JP4995826B2 - 毛嚢ユニットの採収および移植用の自動システム - Google Patents

Description

本発明は一般に、正確な診断および治療的医療処置を実施するための画像ガイドロボットシステムに関する。

植毛処置はよく知られており、通常は（例えば男性型禿頭症の患者の場合）患者の頭皮の側部および後部の外辺領域（「ドナーエリア」）から頭髪組織ドナーを採収し、採収した毛嚢ユニットを禿げた頭頂部（「レシピエントエリア」）に移植する。歴史的に、採集した移植組織は比較的大きかったが（３−５ｍｍ）、より最近では、ドナー組織は単一の毛嚢ユニットであり、これは頭皮表面にわたりランダムに分散され自然に続発的に集合する１−３（あまり一般でない場合に４−５）の近接した毛嚢である。

よく知られた処置では、外科用メスを用いて脂肪質の皮下組織へ切り入れて、ドナーエリアから頭皮の線形部分が取り除かれる。この小片は（顕微鏡下で）毛嚢ユニット成分へと切開され、これがレシピエントエリアに針で開けた各穿刺孔に移植される。鉗子を用いて個々の毛嚢ユニット組織を把持して穿刺位置に配置してもよいが、この処置を行うための他の器具や方法も知られている。

「Androgenetic Alopecia」（１９９６春号）において、M. Inaba とY. Inabaが、切断エッジと、毛嚢ユニットの重要な構造部分の直径とほぼ等しい直径１ｍｍの内部管腔とを具える中空のパンチニードルを配置することにより、単一の毛嚢ユニットを採収する方法を開示および記載している。このニードルパンチは、採取される毛嚢ユニットの軸と軸的に整列され、頭皮内へと進められて選択された毛嚢ユニットの周辺の頭皮を切開する。その後、毛嚢ユニットは例えば鉗子を用いて容易に取り去られ、特別に考案された挿入ニードルでレシピエントサイトに移植される。

米国特許出願公開２００５０２０３５４５（Cole）は、患者の皮膚の皮膚面に対する侵略深度および角度をより正確にした、個々の毛嚢ユニットを抽出する器具を開示している。

米国特許出願公開２００５０２６７５０６（Harris）は、最初に外皮層に鋭利なパンチで印を付け、次に別の鈍いパンチを切り口に挿入して毛嚢ユニットを周囲の組織や脂肪層から分離させることにより、毛嚢ユニットを抽出する方法および器具を開示している。

米国特許６，５８５，７４６（Gildenberg）は、ロボットを用いる頭髪移植システムを開示しており、これはロボットアームと、当該ロボットアームに付属する毛嚢導入器を具える。映像システムを用いて患者の頭皮の三次元仮想イメージを作成し、ロボットアームの制御下で毛嚢導入期により移植される毛髪組織を受ける頭皮位置を計画するのに用いる。ただし、自動化（例えばロボット工学）システムとこれを用いる毛嚢ユニットの採取および移植方法の双方についての様々な改良がなされ、「移植」は毛嚢ユニットを体表面のドナー領域から採集し、同じ処置の一部としてこの採集したユニットを体表面のレシピエント領域に移植することをいう。

本書に開示された発明の総合的な目的によると、画像ガイドロボットシステムなどの自動化システムが、正確に制御された毛嚢ユニットの採収および移植を実施するために用いられる。いくつかの実施例では、この自動化システムは可動アームと、当該可動アームに搭載されたツールと、前記可動アームに搭載された１またはそれ以上のカメラと、前記１またはそれ以上のカメラで撮像された画像を受信して処理するよう構成されたプロセッサと、前記プロセッサに機能的に接続され前記可動アームの配置の少なくとも一部を前記１またはそれ以上ののカメラで撮像され処理された画像に基づいて制御するよう構成されたコントローラとを具え、前記可動アームは前記ツールが近接する体表面に対し所望の向きとなるよう位置決め可能であることを特徴とする。

非限定的な例では、前記自動化システムはロボットシステムであり、前記可動アームはロボットアームであり、前記プロセッサおよびコントローラは、前記ロボットアームのビジュアルサーボにより前記ツールを位置決めするよう構成されてもよい。いくつかの実施例では、単一のカメラを用いて、前記プロセッサは前記カメラの参照座標系（reference coordinate system）を前記ロボットアームのツールフレーム参照座標系とともに登録するよう構成される。例えば、前記プロセッサは、前記ツールフレーム参照座標系の１またはそれ以上の軸に沿って前記ロボットアームが動くにつれ取得される固定の補正目標（calibration target）の画像に基づいて、カメラ参照座標系をツールフレーム参照座標系とともに登録する。別の実施例では、一対のカメラを前記ロボットアームに搭載し、前記プロセッサは前記カメラの各参照座標系を互いに、および前記ロボットアームの参照座標系とともに登録するよう構成される。ここでも、前記プロセッサは、前記ツールフレーム参照座標系の１またはそれ以上の軸に沿って前記ロボットアームが動くにつれ取得される固定の補正目標（calibration target）の画像に基づいて、各カメラ参照座標系をツールフレーム参照座標系とともに登録する。さらなる別の例では、１またはそれ以上のカメラは、前記ロボットアームに搭載された第１および第２のペアのカメラを具え、前記第１のペアは第１の視野の画像を取得し、前記第２のペアは前記第１の視野より実質的に狭い第２の視野の画像を取得するようフォーカスされている。この実施例では、前記プロセッサは、前記第１および第２のペアのカメラの参照座標系をそれぞれ互いに、および前記ロボットアームのツールフレーム参照座標系とともに登録する。ここでも、前記プロセッサは、前記ツールフレーム参照座標系の１またはそれ以上の軸に沿って前記ロボットアームが動くにつれ取得される固定の補正目標（calibration target）の画像に基づいて、各カメラ参照座標系をツールフレーム参照座標系とともに登録する。

様々な実施例において、前記ツールは、毛嚢ユニット採収ツールと毛嚢ユニット移植ツールの一方または双方を具える。様々な実施例において、前記プロセッサは、１またはそれ以上のカメラで撮像される画像内の毛嚢ユニットのおよその物理的境界を同定するよう構成されてもよい。例えば、前記プロセッサは、取得された画像内の毛嚢ユニットのおよその物理的境界を同定するよう構成され、これは体表面に埋め込まれた皮下基部領域と、前記体表面から延在する遠位先端領域とを具え、前記画像は皮下画像を含む。さらなる別の実施例では、前記体表面に空気流を向けるエアジェットが可動アームに設けられている。さらなる別の実施例では、移植される毛嚢ユニットの場所、位置、向き、深さの１以上のに関し、ユーザが命令を入力するユーザインターフェースが前記プロセッサとコントローラの一方または双方に設けられている。

本発明の別の態様によると、体表面から毛嚢ユニットを採収する方法が、（ｉ）体表面の画像を取得するステップと、（ｉｉ）取得した画像を処理して体表面の毛能を特定し、当該特定した毛嚢ユニットの関連位置および配向を決定するステップと、（ｉｉｉ）可動アームを具える自動化システムを用いて、少なくとも一部は処理した画像データに基づいて、前記採収ツールの長軸が前記毛嚢ユニットの長軸と整列するように、前記可動アームに搭載された採収ツールを前記特定された毛嚢ユニットの近くに位置決めするステップと、（ｉｖ）前記採収ツールを前記体表面に対して動かすことにより前記毛嚢ユニットを採収するステップとを具え、前記画像は前記可動アームに搭載された１またはそれ以上のカメラで取得される。

一実施例では、前記自動化システムはロボットシステムであり、前記可動アームは前記可動アームはロボットアームである。この実施例では、前記画像は前記ロボットアームに搭載された単一のカメラで取得され、前記方法がさらに、前記カメラの参照座標系を前記ロボットアームの参照座標系とともに登録する。例えば、前記カメラの参照座標系は、前記ロボットアームツールフレーム参照座標系の１またはそれ以上の軸に沿って前記ロボットアームが動くにつれ取得される固定の補正目標（calibration target）の画像に基づいて、ツールフレーム参照座標系とともに登録される。別のこのような実施例では、前記画像は前記ロボットアームに搭載された一対のカメラで取得され、前記方法がさらに、前記カメラの各参照座標系を互いに、および前記ロボットアームの参照座標系とともに登録するステップを具える。さらなる別のこのような実施例では、前記画像が前記ロボットアームに搭載された第１および第２のペアをそれぞれ用いて取得され、前記第１のペアは第１の視野の画像を取得し、前記第２のペアは前記第１の視野より実質的に狭い第２の視野の画像を取得するようフォーカスされている。さらなるこのような実施例では、前記方法はさらに、前記特定された毛嚢ユニットのおよその物理的境界を特定するステップを具え、これは（非限定的な例として）体表面に植え込まれた皮下基部領域と、前記体表面から延在する遠位先端領域とを特定するステップを具える。

本発明の別の態様によると、体表面に毛嚢ユニットを移植する方法が、（ｉ）体表面の画像を取得して移植場所を特定するステップと、（ｉｉ）可動アームを具える自動化システムを用いて前記可動アームに搭載された移植ツールを前記移植場所の近くの位置に位置決めするステップと、（ｉｉｉ）前記体表面に対して前記移植ツールを動かして前記体表面に毛嚢ユニットを移植するステップとを具え、前記画像は前記可動アームに搭載された１またはそれ以上のカメラで取得される。

非限定的な例では、前記自動化システムはロボットシステムであり、前記可動アームはロボットアームであり、前記移植ツールは前記ロボットアームのビジュアルサーボにより前記移植場所に位置決めされる。様々な実施例では、前記毛嚢ユニットが移植に先立って前記移植ツールに装填される。様々な実施例では、前記毛嚢ユニットは、前記体表面に対し所望の位置および向きに移植され、また前記体表面に所望の深さで移植される。いくつかの実施例では、前記方法はさらに、近くの頭髪および／または近接する移植片からの血液を一掃すべく、前記毛嚢ユニットを移植する前または同時に前記移植場所に空気流を向けるステップを含む。いくつかの実施例では、前記方法はまた、前記自動化システムのユーザインタフェースを介して、毛嚢ユニットを移植すべき場所、位置、向き、深さの１以上に関する命令を入力するステップを含んでもよい。

