JP7263300B2 - Surgical robot with passive end effector - Google Patents

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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 continuation-in-part of US patent application Ser. No. 16/587,203, filed September 30, 2019. This 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 hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

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。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to medical devices and systems, and more particularly to robotic systems and associated end effectors and associated methods and devices for controlling cutting of patient anatomy.

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 osteotomies, i.e., cutting an anatomical structure, such as bone, along a target plane. Total knee arthroplasty usually requires cutting both the femoral and tibial heads to remove the damaged bone and cartilage and introduce the knee prosthesis. A surgeon can use an oscillating surgical saw to make five or more cuts on the femur and one or more cuts on 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 precisely match and stabilize the saw while cutting the bone at the desired location. The surgeon's limited visibility to the surgical site, combined with the difficulty of controlling the movement of the saw, creates the risk of cutting unwanted portions of bone or adjacent tissue. Vibrations produced by the saw during cutting can reduce the accuracy of the cut. In knee surgery, the accuracy of the bone cut (planar cut) 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 movement of the surgeon's saw during cutting. Misalignment of the jig during cutting and limited stability of the saw blade can limit the accuracy of the cut. Additionally, contact between the saw blade and the jig can create debris, which risks 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) a manual approach by the surgeon, (2) a bone grafting jig approach, and (3) a robotic 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 slots for engaging the saw blade to prevent the saw blade from deviating from the desired planar guidance. This approach has several drawbacks. First, it may be necessary to attach the jig to the bone, usually using pins. Second, it may require backlash between the jig and saw blade, which reduces accuracy. Third, there is friction between the oscillating saw blade and the jig, and this friction creates debris that has potential impact on clinical outcomes, dulls the blade, and blocks 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 are capable of holding and guiding saw handpieces. These robotic systems may assume that the blade oscillates in a certain predefined plane with respect to the handpiece. This approach has drawbacks. For example, the saw blade amplitude mechanism and the saw blade mounting stiffness directly affect the stiffness of the saw blade guide. Additionally, it can be difficult to integrate different power tool/saw handpieces into the robotic system due to the complexity of the external surfaces that the robot must hold onto. As a result, new saws for robotic systems must be developed and obtained by users of robotic systems. Additionally, for overall system safety, there is a potential risk of reduced accuracy if the blade does not move within 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 are directed to direct blade guidance systems. A direct blade guidance system includes a robotic arm that can be positioned by a surgical robot and an end effector arm that includes a base configured to attach to an end effector coupler of the robotic 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 that determines the orientation of an anatomical structure cut by a saw blade and has a tracking system configured to determine the orientation of the saw blade. . The surgical system also includes a surgical robot having a robotic base, a robotic arm connected to the robotic base, and at least one motor operably connected to move the robotic arm relative to the robotic base. include. The surgical system also includes a blade guidance system having an end effector arm including a base configured to attach to the end effector coupler of the robotic 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, which are included to provide a further understanding of the disclosure, and which are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate certain non-limiting embodiments of the inventive concept. In the drawing are:
1 illustrates an embodiment of a surgical system according to some embodiments of the present disclosure; 2 illustrates surgical robotic components of the surgical system of FIG. 1, according to some embodiments of the present disclosure; 2 illustrates camera tracking system components of the surgical system of FIG. 1, according to some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an embodiment of a passive end effector connectable to a robotic arm and constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 1 illustrates a medical procedure in which a surgical robot and camera system are arranged around a patient; 4 illustrates an embodiment of a robotic arm end effector coupler configured to connect to a passive end effector, according to some embodiments of the present disclosure; 7 illustrates a notch embodiment of the end effector coupler of FIG. 6; 1 illustrates a block diagram of components of a surgical system according to some embodiments of the present disclosure; FIG. A surgical robot that is separate from, operably connected to, or at least partially incorporated within a surgical robot, according to some embodiments of the present disclosure. 1 illustrates a block diagram of a surgical system computer platform including a surgical planning computer; FIG. 4 illustrates an embodiment of a C-arm imaging device that can be used in combination with a surgical robot and passive end effectors, according to some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an embodiment of an O-arm imaging device that can be used in combination with a surgical robot and passive end effectors, according to some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; 4 illustrates an alternative embodiment of a passive end effector constructed in accordance with some embodiments of the present disclosure; FIG. 11 is a screen shot of a display showing the progress of cutting a bone during a surgical procedure; FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 4 illustrates an exemplary embodiment of a portion of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a blade adapter consistent with the principles of the present disclosure; 1 illustrates an exemplary embodiment of a direct blade guidance system consistent with the principles of the present disclosure;

