は拡張器を使用できる。カニューレは、軌道ガイダンス下のみで使用されるべきである。注意:用語「カニューレ」と「拡張器」は、互換的に使用される。
ロボットコンピュータシステムと共に使用する、ナビゲーション外科用器具は、ドリル、きり、プローブ、タップ、ドライバを含み、グローバス製のスクリューを挿入するのに使用され得る。これらの器具は、ナビゲーションが所望される場合はアレイと共に、ナビゲーションが使用されない場合はアレイなしで、使用することができる。各器具及び対応するアレイは、使用前に組み立てなければならない。器具は、カメラが認識する固有のアレイパターンによって特定される。
アレイは、反射マーカを取り付けるための4つのポストを有し、外科用器具と共に使用可能である。ナビゲーション外科用器具は、器具タイプを特定する固有のマーカパターンを有して設計された、対応する器具のアレイに組み付けらる。アレイは、例えば、「きり(AWL)」、「プローブ(PROBE)」、「ドリル(DRILL)」、「タップ(TAP)」、「ドライバ(DRIVER)」といった、特定の器具タイプでエッチングが施される。各器具のアレイは、器具の検証に使用される検証ディボットを有する。
患者取付器具は、特定の外科手技又は選好に応じて、患者の硬い生体構造に固定され、様々な構成で利用可能である。これらの器具は、様々な生体構造的部位に固定され得る。ロッド取付器具は、既存の脊椎ロッドに取り付けるよう設計される。
骨クランプは、棘突起、腸骨稜、長骨、又は、安全にクランプすることができる任意の硬い骨性の構造といった、生体的構造の上でクランプされる。
クアトロスパイクは、腸骨稜の硬骨又は長骨内に挿入される。クアトロスパイクは、硬い骨性の生体構造に挿入され、マレットで徐々にインパクトされる。
ロッド取付器具は、既存の脊椎ロッド(径4.5mmから6.35mm)に取り付けるよう設計される。既存の脊椎ロッド上で器具を位置決めし、ドライバでセットスクリューを締付ける。強固に接続されていることを確実にする。取り除くためには、セットスクリューを緩め、ロッドから係合解除する。図23は、既存の脊椎ロッドに取り付けるよう、セットスクリューを含むロッド取付器具を挿入することを図示する。
図24は、監視マーカを図示する。監視マーカは、動的参照装置(DRB)でずれを監視するのに使用する単一の反射マーカである。監視マーカは、単独で、又は、骨クランプと併せて使用され得る。
動的参照装置(DRB)及び患者取付器具は、患者の位置合わせプロセスで使用される。
手術中のCT位置合わせ固定具
手術中のCT位置合わせ固定具は、位置合わせ固定具及び旋回アームから成り、手術中の任意のCT画像が、ロボットコンピュータシステムのソフトウェアアプリケーションと共に使用されるのを可能にする。旋回アーム及び位置合わせ固定具は、使用前に、星型ギアを一致させ、2つの構成要素を一緒にスナップすることによって組み立てられる。
図28は、透視位置合わせ固定具を図示する。透視位置合わせ固定具によって、任意の手術中の透視画像がロボットコンピュータシステムのソフトウェアアプリケーションと共に使用されるのを可能にする。透視固定具は、一体化したクランプを使用して、透視装置の画像増強管に取り付けられる。透視装置及び透視位置合わせ固定具はドレープで覆われ、反射マーカはドレープの外側で、固定具の上に配置される。固定具は、透視装置の意図したすべての位置(AP、横方向、等)においてカメラから反射マーカが見えるように位置決めされるべきである。
ロボットコンピュータシステムのロボットアームは、エンドエフェクタを位置決めし、所望の軌道でスクリューが挿入するよう、器具をガイドする。外科医は、スクリューが正確に配置するよう、器具が所望の軌道に合っている間は、手動で手術を実施する。注意:用語「スクリュープラン」、「スクリュー軌道」、及び「軌道」は、本マニュアルでは互換可能に使用される。
システムソフトウェアは、すべての動き制御機能、ナビゲーション機能、データ記憶、ネットワーク接続性、ユーザ管理、症例管理、及び安全機能を担う。
入電
図30は、電源ボタン、電線電源インジケータ、及びバッテリインジケータを図示する。コントロールパネルの電源ボタンを押して、システムをオンする。システムがオンになると、電源ボタンが点灯する。
ロボット基部ステーションからカメラスタンドを解除するため、モニタとカメラアームを一緒に保持しているコードを解き、カメラスタンド上に配置された解除ハンドルを引き上げる。カメラスタンドの脚部が基部ステーションから除かれると、それらは自動的に解除し、外向きに移動することになる。図31は、カメラスタンドのアンドックを図示する。図31(a)は、カメラスタンド上に配置された解除ハンドルを引き上げることを図示する。図31(b)は、カメラスタンド脚部の脚部を除き、自動的に解除され、外向きに動かすことを図示する。
専用の外科用ドレープが、ロボットコンピュータシステムのロボット基部ステーション用に設計される。ロボットアーム、モニタ、及び基部ステーション前面を、インストラクションに従ってドレープで覆う。そのインストラクションは、滅菌ドレープと共に提供される添付文書で詳細が述べられている。図35は、滅菌ドレープがかけられたシステムを図示する。
フットペダルをフットペダルバスケットから解き、操作者の足元から快適な距離で、平地に位置決めする。フットペダルはIPX68定格であり、液体が発見されやすいエリアでの使用が可能である。フットペダルコードをコネクタパネルに接続する。フットペダルは、下側アームでのブレスレットのアクションと同様に、アクティブ軌道にアームを移動させるのを可能にする。
エンドエフェクタは、特注ドレープの上でインターフェースプレートを介してロボットアームに接続する。磁力によって支援することにより、エンドエフェクタを位置決めし、自己合わせする一助となる。
エンドエフェクタをロボットアームから取り除くには、ハンドルを引き上げてスプリングと側面ブラケットを解除する。図42は、エンドエフェクタの取り外しを図示する。