本発明のさらなる別の態様によると、毛嚢ユニットを移植する方法が、（ｉ）体表面の第１の領域の画像を取得し処理して、採集すべき毛嚢ユニットの関連位置および配向を特定するステップと、（ｉｉ）可動アームを具える自動化システムを用いて、採収ツールの長軸が前記毛嚢ユニットの長軸に整列するように、可動アームに搭載された採収ツールを前記特定された毛嚢ユニットの近くに位置決めするステップと、（ｉｉｉ）前記体表面に対して前記採収ツールを動かすことにより前記毛嚢ユニットを採収するステップと、（ｉｖ）前記体表面の第２の領域の画像を取得し処理して、移植場所を特定するステップと、（ｖ）前記自動化システムを用いて前記可動アームに搭載された移植ツールを前記移植場所の近くに位置決めするステップと、（ｖｉ）前記体表面に対して前記移植ツールを動かすことにより前記毛嚢ユニットを移植するステップとを具え、前記イメージはそれぞれ前記可動アームに搭載された１またはそれ以上のカメラで取得される。

本発明のさらなる別の態様は、例えば人間の頭皮といった体表面の毛嚢ユニットを採集し移植するためのマルチパーツツールアセンブリが提供される。一実施例では、このツールアセンブリは、相互関係で位置する一対の共軸配置されたカニューレを具え、これは内側管腔と開いた組織穿刺遠位端部とを具える外側「移植用」カニューレと、前記移植用カニューレの管腔内に配置された内側採収カニューレとからなる。この採収用カニューレは、開いた組織コアリング遠位端部と、毛嚢ユニットと摩擦係合して保持する寸法の内部管腔とを具える。このツールアセンブリは、ハンドヘルドで位置決めされてもよい。代替的に、このツールアセンブリは自動化システムすなわちロボットアームシステムの可動アームに取り付けられ、これにより位置決めされてもよい。採収および移植カニューレの一方または双方の、相互および／または残りのツールアセンブリ（ハンドヘルドであると自動位置決めシステムに搭載されているとを問わず）に対する動作は、多数の異なる機械的、電気機械的、空気式、液圧式、磁気式、および各カニューレに制御された動作を行わせる他の公知のシステムおよび機構により提供される。採収および移植カニューレは整列しているのが好ましいが、他の実施例も可能である。

採収のために、採収カニューレの長軸を、採収すべく選択した毛嚢ユニットの長軸に揃える。実施例によるが、選択した毛嚢ユニットに対する採収カニューレの位置決めは、マニュアルでも完全自動化によってもよい。一実施例では、ロボットアームを具える画像ガイドロボットシステムを用いて、採収カニューレと毛嚢ユニットを位置決めし整列させる。採収カニューレは毛嚢ユニットの上から進められ、その遠位のコアリング端部が皮下の毛嚢ユニットの周囲と下の皮下脂肪層に侵入する。その後、採収カニューレが体表面から抜かれ、採収カニューレの管腔内に保持される毛嚢ユニットが引き抜かれる。

体表面に対する採収カニューレの移動は、マニュアル、半自動化、完全自動化であってよい。採収カニューレは、ツールアセンブリがハンドヘルド型か可動アームに取り付けられているかに拘わらず、固定あるいは他のツールアセンブリに対して独立して移動可能である。ツールアセンブリが自動化（すなわちロボット）アームに搭載されている実施例では、体表面に対する採収カニューレの移動は、体表面に対してアームを動かしたり、自動化アームに対して採収カニューレを動かしたり、あるいはその組合せにより実現される。同様に、ハンドヘルド型の実施例では、体表面に対する採収カニューレの移動は、体表面に対してオペレータの腕を動かしたり、ツールアセンブリに対して採収カニューレを動かしたり、またはその組合せにより実現される。いくつかの実施例では、体表面に穿刺される際にその組織コアリングの効率を上げるべく、採収カニューレはその長軸周りで回転される。いくつかの実施例では、採収カニューレの管腔壁は、毛嚢ユニットを把持して引き抜くのを容易にすべく粗くなっている。いくつかの実施例では、選択的に真空源が採収カニューレの管腔に接続配置され、毛嚢ユニットを把持して引き抜くのを容易にすべく、近位方向へ「引」力を提供する。これらの構成はまた、採収後に毛嚢ユニットを採収カニューレの管腔内に留めるにも役に立つ。

移植にあたり、ツールアセンブリを（マニュアルまたは自動化システムを用いて）体表面のレシピエント領域の選択された移植場所に再配置する。移植カニューレの長軸は、移植時に毛嚢ユニットの所望の配向に揃えられる。ここでも、この整列はマニュアルでも自動化システムすなわち一実施例の画像ガイドロボットシステムを用いてもよい。移植カニューレの組織穿刺遠位端部が体表面内に進められ、移植される毛嚢ユニットを収容するのに適した深さとサイズの移植腔が形成される。この移植カニューレによる「穿刺動作」は、移植腔の組織表面の外傷を最小限とすべく、例えば検査用に少量の血液を採取するバネ式指刺し装置の動作のように、非常に高速で行われることが望ましい。

一実施例では、採収カニューレ管腔内に設けられた閉塞具（プランジャ）により、毛嚢ユニットは採収カニューレの管腔（採収されたまま保持されている）から軸方向に移植カニューレ管腔の遠位端部に移動される。この毛嚢ユニットの再配置は、体表面への移植カニューレの穿刺の前、最中、後に行うことができる。閉塞具はその後、閉塞具に対する並進移動により体表面から移植カニューレが引き抜かれる際に、移植腔内で毛嚢ユニットの相対位置を維持する。別の実施例では、毛嚢ユニットは、例えば閉塞具により、または袖手カニューレ管腔に接続配置された圧縮空気原を用いて「押す」力を遠位方向にかけることで、採収カニューレ管腔から直接的に移植腔内へと配置されてもよい。

本発明のさらなる態様によると、マルチパーツツールアセンブリを用いて毛嚢ユニットを移植する方法が、（ｉ）内部（「採収」）カニューレの長軸を、体表面のドナー領域から採収すべき選択した毛嚢ユニットの長軸に揃えるステップと、（ｉｉ）体表面に対して採収カニューレを前進させ、前記採収カニューレの開いた組織コアリング遠位端部が前記選択された毛嚢ユニットを囲む体表面に当該毛嚢ユニットを実質的に包囲するのに十分な深さまで穿刺するステップと、（ｉｉｉ）前記毛嚢ユニットを内部管腔に係止かつ保持した状態で前記採収カニューレを前記体表面から引き抜くステップと、（ｉｖ）外側（「移植」）カニューレを、共軸配置された前記採収カニューレの上へ進め、前記移植カニューレの組織穿刺遠位端部が体表面のレシピエント領域を穿刺しそこに移植腔を形成するステップと、（ｖ）前記毛嚢ユニットを前記採収カニューレの腔から前記移植腔へと置き換えるステップとを具える。

図１は、画像ガイドロボットシステム２５を示し、遠位のツールプレート２０に取り付けられたツールアセンブリ３０を有するロボットアーム２７を具えている。このロボットアーム２７は好適にはプログラム可能で、ＡｄｅｐｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．（www.adept.com）で製造され供給されているような種類のものである。他に本発明の実施例に適したロボットアームアセンブリのソースは、ＫｕｋａＲｏｂｏｔＧｒｏｕｐ（www.kuka.com）で製造され供給されている。このロボットアーム２７は、この分野でよく公知であるように、自由度６（ｘ、ｙ、ｚ、ω、ρ、ｒ）で遠位端部プレート２０の動きを正確に制御する。このような遠位端部プレートの動作は、ロボットアーム２７の各アームジョイント２１内に設けられたそれぞれのモータとエンコーダにより、高度な反復性と精密性（例えば２０ミクロン単位）で提供される。

様々なエンドエフェクタツールおよび／またはアセンブリをロボットアーム２７の遠位端部プレートに取り付けて、人間や動物患者に様々な処置を行うようにしてもよい。例えば、図１−２に示すツールアセンブリ３０は、人間の頭皮または他の体表面から／に毛嚢を採収／移植するよう設計されており、それぞれハウジング２２の管状伸長部２４から延在する、共軸配置された採収カニューレ３８と移植カニューレ３８とを具えている。カニューレ３６、３８は軸方向に硬質で、例えば超硬合金またはプラスチックでなり、組織の穿刺が容易なように壁薄である。移植カニューレ３６は、好適には針状組織穿刺尖端を具え、採収カニューレは好適には組織コアリング（すなわち鋸歯状の）尖端を具える。ロボットアーム２７は、自動的かつ正確に各採収および移植カニューレ３８、３６を、ツールアセンブリハウジング２２に取り付けられた１またはそれ以上のカメラ２８で取得された画像データから少なくとも部分的に供給される制御信号に基づいて、患者の体表面（例えば頭皮）に沿った所望の場所かつ所望の向きに位置決めする。

具体的に、そして非常に詳細にここに説明するように、ロボットアーム２７の動作は、ロボットアームの遠位端部（ツールアセンブリ３０近傍）に取り付けられた一対の「ステレオ」カメラ２８で取得される画像データから供給される制御信号に応答して、システムコントローラ（図示せず）に支配される。代替的な実施例では、単一のカメラのみを画像取得に用いる。代替的に、図２Ａに示し本書で詳細に説明するように、カメラ２８Ａと２８Ｂの複数のペアを用いて異なる視野（例えば広角や挟角）を取得してもよい。他のカメラ構成も可能である。

カメラ２８で取得された画像は、ロボットシステム２５に付属するコンピュータ（図１に示さず）で処理され、これがロボットアーム２７の動作を方向付ける制御信号をシステムコントローラに供給する。具体的には、画像はペア２８の角カメラで所望の倍率（例えば、一実施例では６ｘ乃至１０ｘの範囲）とデューティサイクル（例えば、一実施例では３０ヘルツ）で取得される。取得画像は、関心ある対象物の位置と向きを特定するため、コンピュータ上のソフトウェアで実現する公知の画像セグメントか技術を用いてデジタル化される。毛嚢の除去または移植を含む処置の場合、画像処理技術の有効性を向上すべく、処理の前に毛嚢を暗い色に着色することが望ましい。また、処理の前に関心領域内の毛嚢をほぼ均一な長さに切断することが望ましい。

当業者であれば理解できるように、証明やカメラのフィルタの調整、および様々な画像処理技術により皮膚表面下を視覚化することができる。これは、使用する光の波長によって皮膚表面による光の反射や吸収が変化するためである。さらに、皮膚内への光自体の浸透深度もまた波長により変化する。これらの光の特性の原則を理解して、可視光スペクトルや赤外線の双方を含む適切な波長の光を用いて、異なる波長の光を異なる画像フィルタを用いて取得し、画像処理で減算および／または合成を行い、毛嚢ユニット（毛嚢）の皮下部分の画像を取得する。このアプローチにより、皮膚の外側と同様に皮膚表面の下の毛嚢ユニットの毛髪の幹を、毛球も含め全体を視覚化することができる。

