JP2021053395A - Surgical robot with passive end effector - Google Patents

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Abstract

To provide a direct saw blade guidance system in orthopedic surgeries, which does not involve jigs or saw handpiece guidance.SOLUTION: A passive end effector of a surgical system includes a base, a first mechanism, and a second mechanism. The base attaches to an end effector coupler of a robot arm positioned by a surgical robot. The first mechanism extends between a rotatable connection to the base and a rotatable connection to a tool attachment mechanism. The second mechanism extends between a rotatable connection to the base and a rotatable connection to the tool attachment mechanism. The first and second mechanisms pivot about the rotatable connections to constrain movement of the tool attachment mechanism to a range of movement within a working plane. The tool attachment mechanism is configured to connect to a surgical saw including a saw blade 2104 for cutting.SELECTED DRAWING: Figure 21

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2019年9月30日に提出された米国特許出願第16/587,203号の一部継続出願である。本出願はまた、2019年9月27日に提出された米国仮特許出願第62/906,831号の利益も主張する。これらの出願の各々の内容は、あらゆる目的のためにそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
Cross-reference to related applications This application is a partial continuation of US Patent Application No. 16 / 587,203 filed on September 30, 2019. The application also claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 62 / 906,831 filed September 27, 2019. The contents of each of these applications are incorporated herein by reference in their entirety for any purpose.

本開示は、医療デバイスおよびシステムに関し、かつより具体的には、患者の解剖学的構造の切断を制御するためのロボットシステムおよび関連するエンドエフェクタ、ならびに関連する方法およびデバイスに関する。 The present disclosure relates to medical devices and systems, and more specifically to robotic systems and related end effectors for controlling cutting of a patient's anatomy, and related methods and devices.

骨切り術、すなわち、骨などの解剖学的構造を目標面に沿って切断することを必要とする、いくつかの外科手術的介入がある。人工膝関節全置換術では、通常、損傷した骨と軟骨を取り除いて人工膝関節を導入するために、大腿骨頭と脛骨骨頭の両方を切断する必要がある。外科医は、振幅する外科手術鋸を使用して、大腿骨に対して5回以上の切断、および脛骨に対して1回以上の切断を実施することができる。 There are several surgical interventions that require osteotomy, i.e., cutting anatomical structures such as bone along a target plane. Total knee arthroplasty usually requires cutting both the femoral head and tibial head in order to remove the damaged bone and cartilage and introduce the knee arthroplasty. The surgeon can use an oscillating surgical saw to make five or more cuts in the femur and one or more cuts in the tibia.

関節および膝を含む整形外科手術では、鋸を正確に一致させて安定化しながら、骨を所望の場所で切断することが重要である。外科医の外科手術部位への限られた視認性と、鋸の動きを制御することの困難さとが組み合わさると、骨または隣接する組織の望ましくない部分が切断されるリスクが生じる。切断中に鋸によって生み出される振動は、切断の精度を低減させ得る。膝の外科手術では、骨の切断(平面状の切断)の精度は、どれだけ正確にインプラントを露出した骨に接続することができるかに影響する。 In orthopedic surgery involving joints and knees, it is important to cut the bone in place while accurately aligning and stabilizing the saw. The combination of the surgeon's limited visibility into the surgical site and the difficulty of controlling the movement of the saw carries the risk of cutting unwanted parts of the bone or adjacent tissue. The vibration generated by the saw during cutting can reduce the accuracy of the cutting. In knee surgery, the accuracy of bone cutting (planar cutting) affects how accurately the implant can be connected to the exposed bone.

一部の膝の外科手術では、切断中に外科医の鋸の動きを誘導するためにジグが骨に螺合される。切断中のジグの配置の誤りと鋸ブレードの限られた安定性とにより、切断の精度が制限される可能性がある。さらに、鋸ブレードとジグとの間の接触によりデブリが生み出される可能性があり、これが患者に入るリスクがある。 In some knee surgeries, a jig is screwed into the bone to guide the surgeon's saw movement during amputation. Misalignment of jigs during cutting and limited stability of the saw blade can limit the accuracy of cutting. In addition, the contact between the saw blade and the jig can create debris, which is at risk of entering the patient.

鋸による骨の切断を伴う従来の整形外科手術では、鋸は次のアプローチのうちの1つを使用して誘導することができる。(1)外科医による手動のアプローチ、(2)骨移植ジグによるアプローチ、(3)鋸ハンドピースを保持するロボットシステムによるアプローチ。 In conventional orthopedic surgery involving cutting bone with a saw, the saw can be guided using one of the following approaches: (1) Manual approach by a surgeon, (2) Bone graft jig approach, (3) Robot system approach holding a saw handpiece.

ジグは、鋸ブレードを嵌合させて、鋸ブレードが所望の平面誘導から外れることを阻止するためのスロットを有し得る。このアプローチには複数の欠点がある。第一に、通常、ピンを用いてジグを骨に取り付けることを必要とする場合がある。第二に、ジグと鋸ブレードとの間にバックラッシュを必要と場合があり、これにより精度が低下する。第三に、振幅する鋸ブレードとジグとの間には摩擦があり、この摩擦が、臨床予後への潜在的な影響を有するデブリを作り出し、ブレードを鈍らせ、重要なフォースフィードバックの一部を取り除く。 The jig may have a slot for fitting the saw blade to prevent the saw blade from deviating from the desired plane guidance. This approach has several drawbacks. First, it may usually be necessary to attach the jig to the bone with a pin. Second, backlash may be required between the jig and the saw blade, which reduces accuracy. Third, there is friction between the swinging saw blade and the jig, which creates debris with potential impact on clinical prognosis, blunts the blade and provides some of the important force feedback. remove.

いくつかの既知のロボットシステムは、鋸ハンドピースを保持および誘導することができる。これらのロボットシステムは、ブレードがハンドピースを基準にして特定の既定の平面内で振動すると想定し得る。このアプローチは欠点を含む。例えば、鋸ブレードの振幅機構および鋸ブレードの取り付け剛性は、鋸ブレード誘導の剛性に直接影響する。さらに、ロボットが保持する必要のある外部表面の複雑さゆえ、異なる電動用具/鋸ハンドピースをロボットシステムに統合することが困難である場合がある。その結果、ロボットシステム用の新しい鋸を、ロボットシステムのユーザが開発して入手する必要がある。さらに、システム全体の安全性のために、(例えば、誤った組み立てにより)ブレードがハンドピースを基準にして想定された平面内で移動しない場合、精度低下の潜在的なリスクがある。 Some known robotic systems can hold and guide the saw handpiece. These robot systems can assume that the blades vibrate in a particular defined plane with respect to the handpiece. This approach has drawbacks. For example, the amplitude mechanism of the saw blade and the mounting stiffness of the saw blade directly affect the stiffness of the saw blade induction. In addition, the complexity of the external surface that the robot must hold can make it difficult to integrate different power tools / saw handpieces into the robot system. As a result, new saws for robot systems need to be developed and obtained by robot system users. In addition, due to the safety of the entire system, there is a potential risk of reduced accuracy if the blade does not move in the expected plane with respect to the handpiece (eg, due to incorrect assembly).

したがって、ジグまたは鋸ハンドピース誘導を伴わない、整形外科手術における直接的な鋸ブレード誘導システムが必要とされている。 Therefore, there is a need for a direct saw blade guidance system in orthopedic surgery without jig or saw handpiece guidance.

本開示のいくつかの実施形態は、直接的なブレード誘導システムを対象とする。直接的なブレード誘導システムは、外科手術ロボットによって位置決めされ得るロボットアームと、ロボットアームのエンドエフェクタカプラに取り付けるように構成された基部を含むエンドエフェクタアームと、を含む。エンドエフェクタアームは、エンドエフェクタアームの遠位端に配設された遠位関節を含む複数の関節によって接続された複数の連結部を含む。ブレード誘導システムはまた、遠位関節を介してエンドエフェクタアームに接続されたブレードアダプタと、ブレードアダプタに接続されたブレードと、ブレードに接続されたハンドピースと、を含み得る。 Some embodiments of the present disclosure cover direct blade guidance systems. The direct blade guidance system includes a robot arm that can be positioned by a surgical robot and an end effector arm that includes a base configured to attach to the end effector coupler of the robot arm. The end effector arm includes a plurality of joints connected by a plurality of joints including a distal joint disposed at the distal end of the end effector arm. The blade guidance system may also include a blade adapter connected to the end effector arm via a distal joint, a blade connected to the blade adapter, and a handpiece connected to the blade.

本開示のいくつかの実施形態は、鋸ブレードによって切断される解剖学的構造の姿勢を決定し、鋸ブレードの姿勢を決定するように構成された追跡システムを有する、外科手術システムを対象とする。外科手術システムはまた、ロボット基部を有する外科手術ロボットと、ロボット基部に接続されたロボットアームと、ロボット基部に対してロボットアームを移動させるように動作可能に接続された少なくとも1つのモータと、を含む。外科手術システムはまた、ロボットアームのエンドエフェクタカプラに取り付けるように構成された基部を含むエンドエフェクタアームを有する、ブレード誘導システムを含む。エンドエフェクタアームは、エンドエフェクタアームの遠位端に配設された遠位関節を含む複数の関節によって接続された複数の連結部を含む。ブレード誘導システムはまた、遠位関節を介してエンドエフェクタアームに接続されたブレードアダプタと、ブレードアダプタに接続されたブレードと、ブレードに接続されたハンドピースと、を含む。 Some embodiments of the present disclosure are directed to a surgical system having a tracking system configured to determine the posture of an anatomical structure cut by a saw blade and to determine the posture of the saw blade. .. The surgical system also comprises a surgical robot having a robot base, a robot arm connected to the robot base, and at least one motor operably connected to move the robot arm relative to the robot base. Including. Surgical systems also include blade guidance systems that have an end effector arm that includes a base configured to attach to the end effector coupler of the robot arm. The end effector arm includes a plurality of joints connected by a plurality of joints including a distal joint disposed at the distal end of the end effector arm. The blade guidance system also includes a blade adapter connected to the end effector arm via a distal joint, a blade connected to the blade adapter, and a handpiece connected to the blade.

本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、かつ本出願に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明の概念の特定の非限定的な実施形態を例示している。図面では、以下のとおりである:
本開示のいくつかの実施形態による外科手術システムの実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態による、図1の外科手術システムの外科手術ロボット構成要素を例示している。 本開示のいくつかの実施形態による、図1の外科手術システムのカメラ追跡システム構成要素を例示している。 ロボットアームに接続可能であり、本開示のいくつかの実施形態に従って構成された受動的なエンドエフェクタの実施形態を例示している。 外科手術ロボットおよびカメラシステムが患者の周りに配設される医療手術を例示している。 本開示のいくつかの実施形態による、受動的なエンドエフェクタに接続するように構成されたロボットアームのエンドエフェクタカプラの実施形態を例示している。 図6のエンドエフェクタカプラの切り欠きの実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態による外科手術システムの構成要素のブロック図を例示している。 本開示のいくつかの実施形態による、外科手術ロボットとは別個のものであり、外科手術ロボットに動作可能に接続することができるか、または外科手術ロボット内に少なくとも部分的に組み込むことができる外科手術計画コンピュータを含む、外科手術システムコンピュータプラットフォームのブロック図を例示している。 本開示のいくつかの実施形態による、外科手術ロボットおよび受動的なエンドエフェクタと組み合わせて使用することができるCアーム撮像デバイスの実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態による、外科手術ロボットおよび受動的なエンドエフェクタと組み合わせて使用することができるO−arm撮像デバイスの実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 本開示のいくつかの実施形態に従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替的な実施形態を例示している。 外科手術処置中の骨の切断の進捗を示すディスプレイのスクリーンショットである。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない例示的な直接的なブレード誘導システムを例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの一部分の例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しないブレードアダプタの例示的な実施形態を例示している。 本開示の原理に矛盾しない直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態を例示している。
The accompanying drawings included to provide a further understanding of the present disclosure and which are incorporated and part of this application exemplify certain non-limiting embodiments of the concepts of the present invention. In the drawing:
Embodiments of a surgical system according to some embodiments of the present disclosure are illustrated. Illustrates the surgical robot components of the surgical system of FIG. 1 according to some embodiments of the present disclosure. Illustrates the camera tracking system components of the surgical system of FIG. 1 according to some embodiments of the present disclosure. It illustrates an embodiment of a passive end effector that is connectable to a robotic arm and is configured according to some embodiments of the present disclosure. Illustrates a medical operation in which a surgical robot and camera system are placed around a patient. It illustrates an embodiment of an end effector coupler of a robot arm configured to connect to a passive end effector according to some embodiments of the present disclosure. An embodiment of the notch of the end effector coupler of FIG. 6 is illustrated. Block diagrams of components of surgical systems according to some embodiments of the present disclosure are illustrated. Surgery according to some embodiments of the present disclosure, which is separate from the surgical robot and can be operably connected to the surgical robot or at least partially incorporated within the surgical robot. Illustrates a block diagram of a surgical system computer platform, including a surgical planning computer. Some embodiments of the present disclosure illustrate embodiments of a C-arm imaging device that can be used in combination with surgical robots and passive end effectors. Some embodiments of the present disclosure illustrate embodiments of O-arm imaging devices that can be used in combination with surgical robots and passive end effectors. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. An alternative embodiment of a passive end effector configured according to some embodiments of the present disclosure is illustrated. FIG. 6 is a screenshot of a display showing the progress of bone cutting during a surgical procedure. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of a portion of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of blade adapters that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated. Illustrative embodiments of direct blade guidance systems that are consistent with the principles of the present disclosure are illustrated.

ここで、本発明の概念の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明の概念を以下でより完全に説明する。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、様々な本発明の概念の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。これらの実施形態が相互に排他的ではないことにも留意されたい。1つの実施形態からの構成要素が、別の実施形態に存在するか、または別の実施形態で使用されると暗に想定され得る。 Here, the concept of the present invention will be described more fully below with reference to the accompanying drawings showing exemplary embodiments of the concept of the present invention. However, the concept of the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments described herein. Rather, these embodiments are provided so that the present disclosure is thorough and complete and fully conveys to those skilled in the art the scope of the various concepts of the invention. It should also be noted that these embodiments are not mutually exclusive. It can be implicitly assumed that components from one embodiment are present in another embodiment or are used in another embodiment.

本明細書に開示される様々な実施形態は、骨切り術を必要とする外科手術的介入を実施するときの外科手術システムの操作における改善を対象とする。外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアームに接続可能な受動的なエンドエフェクタが開示されている。受動的なエンドエフェクタは、用具取り付け機構の動きを、ある動きの範囲に制約する対の機構を有する。用具取り付け部は、振幅する鋸ブレードを有する矢状鋸などの切断用の外科手術鋸に接続可能である。本機構は、作業面と平行になるように鋸ブレードの切断面を制約するように構成され得る。外科手術ロボットは、解剖学的構造が切断される場所を規定する外科手術計画に基づいて、および解剖学的構造の姿勢に基づいて、目標面の姿勢を決定することができ、目標面の姿勢と外科手術鋸の姿勢との比較に基づいて操縦情報を生み出すことができる。操縦情報は、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、切断される解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、受動的なエンドエフェクタを移動させる必要がある場所を示す。 The various embodiments disclosed herein are intended to improve the operation of the surgical system when performing surgical interventions requiring osteotomy. A passive end effector that can be connected to a robot arm positioned by a surgical robot is disclosed. Passive end effectors have a pair of mechanisms that constrain the movement of the tool mounting mechanism to a range of movement. The tool attachment can be connected to a surgical saw for cutting, such as a sagittal saw with an oscillating saw blade. The mechanism may be configured to constrain the cut surface of the saw blade so that it is parallel to the working surface. Surgical robots can determine the orientation of a target plane based on a surgical plan that defines where the anatomical structure is cut, and based on the orientation of the anatomical structure. Can generate maneuvering information based on comparison with the posture of the surgical saw. Maneuvering information aligns the saw blade's cut plane with the target plane and positions the saw blade at a distance from the anatomical structure to be cut, within the range of movement of the passive end effector tool mounting mechanism. Indicates where the passive end effector needs to be moved so that it is.

これらおよび他の関連する実施形態は、外科手術のための他のロボットおよび手動(例えば、ジグ)の解決策と比較して、鋸ブレードの誘導の精度を改善するように操作することができる。受動的なエンドエフェクタの機構により、外科医は、受動的なエンドエフェクタによって誘導される外科手術鋸を使用して骨を切断しながら、直接的なフォースフィードバックを解釈することに集中することが可能になり得る。本機構は、例えば、目標面と一致するように切断面を制約するように構成される、1〜3つの適切に選択された自由度(例えば、1つの並進もしくは回転、2つの回転、3つの回転、または他の組み合わせなど)の端部関節を有する、平面状の機構であってもよい。外科医は、外科手術ロボットを通じて提供される音声および/または視覚による通知フィードバックに基づいて、骨を取り除く速度をより正確に監視および制御することもできる。 These and other related embodiments can be manipulated to improve the accuracy of saw blade guidance as compared to other robotic and manual (eg jig) solutions for surgery. The passive end effector mechanism allows the surgeon to focus on interpreting direct force feedback while cutting the bone using a surgical saw guided by the passive end effector. Can be. The mechanism is configured, for example, to constrain the cut plane to coincide with the target plane, from 1 to 3 appropriately selected degrees of freedom (eg, 1 translation or rotation, 2 rotations, 3 rotations). It may be a planar mechanism with end joints (such as rotation, or other combination). Surgeons can also more accurately monitor and control the rate of bone removal based on audio and / or visual notification feedback provided through the surgical robot.

これらの実施形態は、関節の外科手術、とりわけ、高精度、高剛性、十分な作業空間、および直接的なフォースフィードバックを伴う膝の外科手術中に誘導を提供することができる。以下で詳細に説明されるように、骨を切断するために、追跡システムを使用して、切断面と目標面とを正確に一致させることができる。高精度の切断は、外科医が鋸ブレードを切断面に沿って移動させ、骨を切断中の鋸ブレードのフォースフィードバックを直接感知する間に、切断面と目標面とを一致させたままに制約する、平面状の機構によって達成され得る。さらに、これらの実施形態は、既存の受け入れられた外科手術ワークフローの規定された変更を通じて、外科手術の実践で迅速に展開することができる。 These embodiments can provide guidance during joint surgery, especially knee surgery with high precision, high stiffness, ample workspace, and direct force feedback. To cut the bone, a tracking system can be used to accurately align the cut plane with the target plane, as described in detail below. High-precision cutting constrains the cutting surface to the target surface while the surgeon moves the saw blade along the cutting surface and directly senses the force feedback of the saw blade while cutting the bone. , Can be achieved by a planar mechanism. Moreover, these embodiments can be rapidly deployed in surgical practice through defined modifications of existing accepted surgical workflows.

図1は、本開示のいくつかの実施形態による外科手術システム2の実施形態を例示している。整形外科手術の実施前に、例えば、図10のCアーム撮像デバイス104または図11のO−arm撮像デバイス106を使用して、またはコンピュータ断層撮影(CT)画像もしくはMRIなどの別の医療撮像デバイスから、患者の計画された外科手術エリアの三次元(「3D」)画像スキャンを行うことができる。このスキャンは、術前(例えば、最も一般的には処置の数週間前)または術中に行うことができる。しかしながら、外科手術システム2の様々な実施形態に従って、任意の既知の3Dまたは2D画像スキャンを使用することができる。画像スキャンは、外科手術ロボット800(例えば、図1のロボット2)および外科手術計画コンピュータ910を含む図9の外科手術システムコンピュータプラットフォーム900などの外科手術システム2と通信するコンピュータプラットフォームに送られる。外科手術計画コンピュータ910(図9)のディスプレイデバイス上の画像スキャン(複数可)を概説する外科医は、患者の解剖学的構造が切断される目標面を規定する外科手術計画を生み出す。この平面は、患者の解剖学的制約、選択されたインプラント、およびそのサイズの関数である。いくつかの実施形態では、目標面を規定する外科手術計画は、ディスプレイデバイス置に表示される3D画像スキャン上で計画される。 FIG. 1 illustrates embodiments of a surgical system 2 according to some embodiments of the present disclosure. Prior to performing orthopedic surgery, for example, using the C-arm imaging device 104 of FIG. 10 or the O-arm imaging device 106 of FIG. 11, or another medical imaging device such as computed tomography (CT) imaging or MRI. From, a three-dimensional (“3D”) image scan of the patient's planned surgical area can be performed. This scan can be performed preoperatively (eg, most commonly weeks before the procedure) or intraoperatively. However, any known 3D or 2D image scan can be used according to various embodiments of the surgical system 2. The image scan is sent to a computer platform that communicates with the surgical system 2, such as the surgical robot 800 (eg, robot 2 in FIG. 1) and the surgical system computer platform 900 in FIG. 9, which includes a surgical planning computer 910. Surgical Plan A surgeon outlining an image scan (s) on a display device of computer 910 (FIG. 9) produces a surgical plan that defines a target plane on which the patient's anatomical structure is cut. This plane is a function of the patient's anatomical constraints, the implant selected, and its size. In some embodiments, the surgical plan defining the target plane is planned on a 3D image scan displayed on the display device.

図1の外科手術システム2は、例えば、用具を保持すること、用具を一致させること、用具を使用すること、用具を誘導すること、および/または使用するために用具を位置決めすることによって、医療処置中に外科医を支援することができる。いくつかの実施形態では、外科手術システム2は、外科手術ロボット4と、カメラ追跡システム6と、を含む。両方のシステムを一緒に、任意の様々な機構によって機械的に結合することができる。好適な機構としては、機械的ラッチ、接合、クランプ、もしくはバットレス、または磁気もしくは磁化表面を挙げることができるが、これらに限定されない。外科手術ロボット4とカメラ追跡システム6とを機械的に結合する機能により、外科手術システム2を単一のユニットとして操作し、移動させることが可能になり、外科手術システム2は面積の小さいフットプリントを有することが可能になり、狭い通路および曲がり角を通る動きを容易にすることが可能になり、ならびにより狭い面積内のストレージを可能にすることができる。 The surgical system 2 of FIG. 1 medically performs, for example, by holding the device, matching the device, using the device, guiding the device, and / or positioning the device for use. The surgeon can be assisted during the procedure. In some embodiments, the surgical system 2 includes a surgical robot 4 and a camera tracking system 6. Both systems can be mechanically coupled together by any variety of mechanisms. Suitable mechanisms include, but are not limited to, mechanical latches, junctions, clamps, or buttresses, or magnetic or magnetized surfaces. The function of mechanically connecting the surgical robot 4 and the camera tracking system 6 enables the surgical system 2 to be operated and moved as a single unit, and the surgical system 2 has a small footprint. It is possible to have, facilitate movement through narrow passages and corners, and allow storage within a smaller area.

整形外科手術処置は、外科手術システム2を医療ストレージから医療処置室まで移動させることで開始することができる。外科手術システム2は、出入口、ホール、およびエレベータから医療処置室に到達するまでずっと操作することができる。部屋の中で、外科手術システム2は、2つの分離した別個のシステム、外科手術ロボット4およびカメラ追跡システム6に、物理的に分離され得る。外科手術ロボット4は、医療従事者を適切に支援するために、任意の好適な場所で患者に隣接して位置決めされ得る。カメラ追跡システム6は、患者基部、患者の肩、または外科手術ロボット4および患者の部分の現在の姿勢および軌道の姿勢の動きを追跡するのに適した任意の他の場所に位置決めすることができる。外科手術ロボット4およびカメラ追跡システム6は、オンボード電源によって電力供給され、かつ/または外部壁コンセントに差し込まれ得る。 The orthopedic surgical procedure can be initiated by moving the surgical system 2 from the medical storage to the medical procedure room. The surgical system 2 can be operated from doorways, halls, and elevators all the way to the medical procedure room. Within the room, the surgical system 2 can be physically separated into two separate systems, the surgical robot 4 and the camera tracking system 6. The surgical robot 4 may be positioned adjacent to the patient at any suitable location to adequately assist the healthcare professional. The camera tracking system 6 can be positioned at the patient base, the patient's shoulder, or any other location suitable for tracking the current and orbital postural movements of the surgical robot 4 and the patient's portion. .. The surgical robot 4 and the camera tracking system 6 can be powered by onboard power and / or plugged into an external wall outlet.

外科手術ロボット4を使用して、医療処置中に用具を保持および/または使用することによって外科医を支援することができる。用具を適切に利用および保持するために、外科手術ロボット4は、適切に機能する複数のモータ、コンピュータ、および/またはアクチュエータに依存し得る。図1に例示されるように、ロボット本体8は、複数のモータ、コンピュータ、および/またはアクチュエータが外科手術ロボット4内に固設され得る構造として作用し得る。ロボット本体8はまた、ロボット伸縮式支持アーム16のための支持を提供し得る。いくつかの実施形態では、ロボット本体8は、任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、チタン、アルミニウム、もしくはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、ガラス繊維、または頑丈なプラスチックであり得るが、これらに限定されない。ロボット本体8のサイズは、取り付けられた構成要素を支持する強固なプラットフォームを提供することができ、かつ取り付けられた構成要素を動作させることができる複数のモータ、コンピュータ、および/またはアクチュエータを収容し、隠し、かつ保護することができる。 The surgical robot 4 can be used to assist the surgeon by holding and / or using the device during a medical procedure. In order to properly utilize and hold the equipment, the surgical robot 4 may rely on a plurality of properly functioning motors, computers, and / or actuators. As illustrated in FIG. 1, the robot body 8 can act as a structure in which a plurality of motors, computers, and / or actuators can be fixed within the surgical robot 4. The robot body 8 may also provide support for the robot telescopic support arm 16. In some embodiments, the robot body 8 can be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fibers, glass fibers, or tough plastics. The size of the robot body 8 can accommodate multiple motors, computers, and / or actuators that can provide a robust platform to support the mounted components and that can operate the mounted components. Can be hidden and protected.

ロボット基部10は、外科手術ロボット4の下部支持として作用し得る。いくつかの実施形態では、ロボット基部10は、ロボット本体8を支持することができ、かつロボット本体8を複数の動力付きホイール12に取り付けることができる。ホイールへのこの取り付けにより、ロボット本体8は空間内を効率的に移動することが可能になる。ロボット基部10は、ロボット本体8の長さおよび幅方向に延びていてもよい。ロボット基部10は、約2インチ〜約10インチの高さであり得る。ロボット基部10は、任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、チタン、アルミニウム、もしくはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、ガラス繊維、または頑丈なプラスチックもしくは樹脂であり得るが、これらに限定されない。ロボット基部10は、動力付きホイール12を被覆、保護、および支持することができる。 The robot base 10 can act as a lower support for the surgical robot 4. In some embodiments, the robot base 10 can support the robot body 8 and attach the robot body 8 to a plurality of powered wheels 12. This attachment to the wheel allows the robot body 8 to move efficiently in space. The robot base 10 may extend in the length and width directions of the robot body 8. The robot base 10 can be about 2 inches to about 10 inches high. The robot base 10 can be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fibers, glass fibers, or tough plastics or resins. The robot base 10 can cover, protect, and support the powered wheel 12.

いくつかの実施形態では、図1に例示されるように、少なくとも1つの動力付きホイール12をロボット基部10に取り付けることができる。動力付きホイール12は、任意の場所でロボット基部10に取り付けられ得る。各個々の動力付きホイール12は、任意の方向に垂直軸を中心として回転することができる。モータは、動力付きホイール12の上、その中、またはそれに隣接して配設され得る。このモータにより、外科手術システム2を任意の場所へと操作し、外科手術システム2を安定化し、かつ/または水平にすることを可能にする。動力付きホイール12内またはそれに隣接して位置するロッドは、モータによって表面に押し込むことができる。図示されていないロッドは、外科手術システム2を持ち上げるのに適した任意の金属で作製され得る。好適な金属は、ステンレス鋼、アルミニウム、またはチタンであり得るが、これらに限定されない。さらに、ロッドは、接触面側の端部に、図示されていない緩衝材を備えることができ、緩衝材は、ロッドが滑ることを阻止し、かつ/または好適な接触面を作り出すことができる。その材料は、緩衝材として作用するのに好適な任意の材料であり得る。好適な材料は、プラスチック、ネオプレン、ゴム、またはテクスチャ加工された金属であり得るが、これらに限定されない。ロッドは、外科手術システム2を持ち上げることができる動力付きホイール10を、患者に対して外科手術システム2の向きを水平にするか、または別様に固定するのに必要な任意の高さまで持ち上げることができる。外科手術システム2の重量は、各ホイール上のロッドによって小さな接触面積で支持され、医療処置中に外科手術システム2が移動することを阻止する。この堅固な位置決めは、物体および/または人々が偶発的に外科手術システム2を移動させることを阻止し得る。 In some embodiments, at least one powered wheel 12 can be attached to the robot base 10 as illustrated in FIG. The powered wheel 12 may be attached to the robot base 10 at any location. Each individual powered wheel 12 can rotate about a vertical axis in any direction. The motor may be disposed on, in, or adjacent to the powered wheel 12. This motor allows the surgical system 2 to be operated to any location, stabilizing and / or leveling the surgical system 2. A rod located in or adjacent to the powered wheel 12 can be pushed into the surface by a motor. The rod (not shown) can be made of any metal suitable for lifting the surgical system 2. Suitable metals can be, but are not limited to, stainless steel, aluminum, or titanium. Further, the rod can be provided with a cushioning material (not shown) at the end on the contact surface side, which can prevent the rod from slipping and / or create a suitable contact surface. The material can be any material suitable to act as a cushioning material. Suitable materials can be, but are not limited to, plastic, neoprene, rubber, or textured metal. The rod lifts a powered wheel 10 capable of lifting the surgical system 2 to any height required to orient the surgical system 2 horizontally or otherwise anchor it to the patient. Can be done. The weight of the surgical system 2 is supported by a rod on each wheel in a small contact area, preventing the surgical system 2 from moving during the medical procedure. This tight positioning can prevent objects and / or people from accidentally moving the surgical system 2.

