JP7239545B2 - ニューロナビゲーション位置合わせおよびロボット軌道誘導のためのシステム、ロボット手術、ならびに関連する方法およびデバイス - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２０１９年３月２２日に出願された米国特許出願第１６／３６１，８６３号の一部継続出願である、２０１９年６月２６日に出願された米国特許出願第１６／４５２，７３７号の一部継続出願であり、これらのそれぞれの内容全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、医療デバイスおよびシステムに関し、より具体的には、ニューロナビゲーション位置合わせおよびロボット軌道誘導のためのシステム、ロボット手術、ならびに関連する方法およびデバイスに関する。

ロボット支援手術のための位置認識システムは、３次元（３Ｄ）における特定のオブジェクトの位置を決定し、それを追跡するために使用される。ロボット支援手術では、例えば、外科用器具といった特定の物体を、例えば、その器具がロボットまたは医師によって位置付けられ、動かされる際に、高精度で追跡する必要がある。

位置認識システムは、オブジェクトの位置の位置合わせおよび追跡のために受動および／または能動センサもしくはマーカを使用することができる。これらのセンサを使用して、システムは１つ以上のカメラ、信号、またはセンサなどからのまたはそれらに対する情報に基づいてセンサの３次元位置を幾何学的に分解することができる。したがって、これらの外科用システムは、位置フィードバックを活用して、患者の手術部位に対するロボットアームおよびツールの動きを正確に誘導することができる。したがって、手術環境において、ニューロナビゲーション位置合わせおよびロボット軌道誘導を効率的かつ正確に提供するシステムが必要である。

ロボット手術で使用されるエンドエフェクタは、特定の手術での使用に限定される場合があるか、または他の欠点もしくは不利点がある場合がある。

いくつかの実装形態によれば、外科用ロボットシステムが、患者の解剖学的特徴における手術のために構成され、外科用ロボットと、そのような外科用ロボットに接続されたロボットアームと、ロボットアームに接続されたエンドエフェクタと、を含む。エンドエフェクタは、それに選択的に接続された外科用ツールを有し、ロボットシステムは、機械可読命令を処理する好適なプロセッサ回路によってアクセス可能なメモリを含む。システムによって実行可能な命令の中には、ユーザ入力に応答して、ドリルターゲットおよび関連付けられたドリル軌道を決定するものがある。命令はまた、そのような決定されたターゲットおよび決定されたドリル軌道に対応する位置にエンドエフェクタを移動させるために実行されてもよい。このように位置付けされると、システムおよび対応する命令は、決定されたターゲットへ向かう前述のドリルの前進を可能にする。

特定の実装形態では、システムは、エンドエフェクタとドリルとの間に接続可能なドリルガイドを含む。ドリルガイドは、決定されたターゲットに関連付けられた事前選択されたドリル深さでドリルの前進を停止するように構成され、かつ、ドリルの前進中、決定されたドリル軌道に沿ってドリルを誘導するようにさらに構成される。したがって、ドリルガイドは、手術されている解剖学的特徴の過度の侵入または過度の係合を防ぐさらなる保証を提供し、また、同様に、軌道が解剖学的特徴に対して斜めであるときも含むドリルの軌道の誘導を支援する。

ドリルガイドは、長手方向に内部を通って延在するボアを有し、ボアへの近位および遠位開口部を有するガイドシャフトを含む。ガイドシャフトおよび対応するボアは、ドリルのドリルビットを、内部を通って摺動可能に受容するようにサイズ決定され、そのようなドリルビットは、関連付けられたドリル先端を有し、好適なチャックによって近位の場所においてドリルの前進および回転機構に動作可能に接続されている。ドリルガイドは、ガイドシャフトの近位端に装着され、ドリルに受容されたドリルビットの所定の長さに対してガイドシャフトの長さを変化させるように選択的に長手方向に摺動可能な深さストップを含む。ドリルストップは、ドリルのチャックの遠位表面に係合するように位置し、そうでなければ配置される表面を有する。したがって、チャックと深さストップとの係合は、深さストップの位置に対応する量だけドリル先端が前進することができる深さを制限する。

特定の実装形態では、ドリルガイドは、外科用ロボットシステムによって企図される手術手順中に、ドリルガイドに関連付けられたドリルビットの前進の段階的な深さに対応する指標を有する深さインジケータを利用する。深さストップは、長手方向ステムを含むように形成されてもよく、このステムは、ガイドシャフトのボア内に摺動可能に受容されている。ガイドシャフトには、次に、深さストップの長手方向ステムを、それがガイドシャフト内に受容されているときに露出させるようにサイズ決定され、かつ位置する窓が形成されている。このような配設では、段階的な深さに関連付けられた前述の指標は、窓を通して見える長手方向ステムまたは窓に隣接する部分のいずれかに位置することができ、このような指標は、ポインタまたは他のインジケータに対して移動可能であり、これに対して、段階的な深さのスケールが移動する。このようにして、関連付けられたポインタまたはインジケータと位置合わせされた段階的な深さの数値を視覚的に認識することによって、所望の深さ制限を手動で選択することができる。

開示される実装形態のさらに他の態様では、ドリルガイドは、所望のドリル深さに対応する複数の選択可能な長手方向位置のうちの１つに深さストップを設定するための係合機構を有する。１つの好適な係合機構は、深さストップの近位端と遠位端との間の複数の長手方向に離間した場所のうちの１つで係合可能なラチェットアセンブリを含んでもよい。１つの好適な実装形態では、ラチェットアセンブリは、ばね付勢トリガの作動または解放によってそれぞれ係合解除および係合することができるラチェットを含む。このようなトリガは、それに動作可能に関連付けられたトリガロックを有してよく、したがって、ラチェットアセンブリのラチェットが選択された長手方向位置で深さストップに係合すると、このようなトリガロックは、ラチェットの係合解除および深さストップの潜在的な長手方向の動きを引き起こすトリガの不注意による作動を阻止する。ドリルガイドは、長手方向位置のうちの選択された位置に深さストップを手動で設定するために、係合機構に動作可能に接続されたハンドルを含むことができる。

さらに他の実装形態では、ガイドシャフトは、少なくとも１つのブッシングを有し、このようなブッシングは、ドリルビットの遠位端における長手方向表面に、そのような遠位ドリルビット端に力を及ぼしてガイドシャフト内のドリルビットの横方向変位に対抗するように係合するようにサイズ決定することができる。このような対抗する力は、決定されたドリル軌道からのドリルビットの、特にそのような軌道が、係合されている解剖学的特徴に対して斜めの角度にあるときの逸脱を低減するのに十分でありうる。

上記のシステムおよびその様々な特徴は、本明細書では集合的に方法と称される、様々な関連する手順またはプロセスに関連付けられていてよい。１つのそのような方法は、患者の解剖学的特徴におけるロボット支援手術中にドリルを誘導することを含み、このような方法は、好適なコンピュータ手段によるドリルターゲットおよび関連付けられたドリル軌道の決定を含む。その後、エンドエフェクタは、コンピュータなどによって、決定されたターゲットおよび決定されたドリル軌道に対応する位置に移動させられる。操作中のドリル前進の前の任意の他の時点で、エンドエフェクタに接続された深さストップを、解剖学的特徴に対するドリルの前進の所望の深さに対応する複数の選択可能な位置のうちの１つに手動で設定することができる。このようにして、ドリルは、深さストップによって手動で設定された所望の深さを越えて解剖学的特徴に侵入することが制限される。

以下の別の可能な方法では、深さストップは、システムに関連付けられたドリルの前進の段階的な深さに対応する視覚的に認識可能な指標に対して変位させられる。深さストップの好適な場所が視覚的な認識によって決定されると、深さストップを、指標に示された段階的な深さのうちの１つに対応する位置に固定することができる。深さストップを変位させるおよび固定するステップには、深さストップを第１の位置から係合解除するために、バネ付勢トリガを作動させることと、深さストップを、深さストップの所望の位置に対応する第２の位置に視覚的に認識可能な指標に対して長手方向に摺動させることと、所望の位置で深さストップに再係合するために、トリガを解放することと、が含まれてよい。

実施形態による他の方法および関連するデバイスおよびシステム、ならびに対応する方法およびコンピュータプログラム製品は、以下の図面および詳細な説明を検討する際に当業者には明らかであるか、または明らかになるであろう。かかるすべてのデバイスおよびシステム、ならびに対応する方法およびコンピュータプログラム製品は、本説明に含まれ、本開示の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。さらに、本明細書に開示されるすべての実施形態が別々に実装されても、任意の方法および／または組み合わせで組み合わされてもよいことが意図される。

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する。
いくつかの実施形態による、外科手術中のロボットシステム、患者、外科医、および他の医療関係者の場所の配設の俯瞰図である。 いくつかの実施形態による、頭蓋外科手術中のロボットシステム、患者、外科医、および他の医療関係者の場所の代替配設の俯瞰図である。 いくつかの実施形態による、患者に対する外科用ロボットおよびカメラの位置決めを含むロボットシステムを示す。 いくつかの実施形態による、外科用ロボットのロボットアームに対する患者の解剖学的特徴の位置および配向を決定するためのコンピュータ実施操作を示すフローチャート図である。 いくつかの実施形態による、外科用ロボットのロボットアームに対する患者の解剖学的特徴の位置および配向を決定するためのデータの処理を示す図である。 いくつかの実施形態による、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）ローカライザ、フレームリファレンスアレイ（ＦＲＡ）、およびダイナミックリファレンスベース（ＤＲＢ）を使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）ローカライザ、フレームリファレンスアレイ（ＦＲＡ）、およびダイナミックリファレンスベース（ＤＲＢ）を使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）ローカライザ、フレームリファレンスアレイ（ＦＲＡ）、およびダイナミックリファレンスベース（ＤＲＢ）を使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、蛍光透視（フルオロ）撮像を使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、蛍光透視（フルオロ）撮像を使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、術中ＣＴ器具（ＩＣＴ）およびＤＲＢを使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、ＤＲＢおよびＸ線コーンビーム撮像デバイスを使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、ＤＲＢおよびＸ線コーンビーム撮像デバイスを使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、ナビゲートされたプローブと、解剖学的特徴のポイントツーポイントマッピングのための基準とを使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステムを示す。 いくつかの実施形態による、中心点－円弧機構の調整範囲の２次元視覚化を示す。 いくつかの実施形態による仮想点回転機構の２次元視覚化を示す。 本開示によるエンドエフェクタの１つの可能な実装形態の等角図である。 本開示のエンドエフェクタの別の可能な実装形態の等角図である。 本開示によるエンドエフェクタのさらに別の可能な実装形態の部分切り取り等角図である。 本開示によるエンドエフェクタのさらに別の可能な実装形態の底面角度等角図である。 本開示によるエンドエフェクタとともに使用するための１つの可能なツールストップの等角図である。 本開示によるエンドエフェクタのツール挿入ロック機構の１つの可能な実装形態の平面図である。 本開示によるエンドエフェクタのツール挿入ロック機構の１つの可能な実装形態の他の平面図である。 図１６のツールストップの平面図であり、開位置を示す。 図１６のツールストップの平面図であり、閉位置を示す。 エンドエフェクタおよび関連付けられたドリルガイドを含む、本明細書で開示されるロボットシステムの別の実装形態の側面図である。 図２１のドリルガイドの拡大側面図である。 図２１～２２のドリルガイドの正面図である。 図２３のＡ－Ａ線に沿って取られた図２１～２３のドリルガイドの断面図である。 図２１～２４のドリルガイドの分解側面図である。