より具体的には、ロボットシステム２５は、３つの異なる参照フレームに対し自由度６（ｘ、ｙ、ｚ、ω、ρ、ｒ）の各々で遠位端部プレート（およびエンドエフェクタツールまたはアセンブリ）の正確な追従動作が可能である。「ワールドフレーム」は、ロボットアーム２７の基部２９の中心点を中心とするｘ、ｙ、ｚ座標を有し、ｘ−ｙ座標は、ロボットアーム２７の基部２９が取り付けられたテーブル２３の面上に沿って延在する。ワールドフレームのｚ軸は、前記テーブルに直交してロボットアーム２７の第１区画（first section）を通って延在する。最後に、「ベースフレーム」がワールドフレームとツールフレームに対し登録される。各カメラはまた、（二次元）カメラ座標システム（「カメラフレーム」）を有し、これはカメラの光軸（「カメラ軸」）がｘ、ｙ軸の減点を通る。ワールドフレーム、ツールフレーム、ベースフレーム、カメラフレームをそれぞれ整列させることにより、システムコントローラは、例えば患者の皮膚面から延在する毛嚢ユニットなど、ツールプレートに固定された物品を他の物品に対し正確に位置決めおよび配向させることができる。

カメラ軸を、ロボットアーム２５の遠位ツールプレートに固定されたエンドエフェクタツール（例えば、伸長針カニューレ）の軸と物理的に揃えるには、較正できることが事実上重要であり、したがってこれらの各軸の平行からの偏差と同様に、エンドエフェクタ「ツール軸」とカメラ軸の間の位置的および回転オフセットを補正するための情報を有する。初期マターとして、ロボットアーム２７の近位の基部２９はテーブル面２３に搭載され、したがってこのテーブル面はロボットシステムのワールドフレームのｘ−ｙ座標面に揃っている。したがって、このテーブル面の任意の点は、ワールドフレームのｘ−ｙ座標位置を有し、これはロボットアーム近位基部インタフェースとテーブル面２３の中心点に位置するワールドフレームの減点からのｘｙオフセット値（ｍｍで測定）により特定することができ、この点のワールドフレームにおけるｚ座標の位置はゼロに等しい。

図１３を参照すると、このような較正処理の一例は以下の通りである：ステップ１６０にて、ロボットアーム２７の遠位端部ツールプレートに固定された単一カメラのカメラ軸が、テーブル面２３上に位置する固定の「較正点」に整列される。次にロボットシステムのベースフレームが始動され、ベースフレームの減点が「較正点」に設定されて、カメラ軸がテーブル面の較正点と整列される。この初期位置が「ホーム」位置および向きと称され、このロボットアーム２７は較正点がなかった場合にも常にこの位置から開始する。ステップ１６２にて、ロボットアーム２７（すなわちカメラ）をベースフレームのｘ軸に沿って固定の距離（例えば５ｍｍ）動かすことによりベースフレームに対するカメラ画像のスケーリングと向きが特定し、これにより較正点は未だ得られる画像内に捕捉されているが、カメラ軸と揃わなくなる。カメラフレームのｘ−ｙ軸はベースフレームのｘ−ｙ軸と整列していないため、ベースフレームのｘ軸に沿った移動は、カメラフレームのｘとｙ方向の双方の移動となり、カメラフレーム内でのこの較正点の新たな位置が、再配置されたカメラ軸を含む画素と較正点を含む画素との間のｘとｙ方向の各画素数として測定される。

このプロセスが、ロボットアーム２７（およびカメラ）をベースフレームのｙ軸に沿って固定の距離（例えば５ｍｍ）動して、再び較正点の新たな位置のカメラフレームのｘ、ｙオフセットを測定することにより繰り返される。当業者であれば理解できるように、これらの測定により、ベースフレームのｘ−ｙ軸に対するカメラフレームのｘ−ｙ軸の画内の向きと同様に、ロボット／カメラのカメラ画像（画素）内での対象物の移動への物理的移動を（ｍｍ単位で）測定できる。さらに、ステップ１６０、１６２の測定および配向プロセスは、複合カメラシステムにおける各カメラで繰り返され、これにより各カメラ間の画像の動きの変動もまた特定され較正されうる。

ステップ１６４では、ベースフレームに対しカメラフレームを較正したら、再びカメラ軸がテーブル２３面上にある固定の較正点に整列され、ベースフレームは「ホーム」位置および向き（０，０，０，０，０，０）に戻される。次にロボットアーム２７は自由度６（ｘ、ｙ、ｚ、ω、ρ、ｒ）の１またはそれ以上において動かされ、ツールプレートに取り付けられたエフェクタツール（例えば針チップ）が較正点に接触する。ロボットアーム２７の動きを、ツール尖端が較正点に接触したときに開始時のツールフレームのホーム位置／向きから正確に追従することにより、システムコントローラは当初のホーム位置とカメラ軸との間の並進および回転オフセットを算出する。カメラはツールプレートに固定であるため、測定されるオフセットは一定であり、ツールフレームをカメラフレームに整列させる処理の間を通して使用される（拡張的にはベースフレームも）。

本書に詳細に記載されるように、例えば図１のカメラ対２８のようなステレオカメラ対を用いる場合、カメラの各光軸（およびカメラフーレム）は通常平行に設置または維持されておらず、例えば約１０度ほど僅かに傾いており、これは公知の画像処理技術で補正される。特に、各カメラフレームは共通のｘ（水平）軸に整列されており、パラレル画像に撮像された対象物の位置と向き（面内の奥行きを含む）は画像処理技術を用いて整列される。ステレオカメラ対２８を用いる利点の一つは、特定される対象物のカメラフレーム内での「奥行き」を、各（左右）カメラフレーム内での対象物のｘ、ｙ位置オフセットの差に基づいて算出できることである。具体的には、毛嚢ユニットの移植深度（「グラフト」）は美的面で重要であり、特に作業者の労力となる多数のグラフトを移植する場合に手作業で実現することへの挑戦となる。グラフトの移植が深すぎる場合はディボット状の外観となってしまい、移植が浅すぎる場合は瘤となるかグラフトがその位置に留まらない。

毛嚢ユニットなど選択した対象物の深さを算出するために、ステレオカメラ対で柄あられる左右の画像を最初に整列させる。各カメラ画像は水平方向に整列されるため、同じ対象物が２つの画像で同じ水平走査線に現れる。そして、カメラレンズに対し画像化される対象物の奥行きは既知の範囲（例えば、各カメラの焦点距離で確立される）であるため、第１の画像内で選択された対象物（例えば毛嚢ユニット）は、第２の画像内の候補物（すなわち同じ走査線上の）と対にした場合に対象物の有効奥行きを演算してどちらの「ペア」が可能な範囲の計算された奥行きを有するかを判定することにより、それ自体第２の画像に合致させることができる（これにより画像を互いに整列させる）。

ステレオカメラ対２８を用いる他の利点は、同じ基準フレーム内でエンドエフェクタツール（例えば、図１−２に示す毛嚢採収カニューレ３８）の位置と向きに関する画像データを取得する能力であり、皮膚面の関心ある対象物（例えば、毛嚢、皺、入れ墨、しみ等）の位置および向きに関する画像データが取得される。左右のカメラフレームはそれぞれ上述した単一カメラフレームと同じ方法でツールフレームで較正される。これらのオフセットが確立したら、エンドエフェクタツールと皮膚面上の対象物（例えば毛嚢ユニット）との相対的な位置と向きが、ツールフレームで特定され追跡される。

図１４は、画像取得に単一のカメラを用いて、毛嚢採収カニューレ３８の長軸の位置と向きを頭皮から延びる毛嚢ユニットの長軸と整列させるための、本発明の一実施例にかかる処理の簡略化したフロー図である。以下に詳細に説明するように、採収カニューレ３８は通常、カニューレ３８をドリル状に回転させたり素早く長軸に沿って反復突進させたりすることにより、毛嚢ユニット全体を包み、捕獲し、表皮の下の皮下脂肪組織から取り去るために、毛嚢ユニットの外側周辺の表皮と真皮に穿刺するための鋸歯状の遠位端部を有する中空の管上カニューレを具える。この採収カニューレは、例えば摩擦および／または弱い真空の補助により各毛嚢ユニットを抜き取り、取り去るために、これ自身を長手方向に動かしたり、ロボットアーム２７を長手方向に動かしたり、あるいはこれらの組合せにより前進および後退される。例えば、ツールアセンブリ３０は、ロボットシステム２５とは別の自身のコントローラと駆動システムを具えてもよい。

図３−１１の実施例の説明とともに、毛嚢採収・移植ツールアセンブリ３０のより詳細な説明が以下に提供される。採収カニューレ３８の長軸を毛嚢ユニットの長軸に揃えるための位置決めおよび配向プロセスは、ただ毛髪を除去しおよび／または移植する処理より広い適用性がある。非限定的な例では、ほぼ同じ位置決めおよび配向処理を、レーザまたは注射針を患者の皮膚面の所望の物理的特徴および／または場所に適した時期に正確な方法で整列させるのに用いてもよい。

ロボットシステム２５を始動して較正した後は、カメラフレームはツールフレーム（図１３に関連して上述）と整列され、画像データがシステムコンピュータにより取得され処理されて、カメラフレーム内の関心ある対象物が特定される。例えば、図１５は、人間の表皮の関心ある領域１５０の毛嚢ユニットの画像イメージである。この関心領域１５０の画像から、コンピュータ内に実装された画像分割およびスクリーニングソフトが、頭皮から採収する１またはそれ以上の特定の関心ある毛嚢ユニットを同定する。図１６を参照すると、選択された毛嚢ユニット１５２の位置がカメラフレーム内でｘ、ｙオフセット座標で特定され（ｚ軸はカメラの光軸となり、好適には実質的に領域１５０の頭皮面に直交することが望ましい）。カメラ軸が毛嚢ユニット１５２の長軸に正確に整列される（毛幹のエンドビューを表す丸い点として毛嚢ユニットが見える場合）まで、毛嚢ユニットの画像は、毛嚢ユニットに対するカメラフレームの角度に依存する「明白な」長さの細長い線となる。毛嚢ユニットの物理的属性により、画像分割処理の一部として、その基部（すなわち、真皮から生えている端部）は容易に尖端と区別することができる。例えば、この基部は異なる輪郭を有し、通常は遠位の尖端部より太い。また、毛嚢ユニットの物影は、明確に基部に「取り付け」られているため通常特定できる。