外科手術システム2の移動を、ロボットレール材14を使用して容易にすることができる。ロボットレール材14は、ロボット本体8を把持することなく、外科手術システム2を移動させる能力を人に提供する。図1に例示されるように、ロボットレール材14は、ロボット本体8の長さ方向にロボット本体8より短く延びていてもよく、かつ/またはロボット本体8の長さより長く延びていてもよい。ロボットレール材14は、任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、チタン、アルミニウム、もしくはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、ガラス繊維、または頑丈なプラスチックであり得るが、これらに限定されない。ロボットレール材14は、ロボット本体8に対する保護をさらに備え、物体および/または従事者がロボット本体8に接触すること、ぶつかること、または衝突することを阻止することができる。 The movement of the surgical system 2 can be facilitated by using the robot rail material 14. The robot rail material 14 provides a person with the ability to move the surgical system 2 without gripping the robot body 8. As illustrated in FIG. 1, the robot rail material 14 may extend shorter than the robot body 8 in the length direction of the robot body 8 and / or may extend longer than the length of the robot body 8. The robot rail material 14 can be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fibers, glass fibers, or tough plastics. The robot rail material 14 further provides protection against the robot body 8 and can prevent objects and / or workers from coming into contact with, colliding with, or colliding with the robot body 8.

ロボット本体8は、以後「スカラ」と称する水平多関節ロボットのための支持を提供することができる。スカラ24は、ロボットアームの同時再現性およびコンパクトさゆえに、外科手術システム2内で使用するのに有益であり得る。スカラのコンパクトさは、医療処置内に追加の空間を提供することができ、それにより、医療専門家は、過度な乱雑さと制限されたエリアなしに、医療処置を実施することが可能になり得る。スカラ24は、ロボット伸縮式支持16、ロボット支持アーム18、および/またはロボットアーム20を含み得る。ロボット伸縮式支持16は、ロボット本体8に沿って配設され得る。図1に例示されるように、ロボット伸縮式支持16は、スカラ24およびディスプレイ34のための支持を提供し得る。いくつかの実施形態では、ロボット伸縮式支持16は、垂直方向に延在および収縮することができる。ロボット伸縮式支持16は、任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、チタンもしくはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、ガラス繊維、または頑丈なプラスチックであり得るが、これらに限定されない。ロボット伸縮式支持16の本体は、それに加えられる応力および重量を支持する任意の幅および/または高さであり得る。 The robot body 8 can provide support for a horizontal articulated robot, hereinafter referred to as "SCARA". The scalar 24 may be useful for use within the surgical system 2 due to the simultaneous reproducibility and compactness of the robot arm. The compactness of the scalar can provide additional space within the procedure, which may allow healthcare professionals to perform the procedure without undue clutter and confined areas. .. The scalar 24 may include a robot telescopic support 16, a robot support arm 18, and / or a robot arm 20. The robot telescopic support 16 may be arranged along the robot body 8. As illustrated in FIG. 1, the robot telescopic support 16 may provide a support for the scalar 24 and the display 34. In some embodiments, the robot telescopic support 16 can extend and contract in the vertical direction. The robot telescopic support 16 can be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium or stainless steel, carbon fibers, glass fibers, or tough plastics. The body of the robot telescopic support 16 can be of any width and / or height to support the stress and weight applied to it.

いくつかの実施形態では、医療従事者は、医療従事者によって提出されたコマンドを介してスカラ24を移動させることができる。コマンドは、ディスプレイ34および/またはタブレットで受信された入力から生じ得る。コマンドは、スイッチの押し下げおよび/または複数のスイッチの押し下げに由来し得る。図4および5に最もよく例示されるように、起動アセンブリ60は、スイッチおよび/または複数のスイッチを含み得る。起動アセンブリ60は、移動コマンドをスカラ24に送信して、オペレータがスカラ24を手動で操作することを可能にするように動作可能であり得る。スイッチまたは複数のスイッチが押し下げられると、医療従事者はスカラ24を容易に移動させる能力を有することができる。さらに、スカラ24が移動させるためのコマンドを受信していないとき、スカラ24は、従事者および/または他の物体による偶発的な移動を阻止するように所定の位置にロックすることができる。所定の位置にロックすることにより、スカラ24は、図4および5に示される受動的なエンドエフェクタ1100および接続された外科手術鋸1140が医療手術で使用するための準備が整った強固なプラットフォームを提供する。 In some embodiments, the healthcare professional can move the scalar 24 via a command submitted by the healthcare professional. The command may arise from the input received on the display 34 and / or tablet. The command can come from a switch press and / or multiple switch presses. As best illustrated in FIGS. 4 and 5, the activation assembly 60 may include a switch and / or a plurality of switches. The activation assembly 60 may be operational to send move commands to the scalar 24 to allow the operator to manually manipulate the scalar 24. When the switch or plurality of switches are pressed down, the healthcare professional can have the ability to easily move the scalar 24. In addition, when the scalar 24 has not received a command to move, the scalar 24 can be locked in place to prevent accidental movement by workers and / or other objects. By locking in place, the SCARA 24 provides a robust platform for the passive end effector 1100 and connected surgical saw 1140 shown in FIGS. 4 and 5 to be used in medical surgery. provide.

ロボット支持アーム18は、様々な機構によってロボット伸縮式支持16上に配設され得る。いくつかの実施形態では、図1および2に最もよく見られるように、ロボット支持アーム18は、ロボット伸縮式支持16に対して任意の方向に回転する。ロボット支持アーム18は、ロボット伸縮式支持16の周りで360度回転することができる。ロボットアーム20は、任意の好適な場所でロボット支持アーム18に接続することができる。ロボットアーム20は、様々な機構によってロボット支持アーム16に取り付けられ得る。好適な機構は、ナットおよびボルト、ボールおよびソケット嵌合、圧入嵌合、溶接、接着、ねじ、リベット、クランプ、ラッチ、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。ロボットアーム20は、ロボット支持アーム18に対して任意の方向に回転することができ、実施形態では、ロボットアーム20は、ロボット支持アーム18に対して360度回転することができる。この自由な回転により、オペレータは計画どおりにロボットアーム20を位置決めすることが可能になる。 The robot support arm 18 may be arranged on the robot telescopic support 16 by various mechanisms. In some embodiments, the robot support arm 18 rotates in any direction with respect to the robot telescopic support 16, as is most often seen in FIGS. 1 and 2. The robot support arm 18 can rotate 360 degrees around the robot telescopic support 16. The robot arm 20 can be connected to the robot support arm 18 at any suitable location. The robot arm 20 can be attached to the robot support arm 16 by various mechanisms. Suitable mechanisms can be, but are not limited to, nuts and bolts, ball and socket fittings, press fittings, welds, glues, screws, rivets, clamps, latches, and / or any combination thereof. The robot arm 20 can rotate in any direction with respect to the robot support arm 18, and in the embodiment, the robot arm 20 can rotate 360 degrees with respect to the robot support arm 18. This free rotation allows the operator to position the robot arm 20 as planned.

図4および5の受動的なエンドエフェクタ1100は、任意の好適な場所でロボットアーム20に取り付けられ得る。以下でさらに詳細に説明されるように、受動的なエンドエフェクタ1100は、基部、第1の機構、および第2の機構を含む。基部は、外科手術ロボット4によって位置決めされるロボットアーム20のエンドエフェクタカプラ22に取り付けられるように構成される。基部をエンドエフェクタカプラ22に取り付けることができる様々な機構としては、ラッチ、クランプ、ナットおよびボルト、ボールおよびソケット嵌合、圧入嵌合、溶接、接着、ねじ、リベット、および/またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。第1の機構は、基部への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する。第2の機構は、基部への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する。第1および第2の機構は、回転可能な接続部を中心として旋回し、かつ用具取り付け機構の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。回転可能な接続部は、1つの自由度(DOF)の運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。用具取り付け機構は、鋸ブレードを有する外科手術鋸1140に接続されるか、または鋸ブレードに直接接続されるように構成される。外科手術鋸1140は、切断するために鋸ブレードを振幅させるように構成され得る。第1および第2の機構は、作業面と平行になるように鋸ブレードの切断面を制約するように構成され得る。旋回関節は、好ましくは、受動的なエンドエフェクタが、鋸ブレードの運動を切断面に制約するように構成される場合、平面状の機構を接続するために使用され得る。 The passive end effector 1100 of FIGS. 4 and 5 can be attached to the robot arm 20 at any suitable location. As described in more detail below, the passive end effector 1100 includes a base, a first mechanism, and a second mechanism. The base is configured to be attached to the end effector coupler 22 of the robot arm 20 positioned by the surgical robot 4. Various mechanisms that allow the base to be attached to the end effector coupler 22 include latches, clamps, nuts and bolts, ball and socket fittings, press fit fittings, welding, gluing, screws, rivets, and / or any of them. Combinations can be mentioned, but are not limited to these. The first mechanism extends between the rotatable connection to the base and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The second mechanism extends between the rotatable connection to the base and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The first and second mechanisms may be configured to rotate about a rotatable connection and constrain the movement of the tool mounting mechanism to a range of movement within the work surface. The rotatable connection allows the movement of three DOFs, whether it is a swivel joint that allows one degree of freedom (DOF) movement or a universal joint that allows two DOFs to move. It may be a ball joint. The tool attachment mechanism is configured to be connected to or directly connected to a surgical saw 1140 with a saw blade. Surgical saw 1140 can be configured to swing the saw blade to cut. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cut surface of the saw blade so that it is parallel to the working surface. The swivel joint can preferably be used to connect a planar mechanism if the passive end effector is configured to constrain the movement of the saw blade to the cut surface.

用具取り付け機構は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1140または鋸ブレードに接続され得る。いくつかの実施形態では、動的基準アレイ52は、受動的な的エンドエフェクタ1100、例えば、用具取り付け機構に取り付けられ、かつ/または外科手術鋸1140に取り付けられる。本明細書では「DRA」とも称される動的基準アレイは、ナビゲートされた外科手術処置において、患者、外科手術ロボット、受動的なエンドエフェクタ、および/または外科手術鋸に配設され得る堅固な本体である。カメラ追跡システム6または他の3D位置特定システムは、DRAの追跡マーカの姿勢(例えば、位置および回転の向き)をリアルタイムで追跡するように構成される。追跡マーカは、ボールまたは他の光学マーカの例示される配列を含み得る。追跡マーカの3D座標のこの追跡により、外科手術システム2は、図5の患者50の目標の解剖学的構造に関連する任意の空間におけるDRA52の姿勢を決定することが可能になり得る。 The tool mounting mechanism is connected to the surgical saw 1140 or saw blade via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. obtain. In some embodiments, the dynamic reference array 52 is attached to a passive end effector 1100, such as an instrument attachment mechanism and / or to a surgical saw 1140. A dynamic reference array, also referred to herein as "DRA," can be placed on a patient, surgical robot, passive end effector, and / or surgical saw in a navigated surgical procedure. The main body. The camera tracking system 6 or other 3D positioning system is configured to track the attitude (eg, position and orientation of rotation) of the DRA tracking markers in real time. The tracking marker may include an exemplary sequence of balls or other optical markers. This tracking of the 3D coordinates of the tracking marker may allow the surgical system 2 to determine the posture of the DRA 52 in any space associated with the target anatomy of patient 50 in FIG.

図1に例示されるように、光インジケータ28は、スカラ24の頂部上に位置決めされ得る。光インジケータ28は、外科手術システム2が現在動作している「状況」を示すために、任意のタイプの光として照明し得る。例えば、緑の照明は、すべてのシステムが正常であることを示し得る。赤く照明されているのは、外科手術システム2が正常に動作していないことを示し得る。パルス状の光とは、外科手術システム2が機能を実施していることを意味し得る。光とパルスの組み合わせにより、現在の動作状況、状態、または他の動作表示を通信するためのほぼ無限の量の組み合わせを作り出すことができる。いくつかの実施形態では、光は、光インジケータ28の周りにリングを形成し得るLED電球によって生成され得る。光インジケータ28は、光インジケータ28全体を通して光を輝かせることができる完全に透過性の材料を含み得る。 As illustrated in FIG. 1, the light indicator 28 may be positioned on top of the scalar 24. The light indicator 28 may be illuminated as any type of light to indicate the "situation" in which the surgical system 2 is currently operating. For example, green lighting can indicate that all systems are normal. Illuminated in red may indicate that the surgical system 2 is not working properly. The pulsed light can mean that the surgical system 2 is performing its function. The combination of light and pulse can create an almost infinite amount of combinations for communicating current operating conditions, states, or other operating indications. In some embodiments, the light can be produced by an LED bulb that can form a ring around the light indicator 28. The light indicator 28 may include a fully transparent material capable of shining light throughout the light indicator 28.

光インジケータ28は、下部ディスプレイ支持30に取り付けられ得る。図2に例示されるように、下部ディスプレイ支持30により、オペレータは、ディスプレイ34を任意の好適な場所まで操作することが可能になり得る。下部ディスプレイ支持30は、任意の好適な機構によって光インジケータ28に取り付けられ得る。実施形態では、下部ディスプレイ支持30は、光インジケータ28を中心として回転し得る。実施形態では、下部ディスプレイ支持30は、光インジケータ28にしっかりと取り付けられ得る。次いで、光インジケータ28は、ロボット支持アーム18を中心として360度回転し得る。下部ディスプレイ支持30は、任意の好適な長さのものであってもよく、好適な長さは、約8インチ〜約34インチであってもよい。下部ディスプレイ支持30は、上部ディスプレイ支持32の基部として作用し得る。 The light indicator 28 may be attached to the lower display support 30. As illustrated in FIG. 2, the lower display support 30 may allow the operator to operate the display 34 to any suitable location. The lower display support 30 may be attached to the light indicator 28 by any suitable mechanism. In embodiments, the lower display support 30 may rotate about the light indicator 28. In embodiments, the lower display support 30 may be securely attached to the light indicator 28. The light indicator 28 can then rotate 360 degrees around the robot support arm 18. The lower display support 30 may be of any suitable length, and the suitable length may be from about 8 inches to about 34 inches. The lower display support 30 can act as the base of the upper display support 32.

上部ディスプレイ支持32は、任意の好適な機構によって下部ディスプレイ支持30に取り付けられ得る。上部ディスプレイ支持32は、任意の好適な長さのものであってもよく、好適な長さは、約8インチ〜約34インチであってもよい。実施形態では、図1に例示されるように、上部ディスプレイ支持32は、ディスプレイ34を上部ディスプレイ支持32に対して360度回転させることが可能になる。同様に、上部ディスプレイ支持32は、下部ディスプレイ支持30に対して360度回転することができる。 The upper display support 32 may be attached to the lower display support 30 by any suitable mechanism. The upper display support 32 may be of any suitable length, and the suitable length may be from about 8 inches to about 34 inches. In an embodiment, as illustrated in FIG. 1, the upper display support 32 allows the display 34 to rotate 360 degrees with respect to the upper display support 32. Similarly, the upper display support 32 can rotate 360 degrees with respect to the lower display support 30.

ディスプレイ34は、上部ディスプレイ支持32によって支持され得る任意のデバイスであり得る。実施形態では、図2に例示されるように、ディスプレイ34は、カラー画像および/または白黒画像を生成し得る。ディスプレイ34の幅は、約8インチ〜約30インチの幅であり得る。ディスプレイ34の高さは、約6インチ〜約22インチの高さであり得る。ディスプレイ34の深さは、約1/2インチ〜約4インチであり得る。 The display 34 can be any device that can be supported by the upper display support 32. In an embodiment, the display 34 can produce a color image and / or a black and white image, as illustrated in FIG. The width of the display 34 can be from about 8 inches to about 30 inches. The height of the display 34 can be from about 6 inches to about 22 inches. The depth of the display 34 can be from about 1/2 inch to about 4 inches.

実施形態では、タブレットをディスプレイ34と併せて、および/またはディスプレイ34なしで使用することができる。実施形態では、テーブルは、ディスプレイ34の代わりに上部ディスプレイ支持32上に配設されてもよく、医療手術中に上部ディスプレイ支持32から取り外し可能であってもよい。さらに、タブレットは、ディスプレイ34と通信することができる。タブレットは、任意の好適な無線および/または有線接続によって外科手術ロボット4に接続することができ得る。いくつかの実施形態では、タブレットは、医療手術中に外科手術システム2をプログラムおよび/または制御することができ得る。タブレットを用いて外科手術システム2を制御しているとき、すべての入力および出力コマンドをディスプレイ34上で複製することができる。タブレットの使用により、オペレータは、患者50の周りを移動し、かつ/または外科手術ロボット4まで移動する必要なしに、外科手術ロボット4を操作することが可能になり得る。 In embodiments, the tablet can be used with and / or without the display 34. In embodiments, the table may be disposed on the upper display support 32 instead of the display 34 and may be removable from the upper display support 32 during medical surgery. In addition, the tablet can communicate with the display 34. The tablet may be connected to the surgical robot 4 by any suitable wireless and / or wired connection. In some embodiments, the tablet may be able to program and / or control the surgical system 2 during medical surgery. When controlling the surgical system 2 with a tablet, all input and output commands can be duplicated on the display 34. The use of the tablet may allow the operator to operate the surgical robot 4 without having to move around the patient 50 and / or to the surgical robot 4.

図5に例示されるように、カメラ追跡システム6は、有線または無線の通信ネットワークを介して外科手術ロボット4と連動して働く。図1および5を参照すると、カメラ追跡システム6は、外科手術ロボット4と同様のいくつかの構成要素を含み得る。例えば、カメラ本体36は、ロボット本体8に見られる機能を提供することができる。ロボット本体8は、上にカメラ46が装着される構造を提供することができる。ロボット本体8内の構造も、カメラ追跡システム6を動作させるために使用される電子機器、通信デバイス、および電源のための支持を提供することができる。カメラ本体36は、ロボット本体8と同じ材料で作製され得る。カメラ追跡システム6は、無線および/または有線ネットワークによってタブレットおよび/またはディスプレイ34と直接通信して、タブレットおよび/またはディスプレイ34がカメラ追跡システム6の機能を制御することを可能にすることができる。 As illustrated in FIG. 5, the camera tracking system 6 works in conjunction with the surgical robot 4 via a wired or wireless communication network. With reference to FIGS. 1 and 5, the camera tracking system 6 may include several components similar to the surgical robot 4. For example, the camera body 36 can provide the functions found in the robot body 8. The robot body 8 can provide a structure in which the camera 46 is mounted on the robot body 8. The structure within the robot body 8 can also provide support for the electronics, communication devices, and power supplies used to operate the camera tracking system 6. The camera body 36 can be made of the same material as the robot body 8. The camera tracking system 6 can communicate directly with the tablet and / or display 34 via a wireless and / or wired network to allow the tablet and / or display 34 to control the functions of the camera tracking system 6.

カメラ本体36は、カメラ基部38によって支持される。カメラ基部38は、ロボット基部10として機能し得る。図1の実施形態では、カメラ基部38は、ロボット基部10よりも広くてもよい。カメラ基部38の幅は、カメラ追跡システム6が外科手術ロボット4と接続することを可能にし得る。図1に例示されるように、カメラ基部38の幅は、ロボット基部10の外側に嵌合するのに十分な大きさであり得る。カメラ追跡システム6と外科手術ロボット4とが接続されているとき、カメラ基部38の追加の幅は、外科手術システム2の追加の操作性と外科手術システム2の支持を可能にし得る。 The camera body 36 is supported by the camera base 38. The camera base 38 can function as the robot base 10. In the embodiment of FIG. 1, the camera base 38 may be wider than the robot base 10. The width of the camera base 38 may allow the camera tracking system 6 to connect with the surgical robot 4. As illustrated in FIG. 1, the width of the camera base 38 may be large enough to fit outside the robot base 10. When the camera tracking system 6 and the surgical robot 4 are connected, the additional width of the camera base 38 may allow the additional operability of the surgical system 2 and the support of the surgical system 2.

ロボット基部10と同様に、複数の動力付きホイール12がカメラ基部38に取り付けられ得る。動力付きホイール12により、カメラ追跡システム6は、ロボット基部10および動力付きホイール12の動作と同様に、患者50に対して固定された向きを安定化して水平にするか、またはそれを設定することを可能にし得る。この安定化により、カメラ追跡システム6が医療処置中に移動することを阻止することができ、図5に示されるように、カメラ46が指定されたエリア56内の解剖学的構造54および/または用具58に接続された1つ以上のDRA52を見失うことを阻止することができる。追跡のこの安定性と維持は、カメラ追跡システム6で効果的に動作する外科手術ロボット4の能力を強化する。さらに、広いカメラ基部38は、カメラ追跡システム6に追加の支持を提供することができる。具体的には、図5に例示されるように、広いカメラ基部38により、カメラ46が患者の上に配設されたときに、カメラ追跡システム6が転倒するのを阻止することができる。広いカメラ基部38がない場合、広げられたカメラ46は、カメラ追跡システム6のバランスを崩す場合があり、その結果、カメラ追跡システム6が倒れる可能性がある。 Similar to the robot base 10, a plurality of powered wheels 12 may be attached to the camera base 38. With the powered wheel 12, the camera tracking system 6 stabilizes or sets a fixed orientation with respect to the patient 50, similar to the movement of the robot base 10 and the powered wheel 12. Can be made possible. This stabilization can prevent the camera tracking system 6 from moving during the medical procedure, and as shown in FIG. 5, the camera 46 is located in the designated area 56 with the anatomical structure 54 and / or It is possible to prevent the loss of one or more DRA 52s connected to the tool 58. This stability and maintenance of tracking enhances the ability of the surgical robot 4 to work effectively with the camera tracking system 6. In addition, the wide camera base 38 can provide additional support for the camera tracking system 6. Specifically, as illustrated in FIG. 5, the wide camera base 38 can prevent the camera tracking system 6 from tipping over when the camera 46 is placed on the patient. In the absence of the wide camera base 38, the unfolded camera 46 can upset the balance of the camera tracking system 6, which can result in the camera tracking system 6 collapsing.

カメラ伸縮式支持40は、カメラ46を支持することができる。実施形態では、伸縮式支持40は、カメラ46を垂直方向に上下に移動させることができる。伸縮式支持40は、カメラ46を支持するための任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、チタン、アルミニウム、もしくはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、ガラス繊維、または頑丈なプラスチックであり得るが、これらに限定されない。カメラハンドル48は、任意の好適な場所でカメラ伸縮式支持40に取り付けられ得る。カメラルハンドル48は、任意の好適なハンドル構成であり得る。好適な構成は、棒、円形、三角形、正方形、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。図1に例示されるように、カメラハンドル48は三角形であってもよく、それにより、オペレータは、医療手術の前にカメラ追跡システム6を計画された位置まで移動させることが可能になる。実施形態では、カメラハンドル48を使用して、カメラ伸縮式支持40を下降および上昇させることができる。カメラハンドル48は、ボタン、スイッチ、レバー、および/またはそれらの任意の組み合わせの押し下げによって、カメラ伸縮式支持40の上昇および下降を実施し得る。 The camera telescopic support 40 can support the camera 46. In the embodiment, the telescopic support 40 can move the camera 46 up and down in the vertical direction. The telescopic support 40 can be made of any suitable material for supporting the camera 46. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fibers, glass fibers, or tough plastics. The camera handle 48 can be attached to the camera telescopic support 40 at any suitable location. The cameral handle 48 may have any suitable handle configuration. Suitable configurations may be, but are not limited to, rods, circles, triangles, squares, and / or any combination thereof. As illustrated in FIG. 1, the camera handle 48 may be triangular, which allows the operator to move the camera tracking system 6 to a planned position prior to medical surgery. In embodiments, the camera handle 48 can be used to lower and raise the camera telescopic support 40. The camera handle 48 may perform raising and lowering of the camera telescopic support 40 by pushing down buttons, switches, levers, and / or any combination thereof.

下部カメラ支持アーム42は、任意の好適な場所でカメラ伸縮式支持40に取り付けることができ、実施形態では、図1に例示されるように、下部カメラ支持アーム42は、伸縮式支持40の周りで360度回転することができる。この自由な回転により、オペレータはカメラ46を任意の好適な場所に位置決めすることが可能になる。下部カメラ支持アーム42は、カメラ46を支持するための任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、チタン、アルミニウム、もしくはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、ガラス繊維、または頑丈なプラスチックであり得るが、これらに限定されない。下部カメラ支持アーム42の断面は、任意の好適な形状であり得る。好適な断面形状は、円形、正方形、長方形、六角形、八角形、またはiビームであり得るが、これらに限定されない。断面の長さおよび幅は、約1〜10インチであり得る。下部カメラ支持アームの長さは、約4インチ〜約36インチであり得る。下部カメラ支持アーム42は、任意の好適な機構によって伸縮式支持40に接続することができる。好適な機構は、ナットおよびボルト、ボールおよびソケット嵌合、圧入嵌合、溶接、接着、ねじ、リベット、クランプ、ラッチ、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。下部カメラ支持アーム42を使用して、カメラ46のための支持を提供することができる。カメラ46は、任意の好適な機構によって下部カメラ支持アーム42に取り付けられ得る。好適な機構は、ナットおよびボルト、ボールおよびソケット嵌合、圧入嵌合、溶接、接着、ねじ、リベット、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。カメラ46は、カメラ46と下部カメラ支持アーム42との間の取り付け面積で任意の方向に旋回することができる。実施形態では、湾曲レール44は、下部カメラ支持アーム42上に配設され得る。 The lower camera support arm 42 can be attached to the camera telescopic support 40 at any suitable location, and in embodiments, the lower camera support arm 42 is around the telescopic support 40, as illustrated in FIG. Can be rotated 360 degrees. This free rotation allows the operator to position the camera 46 at any suitable location. The lower camera support arm 42 can be made of any suitable material for supporting the camera 46. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fibers, glass fibers, or tough plastics. The cross section of the lower camera support arm 42 can have any suitable shape. Suitable cross-sectional shapes can be, but are not limited to, circular, square, rectangular, hexagonal, octagonal, or i-beam. The length and width of the cross section can be about 1-10 inches. The length of the lower camera support arm can be from about 4 inches to about 36 inches. The lower camera support arm 42 can be connected to the telescopic support 40 by any suitable mechanism. Suitable mechanisms can be, but are not limited to, nuts and bolts, ball and socket fittings, press fittings, welds, glues, screws, rivets, clamps, latches, and / or any combination thereof. The lower camera support arm 42 can be used to provide support for the camera 46. The camera 46 may be attached to the lower camera support arm 42 by any suitable mechanism. Suitable mechanisms can be, but are not limited to, nuts and bolts, ball and socket fittings, press fittings, welding, gluing, screws, rivets, and / or any combination thereof. The camera 46 can rotate in any direction with a mounting area between the camera 46 and the lower camera support arm 42. In an embodiment, the curved rail 44 may be disposed on the lower camera support arm 42.