本開示は、その用途において、本明細書における説明に記載される、または図面において例解される、構成要素の構築および配設の詳細に制限されないことが理解されるものとする。本開示の教示は、他の実施形態において使用および実践されてもよく、種々の方式で実践または実行されてもよい。また、本明細書において使用される専門表現および専門用語が、説明目的のためであり、制限として見なされるべきではないことが理解されるものとする。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびこれらの変化形の使用は、その後に列記される項目、およびそれらの同等物、ならびに追加の項目を包含することが意味される。別途指定または制限されない限り、「装着された（ｍｏｕｎｔｅｄ）」、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「支持された（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ）」、および「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語、ならびにこれらの変化形は、広義に使用され、直接的および間接的双方の装着、接続、支持、および連結を包含する。さらに、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」および「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、物理的もしくは機械的接続または連結に制限されない。

以下の考察は、当業者が本開示の実施形態を作製および使用することを可能にするために提示される。例解される実施形態への種々の修正は、当業者に容易に明らかになり、本明細書における原理は、本開示の実施形態から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用され得る。このため、実施形態は、示される実施形態に制限されることを意図しないが、本明細書において開示される原理および特性と一致する最も広い範囲が与えられるものとする。以下の発明を実施するための形態は、異なる図面における同様の要素が同様の参照番号を有する図面を参照して読まれるものとする。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、選択された実施形態を描写し、実施形態の範囲を制限することを意図しない。当業者は、本明細書において提供される実施例が、多くの有用な代替物を有し、実施形態の範囲内にあることを認識するであろう。

いくつかの他の実施形態によれば、ニューロナビゲーション位置合わせおよびロボット軌道誘導のためのシステム、ならびに関連する方法およびデバイスが開示される。いくつかの実施形態では、患者の解剖学的特徴、患者の解剖学的特徴に対して固定された位置合わせ器具、および位置合わせ器具に対して固定された第１の複数の基準マーカを有する第１の画像が解析され、第１の複数の基準マーカの各基準マーカについて位置が決定される。次に、第１の複数の基準マーカの決定された位置に基づいて、解剖学的特徴に対する位置合わせ器具の位置および配向が決定される。位置合わせ器具に対して固定された第２の複数の追跡マーカを含むデータフレームも解析され、第２の複数の追跡マーカの各追跡マーカについて位置が決定される。第２の複数の追跡マーカの決定された位置に基づいて、外科用ロボットのロボットアームに対する位置合わせ器具の位置および配向が決定される。解剖学的特徴に対する位置合わせ器具の決定された位置および配向と、ロボットアームに対する位置合わせ器具の決定された位置および配向とに基づいて、ロボットアームに対する解剖学的特徴の位置および配向が決定され、これにより、ロボットアームに対する解剖学的特徴の決定された位置および配向に基づいてロボットアームを制御することができる。

この実施形態および他の実施形態の利点は、多種多様の異なる位置合わせハードウェアおよび方法をサポートする、ニューロナビゲーションとロボット軌道整列とを１つのシステムに組み合わせる能力を含む。例えば、以下で詳細に説明するように、実施形態は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）位置合わせ技術および蛍光透視（フルオロ）位置合わせ技術の両方をサポートすることができ、また、フレームベースおよび／またはフレームレスの外科的配設を利用することができる。さらに、多くの実施形態では、最初の（例えば、術前の）位置合わせが、位置合わせ器具の動きによって損なわれたとしても、位置合わせ器具（および、転じて解剖学的特徴）の位置合わせを、手術を中断すること、および術前画像を再捕捉することなく、術中に再確立することができる。

ここで図面を参照すると、図１Ａは、一実施形態による外科用ロボットシステム１００を示す。外科用ロボットシステム１００は、例えば、外科用ロボット１０２、１つ以上のロボットアーム１０４、ベース１０６、ディスプレイ１１０、例えば、ガイドチューブ１１４を含むエンドエフェクタ１１２、および１つ以上の追跡マーカ１１８を含んでもよい。ロボットアーム１０４は、ユーザからの入力、処理デバイスから受信したコマンド、または他の方法に応答して、ベース１０６に対する軸に沿っておよび／またはその周りを動くことができる。外科用ロボットシステム１００は、患者２１０に（例えば、患者２１０の骨に）直接固定されるように適応された、１つ以上の追跡マーカ１１８を含む患者追跡デバイス１１６を含んでよい。以下で詳しく説明するように、追跡マーカ１１８は、患者２１０の解剖学的特徴に対して固定されている定位フレームに固定されていても、その一部であってもよい。定位フレームはまた、手術中の患者２１０の動きを防止する器具に固定されていてもよい。

代替実施形態によれば、図１Ｂは、頭蓋外科手術中のロボットシステム１００、患者２１０、外科医１２０、および他の医療関係者の場所の代替配設の俯瞰図である。例えば、頭蓋手術中、ロボット１０２は、患者２１０の頭部１２８の後ろに位置付けられてもよい。ロボット１０２のロボットアーム１０４は、手術中に、外科用器具１０８を保持することができるエンドエフェクタ１１２を有する。この例では、定位フレーム１３４は、患者の頭部１２８に対して固定され、患者２１０および／または定位フレーム１３４はまた、患者ベース２１１に固定されて、患者ベース２１１に対する患者の頭部１２８の動きを防止する。さらに、患者２１０、定位フレーム１３４および／または患者ベース２１１は、例えば、補助アーム１０７を介してロボットベース１０６に固定されて、手術中のロボット１０２の構成要素に対する患者２１０の相対的な動きを防止する。術中ＣＴデバイス１３０、麻酔ステーション１３２、スクラブステーション１３６、神経調節ステーション１３８、ならびに／または手術中にロボット１０２および／もしくは他のデバイスを制御する１つ以上のリモートペンダント１４０といった様々なデバイスを、手術を容易にするために、所望に応じて、患者の頭部１２８および／または患者ベース２１１に対して位置付けることができる。

図１Ａおよび／または１Ｂの例における外科用ロボットシステム１００はまた、例えば、カメラスタンド２０２上に位置付けられるカメラ２００といったセンサを使用することもできる。カメラスタンド２０２は、カメラ２００を所望の位置に動かす、配向する、および支持するために、任意の好適な構成を有することができる。カメラ２００は、例えば、カメラ２００の視点から見ることができる所与の測定ボリューム内の能動および受動追跡マーカ１１８（図２の患者追跡デバイス１１６の一部として示される）を特定することができる１つ以上のカメラ（例えば、２焦点または立体写真測量カメラ）といった任意の好適なカメラ（複数可）を含んでもよい。この例では、カメラ２００は、所与の測定ボリュームをスキャンし、追跡マーカ１１８から来る光を検出して、３次元における追跡マーカ１１８の位置を特定および決定することができる。例えば、能動追跡マーカ１１８は、電気信号によって作動される赤外線発光マーカ（例えば、赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ））を含んでよく、受動追跡マーカ１１８は、例えば、カメラ２００または他の好適なセンサもしくは他のデバイス上の発光体が出す赤外線または他の光を反射する逆反射マーカ（例えば、これらは入射するＩＲ放射線を当該入射光の方向に反射する）を含んでよい。

多くの外科手術において、例えば、脳内のターゲットといった外科的に関心のある１つ以上のターゲットが外部リファレンスフレームに対して位置特定される。例えば、定位神経外科は、フレームに装着されたアークを介して患者の位置特定およびインプラント挿入を容易にする、外部装着された定位フレームを使用する場合がある。ニューロナビゲーションを使用して、術前または術中の撮像に基づいて、脳内のターゲットが位置合わせ、例えば、マッピングされる。この術前または術中の撮像を使用して、撮像と手術環境の実際の解剖学的構造との間にリンクおよび関連付けを作成することができ、これらのリンクおよび関連付けを、手術中にロボット軌道システムが活用することができる。

いくつかの実施形態によれば、様々なソフトウェアおよびハードウェア要素を組み合わせて、脳内の器具またはインプラントの場所を計画、位置合わせ、配置、および検証するために使用することができるシステムを作成することができる。これらのシステムは、図１Ａおよび／または１Ｂの外科用ロボット１０２といった外科用ロボットを統合することができ、また、外科ナビゲーションシステムおよび計画ソフトウェアを使用して、外科用ロボットをプログラムおよび制御することができる。追加または代替として、外科用ロボット１０２は、例えば、非滅菌の人員が遠隔操作することができる。

ロボット１０２は、患者２１０の近くまたは隣りに位置付けられてよく、また、ロボット１０２は、手術を受けている患者２１０の領域に応じて、患者２１０の近くの任意の好適な場所に位置付けることができることが理解されるであろう。カメラ２００も、外科用ロボットシステム１００から分離されて、患者２１０の近くまたは隣りで、カメラ２００が手術野２０８への直接の視線を有することができるようにする任意の好適な位置に位置付けることができる。図示される構成において、外科医１２０は、ロボット１０２の向かいに位置付けられてもよいが、依然としてエンドエフェクタ１１２およびディスプレイ１１０を操作することができる。外科助手１２６が外科医１２０の向かいに位置付けられて、ここでもエンドエフェクタ１１２およびディスプレイ１１０の双方にアクセスすることができる。所望される場合、外科医１２０および助手１２６の位置を逆にしてもよい。麻酔医１２２および看護師または器械出し技師１２４のための従来からの領域は、ロボット１０２およびカメラ２００の場所によって妨げられないままである。

ロボット１０２の他の構成要素に関して、ディスプレイ１１０は、外科用ロボット１０２に取り付けることができ、他の実施形態では、ディスプレイ１１０は、外科用ロボット１０２から取り外されて、外科用ロボット１０２とともに手術室内か、遠隔の場所のいずれかにあってよい。エンドエフェクタ１１２は、ロボットアーム１０４に結合され、少なくとも１つのモータによって制御されてもよい。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１１２は、患者２１０における手術を行うために使用される外科用器具１０８を受容し、配向することができるガイドチューブ１１４を含むことができる。本明細書において使用される場合、「エンドエフェクタ」という用語は、「エンドエフェクチュエータ」および「エフェクチュエータ要素」という用語と交換可能に使用される。概してガイドチューブ１１４で示されているが、エンドエフェクタ１１２は、手術での使用に好適な任意の好適な器具に置き換えられてもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１１２は、所望の方法で外科用器具１０８の動きをもたらすための任意の既知の構造を含むことができる。

外科用ロボット１０２は、エンドエフェクタ１１２の並進および配向を制御することができる。ロボット１０２は、例えば、ｘ、ｙ、およびｚ軸に沿って、エンドエフェクタ１１２を動かすことができる。エンドエフェクタ１１２は、エンドエフェクタ１１２に関連付けられたオイラー角（例えば、ロール、ピッチ、および／またはヨー）のうちの１つ以上を選択的に制御することができるように、ｘ、ｙ、およびｚ軸のうちの１つ以上の周りでの選択的回転のために構成することができる。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１１２の並進および配向の選択的制御は、例えば、回転軸のみを含む６自由度のロボットアームを使用する従来のロボットと比較して大幅に向上された精度で医療処置を行うことを可能にする。例えば、外科用ロボットシステム１００は、患者２１０を手術するために使用されてもよく、ロボットアーム１０４は、患者２１０の身体の上方に位置付けることができ、エンドエフェクタ１１２は、患者２１０の身体に向かってｚ軸に対して選択的に角度が付けられる。