カメラフレーム内での毛嚢ユニット基部のｘ、ｙ位置がその後算出され、これが毛髪の基部のオフセット位置を示す。毛嚢ユニットの配向オフセット１５２もまた、（ｉ）カメラフレームのｘ（またはｙ）と同じ面に対する同定された毛嚢ユニットにより形成される面内角度αと、（ｉｉ）毛嚢ユニットの幹と頭皮との間すなわち毛嚢ユニットとカメラフレームのｘ、ｙ軸平面との間に形成された「明確な」面外角度δとで算出される。上記したように、処置の前に毛幹を例えば２ｍｍといった実質的に公知の長さに刈り揃えるのが望ましく、これにより面外角度δを、毛嚢ユニットの画像で測定される明確な長さと仮定される実際の長さとの比に基づいて算出することができ、この比は面外角度δのコサインと等しい。

図１４を参照すると、ステップ１４２にて、上記のように、選択された毛嚢ユニットについてのｘ、ｙ位置と向きのオフセットが特定される。コンピュータはその後、カメラ軸が算出されたオフセットと同じ位置と向きに整列するようにロボットアーム２７の必要な動作を算出する。ベースフレームとツールフレームも同じｘ、ｙおよび回転オフセットで「移動」され（すなわち、角度αとδの双方が０に等しくなるまで）、これによりカメラ、ベース、およびツールフレームが新たな位置でカメラ軸の向きに整列する。システムに内在する潜在的な変動やエラーにより（例えば、毛嚢ユニットの長さに関する）、毛嚢ユニットの実際の位置と向きは演算値と合致しないこともある。このため、ロボットアーム２７（およびカメラ軸）が算出された位置と回転オフセットに移動されたら、毛嚢ユニットを再び撮像して、（ステップ１４６で）カメラ軸が毛嚢ユニットの位置および向きに許容度内で整列されているかの判定が行われる。カメラ軸が毛嚢ユニットに適切に整列したら、（ステップ１４８で）ロボットアーム２７は、採収カニューレ３８を「追認された」カメラ軸の位置に整列すべく最後に動かされる（すなわち、上記較正処理で得られたオフセットに基づいて）。しかしながら、（ステップ１４６で）カメラ軸が適切に毛嚢ユニットに整列していない場合、新たなカメラ軸の位置からステップ１４２−１４６が繰り返される。

当業者であれば理解できるように、本発明の実施例では、画像取得と処理の頻度は実質的にロボットアーム２７の動作より速く、そしてカメラ軸に対する選択された毛嚢ユニットの位置および向きのオフセットを特定し算出する処理は、ロボットアームの移動時に「オン−ザ−フライ」で効率的に実行可能である。このように、ロボットアーム２７（および採収カニューレ３８）の最終目的地（すなわち位置と向き）は、（選択的に）採収カニューレ３８が毛嚢ユニットと調整すべく移動される際に定期的に調整される（すなわち精密調整）。このような調整は即座に行われるため、ロボットアーム２７の動作は流動的で流暢である。この反復フィードバック処理は「ビジュアルサーボ」と称され、毛嚢ユニットの画像が小さくなって線から点に変化するまで、継続的に採収カニューレ３８の所望の位置や向きを算出して精度を上げる。

このように、画像ガイドロボットシステム２５は、患者の頭皮の関心領域内の多数の毛嚢ユニットの位置と向きを特定し、その後毛嚢ユニットの一部または全部を正確に採収する自動または半自動の処理を実行するのに用いられる。ロボットアームの遠位の作業端部に取り付けられた１またはそれ以上のカメラが、患者の頭皮の選択領域の画像を所望の倍率で取得する。コンピュータがこの画像を処理し、（公知の閾値および分割技術により）個々の毛嚢ユニットをカメラフレームに対する位置および向きとともに特定する。ユーザインタフェース（例えば、ディスプレイや標準的なコンピュータのマウス）を通して、担当する外科医は、毛嚢ユニットを採収すべき頭皮の領域を規定でき、例えば領域内の他のすべての毛嚢ユニットを採収したり、規定数の毛嚢ユニットを採収した毛嚢ユニットの間に残したり、毛嚢ユニットの特定割合を取り、見た目の許容パターンより少ないものを取得したりする採収パターンを規定できる。

例えば、ステレオカメラの広角視野で取得した画像は、医者が関心領域を大まかに配置するのに用いられ、挟角視野のステレオカメラ対で得た画像は、採収ツールを個々の選択した毛嚢ユニットへと案内するのに用いられる。採収される毛嚢ユニットが特定されたら、ロボットシステムは採収ツール（例えば採収カニューレ３８）を採収すべき毛髪に規則正しく整列させ、各毛嚢が採収され、規定された採収領域で選択されたすべての毛嚢についてこの処理が繰り返される。いくつかの場合には、個々の毛嚢ユニットは採収された後に患者の頭皮の別の場所に移植され、別の場合には採集された毛嚢ユニットは破棄されることを理解されたい。また、カニューレ３８のようなコアリング採収ツールではなく、レーザなど他の種類の毛髪除去用エンドエフェクタツールを用いてもよいことを理解されたい。さらに、カメラフレームをロボットツールフレームに正確に整列させてエンドエフェクタツールを正確に整列させる上記技術は、例えば患者の皮膚面に入れ墨を形成するためのインク注入に用いる複数の注射針などの他の種類のエンドエフェクタツールにも等しく適用可能である。

図１７は、関心領域内のすべての毛嚢ユニットの位置と向きを特定し、ここで特定した毛嚢ユニットの一部または全部を正確に採集するための、自動（または半自動）処理のフロー図である。

図１８は、ステレオカメラ対を用いて、患者の頭皮の関心領域内の個々の毛嚢ユニットを特定し、その後各カメラフレームとロボットツールフレームの位置と向きを演算する処理の図である。この処理は、公知技術にしたがってステレオカメラ対を較正して内因と外因パラメータの双方を特定することで開始される。内因パラメータは個々のカメラに内因するものであり、例えば内部光学特性、歪曲、スケーリングなどがある。外因パラメータは、２つのカメラ間の特性に関するものであり、例えばそれぞれの光軸の並びの差などがある（理想的には互いに平行だが、実際上はそうではなく、数学的な補正が必要である）。内因および外因パラメータの較正は、立体像の分野でよく知られており、本書での詳細な説明は避ける。

上述したように、毛嚢の中心位置が左右の修正画像の双方で特定され整合される。次に左右の画像の双方において各毛嚢の頭部と尾部が特定され、この毛嚢の頭部と尾部の三次元座標が計算される。最後に、公知の立体画像技術にしたがい、カニューレと毛嚢の両方が見えるカメラ画像を用いて毛嚢とカニューレの相対的な位置と向きのオフセットが特定される。

毛髪移植処置の見た目の結果の一部は、グラフトを自然に見えるパターンで移植できるかによる。コンピュータは、外科医がグラフトの位置と向きを決定する移植場所の小部分に「空白を埋める」ことにより、外科医の能力を効率的に「増幅」する。自然な見た目の生え際を得ることは、見た目をよくするのに重要である。生え際近くの移植場所の全部を入念に切開する代わりに、外科医がいくつかの生え際の移植の場所と向きを指示し、コンピュータが、画像システムを用いて既存の毛嚢ユニットを特定しそこを避けて所望の場所に挿入することにより残りを実行する。図１９は、自然な見た目の生え際をデザインするための制御点を用いるアルゴリズムを示す。例えばｂ−スプライン三次式に基づく制御点を用いて曲線が描かれる。この制御点は、オペレータが指定する。各制御点における毛髪の向きが指定される。例えば補間法により与えられた間隔で、前記曲線に沿った点が特定される。この曲線に沿った点の位置は、自然な見た目の生え際となるようランダム化されてもよい。ランダム化の度合いは、ユーザ指定またはコンピュータ生成であってもよい。毛嚢ユニットの向きはランダム化せずに、三次式を生成するのと同じ方法で補間することが望ましい。位置のランダム化と向きの補間により、自然な見た目の移植となる。

自然な見た目のランダム性は、重要な生え際領域とレシピエント場所のバランスの双方で重要となる。これは図２０に示す処理を用いて達成することができ、例えばｂ−スプライン三次面に基づく制御点を用いて表面がデザインされる。ここでも、各制御点における毛髪の向きが指定される。表面に沿った移植点が、与えられた間隔で指定される。この面に沿った地点の場所は、自然な見た目の毛髪の分布となるようランダム化される。このランダム化の度合いはユーザ指定またはコンピュータ生成であってもよい。ここでも、毛嚢ユニットの向きはランダム化せずに、三次元スプライン面と同じ方法で補間することが望ましい。ランダム化と補間スキームはこの分野で公知であり、この方法に適合させることができる。

しばしばレシピエント領域の毛髪を自然の長さで残すことが望まれ、これは個々のレシピエント場所への視覚システムのアクセスに干渉してしまう。これは、レシピエント場所に穏やかな空気ジェットを向けて、この領域の毛髪をターゲットサイトから遠ざけることにより解消しうる。必要であれば、このステップを容易にすべく毛髪を湿らせてもよい。この空気ジェットはまた、切開されたレシピエント場所から出る血液を散らして、グラフト移植の際に視覚アクセスを確保することができる。このような空気ジェットは、ロボットアームツールプレートに取り付けられたより複雑なツールアセンブリの一部とすることができる。

ロボットシステム２５は、視覚システムからのリアルタイム情報を用いて患者、移植ツール、および既存の毛嚢ユニットの位置を監視し（通常、頭皮のレシピエント領域内で基準マーカを用いる）、レシピエント場所を切開しグラフトを移植するために移植ツールを位置決めする。図２１は、ロボットシステムの自動ガイダンス構造の例であり、グローバルな目標点（例えば既存の毛髪、入れ墨、または他の識別可能な構造）に対する移植位置と向きを計画するステップを含む。次にロボットは患者の目標点を登録すべく作動する。この登録情報は、参照のためにメモリに保存することができる。ロボットは、登録された目標点を用いて作業面に対する自身の位置を認識することができる。このロボットは、グローバル目標点に対して各移植場所および向きに移動される。このグローバル目標点は、全体的な移動のための全体的な基準を与える。この位置と向きは、既存の毛髪や新たに移植した毛髪といった近くの目標点に基づいて精密調整される。近くの目標点は、局所的な移動用の局所的な基準となる。