ナビゲーションするための外科用器具を組み付けるため、アレイスリーブの解除ボタンを押して、器具シャフトをそれぞれの器具アレイのスリーブ内へ挿入する。シャフトが正しくクリックするまで、スリーブを通してスライドさせる。器具シャフト上で徐々に引き上げ、それがロックされていることを確認する。図43は、器具シャフトをアレイスリーブ内へ挿入することを図示する。
ログインするには、モニタのタッチスクリーンで4桁のピンをタイプする。4桁のピンはシステムをインストールする間に与えられ、テクニカルサポート(Tech Support)に連絡することによって変更することができる。図47は、モニタに表示されたログイン画面を図示する。
脊椎外科手技はロボットコンピュータシステムによって支持される。図49は、手技のタイプを表示するのに使用される構成タブを図示する。
ロボットコンピュータシステムによって支持される脊椎手術アプリケーションが下記に挙げられる。
構成タブ
症例を選択後、構成タブがモニタに表示される。
事前計画タブを使用して、移植システム、所望の椎骨レベル、及び配向を選択し、生体構造的モデル上での所望の移植配置をクリックする。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。図50は、移植システム、所望の椎骨レベル、及び配向を選択するモニタに表示される事前計画タブを図示する。
図51は、可視度、配置、及び事前計画タブで選択した器具の検証ステータスを含む、ナビゲーション詳細を表示する検証タブを図示する。検証は、すべての器具が正確であり、取扱い及び滅菌中に傷ついていないことを確実にするために使用される。操作者は、検証前にすべての器具を組み立てなければならない(外科用器具アセンブリを参照する)。
次の通り各器具を検証する。検証されることになる器具の端部を、エンドエフェクタ及び適宜その他任意の器具アレイ上配置された検証ディボット内に配置する。両器具が見えており、しっかりと保持されていることを確実にする。検証の進捗を示す検証タブに現れているポップ画面を使用する。図52は、検証の進捗を示す検証タブに現れているポップ画面を図示する。図53は、エンドエフェクタに配置された検証ディボットを図示する。
患者取付器具は、手術部位に隣接した硬い骨性の生体構造に固定される。所望の器具を選択する。患者取付器具は、正確性を維持するため、手術部位の中心から185mm未満に配置されるべきである。
患者取付器具にわたって動的参照装置(DRB)上で圧縮クランプを位置決めし、ノブを締付ける。必要な場合は、ノブをさらに締付けるのにクランプドライバを使用することができる。
監視マーカが硬い骨性の生体構造に挿入され、DRBとの相対距離を追跡し、手技中のDRBの望まないずれを特定する。
クアトロスパイク及び監視マーカは、手動か、又は取り外し器具を使用して、骨性の生体構造から取り除かれる。クランプドライバでクランプを緩め、取り外し器具を取り付け、骨クランプを上昇させることによって、骨クランプが取り除かれる。図59は、クアトロスパイクを図示する。図60は、クアトロスパイク取り外し器具を図示する。図61は、取り外し器具のついたクアトロスパイクを取り除くことを図示する。
画像タブ
手術中のCT位置合わせ固定具セットアップ
図62は、位置合わせ固定具を旋回アームに取り付けることを図示する。旋回アームの星型を位置合わせ固定具の星型の上に配置し、90度回転させ、固定する。底部からロックポストを押し、ロックポストのピンがはまり、固定具を固定するまで、アームを90度回転させる。
画像タブは、CTスキャン画像を取り込むために必要なステップを示す。画像は、USBドライブ又はハードドライブから取り込むことができる。画像がイーサネット(登録商標)経由で転送される場合は、転送が完了すると、自動的にハードドライブ上に現れる。
自動位置合わせは、画像を取り込むときに行われる。図64は、位置合わせした基点を図示する。このステップが失敗した場合に、手動による位置合わせ画面が示され、下記に記述されるように、手動での位置合わせが可能となる。
位置合わせが完了した後、ランドマークチェックを行い、位置合わせの計算が成功したことを確実にすべきである。検証プローブを使用して、生体構造的ランドマーク又は位置合わせ固定具上の基点にタッチし、対応する配置がシステムモニタ上で示されていることを検証する。2つから3つのランドマークを使用して本プロセスを繰り返す。
手術中のCT位置合わせ固定具を注意して取り除く。患者取付器具が動かないことを確実にする。
計画タブ
図65は、ユーザが、患者の画像上ですべてのスクリューの軌道を計画することを可能にする計画タブを図示する。事前計画タブでなされた選択に基づいて、画面右手側にスクリューが事前に取り込まれる。
図80は、ロボット500から分離し、そのロボット500に動作的に接続されるか、又は、少なくともその中に部分的に取り込まれ得る、手術移植プランニングコンピュータ610を含む外科用システム600のブロック図を図示する。あるいは、手術移植プランニングコンピュータ610について本明細書で開示される動作の少なくとも一部は、コンピュータサブシステム520によって、といったように、ロボット500の構成要素によって行うことができる。
ナビゲーションタブ
図66は、ユーザが、ナビゲーション器具の軌道と、患者の生体構造に対して計画した軌道を視覚化できるようにする、ナビゲーションタブを図示する。
上記で説明したように、710において、手術移植プランニングコンピュータ610は、外科用ロボット500の動作を制御することができる。図82の動作的実施形態を参照すると、手術移植プランニングコンピュータ610のプロセッサ614は、800において、手術プランデータ構造をロボット500に提供して、ロボット基部に対するロボットアームの動きを制御することによって、710において、ロボット500を制御することができる。
画像タブ
画像の取り込み