湾曲レール44は、下部カメラ支持アーム42上の任意の好適な場所に配設され得る。図3に例示されるように、湾曲レール44は、任意の好適な機構によって下部カメラ支持アーム42に取り付けられ得る。好適な機構は、ナットおよびボルト、ボールおよびソケット嵌合、圧入嵌合、溶接、接着、ねじ、リベット、クランプ、ラッチ、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。湾曲レール44は、任意の好適な形状であり得、好適な形状は、三日月形、円形、卵形、楕円形、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得る。実施形態では、湾曲レール44は、任意の適切な長さであり得る。適切な長さは、約1フィート〜約6フィートであり得る。カメラ46は、湾曲レール44に沿って移動可能に配設され得る。カメラ46は、任意の好適な機構によって湾曲レール44に取り付けられ得る。好適な機構は、ローラ、ブラケット、ブレース、モータ、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。例示されていないモータおよびローラを使用して、湾曲レール44に沿ってカメラ46を移動させることができる。図3に例示されるように、医療処置中に、カメラ46が1つ以上のDRA52を視認することを物体が阻止している場合、モータは、ローラを使用して湾曲レール44に沿ってカメラ46を移動させることができる。この電動化された動きにより、カメラ46は、カメラ追跡システム6を移動させることなく、物体によってもはや妨げられない新しい位置に移動することが可能になる。カメラ46がDRA52を視認することが妨げられている間、カメラ追跡システム6は、停止信号を外科手術ロボット4、ディスプレイ34、および/またはタブレットに送ることができる。停止信号は、カメラ46がDRA52を再び入手するまで、スカラ24が移動するのを阻止することができる。この停止により、外科手術システム2によって追跡されることなく、スカラ24および/またはエンドエフェクタカプラ22が医療用具を移動させ、かつ/または使用することが阻止され得る。 The curved rail 44 may be disposed at any suitable location on the lower camera support arm 42. As illustrated in FIG. 3, the curved rail 44 can be attached to the lower camera support arm 42 by any suitable mechanism. Suitable mechanisms can be, but are not limited to, nuts and bolts, ball and socket fittings, press fittings, welds, glues, screws, rivets, clamps, latches, and / or any combination thereof. The curved rail 44 can be of any suitable shape, which can be crescent, circular, oval, oval, and / or any combination thereof. In embodiments, the curved rail 44 can be of any suitable length. Suitable lengths can be from about 1 foot to about 6 feet. The camera 46 may be movably disposed along the curved rail 44. The camera 46 can be attached to the curved rail 44 by any suitable mechanism. Suitable mechanisms can be, but are not limited to, rollers, brackets, braces, motors, and / or any combination thereof. Motors and rollers not illustrated can be used to move the camera 46 along the curved rail 44. As illustrated in FIG. 3, if an object prevents the camera 46 from seeing one or more DRA 52s during a medical procedure, the motor uses rollers to move the camera along the curved rail 44. 46 can be moved. This electrified movement allows the camera 46 to move to a new position that is no longer obstructed by the object without moving the camera tracking system 6. The camera tracking system 6 can send a stop signal to the surgical robot 4, the display 34, and / or the tablet while the camera 46 is prevented from seeing the DRA 52. The stop signal can prevent the scalar 24 from moving until the camera 46 reacquires the DRA 52. This stop may prevent the scalar 24 and / or the end effector coupler 22 from moving and / or using the medical device without being tracked by the surgical system 2.

図6に例示されるように、エンドエフェクタカプラ22は、様々なタイプの受動的なエンドエフェクタを外科手術ロボット4に接続するように構成される。エンドエフェクタカプラ22は、鞍関節62、起動アセンブリ60、ロードセル64(図7)、およびコネクタ66を含み得る。鞍関節62は、エンドエフェクタカプラ22をスカラ24に取り付けることができる。鞍関節62は、任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、チタン、アルミニウム、もしくはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、ガラス繊維、または頑丈なプラスチックであり得るが、これらに限定されない。鞍関節62は、エンドエフェクタに追加の強度および耐久性を提供することができる単一の金属片で作製することができる。鞍関節62は、取り付け点68によってスカラ24に取り付けられ得る。鞍関節62の周りに配設された複数の取り付け点68があってもよい。取り付け点68は、鞍関節62上に陥没していても、鞍関節62と同じ高さであっても、かつ/または鞍関節62上に配設されていてもよい。いくつかの実施例では、ねじ、ナットおよびボルト、ならびに/またはそれらの任意の組み合わせは、取り付け点68を通過して、鞍関節62をスカラ24に固設することができる。ナットおよびボルトは、鞍関節62をスカラ24内の例示されていないモータに接続することができる。モータは、鞍関節62を任意の方向に移動させることができる。モータは、現在の場所で能動的にサーボ制御すること、またはばね作動式ブレーキをかけることによって、鞍関節62が偶発的な衝突および/または偶発的な接触により移動することをさらに阻止することができる。 As illustrated in FIG. 6, the end effector coupler 22 is configured to connect various types of passive end effectors to the surgical robot 4. The end effector coupler 22 may include a saddle joint 62, a start assembly 60, a load cell 64 (FIG. 7), and a connector 66. The saddle joint 62 can attach the end effector coupler 22 to the scalar 24. The saddle joint 62 can be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fibers, glass fibers, or tough plastics. The saddle joint 62 can be made of a single piece of metal that can provide additional strength and durability to the end effector. The saddle joint 62 can be attached to the scalar 24 by the attachment point 68. There may be a plurality of attachment points 68 disposed around the saddle joint 62. The attachment point 68 may be recessed on the saddle joint 62, at the same height as the saddle joint 62, and / or disposed on the saddle joint 62. In some embodiments, screws, nuts and bolts, and / or any combination thereof, can pass through the attachment point 68 and anchor the saddle joint 62 to the scalar 24. Nuts and bolts can connect the saddle joint 62 to a motor not illustrated in the scalar 24. The motor can move the saddle joint 62 in any direction. The motor can further prevent the saddle joint 62 from moving due to accidental collision and / or accidental contact by actively servo-controlling at its current location or by applying a spring-loaded brake. it can.

エンドエフェクタカプラ22は、鞍関節62と、接続された受動的なエンドエフェクタとの間に介在するロードセル64を含み得る。ロードセル64は、図7に例示されるように、任意の好適な機構によって鞍関節62に取り付けられ得る。好適な機構は、ねじ、ナットおよびボルト、螺刻、圧入嵌合、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。 The end effector coupler 22 may include a load cell 64 interposed between the saddle joint 62 and the connected passive end effector. The load cell 64 can be attached to the saddle joint 62 by any suitable mechanism, as illustrated in FIG. Suitable mechanisms can be, but are not limited to, screws, nuts and bolts, threads, press fits, and / or any combination thereof.

図8は、本開示のいくつかの実施形態による外科手術システム800の構成要素のブロック図を例示している。図7および8を参照すると、ロードセル64は、力を検出および測定するために使用される任意の好適な器具であり得る。いくつかの実施例では、ロードセル64は、6軸ロードセル、3軸ロードセル、または単軸ロードセルであり得る。ロードセル64を使用して、エンドエフェクタカプラ22に加えられた力を追跡することができる。いくつかの実施形態では、ロードセル64は、複数のモータ850、851、852、853、および/または854と通信することができる。ロードセル64が力を感知すると、加えられた力の量に関する情報が、スイッチアレイおよび/または複数のスイッチアレイからコントローラ846に分配され得る。コントローラ846は、ロードセル64から力情報を取得し、それをスイッチアルゴリズムで処理することができる。スイッチアルゴリズムは、コントローラ846によって使用されて、モータドライバ842を制御する。モータドライバ842は、モータのうちの1つ以上の動作を制御する。モータドライバ842は、特定のモータに、例えば、モータを介してロードセル64によって測定された等しい量の力を生成するように指示することができる。いくつかの実施形態では、生成される力は、コントローラ846の指示どおりに、複数のモータ、例えば、850〜854から生じ得る。さらに、モータドライバ842は、コントローラ846から入力を受信することができる。コントローラ846は、ロードセル64によって感知された力の方向に関してロードセル64から情報を受信することができる。コントローラ846は、運動コントローラアルゴリズムを使用して、この情報を処理することができる。このアルゴリズムを使用して、特定のモータドライバ842に情報を提供することができる。力の方向を複製するために、コントローラ846は、特定のモータドライバ842を起動および/または起動解除することができる。コントローラ846は、1つ以上のモータ、例えば、850〜854のうちの1つ以上を制御して、ロードセル64によって感知された力の方向に受動的なエンドエフェクタ1100の運動を誘発することができる。この力制御型の運動により、オペレータはスカラ24および受動的なエンドエフェクタ1100を楽に、かつ/またはほとんど抵抗なく移動させることが可能になる。受動的なエンドエフェクタ1100の動きは、医療従事者が使用するために、受動的なエンドエフェクタ1100を任意の好適な姿勢(すなわち、規定された三次元(3D)直交基準軸に対する場所および角度の向き)に位置決めするように実施され得る。 FIG. 8 illustrates a block diagram of the components of the surgical system 800 according to some embodiments of the present disclosure. With reference to FIGS. 7 and 8, the load cell 64 can be any suitable instrument used to detect and measure force. In some embodiments, the load cell 64 can be a 6-axis load cell, a 3-axis load cell, or a uniaxial load cell. The load cell 64 can be used to track the force applied to the end effector coupler 22. In some embodiments, the load cell 64 can communicate with a plurality of motors 850, 851, 852, 853, and / or 854. When the load cell 64 senses a force, information about the amount of force applied may be distributed from the switch array and / or multiple switch arrays to the controller 846. The controller 846 can acquire the force information from the load cell 64 and process it by the switch algorithm. The switch algorithm is used by the controller 846 to control the motor driver 842. The motor driver 842 controls the operation of one or more of the motors. The motor driver 842 can instruct a particular motor to generate, for example, an equal amount of force measured by the load cell 64 via the motor. In some embodiments, the force generated can be generated from multiple motors, eg, 850-854, as directed by controller 846. Further, the motor driver 842 can receive input from the controller 846. The controller 846 can receive information from the load cell 64 regarding the direction of the force sensed by the load cell 64. Controller 846 can process this information using a motion controller algorithm. This algorithm can be used to provide information to a particular motor driver 842. To replicate the direction of force, the controller 846 can activate and / or deactivate a particular motor driver 842. The controller 846 can control one or more motors, for example one or more of 850 to 854, to induce the passive end effector 1100 to move in the direction of the force sensed by the load cell 64. .. This force-controlled motion allows the operator to move the scalar 24 and the passive end effector 1100 effortlessly and / or with little resistance. The movement of the passive end effector 1100 allows the passive end effector 1100 to be placed in any suitable posture (ie, location and angle with respect to a defined three-dimensional (3D) orthogonal reference axis for use by healthcare professionals. It can be implemented to position in the orientation).

コネクタ66は、受動的なエンドエフェクタ1100の基部に接続可能であるように構成されており、ロードセル64に接続される。コネクタ66は、取り付け点68、感知ボタン70、用具ガイド72、および/または用具接続部74を含み得る。図6および8に最もよく例示されているように、複数の取り付け点68があってもよい。取り付け点68は、コネクタ66をロードセル64に接続することができる。取り付け点68は、コネクタ66上に陥没していても、コネクタ66と同じ高さであっても、かつ/またはコネクタ66上に配設されていてもよい。取り付け点68および76を使用して、コネクタ66をロードセル64および/または受動的なエンドエフェクタ1100に取り付けることができる。いくつかの実施例では、取り付け点68および76は、ねじ、ナットおよびボルト、圧入嵌合、磁気取り付け、および/またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。 The connector 66 is configured to be connectable to the base of the passive end effector 1100 and is connected to the load cell 64. The connector 66 may include a mounting point 68, a sensing button 70, a tool guide 72, and / or a tool connection 74. As best illustrated in FIGS. 6 and 8, there may be multiple attachment points 68. The attachment point 68 can connect the connector 66 to the load cell 64. The attachment point 68 may be recessed onto the connector 66, at the same height as the connector 66, and / or disposed on the connector 66. The attachment points 68 and 76 can be used to attach the connector 66 to the load cell 64 and / or the passive end effector 1100. In some embodiments, attachment points 68 and 76 may include screws, nuts and bolts, press fits, magnetic attachments, and / or any combination thereof.

図6に例示されるように、感知ボタン70は、コネクタ66の中心の周りに配設され得る。受動的な的エンドエフェクタ1100がスカラ24に接続されているとき、感知ボタン70を押し下げることができる。感知ボタン70を押し下げると、外科手術ロボット4、ひいては、医療従事者に、受動的なエンドエフェクタ1100がスカラ24に取り付けられていることを警告することができる。図6に例示されるように、ガイド72を使用して、スカラ24への受動的なエンドエフェクタ1100の適切な取り付けを容易にすることができる。ガイド72は、コネクタ66上に陥没していても、コネクタ66と同じ高さであっても、かつ/またはコネクタ66上に配設されていてもよい。いくつかの実施例では、複数のガイド72があってもよく、任意の好適なパターンを有することができ、任意の好適な方向に向けられていてもよい。ガイド72は、スカラ24への受動的なエンドエフェクタ1100の取り付けを容易にするように任意の好適な形状であってもよい。好適な形状は、円形、卵形、正方形、多面体、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。さらに、ガイド72は、斜角、一直線、および/またはそれらの任意の組み合わせで切断されてもよい。 As illustrated in FIG. 6, the sensing button 70 may be disposed around the center of the connector 66. When the passive end effector 1100 is connected to the scalar 24, the sensing button 70 can be pressed down. When the sensing button 70 is pressed down, the surgical robot 4 and thus the healthcare professional can be warned that the passive end effector 1100 is attached to the scalar 24. As illustrated in FIG. 6, the guide 72 can be used to facilitate proper attachment of the passive end effector 1100 to the scalar 24. The guide 72 may be recessed on the connector 66, at the same height as the connector 66, and / or disposed on the connector 66. In some embodiments, there may be a plurality of guides 72, which may have any suitable pattern and may be oriented in any suitable direction. The guide 72 may have any suitable shape to facilitate attachment of the passive end effector 1100 to the scalar 24. Suitable shapes can be, but are not limited to, circular, oval, square, polyhedral, and / or any combination thereof. Further, the guide 72 may be cut at an oblique angle, a straight line, and / or any combination thereof.

コネクタ66は、取り付け点74を有し得る。図6に例示されるように、取り付け点74は、レッジおよび/または複数のレッジを形成し得る。取り付け点74は、受動的なエンドエフェクタ1100がクランプすることができる表面をコネクタ66に提供することができる。いくつかの実施形態では、取り付け点74は、コネクタ66の任意の表面の周りに配設され、コネクタ66に対して任意の好適な様式で向けられている。 The connector 66 may have a mounting point 74. As illustrated in FIG. 6, the attachment point 74 can form a ledge and / or a plurality of ledges. The attachment point 74 can provide the connector 66 with a surface on which the passive end effector 1100 can be clamped. In some embodiments, the attachment points 74 are disposed around any surface of the connector 66 and are oriented with respect to the connector 66 in any suitable manner.

図6および7に最もよく例示されている起動アセンブリ60は、コネクタ66を取り囲んでもよい。いくつかの実施形態では、起動アセンブリ60は、コネクタ66を包むブレスレットの形態をとることができる。いくつかの実施形態では、起動アセンブリ60は、外科手術システム2内の任意の好適なエリア内に位置し得る。いくつかの実施例では、起動アセンブリ60は、スカラ24の任意の部分、エンドエフェクタカプラ22の任意の部分に位置し得、医療従事者および/またはそれらの任意の組み合わせによって着用され(および無線で通信し)得る。起動アセンブリ60は、任意の好適な材料で作製され得る。好適な材料は、ネオプレン、プラスチック、ゴム、ゲル、炭素繊維、布帛、および/またはそれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。起動アセンブリ60は、一次ボタン78および二次ボタン80を備え得る。一次ボタン78および二次ボタン80は、コネクタ66の全体を取り囲んでもよい。 The boot assembly 60, best illustrated in FIGS. 6 and 7, may surround the connector 66. In some embodiments, the activation assembly 60 can take the form of a bracelet that wraps the connector 66. In some embodiments, the activation assembly 60 may be located within any suitable area within the surgical system 2. In some embodiments, the activation assembly 60 can be located on any part of the scalar 24, any part of the end effector coupler 22, and is worn by healthcare professionals and / or any combination thereof (and wirelessly). Communicate) get. The start-up assembly 60 can be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, neoprene, plastics, rubbers, gels, carbon fibers, fabrics, and / or any combination thereof. The activation assembly 60 may include a primary button 78 and a secondary button 80. The primary button 78 and the secondary button 80 may surround the entire connector 66.

一次ボタン78は、図6に例示されるように、コネクタ66を取り囲んでもよい単一の隆起であってもよい。いくつかの実施例では、一次ボタン78は、鞍関節62から離れる方向に最も遠い端部に沿って起動アセンブリ60上に配設され得る。一次ボタン78は、図7に最もよく例示されている一次起動スイッチ82上に配設され得る。一次起動スイッチ82は、コネクタ66と起動アセンブリ60との間に配設され得る。いくつかの実施例では、一次ボタン78の全長に沿って一次ボタン78に隣接して真下に配設され得る、複数の一次起動スイッチ82があってもよい。一次起動スイッチ82上で一次ボタン78を押し下げることにより、オペレータはスカラ24およびエンドエフェクタカプラ22を移動させることが可能になる。上で考察されるように、一旦設置されると、スカラ24およびエンドエフェクタカプラ22は、オペレータがスカラ24およびエンドエフェクタカプラ22を移動させるように外科手術ロボット4をプログラムするまで移動させることができないか、または一次ボタン78および一次起動スイッチ82を使用して移動される。いくつかの実施例では、スカラ24およびエンドエフェクタカプラ22がオペレータコマンドに応答する前に、少なくとも2つの隣接しない一次起動スイッチ82を押し下げることが必要な場合がある。少なくとも2つの一次起動スイッチ82を押し下げることにより、医療処置中のスカラ24およびエンドエフェクタカプラ22の偶発的な移動を阻止することができる。 The primary button 78 may be a single ridge that may surround the connector 66, as illustrated in FIG. In some embodiments, the primary button 78 may be disposed on the activation assembly 60 along the farthest end away from the saddle joint 62. The primary button 78 may be located on the primary start switch 82, which is best illustrated in FIG. The primary start switch 82 may be disposed between the connector 66 and the start assembly 60. In some embodiments, there may be a plurality of primary activation switches 82 that may be disposed adjacent to and directly below the primary button 78 along the overall length of the primary button 78. By pressing the primary button 78 on the primary start switch 82, the operator can move the scalar 24 and the end effector coupler 22. As discussed above, once installed, the scalar 24 and end effector coupler 22 cannot be moved until the operator has programmed the surgical robot 4 to move the scalar 24 and end effector coupler 22. Alternatively, it is moved using the primary button 78 and the primary start switch 82. In some embodiments, it may be necessary to depress at least two non-adjacent primary activation switches 82 before the scalar 24 and end effector coupler 22 respond to operator commands. By depressing at least two primary activation switches 82, accidental movement of the scalar 24 and end effector coupler 22 during medical procedure can be prevented.

一次ボタン78および一次起動スイッチ82によって起動されると、ロードセル64は、オペレータ、すなわち、医療従事者によってエンドエフェクタカプラ22に及ぼされる力の大きさおよび/または方向を測定することができる。この情報は、スカラ24およびエンドエフェクタカプラ22を移動させるために使用することができる、スカラ24内のモータに転送され得る。ロードセル64によって測定された力の大きさおよび方向に関する情報により、モータは、ロードセル64によって感知された方向と同じ方向にスカラ24およびエンドエフェクタカプラ22を移動させることができる。この力制御型の動きにより、モータがスカラ24およびエンドエフェクタカプラ22を移動させるのと同時に、オペレータがスカラ24およびエンドエフェクタカプラ22を移動させるため、オペレータは、楽に、かつ大きな労力なしに、スカラ24およびエンドエフェクタカプラ22を移動することが可能になり得る。 When activated by the primary button 78 and the primary start switch 82, the load cell 64 can measure the magnitude and / or direction of the force exerted on the end effector coupler 22 by the operator, i.e., the healthcare professional. This information can be transferred to a motor in the scalar 24 that can be used to move the scalar 24 and the end effector coupler 22. The information about the magnitude and direction of the force measured by the load cell 64 allows the motor to move the scalar 24 and the end effector coupler 22 in the same direction as sensed by the load cell 64. Due to this force-controlled movement, the motor moves the scalar 24 and the end effector coupler 22, and at the same time, the operator moves the scalar 24 and the end effector coupler 22, so that the operator can easily and without great effort. It may be possible to move the 24 and the end effector coupler 22.

図6に例示されるように、二次ボタン80は、鞍関節62に最も近い起動アセンブリ60の端部に配設され得る。いくつかの実施例では、二次ボタン80は、複数の隆起を含み得る。複数の隆起は、互いに隣接して配設され得、コネクタ66を取り囲み得る。さらに、二次ボタン80は、二次起動スイッチ84上に配設され得る。図7に例示されるように、二次起動スイッチ84は、二次ボタン80とコネクタ66との間に配設され得る。いくつかの実施例では、二次ボタン80は、「選択」デバイスとしてオペレータによって使用され得る。医療手術中、外科手術ロボット4は、ディスプレイ34および/または光インジケータ28によって特定の状況を医療従事者に通知することができる。医療従事者は、外科手術ロボット4によって、機能、モードを選択し、かつ/または外科手術システム2の状況を評価するように促されることがある。二次起動スイッチ84上で二次ボタン80を1回押し下げると、特定の機能、モードを起動し、かつ/またはディスプレイ34および/もしくは光インジケータ28を介して医療従事者に伝達される情報を確認することができる。さらに、二次起動スイッチ84上で二次ボタン80を素早く連続して複数回押し下げると、追加の機能、モードを起動し、かつ/またはディスプレイ34および/もしくは光インジケータ28を介して医療従事者に伝達される情報を選択することができる。いくつかの実施例では、二次ボタン80が適切に機能する前に、少なくとも2つの隣接しない二次起動スイッチ84を押し下げることができる。この要件は、二次ボタン80の意図しない使用により医療従事者が起動アセンブリ60に偶発的に衝突することを阻止することができる。一次ボタン78および二次ボタン80は、ソフトウェアアーキテクチャ86を使用して、医療従事者のコマンドを外科手術システム2に通信することができる。 As illustrated in FIG. 6, the secondary button 80 may be located at the end of the activation assembly 60 closest to the saddle joint 62. In some embodiments, the secondary button 80 may include multiple ridges. The plurality of ridges may be disposed adjacent to each other and may surround the connector 66. Further, the secondary button 80 may be disposed on the secondary start switch 84. As illustrated in FIG. 7, the secondary start switch 84 may be disposed between the secondary button 80 and the connector 66. In some embodiments, the secondary button 80 may be used by the operator as a "selection" device. During medical surgery, the surgical robot 4 can notify the healthcare professional of a particular situation by means of a display 34 and / or a light indicator 28. The healthcare professional may be prompted by the surgical robot 4 to select a function, mode and / or to evaluate the status of the surgical system 2. Pressing down the secondary button 80 once on the secondary activation switch 84 activates a particular function, mode and / or confirms information transmitted to the healthcare professional via the display 34 and / or the light indicator 28. can do. Further, pressing the secondary button 80 quickly and continuously multiple times on the secondary activation switch 84 activates additional functions, modes and / or to the healthcare professional via the display 34 and / or the light indicator 28. You can select the information to be transmitted. In some embodiments, at least two non-adjacent secondary activation switches 84 can be depressed before the secondary button 80 functions properly. This requirement can prevent a healthcare professional from accidentally colliding with the activation assembly 60 due to unintended use of the secondary button 80. The primary button 78 and the secondary button 80 can use software architecture 86 to communicate healthcare professional commands to the surgical system 2.

図8は、本開示のいくつかの実施形態に従って構成されており、上記の外科手術システム2に対応し得る、外科手術システム800の構成要素のブロック図を例示している。外科手術システム800は、プラットフォームサブシステム802、コンピュータサブシステム820、運動制御サブシステム840、および追跡サブシステム830を含む。プラットフォームサブシステム802は、バッテリ806、配電モジュール804、コネクタパネル808、および充電ステーション810を含む。コンピュータサブシステム820は、コンピュータ822、ディスプレイ824、およびスピーカ826を含む。運動制御サブシステム840は、ドライバ回路842、モータ850、851、852、853、854、スタビライザ855、856、857、858、エンドエフェクタコネクタ844、およびコントローラ846を含む。追跡サブシステム830は、位置センサ832、およびカメラコンバータ834を含む。外科手術システム800はまた、取り外し可能なフットペダル880、および取り外し可能なタブレットコンピュータ890を含み得る。 FIG. 8 illustrates a block diagram of the components of the surgical system 800 that are configured according to some embodiments of the present disclosure and may correspond to the surgical system 2 described above. The surgical system 800 includes a platform subsystem 802, a computer subsystem 820, a motor control subsystem 840, and a tracking subsystem 830. The platform subsystem 802 includes a battery 806, a power distribution module 804, a connector panel 808, and a charging station 810. The computer subsystem 820 includes a computer 822, a display 824, and a speaker 826. The motion control subsystem 840 includes a driver circuit 842, motors 850, 851, 852, 853, 854, stabilizers 855, 856, 857, 858, end effector connectors 844, and controller 846. The tracking subsystem 830 includes a position sensor 832 and a camera converter 834. The surgical system 800 may also include a removable foot pedal 880 and a removable tablet computer 890.

入力電力は、配電モジュール804に提供され得る電源を介して外科手術システム800に供給される。配電モジュール804は、入力電力を受信し、かつ外科手術システム800の他のモジュール、構成要素、およびサブシステムに提供される異なる電源電圧を生み出すように構成される。配電モジュール804は、コンピュータ822、ディスプレイ824、スピーカ826、ドライバ842などの他の構成要素から、例えば、電力モータ850〜854およびエンドエフェクタ844に提供され、かつカメラコンバータ834および外科手術システム800の他の構成要素に提供され得る、異なる電圧供給をコネクタパネル808に提供するように構成され得る。配電モジュール804はまた、バッテリ806に接続されてもよく、バッテリ806は、配電モジュール804が入力電力から電力を受信しない場合の一時的な電源として役立つ。他の場合には、配電モジュール804は、バッテリ806を充電するのに役立つ場合がある。 The input power is supplied to the surgical system 800 via a power source that can be provided to the distribution module 804. The power distribution module 804 is configured to receive input power and produce different supply voltages provided to the other modules, components, and subsystems of the surgical system 800. The power distribution module 804 is provided from other components such as a computer 822, a display 824, a speaker 824, a driver 842, for example, to a power motor 850-854 and an end effector 844, and besides a camera converter 834 and a surgical system 800. It may be configured to provide a different voltage supply to the connector panel 808, which may be provided for the components of. The power distribution module 804 may also be connected to the battery 806, which serves as a temporary power source when the power distribution module 804 does not receive power from the input power. In other cases, the power distribution module 804 may help charge the battery 806.

コネクタパネル808は、異なるデバイスおよび構成要素を外科手術システム800ならびに/または関連付けられた構成要素およびモジュールに接続するのに役立つ場合がある。コネクタパネル808は、異なる構成要素からの配線または接続部を受容する1つ以上のポートを含み得る。例えば、コネクタパネル808は、外科手術システム800を他の機器にアースし得る接地端子ポートと、フットペダル880を接続するポートと、位置センサ832、カメラコンバータ834、およびマーカ追跡カメラ870を含み得る追跡サブシステム830に接続するポートと、を有し得る。コネクタパネル808はまた、コンピュータ822などの他の構成要素へのUSB、Ethernet、HDMI通信を可能にする他のポートを含み得る。 The connector panel 808 may help connect different devices and components to the surgical system 800 and / or associated components and modules. The connector panel 808 may include one or more ports that accept wiring or connections from different components. For example, the connector panel 808 may include a ground terminal port for grounding the surgical system 800 to other equipment, a port for connecting the foot pedal 880, a position sensor 832, a camera converter 834, and a marker tracking camera 870. It may have a port that connects to subsystem 830. The connector panel 808 may also include other ports that allow USB, Ethernet, HDMI communication to other components such as computer 822.

制御パネル816は、外科手術システム800の動作を制御し、かつ/またはオペレータが観察するための外科手術システム800からの情報を提供する、様々なボタンまたはインジケータを提供し得る。例えば、制御パネル816は、外科手術システム800の電源を入れたり切ったりするため、垂直支柱16を持ち上げたり下降させたりするため、ならびにキャスタ12と係合して外科手術システム800を物理的に移動しないようにロックするように設計され得るスタビライザ855〜858を持ち上げたり下降させたりするための、ボタンを含み得る。他のボタンは、緊急事態の際に外科手術システム800を停止することができ、これにより、すべてのモータ電力を取り除いて、機械的ブレーキを適用して、すべての運動の発生を停止することができる。制御パネル816はまた、配線電力インジケータまたはバッテリ806の充電状態などの特定のシステムの状況をオペレータに通知するインジケータを有し得る。 The control panel 816 may provide various buttons or indicators that control the operation of the surgical system 800 and / or provide information from the surgical system 800 for the operator to observe. For example, the control panel 816 physically moves the surgical system 800 in order to power on and off the surgical system 800, to lift and lower the vertical column 16, and to engage with the casters 12. It may include a button for lifting and lowering stabilizers 855-858, which may be designed to lock against. Other buttons can stop the surgical system 800 in the event of an emergency, which can remove all motor power and apply mechanical brakes to stop the occurrence of all movements. it can. The control panel 816 may also have a wiring power indicator or an indicator that informs the operator of the status of a particular system, such as the charge status of the battery 806.

コンピュータサブシステム820のコンピュータ822は、外科手術システム800の割り当てられた機能を動作させるためのオペレーティングシステムおよびソフトウェアを含む。コンピュータ822は、情報をオペレータに表示するために、他の構成要素(例えば、追跡サブシステム830、プラットフォームサブシステム802、および/または運動制御サブシステム840)から情報を受信して処理することができる。さらに、コンピュータサブシステム820は、スピーカ826を介してオペレータに出力を提供することができる。スピーカは、外科手術ロボットの一部であっても、頭部装着型ディスプレイ構成要素の一部であっても、外科手術システム2の別の構成要素内にあってもよい。ディスプレイ824は、図1および2に示されるディスプレイ34に対応し得るか、またはシースルーディスプレイ画面に画像を投影し、シースルーディスプレイ画面を介して視認可能な実世界の物体にオーバーレイされる拡張現実(AR)画像を形成する、頭部装着型ディスプレイであり得る。 The computer 822 of the computer subsystem 820 includes an operating system and software for operating the assigned functions of the surgical system 800. The computer 822 can receive and process information from other components (eg, tracking subsystem 830, platform subsystem 802, and / or motor control subsystem 840) to display the information to the operator. .. In addition, the computer subsystem 820 can provide output to the operator via the speaker 826. The speaker may be part of a surgical robot, part of a head-mounted display component, or within another component of the surgical system 2. The display 824 may correspond to the display 34 shown in FIGS. 1 and 2, or an augmented reality (AR) that projects an image onto a see-through display screen and overlays it on a visible real-world object through the see-through display screen. ) It can be a head-mounted display that forms an image.