植毛は、一般に以下の３ステップを具える：毛嚢ユニットの採収、レシピエント場所の切開、および毛嚢ユニットの切開中への配置である。図３は、これら３つの機能をすべて実施するのに用いる３パーツツール３２の実施例を示す。以下の３パーツツールの説明は、図１のシステム２５のロボットアーム２７に搭載のツールアセンブリ３０の一部としてその使用への参照を伴うが、ハンドヘルド型で運用される３パーツツールの実施例も可能である。より具体的には、３パーツツール３２は、体表面のレシピエント（移植）場所に穿刺を形成するための、開口した組織穿刺用（例えば傾斜した）遠位端部３７を有する外側（「移植」）カニューレ３６を具える。移植カニューレ３６の内側管腔内に内側（「採収」）カニューレ３８が共軸配置されており、これは開口した（例えば粗くしてあるか鋸歯状の）組織コアリング遠位端部４０を具える。採収カニューレ３８は、一本の人間の毛嚢ユニットを、各毛嚢ユニットをコアリングし体表面（通常は頭皮だが必須ではない）から抜き去ることにより採集するのに適したサイズの内部管腔を具える。

非限定的な例では、採収カニューレ３８の実施例は直径約０．３−２．０ミリメートルの範囲の内部管腔を有する。一実施例では、採収カニューレの管腔の直径は、約１ｍｍである。特に、異なるサイズの複数のカニューレ３８を用いて、小胞が複数の毛嚢ユニットではなく単一小胞の毛嚢ユニットを採収するようにしてもよい。いずれの場合でも、採収カニューレ管腔の内壁面を粗くして、コアリング後に体表面から各毛嚢ユニットを抜き取る際に摩擦により把持されるようにしてもよい。

図４、５を参照すると、ツールアセンブリ３０は、ハウジング２２に搭載され３パーツツール３２の構成部品を受けて機能的に係合するよう構成されたモータ駆動アセンブリ６０を具える。具体的には、移植カニューレ３６が、遠位の直面テーパ部分３４ａと近位の案内係合部分３４ｂとを具える近位ハブ３４に固定的に取り付けられている。係合部分３４ｂは、モータ駆動アセンブリ６０内の管状スリーブ６５から延在する弾性グリッパ６３に脱着可能（スナップ嵌め）に結合されている。図示する実施例では、グリッパ６３は、管状スリーブ６５に取り付けられるか一体構成された複数の弾性アーム部材６７を具える。代替的な実施例では他の脱着可能な結合機構を用いてもよい。管状スリーブ６５は、モータ駆動アセンブリ６０の第１モータ６２に駆動されるラックアンドピニオン駆動機構８１と結合されており、これによりハブ３４がグリッパ６３と結合したときにモータ６２／駆動機構８１が移植カニューレ３６に、採収カニューレ３８に対する（そしてツールアセンブリ２２／２４に対する）軸方向（すなわち往復）動作を与える。

採収カニューレ３８は、移植カニューレハブ３４のボア４５を通って近位に延び、ハブ３４のボアに座してこれに対し回転可能なピン万力４３の遠位のチャック部分４３ａに固定的に取り付けられている。細長い本体４６は、ピン万力４３に座してこれに対し固定的に取り付けられており、モータ駆動アセンブリ６０の第２モータ６４に駆動される出力ギヤ８７に連結され遠位に突出する管状駆動部材（図示せず、ハウジング９３内を通る）内の対応するスロットのセット（図示せず）に係合する放射方向外側に延びる１またはそれ以上のフランジ４８を具え、これにより細長い本体６４と採収カニューレ３８が採収カニューレ３８の長軸周りで回転する。理解できるように、大体的な実施例では、ベルトドライブまたは管状駆動部材（および採収カニューレ３８）を回転させる他の手段を用いてもよい。細長い本体４６はさらに、フランジ４８の近位に配置された溝部分４４を具え、ここには管状駆動部材（フランジ４８に係合するスロットの近位）と（スナップ嵌合型のコネクションを介して）脱着可能に結合する環状保持部材５０が座しており、これによりツール３２がモータ駆動アセンブリ６０と接続されたときに採収カニューレ３８をある場所に保持する。

細長い閉塞具５２がスライド可能に採集カニューレ３８の内部管腔に配置されており、これは選択的に採収カニューレ３８に対し閉塞具５２に遠位方向に「押す」力を与えるモータ駆動アセンブリ６０の第３モータ６６により駆動される線形（「スクリュードライブ」）駆動機構（図示せず）と係合する収容部材５４に取り付けられた近位端部を具える。バネ５３が、細長い本体４６の近位端部キャップ５１内に形成された環状凹部４９に座しており、収容部材５４の遠位端部へと（閉塞具５２を超えて）延在している。このバ５３は、収容部材に近位方向に「引っ張る」力をかけ、これにより閉塞具がスクリュードライブに対し付勢される。

駆動モータアセンブリはさらに「解除」モータ６７を具え、これは管状解除部材８６を介して端部キャップ５１に対し遠位方向の（押す）力を加えて、取り付け結合部材（すなわち移植カニューレハブ３４ｂとグリッパ６３、および、採取カニューレ保持部材５０と管状駆動部材）が結合を解かれツール３２をツールアセンブリ３０から取り外して、例えば移植および採収カニューレ３６、３８の一方または双方を取り替えられるようにする。この方法により、マルチパーツツール３２は、ハウジング２２の管状伸長部２３を通る（バックロードされた）ツール３２の（近位方向への）挿入により、結合部材３４ｂと５０がそれぞれモータ駆動アセンブリ６０内で相対物と嵌るまで、ツールアセンブリ３０内へと装填可能となり、解除部材８６のモータ６７により十分な力をかけることにより解放されて各結合部材を切り離すことができる。閉塞具５２には止め部材５５が取り付けられ、これが解除部材８６が端部キャップ５１に下向きの力をかける際に端部キャップの遠位の側に当接し、これにより閉塞具５２はモータ駆動アセンブリ６０（およびツールアセンブリ３０）から開放される際にツール３２の残りに随行する。

モータ駆動アセンブリ６０はさらに、各モータ６２，６４，６６，６７の動作を制御する制御回路を具える。この制御回路はモータ駆動アセンブリに付属の独立したプロセッサ（図示せず）を具え、これがロボットシステム２５から、限定しないが、相対的な移動を追従するための各カニューレ３６、３８と体表面／対象物（例えば毛嚢）の取得画像から得られる位置データ、および移植カニューレ３６、採収カニューレ４８、および／または閉塞具５２の位置情報を含む情報を入力として受け取る。

毛嚢ユニットを体表面（例えば頭皮）から採収すべく、ロボットアーム２７は採収カニューレ３８を位置決めして選択された採収すべき毛嚢ユニットの長軸に整列させる。この採収カニューレ３８は次に、ロボットアーム２７の動作により選択された毛嚢ユニットの上に、モータ６４による採収カニューレ３８の長軸周りの回転を伴って前進され、カニューレ３８の開口遠位端部４０が毛嚢ユニットの周囲および下の体表面を皮下の脂肪層へと穿刺される。代替的な実施例では、線形駆動機構がさらにモータ駆動アセンブリ６０内に設けられ、ツールアセンブリハウジング２０（および移植カニューレ３６）に対する採収カニューレ３８の独立制御された軸方向並進を実現してもよい。この採収カニューレ３８はその後、ロボットアーム２７の移動により体表面から引き抜かれて毛嚢ユニットが抜かれ、これが採収カニューレの管腔内に担持される。いくつかの実施例では、選択的に真空源を採収カニューレの管腔に接続配置して、近位方向へ「引っ張る」力をかけて毛嚢ユニットの把持および抜去を促進するとともに、採収後に毛嚢ユニットが採収カニューレの管腔に保持されるようにしてもよい。

移植にあたり、ツールアセンブリ３０がロボットアーム２７により体表面の選択された移植場所へと再配置される。この移植場所では、移植カニューレ３６の長軸は、移植時に毛嚢ユニットの所望の向きに整列されていることが望ましい。図６Ａ−Ｂを参照すると、移植カニューレ３６の組織穿刺遠位端部３７が採収カニューレ３８および体表面６８内へと進められ、採集された毛嚢ユニット７２をうけるのに適切な深さとサイズの皮下移植腔７０が形成される。このカニューレ３６による穿刺動作はモータ６２により自動的に制御され、移植腔７０の組織表面７４の外傷を最小限とすべく好適には非常に高速である。

（図６Ａに示すように）一実施例では、毛嚢ユニット７２が、採集されたまま保持されている採収カニューレ７６から、閉塞具５２によって（モータ６６の制御下で）軸方向に、移植カニューレ管腔７８の遠位端部へと移動される。この毛嚢ユニット７２の採収カニューレ管腔７６から移植カニューレ管腔７８への再配置は、移植カニューレ３６が体表面６８に穿刺する前、間、後に行うことができる。その後、閉塞具５２に対する並進運動により移植カニューレ３６が体表面６８から引き抜かれる際に、閉塞具が毛嚢ユニット７２を移植腔７０内に保持する。移植カニューレ３６が抜去されると、毛嚢ユニット７２が体表面に移植された状態で、閉塞具も抜去される。閉塞具５２の遠位の対面端部８０は、毛嚢ユニット７２から突出する１またはそれ以上の毛嚢８２が入るよう窪んでいることが望ましい。

（図６Ｂに示す）別の実施例では、移植および採収カニューレ３６、３８の遠位端部はそれぞれ整列され（すなわち移植カニューレ３６の相対移動により）、これにより遠位端部３７，４０はそれぞれほぼ延長上にある。各カニューレの遠位端部３７、４０の整列は、カニューレを体表面へ穿刺して移植腔７０を形成する前、間、後に行うことができる。その後、ロボットアームが体表面６８から離れ閉塞具５２が体表面６８へ近づく並行動作により、毛嚢ユニット７２をそこに残しつつ各カニューレ３６、３８が移植腔７０から抜去される。ツールアセンブリハウジング２０（および移植カニューレ３６）に対する採収カニューレ３８の独立した制御された軸方向並進を達成すべくモータ駆動アセンブリ６０内に線形駆動機構を有する代替的な実施例では、モータ駆動アセンブリ６０の動作により、各カニューレ３６、３８は移植腔７０から閉塞具５２に対し抜去される（同時移動は必要ではない）。別の代替例では、選択的に採収カニューレ管腔７６に接続配置された圧縮空気源を用いて、カニューレ３６、３８を抜去する際に毛嚢ユニット７２が移植腔７０内に保持されるようにする。