いくつかの実施形態では、外科用器具１０８の位置を動的に更新して、外科用ロボット１０２が手術中に外科用器具１０８の場所を常に認識することができるようにすることができる。そのため、いくつかの実施形態では、外科用ロボット１０２は、医師からのいかなるさらなる支援を受けずに（ただし、医師がそうすることを所望する場合を除く）外科用器具１０８を素早く所望の位置に動かすことができる。いくつかのさらなる実施形態では、外科用ロボット１０２は、外科用器具１０８が選択された予め計画された軌道から外れた場合、外科用器具１０８の経路を修正するように構成することができる。いくつかの実施形態では、外科用ロボット１０２は、エンドエフェクタ１１２および／または外科用器具１０８の移動の停止、変更、および／または手動制御を可能にするように構成することができる。したがって、使用中、いくつかの実施形態では、医師または他のユーザが、システム１００を操作することができ、エンドエフェクタ１１２および／または外科用器具１０８の自律移動を停止、変更、または手動制御するオプションを有する。外科用ロボット１０２による外科用器具１０８の制御および移動を含む外科用ロボットシステム１００のさらなる詳細は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、同時係属中の米国特許公開第２０１３／０３４５７１８号に記載されている。

以下でより詳細に説明するように、外科用ロボットシステム１００は、３次元でのロボットアーム１０４、エンドエフェクタ１１２、患者２１０、および／または外科用器具１０８の移動を追跡するように構成された１つ以上の追跡マーカを含むことができる。いくつかの実施形態では、複数の追跡マーカを、例えば、ロボット１０２のベース１０６上、ロボットアーム１０４上、および／またはエンドエフェクタ１１２上といったようにロボット１０２の外面に装着する（または別の方法で固定する）ことができるが、これに限定されない。例えば、以下の図３の実施形態といったいくつかの実施形態では、１つ以上の追跡マーカを、エンドエフェクタ１１２に装着するか、または別の方法で固定することができる。１つ以上の追跡マーカを、患者２１０にさらに装着する（または別の方法で固定する）ことができる。いくつかの実施形態では、外科医、外科用ツール、またはロボット１０２の他の部分によって不明瞭になる可能性を低減するために、複数の追跡マーカを手術野２０８から離間した患者２１０上に位置付けることができる。さらに、１つ以上の追跡マーカを、外科用器具１０８（例えば、スクリュードライバ、拡張器、インプラント挿入器等）にさらに装着する（または別の方法で固定する）ことができる。したがって、追跡マーカは、マークされたオブジェクト（例えば、エンドエフェクタ１１２、患者２１０、および外科用器具１０８）のそれぞれが外科用ロボットシステム１００によって追跡されることを可能にする。いくつかの実施形態では、システム１００は、マークされたオブジェクトのそれぞれから収集された追跡情報を使用して、例えば、エンドエフェクタ１１２、（例えば、エンドエフェクタ１１２のチューブ１１４内に位置付けられた）外科用器具１０８の配向および位置、ならびに患者２１０の相対位置を計算することができる。外科用ロボット１０２および外科用器具１０８の制御、移動、および追跡を含む外科用ロボットシステム１００のさらなる詳細は、全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許公開第２０１６／０２４２８４９号に記載されている。

いくつかの実施形態では、術前撮像を使用して、手術対象とされる解剖学的構造を特定することができる。外科医が所望する場合、計画パッケージによって再フォーマットされた座標系の定義が可能にされる。この再フォーマットされた座標系には、神経外科手術の前交連（ＡＣ）および後交連（ＰＣ）といった特定の解剖学的ランドマークに固定された座標軸がある。いくつかの実施形態では、解剖学的構造上の任意の所与の点の座標を他のすべての術前検査画像上の対応する点に変換することができるように、複数の術前検査画像（例えば、ＣＴまたは磁気共鳴（ＭＲ）画像）を共位置合わせすることができる。

本明細書において使用される場合、位置合わせは、ある座標系から別の座標系への座標変換を決定するプロセスである。例えば、術前画像の共位置合わせでは、ＣＴスキャンをＭＲスキャンに共位置合わせすることは、ＣＴスキャンからの解剖学的点の座標をＭＲスキャンにおける対応する解剖学的場所に変換することができることを意味する。また、室内の患者の解剖学的点の術中のあらゆる動きがロボットシステム１００によって検出され、外科用ロボット１０２の補償的な動きによって説明されるように、カメラ２００がリアルタイムでカメラ空間内の患者の位置を追跡することを可能にする、ダイナミックリファレンスベース（ＤＲＢ）といった一般的な位置合わせ器具の座標系に少なくとも１つの検査画像座標系を位置合わせすることが有利でありうる。

図３は、いくつかの実施形態による、外科用ロボットのロボットアームに対する患者の解剖学的特徴の位置および配向を決定するためのコンピュータ実施操作３００を示すフローチャート図である。操作３００は、第１の時間に、術前画像捕捉デバイスから、ＣＴスキャンといった第１の画像ボリュームを受け取ることを含むことができる（ブロック３０２）。第１の画像ボリュームは、患者の解剖学的特徴と、患者の解剖学的特徴に対して固定された位置合わせ器具の少なくとも一部とを含む。位置合わせ器具は、位置合わせ器具に対して固定される第１の複数の基準マーカを含む。操作３００は、第１の複数の基準マーカの各基準マーカについて、第１の画像ボリュームに対する基準マーカの位置を決定することをさらに含む（ブロック３０４）。操作３００は、第１の複数の基準マーカの決定された位置に基づいて、解剖学的特徴に対する位置合わせ器具上の追跡マーカのアレイ（基準位置合わせアレイ、つまり、ＦＲＡ）の位置を決定することをさらに含む（ブロック３０６）。

操作３００は、第１の時間よりも後の第２の時間に、複数の追跡カメラを含む術中追跡デバイスから、追跡データフレームを受け取ることをさらに含むことができる（ブロック３０８）。追跡フレームは、位置合わせ器具（ＦＲＡ）に対して固定された複数の追跡マーカおよびロボットに対して固定された複数の追跡マーカの位置を含む。操作３００は、位置合わせ器具の追跡マーカの位置に基づいて、追跡カメラに対する解剖学的特徴の位置および配向を決定することをさらに含む（ブロック３１０）。操作３００は、ロボット上の複数の追跡マーカの決定された位置に基づいて、追跡カメラに対する外科用ロボットのロボットアームの位置および配向を決定することをさらに含む（ブロック３１２）。

操作３００は、追跡カメラに対する解剖学的特徴の決定された位置および配向、ならびに追跡カメラに対するロボットアームの決定された位置および配向に基づいて、ロボットアームに対する解剖学的特徴の位置および配向を決定することをさらに含む（ブロック３１４）。操作３００は、ロボットアームに対する解剖学的特徴の決定された位置および配向に基づいて、例えば、１つ以上の定義された軸に沿ったおよび／またはその周りを回転する、解剖学的特徴に対するロボットアームの移動を制御することをさらに含む（ブロック３１６）。

図４は、いくつかの実施形態による、外科用ロボットのロボットアームに対する患者の解剖学的特徴の位置および配向を決定することを可能にする、複数座標変換システムのデータフロー４００を示す図である。この例では、複数の検査画像に基づく複数の検査画像空間４０２からのデータを変換して、共通検査画像空間４０４に組み合わせることができる。共通検査画像空間４０４からのデータ、および検証画像に基づく検証画像空間４０６からのデータを変換して、位置合わせ画像空間４０８に組み合わせることができる。位置合わせ画像空間４０８からのデータを患者基準座標４１０に変換することができ、これは、ＤＲＢ４１２用の座標に変換される。追跡カメラ４１４が、ＤＲＢ４１２の移動を検出することができ（ＤＲＢ４１２’によって表される）、また、プローブトラッカ４１６の場所も検出して、ＤＲＢ４１２の座標を経時的に追跡することができる。ロボットアームトラッカ４１８が、ロボット計画システム（ＲＰＳ）空間４２０または同様のモデリングシステムからの変換データおよび／または追跡カメラ４１４からの変換データに基づいてロボットアームの座標を決定する。

これらの特徴および他の特徴を使用して様々に組み合わせて、画像空間、すなわち、画像ボリュームからの座標を追跡空間、すなわち、外科用ロボットがリアルタイムで使用するための座標に位置合わせすることができることを理解されるべきである。以下で詳細に説明するように、これらの特徴には、ＣＴローカライザを有する定位フレーム、術中蛍光透視法を使用して位置合わせされた術前ＣＴまたはＭＲＩ、任意の取得されたスキャンの座標が追跡空間に対して事前に較正されている較正済みスキャナ位置合わせ、および／または例えば、追跡されたプローブを使用した表面位置合わせといった基準ベースの位置合わせが含まれてよい。

一例では、図５Ａ～５Ｃは、患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステム５００を示す。この例では、定位フレームベース５３０は、例えば、患者の頭部である患者の解剖学的特徴５２８に固定される。図５Ａに示すように、頭蓋骨をクランプするピンまたは他の方法を使用する位置合わせの前に、定位フレームベース５３０を、患者の頭部５２８に固定することができる。定位フレームベース５３０は、患者の頭部５２８を固定位置に保持するための固定プラットフォーム、およびＣＴローカライザ５３６またはＦＲＡ器具５３４を交互に保持するための位置合わせおよび追跡プラットフォームの両方として作動することができる。ＣＴローカライザ５３６は、複数の基準マーカ５３２（例えば、Ｎパターンの放射線不透過ロッドまたは他の基準）を含み、これらは、画像処理を使用して画像空間で自動的に検出される。ベース５３０へのＣＴローカライザ５３６の正確な取り付け機構により、これら基準マーカ５３２は、定位フレームベース５３０に対して既知の空間にある。ＣＴローカライザ５３６が取り付けられている患者の３Ｄ ＣＴスキャンが取られ、画像ボリュームは患者の頭部５２８、およびＣＴローカライザ５３６の基準マーカ５３２の両方を含む。この位置合わせ画像は、例えば、手術室または放射線科のどちらかで、術中または術前に撮ることができる。捕捉された３Ｄ画像データセットは、コンピュータメモリに保存される。

図５Ｂに示すように、位置合わせ画像が捕捉された後、ＣＴローカライザ５３６は定位フレームベース５３０から取り外され、フレームリファレンスアレイ器具５３４が定位フレームベース５３０に取り付けられる。しかし、定位フレームベース５３０は、患者の頭部５２８に固定されたままであり、手術中に患者を固定するために使用され、フレームリファレンスアレイ器具５３４の取り付け点として機能する。フレームリファレンスアレイ器具５３４は、フレームリファレンスアレイ（ＦＲＡ）を含む。これは、光学追跡の主なリファレンスであってよい３つ以上の追跡されたマーカ５３９からなる剛体アレイである。ＦＲＡの追跡されたマーカ５３９を定位フレームベース５３０に対して固定で既知の場所および配向に位置決めすることによって、患者の頭部５２８の位置および配向をリアルタイムで追跡することができる。ＦＲＡ器具５３４および定位フレームベース５３０の装着点は、最小（すなわち、サブミリメトリック）の変動で、ＦＲＡ器具５３４が定位フレームベース５３０に再現性をもって取り付けられるように設計することができる。定位フレームベース５３０のこれらの装着点は、スキャンが行われた後に取り外されたＣＴローカライザ５３６によって使用された同じ装着点にすることができる。（例えば、図１Ｂの補助アーム１０７といった）補助アームまたは他の取り付け機構をまた使用して、患者をロボットベースにしっかりと固定し、確実にロボットベースが患者に対して動かないようにすることができる。