追跡サブシステム830は、位置センサ832、およびカメラコンバータ834を含み得る。追跡サブシステム830は、図3のカメラ追跡システム6に対応し得る。マーカ追跡カメラ870は、位置センサ832と共に動作して、DRA52の姿勢を決定する。この追跡は、LEDまたは反射マーカなどのDRA52の能動的または受動的な要素の場所をそれぞれ追跡する赤外線または可視光技術の使用を含む、本開示に矛盾しない様式で行うことができる。DRA52などのこれらのタイプのマーカを有する構造の場所、向き、および位置は、コンピュータ822に提供され、ディスプレイ824上でオペレータに示すことができる。例えば、図4および5に示されるように、DRA52を有するか、またはこの様式で追跡されるDRA52を有するエンドエフェクタカプラ22に接続されている、外科手術鋸1240(ナビゲーション空間とも称され得る)は、患者の解剖学的構造の三次元画像に関連してオペレータに示され得る。 The tracking subsystem 830 may include a position sensor 832 and a camera converter 834. The tracking subsystem 830 may correspond to the camera tracking system 6 of FIG. The marker tracking camera 870 works with the position sensor 832 to determine the attitude of the DRA 52. This tracking can be performed in a manner consistent with the present disclosure, including the use of infrared or visible light technology to track the location of active or passive elements of the DRA 52, such as LEDs or reflective markers, respectively. Locations, orientations, and positions of structures with these types of markers, such as the DRA 52, are provided to the computer 822 and can be shown to the operator on the display 824. For example, a surgical saw 1240 (also referred to as a navigation space) having a DRA 52 or being connected to an end effector coupler 22 having a DRA 52 tracked in this manner, as shown in FIGS. 4 and 5. Can be shown to the operator in relation to a three-dimensional image of the patient's anatomy.

運動制御サブシステム840は、垂直支柱16、上部アーム18、下部アーム20を物理的に移動させるか、またはエンドエフェクタカプラ22を回転させるように構成され得る。物理的な動きは、1つ以上のモータ850〜854を使用することによって行うことができる。例えば、モータ850は、垂直支柱16を垂直に持ち上げるまたは下降させるように構成され得る。モータ851は、図2に示されるように、垂直支柱16との係合点の周りで上部アーム18を横方向に移動させるように構成され得る。モータ852は、図2に示されるように、上部アーム18との係合点の周りで下部アーム20を横方向に移動させるように構成され得る。モータ853および854は、エンドエフェクタカプラ22を移動させて、三次元軸の周りに沿って並進の動きおよび回転を提供するように構成され得る。図9に示される外科手術計画コンピュータ910は、エンドエフェクタカプラ22の動きを誘導するコントローラ846に制御入力を提供して、接続されている受動的なエンドエフェクタを、外科手術中に切断される解剖学的構造に対して、計画された姿勢(すなわち、規定された3D直交基準軸に対する場所および角度の向き)で位置決めすることができる。運動制御サブシステム840は、統合された位置センサ(例えば、エンコーダ)を使用して、受動的なエンドエフェクタ構造の位置を測定するように構成され得る。実施形態のうちの1つでは、位置センサは、受動的なエンドエフェクタ構造の少なくとも1つの関節に直接接続されているが、構造内の別の場所に位置決めし、タイミングベルト、ワイヤの相互接続、または任意の他の同期送信相互接続によって関節位置を遠隔で測定することもできる。 The motion control subsystem 840 may be configured to physically move the vertical column 16, upper arm 18, lower arm 20 or rotate the end effector coupler 22. Physical movement can be performed by using one or more motors 850-854. For example, the motor 850 may be configured to vertically lift or lower the vertical column 16. The motor 851 may be configured to laterally move the upper arm 18 around an engagement point with the vertical column 16, as shown in FIG. The motor 852 may be configured to laterally move the lower arm 20 around an engagement point with the upper arm 18, as shown in FIG. Motors 853 and 854 may be configured to move the end effector coupler 22 to provide translational movement and rotation along a three-dimensional axis. The surgical planning computer 910 shown in FIG. 9 provides a control input to the controller 846 that guides the movement of the end effector coupler 22 to dissect the connected passive end effector during surgery. It can be positioned with respect to the scientific structure in a planned orientation (ie, orientation of location and angle with respect to a defined 3D orthogonal reference axis). The motion control subsystem 840 may be configured to use an integrated position sensor (eg, an encoder) to measure the position of the passive end effector structure. In one of the embodiments, the position sensor is directly connected to at least one joint of the passive end effector structure, but is positioned elsewhere in the structure, timing belt, wire interconnect, Alternatively, the joint position can be measured remotely by any other synchronous transmission interconnect.

図9は、本開示のいくつかの実施形態による、外科手術ロボット800とは別個のものであり、外科手術ロボット800に動作可能に接続することができるか、または外科手術ロボット800内に少なくとも部分的に組み込むことができる外科手術計画コンピュータ910を含む、外科手術システムコンピュータプラットフォーム900のブロック図を例示している。代替的に、外科手術計画コンピュータ910について本明細書に開示される動作のうちの少なくとも一部分は、コンピュータサブシステム820などによる外科手術ロボット800の構成要素によって実施され得る。 FIG. 9 is separate from the surgical robot 800 according to some embodiments of the present disclosure and can be operably connected to the surgical robot 800 or at least a portion within the surgical robot 800. Illustrates a block diagram of a surgical system computer platform 900, including a surgical planning computer 910 that can be incorporated. Alternatively, at least a portion of the actions disclosed herein for the surgical planning computer 910 can be performed by components of the surgical robot 800, such as by computer subsystem 820.

図9を参照すると、外科手術計画コンピュータ910は、ディスプレイ912と、少なくとも1つのプロセッサ回路914(簡潔にするためにプロセッサとも称される)と、コンピュータ可読プログラムコード918を含む少なくとも1つのメモリ回路916(簡潔にするためにメモリとも称される)と、少なくとも1つのネットワークインターフェース920(簡潔にするためにネットワークインターフェースとも称される)と、を含む。ネットワークインターフェース920は、図10のCアーム撮像デバイス104、図11のO−arm撮像デバイス106、別の医療撮像デバイス、医療画像の画像データベース950、外科手術ロボット800の構成要素、および/または他の電子機器に接続するように構成され得る。 Referring to FIG. 9, the surgical planning computer 910 includes a display 912, at least one processor circuit 914 (also referred to as a processor for brevity), and at least one memory circuit 916 containing computer-readable program code 918. Includes (also referred to as memory for brevity) and at least one network interface 920 (also referred to as network interface for brevity). The network interface 920 is the C-arm imaging device 104 of FIG. 10, the O-arm imaging device 106 of FIG. 11, another medical imaging device, an image database of medical images 950, components of the surgical robot 800, and / or other. It may be configured to connect to an electronic device.

外科手術計画コンピュータ910が外科手術ロボット800内に少なくとも部分的に統合されている場合、ディスプレイ912は、図2のディスプレイ34および/または図8のタブレット890および/または頭部装着型ディスプレイに対応し得、ネットワークインターフェース920は、図8のプラットフォームネットワークインターフェース812に対応し得、プロセッサ914は、図8のコンピュータ822に対応し得る。 When the surgical planning computer 910 is at least partially integrated within the surgical robot 800, the display 912 corresponds to the display 34 and / or the tablet 890 and / or the head-worn display of FIG. The network interface 920 may correspond to the platform network interface 812 of FIG. 8 and the processor 914 may correspond to the computer 822 of FIG.

プロセッサ914は、汎用および/または専用プロセッサ、例えば、マイクロプロセッサおよび/またはデジタル信号プロセッサなどの1つ以上のデータ処理回路を含み得る。プロセッサ914は、メモリ916内のコンピュータ可読プログラムコード918を実行して、外科手術計画コンピュータによって実施されるものとして本明細書に記載される動作の一部またはすべてを含み得る動作を実施するように構成される。 Processor 914 may include one or more data processing circuits such as general purpose and / or dedicated processors such as microprocessors and / or digital signal processors. Processor 914 executes computer-readable program code 918 in memory 916 to perform operations that may include some or all of the operations described herein as performed by a surgical planning computer. It is composed.

プロセッサ914は、撮像デバイス104および106のうちの一方から、および/またはネットワークインターフェース920を介して画像データベース950から受信された骨の画像をディスプレイデバイス912に表示するように動作し得る。プロセッサ914は、計画された外科手術切断のためにディスプレイ912上の場所を選択するオペレータタッチによって、または計画された外科手術切断の場所を規定するためにマウスベースのカーソルを使用することなどによって、1つ以上の画像で示される解剖学的構造、すなわち、1つ以上の骨が切断される場所のオペレータの規定を受信する。 The processor 914 may operate to display the bone image received from the image database 950 from one of the imaging devices 104 and 106 and / or via the network interface 920 to the display device 912. The processor 914 selects a location on the display 912 for a planned surgical amputation, such as by an operator touch, or by using a mouse-based cursor to define the location of the planned surgical amputation. Receives the operator's definition of the anatomical structure shown in one or more images, i.e., where one or more bones are cut.

外科手術計画コンピュータ910は、股関節の中心、角度の中心、天然の目印(例えば、トランス上顆線、ホワイトサイド線、後顆線など)などを決定する様々な角度の測定など、膝の外科手術に有用な解剖学的測定を可能にする。一部の測定は自動であってもよいが、その他の一部の測定は、人間の入力または支援を伴う。この外科手術計画コンピュータ910により、オペレータは、サイズおよび一致度の選択を含む、患者のための正しいインプラントを選択することが可能になる。外科手術計画コンピュータ910は、CT画像または他の医療画像のための自動または半自動(人間の入力を伴う)セグメント化(画像処理)を可能にする。患者の外科手術計画は、外科手術ロボット800による検索のためにクラウドベースのサーバに記憶され得る。外科手術中、外科医は、コンピュータ画面(例えば、タッチスクリーン)または例えば、頭部装着型ディスプレイを介した拡張現実の相互作用を使用して、どの切断(例えば、後部大腿骨、近位脛骨など)を行うかを選択する。外科手術ロボット4は、計画された切断の目標面が外科手術鋸ブレードとロボットアーム20とを相互接続する受動的なエンドエフェクタの作業空間内に最適に配置されるように、外科手術鋸ブレードを計画された位置まで自動的に移動させることができる。動きを可能にするコマンドは、様々なモダリティ、例えば、フットペダルを使用してユーザによって与えられてもよい。 Surgical Planning Computer 910 measures knee surgery, including measurements of various angles to determine hip center, angle center, natural landmarks (eg, epicondylline, whiteside, posterior condyle, etc.). Allows useful anatomical measurements. Some measurements may be automatic, but some others involve human input or assistance. The Surgical Planning Computer 910 allows the operator to select the correct implant for the patient, including size and match size selection. The surgical planning computer 910 enables automatic or semi-automatic (with human input) segmentation (image processing) for CT images or other medical images. The patient's surgical plan may be stored on a cloud-based server for retrieval by the surgical robot 800. During surgery, the surgeon uses an augmented reality interaction through a computer screen (eg, a touch screen) or, for example, a head-mounted display, which amputation (eg, posterior femur, proximal tibia, etc.). Select whether to do. The surgical robot 4 provides the surgical saw blade so that the planned cutting target surface is optimally placed within the work space of the passive end effector that interconnects the surgical saw blade and the robot arm 20. It can be automatically moved to the planned position. The commands that enable movement may be given by the user using various modalities, such as foot pedals.

いくつかの実施形態では、外科手術システムコンピュータプラットフォーム900は、2つのDRAを使用して、1つは患者の脛骨、もう1つは患者の大腿骨に関して、患者の解剖学的位置を追跡することができる。プラットフォーム900は、位置合わせおよび確認のための標準のナビゲート器具(例えば、脊椎外科手術のためにGlobus ExcelsiusGPSシステムで使用されるものと同様のポインタ)を使用することができる。追跡された解剖学的形態に関連してDRAの動きを検出することを可能にする追跡マーカを使用することもできる。 In some embodiments, the surgical system computer platform 900 uses two DRAs to track the patient's anatomical position, one with respect to the patient's tibia and the other with respect to the patient's femur. Can be done. Platform 900 can use standard navigating instruments for alignment and confirmation (eg, pointers similar to those used in the Globus Excelsius GPS system for spinal surgery). Tracking markers that allow the detection of DRA movement in relation to the tracked anatomical morphology can also be used.

膝の外科手術における重要な困難は、膝のインプラントの位置をどのように計画するかであり、それを、多くの外科医は、3Dの解剖学的形態の2D表現であるコンピュータ画面で行うため苦労している。プラットフォーム900は、拡張現実(AR)頭部装着型ディスプレイを使用して、実際の患者の膝の周りにインプラントオーバーレイを生み出すことによって、この問題に対処することができる。例えば、外科医は、操作上、仮想ハンドルを表示させて、インプラントを把持して所望の姿勢まで移動させ、計画されたインプラント配置を調節することができる。その後、外科手術中に、プラットフォーム900は、AR頭部装着型ディスプレイを介してナビゲーションをレンダリングして、直接見えないものを外科医に示すことができる。また、骨を取り除く進捗、例えば、深さまたは切断をリアルタイムで表示することができる。ARを介して表示され得る他の特徴としては、関節運動の範囲に沿った間隙または靭帯のバランス、関節運動の範囲に沿ったインプラントの接触線、色または他のグラフィックオーバーレイによる靭帯の緊張および/または弛緩などを挙げることができるが、これらに限定されない。 An important difficulty in knee surgery is how to plan the location of the knee implant, which many surgeons struggle to do on a computer screen, which is a 2D representation of the 3D anatomical form. doing. Platform 900 can address this issue by using an augmented reality (AR) head-mounted display to create an implant overlay around the actual patient's knee. For example, the surgeon can operably display a virtual handle to grab the implant and move it to the desired posture to adjust the planned implant placement. Then, during surgery, Platform 900 can render navigation via an AR head-mounted display to show the surgeon what is not directly visible. You can also view the progress of bone removal, such as depth or cutting, in real time. Other features that may be visible via AR include gap or ligament balance along the range of joint movement, ligament tension and / or ligament tension due to color or other graphic overlays of implant contact lines along the range of joint movement. Alternatively, relaxation and the like can be mentioned, but the present invention is not limited to these.

いくつかの実施形態では、外科手術計画コンピュータ910により、標準インプラント、例えば、後方安定化インプラントおよび十字型保持インプラント、セメント固定およびセメントレスインプラント、例えば、膝関節全置換もしくは部分置換術、および/または股関節置換術、および/または外傷に関する外科手術のための是正システムの使用を計画することが可能になり得る。 In some embodiments, a surgical planning computer 910 is used to perform standard implants such as posterior stabilization and cruciform retention implants, cement fixation and cementless implants, such as total or partial hip replacement, and / or It may be possible to plan the use of corrective systems for hip replacement and / or surgery for trauma.

プロセッサ912は、解剖学的構造を切断するためにオペレータによって選択された場所で、表示された解剖学的構造と交差する1つ以上の切断面をディスプレイ912上にグラフィカルに例示することができる。プロセッサ912はまた、外科手術鋸ブレードの切断面と目標面とを一致させて、オペレータが規定した切断を実施するように、エンドエフェクタカプラ22を位置決めしなければならない角度の向きおよび場所の1つ以上のセットを決定し、それらの角度の向きおよび場所のセットを外科手術計画データ構造内のデータとして記憶する。プロセッサ912は、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの既知の範囲を使用して、ロボットアーム20に取り付けられたエンドエフェクタカプラ22を位置決めする必要がある場所を決定する。 Processor 912 can graphically illustrate on display 912 one or more cut surfaces that intersect the displayed anatomy at a location selected by the operator to cut the anatomy. Processor 912 is also one of the angular orientations and locations where the end effector coupler 22 must be positioned so that the cut and target planes of the surgical saw blade are aligned to perform the operator-specified cut. The above sets are determined and the set of orientations and locations of those angles is stored as data in the surgical planning data structure. Processor 912 uses a known range of movement of the passive end effector tool mounting mechanism to determine where the end effector coupler 22 mounted on the robot arm 20 needs to be positioned.

外科手術ロボット800のコンピュータサブシステム820は、外科手術計画データ構造からのデータ、ならびに切断される解剖学的構造の現在の姿勢を示し、受動的なエンドエフェクタおよび/またはDRAを介して追跡された外科手術鋸の現在の姿勢を示すカメラ追跡システム6からの情報を受信する。コンピュータサブシステム820は、解剖学的構造が切断されるべき場所を規定する外科手術計画、および解剖学的構造の姿勢に基づいて、目標面の姿勢を決定する。コンピュータサブシステム820は、目標面の姿勢と外科手術鋸の姿勢との比較に基づいて操縦情報を生み出す。操縦情報は、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、切断される解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、受動的なエンドエフェクタを移動させる必要がある場所を示す。 The computer subsystem 820 of the surgical robot 800 showed data from the surgical planning data structure, as well as the current orientation of the anatomical structure to be amputated, and was tracked via a passive end effector and / or DRA. Receives information from the camera tracking system 6 that indicates the current position of the surgical saw. The computer subsystem 820 determines the posture of the target plane based on the surgical plan that defines where the anatomical structure should be cut, and the posture of the anatomical structure. The computer subsystem 820 produces maneuvering information based on a comparison of the attitude of the target plane with the attitude of the surgical saw. Maneuvering information aligns the saw blade's cut plane with the target plane and positions the saw blade at a distance from the anatomical structure to be cut, within the range of movement of the passive end effector tool mounting mechanism. Indicates where the passive end effector needs to be moved so that it is.

上で説明されるように、外科手術ロボットは、ロボット基部と、ロボット基部に接続されたロボットアームと、ロボット基部に対してロボットアームを移動させるように動作可能に接続された少なくとも1つのモータと、を含む。外科手術ロボットはまた、少なくとも1つのモータに接続され、動作を実施するように構成された、少なくとも1つのコントローラ、例えば、コンピュータサブシステム820および運動制御サブシステム840を含む。 As described above, a surgical robot comprises a robot base, a robot arm connected to the robot base, and at least one motor operably connected to move the robot arm relative to the robot base. ,including. Surgical robots also include at least one controller connected to at least one motor and configured to perform movements, such as computer subsystem 820 and motion control subsystem 840.

図12〜19に関して以下でさらに詳細に説明されるように、受動的なエンドエフェクタは、ロボットアームの起動アセンブリに取り付けられるように構成された基部と、第1の機構と、第2の機構と、を含む。第1の機構は、基部への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する。第2の機構は、基部への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する。第1および第2の機構は、回転可能な接続部を中心として旋回し、用具取り付け機構の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。回転可能な接続部は、1つの自由度(DOF)の運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。用具取り付け機構は、切断用の鋸ブレードを含む外科手術鋸に接続するように構成される。第1および第2の機構は、作業面と平行になるように鋸ブレードの切断面を制約するように構成され得る。 As described in more detail below with respect to FIGS. 12-19, the passive end effector comprises a base configured to be attached to the activation assembly of the robot arm, a first mechanism, and a second mechanism. ,including. The first mechanism extends between the rotatable connection to the base and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The second mechanism extends between the rotatable connection to the base and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The first and second mechanisms may be configured to rotate around a rotatable connection and constrain the movement of the tool mounting mechanism to a range of movement within the work surface. The rotatable connection allows the movement of three DOFs, whether it is a swivel joint that allows one degree of freedom (DOF) movement or a universal joint that allows two DOFs to move. It may be a ball joint. The tool attachment mechanism is configured to connect to a surgical saw, including a saw blade for cutting. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cut surface of the saw blade so that it is parallel to the working surface.

いくつかの実施形態では、外科手術ロボットの少なくとも1つのコントローラによって実施される動作には、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、切断される解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、操縦情報に基づいて少なくとも1つのモータの動きを制御して、受動的なエンドエフェクタを再位置決めすることも含まれる。操縦情報は、外科手術鋸のオペレータの動きを誘導するように表示されてもよいし、かつ/または外科手術鋸を自動的に移動させるように少なくとも1つのコントローラによって使用されてもよい。 In some embodiments, the movement performed by at least one controller of the surgical robot coincides with the cut plane of the saw blade and the target plane, and the saw blade is a passive end effector tool mounting mechanism. Repositioning the passive end effector by controlling the movement of at least one motor based on maneuvering information so that it is positioned within range of movement and at a distance from the anatomical structure to be cut. Is also included. The maneuvering information may be displayed to guide the movement of the operator of the surgical saw and / or may be used by at least one controller to automatically move the surgical saw.

一実施形態では、外科手術ロボットの少なくとも1つのコントローラによって実施される動作には、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、切断される解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、操縦情報を表示用にディスプレイデバイスに提供して、受動的なエンドエフェクタのオペレータの動きを誘導することも含まれる。ディスプレイデバイスは、ディスプレイ824(図8)、図1のディスプレイ34、および/または頭部装着型ディスプレイに対応し得る。 In one embodiment, the movement performed by at least one controller of the surgical robot coincides with the cut plane of the saw blade and the target plane, and the saw blade is the movement of the passive end effector tool mounting mechanism. It also includes providing maneuvering information to the display device for display to guide the operator's movements of the passive end effector so that it is positioned at a distance from the anatomical structure to be cut, within range. Is done. The display device may correspond to a display 824 (FIG. 8), a display 34 of FIG. 1, and / or a head-worn display.

例えば、操縦情報は、シースルーディスプレイ画面に画像を投影し、シースルーディスプレイ画面を介して視認可能な実世界の物体にオーバーレイされる拡張現実画像を形成する、頭部装着型ディスプレイ上に表示され得る。本動作は、骨にオーバーレイされた姿勢と、それらの間の相対的な向きとを有する目標面のグラフィック表現を表示することができ、骨をどのように切断するかを計画するための外科手術計画に対応する。本動作は、代替的にまたは追加的に、鋸ブレードの切断面のグラフィック表現を表示することができ、それにより、オペレータは、切断面と、骨を切断するための計画された目標面とをより容易に一致させることができる。それによって、オペレータは、鋸ブレードの切断面と目標面とを一致させる動きを視覚的に監視および実施することができ、それにより、鋸ブレードは、骨に対して計画された姿勢で、かつ受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内に位置決めされる。 For example, maneuvering information can be displayed on a head-mounted display that projects an image onto a see-through display screen and forms an augmented reality image that is overlaid on a visible real-world object through the see-through display screen. This movement can display a graphic representation of the target plane with postures overlaid on the bone and the relative orientation between them, and surgery to plan how to cut the bone. Correspond to the plan. This action can, in an alternative or additional manner, display a graphic representation of the cut surface of the saw blade, whereby the operator can see the cut surface and the planned target surface for cutting the bone. It can be matched more easily. This allows the operator to visually monitor and perform movements that match the cut and target surfaces of the saw blade, thereby allowing the saw blade to be in a planned posture with respect to the bone and passively. Positioned within the range of movement of the tool mounting mechanism of the end effector.

自動撮像システムを外科手術計画コンピュータ910および/または外科手術システム2と併せて使用して、患者の術前、術中、術後、および/またはリアルタイムの画像データを取得することができる。例示的な自動撮像システムが、図10および11に例示されている。いくつかの実施形態では、自動撮像システムは、Cアーム104(図10)撮像デバイスまたはO−arm(登録商標)106(図11)である。(O−arm(登録商標)は、米国コロラド州ルイビルに事業所があるMedtronic Navigation,Inc.が著作権を所有している)X線システムで必要とされ得る、患者の頻繁な手動による再位置決めを必要とすることなく、いくつかの異なる位置から患者のX線を撮影することが望ましい場合がある。Cアーム104のX線診断機器は、頻繁な手動による再位置決めの問題を解決することができ、外科手術および他の介在する処置の医療分野でよく知られている場合がある。図10に例示されるように、Cアームは、「C」形状の対向する遠位端112で終端する細長いC形状の部材を含む。C形状の部材は、X線源114および画像受信器116に取り付けられている。アームのCアーム104内の空間は、X線支持構造からの干渉が実質的にない状態で医師が患者に付き添う余地を提供する。 The automated imaging system can be used in conjunction with the surgical planning computer 910 and / or the surgical system 2 to acquire preoperative, intraoperative, postoperative, and / or real-time image data of the patient. An exemplary automatic imaging system is illustrated in FIGS. 10 and 11. In some embodiments, the automatic imaging system is a C-arm 104 (FIG. 10) imaging device or O-arm® 106 (FIG. 11). (O-arm® is copyrighted by Medtronic Navigation, Inc., which has offices in Louisville, Colorado, USA) Frequent manual repositioning of patients, which may be required for X-ray systems. It may be desirable to take X-rays of the patient from several different locations without the need for. The X-ray diagnostic instrument of the C-arm 104 can solve the problem of frequent manual repositioning and may be well known in the medical field of surgery and other intervening procedures. As illustrated in FIG. 10, the C-arm includes an elongated C-shaped member that terminates at the opposite distal end 112 of the "C" shape. The C-shaped member is attached to the X-ray source 114 and the image receiver 116. The space within the C-arm 104 of the arm provides room for the physician to accompany the patient with virtually no interference from the X-ray support structure.

Cアームは、2つの自由度でのアームの回転の動きを可能にするように装着されている(すなわち、球面運動での2つの直交軸を中心として)。Cアームは、X線支持構造に摺動可能に装着され、これにより、Cアームの曲率中心を中心とした周回回転方向の動きが可能になり、X線源114および画像受信器116を垂直および/または水平方向に選択的に向けることを可能にすることができる。Cアームはまた、横方向(すなわち、患者の幅および長さの両方に対するX線源114および画像受信器116の選択的に調節可能な位置決めを可能にする周回方向に対して直交方向)に回転可能であってもよい。Cアーム装置の球面回転の態様により、医師は、撮像されている特定の解剖学的状況に関して決定された最適な角度で患者のX線を撮影することが可能になる。 The C-arm is mounted to allow rotational movement of the arm in two degrees of freedom (ie, centered on two orthogonal axes in spherical motion). The C-arm is slidably mounted on the X-ray support structure, which allows it to move in the orbital rotation direction around the center of curvature of the C-arm, allowing the X-ray source 114 and image receiver 116 to move vertically and vertically. / Or it can be made possible to selectively point in the horizontal direction. The C-arm also rotates laterally (ie, orthogonal to the orbital direction, which allows selectively adjustable positioning of the X-ray source 114 and image receiver 116 with respect to both the width and length of the patient). It may be possible. The spherical rotation aspect of the C-arm device allows the physician to image the patient's X-ray at an optimal angle determined for the particular anatomical situation being imaged.

図11に例示されているO−arm(登録商標)106は、例示されていない画像キャプチャ部分を取り囲むことができるガントリハウジング124を含む。画像キャプチャ部分は、X線源および/または放出部分と、X線受信および/または画像受信部分と、を含み、これらを互いに約180度に配設し、画像キャプチャ部分の追跡に対してロータ(例示せず)上に装着することができる。画像キャプチャ部分は、画像取得中に360度回転するように動作可能であってもよい。画像キャプチャ部分は、中心点および/または軸を中心として回転することができ、患者の画像データが複数の方向から、または複数の平面で取得されることを可能にする。 The O-arm® 106 illustrated in FIG. 11 includes a gantry housing 124 that can surround a non-exemplified image capture portion. The image capture portion includes an X-ray source and / or emission portion and an X-ray reception and / or image reception portion, which are arranged at about 180 degrees to each other and a rotor (for tracking the image capture portion). Can be mounted on top (not shown). The image capture portion may be operable to rotate 360 degrees during image acquisition. The image capture portion can be rotated around a center point and / or axis, allowing the patient's image data to be captured from multiple directions or in multiple planes.