画像タブは、CTスキャン画像を取り込むために必要となるステップを示す。画像は、USBドライブ又はハードドライブから取り込むことができる。画像がイーサネット(登録商標)経由で転送される場合は、転送が完了すると、自動的にハードドライブ上に現れる。
計画タブ
図67は、ユーザが、患者の画像上ですべてのスクリュー軌道を計画するのを可能にする計画タブを図示する。スクリューは、事前計画タブでなされた選択に基づいて、画面の右手側に事前に取り込まれる。
手術移植プランニングコンピュータ610、さらに特には、プロセッサ614によって行うことができる術前CT画像処理ワークフロープランニング動作は、図84に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
ナビゲーションタブ
ナビゲーションタブは、ユーザが、スクリュープランに従って、患者の生体構造に関してナビゲーション器具と軌道合わせを視覚化することを可能にする。
図68は、透視画像が術前CT画像を位置合わせするために撮られる前に完了すべき3つのステップをハイライトする第1画面を図示する。アニメーションがステップを視覚的に示す。
締まるまで時計回りにクランプを回すことによって、透視位置合わせ固定具を、Cアーム上の画像増強管に取り付ける。透視装置及び透視位置合わせ固定具をドレープで覆い、新しい反射マーカをドレープの外側に取り付ける。反射マーカがカメラに対向するように固定具を位置決めする。ビデオ撮影ケーブル(黄色ジャック)をCアームビューイングステーションに取り付ける。ビデオ撮影USBケーブルを、ロボットコンピュータシステムのコネクタパネル上の2つのUSBポートのどちらかに接続する。
手術移植プランニングコンピュータ610、より詳しくはプロセッサ614によって行うことができる術前CT画像処理ワークフローナビゲーション動作は、図85に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
計画した各レベルに対し、1つのAPと1つの横向きの、手術中の透視画像を取得する。同一画像が、複数のレベルに使用され得る。
(1)カメラからDRBが見えていること
(2)カメラから透視位置合わせ固定具が見えていること
(3)有効な透視画像が撮られたこと
図70は、ナビゲーションタブ内の横方向画像を図示する。図70を参照する。画面左にある3つの画像がそれぞれ、画像撮影の準備ができると緑色になる。3つの条件がすべて満たされると、手術中の透視画像を取得し、さらに、撮影ボタンを選択して画像をシステムに転送する。両画像の撮影が成功すると、画面右側の脊椎レベルが、チェックマークを表示する。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。
さらに図85を参照すると、1104において、手術移植プランニングコンピュータ610による動作はさらに、1104において第1及び第2条件の両方が引き続き発生すると判断されている間は動作し、第1面に沿った患者の第1の手術中の透視画像を取得し、その第1面に垂直な第2面に沿った患者の第2の手術中の透視画像を取得するよう、動作を行うことを可能にすることを含むことができる。動作は、第1及び第2の手術中の透視画像が取得されたら、位置合わせモードが満たされたとマークされることができることを判断する。
位置合わせが完了したら、位置合わせの計算が成功したことを確実にするため、ランドマークチェック又は検証を行うべきである。検証プローブを使用して、生体構造的ランドマークにタッチし、対応する配置がシステムモニタに示されていることを検証する。2つから3つのランドマークを使用して、本プロセスを繰り返す。
所望の場合、透視位置合わせ固定具を注意して取り除く。
ロボットアームは、計画した軌道上に正確にエンドエフェクタを合わせる。画面右で所望のスクリューラベルを選択する。
画像タブ
位置合わせセットアップ
図68を参照すると、第1画面は透視画像が患者を位置合わせするために撮られる前に完了すべき3つのステップをハイライトする。アニメーションがステップを視覚的に示す。
1つはAPであり、1つは横方向の、手術中の透視画像を取得する。
図74は、ナビゲーションタブ内の横方向画像を図示する。図74を参照すると、画面左にある3つの画像のそれぞれは、画像撮影の準備ができると緑色になる。3つの条件がすべて満たされると、手術中の透視画像を取得し、さらに、撮影ボタンを選択して画像をシステムに転送する。両画像の撮影が成功すると、画面右側のレベルが、チェックマークを表示する。適切な画像が取り込まれ、選択されたら、右矢印をクリックして進む。
位置合わせが完了したら、位置合わせの計算が成功したことを確実にするため、ランドマークチェック又は検証を実施するべきである。誘導された検証プローブを使用して、生体構造的ランドマークにタッチし、対応する配置がシステムモニタに示されていることを検証する。2つから3つのランドマークを使用して、本プロセスを繰り返す。
所望の場合、注意して透視位置合わせ固定具を取り除く。
手術移植プランニングコンピュータ610、さらに特には、プロセッサ614によって行うことができる透視画像処理ワークフロー動作は、図86に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
計画タブ
図75は、ユーザが、患者の画像上でスクリュー軌道全てを計画することを可能にする、計画タブを図示する。図75を参照すると、事前計画タブでなされた選択に基づいて、スクリューが画面右側に事前に取り込まれる。
手術移植プランニングコンピュータ610、さらに特には、プロセッサ614によって行うことができるプランニングのための透視画像処理ワークフロー動作は、図87に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、ディスプレイ装置612のタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを含むことができる。選択した長さは、1308において、手術プランデータ構造に記憶される。