図５Ｃに示すように、ダイナミックリファレンスベース（ＤＲＢ）５４０を定位フレームベース５３０に取り付けることもできる。この例におけるＤＲＢ５４０は、３つ以上の追跡されたマーカ５４２からなる剛体アレイを含む。この例では、ＤＲＢ５４０および／または他の追跡されたマーカは、補助装着アーム５４１、ピン、または他の取り付け機構を使用して、定位フレームベース５３０に、および／または、直接患者の頭部５２８に取り付けることができる。定位フレームベース５３０の明白な位置特定のために１つの方法のみで装着されるＦＲＡ器具５３４とは異なり、ＤＲＢ５４０は、一般に、妨げられない外科的および機器アクセスを可能にするために必要に応じて取り付けることができる。ＤＲＢ５４０およびＦＲＡ器具５３４が取り付けられると、最初はＦＲＡの追跡マーカ５３９に関係付けられていた位置合わせは、任意選択的にＤＲＢ５４０の追跡マーカ５４２に転送または関係付けることができる。例えば、ＦＲＡ器具５３４の任意の部分が外科的アクセスを妨げる場合、外科医はＦＲＡ器具５３４を取り外して、ＤＲＢ５４０のみを使用してナビゲートすることができる。しかし、ＦＲＡ器具５３４が手術の邪魔になっていない場合、外科医は、ＤＲＢ５４０を使用せずにＦＲＡマーカ５３９からナビゲートすることを選択するか、またはＦＲＡマーカ５３９およびＤＲＢ５４０の両方を使用してナビゲートすることができる。この例では、ＦＲＡ器具５３４および／またはＤＲＢ５４０は、光学マーカを使用し、その追跡された位置は、ＣＴローカライザ５３６と同様に、定位フレームベース５３０に対して既知の場所にあるが、他の多くの追加および／または代替の技術が使用されてもよいことを理解すべきである。

図６Ａおよび６Ｂは、いくつかの実施形態による、蛍光透視（フルオロ）撮像を使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためシステム６００を示す。この実施形態では、画像空間は、追跡された位置合わせ器具６４４を使用して撮られた複数の術中蛍光透視（フルオロ）画像を使用して追跡空間に位置合わせされている。患者の解剖学的特徴（例えば、患者の頭部６２８）は、残りの手術の間、クランプ装置６４３内で静止位置に位置付けられて、しっかりと固定される。患者をしっかりと固定するためのクランプ装置６４３は、所望に応じて、メイフィールドクランプなどの３ピン固定システム、手術台に取り付けられた定位フレームベース、または別の固定方法であってよい。クランプ装置６４３はまた、患者追跡アレイまたはＤＲＢ６４０の支持構造体としても機能することができる。補助装着アーム６４１または他の手段を使用して、ＤＲＢをクランプ装置に取り付けることができる。

患者が位置付けられると、フルオロ器具６４４は、フルオロユニットのＸ線収集画像増強管（図示せず）取り付けられ、クランプ足部６３２を締めることによって固定される。フルオロ器具６４４は、フルオロ画像捕捉デバイスによって捕捉された２Ｄフルオロ画像上で可視であり、標準のピンホールカメラモデルを使用して、通常は、患者の反対側に約１メートル離れている、画像増強管に対するＸ線源の場所を計算するために使用することができる基準マーカ（例えば、この例では２つの平面に置かれる図示しない金属球体）を含む。フルオロ画像捕捉デバイスによって捕捉されたフルオロ画像内の金属球体の検出はまた、ソフトウェアがフルオロ画像をデワープする（すなわち、ピンクッションおよびＳひずみを取り除く）ことを可能にする。さらに、フルオロ器具６４４は、追跡空間におけるフルオロ器具６４４の場所および配向を決定するための３つ以上の追跡マーカ６４６を含む。いくつかの実施形態では、ソフトウェアが、以前に捕捉されたＣＴ画像に基づいてＣＴ画像ボリュームを通してベクトルを投影して、実際のフルオロ画像（すなわち、デジタル的に再構成された放射線写真（ＤＲＲ））に類似して出現するＣＴ画像内のコントラストレベルに基づいて合成画像を生成することができる。ＤＲＲが実際のフルオロショットと一致するまでフルオロビームの理論上の位置を順次繰り返すことにより、２つ以上の視点でフルオロ画像とＤＲＲとの間で一致を見つけることができ、この一致に基づいて、Ｘ線源および検出器に対する患者の頭部６２８の場所が計算される。フルオロ器具６４４上の追跡マーカ６４６は画像増強管の位置を追跡し、画像増強管に対するＸ線源の位置は２Ｄ画像上に投影されたフルオロ器具６４４の金属基準から計算されることから、追跡空間におけるＸ線源および検出器の位置がわかり、システムは、画像と追跡との位置合わせを実現することができる。

図６Ａおよび６Ｂに示すように、装着アーム６４１を介して位置合わせ器具６３０に固定されているＤＲＢ６４０のアレイマーカ６４２およびフルオロ器具６４４上の追跡マーカ６４６を追跡しながら、２つの異なる視点から、フルオロ画像捕捉デバイスによって患者の頭部６２８の２つ以上のショットが撮られる。追跡データおよびフルオロデータに基づいて、アルゴリズムが手術のための追跡空間に対する頭部６２８または他の解剖学的特徴の場所を計算する。画像と追跡との位置合わせを通じて、画像ボリューム空間内の任意の追跡された任意のツールの場所を計算することができる。

例えば、一実施形態では、第１のフルオロ視点から撮られた第１のフルオロ画像を、ＣＴ画像ボリュームを通る第１の視点から構築された第１のＤＲＲと比較することができ、第２のフルオロ視点から撮られた第２のフルオロ画像を、同じＣＴ画像ボリュームを通る第２の視点から構築された第２のＤＲＲと比較することができる。比較に基づいて、第１のＤＲＲが、解剖学的特徴の投影されたビューに関して第１のフルオロ画像と実質的に同等であり、第２のＤＲＲが、解剖学的特徴の投影されたビューに関して第２のフルオロ画像と実質的に同等であると決定することができる。等価性は、カメラ空間において追跡された実際のフルオロマシン上の放射体から収集体へのＸ線経路の位置および配向が、ＣＴ空間においてＤＲＲを生成するときに指定された放射体から収集体へのＸ線経路の位置および配向と一致することを裏付け、したがって、追跡空間のＣＴ空間への位置合わせが達成される。

図７は、いくつかの実施形態による、術中ＣＴ器具（ＩＣＴ）およびＤＲＢを使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステム７００を示す。図７に示すように、１つの応用では、複数の追跡マーカ７５１および放射線不透過性の基準リファレンスマーカ７３２を有する術中ＣＴ器具（ＩＣＴ）７５０を使用する基準ベースの画像と追跡と位置合わせを利用して、ＣＴ空間を追跡空間に位置合わせすることができる。３ピンメイフィールドフレームおよび／または定位フレームなどのクランプ装置７３０を使用して解剖学的特徴７２８（例えば、患者の頭部）を安定させた後、外科医は、ＩＣＴ７５０を、解剖学的特徴７２８、ＤＲＢ７４０、またはクランプ装置７３０に、装着アーム７４１または他の剛体手段によって適所に保持されていてよいＤＲＢ７４０の追跡マーカ７４２に対して静止位置にあるように固定する。ＩＣＴ７５０の基準リファレンスマーカ７３２を包含するＣＴスキャンが、解剖学的特徴７２８の関連の解剖学的構造も捕捉しつつ捕捉される。ＣＴスキャンがソフトウェアにロードされると、システムは、ＩＣＴ７５０の追跡マーカに対して固定位置にある、ＣＴボリューム内のＩＣＴの基準リファレンスマーカ７３２の場所を（画像処理を通じて）自動的に特定し、画像と追跡との位置合わせが提供される。最初はＩＣＴ７５０の追跡マーカ７５１に基づいていたこの位置合わせは、次に、ＤＲＢ７４０の追跡マーカ７４２に関係付けられるまたは転送されて、次に、ＩＣＴ７５０を取り外すことができる。

図８Ａは、いくつかの実施形態による、ＤＲＢおよびＸ線コーンビーム撮像デバイスを使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためシステム８００を示す。Ｘ線マシンまたは他のスキャンデバイスなどの術中スキャナ８５２が、位置合わせのために上に装着された追跡マーカ８５５を有する追跡アレイ８５４を有することができる。スキャンデバイス上の追跡アレイ８５４の固定の既知の位置に基づいて、システムは較正されて、追跡空間を、システムによって取得された任意のスキャンの画像空間に直接マッピング（位置合わせ）することができる。位置合わせが達成されると、最初はスキャナのアレイ８５４の追跡マーカ８５５（例えば、ガントリマーカ）に基づいている位置合わせは、装着アーム８４１または他の剛体手段によって患者の頭部８２８を保持するクランプ器具８３０に固定されていてよいＤＲＢ８４０の追跡マーカ８４２に関係付けられるまたは転送される。位置合わせを転送した後は、スキャナのマーカは使用されなくなり、所望に応じて、取り外される、無効にされる、または覆われてよい。いくつかの実施形態では、このようにして追跡空間をスキャナによって取得された任意の画像に位置合わせすることにより、画像空間における基準または他の参照マーカの必要性を回避することができる。

図８Ｂは、ここではＣアームスキャナ８５３と称される携帯型術中スキャナを使用する代替システム８００’を示す。この例では、Ｃアームスキャナ８５３は、手術の他の側面に干渉することなく、Ｃアームスキャナ８５３を必要に応じて所定の位置に移動すること、およびそこから取り外すことを可能にする可動ベース８５８に結合されたｃ字型アーム８５６を含む。アーム８５６は、術中、患者の頭部８２８の周りに位置付けられ、アーム８５６を患者の頭部８２８に対して回転および／または平行移動して、Ｘ線または他のタイプのスキャンを捕捉して位置合わせを達成し、その時点で、Ｃアームスキャナ８５３を患者から取り外すことができる。

いくつかの実施形態によれば、患者の解剖学的特徴、例えば患者の頭部の別の位置合わせ方法は、解剖学的特徴の表面輪郭マップを使用することであってよい。表面輪郭マップは、ナビゲートもしくは追跡されたプローブ、またはレーザーポインター、３Ｄカメラなどといった他の測定もしくは検知デバイスを使用して構成することができる。例えば、外科医は、ナビゲートされたプローブで、頭部の表面上の点をドラッグするか、連続的にタッチして、頬骨、眉弓、鼻梁、眉毛などといった一意の突起の表面を捕捉することができる。システムは、次いで、結果として得られた表面輪郭をＣＴおよび／またはＭＲ画像から検出された輪郭と比較し、最も近い一致を提供する輪郭の場所および配向を探す。患者の動きを考慮し、すべての輪郭点が同じ解剖学的特徴に対して確実に取られるようにするために、各輪郭点は、それが記録されたときの患者上のＤＲＢの追跡マーカに関係付けられる。追跡空間における輪郭マップの場所は、追跡されたプローブおよび追跡されたＤＲＢから既知であるため、対応する輪郭が画像空間で見つかると、追跡と画像との位置合わせが得られる。