ガントリハウジング124を備えたO−arm(登録商標)106は、撮像される物体の周りに位置決めするための中央開口部と、ガントリハウジング124の内部の周りで回転可能な放射線源と、を有し、放射線源は、複数の異なる投影角度から放射線を投影するように適合され得る。検出器システムは、各投影角度で放射線を検出して、物体画像を複数の投影面から擬似的に同時に取得するように適合されている。ガントリは、カンチレバー様式で、ホイールを有するホイール付き移動式カートなどの支持構造O−arm(登録商標)支持構造に取り付けることができる。位置決めユニットは、好ましくはコンピュータ化された運動制御システムの制御下で、ガントリを計画された位置および向きに並進および/または傾斜させる。ガントリは、ガントリ上で互いに対向して配設された供給源および検出器を含み得る。供給源および検出器は、供給源および検出器を互いに協調させてガントリの内部の周りで回転させることができる電動ロータに固設され得る。供給源は、ガントリの内側に位置する目標物体の多平面撮像のために、部分的および/または完全に360度の回転にわたって複数の位置および向きでパルス化され得る。ガントリは、ロータが回転するときにロータを誘導するためのレールおよび支承システムをさらに備えることができ、これは、供給源および検出器を搬送することができる。O−arm(登録商標)106およびCアーム104の両方および/またはいずれかを自動撮像システムとして使用して、患者をスキャンし、情報を外科手術システム2に送ることができる。 The O-arm® 106 with the gantry housing 124 has a central opening for positioning around the object to be imaged and a radiation source that is rotatable around the interior of the gantry housing 124. , The radiation source can be adapted to project radiation from multiple different projection angles. The detector system is adapted to detect radiation at each projection angle and capture object images from multiple projection planes in a pseudo-simultaneous manner. The gantry can be attached to a support structure O-arm® support structure, such as a wheeled mobile cart with wheels, in a cantilever fashion. The positioning unit translates and / or tilts the gantry to the planned position and orientation, preferably under the control of a computerized motion control system. The gantry may include sources and detectors arranged opposite each other on the gantry. The source and detector can be fixed to an electric rotor that can rotate the source and detector around the interior of the gantry in coordination with each other. The source can be pulsed in multiple positions and orientations over a partial and / or completely 360 degree rotation for multiplanar imaging of the target object located inside the gantry. The gantry can further be equipped with rails and bearing systems to guide the rotor as it rotates, which can carry sources and detectors. Both and / or both O-arm® 106 and C-arm 104 can be used as an automatic imaging system to scan patients and send information to surgical system 2.

自動撮像システムによってキャプチャされた画像は、外科手術計画コンピュータ910、外科手術ロボット800、および/または外科手術システム2の別の構成要素のディスプレイデバイスに表示され得る。 The image captured by the automated imaging system may be displayed on the surgical planning computer 910, the surgical robot 800, and / or the display device of another component of the surgical system 2.

ここで、外科手術システムで使用するように構成される受動的なエンドエフェクタの様々な実施形態を、図12〜19の文脈において記載する。 Here, various embodiments of passive end effectors configured for use in surgical systems are described in the context of FIGS. 12-19.

以下でさらに詳細に説明されるように、図12〜19に例示される様々な受動的なエンドエフェクタは各々、基部、第1のプレーナ機構、および第2のプレーナ機構を含む。基部は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される。様々なクランプ機構を使用して、基部をエンドエフェクタカプラにしっかりと取り付け、バックラッシュを取り除き、好適な剛性を確保することができる。基部をエンドエフェクタカプラに取り付けるために使用され得る不可逆的なクランプ機構としては、トグル関節機構または不可逆的なロックねじ(複数可)を挙げることができるが、これらに限定されない。ユーザは、ねじドライバ、トルクレンチ、またはドライバなどの追加の用具を使用して、クランプ機構を起動または締着することができる。第1の機構は、2つの基部への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する。第2の機構は、基部への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する。第1および第2の機構は、回転可能な接続部を中心として旋回する。回転可能な接続部は、1つの自由度(DOF)の運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。旋回関節を使用する場合、第1および第2の機構は、用具取り付け機構の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。用具取り付け機構は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレードを有する外科手術鋸に接続するように構成される。第1および第2の機構は、例えば、1つのDOFの運動を有する旋回関節を介して、作業面と平行になるように鋸ブレードの切断面を制約するように構成され得る。用具取り付け機構は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸または鋸ブレードに接続され得る。DRAを用具取り付け機構または外科手術鋸に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレードの姿勢の追跡を可能にすることができる。 As described in more detail below, the various passive end effectors illustrated in FIGS. 12-19 each include a base, a first planar mechanism, and a second planar mechanism. The base is configured to be attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22 of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Various clamping mechanisms can be used to securely attach the base to the end effector coupler, remove backlash and ensure suitable stiffness. Irreversible clamping mechanisms that can be used to attach the base to the end effector coupler include, but are not limited to, toggle joint mechanisms or irreversible locking screws (s). The user can activate or tighten the clamping mechanism using an additional tool such as a screw driver, torque wrench, or screwdriver. The first mechanism extends between the rotatable connection to the two bases and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The second mechanism extends between the rotatable connection to the base and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The first and second mechanisms rotate around a rotatable connection. The rotatable connection allows the movement of three DOFs, whether it is a swivel joint that allows one degree of freedom (DOF) movement or a universal joint that allows two DOFs to move. It may be a ball joint. When using swivel joints, the first and second mechanisms may be configured to constrain the movement of the tool mounting mechanism to a range of movement within the work surface. The tool mounting mechanism is configured to connect to a surgical saw with a saw blade that is configured to swing to cut. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cut surface of the saw blade so that it is parallel to the working surface, for example, via a swivel joint with one DOF motion. Tool mounting mechanisms can be connected to surgical saws or saw blades via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. .. The DRA can be connected to a tool mounting mechanism or a surgical saw to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade.

上で説明されるように、外科手術システム(例えば、図1および2の外科手術システム2)は、外科手術ロボット(例えば、図1および2の外科手術ロボット4)と、鋸ブレードによって切断される解剖学的構造の姿勢を決定し、鋸ブレードの姿勢を決定するように構成される追跡システム(例えば、図1および3のカメラ追跡システム6)と、を含む。外科手術ロボットは、ロボット基部と、ロボット基部に回転可能に接続され、受動的なエンドエフェクタを位置決めするように構成されたロボットアームと、を含む。少なくとも1つのモータは、ロボット基部に対してロボットアームを移動させるように動作可能に接続されている。少なくとも1つのコントローラは、少なくとも1つのモータに接続され、かつ解剖学的構造が切断される場所を規定する外科手術計画と、解剖学的構造の姿勢とに基づいて、目標面の姿勢を決定することを含む、動作を実施するように構成されており、外科手術計画は、オペレータ、例えば、外科医または他の外科手術従事者からの入力に基づいて、図9の外科手術計画コンピュータ910によって生み出され得る。本動作は、目標面の姿勢と外科手術鋸の姿勢との比較に基づいて操縦情報を生み出すことをさらに含む。操縦情報は、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致するように、受動的なエンドエフェクタの作業面を位置決めするために、受動的なエンドエフェクタを移動させる必要がある場所を示す。 As described above, the surgical system (eg, surgical system 2 in FIGS. 1 and 2) is cut by a surgical robot (eg, surgical robot 4 in FIGS. 1 and 2) and a saw blade. Includes a tracking system configured to determine the orientation of the anatomical structure and to determine the orientation of the saw blade (eg, camera tracking system 6 in FIGS. 1 and 3). Surgical robots include a robot base and a robot arm rotatably connected to the robot base and configured to position a passive end effector. At least one motor is operably connected to move the robot arm relative to the robot base. At least one controller determines the orientation of the target plane based on a surgical plan that is connected to at least one motor and defines where the anatomical structure is cut, and the orientation of the anatomical structure. The surgical plan is generated by the surgical plan computer 910 of FIG. 9 based on input from an operator, eg, a surgeon or other surgical worker, to perform the movement, including the above. obtain. This movement further includes generating maneuvering information based on a comparison of the attitude of the target plane with the attitude of the surgical saw. The maneuvering information indicates where the passive end effector needs to be moved in order to position the working surface of the passive end effector so that the cut surface of the saw blade and the target surface coincide.

いくつかのさらなる実施形態では、少なくとも1つのコントローラによって実施される動作には、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、切断される解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、操縦情報に基づいて少なくとも1つのモータの動きを制御して、受動的なエンドエフェクタを再位置決めすることもさらに含まれる。 In some further embodiments, the movement performed by at least one controller coincides with the cut plane of the saw blade and the target plane, and the saw blade is the range of motion of the passive end effector tool mounting mechanism. It also includes repositioning the passive end effector by controlling the movement of at least one motor based on maneuvering information so that it is positioned at a distance from the internal, cut anatomy. Is done.

本動作には、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、切断される解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、操縦情報を表示用にディスプレイデバイスに提供して、受動的なエンドエフェクタのオペレータの動きを誘導することが含まれ得る。 For this movement, the cut surface of the saw blade matches the target surface, and the saw blade is within the range of movement of the passive end effector tool mounting mechanism, at a distance from the anatomical structure to be cut. It may include providing maneuvering information to the display device for display to guide the operator's movements of the passive end effector so that it is positioned.

上で説明されるように、いくつかの外科手術システムは、外科医、診療看護師,、および/または外科手術処置を支援する他の人物が着用することができる頭部装着型ディスプレイデバイスを含み得る。外科手術システムは、着用者が受動的な的エンドエフェクタをより正確に位置決めすること、および/または鋸ブレードと、解剖学的構造上の計画された場所を切断するための目標面とが一致した状態で、受動的な的エンドエフェクタが正確に位置決めされたことを確認することを可能にする情報を表示することができる。ディスプレイデバイスに操縦情報を提供する動作には、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、切断される解剖学的構造上のオーバーレイとして操縦情報を表示するシースルーディスプレイ画面を有する頭部装着型ディスプレイデバイスへの表示用に操縦情報を構成して、受動的なエンドエフェクタのオペレータの動きを誘導することが含まれ得る。 As described above, some surgical systems may include a head-worn display device that can be worn by a surgeon, a clinical nurse, and / or another person who assists the surgical procedure. .. The surgical system matched the wearer's more accurate positioning of the passive end effector and / or the saw blade with the target plane for cutting the planned location on the anatomical structure. In the state, it is possible to display information that makes it possible to confirm that the passive end effector has been correctly positioned. The motion of providing maneuvering information to the display device is an anatomical structure in which the cut and target surfaces of the saw blade are aligned and the saw blade is within the motion of the passive end effector tool mounting mechanism. Passive, configuring maneuvering information for display on a head-mounted display device with a see-through display screen that displays maneuvering information as an anatomical overlay to be cut so that it is positioned at a distance from Inducing the movement of the operator of a robotic end effector may be included.

頭部装着型ディスプレイデバイスへの表示用に操縦情報を構成する動作には、切断される解剖学的構造に係留され、それと一致したオーバーレイとして表示される目標面のグラフィック表現を生み出すことと、鋸ブレードに係留され、それと一致したオーバーレイとして表示される鋸ブレードの切断面の別のグラフィック表現を生み出すことと、が含まれ得る。それによって、着用者は、外科手術鋸を移動させて、グラフィカルにレンダリングされた目標面とグラフィカルにレンダリングされた切断面との間に視覚的に観察された一致を提供することができる。 The movements that make up the maneuvering information for display on a head-mounted display device include creating a graphic representation of the target plane that is moored to the anatomical structure to be cut and displayed as a matching overlay, and a saw. It may include producing another graphic representation of the cut surface of the saw blade that is moored to the blade and displayed as a matching overlay. Thereby, the wearer can move the surgical saw to provide a visually observed match between the graphically rendered target plane and the graphically rendered cut plane.

頭部装着型ディスプレイデバイス上への表示用に操縦情報を構成する動作には、切断されている解剖学的構造のグラフィック表現内に、鋸ブレードによって行われた切断の深さのグラフィック表現を生み出すことが含まれ得る。したがって、着用者は、切断が組織または他の構造によって妨げられていることを直接観察しているにもかかわらず、鋸ブレードがどのように骨を貫いて切断しているかをよりよく監視するために、切断の深さのグラフィック表現を使用することができる。 The action that composes maneuvering information for display on a head-mounted display device produces a graphic representation of the depth of cut made by the saw blade within the graphic representation of the anatomical structure being severed. Can be included. Therefore, to better monitor how the saw blade cuts through the bone, even though the wearer is directly observing that the cut is hampered by tissue or other structures. A graphic representation of the depth of the cut can be used.

追跡システムは、追跡マーカ、例えば、解剖学的構造に取り付けられたDRAの姿勢を決定することに基づいて、鋸ブレードによって切断される解剖学的構造の姿勢を決定するように構成され得、外科手術鋸および受動的なエンドエフェクタのうちの少なくとも1つに接続された追跡マーカの姿勢を決定することに基づいて、外科手術鋸の姿勢を決定するように構成され得る。追跡システムは、用具取り付け機構が作業面内で動いている間、第1および第2の機構の回転位置を測定するように構成される回転式位置センサに基づいて、外科手術鋸の姿勢を決定するように構成され得る。上で説明されるように、位置センサは、受動的なエンドエフェクタ構造の少なくとも1つの関節に直接接続され得るが、構造内の別の場所に位置決めし、タイミングベルト、ワイヤの相互接続、または任意の他の同期送信相互接続によって関節位置を遠隔で測定することもできる。さらに、鋸ブレードの姿勢は、構造基部に取り付けられた追跡マーカ、受動的な構造の位置センサ、および構造の運動学的なモデルに基づいて決定され得る。 The tracking system can be configured to determine the posture of the anatomical structure cut by the saw blade based on determining the posture of the tracking marker, eg, the DRA attached to the anatomical structure, surgery It may be configured to determine the posture of the surgical saw based on determining the posture of the tracking marker connected to at least one of the surgical saw and the passive end effector. The tracking system determines the posture of the surgical saw based on a rotary position sensor configured to measure the rotational position of the first and second mechanisms while the tool mounting mechanism is moving in the work plane. Can be configured to. As described above, the position sensor can be directly connected to at least one joint of the passive end effector structure, but can be positioned elsewhere in the structure, timing belt, wire interconnect, or optional. Joint position can also be measured remotely by other synchronous transmission interconnects. In addition, the posture of the saw blade can be determined based on tracking markers attached to the structural base, passive structural position sensors, and kinematic models of the structure.

本明細書に開示される様々な受動的なエンドエフェクタは、滅菌可能なまたは非滅菌(滅菌ドレープで被覆された)の受動的な3つのDOF(自由度)の機械構造であってもよく、鋸ブレードに平行な平面における2回の並進(切断面を規定する)、およびこの切断面と直交する1回の回転(器具の向き)に沿った、矢状鋸などの外科手術鋸または鋸ブレードの機械的誘導を可能にする。外科手術中、外科手術ロボット4は、切断されるすべての骨が受動的なエンドエフェクタの作業空間内にあるように、エンドエフェクタカプラ22、ならびに受動的なエンドエフェクタおよびそこに取り付けられた外科手術鋸を、膝または他の解剖学的構造に近い位置まで自動的に移動させる。この位置は、行われる切断、ならびに外科手術計画およびインプラント構築物に依存する。図12に示されるように、受動的なエンドエフェクタは、切断面で矢状鋸または鋸ブレードを誘導するための3つのDOFを有することができ、2回の並進(XおよびY方向)と1回の(Z軸を中心とした)回転を提供する。 The various passive end effectors disclosed herein may be sterilizable or non-sterile (covered with sterile drapes) passive three-DOF mechanical structures. A surgical saw or saw blade, such as a sagittal saw, along two translations (defining the cut plane) in a plane parallel to the saw blade and one rotation (instrument orientation) orthogonal to this cut plane. Allows mechanical guidance of. During surgery, the surgical robot 4 performs an end effector coupler 22 and a surgical operation attached to the passive end effector so that all the bone to be cut is within the work space of the passive end effector. Automatically move the saw to a position close to the knee or other anatomical structure. This position depends on the cutting performed, as well as the surgical plan and implant construct. As shown in FIG. 12, the passive end effector can have three DOFs to guide the sagittal saw or saw blade at the cut surface, with two translations (X and Y directions) and one. Provides a number of rotations (around the Z axis).

外科手術ロボット4は、計画された位置に到達すると、その位置を(ブレーキまたは能動的なモータ制御のいずれかで)保持し、特定の骨の切断中に移動しない。計画された目標面に沿って外科手術鋸の鋸ブレードを動かすことを可能にするのが受動的なエンドエフェクタである。かかる平面状の切断は、すべての骨の切断が平面状である古典的な膝関節全置換術に特に有用である。膝関節部分置換術には、「オンレイ」と呼ばれる特別なタイプのインプラントがあり、これを鋸で準備した骨表面(saw−prepared bone surface)と併せて使用することができる。様々な受動的なエンドエフェクタは、古典的なジグよりも高い精度で切断時の誘導の精度を確保することができる機械構造を有し、計画されたすべての骨を切断するための作業空間範囲の十分な範囲を提供し、かつ一方で、外科医が加える力および骨の反動力に加えて、外科手術鋸から生じる考えられるかなりの量の振動にもかかわらず、(ロックされたDOFに対応する)十分な横剛性を提供する。 When the surgical robot 4 reaches the planned position, it holds that position (either by braking or active motor control) and does not move during the cutting of a particular bone. It is the passive end effector that allows the saw blade of the surgical saw to move along the planned target plane. Such planar amputations are particularly useful in classical total knee osteoarthritis, where all bone amputations are planar. Partial knee osteoarthritis has a special type of implant called "onlay" that can be used in conjunction with a saw-prepared bone surface. Various passive end effectors have a mechanical structure that can ensure the accuracy of guidance during cutting with higher accuracy than classical jigs, and the workspace range for cutting all planned bones. Despite the significant amount of vibration that can occur from the surgical saw, in addition to the force exerted by the surgeon and the reaction force of the bone (corresponding to the locked DOF). ) Provide sufficient lateral rigidity.

同時に、外科手術ロボット4が外科医にどれだけの骨が取り除かれたか(処置の進捗)を知らせることが可能であるため、受動的なエンドエフェクタの位置を測定することが好ましい。骨の取り除きに関するリアルタイムの情報を提供する1つの方法は、骨が切断された場所のみをブレードは通過することができるため、鋸ブレードが骨に関してどこを通過したかを、外科手術ロボット4が測定することである。鋸ブレードの位置を測定するために、DRAを外科手術鋸および/または受動的なエンドエフェクタに装着することができる。これにより、3D空間での鋸の位置を直接または間接的に測定することができる。鋸ブレードの位置を測定する代替的な方法は、受動的なエンドエフェクタの幾何学形状の位置と鋸ブレードの先端の位置との間の規定された関係の数理モデルを使用して鋸ブレードの位置を計算するために、受動的なエンドエフェクタの位置情報に位置(回転または並進)センサ(例えば、エンコーダ、リゾルバ)を統合することである。 At the same time, it is preferable to measure the position of the passive end effector because the surgical robot 4 can inform the surgeon how much bone has been removed (procedure progress). One way to provide real-time information about bone removal is for the surgical robot 4 to measure where the saw blade has passed with respect to the bone, as the blade can only pass where the bone was cut. It is to be. To measure the position of the saw blade, the DRA can be attached to a surgical saw and / or a passive end effector. This allows the position of the saw in 3D space to be measured directly or indirectly. An alternative way to measure the position of the saw blade is to use a mathematical model of the defined relationship between the position of the passive end effector geometry and the position of the tip of the saw blade. Is to integrate a position (rotational or translational) sensor (eg, an encoder, a resolver) into the position information of a passive end effector to calculate.

一実施形態では、従来の矢状鋸機構を、ほとんどまたはまったく変更することなく、外科手術システムコンピュータプラットフォーム900と共に使用することができる。潜在的な変更は、外科手術鋸を受動的なエンドエフェクタに簡単に取り付けることを可能にするように外部シールドを適合することを伴うことになるが、必ずしも内部機構の変更を伴うとは限らない。受動的なエンドエフェクタは、例えば、DeSoutter社によって提供される従来の矢状鋸に接続するように構成され得る。さらに、鋸ブレードは、鋸ハンドピースなしで受動的なエンドエフェクタに直接取り付けられてもよい。 In one embodiment, the conventional sagittal saw mechanism can be used with the surgical system computer platform 900 with little or no modification. Potential changes will involve adapting the external shield to allow the surgical saw to be easily attached to passive end effectors, but not necessarily with internal mechanical changes. .. The passive end effector can be configured, for example, to connect to a conventional sagittal saw provided by DeSoutter. In addition, the saw blade may be attached directly to the passive end effector without the saw handpiece.

外科手術ロボット4が受動的なエンドエフェクタを位置決めするときに、鋸が意図しない受動的なエンドエフェクタの動きを阻止するため、例えば、重力によって外科手術鋸が患者の上に落ちるのを阻止するために、受動的なエンドエフェクタは、係合動作と係脱動作との間で移動するロック機構を含み得る。係合している間、ロック機構は、外科手術鋸の自由度(DOF)をロックすることによって直接的に、または受動的なエンドエフェクタの特定の関節にブレーキをかけるか、もしくは当該関節をロックすることによって間接的に、ロボットエンドエフェクタカプラに対する鋸ブレードの動きを阻止する。係脱されている間、受動的なエンドエフェクタの第1および第2の機構は、ロック機構からの干渉なしに、基部に対して移動することができる。ロック機構はまた、外科医が外科手術鋸を保持し、外科手術鋸に力およびトルクを加えることによって外科手術ロボット4の動きを制御するときに使用されてもよい。外科手術ロボット4は、ロボットアーム22の遠位端に統合されている、図6および7のロードセル64を使用して、加えられた力およびトルクを測定し、応答する力およびトルクをロボットアーム22上に生み出すため、外科医は、より簡単に受動的なエンドエフェクタを前後左右に移動させ、様々な軸を中心として回転を加えることができる。 When the surgical robot 4 positions the passive end effector, the saw prevents unintended movement of the passive end effector, for example, to prevent the surgical saw from falling onto the patient due to gravity. In addition, the passive end effector may include a locking mechanism that moves between engaging and disengaging movements. While engaged, the locking mechanism brakes or locks a particular joint of the end effector, either directly or passively, by locking the degree of freedom (DOF) of the surgical saw. By doing so, it indirectly blocks the movement of the saw blade with respect to the robot end effector coupler. While disengaged, the first and second mechanisms of the passive end effector can move relative to the base without interference from the locking mechanism. The locking mechanism may also be used when the surgeon holds the surgical saw and controls the movement of the surgical robot 4 by applying force and torque to the surgical saw. The surgical robot 4 uses the load cells 64 of FIGS. 6 and 7, integrated at the distal end of the robot arm 22, to measure the applied force and torque and to respond the force and torque to the robot arm 22. To produce above, the surgeon can more easily move the passive end effector back and forth and left and right to apply rotation around various axes.

受動的なエンドエフェクタの第1の実施形態が図12に示されている。図12を参照すると、受動的なエンドエフェクタ1200は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成された、基部1202を含む。受動的なエンドエフェクタ1200は、基部1202への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する、第1および第2の機構をさらに含む。回転可能な接続部は、1つの自由度(DOF)の運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。第1および第2の機構は、外科手術鋸の回転軸を切断面に位置決めする平行アーキテクチャを形成する。 A first embodiment of a passive end effector is shown in FIG. Referring to FIG. 12, the passive end effector 1200 is an end effector coupler (eg, end effector coupler of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes a base 1202 configured to be attached to 22). The passive end effector 1200 further includes first and second mechanisms extending between the rotatable connection to the base 1202 and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The rotatable connection allows the movement of three DOFs, whether it is a swivel joint that allows one degree of freedom (DOF) movement or a universal joint that allows two DOFs to move. It may be a ball joint. The first and second mechanisms form a parallel architecture that positions the axis of rotation of the surgical saw on the cut plane.

第1および第2の連結セグメント1210aおよび1220aは第1のプレーナ機構を形成し、第3および第4の連結セグメント1210bおよび1220bは第2のプレーナ機構を形成する。第1の連結セグメント1210aは、基部1202上の第1の場所への回転可能な接続部と第2の連結セグメント1220aの端部への回転可能な接続部との間に延在する。第3の連結セグメント1210bは、基部1202上の第2の場所への回転可能な接続部と第4の連結セグメント1220bの端部への回転可能な接続部との間に延在する。基部1202上の第1および第2の場所は、ロボットアームによって回転されたときに、基部カラーの回転軸の両側に離間される。用具取り付け機構は、基部1202に対して第2の連結セグメント1220aおよび第4の連結セグメント1220bの遠位端への回転可能な接続部の間に延在する第5の連結セグメントによって形成される。第1および第2の機構(第1および第2の連結セグメント1210a〜1220a、ならびに第3および第4の連結セグメント1210b〜1220b)は、それらの回転可能な接続部を中心として旋回して、用具取り付け機構1230の動きを作業面内の動きの範囲に制約する。用具取り付け機構1230は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレード1242を有する外科手術鋸1240に接続するように構成される。第1および第2の機構(第1および第2の連結セグメント1210a〜1220a、ならびに第3および第4の連結セグメント1210b〜1220b)は、例えば、1つのDOFの運動を有する旋回関節を介して、作業面と平行になるように鋸ブレード1242の切断面を制約するように構成され得る。用具取り付け機構1230は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1240に接続され得る。DRA52を用具取り付け機構1230または外科手術鋸1240に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレード1242の姿勢の追跡を可能にすることができる。 The first and second connecting segments 1210a and 1220a form the first planar mechanism, and the third and fourth connecting segments 1210b and 1220b form the second planar mechanism. The first connecting segment 1210a extends between the rotatable connection to the first location on the base 1202 and the rotatable connection to the end of the second connecting segment 1220a. The third connecting segment 1210b extends between the rotatable connection to the second location on the base 1202 and the rotatable connection to the end of the fourth connecting segment 1220b. The first and second locations on the base 1202 are spaced apart from each other on both sides of the base collar rotation axis when rotated by the robot arm. The tool mounting mechanism is formed by a fifth connecting segment extending between the base 1202 and a rotatable connection to the distal end of the second connecting segment 1220a and the fourth connecting segment 1220b. The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1210a to 1220a, and third and fourth connecting segments 1210b to 1220b) rotate around their rotatable connections and are tools. The movement of the mounting mechanism 1230 is restricted to the range of movement within the work surface. The tool mounting mechanism 1230 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to swing to cut. The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1210a-1220a, and third and fourth connecting segments 1210b-1220b) are, for example, via a swivel joint with one DOF motion. It may be configured to constrain the cut surface of the saw blade 1242 so that it is parallel to the work surface. The tool mounting mechanism 1230 may be connected to the surgical saw 1240 via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. The DRA 52 can be connected to the tool mounting mechanism 1230 or the surgical saw 1240 to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade 1242.

受動的なエンドエフェクタ1200は、外科手術鋸1240の受動的な誘導を提供して、鋸ブレード1242を規定された切断面に制約し、その可動性を3つの自由度(DOF)、鋸ブレード1242の切断面に平行な平面での2回の並進TxおよびTyと、切断面と直交する軸を中心とした1回の回転Rzと、に低減する。 The passive end effector 1200 provides passive guidance for the surgical saw 1240, constraining the saw blade 1242 to a defined cut surface and limiting its mobility to three degrees of freedom (DOF), the saw blade 1242. It is reduced to two translations Tx and Ty in a plane parallel to the cut plane and one rotation Rz about an axis orthogonal to the cut plane.

いくつかの実施形態では、追跡システムは、受動的なエンドエフェクタ1200の連結セグメントのうちの少なくともいくつかの回転関節に接続された回転式位置センサに基づいて、鋸ブレード1242の姿勢を決定するように構成される。回転式位置センサは、作業面内で用具取り付け機構が動いている間、接合された連結セグメントの回転位置を測定するように構成される。例えば、回転式位置センサは、基部1202に対する第1の連結セグメント1210aの回転を測定するように構成することができ、別の回転式位置センサは、第1の連結セグメント1210aに対する第2の連結セグメント1220aの回転を測定するように構成することができ、別の回転式位置センサは、第2の連結セグメント1220aに対する用具取り付け機構1230の回転を測定するように構成することができる。外科手術鋸1240は、用具取り付け機構1230に対して固定された向きを有するように接続され得る。直列化された連結セグメントおよび旋回関節を有する、鋸ブレード1242およびロボットアーム22を接続する受動的なエンドエフェクタ1200の直列の運動学的な連鎖は、必要な可動性を外科手術鋸1240に提供する。受動的な運動学的な連鎖によって画定された、平面における鋸ブレード1242の先端の位置は、回転式位置センサを介して感知される関節角度、および相互接続された連結セグメントの構造上の幾何学形状によって完全に決定され得る。したがって、例えば、基部1202と外科手術鋸1240との間の1つ以上の相互接続経路に沿った、接続された各連結セグメント間の相対的な角度を測定することによって、切断空間における鋸ブレード1242の先端の位置を、提案された順運動学的なモデルを使用してコンピュータ化することができる。骨に対するロボットアーム22の遠位端の位置および向きの位置および向きが既知である場合、骨に対する鋸ブレード1242の位置および向きをコンピュータ化し、外科医へのフィードバックとして表示することができる。鋸ブレードが受動的なエンドエフェクタに直接取り付けられている例示的な実装例では、回転式位置センサによって提供される測定の周波数は、振幅中でも鋸ブレードの位置を測定するために、鋸ブレードの振幅周波数より少なくとも2倍高くなり得る。 In some embodiments, the tracking system will determine the orientation of the saw blade 1242 based on a rotary position sensor connected to at least some of the rotating joints of the passive end effector 1200 coupling segment. It is composed of. The rotary position sensor is configured to measure the rotational position of the joined connecting segment while the tool mounting mechanism is moving within the work surface. For example, a rotary position sensor can be configured to measure the rotation of the first coupling segment 1210a with respect to the base 1202, and another rotary position sensor can have a second coupling segment with respect to the first coupling segment 1210a. It can be configured to measure the rotation of the 1220a, and another rotary position sensor can be configured to measure the rotation of the tool mounting mechanism 1230 with respect to the second connecting segment 1220a. The surgical saw 1240 may be connected so as to have a fixed orientation with respect to the tool mounting mechanism 1230. A series of kinematic chains of passive end effectors 1200 connecting the saw blade 1242 and the robot arm 22, with serialized connecting segments and swivel joints, provides the surgical saw 1240 with the required mobility. .. The position of the tip of the saw blade 1242 in a plane, defined by a passive kinematic chain, is the joint angle sensed via a rotary position sensor, and the structural geometry of the interconnected connecting segments. It can be completely determined by the shape. Thus, for example, the saw blade 1242 in the cutting space by measuring the relative angle between each connected segment along one or more interconnect paths between the base 1202 and the surgical saw 1240. The position of the tip of the saw can be computerized using the proposed forward kinematic model. If the position and orientation of the distal end of the robot arm 22 with respect to the bone is known, the position and orientation of the saw blade 1242 with respect to the bone can be computerized and displayed as feedback to the surgeon. In an exemplary implementation where the saw blade is mounted directly on a passive end effector, the measurement frequency provided by the rotary position sensor is the amplitude of the saw blade to measure the position of the saw blade, even within the amplitude. It can be at least twice as high as the frequency.