図７は、本発明のいくつかの実施例にかかるロボットシステム２５の遠位部を示す。力センサ１００が、アーム１０４と、力センサ１００に設けられたプレート１０２と、プレートに固定されたモータ駆動または「位置決め」アセンブリ１０６とに固定されている。代替的に、プレート１０２は直接アーム１０４に固定されてもよく、この場合は力センサは位置決めアセンブリ１０６とプレート１０２の間に固定される。代替的に、力センサ１００は位置決めアセンブリ１０６内に配設されてもよい。この力センサ１００は、３つの直交する方向Ｘ、Ｙ、Ｚにおける３つの力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、３つの直交する移動Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検知する。別の実施例では、力センサは力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚのいずれか１または２、および／または移動Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの１または２を検知するよう構成されてもよい。図に示すように、力センサ１００はコンピュータ１２０に接続され、これが力センサ１００から検知した力および／または動きを示すデータを受け取る。別の実施例では、力センサのデータは直接ロボットへ行く。

上述した採収および移植処理の間、力センサ１００は、位置決めアセンブリ１０６から伝達される力／移動の要素の１またはそれ以上を監視する。例えば、力センサは、採収カニューレ２００の長軸とほぼ平行な方向ベクトルを有する力Ｆｚを監視する。検知された力Ｆｚはコンピュータ１２０に送られ、これが検知された力Ｆｚが許容範囲内であるかを判定する。いくつかの実施例では、コンピュータ１２０は、検知された力Ｆｚが予め定められた限度を超えたら、これは例えば採収カニューレ２００または移植カニューレ２０２が頭蓋に対し押しつけられていることを示すとして、採収処理または移植処理を停止するよう構成される（例えばプログラムされる）。このように、力センサ１００は、採収カニューレ２００や移植カニューレ２０２が患者を意図せずに傷つけてしまうのを防ぐ安全構造を提供している。

力センサ１００を安全構造として用いることに代えて、あるいはこれに加えて、力センサ１００は採収カニューレ２００および／または移植カニューレ２０２の位置を制御するのに用いてもよい。採収カニューレ２００が皮膚を通って皮下の組織へと進められる際に、力Ｆｚがかかり、これがコアリング針２００が遭遇する抵抗を示す。図１２は、採収カニューレ２００が皮膚を通して組織内へ進められる際に検知される抵抗力Ｆｚを示す力のダイヤグラムである。このような力Ｆｚが位置決めアセンブリ１０６内の様々な要素から力センサ１００へ伝達され、これがこの力Ｆｚを検知しておの力データをコンピュータ１２０へ伝送する。皮膚面は比較的丈夫であるため、最初は、採収カニューレ２００が皮膚を押しても即座に皮膚に刺さるわけではなく、この皮膚面から抵抗力Ｆｚを受けることになる。この抵抗力Ｆｚがゼロから値Ｆｐへと増大し、このポイントで採収カニューレが皮膚に刺さる。皮膚の下の組織は皮膚に比べて柔らかいため、皮膚に刺さった後に採収カニューレ２００が受ける抵抗力はＦｐより小さくなる。

図１２に示すように、値Ｆｐに到達したら、力の曲線は、コアリング針２００が皮膚面に穿刺した後に受ける抵抗力を示す第２の値Ｆｓまで落ち込む。この力Ｆｚは、採収カニューレ２００が組織内へと進められるに伴いこのポイントから増大する。これは、より多くの採収カニューレ２００の部分が組織内で前進すると、皮膚の下の組織により多く接触し、これにより採収カニューレ２００と組織の表面摩擦の量が増大するからである。いくつかの場合、採収カニューレ２００が骨に当たったら、力の図表は跳ね上がる（図中に点線で示す）。コンピュータ１２０は、採収処理において採収カニューレ２００が前進される間、ここで生じる力の曲線を監視し、この力曲線に基づいて採収カニューレ２００を制御するようプログラムすることができる。例えば、いくつかの実施例では、コンピュータ１２０は位置決めアセンブリ１０６のポジショナを作動させて、採収カニューレ２００が皮膚を穿刺したことを示す力の曲線の下降が見られるまで、採収カニューレ２００を第１の速度で前進させる。このコンピュータ１２０はその後、所望の穿刺深度となるまで、ポジショナが採収カニューレ２００を第２の速度で前進させるよう駆動する。いくつかの実施例では、第１の速度は第２の速度より大きい。

図示した実施例では、位置決めアセンブリ１０６は、カニューレアセンブリ１１０と係合する保持ユニット１０９と、複数のポジショナ１０７ａ−１０７ｃとを具える。この保持ユニット１０９は、カニューレアセンブリ１１０の異なる部品と連結されるよう構成され、これによりカニューレアセンブリ１１０が全体として位置決めアセンブリ１０６により位置決めされる。保持ユニット１０９はまた、カニューレアセンブリ１１０の異なる要素を、カニューレアセンブリが保持ユニット１０９と係合した後に制御できるようになっている。ポジショナ１０７ａ−１０７ｃは、保持ユニットと係合した後に、カニューレアセンブリ１１０の異なる要素を動かすよう構成されている。３つのポジショナ１０７ａ−１０７ｃを示したが、別の実施例では、位置決めアセンブリ１０６のポジショナ１０７は３より多くても少なくてもよい。いくつかの実施例では、位置決めアセンブリ１０６は図５のモータ駆動アセンブリを具え、これがカニューレアセンブリ１１０の異なる要素を動かす３つのモータ（ポジショナ）と、さらにカニューレアセンブリ１１０を位置決めアセンブリから開放する追加のモータを具える。

図８は、いくつかの実施例で構築される保持ユニット１０９を示す。この保持ユニット１０９は、カニューレアセンブリ１１０の第１の部分と係合する第１の係合部分１２２と、カニューレアセンブリ１１０の第２の部分と係合する第２の係合部分１２４と、カニューレアセンブリ１１０の第３の部分と係合する第３の係合部分１２６とを具える。

図９Ａは、いくつかの実施例にかかるカニューレアセンブリ１１０を示す。このカニューレアセンブリ１１０は、図３−４に示すツール３２と同様の構成をもつ。カニューレアセンブリ１１０は、採収カニューレ２００と、移植カニューレ２０２と、プランジャ（閉塞具）２０４とを具える。採収カニューレ２００は、近位端部２１２と、遠位端部２１４と、近位端部２１２と遠位端部２１４との間に延在する本体２１５と、本体２１との少なくとも一部に構成された管腔２１７とを具える。図示された実施例では、管腔２１７は０．３ミリメートルから２．０ミリメートルの間、より好適には、約１ミリメートルの断面を有する。カニューレアセンブリ１１０はさらに、近位端部２１８と、遠位端部２２０と、近位および遠位端部２１８、２２０との間に延在する管腔２２２とを有するシャフト２１６を具える。採収カニューレ２００の近位端部２１２は、シャフト２１６の遠位端部２２０に固定されている。移植カニューレ２０２は、近位端部２３２と、遠位端部２３４と、近位および遠位端部２３２、２３４の間に延在する本体２３０と、本体２３０内の管腔２３６とを具える。管腔２３６は、採収カニューレ２００の少なくとも一部に適合し採収カニューレ２００が移植カニューレ２０２に対してスライド可能なサイズの断面を有する。移植カニューレ２０２の遠位端部２３４は、組織を穿刺するための尖端２５０を具える。

図示する実施例において、採収カニューレ２００の遠位端部２１４は、管状構造である（図９Ｂ）。この場合、採収カニューレ２００の縁部２５２は、採収カニューレ２００が組織に刺さるよう尖った構成を有してもよい。別の実施例では、採収カニューレ２００の遠位端部２１４は、弓状構造でもよい（図９Ｃ）。この場合、弓部分の端部２５４は、採収カニューレ２００をその軸周りで回転させると採収カニューレ２００が組織を切開するよう尖った構成を具えてもよい。さらなる実施例では、採収カニューレ２００の遠位端部２１４が複数の切り欠き部分２５６を具え、各切り欠き部分２５６が組織を切るための尖った縁部２５８を具える（図９Ｄ）。採収カニューレ２００の遠位端部２１４は上述した実施例に限られず、組織をコアリングできる限り、この遠位端部２１４は別の実施例では別の構成であってもよい。

カニューレアセンブリ１１０はさらに、第１の係合部分２３８と、第２の係合部分２４０とを具える。第１の係合部分２３８は管状構造を有し、シャフト２１６に固定されている。第２の係合部分も環状構造であり、移植カニューレ２０２の近位端部２３２に固定されている。第１および第２の係合部分２３８、２４０は、保持ユニット１０９の対応する要素と係合する寸法および形状である。第１および第２の係合部分２３８、２４０は、図示した構造の実施例に限定されるものではなく、したがって係合部分２３８、２４０は別の実施例では別の構成としてもよい。例えば、代替例では、係合部分２３８はシャフト２１６の表面に固定またはここから延在する構成でもよい。同様に、別の実施例では、係合部分２４０は移植カニューレ２０２に固定またはここから延在する構成であり、管状構造である必要はない。図に示すように、カニューレアセンブリ１１０はまた、シャフト２１６に固定されたコネクタ２４８を具える。このコネクタ２４８は球形のような形状であるが、別の実施例では別の形状でもよい。

プランジャ２０４は、近位端部２４２と遠位端部２４４とを具える。このプランジャ２０４は、部分的に採収カニューレ２００の管腔２１７内に配置され、採収カニューレ２００に対してスライド可能である。カニューレアセンブリ１１０はさらに、プランジャ２０４に結合されプランジャ２０４を採収カニューレ２００に対して近位方向に付勢するバネ２４６を具える。図示する実施例では、プランジャ２０４はカニューレアセンブリ１１０の構成要素として説明されている。別の実施例では、プランジャ２０４はカニューレアセンブリ１１０の一部でなくてもよい。例えば、プランジャ２０４は位置決めアセンブリ１０６の要素であってもよい。

図１０は、位置決めアセンブリ１０６に連結されたカニューレアセンブリ１１０を示す。カニューレアセンブリ１１０を位置決めアセンブリ１０６の上にスナップ嵌めすると、保持ユニット１０９の第１の係合部１２２がコネクタ２４８に係合し、第２の係合部１２４がカニューレアセンブリ１１０の第１の係合部２３８に係合し、第３の係合部１２６がカニューレアセンブリの第２の係合部２４０に係合する。コネクタ２４８により、カニューレアセンブリ１１０が位置決めアセンブリ１０６に脱着可能に固定可能となる。保持ユニット１０９の第１の係合部１２２は、第１のポジショナ１０７ａに結合される。同じ実施例では、採収カニューレ２００は並進されない。代替実施例では、第１のポジショナ１０７ａは、採収カニューレ２００を並進（前進および後退）できるよう構成される。保持ユニット１０９の第２の係合部１２４は、第２のポジショナ１０７ｂに連結され、これが採収カニューレ２００をその軸周りに回転させられるよう構成されている。保持ユニット１０９の第３の係合部１２６は第３のポジショナ１０７ｃに連結され、これは挿入カニューレ２０２を並進（前進および後退）させるよう構成されている。