ナビゲーションタブ
図76は、ユーザが、ナビゲーション器具の軌道と、患者の生体構造に対して計画した軌道とを視覚化することができる、ナビゲーションタブを図示する。
図77は、ロボットコンピュータシステムが、ロボットアーム及びエンドエフェクタなしでのナビゲーションに、どのように使用され得るのかを図示する。手術前のプランニングは任意である。図77を参照すると、カメラの視界内で動く場合は、検証されたGPS器具はすべて、取り込まれた患者の画像上で見ることができる。器具が患者に対して表示される。
図78は、ロボットコンピュータシステムが、ナビゲーション器具のないロボットアームを使用した軌道ガイダンスにどのように使用され得るのかを図示する。図78を参照すると、ガイドチューブは、手術野内で動かすことができるか、又は、自動又は手動で軌道に合わせることがきる、剛性リトラクタとして機能する。
上記説明の通り、手術移植プランニングコンピュータ610によってプランニングされる、透視画像処理ワークフロー動作は、第1及び第2の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することを含むことができる。動作は、1300において、グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定し、グラフィカルスクリューの先端の隣接から軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、骨上の所望の挿入位置に対してグラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることができる。
本開示の様々な実施形態の上述において、本開示の様態は、任意の新規かつ有意なプロセス、機械、製造物、合成物、又はそれらの任意の新規かつ有意な改良物を含む、任意の数の特許可能なクラス又はコンテンツにおいて、本明細書に図示及び記載され得る。従って、本開示の態様は、完全にハードウェア、完全にソフトウェア(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む)、又はソフトウェアとハードウェアとを組み合わせて実施することができ、これら全てを一般的に「回路」、「モジュール」、「構成要素」、又は「システム」と呼ぶことがある。さらに、本開示の態様は、中に埋め込まれたコンピュータ可読プログラムコードを有する1つ又は複数のコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
Claims (30)
- コンピュータ断層撮影(CT)画像スキャナと、モータによってロボット基部に対して可動であるロボットアームに結合された前記ロボット基部を有するロボットとに接続可能な少なくとも1つのネットワークインターフェースと、
ディスプレイ装置と、
少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する少なくとも1つのメモリであって、
前記少なくとも1つのネットワークインターフェースを介して前記CT画像スキャナから受信される骨のCT画像を前記ディスプレイ装置に表示することと、
画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することと、
前記骨の前記CT画像へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記CT画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御することと、
画定されたユーザ入力の受信に応じて、前記選択した外科用スクリューの表示と、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置とを手術プランデータ構造に記憶することと、を含む動作を行うメモリと、を備える手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記手術プランデータ構造に記憶された前記角度方向及び前記配置が、前記CT画像の前記骨の角度方向及び配置に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの前記角度方向及び前記配置を示す、請求項1に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
- 前記骨の前記CT画像へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表す前記グラフィカルスクリューを表示する前記動作が、
前記グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、
前記グラフィカルスクリューの先端の隣接から前記軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、前記骨上の所望の挿入位置に対して前記グラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることと、を備える、請求項1に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記CT画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上で前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることと、
前記タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び/又は先端の上で前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることと、を備える、請求項3に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - ユーザ入力の受信に応じて前記CT画像の前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から前記表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを備え、