本明細書における受動的なエンドエフェクタと共に使用され得る回転式位置センサの例示的なタイプとしては、電位差計センサ、光学センサ、容量式センサ、回転式可変差動変圧器(RVDT)センサ、線形可変差動変圧器(LVDT)センサ、ホール効果センサ、およびインコーダ(incoder)センサを挙げることができるが、これらに限定されない。 Illustrative types of rotary position sensors that can be used with passive end effectors herein include potential difference meter sensors, optical sensors, capacitive sensors, rotary variable differential transformer (RVDT) sensors, linear variable. Differential transformer (LVDT) sensors, Hall effect sensors, and incoder sensors can be mentioned, but are not limited to.

電位差計ベースのセンサは、受動的な電子構成要素である。電位差計は、均一な抵抗を横切って、摺動接点の位置を変化させることによって機能する。電位差計では、入力電圧全体は抵抗器の全長を横切って加えられ、出力電圧は固定接点と摺動接点との間の電圧降下である。受信するため、および絶対位置、キャリブレーション位置が必要である。電位差計は、360°より小さい測定範囲を有する場合がある。 A potentiometer-based sensor is a passive electronic component. The potentiometer works by changing the position of the sliding contacts across a uniform resistor. In potentiometers, the entire input voltage is applied across the entire length of the resistor and the output voltage is the voltage drop between the fixed and sliding contacts. In order to receive, and absolute position, calibration position is required. The potentiometer may have a measurement range smaller than 360 °.

光学エンコーダは、回転ディスク、光源、および光検出器(光センサ)を含み得る。回転シャフト上に装着されるディスクには、不透明および透明なセクタのパターンがディスクにコード化される。ディスクが回転すると、これらのパターンが、光検出器に照射される光を遮り、デジタルまたはパルス信号出力を生み出す。ディスク上での信号のエンコードにより、絶対測定および相対測定、ならびにマルチターン測定が可能である。 The optical encoder may include a rotating disk, a light source, and a photodetector (optical sensor). On the disc mounted on the rotating shaft, opaque and transparent sector patterns are encoded on the disc. As the disc rotates, these patterns block the light shining on the photodetector, producing a digital or pulsed signal output. By encoding the signal on the disc, absolute and relative measurements as well as multi-turn measurements are possible.

容量式エンコーダは、高周波数基準信号を使用して容量の変化を検出する。これは、固定送信機、ロータ、および固定受信機の3つの主要部分で達成される。容量式エンコーダはまた、ロータおよび送信機/受信機の組み合わせとの2つの部分の構成で提供され得る。ロータは、正弦波パターンでエッチングされてもよく、ロータが回転するにつれて、このパターンが予測可能な方法で送信機の高周波数信号を変調する。エンコーダはマルチターンエンコーダであってもよいが、絶対測定は実現が困難である。スタートアップ時のキャリブレーションが必要である。 Capacitive encoders use high frequency reference signals to detect capacitance changes. This is achieved with three main parts: fixed transmitter, rotor, and fixed receiver. Capacitive encoders may also be provided in a two-part configuration with a rotor and transmitter / receiver combination. The rotor may be etched in a sinusoidal pattern, which pattern modulates the transmitter's high frequency signal in a predictable manner as the rotor rotates. The encoder may be a multi-turn encoder, but absolute measurement is difficult to realize. Calibration at startup is required.

RVDTセンサおよびLVDTセンサは、変圧器のコアがヌルの位置にある場合に動作し、一次および二次の2つの巻線の出力電圧の大きさは等しいが、方向は反対である。ヌルの位置の全体的な出力は常にゼロである。ヌルの位置からの角度変位は、合計差動出力電圧を誘発している。したがって、合計角度変位は、線形差動出力電圧に正比例する。差動出力電圧は、時計回りに増加し、反時計回りに減少する。このエンコーダは絶対測定で機能し、マルチターンとは互換性がない場合がある。アセンブリ時のキャリブレーションが必要である。 The RVDT and LVDT sensors operate when the transformer core is in the null position, and the output voltages of the two primary and secondary windings are equal in magnitude but opposite in direction. The overall output at the null position is always zero. The angular displacement from the null position induces a total differential output voltage. Therefore, the total angular displacement is directly proportional to the linear differential output voltage. The differential output voltage increases clockwise and decreases counterclockwise. This encoder works with absolute measurements and may not be compatible with multi-turn. Calibration at the time of assembly is required.

ホール効果センサでは、金属の薄いストリップに沿って電流が加えられる。磁場の存在下で、金属ストリップ内の電子は、1つのエッジに向かって偏向し、ストリップの短辺を横切って、すなわち、給電電流と直交して電圧勾配を生成する。その最も単純な形態では、センサは、アナログトランスデューサとして動作し、直接電圧を戻す。既知の磁場を用いて、ホールプレートからの距離を決定することができる。センサのグループを使用して、磁石の相対的な位置を推定することができる。複数のセンサ要素とパターン化された磁石プレートとを組み合わせることによって、光学エンコーダと同様に、絶対位置と相対位置を検出することができる。 In Hall effect sensors, current is applied along a thin strip of metal. In the presence of a magnetic field, the electrons in the metal strip deflect towards one edge, creating a voltage gradient across the short side of the strip, i.e., orthogonal to the feed current. In its simplest form, the sensor acts as an analog transducer and returns the voltage directly. A known magnetic field can be used to determine the distance from the hole plate. A group of sensors can be used to estimate the relative position of the magnets. By combining a plurality of sensor elements and a patterned magnet plate, it is possible to detect an absolute position and a relative position in the same manner as an optical encoder.

インコーダセンサは、回転式可変変圧器センサ、ブラシレスレゾルバ、またはシンクロと同様な方法で機能する。ステータは、DC電力を受信し、ステータとロータとの間に低電力のAC電磁場を生成する。この磁場は、角度に応じてロータによって修正される。ステータは、結果として生じる磁場を感知し、回転角度をアナログまたはデジタル信号として出力する。リゾルバとは異なり、インコーダは、巻線スプールではなく、積層回路を使用する。この技術により、高精度の設置を伴わずに、インコーダをコンパクトな形態、低質量、低慣性、高精度にすることができる。1回のフル回転をカウントする信号(Z)が送信される。マルチターンおよび絶対感知が可能である。 The incoder sensor functions in a manner similar to a rotary variable transformer sensor, brushless resolver, or synchro. The stator receives DC power and creates a low power AC electromagnetic field between the stator and the rotor. This magnetic field is modified by the rotor depending on the angle. The stator senses the resulting magnetic field and outputs the rotation angle as an analog or digital signal. Unlike resolvers, incoders use multilayer circuits rather than winding spools. This technology allows the incoder to have a compact form, low mass, low inertia, and high precision without the need for high precision installation. A signal (Z) for counting one full rotation is transmitted. Multi-turn and absolute sensing are possible.

受動的なエンドエフェクタの第2の実施形態が図13に示されている。図13を参照すると、受動的なエンドエフェクタ1300は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される、基部1302を含む。受動的なエンドエフェクタ1300は、基部1302への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する、第1および第2の機構をさらに含む。回転可能な接続部は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。第1および第2の連結セグメント1310aおよび1320aは第1のプレーナ機構を形成し、第3および第4の連結セグメント1310bおよび1320bは第2のプレーナ機構を形成する。第1の連結セグメント1310aは、基部1302上の第1の場所への回転可能な接続部と第2の連結セグメント1320aの端部への回転可能な接続部との間に延在する。第3の連結セグメント1310bは、基部1302上の第2の場所への回転可能な接続部と第4の連結セグメント1320bの端部への回転可能な接続部との間に延在する。基部1302上の第1および第2の場所は、ロボットアームによって回転されたときに、基部カラーの回転軸の両側に離間される。基部1302からの第2の連結セグメント1320aおよび第4の連結セグメント1320bの遠位端は、互いに、および用具取り付け機構1330に回転可能に接続される。第1および第2の機構(第1および第2の連結セグメント1310a〜1320a、ならびに第3および第4の連結セグメント1310b〜1320b)は、それらの回転可能な接続部を中心として、例えば、1つのDOFの運動を有する旋回関節を介して旋回して、用具取り付け機構1330の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。用具取り付け機構1330は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレード1242を有する外科手術鋸1240に接続するように構成される。第1および第2の機構(第1および第2の連結セグメント1310a〜1320a、ならびに第3および第4の連結セグメント1310b〜1320b)は、作業面と平行になるように鋸ブレード1242の切断面を制約する。用具取り付け機構1330は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1240に接続され得る。DRAを用具取り付け機構1330または外科手術鋸1240に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレード1242の姿勢の追跡を可能にすることができる。 A second embodiment of the passive end effector is shown in FIG. Referring to FIG. 13, the passive end effector 1300 is an end effector coupler (eg, end effector coupler of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes a base 1302 configured to be attached to 22). The passive end effector 1300 further includes first and second mechanisms that extend between the rotatable connection to the base 1302 and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The rotatable connection is a ball joint that allows the movement of three DOFs, whether it is a swivel joint that allows the movement of one DOF or a universal joint that allows the movement of two DOFs. It may be. The first and second connecting segments 1310a and 1320a form the first planar mechanism, and the third and fourth connecting segments 1310b and 1320b form the second planar mechanism. The first connecting segment 1310a extends between a rotatable connection to a first location on the base 1302 and a rotatable connection to the end of the second connecting segment 1320a. The third connecting segment 1310b extends between a rotatable connection to a second location on the base 1302 and a rotatable connection to the end of the fourth connecting segment 1320b. The first and second locations on the base 1302 are spaced apart from each other on both sides of the base collar rotation axis when rotated by the robot arm. The distal ends of the second connecting segment 1320a and the fourth connecting segment 1320b from the base 1302 are rotatably connected to each other and to the tool mounting mechanism 1330. The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1310a to 1320a, and third and fourth connecting segments 1310b to 1320b) are centered around their rotatable connections, eg, one. It may be configured to swivel through a swivel joint with DOF motion to constrain the movement of the tool mounting mechanism 1330 to a range of movement within the work surface. The tool mounting mechanism 1330 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to swing to cut. The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1310a to 1320a, and third and fourth connecting segments 1310b to 1320b) cut the saw blade 1242 so that they are parallel to the working surface. Constrain. The tool mounting mechanism 1330 may be connected to the surgical saw 1240 via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. The DRA can be connected to the tool mounting mechanism 1330 or the surgical saw 1240 to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade 1242.

受動的なエンドエフェクタの第3の実施形態が図14に示される。図14を参照すると、受動的なエンドエフェクタ1400は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される、基部1402を含む。基部1402は、ロボットアームによって回転されたときに、基部1402の回転軸の両側の離間された場所から延在する、第1および第2の細長い基部セグメント1404aおよび1404bを含む。第1および第2の細長い基部セグメント1404aおよび1404bは、受動的なエンドエフェクタ1400に取り付けられたときに、ロボットアームのエンドエフェクタカプラから離れる方向に延在する。受動的なエンドエフェクタ1400は、細長い基部セグメント1404aおよび1404bへの回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する、第1および第2の機構をさらに含む。この実施形態について開示される回転可能な接続部のうちの1つ以上は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。 A third embodiment of the passive end effector is shown in FIG. Referring to FIG. 14, the passive end effector 1400 is an end effector coupler (eg, end effector coupler of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes a base 1402 configured to be attached to 22). The base 1402 includes first and second elongated base segments 1404a and 1404b extending from isolated locations on both sides of the rotation axis of the base 1402 when rotated by a robot arm. The first and second elongated base segments 1404a and 1404b extend away from the robot arm's end effector coupler when attached to the passive end effector 1400. The passive end effector 1400 further includes first and second mechanisms extending between the rotatable connection to the elongated base segments 1404a and 1404b and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. .. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment are swivel joints that allow the movement of one DOF or universal joints that allow the movement of two DOFs. It may also be a ball joint that allows the movement of three DOFs.

第1の機構は、第1の連結セグメント1411a、第2の連結セグメント1410a、第3の連結セグメント1420a、および第4の連結セグメント1430aを含む。第1および第2の連結セグメント1411aおよび1410aは、第1の細長い基部セグメント1404a上の離間された場所への回転可能な接続部と、第3の連結セグメント1420a上の離間された場所への回転可能な接続部との間で互いに平行に延在する。第3の連結セグメント1420aの端部は、第4の連結セグメント1430aの端部に回転可能に接続される。 The first mechanism includes a first concatenated segment 1411a, a second concatenated segment 1410a, a third concatenated segment 1420a, and a fourth concatenated segment 1430a. The first and second connecting segments 1411a and 1410a have a rotatable connection to an isolated location on the first elongated base segment 1404a and rotation to an isolated location on a third connecting segment 1420a. It extends parallel to each other with possible connections. The end of the third connecting segment 1420a is rotatably connected to the end of the fourth connecting segment 1430a.

第2の機構は、第5の連結セグメント1411b、第6の連結セグメント1410b、および第7の連結セグメント1420bを含む。第5および第6の連結セグメント1411bおよび1410bは、第2の細長い基部セグメント1404b上の離間された場所への回転可能な接続部と、第7の連結セグメント1420b上の離間された場所への回転可能な接続部との間で互いに平行に延在する。用具取り付け機構は、基部1402から第4および第7の連結セグメント1430aおよび1420bの遠位端への回転可能な接続部の間で延在する、第8の連結セグメント1440を含む。さらなる実施形態では、用具取り付け機構の第8の連結セグメント1440は、基部1402から離れる方向に、外科手術鋸1240に接続するように構成される回転可能なコネクタまで延在する、取り付け部材1442を含む。取り付け部材1442は、第7の連結セグメント1420bよりも第4の連結セグメント1430aに近い、第8の連結セグメント1440上の場所から延在する。 The second mechanism includes a fifth connecting segment 1411b, a sixth connecting segment 1410b, and a seventh connecting segment 1420b. The fifth and sixth connecting segments 1411b and 1410b have a rotatable connection to a distance on the second elongated base segment 1404b and rotation to a distance on the seventh connection segment 1420b. It extends parallel to each other with possible connections. The tool mounting mechanism includes an eighth connecting segment 1440 extending from the base 1402 to a rotatable connection to the distal ends of the fourth and seventh connecting segments 1430a and 1420b. In a further embodiment, the eighth connecting segment 1440 of the tool mounting mechanism includes a mounting member 1442 extending away from the base 1402 to a rotatable connector configured to connect to the surgical saw 1240. .. The mounting member 1442 extends from a location on the eighth connecting segment 1440, which is closer to the fourth connecting segment 1430a than the seventh connecting segment 1420b.

第1および第2の機構(連結セグメント1411a、1410a、1420a、1430aのセット、および連結セグメント1411b、1410b、1420bのセット)は、それらの回転可能な接続部を中心として旋回して、用具取り付け機構1440の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。用具取り付け機構1440は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレード1242を有する外科手術鋸1240に接続するように構成される。第1および第2の機構は、例えば、1つのDOFの運動を有する旋回関節を介して、作業面と平行になるように鋸ブレード1242の切断面を制約するように構成され得る。用具取り付け機構1440は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1240に接続され得る。DRAを、取り付け部材1442などの用具取り付け機構1440、または外科手術鋸1240に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレード1242の姿勢の追跡を可能にすることができる。 The first and second mechanisms (a set of connecting segments 1411a, 1410a, 1420a, 1430a, and a set of connecting segments 1411b, 1410b, 1420b) rotate around their rotatable connections to provide a tool mounting mechanism. The movement of 1440 may be configured to constrain the range of movement within the work plane. The tool mounting mechanism 1440 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to swing to cut. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cut plane of the saw blade 1242 so as to be parallel to the working plane, for example, via a swivel joint with one DOF motion. The tool mounting mechanism 1440 may be connected to the surgical saw 1240 via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. The DRA can be connected to a tool mounting mechanism 1440, such as a mounting member 1442, or a surgical saw 1240 to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade 1242.

図14の受動的なエンドエフェクタ1400は、切断面での回転軸を中心とした外科手術鋸の位置決めを可能にする平行アーキテクチャを有する。横平行四辺形の同期および/または異なる運動により、外科手術鋸の回転軸を切断面に位置決めすることが可能になる。 The passive end effector 1400 of FIG. 14 has a parallel architecture that allows the surgical saw to be positioned around the axis of rotation on the cut plane. Synchronous and / or different movements of the transverse parallelogram allow the axis of rotation of the surgical saw to be positioned on the cut surface.

受動的なエンドエフェクタの第4の実施形態が図15に示される。受動的なエンドエフェクタ1500は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される、基部1502を含む。基部1502は、ロボットアームによって回転されたときに、基部1502の回転軸の両側の離間された場所から延在する、第1および第2の細長い基部セグメントを含み得る。第1および第2の細長い基部セグメントは、互いに離れる方向に延在する。受動的なエンドエフェクタ1500は、基部1502への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する、第1および第2の機構をさらに含む。この実施形態について開示される回転可能な接続部のうちの1つ以上は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。 A fourth embodiment of the passive end effector is shown in FIG. The passive end effector 1500 is attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22 of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes base 1502, configured in. The base 1502 may include first and second elongated base segments that, when rotated by a robotic arm, extend from spaced locations on either side of the axis of rotation of the base 1502. The first and second elongated base segments extend away from each other. The passive end effector 1500 further includes first and second mechanisms extending between the rotatable connection to the base 1502 and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment are swivel joints that allow the movement of one DOF or universal joints that allow the movement of two DOFs. It may also be a ball joint that allows the movement of three DOFs.

第1の機構は、第1の連結セグメント1510aを含む。第2の機構は、第2のセグメント1510bを含む。用具取り付け機構は、第3の連結セグメント1520、第4の連結セグメント1530、第5の連結セグメント1540a、第6の連結セグメント1540b、および第7の連結セグメント1550を含む。第1および第2の連結セグメント1510aおよび1510bはそれぞれ、基部1502上の第1および第2の場所、例えば、基部1502から離れる方向に延在する第1および第2の細長い基部セグメントへの回転可能な接続部と、第3の連結セグメント1520の両端部にある回転可能な接続部との間に延在する。基部1502上の第1および第2の場所は、ロボットアームによって回転されたときに、基部の回転軸の両側に離間される。第4の連結セグメント1530は、第3の連結セグメント1520から基部1502に向かう方向に延在する。第5および第6の連結セグメント1540aおよび1540bは、第4の連結セグメント1530上の離間された場所への回転可能な接続部と、第7の連結セグメント1550上の離間された場所への回転可能な接続部との間で互いに平行に延在する。第7の連結セグメント1550は、外科手術鋸1240に接続するように構成される回転可能なコネクタを有するように構成される。 The first mechanism includes a first connecting segment 1510a. The second mechanism includes a second segment 1510b. The tool mounting mechanism includes a third connecting segment 1520, a fourth connecting segment 1530, a fifth connecting segment 1540a, a sixth connecting segment 1540b, and a seventh connecting segment 1550. The first and second connecting segments 1510a and 1510b are rotatable to first and second locations on the base 1502, eg, first and second elongated base segments extending away from the base 1502, respectively. Extends between the connection and the rotatable connections at both ends of the third connecting segment 1520. The first and second locations on the base 1502 are separated from each other on both sides of the rotation axis of the base when rotated by the robot arm. The fourth connecting segment 1530 extends in the direction from the third connecting segment 1520 toward the base 1502. Fifth and sixth connecting segments 1540a and 1540b are rotatable to isolated locations on the fourth connecting segment 1530 and rotatable to isolated locations on the seventh connecting segment 1550. It extends parallel to each other with the connection. The seventh connecting segment 1550 is configured to have a rotatable connector configured to connect to the surgical saw 1240.

第1〜第6の連結セグメント1510aおよびb、1520、1530、ならびに1540aおよびbは、それらの回転可能な接続部を中心として旋回して、第7の連結セグメント1550の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。第7の連結セグメント1550は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレード1242を有する外科手術鋸1240に接続するように構成される。第1〜第6の連結セグメント1510aおよびb、1520、1530、ならびに1540aおよびbは、例えば、1つのDOFの運動を有する旋回関節を介して、作業面に平行になるように鋸ブレード1242の切断面を制約するように構成され得る。第7の連結セグメント1550は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1240に接続され得る。DRAを第7の連結セグメント1550または外科手術鋸1240に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレード1242の姿勢の追跡を可能にすることができる。 The first to sixth connecting segments 1510a and b, 1520, 1530, and 1540a and b rotate around their rotatable connections to move the seventh connecting segment 1550 in the working plane. Can be configured to constrain the range of. The seventh connecting segment 1550 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to swing to cut. The first to sixth connecting segments 1510a and b, 1520, 1530, and 1540a and b cut the saw blade 1242 parallel to the work surface, for example, via a swivel joint with one DOF motion. It can be configured to constrain faces. The seventh connecting segment 1550 is connected to the surgical saw 1240 via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. obtain. The DRA can be connected to a seventh connecting segment 1550 or surgical saw 1240 to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade 1242.

受動的なエンドエフェクタの第5の実施形態が図16に示されている。受動的なエンドエフェクタ1600は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される、基部1602を含む。受動的なエンドエフェクタ1600は、基部1502への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する、第1および第2の機構をさらに含む。第1の機構は、第1の連結セグメント1610aを含む。第2の機構は、第2のセグメント1610bを含む。用具取り付け機構は、第3の連結セグメント1620、第4の連結セグメント1630、第5の連結セグメント1640a、第6の連結セグメント1640b、および第7の連結セグメント1650を含む。この実施形態について開示される回転可能な接続部のうちの1つ以上は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。 A fifth embodiment of the passive end effector is shown in FIG. The passive end effector 1600 is to be attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22 of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes a base 1602, configured in. The passive end effector 1600 further includes first and second mechanisms that extend between the rotatable connection to the base 1502 and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. The first mechanism includes a first connecting segment 1610a. The second mechanism includes a second segment 1610b. The tool mounting mechanism includes a third connecting segment 1620, a fourth connecting segment 1630, a fifth connecting segment 1640a, a sixth connecting segment 1640b, and a seventh connecting segment 1650. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment are swivel joints that allow the movement of one DOF or universal joints that allow the movement of two DOFs. It may also be a ball joint that allows the movement of three DOFs.

第1および第2の連結セグメント1610aおよび1610bはそれぞれ、基部1602上の第1および第2の場所への回転可能な接続部と、第3の連結セグメント1620の両端部にある回転可能な接続部との間に延在する。基部1602上の第1および第2の場所は、ロボットアームによって回転されたときに、基部1602の回転軸の両側に離間される。第4の連結セグメント1630は、第3の連結セグメント1620から、基部1602から離れる方向延在する。第5および第6の連結セグメント1640aおよび1640bは、第4の連結セグメント1630上の離間された場所への回転可能な接続部と、第7の連結セグメント1650上の離間された場所への回転可能な接続部との間で互いに平行に延在する。第7の連結セグメント1650は、外科手術鋸1240に接続するように構成される回転可能なコネクタを有するように構成される。 The first and second connecting segments 1610a and 1610b have a rotatable connection to the first and second locations on the base 1602 and a rotatable connection at both ends of the third connecting segment 1620, respectively. It extends between and. The first and second locations on the base 1602 are separated on both sides of the axis of rotation of the base 1602 when rotated by the robot arm. The fourth connecting segment 1630 extends away from the base 1602 from the third connecting segment 1620. Fifth and sixth connecting segments 1640a and 1640b are rotatable to isolated locations on the fourth connecting segment 1630 and rotatable to isolated locations on the seventh connecting segment 1650. It extends parallel to each other with various connections. The seventh connecting segment 1650 is configured to have a rotatable connector configured to connect to the surgical saw 1240.

第1〜第6の連結セグメント1610aおよびb、1620、1630、ならびに1640aおよびbは、それらの回転可能な接続部を中心として旋回して、第7の連結セグメント1650の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。第7の連結セグメント1650は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレード1242を有する外科手術鋸1240に接続するように構成される。第1〜第6の連結セグメント1610aおよびb、1620、1630、ならびに1640aおよびbは、作業面に平行になるように鋸ブレード1242の切断面を制約しながら旋回するように構成され得る。第7の連結セグメント1650は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1240に接続され得る。DRAを第7の連結セグメント1650または外科手術鋸1240に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレード1242の姿勢の追跡を可能にすることができる。 The first to sixth connecting segments 1610a and b, 1620, 1630, and 1640a and b rotate around their rotatable connections to move the seventh connecting segment 1650 in the working plane. Can be configured to constrain the range of. The seventh connecting segment 1650 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to swing to cut. The first to sixth connecting segments 1610a and b, 1620, 1630, and 1640a and b may be configured to swivel while constraining the cut plane of the saw blade 1242 so as to be parallel to the working plane. The seventh connecting segment 1650 is connected to the surgical saw 1240 via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. obtain. The DRA can be connected to a seventh connecting segment 1650 or surgical saw 1240 to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade 1242.

受動的なエンドエフェクタ1600は、外科手術鋸の回転軸を切断面に位置決めするための2つの直交する並進の動きを提供し、この2つの並進は、平行四辺形によって実装される。 The passive end effector 1600 provides two orthogonal translational movements for positioning the axis of rotation of the surgical saw on the cut plane, the two translations being implemented by a parallelogram.

受動的なエンドエフェクタの第6の実施形態が図17に示されている。受動的なエンドエフェクタ1700は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される、基部1702を含む。受動的なエンドエフェクタ1700は、基部1702への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する、第1および第2の機構をさらに含む。この実施形態について開示される回転可能な接続部のうちの1つ以上は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。第1および第2の機構は、平行四辺形の中心から各辺までの距離に沿って並進を提供するように接続される。第1の機構は、第1および第2の連結セグメント1710および1720bを含む。第1の連結セグメント1710は、基部1702への回転可能な接続部と第2の連結セグメント1720bの端部への回転可能な接続部との間に延在する。第2の機構は、第3の連結セグメント1720aを含む。用具取り付け機構は、第4の連結セグメント1730を含む。第2および第3の連結セグメント1720bおよび1720aは、基部1702から離れる方向に、第1の連結セグメント1710上の離間された場所への回転可能な接続部と第4の連結セグメント1730上の離間された場所への回転可能な接続部との間で互いに平行に延在する。第4の連結セグメント1730は、基部から離れる方向に、外科手術鋸1240に接続するように構成される回転可能なコネクタまで延在する、取り付け部材1732を含む。取り付け部材1732は、第2の連結セグメント1720bよりも第3の連結セグメント1720aに近い、第4の連結セグメント1730上の場所から延在する。 A sixth embodiment of the passive end effector is shown in FIG. The passive end effector 1700 is attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22 of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes a base 1702, configured in. The passive end effector 1700 further includes first and second mechanisms that extend between the rotatable connection to the base 1702 and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment are swivel joints that allow the movement of one DOF or universal joints that allow the movement of two DOFs. It may also be a ball joint that allows the movement of three DOFs. The first and second mechanisms are connected to provide translation along the distance from the center of the parallelogram to each side. The first mechanism includes first and second connecting segments 1710 and 1720b. The first connecting segment 1710 extends between a rotatable connection to the base 1702 and a rotatable connection to the end of the second connecting segment 1720b. The second mechanism includes a third connecting segment 1720a. The tool mounting mechanism includes a fourth connecting segment 1730. The second and third connecting segments 1720b and 1720a are separated from the rotatable connection on the first connecting segment 1710 and on the fourth connecting segment 1730 in a direction away from the base 1702. It extends parallel to each other with a rotatable connection to the location. The fourth connecting segment 1730 includes a mounting member 1732 extending away from the base to a rotatable connector configured to connect to the surgical saw 1240. The mounting member 1732 extends from a location on the fourth connecting segment 1730 that is closer to the third connecting segment 1720a than the second connecting segment 1720b.