図９は、いくつかの実施形態による、ナビゲートもしくは追跡されたプローブと、解剖学的特徴９２８（例えば、患者の頭部）のポイントツーポイントマッピングのための基準とを使用して患者の解剖学的特徴を位置合わせするためのシステム９００を示す。ソフトウェアが、ユーザに、追跡されたプローブを用いてＣＴまたはＭＲ画像に見つけることができる一連の解剖学的ランドマーク点を指し示すように指示する。ユーザがソフトウェアによって示されたランドマークを指し示すと、システムは、プローブおよびＤＲＢ上の追跡マーカの追跡された場所を有する追跡データのフレームを捕捉する。プローブ上のマーカの追跡された場所から、プローブの先端の座標が計算され、ＤＲＢ上のマーカの場所に関係付けられる。両方の空間で３つ以上の点が見つかると、追跡と画像との位置合わせが達成される。自然の解剖学的ランドマークを指し示す代わりに、ステッカー基準または金属基準などの基準９５４（すなわち、基準マーカ）を使用することができる。外科医は、基準９５４を患者に取り付ける。これらは、撮像時に不透過の材料で構成される。例えば、ＣＴで使用する場合は金属を、ＭＲで使用する場合はビタミンＥを含む。撮像（ＣＴまたはＭＲ）は、基準９５４を配置した後に行われる。次いで、外科医またはユーザが、画像ボリューム内の基準の座標を手動で見つけるか、ソフトウェアがそれらを画像処理で自動的に見つける。クランプ装置９３０または剛体手段に接続された装着アーム９４１を通じて、追跡マーカ９４２を有するＤＲＢ９４０を患者に取り付けた後、外科医またはユーザはまた、追跡されたプローブで基準９５４にタッチし、同時に、プローブ（図示せず）およびＤＲＢ９４０上の追跡マーカを記録することによって、物理空間におけるＤＲＢ９４０に対する基準９５４の位置を特定することができる。同じ点の座標が画像空間および追跡空間において既知であるため、位置合わせが達成される。

本明細書に記載される実施形態の１つの用途は、軌道を計画し、ロボットを制御して所望の軌道に移動させ、その後、外科医がロボットによって保持されたガイドチューブを通して電極などのインプラントを配置することである。追加機能には、５つの座標、すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚ、リング角度、および円弧角度を使用するＬｅｋｓｅｌｌフレームなどの既存の定位フレームで使用される座標のエクスポートが含まれる。これらの５つの座標は、画像空間に対して計画段階で特定されたターゲットおよび軌道を使用し、定位フレームベースまたは他の位置合わせ器具に対するリングおよび円弧の位置および配向を知ることによって確立される。

図１０に示すように、定位フレームは、解剖学的特徴１０２８（例えば、患者の頭部）のターゲット場所１０５８が球体の中心として扱われ、軌道がターゲット場所１０５８を中心に枢動することを可能にする。ターゲット場所１０５８への軌道は、定位フレーム（例えば、Ｌｅｋｓｅｌｌフレーム）のリングおよび円弧の角度によって調整される。これらの座標は手動で設定することができ、定位フレームは、ロボットが故障する場合、またはうまく追跡もしくは位置合わせすることができない場合のバックアップまたは冗長システムとして使用することができる。中心点（すなわち、ターゲット場所１０５８）に対する線形のｘ、ｙ、ｚオフセットは、フレームの機構を介して調整される。コーン１０６０は、ターゲット場所１０５８を中心とし、また、Ｌｅｋｓｅｌｌまたは他のタイプのフレームのリングおよび円弧の角度を変更することによって達成することができる調整ゾーンを示す。この図は、リングおよび円弧の調整を有する定位フレームが、頭蓋骨への進入点を変更しつつ、ある範囲の角度から固定のターゲット場所に到達するのによく適していることを示す。

図１１は、いくつかの実施形態による仮想点回転機構の２次元視覚化を示す。この実施形態では、ロボットアームは、５軸機械フレームでは容易に達成することができないが、本明細書に記載される実施形態を使用して達成することができる新しい移動モードを可能にする異なるタイプの点回転機能を作成することができる。本明細書に記載される位置合わせ技術を使用するロボットの軸の協調制御により、このモードは、ユーザがロボットのガイドチューブを空間内の任意の固定点を中心に枢動させることを可能にする。例えば、ロボットは、解剖学的特徴１１２８（例えば、患者の頭部）への進入点１１６２を中心に枢動することができる。この進入点枢動は、術中にターゲット場所１１６４を調整する能力を制限することなく、ユーザがより小さな穿頭孔を開けることを可能にするので、有利である。コーン１１６０は、１つの進入穴を通って到達可能である軌道の範囲を表す。さらに、進入点枢動は、ユーザが、同じ小さな進入穿頭孔を通って２つの異なるターゲット場所１１６４および１１６６に到達することを可能にするので、有利である。代わりに、ロボットは、頭蓋骨内のターゲット点（例えば、図１０に示す場所１０５８）を中心に枢動し、図１０に示すように、異なる角度または軌道からターゲット場所に到達することができる。このようなロボットによる内部枢動は、腫瘍を照射するとき、または血管もしくは神経といった重要な構造が、それらを越えてターゲットに到達するときに横断されないように経路を調整するときなどに、ユーザが複数のアプローチから同じターゲット場所１０５８に近づくことを可能にするので、定位フレームと同じ利点がある。ターゲット／枢動点を固定したままにするために固定のリングおよび円弧のアーティキュレーションに依存する定位フレームとは異なり、ロボットは、軸の制御されたアクティブ化を通じて枢動点を調整する。したがって、ロボットはその枢動点を動的に調整し、必要に応じて図１０および１１に示されているモードを切り替えることができる。

ロボットまたはリングおよび円弧器具を使用したインプラントまたは器具の挿入に続いて、これらのおよび他の実施形態は、術中撮像を使用してインプラントの場所を検証することを可能にすることができる。計画された軌道に対する器具またはインプラントの配置精度は、ユーザに定性的および／または定量的に示すことができる。計画されたを配置された位置と比較するための１つのオプションは、術後検証ＣＴ画像をいずれかの術前画像とマージすることである。術前画像と術後画像とがマージされ、計画が重ね合わされて示されると、術後ＣＴでのインプラントの影を計画と比較して、配置の精度を評価することができる。術後ＣＴでの影アーチファクトの検出は、画像処理およびミリメートルを単位として数値で表示されるオフセットを通じて自動的に行うことができ、先端と進入でのオフセットおよび経路に沿った角度オフセット。このオプションでは、画像間の位置合わせは骨の解剖学的輪郭に基づいて行われるため、検証画像に基準が存在する必要はない。

計画された位置を最終的な配置と比較するための第２のオプションは、フルオロ器具が取り付けられているまたは取り付けられていない状態での術中フルオロを使用する。２つの面外フルオロ画像が撮られ、これらのフルオロ画像は、位置合わせについて前述したように、術前のＣＴまたはＭＲから生成されたＤＲＲと照合される。しかし、いくつかの前述の位置合わせ方法とは異なり、重要な情報は電極がフルオロ画像内の解剖学的構造に対してどこに位置するかであるため、フルオロ画像が追跡されることはそれほど重要ではない場合がある。電極の線形またはわずかに湾曲した影がフルオロ画像上に見つかり、そのフルオロショットに対応するＤＲＲが見つかると、この影は、ＣＴ画像ボリューム内に、フルオロ画像およびＤＲＲの光線方向の内または外に配向される平面またはシートとして再現することができる。つまり、システムは、所与のショットで電極がフルオロ画像面のどれくらい奥にまたは手前にあるのかはわからないが、可能な場所の平面またはシートを計算し、この平面またはシートを３Ｄボリュームで表すことができる。第２のフルオロビューでは、異なる平面またはシートを決定して、３Ｄ画像に重ね合わせることができる。これらの２つの平面またはシートが３Ｄ画像上で交差する場所が、電極の検出された経路である。システムは、この検出された経路を３Ｄ画像ボリューム上のグラフィックとして表すことができ、ユーザが、画像ボリュームを再スライスして、この経路と計画された経路とを所望される視点から表示することを可能にし、これはまた、電極の計画されたから配置された位置の逸脱を自動または手動で計算することも可能にする。フルオロ器具の追跡は不要であるが、フルオロ画像をデワープし、Ｘ線放射体の場所を計算して、ＤＲＲ計算、一致するＤＲＲとフルオロショットとを見つけるために繰り返すときの収束率、および３Ｄスキャンへの電極を表すシート／平面の配置の精度を向上させるのに役立つように行うことができる。

この例および他の例では、ナビゲーションの整合性を維持すること、つまり、位置合わせと追跡とが手術全体を通じて正確なままであることを確実とすることが望ましい。ナビゲーションの整合性を確立および維持する２つの主な方法には、ＤＲＢ上のマーカに対する監視マーカの位置を追跡することと、画像内のランドマークを確認することとが含まれる。第１の方法では、例えばＤＲＢがぶつかることにより、この位置が変化した場合、システムは、ナビゲーションの整合性が失われた可能性があることをユーザに警告することができる。第２の方法では、ランドマーク確認で、画面に表示されたスライス内に表されている解剖学的構造が、プローブの先端が指し示している解剖学的構造と一致しない場合、外科医もナビゲーションの整合性が失われていることに気が付く。どちらの方法でも、ＣＴローカライザおよびフレームリファレンスアレイ（ＦＲＡ）の位置合わせ方法を使用する場合、外科医は、フレームベースに１つの可能な方法のみで装着されるＦＲＡを再取り付けし、ＦＲＡ追跡マーカおよびＣＴローカライザ５３６からの保存された基準に基づいて追跡と画像との位置合わせを復元するオプションを有する。この位置合わせを、次に、再配置されたＤＲＢ上の追跡マーカに転送するまたは関係付けることができる。位置合わせが転送されたら、所望される場合、ＦＲＡを取り外すことができる。

ここで、図１Ａに示す外科用ロボットシステム１００を参照して図１２～１８を全体的に参照すると、エンドエフェクタ１１２は、１つのエンドエフェクタが、ほんの一例として脳深部刺激（ＤＢＳ）、立体脳波検査（ＳＥＥＧ）、または内視鏡ナビゲーションおよび腫瘍生検といった複数の異なる外科手術のための別のエンドエフェクタに変えられることなく、所与の１つのロボットアーム１０４に取り付けられたままであるように、構成要素を備え、構成され、または別の方法で特徴を含むことができる。前述のように、エンドエフェクタ１１２は、患者の解剖学的特徴に対向して、それに動作的に近接し、かつエンドエフェクタ１１２に近接する解剖学的特徴における企図される手術用の１つ以上の外科用ツールを受容することができるように配向可能であってよい。エンドエフェクタ１１２の動きおよび配向は、本明細書で説明されたナビゲーション、軌道誘導、もしくは他の方法論のいずれかを通じて、または特定の手術に好適であるように他の方法で達成することができる。

エンドエフェクタ１１２は、複数の外科用ツール１２９がエンドエフェクタ１１２に選択的に接続可能であることを可能とするように好適に構成されている。したがって、例えば、患者の解剖学的特徴上の切開点の位置を特定するためにスタイレット１１３（図１３）が選択的に取り付けられても、電極ドライバ１１５（図１４）が同じエンドエフェクタ１１２に選択的に取り付けられてもよい。

ロボット外科用システム１００の前述の説明を参照すると、プロセッサ回路、およびそのようなプロセッサ回路によってアクセス可能なメモリは、実行されると、術前、術中、または術後を問わず、関連付けられた外科手術の所定の段階において、エンドエフェクタ１１２を解剖学的特徴に対して、例えばＧＰＳ移動によって動かすように構成された様々なサブルーチンおよび他の機械可読命令を含む。

エンドエフェクタ１１２は、ツール１２９がエンドエフェクタ１１２に接続されているかどうか、および、ある場合に、どのツール１２９がエンドエフェクタ１１２に接続されているのか応じて、エンドエフェクタの動きを防止または可能にするための様々な構成要素および特徴を含む。図１２をより詳細に参照すると、エンドエフェクタ１１２は、近位表面１１９上に位置し、それに接続されたツール挿入ロック機構１１７を含む。ツール挿入ロック機構１１７は、前述のスタイレット１１３、電極ドライバ１１５、または前述のもしくは本開示の他の応用によって企図され得るような異なる手術用の任意の他のツールといった複数の外科用ツールのうちの任意の選択された１つを固定するように構成される。ツール挿入ロック機構１１７によるツールの固定は、ロック機構１１７に固定可能である複数のツールのいずれについても、そのような各ツールが患者の解剖学的特徴に対して所定の高さ、配向角度、および回転位置で動作可能にかつ好適に固定されるような固定であり、これにより、複数のツールを、企図される手術に適切なそれぞれの位置で同じエンドエフェクタ１１２に固定することができる。