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。 The concepts of the present invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the concepts of the invention are shown. The inventive concepts may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of various inventive concepts to those skilled in the art. Note also that these embodiments are not mutually exclusive. It may be implicitly assumed that elements from one embodiment are present or 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。 Various embodiments disclosed herein are directed to improvements in the operation of surgical systems when performing surgical interventions requiring osteotomy. A passive end effector is disclosed that is connectable to a robotic arm that is positioned by a surgical robot. Passive end effectors have a pair of features that constrain the movement of the tool attachment mechanism to a certain range of motion. The tool mount is connectable to a surgical saw for cutting, such as a sagittal saw having an oscillating saw blade. The mechanism may be configured to constrain the cutting plane of the saw blade to be parallel to the work plane. The surgical robot can determine a target plane pose based on a surgical plan that defines where the anatomical structure will be cut and based on the pose of the anatomical structure. Maneuvering information can be generated based on a comparison of the position of the surgical saw and the position of the surgical saw. The steering information positions the saw blade at a distance from the anatomy to be cut where the cutting plane of the saw blade is coincident with the target plane and the saw blade is within the range of motion of the tool attachment mechanism of the passive end effector. indicates where the passive end effector needs to be moved so that

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 operated to improve the accuracy of saw blade guidance 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 bone using a surgical saw guided by the passive end effector. can be. The mechanism may, for example, have one to three suitably selected degrees of freedom (e.g., one translation or rotation, two rotations, three It may also be a planar mechanism with end joints (rotational, or other combination, etc.). The surgeon 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 working space, and direct force feedback. To cut the bone, a tracking system can be used to precisely match the cutting plane and the target plane, as described in detail below. Precision cutting constrains the cutting plane and target plane to remain coincident while the surgeon moves the saw blade along the cutting plane and directly senses the saw blade's force feedback as it cuts through the bone. , can be achieved by a planar mechanism. Moreover, these embodiments can be rapidly deployed in surgical practice through prescribed modifications of existing and 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 an embodiment of surgical system 2 according to some embodiments of the present disclosure. Prior to performing orthopedic surgery, for example using C-arm imaging device 104 of FIG. 10 or O-arm imaging device 106 of FIG. 11, or computed tomography (CT) images or another medical imaging device such as MRI. , a three-dimensional (“3D”) image scan of the patient's planned surgical area can be performed. This scan can be done preoperatively (eg, most commonly several weeks before the procedure) or intraoperatively. However, any known 3D or 2D image scan can be used in accordance with various embodiments of surgical system 2 . The image scans are sent to a computer platform in communication with surgical system 2, such as surgical robot 800 (eg, robot 2 of FIG. 1) and surgical system computer platform 900 of FIG. A surgeon reviewing the image scan(s) on the display device of surgical planning computer 910 (FIG. 9) produces a surgical plan that defines the target planes in which the patient's anatomy will be cut. This plane is a function of the patient's anatomical constraints, the implant selected, and its size. In some embodiments, a surgical plan defining a target plane is planned on a 3D image scan displayed on a 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。 Surgical system 2 of FIG. 1 can, for example, perform medical procedures by holding tools, matching tools, using tools, guiding tools, and/or positioning tools for use. It can assist the surgeon during the procedure. In some embodiments, surgical system 2 includes surgical robot 4 and camera tracking system 6 . Both systems can be mechanically coupled together by any of a variety of mechanisms. Suitable mechanisms may include, but are not limited to, mechanical latches, bonds, clamps or buttresses, or magnetic or magnetized surfaces. The ability to mechanically couple surgical robot 4 and camera tracking system 6 allows surgical system 2 to be manipulated and moved as a single unit, providing surgical system 2 with a small footprint. , can facilitate movement through narrow passages and turns, and can 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。 An orthopedic surgical procedure may begin by moving surgical system 2 from medical storage to a medical procedure room. The surgical system 2 can operate from doorways, halls, and elevators all the way to the medical procedure room. Within the room, surgical system 2 may be physically separated into two separate and distinct systems, surgical robot 4 and camera tracking system 6 . Surgical robot 4 may be positioned adjacent to the patient at any suitable location to adequately assist medical personnel. The camera tracking system 6 may be positioned at the patient base, the patient's shoulders, or any other location suitable for tracking the current and trajectory pose movements of the surgical robot 4 and patient parts. . Surgical robot 4 and camera tracking system 6 may be powered by an on-board power supply 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。 Surgical robot 4 may be used to assist a surgeon by holding and/or using tools during a medical procedure. To properly utilize and hold tools, surgical robot 4 may rely on a number of motors, computers, and/or actuators to function properly. As illustrated in FIG. 1, robot body 8 may act as a structure to which a plurality of motors, computers, and/or actuators may be fixed within surgical robot 4 . Robot body 8 may also provide support for robot telescoping support arm 16 . In some embodiments, robot body 8 may be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fiber, glass fiber, or tough plastics. The size of the robot body 8 can provide a rigid platform to support the attached components and accommodate multiple motors, computers, and/or actuators capable of operating the attached 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。 Robot base 10 may act as a lower support for surgical robot 4 . In some embodiments, the robot base 10 can support the robot body 8 and attach the robot body 8 to multiple powered wheels 12 . This attachment to the wheels allows the robot body 8 to move efficiently through space. The robot base 10 may extend in the length and width directions of the robot body 8 . The robot base 10 can be from about 2 inches to about 10 inches tall. Robot base 10 may be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fiber, glass fiber, or tough plastics or resins. Robotic base 10 can cover, protect, and support powered wheels 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. Motorized wheels 12 may be attached to robot base 10 at any location. Each individual powered wheel 12 can rotate about a vertical axis in any direction. A motor may be disposed on, in, or adjacent to the powered wheel 12 . This motor allows maneuvering the surgical system 2 to any location, stabilizing and/or leveling the surgical system 2 . A rod located in or adjacent to the powered wheel 12 can be driven into the surface by a motor. Rods, not shown, may be made of any metal suitable for lifting surgical system 2 . Suitable metals can be, but are not limited to, stainless steel, aluminum, or titanium. Furthermore, the rod can be provided with a damping material, not shown, at the end facing the contact surface, which can prevent the rod from slipping and/or create a favorable 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 the powered wheel 10 capable of lifting the surgical system 2 to any height required to level or otherwise fix the orientation of the surgical system 2 relative to the patient. can be done. The weight of surgical system 2 is supported by rods on each wheel with a small contact area to prevent surgical system 2 from moving during the medical procedure. This rigid positioning may prevent objects and/or people from accidentally moving 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。 Movement of surgical system 2 may be facilitated using robotic rail material 14 . Robot rail material 14 provides a person with the ability to move surgical system 2 without grasping robot body 8 . As illustrated in FIG. 1 , the robot rail material 14 may extend in the length direction of the robot body 8 shorter than the robot body 8 and/or may extend longer than the length of the robot body 8 . Robot rail material 14 may be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fiber, glass fiber, or tough plastics. The robot rail material 14 may further provide protection for the robot body 8 and prevent objects and/or personnel from contacting, bumping, 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 a "scala". SCARA 24 may be beneficial for use within surgical system 2 due to the simultaneous reproducibility and compactness of the robotic arm. The scala's compactness can provide additional space within a medical procedure, which can allow medical professionals to perform medical procedures without undue clutter and restricted areas. . SCARA 24 may include robotic telescoping support 16 , robotic support arm 18 , and/or robotic arm 20 . A robot telescoping support 16 may be disposed along the robot body 8 . As illustrated in FIG. 1, robotic telescoping support 16 may provide support for scala 24 and display 34 . In some embodiments, the robotic telescoping support 16 can extend and retract vertically. Robotic telescoping support 16 may be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium or stainless steel, carbon fiber, glass fiber, or tough plastics. The body of the robotic telescoping support 16 can be of any width and/or height that supports the stresses and weight applied thereto.