別の実施例では、保持ユニット１０９の第２の係合部１２４が、第１のポジショナ１０７ａと第２のポジショナ１０７ｂの両方に連結されている。この場合、第１のポジショナは係合部１２４を並進させるよう構成され、これにより採収カニューレ２００を前進または後退させ、第２のポジショナ１０７ｂは係合部１２４を回転させるよう構成され、これにより採収カニューレ２００が軸周りに回転する。さらなる実施例では、第２のポジショナ１０７ｂは必須ではなく、カニューレアセンブリ１１０が係合部２３８を有さない。この場合、位置決めアセンブリ１０６は採収カニューレ２００を回転させるよう構成されないが、採収カニューレ２００を前後推進動作で前進または後退させることができる。さらなる別の実施例では、第３のポジショナ１０７ｃが不要であり、第３の係合部１２６は保持ユニット１０９に固定的に取り付けられている。この場合、移植カニューレ２０２はロボットアーム２７に位置決めされ、採収カニューレ２００は第１のポジショナ１０７ａを用いて移植カニューレ２０２に対し位置決めされる。

カニューレアセンブリ１１０を毛嚢ユニットの採収に用いる場合、カニューレアセンブリ１１０はまず位置決めアセンブリ１０６と結合される。これはカニューレアセンブリ１１０を位置決めアセンブリ１０６の上にスナップ嵌めして達成される。代替的に、カニューレアセンブリ１１０は、スタンド（図示せず）で立てて保持されてもよい。この場合、ロボットアーム２７を用いて位置決めアセンブリ１０６を動かし、スタンドからカニューレアセンブリ１１０を「把持」するようにしてもよい。カメラ２８を用いて、カニューレアセンブリ１１０の位置に関する情報をプロセッサ１２０へ提供し、これがこの情報に基づいてロボットアーム２７を制御し、これにより位置決めアセンブリ１０６がカニューレアセンブリ１１０に対して係合位置となるよう配置される。

次に、処置プランがコンピュータ１２０に入力される。いくつかの実施リエでは、処置プランは、毛嚢ユニットを第１の領域（採収領域）からターゲット領域（移植領域）へと移植するよう設計された命令プランである。この場合、処置プランは、例えば取り去り／移植される毛嚢ユニットの数、採収領域の位置、移植領域の位置、対象とする移植場所、対象とする移植場所に関連するランダム化の度合い、隣接する対象の移植場所間の間隔、毛嚢の深さ、移植の深さ、患者の同定、採収領域の幾何学的プロファイル、移植領域の幾何学的プロファイル、マーカ位置、対象となる移植場所の密度などの１またはそれ以上のパラメータを含んでもよい。様々な技術を用いて処置プランをコンピュータ１２０に入力することができる。図に示す実施例では、処置プランは、モニタ１２２とキーボード１２４を含むユーザインタフェースを用いて入力される。代替的に、処置プランは、例えばディスクやコンパクトディスクなどの保存デバイスを用いて入力される。別の実施例では、処置プランは上記技術の組合せを用いて入力される。例えば、いくつかのパラメータはコンピュータ１２０にディスクを用いて入力され、一方で他のパラメータがユーザインタフェースを用いて入力される。いくつかの実施例では、処置プランの１またはそれ以上のパラメータがリアルタイムで（例えば、処置の間に）決定される。

処置プランがコンピュータ１２０に入力されたら、次にコンピュータ１２０は処置プランを患者とともに登録する。いくつかの実施例では、これはカメラ２８を用いて患者の１またはそれ以上のマーカを特定する。このマーカは患者に固定された反射物、患者に描かれたインクマーク、または患者の解剖学的構造である。特定されたマーカは、患者におけるターゲット領域の位置および／または向きを決定するのに用いられる。図示した実施例では、処置プランには、採収（またはドナー）領域の位置が含まれる。カメラ２８からの入力を利用して、コンピュータ１２０は患者の採収領域の位置と、この採収領域内の目標となる毛嚢ユニットを特定する。コンピュータ１２０は次に、採収カニューレ２００の遠位端部２１４が目標となる毛嚢ユニットの隣に来るようにロボットアーム２７を動作させる。いくつかの実施例では、採収カニューレは目標となる毛嚢ユニットと共軸となるよう位置決めされる。

次に、採収カニューレ２００を用いて目標の毛嚢ユニットを採収する。いくつかの実施例では、これは位置決めアセンブリ１０６のポジショナが採収カニューレ２００を回転させるよう動作させることにより実現される。採収カニューレ２００が回転されたら、採収カニューレ２００は遠位方向に進められる（例えば、位置決めアセンブリ１０６の別のポジショナを動作させたり、位置決めアセンブリ１０６をロボットアーム２７で動かしたりする）。別の実施例では、目標となる毛嚢ユニット３０２の採収は、採収カニューレ２００を前後に動かすことで実現される。採収カニューレ２００を毛嚢ユニット３０２を抜去するのに用いる一方で、移植カニューレ２０２を、採収処置に干渉しないように採収カニューレ２００の遠位端部２１４から近位方向に離して配置する。これは、採収カニューレ２００を移植カニューレ２０２に対して遠位方向に進めるか、あるいは、（移植カニューレ２０２が位置決め可能であれば）移植カニューレ２０２を採収カニューレ２００に対して近位方向に引っ込めることにより実現される。

採収カニューレ２００の遠位端部２１４を規定の深さ、例えば皮下５ミリメートル以下に進めたら、採収カニューレ２００は患者から引き抜かれる。カメラ２８を用いてこの採収処置を監視して、採収カニューレ２００がどれだけ皮膚面３０６の下に進められたかを監視してもよい。いくつかの実施例では、採収カニューレ２００の外側は、採収カニューレ２００がどれくらい患者内に進められたかをカメラ２８または医者が「見る」ことができるようにマーカラインを具えてもよい。いくつかの実施例では、毛嚢ユニット３０２と管腔２１７の内面３０４間の界面における表面摩擦により、採収カニューレ２００が患者から抜去される際に毛嚢ユニット３０２が保持され、これによって毛嚢ユニット３０２が採収される。

別の実施例では、内面３０４が粗くなっており（例えば、１またはそれ以上のギザギザまたは突出部を有する）、採収カニューレ２００を患者から抜去する際に、遠位端部２１４が毛嚢ユニット３０２をより簡単に保持できるようになっている。さらなる実施例では、カニューレアセンブリ１１０の近位端部は、位置決めアセンブリ１０６内に配置された真空ユニット（図示せず）に接続されてもよい。この場合、真空ユニットが採収カニューレ２００の管腔２１７内に吸い上げ力を生成し、これにより採収カニューレが患者から抜去される際に目標たる毛嚢ユニット３０２が下の組織から離れて引っ張られる。毛嚢ユニット３０２が採収された後は、位置決めアセンブリ１０６は採収カニューレ２００を、遠位端部２１４が移植カニューレ２０２の遠位端部２３４に近くなるまで近位側に引っ張りる。代替的に、移植カニューレ２０２が位置決め可能であれば、移植カニューレ２０２をの遠位端部２３４が採収カニューレ２００の遠位端部２１４に近づくように遠位側に進めてもよい。次に、コンピュータ１２０はロボットアーム２７を操作して、移植カニューレ２０２の遠位端部２３４を指定の処置プランにある患者の移植領域内の目標位置の近くに配置する。次に移植カニューレ２０２を前進させて（例えば、位置決めアセンブリ１０６内のポジショナを作動させるか、位置決めアセンブリ１０６を目標位置に向かって遠位方向に動かす）、移植領域の皮膚３１０を穿刺する（図１１Ａ）。移植カニューレ２０２は、穿刺深度３１２がコアリング深度３００と少なくとも等しくなるまで進められる。いくつかの実施例では、カメラ２８とコンピュータを利用して移植カニューレ２０２がどれくらい患者内に進められたかを判定してもよい。例えば、移植カニューレ２０２は、移植カニューレ２０２がどれくらい患者内に挿入されたかをカメラ２８または医者が「見る」ことができるように、複数のマーカラインを具えてもよい。図に示すように、移植カニューレ２０２は患者の皮膚３１４に開口３１４を形成し、ここに毛嚢ユニット３０２が配置される。

次に、採収した毛嚢ユニット３０２を保持している採収カニューレ２００が、移植カニューレ２０２の管腔２３６内に、毛嚢ユニット３０２の上面３２０が移植領域の皮膚３１０またはその下に来るまで進められる（図１１Ｂ）。次に、（例えば、位置決めアセンブリ１０６内の別のポジショナを用いて）プランジャ２０４が遠位方向に、遠位端部２４４が採収カニューレ２００内に位置する毛嚢ユニット３０２に接触するまで進められる。この移植カニューレ２０２と採収カニューレ２００はその後、プランジャ２０４に対して近位方向に抜去され、これにより毛嚢ユニット３０２が移植領域内の目標位置に移植される（図１１Ｄ）。別の実施例では、カニューレアセンブリ１１０はプランジャ２０４を有さない。この場合、位置決めアセンブリ１０６内に設けられた圧力発生器（図示せず）を利用して、採収カニューレ２００の管腔２１７内に圧力を発生させ、これにより移植カニューレ２０２と採収カニューレ２００を抜去する際に毛嚢ユニット３０２を患者の方へ押しやってもよい。このような技術により、採収カニューレ２００を患者から抜去する際に毛嚢ユニット３０２が採収カニューレ２００から離脱される。

最初の毛嚢ユニット３０２が移植領域に移植されたら、採収カニューレ２００が、その遠位端部２１４が移植カニューレ２０２から遠くなるまで遠位方向に進められる。コンピュータ１２０はその後ロボットアーム２７を再び操作して、採収カニューレ２００を目標となる採収すべき別の毛嚢ユニット３０２の近くに配置する。上述した処理が繰り返されて次の毛嚢ユニット３０２が採収され、この毛嚢ユニット３０２が移植される。毛嚢ユニット３０２の選択は、コンピュータ１２０が決定してもよい。例えば、いくつかの実施例では、指定された採収領域の位置と構造に基づいて、コンピュータ１２０が、毛嚢ユニット３０２が指定の採収領域内にある場合にのみ選択する。いくつかの実施例では、指定数の毛嚢ユニット３０２が移植領域に移植されるまで、移植された毛嚢ユニット３０２の密度が指定の密度に到達するまで、または採収領域に利用可能な毛嚢ユニット３０２がなくなるまで、上記処理が繰り返される。