エンドエフェクタ１１２の別の特徴は、エンドエフェクタ１１２の遠位表面１２３、すなわち、一般に患者と向かい合う表面上に位置するツールストップ１２１である。図１６、１９、および２０を参照して見られるように、ツールストップ１２１は、それに動作可能に関連付けられた停止機構１２５およびセンサ１２７を有する。停止機構１２５は、ツールのいずれかがエンドエフェクタ１１２に接続されることを防止する係合位置と、ツール１２９のいずれかがエンドエフェクタ１１２に選択的に接続されることを可能にする係合解除位置との間で選択的に移動可能であるようにエンドエフェクタ１１２に装着されている。センサ１２７は、停止機構１２５が係合位置または係合解除位置にあるかをセンサ１２７が検出するように、任意の好適な場所（図１２、１４、１６）においてエンドエフェクタ１１２のハウジング上または内に位置していてよい。センサ１２７は、リードスイッチ、ホール効果センサ、または他の磁場検出デバイスを含む任意のタイプの機械的スイッチまたは任意のタイプの磁気センサといった、そのような検出に好適な任意の形態を採ることができる。１つの可能な実装形態では、センサ１２７は、２つの部分、つまり、ホール効果センサ部分（図示せず）および磁気部分１３１を有し、これら２つの部分は、それぞれの係合位置および係合解除位置に対応する２つの磁場を生成し、検出するように互いに対して動く。図示の実装形態では、磁気部分は、磁石１３１に動作的に近接してエンドエフェクタ１１２のハウジング内に装着された相補的検知部分（図示せず）に対して動いて、係合位置と係合解除位置との間の停止機構１２５の動きから関連付けられた磁場の変化を検出する２つの希土類磁石１３１を含む。この実装形態では、ホール効果センサはバイポーラであり、磁石のＮ極またはＳ極がセンサに対向しているかどうかを検出することができる。磁石１３１は、一方の磁石のＮ極がセンサの経路に面し、他方の磁石のＳ極がセンサの経路に面するように構成されている。この構成では、センサは、（例えば、係合解除位置において）１つの磁石の近くにあるときは、増加した信号を、（例えば、係合位置において）もう一方の磁石の近くにあるときは、減少した信号を、いずれの磁石にも近接していないときには、不変の信号を検知する。この実装形態では、停止機構１２５が図１３および１９に示す係合解除位置にあることの検出に応答して、センサ１２７は、外科用ロボットシステム１００のプロセッサに、解剖学的特徴に対するエンドエフェクタ１１２の動きを防止する好適な命令を実行させる。このような動きの防止は、ツールがエンドエフェクタ１１２に接続されているときに、そのようなツールが患者の解剖学的特徴と相互作用している可能性があるなど、様々な理由から適切な場合がある。

係合または係合解除されたツール停止機構１２５を検出するためのセンサ１２７の別の実装形態は、ハウジング（図示せず）の後ろに単一の磁石と、好ましい実施形態において磁石１３１が示される場所に位置する２つのホール効果センサとを含むことができる。このような構成では、単極ホール効果センサが好適であり、ロック機構が係合解除されていることにより磁石が近接しているときにセンサ１が信号を検出する一方で、ロック機構が係合していることにより同じ磁石が近接しているときにセンサ２が信号を検出するように構成されていてよい。磁石が位置間にあるとき、すなわち、どちらのセンサにも近接していないとき、どちらのセンサも信号を検出しない。センサが係合位置ではアクティブであり、係合解除位置では非アクティブである構成が考えられるが、停電の場合の正しい挙動を保証するには、係合、係合解除、または過渡的を示す３つの信号を有する構成が推奨される。

エンドエフェクタ１１２、ツールストップ１２１、およびツール挿入ロック機構１１７はそれぞれ、同軸に整列したボアまたは開口部を有し、これにより、複数の外科用ツール１２９のうちの任意の選択された１つをそのようなボアおよび開口部を通して受容することができる。この実装形態では、エンドエフェクタは、ボア１３３を有し、ツールストップ１２１およびツール挿入ロック機構１１７は、それぞれの開口部１３５および１３７を有する。停止機構１２５は、ボア１３３およびツールストップ１２１の開口部１３５と軸方向に整列したリング１３９を含む。リング１３９は、停止機構１２５を係合位置と係合解除位置との間で動かすように、矢印Ａ（図１６）によって示される方向に選択的に手動で回転可能である。

１つの可能な実装形態では、リング１３９の選択的回転は、リング１３９が係合解除位置または係合位置のいずれかにロックされることを可能にする特徴を含む。したがって、例えば、図示のように、戻り止め機構１４１が、所定の位置からの特定の回転運動に対してリング１３９をロックするために任意の好適な方法でリング１３９上に位置して装着され、この場合、このような位置は、停止機構１２５が係合位置にあるときである。本明細書では様々な形態の戻り止め機構が企図されるが、１つの好適な配設は、リング１３９から円周方向外側に延在し、対応する雌戻り止め部分（図示せず）と係合するように軸方向内側にばね荷重された雄突起（図示せず）を有する手動でアクセス可能なヘッドを有する。したがって、戻り止め機構１４１は、手動で作動可能であり、リング１３９をその係合位置からロック解除して、リング１３９を手動で回転されることを可能にして、停止機構１２５を係合位置（図２０）から係合解除位置（図１９）に動かす。

ツールストップ１２１は、ツールストップ１２１の開口部１３５に隣接して枢動可能に装着されたレバーアーム１４３を含み、したがって、レバーアーム１４３の端部は、矢印Ｂ（図１６、１９、および２０）によって示される方向に選択的に枢動する。レバーアーム１４３は、停止機構１２５に動作可能に接続され、図２０に示されるように、停止機構１２５が係合位置にあることに応答して、ツールストップ１２１の開口部１３５を閉じることを意味する。レバーアーム１４３はまた、停止機構１２５が係合解除位置にあることに応答して、矢印Ｂの方向に枢動して戻り、開口部１３５を開くように動作可能に接続されている。したがって、係合位置と係合解除位置との間の停止機構１２５の動きは、レバーアーム１４３による開口部１３５の閉鎖または開放をもたらす。

この実装形態では、レバーアーム１４３は、開口部１３５に隣接して枢動可能に装着されているだけでなく、エンドエフェクタ１１２の遠位表面１２３の最遠位点で画定される遠位平面と平行に枢動する。このようにして、ボア１３３および開口部１３５を通して挿入されることが試みられる外科用ツール１２９のうちのいずれか１つが、レバーアーム１４３がその中で回転して開口部１３５を閉じる遠位平面を過ぎて挿入されないようにされる。

次に、ツール挿入ロック機構１１７（図１３、１７、１８）に目を向けると、コネクタ１４５が、外科用ツール１２９のうちのいずれか１つと、患者の解剖学的特徴に対するそれらの適切な高さ、配向角度、および回転位置で接し、固定するように構成されている。図示の実装形態では、コネクタ１４５は、複数のツール１２９のうちの選択された１つに関連付けられた対応する突片１５１を、内部を通って受容するように形成された少なくとも１つのスロット１４９を有する回転可能なフランジ１４７を含む。したがって、例えば、図１４において、特定の電極ドライバ１１５は複数の突片を有し、そのうちの１つの突片１５１が示されている。いくつかの実装形態では、回転可能なフランジ１４７は、カラー１５３を含むことができ、このカラーは、図１２に最もよく見られるように、近位に配向された表面１５５上に半径方向に離間したスロット１４９のうちの複数のものを有する。カラー１５３の周りに配設された複数のスロット１４７は、複数のツール１２９のうちの選択された１つに関連付けられた複数の突片１５１の対応するものを、内部を通って受容するようにサイズ決定されるかまたは別の方法で構成される。したがって、図１３に見られるように、複数のスロット１４９および対応する突片１５１は、複数のツール１２９のうちの選択された１つの固定を、選択されたツールが患者の解剖学的特徴に対して正しい所定の配向角度および回転位置にあるときにのみ可能にするように配設することができる。同様に、図１４に示される電極ドライバに関して、突片１５１（そのうちの１つは図１４の切り取り図に示されている）は、電極ドライバ１１５が適切な配向角度および回転位置で受容されるように配列された半径方向に離間したスロット１４９内に受容されている。

この実装形態では、回転可能なフランジ１４７は、それぞれ図１７および１８に示される開位置と閉位置との間の手動回転を容易にするグリップ１７３を有する。図１７に見られるように、嵌合するスロット１４９および突片１５１の複数のセットは、異なる角度の場所に配設され、この場合、場所は、円の単一の直径の弦に関して対称であるが、それ以外は半径方向に非対称であってもよく、また、スロットのうちの少なくとも１つは他のスロットとは寸法が異なるか、異なる弧の長さで延在する。このスロット－突片配設、および本開示により企図される任意の数の変形例では、回転可能なフランジ１４７が図１７に示される開位置にあるとき、ツール挿入ロック機構１１７内に受容されるべきツール１２９（または後述するアダプタ１５５）の回転位置は１つしかない。言い換えると、システム１００のユーザが、選択されたツール１２９（またはツールアダプタ１５５）を単一の適切な回転位置に動かすと、対応する突片１５１を、スロット１４９を通じて受容することができる。突片１５１をスロット１４９内に配置すると、突片１５１は、回転可能なフランジ１４７のコネクタ１４５内のベース表面１７５に対面する。突片１５１をスロット１４９内に受容し、それらを下のベース表面１７５上に置くと、特に回転可能なフランジ１４７に対する高さに関して、突片１５１およびスロット１４９の寸法は、回転可能なフランジ１４７が閉位置に回転したとき、フランジ部分１５７が突片１５１の部分に重なるかまたは係合する（このような係合は図１８に示されている）ように半径方向に平行移動するように選択され、コネクタ１４５内に受容されているツール１２９（またはアダプタ１５５）を患者の解剖学的特徴に対して所望の所定の高さ、配向角度、および回転位置で固定する。

ツール１２９に関連付けられていると記載された突片１５１は、そのようなツール１２９に直接接続されていても、および／または突片１５１は、図１２、１７、および１８に示されるような上述のアダプタ１５５上に位置して装着されてもよい。このようなアダプタ１５５は、複数の外科用ツール１２９のうちの少なくとも１つをエンドエフェクタ１１２と相互接続するように構成されている。記載の実装形態では、アダプタ１５５は、２つの操作部－選択された１つ以上の外科用ツール１２９を接続するように適応されたツール受容部１５７、および、この実装形態では、アダプタ１５５の遠位端に装着されて接続されていてよい１つ以上の突片１５１である第２の操作部を含む。

アダプタ１５５は、この実装形態では、回転可能なフランジ１４７の内周部１６１に対向するようにサイズ決定された外周部１５９を有する。アダプタ１５５は、近位端１６３と遠位端１６５との間に延在し、端１６３、１６５の間に延在するアダプタボア１６７を有する。アダプタボア１６７は、複数の外科用ツール１２９のうちの少なくとも１つを受容するようにサイズ決定され、同様に、近位端１６３と遠位端１６５との間の距離は、ツール１２９のうちの少なくとも１つが、アダプタボア１６７に受容されたそのようなツールに関連付けられた外科手術のための所定の適切な高さでエンドエフェクタ１１２に固定されるように選択される。