前記選択した長さが、前記手術プランデータ構造に記憶される、請求項3に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - ユーザ入力の受信に応じて、前記CT画像の前記骨に対する前記表示されたグラフィカルスクリューの配向及び配置を制御する前記動作が、
入力装置に対するユーザの手の動きを追跡するのに応じて、前記CT画像上の前記表示されたグラフィカルスクリューのサイズ及び/又は回転角度を修正することを備える、請求項1に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、前記ロボットに前記手術プランデータ構造を提供し、前記ロボット基部に対して前記ロボットアームの動きを制御することを備える、請求項1に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
- 前記動作がさらに、前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタを患者に対して位置決めする間、前記手術プランデータ構造の内容に応じて前記モータを制御し、前記ロボットアームの動きを管理することと、
前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされる間、前記ロボットアームの動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項1に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、前記モータを制御し、前記手術プランデータ構造の前記内容によって画定される軌道に沿った方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記エンドエフェクタの前記動きに応じて前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を制御することと、を備える、請求項8に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、前記軌道に沿って前記エンドエフェクタを動かす間、別の動作が行われてエンドエフェクタ軌道制約モードがキャンセルされるまで、前記モータをさらに制御し、前記軌道に垂直な方向に前記エンドエフェクタが動くのを抑制することを備える、請求項8に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
- 前記動作がさらに、前記エンドエフェクタ軌道制約モードを開始する前に、前記モータを制御し、前記患者から離れて上向きの方向、さらには前記患者に向かう前記軌道に沿った配置に向かった方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記配置に到達する前に前記エンドエフェクタ軌道制約モードが開始されるのを阻止することと、
前記ロボットアームが前記患者から離れて、さらには前記軌道に沿った前記配置に向かった前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項10に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 画像データベースに接続可能な少なくとも1つのネットワークインターフェースと、
ディスプレイ装置と、
少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する少なくとも1つのメモリであって、
前記少なくとも1つのネットワークインターフェースを介して前記画像データベースから受信される骨のコンピュータ断層撮影(CT)画像を前記少なくとも1つのメモリに取り込むことと、
前記ディスプレイ装置に前記CT画像を表示することと、
画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することと、
前記骨の前記CT画像へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記CT画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御することと、
ユーザ入力に応じて、前記選択した外科用スクリューの表示と、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置とを手術プランデータ構造に記憶することであって、前記手術プランデータ構造が、ロボット基部に対してモータによって可動であるロボットアームに結合される前記ロボット基部を有するロボットによって使用するよう構成される、記憶することと、を含む動作を行うメモリと、を備える、手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記骨の前記CT画像上へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表す前記グラフィカルスクリューを表示する前記動作は、
前記グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、
前記グラフィカルスクリューの先端の隣接から前記軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、前記骨上の所望の挿入位置に対して前記グラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることと、を備える、請求項12に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記CT画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることと、