自動位置決めシステムを用いるいくつかの実施例では、担当の医者またはオペレータが、毛嚢ユニットをどこにどのような角度で移植すべきか、すなわちその相対位置（または「移植場所」）、向き、深さを指定する。例えば、移植される毛嚢ユニットの位置、向き、および／または深さの詳細は、処置プランニングシステムにより提供されてもよい。代替的に、移植モードにおいて、カメラが頭皮のレシピエントエリアを捉えた際に、担当オペレータがユーザインタフェース（例えば、従来のコンピュータマウス）を用いて移植場所および／または位置および／または向きおよび／または移植深度を指定してもよい。代替的に、オペレータが頭皮の場所に、例えばインクマークやポインタなど画像処理システムで視覚化し、認識し、測定できる一時的な基準点をつけてもよい。さらに、向きも、例えばｘ軸周りの回転とｙ軸周りの回転（ｚ軸はカニューレに沿うと仮定する）の２つの角度の組合せとして、あるいは画像処理システムが視認して角度を測定できるような細長いポインタを頭皮に配置することにより、直接コンピュータ画面で指定してもよい。

いずれの場合でも、ロボットアームの制御は２つのステップとなる。第１に、移植場所の位置や向きの詳細に基づき、コンピュータプロセッサがロボットアームを案内して移植カニューレを所望の位置と向きに配置する。第２に、機構を作動させることによってのみ、あるいはロボットアームの動きと機構の作動の組合せによって、移植カニューレを実際に皮膚面内へと前進させ、所望の移植深度を得る。移植される毛嚢ユニットの向きを指定する別の方法は、移植領域の既存の毛嚢の向きに、そこから延びる１またはそれ以上の毛嚢の向きにシステムを合致させることである。このシステムは、移植カニューレを移植領域に位置決めした後、近隣の毛嚢の向きを視認し測定して、この情報を移植される毛嚢ユニットの適切な向きを決定するのに用いる。近隣の毛嚢の向きが異なる場合、システムは、例えば、様々な向きの加重平均を取得して、移植される毛嚢ユニットの向きを決定する。

本発明は、添付の図面に例示であって限定ではなく描写され、同じ参照番号は同様の構成要素を示す。
図１は、ロボットアームに搭載されたツールアセンブリハウジングの遠位の開口から延在する共軸配置された一対のカニューレの位置決めと配置に用いられ、人間の毛嚢ユニットの採収および移植に用いられるロボットアームシステムの斜視図である。 図２は、図１に示すツールアセンブリハウジングの遠位部分の拡大図である。 図２Ａは、図１のロボットアームシステムの代替実施例の遠位部分の拡大図であり、第１および第２のステレオカメラ対がロボットアームに固定されており、ロボットアームおよびこれに取り付けられたツールアセンブリの動きを案内する複合視野からの画像データを撮像するのに用いられる。 図３は、図１のシステムにおけるツールアセンブリで用いられるマルチパーツツールの斜視図である。 図４は、図３のマルチパーツツールの縦方向断面図である。 図５は、図１のシステムのツールアセンブリにおける図３のマルチパーツツールと機能的に連結されるモータ駆動アセンブリの斜視図である。 図６Ａ、６Ｂは、図３の３パーツツールを用いて実現する代替的な移植処置を簡略化した部分切り欠き図である。 図７は、図１のロボットシステムのツールアセンブリの一実施例の部分概略部分斜視図である。 図８は、図７のツールアセンブリにおけるモータ駆動アセンブリ内に配置された保持ユニットの部分切り欠き断面図である。 図９Ａは、図７のシステムにおけるツールアセンブリで用いるマルチパーツツールの長さ方向断面図である。 図９Ｂ−９Ｄは、図９Ａのツールアセンブリの毛嚢ユニット採収カニューレ針の遠位端部のバリエーションを示す。 図１０は、図８の保持ユニットに機能的に連結された図９Ａのマルチパーツツールである。 図１１Ａ−Ｄは、いくつかの実施例における毛嚢ユニット移植プロセスである。 図１２は、いくつかの実施例において、採収カニューレにより加えられる力を表す力の図表である。 図１３は、光軸と、単一カメラおよび当該カメラが取り付けられたロボットアームの遠位（作業）端部に設けられたツールフレームに付随するカメラ参照フレームの較正処理のダイヤグラムである。 図１４は、毛嚢ユニットを採収／移植するのに用いる伸長器具と、選択された毛嚢ユニットを整列（位置決めおよび向きの双方）するための反復処理のダイヤグラムである。 図１５は、人間の頭皮の関心領域における毛嚢ユニットのカメラ画像を示す。 図１６は、カメラ参照フレームに対する毛嚢ユニットの位置と、例えばｘ、ｙオフセットと画内および画外の角度で規定される向きとを示す。 図１７は、人間の頭皮の関心領域内の複数の毛嚢ユニットのそれぞれの位置および向きを特定し、ここで特定した毛嚢ユニットのいくつかまたは全部を採収する自動処理のダイヤグラムである。 図１８は、ステレオカメラ対から取得された画像を用いて関心領域内の毛嚢ユニットを特定し、ここで特定した毛嚢ユニットの位置と向きをそれぞれ算出するアルゴリズムのフロー図である。 図１９は、自然な（植毛された）生え際とする制御ポイントを用いたアルゴリズムのフロー図である。 図２０は、移植する毛髪の移植場所を自然な見た目のランダム性を提供する制御ポイントを用いるアルゴリズムのフロー図である。 図２１は、画像ガイドロボットシステムの自動ガイダンス構成を示すフロー図である。

Claims (19)

1. 毛嚢ユニットを採集および／または移植するための自動化システムであって、
   可動アームと、
   当該可動アームに搭載されたツールと、
   前記可動アームに搭載され、皮膚表面より下の画像と皮膚表面より上の画像とを取得するよう構成された１またはそれ以上のカメラと、
   前記１またはそれ以上のカメラで撮像された複数の画像を受信して処理するよう構成されたプロセッサと、
   前記プロセッサに機能的に接続され前記可動アームの位置の少なくとも一部を前記１またはそれ以上のカメラで撮像され処理された複数の画像に基づいて制御するよう構成されたコントローラとを具え、
   前記可動アームは、前記ツールを毛嚢ユニットを含む面に対して所望の向きで位置づけできるよう動作可能であり、前記プロセッサが、画像処理中に前記複数の画像を減算および／または合成して前記面より下の毛嚢の一部を視覚化するよう構成されることを特徴とするシステム。
2. 請求項１のシステムにおいて、前記自動化システムはロボットシステムであり、前記可動アームはロボットアームであることを特徴とするシステム。
3. 請求項１のシステムにおいて、前記１またはそれ以上のカメラは単一のカメラであり、前記プロセッサは、前記カメラの参照座標系を前記可動アームのツールフレーム参照座標系とともに登録することを特徴とするシステム。
4. 請求項３のシステムにおいて、前記プロセッサは、前記ツールフレーム参照座標系の１またはそれ以上の軸に沿って前記可動アームが動くにつれ取得される固定の補正目標（calibration target）の画像に基づいて、前記カメラ参照座標系をツールフレーム参照座標系とともに登録することを特徴とするシステム。
5. 請求項１のシステムにおいて、前記１またはそれ以上のカメラは、前記可動アームに搭載された一対のカメラであり、前記プロセッサは、各カメラ参照座標系を互いにそしてツールフレーム参照座標系とともに登録することを特徴とするシステム。
6. 請求項５のシステムにおいて、前記プロセッサは、前記ツールフレーム参照座標系の１またはそれ以上の軸に沿って前記可動アームが動くにつれ取得される固定の補正目標（calibration target）の画像に基づいて、前記カメラ参照座標系をツールフレーム参照座標系とともに登録することを特徴とするシステム。
7. 請求項１のシステムにおいて、前記１またはそれ以上のカメラは、前記可動アームに搭載された第１および第２のカメラ対を具え、前記第１の対は第１の視野の画像を取得し、前記第２の対は前記第１の視野より実質的に狭い第２の視野の画像を取得するようフォーカスされることを特徴とするシステム。
8. 請求項７のシステムにおいて、前記プロセッサは、ツールフレーム参照座標系の１またはそれ以上の軸に沿って前記可動アームが動くにつれ取得される固定の補正目標（calibration target）の画像に基づいて、前記第１および第２のカメラ対の各参照座標系をツールフレーム参照座標系とともに登録することを特徴とするシステム。
9. 請求項１のシステムにおいて、前記ツールは、毛嚢ユニット採収ツールと毛嚢ユニット移植ツールを具えることを特徴とするシステム。
10. 請求項９のシステムにおいて、前記毛嚢ユニット採収ツールと毛嚢ユニット移植ツールは、一体型アセンブリの一部であることを特徴とするシステム。
11. 請求項１のシステムにおいて、前記ツールは、注射針、採収カニューレ、移植カニューレ、カニューレアセンブリ、およびレーザを含むツールの群から選択されることを特徴とするシステム。
12. 請求項２のシステムにおいて、前記プロセッサとコントローラは、前記ツールを前記ロボットアームのビジュアルサーボにより位置決めするよう構成されることを特徴とするシステム。
13. 請求項１のシステムにおいて、前記画像処理は、前記毛嚢の毛球の少なくとも一部の視覚化を含むことを特徴とするシステム。
14. 請求項１のシステムにおいて、前記１またはそれ以上のカメラは、赤外スペクトルおよび／または可視スペクトルの光を検知することを特徴とするシステム。
15. 請求項１のシステムがさらに、毛嚢ユニットを含む面に空気流を向けるよう構成されたエアジェットを具えることを特徴とするシステム。
16. 請求項１のシステムがさらに、ユーザが前記プロセッサとコントローラの一方または双方に、毛嚢ユニットを移植すべき場所、位置、向き、深さの１またはそれ以上に関する命令を入力するためのユーザインタフェースを具えることを特徴とするシステム。
17. 請求項１のシステムにおいて、前記プロセッサがさらに、前記ツールが体表面に穿刺する深度を算出するよう構成されることを特徴とするシステム。
18. 請求項１のシステムにおいて、様々な波長の光を皮膚にあて、様々なフィルタを用いて異なる波長の光を取り込んで前記複数の画像が取得されることを特徴とするシステム。
19. 請求項１のシステムにおいて、前記システムがさらに力センサを具え、少なくとも部分的に前記力センサにより提供される情報に基づき、所望の穿刺深度となるまで前記ツールの前進する速度を制御するよう前記システムが構成されることを特徴とするシステム。

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