第1〜第3の連結セグメント1710、1720b、1720aは、それらの回転可能な接続部を中心として旋回して、第4の連結セグメント1730の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。第4の連結セグメント1730は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレード1242を有する外科手術鋸1240に接続するように構成される。第1〜第3の連結セグメント1710、1720b、1720aは旋回し、かつ作業面に平行になるように鋸ブレード1242の切断面を制約するように構成され得る。第4の連結セグメント1730、例えば、その取り付け部材1732は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1240に接続され得る。DRAを、第4の連結セグメント1730、例えば、取り付け部材1732、または外科手術鋸1240に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレード1242の姿勢の追跡を可能にすることができる。 The first to third connecting segments 1710, 1720b, 1720a rotate around their rotatable connections to constrain the movement of the fourth connecting segment 1730 to the range of movement within the work plane. Can be configured. The fourth connecting segment 1730 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to swing to cut. The first to third connecting segments 1710, 1720b, 1720a may be configured to constrain the cut surface of the saw blade 1242 so that it is swiveled and parallel to the working surface. The fourth connecting segment 1730, eg, its mounting member 1732, may include, but is not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets via various mechanisms. Can be connected to a surgical saw 1240. The DRA can be connected to a fourth connecting segment 1730, such as a mounting member 1732, or a surgical saw 1240 to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade 1242.

受動的なエンドエフェクタの第7の実施形態が図18に示されている。受動的なエンドエフェクタ1800は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される、基部1802を含む。受動的なエンドエフェクタ1800は、基部1802への回転可能な接続部と用具取り付け機構への回転可能な接続部との間に延在する、第1および第2の機構をさらに含む。この実施形態について開示される回転可能な接続部のうちの1つ以上は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。第1の機構は、第1の連結セグメント1810aを含む。第2の機構は、第2の連結セグメント1810bを含む。用具取り付け機構は、第3の連結セグメント1820を含む。第1および第2の連結セグメント1810aおよび1810bはそれぞれ、基部1802上の第1および第2の場所への回転可能な接続部と、第3の連結セグメント1820の両端部にある回転可能な接続部との間に延在する。基部1802上の第1および第2の場所は、ロボットアームによって回転されたときに、基部1802の回転軸の両側に離間される。第3の連結セグメント1820は、基部1802から離れる方向に、外科手術鋸1240に接続するように構成される回転可能なコネクタまで延在する、取り付け部材1822を含む。取り付け部材1822は、第2の連結セグメント1810bよりも第1の連結セグメント1810aに近い、第3の連結セグメント1820上の場所から延在する。この実施形態について開示される回転可能な接続部のうちの1つ以上は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。 A seventh embodiment of the passive end effector is shown in FIG. The passive end effector 1800 is attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22 of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes a base 1802, configured in. The passive end effector 1800 further includes first and second mechanisms that extend between the rotatable connection to the base 1802 and the rotatable connection to the tool mounting mechanism. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment are swivel joints that allow the movement of one DOF or universal joints that allow the movement of two DOFs. It may also be a ball joint that allows the movement of three DOFs. The first mechanism includes a first connecting segment 1810a. The second mechanism includes a second connecting segment 1810b. The tool mounting mechanism includes a third connecting segment 1820. The first and second connecting segments 1810a and 1810b have a rotatable connection to the first and second locations on the base 1802 and a rotatable connection at both ends of the third connecting segment 1820, respectively. It extends between and. The first and second locations on the base 1802 are separated from each other on both sides of the axis of rotation of the base 1802 when rotated by the robot arm. The third connecting segment 1820 includes a mounting member 1822 extending away from the base 1802 to a rotatable connector configured to connect to the surgical saw 1240. The mounting member 1822 extends from a location on the third connecting segment 1820 that is closer to the first connecting segment 1810a than the second connecting segment 1810b. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment are swivel joints that allow the movement of one DOF or universal joints that allow the movement of two DOFs. It may also be a ball joint that allows the movement of three DOFs.

第1および第2の連結セグメント1810aおよび1810bは、それらの回転可能な接続部を中心として、基部1802と第3の連結セグメント1820との間で旋回して、取り付け部材1822の動きを作業面内の動きの範囲に制約するように構成され得る。いくつかの他の実施形態では、回転可能な接続部のうちの1つ以上は、動きが作業面に制約されないように、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。取り付け部材1822は、切断するために振幅するように構成される鋸ブレード1242を有する外科手術鋸1240に接続するように構成される。第1および第2の連結セグメント1810aおよび1810bは、作業面に平行になるように鋸ブレード1242の切断面を制約しながら旋回する。取り付け部材1822は、ねじ、ナットおよびボルト、クランプ、ラッチ、接合、圧入嵌合、または磁石を含み得るが、これらに限定されない、様々な機構を介して、外科手術鋸1240に接続され得る。DRAを、第3の連結セグメント1820、例えば、取り付け部材1822、または外科手術鋸1240に接続して、カメラ追跡システム6(図3)による鋸ブレード1242の姿勢の追跡を可能にすることができる。 The first and second connecting segments 1810a and 1810b swivel between the base 1802 and the third connecting segment 1820 about their rotatable connection to move the mounting member 1822 in the working plane. Can be configured to constrain the range of movement of. In some other embodiments, one or more of the rotatable connections are three, even universal joints that allow the movement of two DOFs so that movement is not constrained to the work surface. It may be a ball joint that allows the movement of the DOF. The attachment member 1822 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to swing to cut. The first and second connecting segments 1810a and 1810b rotate while constraining the cut surface of the saw blade 1242 so as to be parallel to the working surface. The mounting member 1822 may be connected to the surgical saw 1240 via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. The DRA can be connected to a third connecting segment 1820, such as a mounting member 1822, or a surgical saw 1240 to allow the camera tracking system 6 (FIG. 3) to track the posture of the saw blade 1242.

受動的なエンドエフェクタの第8の実施形態が図19に示されている。受動的なエンドエフェクタ1900は、外科手術ロボットによって位置決めされるロボットアーム(例えば、図1および2のロボットアーム18)のエンドエフェクタカプラ(例えば、図4および5のエンドエフェクタカプラ22)に取り付けられるように構成される、基部1902を含む。受動的なエンドエフェクタ1900は、第1の連結セグメント1910および第2の連結セグメント1920をさらに含む。第1の連結セグメント1910は、基部1902への回転可能な接続部と、第2の連結セグメント1920の一方の端部への回転可能な接続部との間に延在する。第2の連結セグメント1920のもう一方の端部は、用具取り付け機構に回転可能に接続される。回転軸q1、q2、およびq3は、ブレード1242に平面状の切断面を提供するように、互いに平行である。したがって、鋸1240の3つのDOFの運動には、x方向Tx、y方向Ty、およびz軸を中心とした回転方向Rzが含まれる。この実施形態について開示される回転可能な接続部のうちの1つ以上は、1つのDOFの運動を可能にする旋回関節であっても、2つのDOFの運動を可能にするユニバーサル関節であっても、3つのDOFの運動を可能にするボール関節であってもよい。 An eighth embodiment of the passive end effector is shown in FIG. The passive end effector 1900 is attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22 of FIGS. 4 and 5) of a robot arm (eg, robot arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. Includes base 1902, configured in. The passive end effector 1900 further includes a first concatenated segment 1910 and a second concatenated segment 1920. The first connecting segment 1910 extends between a rotatable connection to the base 1902 and a rotatable connection to one end of the second connecting segment 1920. The other end of the second connecting segment 1920 is rotatably connected to the tool mounting mechanism. The axes q1, q2, and q3 are parallel to each other so as to provide a planar cut surface for the blade 1242. Therefore, the movements of the three DOFs of the saw 1240 include the x-direction Tx, the y-direction Ty, and the rotational direction Rz about the z-axis. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment are swivel joints that allow the movement of one DOF or universal joints that allow the movement of two DOFs. It may also be a ball joint that allows the movement of three DOFs.

骨(例えば、脛骨および大腿骨)上の追跡マーカと共に、エンドエフェクタ基部1902および鋸1240に取り付けられた追跡マーカ52を使用して、切断中の患者の骨に対するブレード1242およびブレード先端のリアルタイムの場所を正確かつ連続的に監視することができる。他の図には明示的に示されていないが、切断中の患者の骨に対するブレードの場所を追跡するために、すべての実施形態において、追跡マーカを鋸1240およびすべてのエンドエフェクタ1902に取り付けることができる。示されていないが、追跡マーカの代替として、または追跡マーカに加えて、常に鋸ブレードの先端がどこにあるかを正確に決定するために、エンコーダを連結セグメント1910および1920の各々の中に位置決めすることができる。 Real-time location of blade 1242 and blade tip to the bone of the patient being amputated using tracking markers attached to the end effector base 1902 and saw 1240, along with tracking markers on bone (eg, tibia and femur). Can be monitored accurately and continuously. Although not explicitly shown in other figures, in all embodiments a tracking marker is attached to the saw 1240 and all end effectors 1902 to track the location of the blade relative to the bone of the patient being cut. Can be done. Although not shown, as an alternative to tracking markers, or in addition to tracking markers, encoders are always positioned within each of the connecting segments 1910 and 1920 to determine exactly where the tip of the saw blade is. be able to.

例示的な外科手術処置
手術室(OR)で外科手術ロボット4を使用する例示的な外科手術処置としては、以下を挙げることができる。
任意選択のステップ:外科手術は医療画像に基づいて術前に計画される。
Exemplary Surgical Procedures Examples of exemplary surgical procedures using the surgical robot 4 in the operating room (OR) include:
Optional step: Surgery is planned preoperatively based on medical images.

1.外科手術ロボット4システムは、手術室(OR)の外側にある。看護師は、患者が外科手術の準備を受けているときに、システムをORに運ぶ。 1. 1. The surgical robot 4 system is outside the operating room (OR). The nurse carries the system to OR when the patient is preparing for surgery.

2.看護師は、ロボットの電源を入れ、ロボットアームを展開する。看護師は、ロボットおよび追跡システムの精度を検証する。 2. The nurse turns on the robot and deploys the robot arm. The nurse verifies the accuracy of the robot and tracking system.

3.滅菌された受動的なエンドエフェクタの場合、手術室看護師がロボットアーム上に滅菌ドレープを付け、矢状鋸を備えた受動的なエンドエフェクタをロボットアーム上に装着する。手術室看護師は、受動的なエンドエフェクタをロック機構でロックする。(必要な場合)手術室看護師はドレープを介してDRAを受動的な構造に取り付ける。滅菌されていない受動的なエンドエフェクタの場合、ロボットアーム上に受動的なエンドエフェクタを取り付けた後にドレープが配置され、DRAは間にドレープが介在する状態で受動的なエンドエフェクタに取り付けられ、滅菌鋸または鋸ブレードは間にドレープが介在する状態で受動的なエンドエフェクタに取り付けられる。エンドエフェクタカプラに対する鋸ブレードの位置を固定するために、ロック機構を係合させる。 3. 3. For sterilized passive end effectors, operating room nurses attach sterile drapes on the robot arm and mount passive end effectors with sagittal saws on the robot arm. The operating room nurse locks the passive end effector with a locking mechanism. The operating room nurse attaches the DRA to the passive structure via a drape (if required). For non-sterile passive end effectors, the drape is placed after mounting the passive end effector on the robot arm, and the DRA is mounted on the passive end effector with a drape in between and sterilized. The saw or saw blade is attached to a passive end effector with a drape in between. Engage the locking mechanism to secure the position of the saw blade with respect to the end effector coupler.

4.外科医は、ナビゲーションマーカを患者の骨(複数可)、例えば、脛骨および大腿骨に取り付ける。骨は、例えば、Hornポイントツーポイントアルゴリズム、面合わせアルゴリズム、または他のアルゴリズムを使用して、カメラ追跡システム6と位置合わせされる。軟部組織バランスの評価を実施することができ、これにより、本システムは、例えば、外科医が異なる方向に力(例えば、内反/外反力)を加えたときの大腿骨と脛骨の相対的な動きを追跡することによって、外科医が手術室内で軟部組織バランスを評価することを可能にする。軟部組織バランスの情報を使用して、外科手術計画を変更することができる(例えば、インプラント部品の移動、インプラントタイプの変更など)。 4. The surgeon attaches navigation markers to the patient's bones (s), such as the tibia and femur. The bone is aligned with the camera tracking system 6 using, for example, a horn point-to-point algorithm, a face-to-face algorithm, or other algorithm. An assessment of soft tissue balance can be performed, which allows the system to, for example, be relative to the femur and tibia when the surgeon applies force in different directions (eg, varus / valgus force). Tracking movement allows the surgeon to assess soft tissue balance in the operating room. The soft tissue balance information can be used to change the surgical plan (eg, implant part movement, implant type change, etc.).

5.外科医が骨を切断する準備が整うと、手術室看護師は、外科手術ロボット4を手術される膝の近くに手術台へと運び、床上で外科手術ロボット4を安定化する。本システムは、すべての切断面がロボットおよび受動的な構造の作業空間にあるように、ロボット4の位置を見つける際に看護師を誘導することができる。 5. When the surgeon is ready to cut the bone, the operating room nurse brings the surgical robot 4 to the operating table near the knee to be operated on and stabilizes the surgical robot 4 on the floor. The system can guide the nurse in locating the robot 4 so that all cut surfaces are in the working space of the robot and passive structures.

6.外科医は、(切断される骨、所望の切断面など)最初の切断を行う外科医の計画に従って、外科手術ロボット4の画面で異なるパラメータを選択する。 6. The surgeon selects different parameters on the screen of the surgical robot 4 according to the surgeon's plan to make the first cut (bone to be cut, desired cut surface, etc.).

7.外科手術ロボット4は、鋸ブレードの切断面と目標面とが一致し、鋸ブレードが、受動的なエンドエフェクタの用具取り付け機構の動きの範囲内にある、切断される解剖学的構造からの距離に位置決めされるように、ロボットアーム22を自動的に移動させて、受動的なエンドエフェクタを再位置決めする。 7. In the surgical robot 4, the cutting surface of the saw blade coincides with the target surface, and the saw blade is within the movement of the passive end effector tool mounting mechanism, and the distance from the anatomical structure to be cut. The robot arm 22 is automatically moved to reposition the passive end effector so that it is positioned at.

8.外科医は受動的なエンドエフェクタをロック解除する。 8. The surgeon unlocks the passive end effector.

9.外科医は、受動的な的エンドエフェクタによって提供される切断面に制約された切断を実施する。外科手術ロボット4は、骨に対する鋸ブレードの追跡された場所のリアルタイム表示を提供することができ、それにより、外科医は骨を取り除く進捗を監視することができる。1つの方法では、追跡サブシステムは、カメラ画像と、鋸、ロボットアーム、エンドエフェクタ、大腿骨、および脛骨に取り付けられた様々な追跡マーカとに基づいて、骨に対する鋸の場所をリアルタイムで処理する。次いで、外科医は、切断が完了すると、ロック機構を使用して受動的なエンドエフェクタをロックすることができる。 9. The surgeon makes a cut constrained to the cut surface provided by the passive end effector. The surgical robot 4 can provide a real-time display of the tracked location of the saw blade against the bone, which allows the surgeon to monitor the progress of bone removal. In one method, the tracking subsystem processes the location of the saw relative to the bone in real time based on camera images and various tracking markers attached to the saw, robotic arm, end effector, femur, and tibia. .. The surgeon can then use the locking mechanism to lock the passive end effector once the amputation is complete.

10.外科医は、画面上で実行する次の切断を選択し、前と同じように続行する。 10. The surgeon selects the next cut to be performed on the screen and continues as before.

11.外科医は、試行的なインプラント配置および中間の軟部組織バランス評価を実施することができ、かつそれらに基づいて、インプラント計画および関連付けられた切断を変更することができる。 11. The surgeon can perform trial implant placement and intermediate soft tissue balance assessments, and based on them, can modify the implant plan and associated amputation.

12.すべての切断の完了後、看護師は外科手術ロボット4を手術台から取り除き、受動的なエンドエフェクタをロボットアームから装着解除する。 12. After completing all cuts, the nurse removes the surgical robot 4 from the operating table and disengages the passive end effector from the robot arm.

13.外科医は、インプラントを配置し、外科手術を終了する。 13. The surgeon places the implant and completes the surgery.

上記のステップ9では、骨の周りの組織および靭帯と、切断により作り出されるデブリと、骨の近くにある他の外科手術器具とにより、医師が切断の進捗を視覚的に確認することが困難な場合がある。目視による確認が許容可能な場合でも、骨の後方部分が切断されるなど、医師が見ることができない骨のエリアがある。 In step 9 above, the tissue and ligaments around the bone, the debris produced by the amputation, and other surgical instruments near the bone make it difficult for the physician to visually see the progress of the amputation. In some cases. Even if visual confirmation is acceptable, there are areas of bone that are not visible to the doctor, such as amputation of the posterior part of the bone.

有利には、本発明の1つのロボットシステムの実施形態は、骨が多次元で切断されている進捗を医師が確認するための方法を提供する。カメラ追跡システム6は、エンドエフェクタ基部(1100、1202、1302、1402、1502、1602、1702、1802、1902)、ロボットアーム20、および鋸(1140、1240)に取り付けられた追跡マーカと共に、追跡サブシステム830およびコンピュータサブシステム820が、骨に対する鋸ブレードの正確な位置をリアルタイムで計算することを可能にし、それにより、外科医は、骨の取り除きの進捗を監視することが可能になる。 Advantageously, one embodiment of the robotic system of the present invention provides a way for a physician to confirm the progress of a multidimensional cut of bone. The camera tracking system 6 includes a tracking sub, along with tracking markers attached to the end effector base (1100, 1202, 1302, 1402, 1502, 1602, 1702, 1802, 1902), robot arm 20, and saw (1140, 1240). The system 830 and computer subsystem 820 allow the exact position of the saw blade with respect to the bone to be calculated in real time, allowing the surgeon to monitor the progress of bone removal.

図20は、外科手術処置中の骨の切断の進捗を示すディスプレイのスクリーンショットである。図20は、側面図、AP図、および上面図の3つの画像を表示するサブシステム830および820を示している。各画像において、骨(例えば、脛骨2000)に対する鋸ブレード1242のリアルタイムの場所がディスプレイ34に表示される。側面図および上面図は、簡単には見ることができない鋸ブレードの位置を表示するため、医師にとってとりわけ有用な場合がある。ディスプレイの上部で、コンピュータサブシステム830、820は、切断プログラムの数、および現在作動中のプログラムがなんであるかを表示する。例えば、スクリーンショットが示すように、医師は、6つの平面状の切断をプログラムしている場合があり、現在の切断プログラムは第1の切断である。また、サブシステム830および820は、ブレードが進んだ可能性のある場所を追跡マーカによって追跡することができるため、特定の切断プログラムの骨の切断(切断された面積)がどれだけ完了したかを決定することができ、進捗率がディスプレイ34に表示される。骨画像自体は、より正確な表現のために、患者の身体の実際の画像から得られることが好ましい。骨画像は、皮質骨2004および海綿骨2002を示す輪郭線を用いてサブシステム820によって拡張される。切断に対する抵抗の量は2つのタイプの骨の間で大きく異なるため、これは医師にとって重要な場合がある。 FIG. 20 is a screenshot of a display showing the progress of bone cutting during a surgical procedure. FIG. 20 shows subsystems 830 and 820 that display three images: side view, AP view, and top view. In each image, the display 34 shows the real-time location of the saw blade 1242 with respect to the bone (eg, tibia 2000). Side and top views may be particularly useful to the physician as they display the position of the saw blade that is not easily visible. At the top of the display, computer subsystems 830, 820 show the number of disconnect programs and what programs are currently running. For example, as the screenshot shows, the doctor may have programmed six planar cuts, the current cutting program being the first cut. In addition, subsystems 830 and 820 can track where the blade may have advanced with a tracking marker, thus indicating how much bone cutting (cut area) of a particular cutting program has been completed. It can be determined and the progress rate is shown on the display 34. The bone image itself is preferably obtained from an actual image of the patient's body for a more accurate representation. Bone images are augmented by subsystem 820 with contours showing cortical bone 2004 and cancellous bone 2002. This can be important for physicians as the amount of resistance to amputation varies widely between the two types of bone.

拡張現実(AR)頭部装着型ディスプレイが使用される場合、コンピュータサブシステム820は、皮質骨および海綿骨を示す同じ輪郭線を生み出し、それを、医師が自身の頭を移動するのにつれて連続的に実際の脚の上に重ねることができる。すでに切断された面積を、暗い色合いで実際の骨の上にオーバーレイさせることができる。さらに、切断面積にわたって挿入されるインプラントを骨の上にオーバーレイさせて、医師がインプラントの平面に沿って切断が正しく行われていることを示すこともできる。これは、サブシステム830および820が追跡マーカおよびカメラサブシステムと共にブレードの位置および骨に対するブレードの動きの履歴を追跡することができるため、すべて可能である。 When an augmented reality (AR) head-mounted display is used, the computer subsystem 820 produces the same contours that show cortical and cancellous bones, which are continuous as the physician moves his or her head. Can be layered on the actual leg. The already cut area can be overlaid on the actual bone in dark shades. In addition, the implant inserted over the cut area can be overlaid on the bone to indicate that the doctor is performing the cut correctly along the plane of the implant. This is all possible because subsystems 830 and 820 can track the position of the blade and the history of blade movement with respect to the bone along with the tracking markers and camera subsystem.

ここで図21〜32を参照すると、整形外科手術の文脈において直接的なブレード誘導システムの例示的な実施形態が記載されている。図21、22、29、および30に示されるように、直接的なブレード誘導システム2100は、エンドエフェクタアーム(EEA)2102を保持するロボットシステムを含み得る。EEA2102は、ロボットアームのエンドエフェクタカプラに取り付けるように構成された基部を含み得る。本開示の原理に矛盾しないエンドエフェクタアームの他の例示的な実施形態は、図12〜19に関して記載されている。平面状の切断を達成するために、鋸ブレード2104は、それが振動する平面内で誘導されるべきである。鋸ブレードの高い振動周波数(例えば、200〜300Hz)は、機械的誘導の実現を困難にする。EEA2102は、EEA2102の先端2110の平面上での動きを実現するために使用され得る、いくつかの関節および連結部2106、2108を含み得る。図12〜18の実施形態と同様に、EEA2102の先端2110は、3つの自由度、平面上での2つの方向の動き、およびその平面に垂直な軸を中心とした回転を有し得る。EEA2102は、平面状の切断を可能にし、すべての角度から目標の骨に近づくことができる。システム2100は、ハンドピース2112およびブレードアダプタ2114を含むこともでき、各々は、EEA2102およびブレード2104に接続される。 Here, with reference to FIGS. 21 to 22, exemplary embodiments of a direct blade guidance system in the context of orthopedic surgery are described. As shown in FIGS. 21, 22, 29, and 30, the direct blade guidance system 2100 may include a robotic system that holds the end effector arm (EEA) 2102. The EEA2102 may include a base configured to attach to the end effector coupler of the robot arm. Other exemplary embodiments of the end effector arm that are consistent with the principles of the present disclosure are described with respect to FIGS. 12-19. To achieve planar cutting, the saw blade 2104 should be guided in the plane in which it vibrates. The high vibration frequency of the saw blade (eg 200-300 Hz) makes it difficult to achieve mechanical induction. The EEA2102 may include several joints and joints 2106, 2108 that can be used to achieve planar movement of the tip 2110 of the EEA2102. Similar to the embodiments of FIGS. 12-18, the tip 2110 of the EEA2102 may have three degrees of freedom, movement in two directions on a plane, and rotation about an axis perpendicular to that plane. EEA2102 allows for planar cutting and can approach the target bone from all angles. The system 2100 can also include a handpiece 2112 and a blade adapter 2114, each connected to an EEA 2102 and a blade 2104.

鋸ブレード2104を直接誘導する概念は、連結部2110の遠位端(EEA2102の遠位回転関節2116)の回転軸とブレードの振動軸とを一致させることを含む。矢状鋸は、鋸ブレード取り付け部に近い軸を中心として鋸ブレードの小さな回転の動き(振動/振幅)を生み出す実装機構の大部分に存在する。回転軸とEEA2102の遠位回転関節2116とを(連結部2108の遠位端で)一致させることにより、関節2116を、一般的な鋸ハンドピースの回転を可能にし、鋸ブレードの振動を可能にするように構成することができる。 The concept of directly guiding the saw blade 2104 includes aligning the axis of rotation of the distal end of the connection 2110 (the distal rotary joint of EEA2102) with the axis of vibration of the blade. Sagittal saws are present in most mounting mechanisms that produce small rotational movements (vibrations / amplitudes) of the saw blade around an axis near the saw blade attachment. By aligning the axis of rotation with the distal rotary joint 2116 of the EEA2102 (at the distal end of the connection 2108), the joint 2116 allows the rotation of a common saw handpiece and allows the saw blade to vibrate. Can be configured to:

鋸ブレード2104は、ブレードアダプタ2114によってEEA2102の遠位関節回転軸に連結されるように構成され得る。ブレードアダプタ2114は、鋸ブレード2104を締着するように構成され得る。ブレードアダプタ2114を適合させることにより、異なる矢状鋸をシステム2100に統合することができる。本開示に矛盾しないブレードアダプタ2114の例示的な構成を以下で考察する。例示的なブレードアダプタが図31に例示される。
恒久固定
恒久固定構成では、ブレード2104は、ブレードアダプタ2114に恒久的にクランプされ得る。ユーザ(例えば、手術室看護師)は、外科医が外科手術野を準備している間に、ブレード2104をブレードアダプタ2114に組み立てることができる。例示的な恒久固定構成は、以下を含み得る。
The saw blade 2104 may be configured to be connected to the distal joint rotation axis of the EEA2102 by a blade adapter 2114. The blade adapter 2114 may be configured to clamp the saw blade 2104. By adapting the blade adapter 2114, different sagittal saws can be integrated into the system 2100. An exemplary configuration of the blade adapter 2114 that is consistent with the present disclosure will be considered below. An exemplary blade adapter is illustrated in FIG.
Permanently Fixed In a permanently fixed configuration, the blade 2104 can be permanently clamped to the blade adapter 2114. The user (eg, operating room nurse) can assemble the blade 2104 to the blade adapter 2114 while the surgeon prepares the surgical field. An exemplary permanent fixed configuration may include:

ブレード2104は、ブレード2104に対してクランプ力を提供するように構成された、ねじまたはばね式ラッチなどの構成要素を使用して、ブレードアダプタ2114にしっかりとクランプされ得る。 The blade 2104 can be securely clamped to the blade adapter 2114 using components such as screws or spring-loaded latches that are configured to provide clamping force to the blade 2104.

ブレード2104は、ブレード2104をブレードアダプタ2114に固定するように構成される、スルーホールなどのインターフェースを含み得る。 The blade 2104 may include an interface such as a through hole configured to secure the blade 2104 to the blade adapter 2114.

ブレード2104およびブレードアダプタ2114は、あとでEEA2102上に提供される単一の再利用可能なデバイスとして製造され得る。例示的な実装例は、PEEKまたはステンレス鋼のブレードアダプタに取り付けられた金属ブレードを伴う。ブレードアダプタへのブレードの組み立ては、手術室看護師によって実施される。 The blade 2104 and blade adapter 2114 can be manufactured as a single reusable device later provided on the EEA2102. An exemplary implementation involves a metal blade attached to a PEEK or stainless steel blade adapter. Assembly of the blade to the blade adapter is performed by an operating room nurse.

ブレード2104およびブレードアダプタは、滅菌状態で届けられる使い捨て(単回使用)デバイスとして製造することもできる。例示的な実装例は、プラスチック射出成形技術を使用してオーバーモールドされた金属ブレードを伴う。 The blade 2104 and blade adapter can also be manufactured as a disposable (single-use) device delivered in a sterile condition. An exemplary implementation example involves a metal blade overmolded using plastic injection molding technology.