前記タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び/又は先端の上で、前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることと、を備える、請求項13に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - ユーザ入力の受信に応じて前記CT画像の前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から前記表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを備え、
前記選択した長さが、前記手術プランデータ構造に記憶される、請求項13に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされる間、前記ロボットアームの動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することを備える、請求項12に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
- 前記動作がさらに、
マーカ追跡カメラが、透視位置合わせ固定具の上にある反射マーカを追跡するのを観察することができることを示す第1条件の発生を判断することと、さらに、前記マーカ追跡カメラが、前記ロボットアーム及び/又は前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタに取り付けられた動的参照装置マーカを追跡するのを観察することができることを示す第2条件の発生を判断することと、を備える位置合わせ設定モードを行うことと、
前記第1及び第2条件の両方が発生するときの表示を前記ディスプレイ装置に表示することと、
少なくとも前記第1及び第2条件の両方が発生すると判断されるとき、前記位置合わせ設定モードは満たされているとマークされることが可能であることを判断することを備える、請求項12に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、
前記第1及び第2条件の両方が引き続き発生すると判断されている間、第1面に沿った前記患者の第1の手術中の透視画像を取得し、前記第1面に垂直な第2面に沿った前記患者の第2の手術中の透視画像を取得するよう、動作を行うことができることと、
前記第1及び第2の手術中の透視画像が取得されたら、位置合わせモードが満たされたとマークされることができることを判断することと、を備える、請求項17に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、
前記第1及び第2の手術中の透視画像を前記ディスプレイ装置に表示することと、
前記第1及び第2の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして前記グラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記第1及び第2の手術中の透視画像の骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項18に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、
前記第1及び第2の手術中の透視画像の前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの前記角度方向及び配置が、前記手術プランデータ構造内の前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記角度方向及び前記配置に対応する位置合わせルールを満たしているときを判断することと、
前記位置合わせルールが満たされたときの表示を前記ディスプレイ装置に表示することと、を備える、請求項19に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、
前記位置合わせルールが満たされたと判断されることに基づいて、前記患者に対して前記エンドエフェクタを位置決めしている間、前記手術プランデータ構造の内容に応じて前記モータを制御し、前記ロボットアームの動きを管理することと、
前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされている間、前記ロボットアームの前記動きに応じて、表示された前記グラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項20に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 透視画像装置と、マーカ追跡カメラと、モータによってロボット基部に対して可動であるロボットアームに結合された前記ロボット基部を有するロボットとに接続可能な少なくとも1つのネットワークインターフェースと、
ディスプレイ装置と、
少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する少なくとも1つのメモリであって、
前記マーカ追跡カメラが、透視画像装置の透視位置合わせ固定具の上にある反射マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第1条件の発生を判断することと、前記マーカ追跡カメラが、前記ロボットアーム及び/又は前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタに取り付けられた動的参照装置マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第2条件の発生を判断することと、を備える位置合わせ設定モードを行うことと、