１つの可能な実装形態では、システム１００は、回転可能なフランジ１４７の内周部１６１内に受容される実質的に同じ所定の外周部１５９を有する交換可能なインサート１６９であるように構成されたアダプタ１５５の複数のものを含む。さらに、このような実装形態では、交換可能なインサート１６９は、それぞれの直径が異なるボアを有し、そのボアは、ツール１２９のうちの対応するものを内部に受容するように選択することができる。ボア１６７は、複数の外科用ツール１２９に共通の内径を有する円筒形ブッシングを含んでいてよい。ボア１６７の直径の１つの可能なセットは、本開示において特定されているような複数のロボット外科手術に好適である、１２、１５、および１７ミリメートルであってよい。

図示の実装形態では、回転可能なフランジ１４７の内周部１６１およびアダプタ１５５の外周部１５９は円形であり、中心に位置合わせされた軸と対応する半径とを有する。図示の実装形態では、回転可能なフランジ１４７のスロット１４９は、回転可能なフランジ１４７の中心軸から半径方向外方に延在し、アダプタ１５５の突片１５１は、アダプタ１５５から半径方向外方に延在する。

さらに他の実装形態では、エンドエフェクタ１１２は、手術される解剖学的特徴に配向可能である少なくとも１つの照明要素１７１（図１４および１５）を備えていてよい。照明要素１７１は、アダプタ１６７内に位置するＬＥＤ１７７のリング（図１４）の形態であってもよく、このアダプタは、ツールロック機構１１７に固定されたブッシングの形態である。照明要素１７１はまた、エンドエフェクタ１１２の遠位表面１２３に装着された単一のＬＥＤ１７９であってもよい。ＬＥＤリング１７７もしくはエンドエフェクタ１１２の遠位表面に装着された単一要素ＬＥＤ１７９の形態であろうと、または他の任意の変形であろうと、照明要素１７１（複数可）の間隔および場所は、エンドエフェクタ１１２のボア１３３を通して受容されたツール１２９が影を落とさないか、または別の方法で、手術されている解剖学的特徴の要素１７１からの照明を妨げないように選択することができる。

エンドエフェクタ１１２の動作および関連付けられた特徴は、前述の説明から容易に明らかである。ツールストップ１２１は、係合位置と係合解除位置との間で回転可能であり、選択的にロック可能であり、移動可能であり、このような係合解除位置にあるときに動かされることが賢明ではないツールが存在している可能性により、このような係合解除位置にあるときセンサがエンドエフェクタ１１２の動きを防止する。ツール挿入ロック機構１１７も同様に、開位置と閉位置との間で回転可能であり、複数の交換可能なインサート１６９およびそのようなインサートの突片１５１のうちの１つを受容する。選択されたツール１２９は、そのようなインサート１６９内に受容されるか、あるいは、突片１５１が、そのようなツール１２９に直接接続された突片１５１を有することなどによって、ツール１２９に関連付けられてもよく、この突片付きツールも同様に、ツール挿入ロック機構１１７の対応するスロット１４９内に受容されていてよい。ツール挿入ロック機構１１７は、突片１５１がスロット１４９に受容されているその開位置から回転して、関連付けられたアダプタ１５５および／またはツール１２９を、それらが患者の解剖学的特徴に対して、それぞれの適切な高さ、配向角度、および回転位置にあるように固定することができる。

複数のアダプタ１５５を有する実装形態では、ボア直径、高さ、および他の好適な寸法を含むそのようなアダプタ１５５の寸法は、単一または最小数のエンドエフェクタ１１２を多数の外科用ツール１２９に使用することができるように選択される。交換可能なインサート１６９または円筒形ブッシングの形態のものといったアダプタ１５５は、拡張されたセットの外科用ツール１２９をエンドエフェクタ１１２に接続することを容易にすることができ、したがって、同様に、同じエンドエフェクタ１１２を使用する対応する拡張されたセットの関連付けられた外科的特徴も容易にする。

図１Ａに示される外科用ロボットシステム１００の別の可能な実施形態を、図２１～２５を参照して以下に説明し示す。この実装形態では、エンドエフェクタ２１２は、ロボットアーム１０４を参照して前述したようなロボットアームに好適に接続されており、解剖学的特徴ａに対向し、それに動作的に近接するように配向可能である。エンドエフェクタ２１２は、前述のツール挿入ロック機構１１７およびツールストップ１２１に対応するツール挿入ロック機構２１７およびツールストップ２２１といった、図１２～１８のエンドエフェクタ１１２を参照して説明されたものと同様の特徴を含むことができる。しかし、このような特徴は、エンドエフェクタ２１２において必須ではなく、エンドエフェクタ２１２の様々な他の特徴または構成が、図１９～２４を参照して開示によって企図されることが理解されるであろう。

エンドエフェクタ２１２は、それに選択的に接続可能なドリル２２３を含む外科用ツールを有する。処理回路、メモリ、および好適な機械可読命令が、外科用ロボットシステム１００のこの実装形態に関連付けられて、ドリル２２３について、解剖学的特徴ａに対するドリルターゲットおよび関連付けられたドリル軌道が決定される。同様に、実行されるときに、エンドエフェクタが決定されたターゲットおよび決定されたドリル軌道に対応する位置に自動的に移動することができるように、好適な命令が提供される。このような命令はまた、ターゲットへ向かうドリルの前進を可能にする。ドリル場所および軌道へのエンドエフェクタ２１２の手動操作も、同様に企図される。

ドリルガイド２２５が、ドリル２２３とエンドエフェクタ２１２との間に解放可能に接続される。以下で説明するように、ドリルガイド２２５は、決定されたターゲットに関連付けられた、事前選択されたドリル深さにおいてドリル２２３の前進を停止するように構成することができ、そうでなければそうする特徴を含む。ドリルガイド２２５は、ドリルの前進中に、決定されたドリル軌道に沿ってドリルを誘導する特徴を有してさらに構成されてもよい。

ドリルガイド２２５は、ガイドシャフト２２７の近位端と遠位端の間に内部を通って長手方向に延在するボア２２９を有するガイドシャフト２２７を含む。ボア２２９は、ドリル２２３のチャック２３３から遠位に延在するドリルビット２３１を摺動可能に受容するようにサイズ決定されている。このようなドリルビット２３１は、決定されたドリル軌道に沿ったドリルビット２３１の好適な量の前進時に、解剖学的特徴ａに係合可能なドリル先端２３５内で終端する。

図２２をより詳細に参照すると、ドリルビット２３１は、チャック２３３の遠位表面２３７とドリル先端２３５の端部との間の距離に対応する既知の、すなわち、所定の長さＡを有する。ガイドシャフト２２７は、次に、既知の、すなわち、所定の第２の長さＢを有する。ドリルガイド２２５は、近位深さストップ端および遠位深さストップ端を有する深さストップ２３９を含む。深さストップ２３９は、その遠位深さストップ端がガイドシャフト２２７の近位端において選択的かつ摺動可能に受容されるように装着されている。したがって、深さストップ２３９は、ガイドシャフト２２７に対して摺動すると、ガイドシャフト２２７の第２の長さＢを変化させる。特に、深さストップ２３９の移動は、ドリル先端２３５がガイドシャフト２２７の遠位端を越えて延在する量に対応する複数または一組の長さ値のうちでガイドシャフト２２７の所定の長さＢを変化させる。したがって、このような量は利用可能なドリル深さに対応している。このような選択された長さＢは、ドリルビット２３１の既知の所定の長さＡよりも短いので、ドリルビット２３１の遠位端およびそのドリル先端２３５は、解剖学的特徴の係合の所望の深さに対応する選択された長さだけガイドシャフト２２７の遠位端から遠位に延在することが可能にされる。開示の実装形態では、深さストップ２３９は、ドリル２２３のチャック２３３の遠位表面２３７と係合するように配向され、位置する表面２４１を有する。したがって、ドリル２２３によってドリル先端２３５が前進可能である深さは、深さストップ２３９の位置に対応する量によって制限される。

１つの可能な実装形態では、ドリルガイド２２５は、深さストップ２３９に動作可能に関連付けられている視覚的に認識可能な深さインジケータ２５１を含む。例として、深さストップ２３９は、指標２４３がその上に配置された長手方向ステム２４５を有し、したがって、深さストップ２３９の摺動可能な移動は、長手方向ステム２４５および指標２４３を摺動させる。ガイドシャフト２２７は、次に、指標２４３を有する長手方向ステム２４５の少なくとも一部を露出させるようにサイズ決定され、位置する窓２４７を形成する部分を有する。窓２４７に隣接する部分は、ポインタ２４９を形成するように、１つ以上の構造体または指標をその上に有する。この場合、指標２４３は、解剖学的特徴ａの利用可能な侵入の深さに関連付けられた段階的な数値スケールを含む。ポインタと数値スケールとは、この場合、深さストップ２３９の長手方向ステム２４５をガイドシャフト２２７の窓２４７に対して摺動させることによって、互いに対して移動可能である。

前述のポインタ２４９と指標２４３に数値として現れる段階的な前進の深さとの相対的な配設は、ポインタを摺動可能な長手方向ステム２４５上に有し、段階的な前進の深さを窓２４７の部分に沿って長手方向に配置するなど、代替構成で配置されてもよいことが理解されるであろう。さらなる変形例が可能である。

さらに別の可能な実装形態では、ドリルガイド２２５は、所望のまたは所定のドリル深さに対応する利用可能な選択可能な長手方向位置のうちの１つにおいて、深さストップ２３９を設定する係合機構２５３を使用する。係合機構２５３は、深さストップ２３９の近位端と遠位端との間の長手方向に離間した場所のうちの１つにおいて、深さストップ２３９に係合して設定する、図示の噛み合い歯２５７といった特徴を有するラチェットアセンブリ２５５を含むことができる。図示のラチェットアセンブリ２５５では、歯２５７は長手方向ステム２４５の好適な外面に沿って長手方向に配置され、１つ以上の噛み合い歯２５７といった対面する表面特徴を有するラチェット２５９が、ステム２４５に配置された歯２５７に対向するように位置し、かつステム２４５に選択的に係合するようにばね付勢されている。

ラチェット２５９および対応するラチェットアセンブリ２５５は、ばね付勢されたトリガ２６１によって操作されてもよい。図示の実施形態では、トリガ２６１は、ばね付勢力に抗して手動で引っ張られて、係合機構２５３を、それが以前に設定されていた長手方向位置のうちの第１の位置から係合解除する。このような係合解除の間に、深さストップ２３９は、指標２４３のスケールに対してポインタ２４９によって示される選択されたまたは所望のドリル深さまで、ガイドシャフト２２７に対して長手方向ステム２４５を摺動するように操作される。所望の長手方向位置までの深さストップ２３９の移動の後、ばね付勢されたトリガ２６１を解放して、ばね付勢力によって、係合機構２５３を、利用可能な長手方向位置のうちの第２の位置、つまり、所望のドリル深さに対応する第２の長手方向位置に設定することが可能になる。

ラチェットアセンブリまたは係合機構２５３の他の特徴によって所望のドリル深さが設定されると、このような設定は、トリガ２６１に動作可能に接続されているトリガロック２６３によって、不注意による移動に対してロックまたは固定することができる。これは、係合されるとき、トリガロック２６３が、深さストップの対応する歯２５７と係合したラチェット２５９を保持することを意味する。図示の実装形態では、トリガロック２６３は、ラチェット２５９の噛み合い歯２５７の係合解除に対するストップとして機能するように、またはより一般的には、深さストップ２３９の長手方向軸に対するラチェット２５９の半径方向外方への移動を防止するようにねじ式かまたは別の方法で係合されていてよいロックリング２６５の形態であってよい。