図22は、本開示の原理に矛盾しない例示的な実施形態であるシステム2200を例示している。この実施形態では、ブレードアダプタは、鋸ブレードの回転軸を中心として回転することができる基部、およびねじによってブレードをブレードアダプタ基部にクランプするクランプ構成要素内で鋸ブレードに恒久的に付着することができる。図23は、この構成に矛盾しないブレード2204、ブレードアダプタ2214、遠位回転関節2216、およびクランプ2218を例示している。これらの構成要素は、図21に関して先に記載される構成要素と同じであっても、同様であってもよい。
分離可能な固定
分離可能な固定構成では、ブレードを現場で迅速にブレードアダプタに取り付け、かつブレードアダプタから分離することができる。ブレードアダプタは、能動的(通常は閉じられており、電気信号によって開くクランプ機構)であっても、受動的(迅速結合および/または迅速解放機構)であってもよい、クランプ機構を統合する。
慣性モーメント
ブレードアダプタ2114は、ブレードの回転軸を中心として回転する結合された「ブレード/ブレードアダプタ」の慣性モーメントを大幅に増加させ得る。ブレードアダプタ2114が鋸ブレード2104と一緒に振動するとすぐに、不均衡な慣性により動的な力およびトルクが生み出され、力およびトルクが機械構造ならびに外科医の手に伝えられる。実装例を最適化するために、振動軸を中心とする振動要素の慣性を最小限に抑えることができる。つまり、振動軸と比べて振動要素の質量が軽く、近いほど優れている。ハンドピース誘導の概念に関する振動軸を中心とした鋸ブレード要素の慣性モーメントは次のとおりである。
FIG. 22 illustrates System 2200, which is an exemplary embodiment consistent with the principles of the present disclosure. In this embodiment, the blade adapter can be permanently attached to the saw blade within a base that can rotate about the axis of rotation of the saw blade and a clamp component that clamps the blade to the blade adapter base by a screw. it can. FIG. 23 illustrates a blade 2204, a blade adapter 2214, a distal rotary joint 2216, and a clamp 2218 that are consistent with this configuration. These components may or may be the same as those described above with respect to FIG.
Separable Fixation The separable fixation configuration allows the blade to be quickly attached to and separated from the blade adapter in the field. The blade adapter integrates a clamping mechanism that may be active (usually closed and opened by an electrical signal) or passive (rapid coupling and / or rapid release mechanism).
Moment of inertia The blade adapter 2114 can significantly increase the moment of inertia of a coupled "blade / blade adapter" that rotates about the axis of rotation of the blade. As soon as the blade adapter 2114 vibrates with the saw blade 2104, the imbalanced inertia creates dynamic forces and torques that are delivered to the mechanical structure and to the surgeon's hands. In order to optimize the mounting example, the inertia of the vibrating element centered on the vibrating axis can be minimized. That is, the mass of the vibrating element is lighter than that of the vibrating shaft, and the closer it is, the better. The moment of inertia of the saw blade element centered on the vibration axis related to the concept of handpiece induction is as follows.

Figure 2021053395
Figure 2021053395

Dはブレード振動軸と遠位関節回転軸との間の距離であり、Mはブレードの重量(鋸ブレード要素の重量)であり、Iはブレード振動軸を中心とした鋸ブレード要素の慣性モーメントである。次いで、慣性モーメントが直接的なブレード誘導の概念を用いてMDだけ低減する。これは、振動軸とブレード振動軸との間の距離が0である(軸が組み合わされている)ときに最小になる。 D is the distance between the blade vibration axis and the distal joint rotation axis, M is the weight of the blade (weight of the saw blade element), and I d is the moment of inertia of the saw blade element centered on the blade vibration axis. Is. The moment of inertia is then reduced by MD 2 using the concept of direct blade induction. This is minimized when the distance between the vibrating shaft and the blade vibrating shaft is 0 (the shafts are combined).

図24は、標準的なジグ2402を使用したシステムを例示している。本明細書で考察される原理の下では、直接的なブレード誘導は、図24に例示されるジグ2402などの標準的なジグによって提供されるものよりも長い、ブレードの有効切断長を提供し得る。Lは誘導長(鋸ブレードが誘導される長さ)を表し、Lはブレードの有効長を表す。直接的なブレード誘導の概念により誘導長を短くすることができるため、ブレードの有効長は結果的に長くなる。これは、外科医にとってより快適な場合があり、外科医はより多くの骨を貫いて切断することができる。 FIG. 24 illustrates a system using a standard jig 2402. Under the principles discussed herein, direct blade induction provides an effective cutting length for the blade, which is longer than that provided by standard jigs such as the jig 2402 illustrated in FIG. obtain. L G represents a leading elongate (length saw blade is derived), L E represents the effective length of the blade. Since the induction length can be shortened by the concept of direct blade induction, the effective length of the blade becomes long as a result. This can be more comfortable for the surgeon, who can cut through more bone.

切断の精度は、ロボットシステム、EEA2102、ハンドピース矢状鋸、鋸ブレードの振幅機構(ブレードアダプタ2114または2214)、および鋸ブレード2104、2204を含む、床から鋸ブレードの先端までの、ロボットシステムを構成する種々の要素の剛性によって決まる。直接的なブレード誘導では、鋸ブレードがブレードアダプタと直接締着されるため、ハンドピースのバックラッシュおよび不正確さが大幅に最小化されるか、または完全に阻止される場合がある。 Cutting accuracy includes a robot system, EEA2102, handpiece sagittal saw, saw blade amplitude mechanism (blade adapter 2114 or 2214), and saw blade 2104, 2204, from floor to saw blade tip, robot system. It depends on the rigidity of the various constituent elements. With direct blade guidance, the saw blade is fastened directly to the blade adapter, which can significantly minimize or completely prevent backlash and inaccuracy of the handpiece.

さらに、直接的なブレード誘導の概念は、様々な既存の矢状鋸との統合が容易になる場合があるブレードアダプタは、形状を単純にすることができる鋸ブレードを締着するだけでよい要素であるため、矢状鋸の形状に固有(製造業者固有)の構成要素を構築する必要がない場合がある。さらに、ブレードアダプタは簡単に滅菌することができる。これは、小さく軽量で比較的単純な機械要素であり、いずれの狭い空間もなく、簡単に分解することができるような方法で作製することができる。前述のように、ブレードアダプタを含むブレードは、単一の再利用可能なデバイスとして届けられる場合がある。
追跡
図25は、矢状鋸ハンドピース2112に取り付けられたナビゲーションマーカまたは一連のマーカ2500を含み得る、直接的なブレード誘導システム2100を例示している。マーカ2500により、矢状鋸をカメラ追跡システム6などのカメラによって追跡すること可能になる。光学追跡により、鋸の位置を測定することができるが、切断中に直接的な鋸ブレードの位置を測定することが難しい場合がある(ブレードの振動の高い周波数)。さらに、ブレード/鋸ハンドピース接続の剛性が低いため、追跡は、ブレード2104に対する鋸ハンドピース2112の偏向を直接測定することになる。
In addition, the concept of direct blade guidance may facilitate integration with various existing sagittal saws. Blade adapters can simplify the shape. Therefore, it may not be necessary to construct components that are unique to the shape of the sagittal saw (manufacturer specific). In addition, the blade adapter can be easily sterilized. It is a small, lightweight and relatively simple mechanical element that can be made in such a way that it can be easily disassembled without any narrow space. As mentioned above, blades, including blade adapters, may be delivered as a single reusable device.
Tracking FIG. 25 illustrates a direct blade guidance system 2100 that may include a navigation marker or a series of markers 2500 attached to the sagittal saw handpiece 2112. The marker 2500 allows the sagittal saw to be tracked by a camera such as the camera tracking system 6. Optical tracking allows the position of the saw to be measured, but it can be difficult to measure the position of the saw blade directly during cutting (high frequency of blade vibration). Moreover, due to the low stiffness of the blade / saw handpiece connection, tracking will directly measure the deflection of the saw handpiece 2112 with respect to the blade 2104.

直接的な鋸ブレードの位置を測定するために、図26は、EEA2102の関節に統合されたエンコーダ2600、2602、および2604を備えたシステム2100を例示している。エンコーダ測定は通常、光学追跡を使用するよりも高い周波数と回転精度で行うことができる。例えば、測定周波数は、鋸ブレードの振幅の周波数よりも少なくとも2倍高い場合がある。ブレードの位置信号を用いると、鋸の振動周波数、オン/オフ状態、(例えば、振動およびその派生物を解釈することによって)鋸ブレードが骨の中で動かなくなることなどの追加の有用な情報を抽出することができる。 To measure the position of the saw blade directly, FIG. 26 illustrates a system 2100 with encoders 2600, 2602, and 2604 integrated into the joints of the EEA2102. Encoder measurements can usually be made at higher frequencies and rotational accuracy than using optical tracing. For example, the measurement frequency may be at least twice as high as the frequency of the saw blade amplitude. The blade position signal provides additional useful information such as the vibration frequency of the saw, the on / off state, and the saw blade getting stuck in the bone (eg, by interpreting the vibration and its derivatives). Can be extracted.

本開示の原理に矛盾しない例示的な実施形態では、外科医によって保持される矢状鋸ハンドピースの振動を低減することができる。ハンドピースの振動を減少させることにより、触覚フィードバックを改善することができ、切断効率を増加させることができる。前述のように、外科医の手に伝えられる振動は、ブレード回転軸を中心としたブレード/ブレードアダプタの結合の不均衡な慣性によって生み出された、伝えられた動的な力およびトルクから生じる。 In an exemplary embodiment consistent with the principles of the present disclosure, vibration of the sagittal saw handpiece held by the surgeon can be reduced. By reducing the vibration of the handpiece, tactile feedback can be improved and cutting efficiency can be increased. As mentioned above, the vibrations transmitted to the surgeon's hand result from the transmitted dynamic forces and torques produced by the unbalanced inertia of the blade / blade adapter coupling around the blade rotation axis.

振動をフィルタリングすることにより、振動を低減するための1つのアプローチを達成することができる。図27では、減衰要素2700が、ハンドピース2112とEEA2102との間に接続され得る。これは、ゴム、空気圧、または油圧シリンダを使用して実装され得る。 By filtering vibrations, one approach can be achieved to reduce vibrations. In FIG. 27, the damping element 2700 may be connected between the handpiece 2112 and the EEA2102. It can be implemented using rubber, pneumatic, or hydraulic cylinders.

振動を低減するための別のアプローチは、鋸の回転軸を中心とした、結合された鋸/鋸アダプタの慣性のバランスを動的に保つことによって達成することができる。これは、同じ動力学で正反対の動きを実施する補正慣性を使用して、振動する鋸ブレードによって生み出された、伝えられる力およびトルクを動的に補正することによって実装することができる。図28および32は、機械的インバータ2800を使用してバランスを保つために補正慣性を主慣性に結合することができる、例示的な実施形態を例示している。
さらなる規定および実施形態:
本発明の概念の様々な実施形態の上記の説明において、本明細書において使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本発明の概念を限定することを意図しないことを理解されたい。別様に定義されない限り、本明細書において使用されるすべての用語(技術用語および科学用語を含む)は、本発明の概念が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されるような用語は、本明細書および関連する技術分野の文脈におけるそれらの意味に矛盾しない意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明確にそのように定義された理想化された、または過度に形式的な意味では解釈されないことをさらに理解されよう。
Another approach to reducing vibration can be achieved by dynamically balancing the inertia of the coupled saw / saw adapter around the axis of rotation of the saw. This can be implemented by dynamically compensating for the transmitted forces and torques produced by the oscillating saw blade, using compensating inertia that carries out the opposite movements in the same dynamics. FIGS. 28 and 32 illustrate exemplary embodiments in which the corrected inertia can be coupled to the main inertia to maintain balance using the mechanical inverter 2800.
Further provisions and embodiments:
In the above description of various embodiments of the concept of the invention, the terms used herein are for the purpose of describing a particular embodiment only and are not intended to limit the concept of the invention. I want you to understand. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the concepts of the invention belong. .. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as having a meaning consistent with their meaning in the context of this specification and related arts, and are defined herein. It will be further understood that it is not interpreted in such an idealized or overly formal sense.

ある要素が別の要素に対して「接続された(connected)」、「結合された(coupled)」、「応答する(responsive)」、またはそれらの変異型であるように参照される場合、その要素は、他の要素に直接接続、結合、もしくは応答することができるか、または介在する要素が存在してもよい。対照的に、ある要素が別の要素に対して「直接接続された(directly connected)」、「直接結合された(directly coupled)」、「直接応答する(directly responsive)」、またはそれらの変異型であるように参照される場合、介在する要素は存在しない。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。さらにまた、本明細書において使用される場合、「結合された(coupled)」、「接続された(connected)」、「応答する(responsive)」、またはそれらの変異型は、無線で結合、接続、または応答することを含むことができる。本明細書において使用される場合、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことを意図している。周知の機能または構造は、簡潔さおよび/または明確さのために詳細に説明されない場合がある。「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つ以上のいずれかおよびすべての組み合わせを含む。 When an element is referred to as being "connected", "coupled", "responsive", or a variant thereof to another element, that An element can directly connect to, join, or respond to other elements, or there may be intervening elements. In contrast, one element is "directly connected" to another, "directly coupled", "directly respond", or a variant thereof. When referenced as, there are no intervening elements. Similar numbers refer to similar elements throughout. Furthermore, as used herein, "coupled," "connected," "responsive," or variants thereof, are wirelessly bound and connected. , Or can include responding. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural form unless the context explicitly indicates otherwise. Well-known functions or structures may not be described in detail for brevity and / or clarity. The term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the related listed items.

本明細書では、第1、第2、第3などの用語を使用して様々な要素/動作を記載することがあるが、これらの要素/動作は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素/動作を他の要素/動作から区別するためにのみ使用される。したがって、いくつかの実施形態における第1の要素/動作は、本発明の概念の教示から逸脱することなく、他の実施形態における第2の要素/動作と呼ぶことができる。同じ参照番号または同じ参照符号は、明細書全体を通して同じまたは類似の要素を示す。 Although various elements / actions may be described herein using terms such as first, second, and third, these elements / actions should not be limited by these terms. Will be understood. These terms are used only to distinguish one element / action from another. Therefore, the first element / action in some embodiments can be referred to as the second element / action in other embodiments without departing from the teaching of the concept of the present invention. The same reference number or the same reference code indicates the same or similar elements throughout the specification.

本明細書において使用される場合、「備える(comprise)」、「備える(comprising)」、「備える(comprises)」、「含む(include)」、「含む(including)」、「含む(includes)」、「有する(have)」、「有する(has)」、「有する(having)」という用語、またはそれらの変異型は、制限がなく、1つ以上の記された特徴、整数、要素、ステップ、構成要素、または機能を含むが、1つ以上の他の特徴、整数、要素、ステップ、構成要素、機能、またはそれらのグループの存在もしくは追加を排除しない。さらにまた、本明細書において使用される場合、ラテン語の「例えば(exempli gratia)」から派生した一般的な略語「例えば(e.g.)」は、前述の項目の全般的な例(複数可)を紹介または指定するために使用されてもよく、かかる項目を限定することを意図するものではない。ラテン語の「すなわち(id est)」から派生した一般的な略語「すなわち(i.e.)」は、より全般的な列挙から特定の項目を指定するために使用されてもよい。 As used herein, "comprise," "comprising," "comprises," "include," "include," "includes." , "Have", "has", "having", or variants thereof, without limitation, one or more described features, integers, elements, steps, Includes components or functions, but does not preclude the existence or addition of one or more other features, integers, elements, steps, components, functions, or groups thereof. Furthermore, as used herein, the general abbreviation "eg (eg)" derived from the Latin word "eg (exempli gratia)" is a general example (s) of the above items. ) May be used to introduce or specify, and is not intended to limit such items. The general abbreviation "ie (ie)" derived from the Latin "ie (id est)" may be used to specify a particular item from a more general enumeration.

例示的な実施形態は、コンピュータ実装方法、装置(システムおよび/またはデバイス)および/またはコンピュータプログラム製品を示すブロック図および/またはフローチャート図を参照して本明細書において説明される。ブロック図および/またはフローチャート図のブロック、ならびにブロック図および/またはフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、1つ以上のコンピュータ回路によって実行されるコンピュータプログラム命令によって実装されることができることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令を汎用コンピュータ回路、専用コンピュータ回路、および/または他のプログラム可能なデータ処理回路のプロセッサ回路に提供して機械を生成することができ、それにより、コンピュータのプロセッサおよび/または他のプログラム可能なデータ処理装置を介して実行される命令は、トランジスタ、メモリの場所に記憶された値、およびかかる回路網内の他のハードウェア構成要素を変換および制御して、ブロック図および/またはフローチャートブロック(複数可)において指定された機能/作用を実装し、かつそれによって、ブロック図および/またはフローチャートブロック(複数可)において指定された機能/作用を実装するための手段(機能)および/または構造を作り出す。 Exemplary embodiments are described herein with reference to block diagrams and / or flow charts showing computer mounting methods, devices (systems and / or devices) and / or computer program products. It is understood that the blocks in the block diagram and / or the flow chart and the combination of blocks in the block diagram and / or the flow chart can be implemented by computer program instructions executed by one or more computer circuits. These computer program instructions can be provided to the processor circuits of general purpose computer circuits, dedicated computer circuits, and / or other programmable data processing circuits to generate machines, thereby computer processors and / or others. Instructions executed through the programmable data processing equipment of the computer transform and control transistors, values stored in memory locations, and other hardware components in such networks to block diagrams and /. Or means (functions) and means for implementing the function / action specified in the flowchart block (s) and thereby implementing the function / action specified in the block diagram and / or the flowchart block (s). / Or create a structure.

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に記憶された命令がブロック図および/またはフローチャートブロックまたは複数のブロックにおいて指定された機能/作用を実装する命令を含む製造物品を製造するように、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置が特定の様式で機能するように指示することができる有形のコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。したがって、本発明の概念の実施形態は、集合的に「回路網」、「モジュール」、またはそれらの変異型と称され得る、デジタル信号プロセッサなどのプロセッサで作動するハードウェアおよび/またはソフトウェア(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む)で具体化され得る。 These computer program instructions are also such that the instructions stored on a computer-readable medium produce a manufactured article containing instructions that implement a function / action specified in a block diagram and / or flow chart block or blocks. Alternatively, it may be stored on a tangible computer-readable medium that can instruct other programmable data processing equipment to function in a particular manner. Accordingly, embodiments of the concept of the present invention are hardware and / or software (firmware) running on a processor, such as a digital signal processor, which may be collectively referred to as a "network," "module," or variant thereof. , Including resident software, microcode, etc.).

また、いくつかの代替実装では、ブロックに記載されている機能/作用が、フローチャートに記載されている順序とは異なる順序で発生する場合があることにも留意されたい。例えば、連続して示されている2つのブロックは、関与する機能/作用に応じて、実際には実質的に同時に実行されてもよいかまたはブロックが逆の順序で実行されてもよい。さらに、フローチャートおよび/またはブロック図の所与のブロックの機能は、複数のブロックに分離されてもよく、および/またはフローチャートおよび/またはブロック図の2つ以上のブロックの機能は、少なくとも部分的に統合されてもよい。最後に、本発明の概念の範囲から逸脱することなく、図示されているブロックの間に他のブロックが追加/挿入されてもよく、および/またはブロックまたは動作が省略されてもよい。さらに、いくつかの図は、通信の主要な方向を示すために通信経路上に矢印を含んでいるが、通信は、描かれた矢印と反対の方向で発生する場合があることを理解されたい。 It should also be noted that in some alternative implementations, the functions / actions described in the blocks may occur in a different order than described in the flowchart. For example, two blocks shown in succession may actually be executed substantially simultaneously, or the blocks may be executed in reverse order, depending on the function / action involved. Further, the function of a given block of the flowchart and / or block diagram may be separated into multiple blocks, and / or the function of two or more blocks of the flowchart and / or block diagram may be at least partially. It may be integrated. Finally, other blocks may be added / inserted between the blocks shown and / or blocks or actions may be omitted without departing from the scope of the concept of the present invention. In addition, it should be understood that although some figures include arrows on the communication path to indicate the main direction of communication, communication may occur in the opposite direction of the drawn arrows. ..

本発明の概念の原理から実質的に逸脱することなく、実施形態に対して多くの変更および修正を行うことができる。すべてのかかる変更および修正は、本発明の概念の範囲内で本明細書に含まれることが意図される。したがって、上記で開示された主題は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきであり、添付の実施形態の例は、本発明の概念の趣旨および範囲内にあるすべてのかかる修正例、強化例、および他の実施形態を網羅することを意図するものである。したがって、法律で許容される最大限の範囲で、本発明の概念の範囲は、以下の実施形態の例およびそれらの均等物を含む本開示の最も広い許容可能な解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されるべきではない。

Many changes and modifications can be made to embodiments without substantially departing from the principles of the concept of the present invention. All such changes and modifications are intended to be incorporated herein within the scope of the concepts of the invention. Therefore, the subject matter disclosed above should be considered exemplary rather than limiting, and the examples of the accompanying embodiments are all such modifications within the spirit and scope of the concepts of the present invention. It is intended to cover enhancements and other embodiments. Therefore, to the maximum extent permitted by law, the scope of the concept of the invention should be determined by the broadest acceptable interpretation of the present disclosure, including examples of the following embodiments and their equivalents. , Should not be restricted or limited by the detailed description above.

Claims (20)

直接的なブレード誘導システムであって、
外科手術ロボットによって位置決めされるように構成されたロボットアームと、
前記ロボットアームのエンドエフェクタカプラに取り付けられるように構成された基部を含むエンドエフェクタアームであって、前記エンドエフェクタアームが、前記エンドエフェクタアームの遠位端に配設された遠位関節を含む複数の関節によって接続された複数の連結部を含む、エンドエフェクタアームと、
前記遠位関節を介して前記エンドエフェクタアームに接続されたブレードアダプタと、
前記ブレードアダプタに接続されたブレードと、
前記ブレードに接続されたハンドピースと、を備える、直接的なブレード誘導システム。
A direct blade guidance system
With a robot arm configured to be positioned by a surgical robot,
A plurality of end effector arms including a base configured to be attached to an end effector coupler of the robot arm, wherein the end effector arm includes a distal joint disposed at the distal end of the end effector arm. End effector arm, including multiple joints connected by joints,
A blade adapter connected to the end effector arm via the distal joint,
The blade connected to the blade adapter and
A direct blade guidance system comprising a handpiece connected to the blade.
前記ハンドピースが、矢状鋸ハンドピースである、請求項1に記載のシステム。 The system according to claim 1, wherein the handpiece is a sagittal saw handpiece. 各関節上に配設されたエンコーダをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising an encoder disposed on each joint. 追跡カメラが、前記エンコーダを追跡して前記ブレードの位置を測定するように構成されている、請求項3に記載のシステム。 The system of claim 3, wherein the tracking camera is configured to track the encoder and measure the position of the blade. 前記ブレードが、前記ブレードアダプタにクランプされている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade is clamped to the blade adapter. 前記ブレードが、前記ブレードアダプタに螺合されている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade is screwed onto the blade adapter. 前記ブレードおよびブレードアダプタが、単一のユニットとして統合されている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade and blade adapter are integrated as a single unit. 前記遠位関節の回転軸と、前記ブレードの振動軸とが一致している、請求項1に記載のシステム。 The system according to claim 1, wherein the rotation axis of the distal joint and the vibration axis of the blade coincide with each other. 前記ブレードアダプタおよび前記ブレードが、能動的なクランプ機構を介して取り付けられている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade adapter and the blade are attached via an active clamping mechanism. 前記ブレードアダプタおよび前記ブレードが、受動的なクランプ機構を介して取り付けられている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade adapter and the blade are attached via a passive clamping mechanism. 外科手術システムであって、
鋸ブレードによって切断される解剖学的構造の姿勢を決定し、前記鋸ブレードの姿勢を決定するように構成された追跡システムと、
外科手術ロボットであって、
ロボット基部、
前記ロボット基部に接続されたロボットアーム、
前記ロボット基部に対して前記ロボットアームを移動させるように動作可能に接続された少なくとも1つのモータ、を備える、外科手術ロボットと、
ブレード誘導システムと、を備え、前記ブレード誘導システムが、
前記ロボットアームのエンドエフェクタカプラに取り付けられるように構成された基部を含むエンドエフェクタアームであって、前記エンドエフェクタアームが、前記エンドエフェクタアームの遠位端に配設された遠位関節を含む複数の関節によって接続された複数の連結部を含む、エンドエフェクタアームと、
前記遠位関節を介して前記エンドエフェクタアームに接続されたブレードアダプタと、
前記ブレードアダプタに接続されたブレードと、
前記ブレードに接続されたハンドピースと、を備える、外科手術システム。
Surgical system
A tracking system configured to determine the orientation of the anatomical structure cut by the saw blade and to determine the orientation of the saw blade.
Surgical robot
Robot base,
A robot arm connected to the robot base,
A surgical robot comprising at least one motor operably connected to the robot base to move the robot arm.
The blade guidance system comprises a blade guidance system.
A plurality of end effector arms including a base configured to be attached to an end effector coupler of the robot arm, wherein the end effector arm includes a distal joint disposed at the distal end of the end effector arm. End effector arm, including multiple joints connected by joints,
A blade adapter connected to the end effector arm via the distal joint,
The blade connected to the blade adapter and
A surgical system comprising a handpiece connected to the blade.
前記ハンドピースが、矢状鋸ハンドピースである、請求項1に記載のシステム。 The system according to claim 1, wherein the handpiece is a sagittal saw handpiece. 各関節上に配設されたエンコーダをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, further comprising an encoder disposed on each joint. 前記追跡システムが、前記エンコーダを追跡して前記ブレードの位置を測定するように構成されている、請求項3に記載のシステム。 The system of claim 3, wherein the tracking system is configured to track the encoder and measure the position of the blade. 前記ブレードが、前記ブレードアダプタにクランプされている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade is clamped to the blade adapter. 前記ブレードが、前記ブレードアダプタに螺合されている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade is screwed onto the blade adapter. 前記ブレードおよびブレードアダプタが、単一のユニットとして統合されている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade and blade adapter are integrated as a single unit. 前記遠位関節の回転軸と、前記ブレードの振動軸とが一致している、請求項1に記載のシステム。 The system according to claim 1, wherein the rotation axis of the distal joint and the vibration axis of the blade coincide with each other. 前記ブレードアダプタおよび前記ブレードが、能動的なクランプ機構を介して取り付けられている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade adapter and the blade are attached via an active clamping mechanism. 前記ブレードアダプタおよび前記ブレードが、受動的なクランプ機構を介して取り付けられている、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the blade adapter and the blade are attached via a passive clamping mechanism.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022061972A (en) * 2020-10-07 2022-04-19 グローバス メディカル インコーポレイティッド Systems and methods for robot-assisted knee arthroplasty surgery
WO2022201827A1 (en) 2021-03-26 2022-09-29 日立建機株式会社 Transport vehicle and vehicle control system
CN116725684A (en) * 2022-09-27 2023-09-12 北京和华瑞博医疗科技有限公司 Joint operation device and surgical operation system
CN116725681A (en) * 2022-09-02 2023-09-12 北京和华瑞博医疗科技有限公司 End effector and surgical system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113208734B (en) * 2021-05-13 2022-02-22 德智鸿(上海)机器人有限责任公司 Surgical robot and positioning method
WO2024046425A1 (en) * 2022-09-02 2024-03-07 北京和华瑞博医疗科技有限公司 Quick-insert transmission member, end effector, and surgical system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6632170B1 (en) * 2000-11-27 2003-10-14 Biomec Inc. Articulated arm for holding surgical instruments
WO2007096322A2 (en) * 2006-02-23 2007-08-30 Abb Ab A system for controlling the position and orientation of an object in dependence on received forces and torques from a user
JP2008538184A (en) * 2005-02-22 2008-10-16 マコ サージカル コーポレーション Tactile guidance system and method
US20130172903A1 (en) * 2011-12-29 2013-07-04 Mako Surgical Corporation Surgical Tool for Robotic Arm with Rotating Handle
US20170128142A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-11 Mako Surgical Corp. Techniques for correcting an error in a nonvolatile memory of an embedded component for an end effector in a robotic surgical system
WO2018104523A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 Orthotaxy Surgical system for cutting an anatomical structure according to at least one target cutting plane
JP2019088781A (en) * 2017-11-10 2019-06-13 グローバス メディカル インコーポレイティッド Surgical robot system with retractor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080027449A1 (en) * 2006-07-28 2008-01-31 Depuy Products, Inc. Adapters to convert output motion of orthopaedic bone saws and bone drills
US11864745B2 (en) * 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robotic system with retractor
JP6968883B2 (en) * 2016-12-08 2021-11-17 オルトタクシ Surgical system that cuts anatomical structures along at least one target plane

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6632170B1 (en) * 2000-11-27 2003-10-14 Biomec Inc. Articulated arm for holding surgical instruments
JP2008538184A (en) * 2005-02-22 2008-10-16 マコ サージカル コーポレーション Tactile guidance system and method
WO2007096322A2 (en) * 2006-02-23 2007-08-30 Abb Ab A system for controlling the position and orientation of an object in dependence on received forces and torques from a user
US20130172903A1 (en) * 2011-12-29 2013-07-04 Mako Surgical Corporation Surgical Tool for Robotic Arm with Rotating Handle
US20170128142A1 (en) * 2015-11-10 2017-05-11 Mako Surgical Corp. Techniques for correcting an error in a nonvolatile memory of an embedded component for an end effector in a robotic surgical system
WO2018104523A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 Orthotaxy Surgical system for cutting an anatomical structure according to at least one target cutting plane
JP2019088781A (en) * 2017-11-10 2019-06-13 グローバス メディカル インコーポレイティッド Surgical robot system with retractor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022061972A (en) * 2020-10-07 2022-04-19 グローバス メディカル インコーポレイティッド Systems and methods for robot-assisted knee arthroplasty surgery
JP7265596B2 (en) 2020-10-07 2023-04-26 グローバス メディカル インコーポレイティッド A system for robot-assisted knee replacement surgery
WO2022201827A1 (en) 2021-03-26 2022-09-29 日立建機株式会社 Transport vehicle and vehicle control system
CN116725681A (en) * 2022-09-02 2023-09-12 北京和华瑞博医疗科技有限公司 End effector and surgical system
CN116725684A (en) * 2022-09-27 2023-09-12 北京和华瑞博医疗科技有限公司 Joint operation device and surgical operation system

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