前記第1及び第2条件の両方が引き続き発生すると判断されている間、第1面に沿った患者の第1の手術中の透視画像を取得し、前記第1面に垂直な第2面に沿った前記患者の第2の手術中の透視画像を取得するよう、動作を行うことができることと、を含む動作を行うメモリと、を備える、手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作はさらに、
前記第1及び第2の手術中の透視画像を前記ディスプレイ装置に表示することと、
画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することと、
前記第1及び第2の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記第1及び第2の手術中の透視画像に示される骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、
画定されたユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置の表示を手術プランデータ構造に記憶することと、を備える、請求項22に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記第1及び第2の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表す前記グラフィカルスクリューを表示する前記動作は、
前記グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、
前記グラフィカルスクリューの先端の隣接から前記軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、前記骨上の所望の挿入位置に対して前記グラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることと、を備える、請求項23に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記第1及び第2の手術中の透視画像に示される前記骨に対する角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることと、
前記タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら前記配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び/又は先端の上で、前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることと、を備える、請求項24に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - ユーザ入力の受信に応じて、前記第1及び第2の手術中の透視画像に示される前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から前記表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを備え、
前記選択した長さが、前記手術プランデータ構造に記憶される、請求項24に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、前記エンドエフェクタを患者に対して位置決めする間は、前記手術プランデータ構造の内容に応じて前記モータを制御し、前記ロボットアームの動きを管理することと、
前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされる間、前記ロボットアームの前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項23に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、
前記モータを制御し、前記手術プランデータ構造の前記内容によって画定された軌道に沿った方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記エンドエフェクタの前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を制御することと、を備える、請求項27に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、
前記軌道に沿って前記エンドエフェクタを動かす間、別の動作が行われてエンドエフェクタ軌道制約モードがキャンセルされるまで、前記モータをさらに制御し、前記軌道に垂直な方向に前記エンドエフェクタが動くのを抑制することを備える、請求項27に記載の手術移植プランニングコンピュータ。 - 前記動作がさらに、
前記エンドエフェクタ軌道制約モードを開始する前に、前記モータを制御し、前記患者から離れて上向きの方向、さらには前記軌道に沿った配置に向かった方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記配置に到達する前に前記エンドエフェクタ軌道制約モードが開始されるのを阻止することと、
前記ロボットアームが前記患者から離れて、さらには前記軌道に沿った前記配置に向かった前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項29に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
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