例えば深さストップ２３９の係合および係合解除を含む、係合機構２５３の作動は、ドリルガイド２２５にハンドル２６７を設けることによって容易にすることができる。ハンドル２６７は、ドリルガイド２２５の長手方向軸から半径方向外方に引っ張ることができ、係合機構２５３への接続によって、ハンドル２６７のこのような外方への引っ張りは、長手方向内方のばね付勢力に打ち勝ち、深さストップ２３９から係合機構２５３を係合解除する。反対に、ガイドシャフト２２７に対する深さストップ２３９の所望の摺動後のハンドル２６７の解放は、ドリルガイド２２５を所望のドリル深さに設定するように動作する。

ドリル２２３の侵入を所望のドリル深さに制限することに加えて、ドリルガイド２２５は、決定されたドリル軌道β（図２１）からのドリルビット２３１の逸脱を低減する特徴を含むことができる。１つの好適な実装形態では、このような軌道誘導特徴は、ボア２２９内に配置された少なくとも１つのブッシング２６９を含む。ブッシング（複数可）２６９は、ドリルビット２３１の外側長手方向表面２７３を、内部を通って摺動可能かつ回転可能に受容するようにサイズ決定されている。したがって、ブッシング２６９は、長手方向表面２７３に移動可能に係合するだけでなく、これにより、ガイドシャフト２２７内のドリルビット２３１の横方向変位（図２２）に対抗する矢印Ｆの方向を有するものとして示される力を及ぼすようにサイズ決定された内径を有する。１つの可能な実装形態では、１つのブッシング２６９は、ガイドシャフト２２７内に、その遠位端に向かって位置し、これにより、ドリル先端２３５が解剖学的特徴ａと係合する場所のより近くでドリルビット２３１と係合する。ドリルビット２３１のこのような遠位の場所は、特に、ドリル軌道が斜めの角度にある場合に、係合される解剖学的特徴ａに近接するために、より大きな横方向変位力を経験することが多い。

図示の実施形態では、第２のブッシング２６９が、ガイドシャフト２２７に沿った近位の場所に配置され、これにより、解剖学的特徴ａの斜めの係合時にドリルビット２３１の片持ち状態からもたらされるような、ドリルビット２３１の近位端における横方向変位に対抗する相殺力を生成することができる。

前述の説明から、ロボット外科用システム１００およびそのドリルガイド２２５の操作および関連する方法は、容易に理解されるであろう。例えば、１つの操作方法では、患者の解剖学的特徴ａにおける、本明細書で説明された手術のいずれかを含むロボット支援手術中に、ドリル２２３を誘導することができる。例えばコンピュータ処理よって、ドリルターゲットおよび関連付けられたドリル軌道が決定される。エンドエフェクタ２１２は、決定されたターゲットおよび決定されたドリル軌道に対応する位置に手動または自動で動かされる。エンドエフェクタ２１２のこのような移動の後または前に、解剖学的特徴における企図される手術に関連付けられたドリルの前進の所望の深さに対応する複数の選択可能な位置のうちの１つに、深さストップ２３９を機械的にまたは手動で設定することができる。このようにして、ドリル２２３は、選択された所望の深さを越えて解剖学的特徴に侵入することが制限される。

１つの可能な方法では、深さストップの変位は、ドリルの前進の段階的な深さに対応する視覚的に認識可能な指標を用いて行われ、所望の深さのこのような視覚的認識時に、深さストップは、このような所望の位置に固定される。深さストップを設定するには、ばね付勢されたトリガ２６１を、深さストップ２３９に対して第１の位置から係合解除し、次いで、深さストップ２３９を、第２の位置に、視覚的に認識可能な指標２４３に対して長手方向に摺動する。このような第２の位置は、深さストップの所望の位置および解剖学的特徴ａへの穿孔の所望の深さに対応する。深さストップ２３９の移動によって所望の深さが選択されると、トリガ２６１は解放されて、所望に位置において深さストップ２３９に再係合する。その後、トリガロック２６３をさらに係合させて、深さストップ２３９の不注意による係合解除および潜在的な移動を回避し、これにより、過剰な穿孔を回避することができる。

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するものではないことを理解されたい。特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。さらに、一般的に使用される辞書において定義されるような用語は、本明細書および関連する技術の文脈における意味と一致する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ていない限り、理想化されたまたは過度に正式な意味で解釈されないことが理解される。

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。

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／動作を説明することがあるが、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。

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。

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／もしくはデバイス）、ならびに／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。

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方法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動作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。

また、いくつかの代替実装形態では、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。

本発明の概念のいくつかの実施形態が前述の明細書に開示されたが、本発明の概念の多くの変更および他の実施形態が、前述の説明および関連する図面に提示された教示の利益を有し、本発明の概念が関係することに想到することが理解される。したがって、本発明の概念は、上記で開示された特定の実施形態に限定されず、多くの変更および他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることが理解される。さらに、一実施形態からの特徴は、本明細書に記載された異なる実施形態からの特徴と組み合わされるか、またはそれとともに使用されてもよいことが想定される。さらに、特定の用語が本明細書および以下の特許請求の範囲において使用されるが、それらは、一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、記載された本発明の概念または特許請求の範囲を限定する目的では使用されない。本明細書に引用される各特許および特許公開の開示全体は、あたかもそのような各特許または公開が参照により本明細書に個別に組み込まれるかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本発明の概念の様々な特徴および／または潜在的な利点は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (12)

1. 患者の解剖学的特徴における手術のための外科用ロボットシステムであって、
   外科用ロボットと、
   前記外科用ロボットに接続されたロボットアームと、
   前記ロボットアームに接続されており、かつ前記解剖学的特徴に対向して、それに対して動作可能に近接するように配向可能である、エンドエフェクタと、
   プロセッサ回路と、
   前記エンドエフェクタに選択的に接続可能なドリルを含む外科用ツールと、
   前記プロセッサ回路によってアクセス可能であり、かつユーザ入力に応答して、ドリルターゲットおよび関連付けられたドリル軌道を決定するように構成された機械可読命令を含む、メモリであって、前記命令は、実行されるとき、前記エンドエフェクタを、決定されたターゲットおよび決定されたドリル軌道に対応する位置に移動させて、前記ターゲットへ向かう前記ドリルの前進を可能にするように、さらに構成されている、メモリと、
   近位端および遠位端を有するドリルガイドであって、前記ドリルガイドは、前記遠位端において前記エンドエフェクタに、かつ前記近位端において前記ドリルに解放可能に接続され、前記ドリルガイドは、前記決定されたターゲットに関連付けられた事前選択されたドリル深さで前記ドリルの前記前進を停止するように構成され、前記ドリルの前記前進中、前記決定されたドリル軌道に沿って前記ドリルを誘導するようにさらに構成されている、ドリルガイドと、を含み、
   前記ドリルは、遠位表面を有するチャックと、前記チャックの前記遠位表面から遠位に延在し、前記解剖学的特徴に係合することが可能であるドリル先端内で終端する、回転可能な細長いドリルビットと、を含み、前記ドリルビットは、前記チャックの前記遠位表面と前記ドリル先端との間の距離に対応する第１の所定の長さを有し、
   前記ドリルガイドは、近位ガイドシャフト端および遠位ガイドシャフト端と、前記近位ガイドシャフト端および遠位ガイドシャフト端それぞれにおける開口部と、前記開口部間に延在し、前記ドリルビットを、内部を通って摺動可能に受容するようにサイズ決定されたボアと、を有する、ガイドシャフトを含み、前記ガイドシャフトは、それに関連付けられた第２の所定の長さを有し、
   前記ドリルガイドは、近位深さストップ端および遠位深さストップ端を有する深さストップをさらに含み、前記深さストップは、前記ガイドシャフトの前記近位端に装着され、かつ前記ドリルビットの前記第１の所定の長さよりも短くなるように、前記第２の所定の長さを変化させるように選択的に長手方向に摺動可能であり、したがって、前記ドリルビットは、前記ガイドシャフトに受容されたときに、事前選択された量だけ前記ガイドシャフトの前記遠位端を越えて前進され得、
   前記深さストップは、前記ドリルの前記チャックの前記遠位表面に係合するための表面を有し、これにより、前記ドリル先端が前記ドリルによって前進可能である深さは、前記深さストップの位置に対応する量によって制限され、
   前記エンドエフェクタは、ツール挿入ロック機構およびツールストップを含み、
   前記ツール挿入ロック機構は、前記外科用ツールを受容し、前記解剖学的特徴に対して所定の高さ、配向角度、および回転位置で動作可能なように、前記外科用ツールを前記エンドエフェクタに固定するように構成され、
   前記ツールストップは、停止機構およびセンサを有し、前記エンドエフェクタに配置および接続され、
   前記停止機構は、前記ツールのいずれかが前記エンドエフェクタに接続されることを防止する係合位置と、前記ツールのいずれかが前記エンドエフェクタに選択的に接続されることを可能にする係合解除位置との間で選択的に移動可能に構成され、
   前記センサは、前記停止機構の位置を検出するように構成され、
   前記センサによる前記係合解除位置にあることの検出に応答して、前記プロセッサ回路は、解剖学的特徴に対する前記エンドエフェクタの動きを防止する命令を実行する、システム。
2. 前記ドリルガイドは、前記ドリルガイドに関連付けられた前記ドリルビットの前進の段階的な深さに対応する指標を有する深さインジケータを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記深さストップは、前記ガイドシャフトの前記ボア内に摺動可能に受容された長手方向ステムを含み、
   前記ガイドシャフトは、前記ガイドシャフトに受容された前記長手方向ステムを露出させるようにサイズ決定され、かつ位置する窓を形成する部分を有し、前記段階的な深さに関連付けられた前記指標は、前記所定のドリル深さを示すように、前記ステムおよび前記窓に隣接する前記部分のうちの少なくとも一方上に位置する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記指標は、互いに対して移動可能なポインタおよび数値スケールを含み、前記ポインタは、前記ステムおよび前記窓に隣接する前記部分のうちの一方上に配置され、前記数値スケールは、前記ステムおよび前記窓に隣接する前記部分の他方上に配置される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ドリルガイドは、所望のドリル深さに対応する複数の選択可能な長手方向位置のうちの１つに、前記深さストップを設定するための係合機構を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記係合機構は、前記深さストップの前記近位端と前記遠位端との間の複数の長手方向に離間した場所のうちの１つにおいて係合可能なラチェットアセンブリを含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記ドリルガイドは、前記長手方向位置のうちの第１の位置から前記係合機構を係合解除し、前記長手方向位置のうちの第２の位置に前記係合機構を設定するように作動可能なばね付勢トリガを含み、前記第２の長手方向位置は、前記所望のドリル深さに対応する、請求項５に記載のシステム。
8. 前記トリガは、前記トリガに動作可能に接続されて、前記トリガの前記作動、したがって、前記係合機構の不注意による係合解除を阻止する、トリガロックを含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記ドリルガイドは、前記係合機構に動作可能に接続されて、前記長手方向位置のうちの選択的な位置に前記深さストップを手動で設定するためのハンドルを含む、請求項５に記載のシステム。
10. 前記ガイドシャフトは、前記ボア内に配置されており、かつ前記ドリルビットの外側長手方向表面を内部に摺動可能かつ回転可能に受容するようにサイズ決定されている、少なくとも１つのブッシングを有する、請求項１に記載のシステム。
11. 前記ガイドシャフトは、前記ボア内の長手方向に離間した場所に配置された上部および下部ブッシングを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記ブッシングは、前記ガイドシャフト内の前記ドリルビットの横方向変位に対抗する力で、前記ドリルビットの遠位端の前記長手方向表面に係合するようにサイズ決定された内径を有して、前記決定されたドリル軌道からの前記ドリルビットの逸脱を低減する、請求項１０に記載のシステム。

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