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 medical practitioner can move the scala 24 via commands submitted by the medical practitioner. Commands may result from input received at the display 34 and/or the tablet. A command may come from a switch press and/or multiple switch presses. As best illustrated in FIGS. 4 and 5, activation assembly 60 may include a switch and/or multiple switches. Activation assembly 60 may be operable to send movement commands to SCARA 24 to allow an operator to manually manipulate SCARA 24 . When the switch or switches are depressed, the healthcare worker may have the ability to easily move the scala 24 . Additionally, when the scara 24 has not received a command to move it, the scara 24 can be locked in place to prevent accidental movement by personnel and/or other objects. By locking in place, the scara 24 provides a rigid platform ready for the passive end effector 1100 and connected surgical saw 1140 shown in FIGS. 4 and 5 to be used in medical surgery. offer.

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 disposed on the robot telescoping support 16 by various mechanisms. In some embodiments, as best seen in FIGS. 1 and 2, robot support arm 18 rotates in any direction relative to robot telescoping support 16 . The robot support arm 18 can rotate 360 degrees around the robot telescoping support 16 . Robot arm 20 may be connected to robot support arm 18 at any suitable location. Robot arm 20 may be attached to 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, adhesives, 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 embodiments 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 Figures 4 and 5 may be attached to the robot arm 20 at any suitable location. As described in further detail below, passive end effector 1100 includes a base, a first mechanism, and a second mechanism. The base is configured to attach to an end effector coupler 22 of a robotic arm 20 positioned by surgical robot 4 . Various mechanisms by which the base can be attached to the end effector coupler 22 include latches, clamps, nuts and bolts, ball and socket fittings, press fit, welds, adhesives, screws, rivets, and/or any of these. Combinations can include, but are not limited to. A first mechanism extends between a rotatable connection to the base and a rotatable connection to the implement attachment mechanism. A second mechanism extends between a rotatable connection to the base and a rotatable connection to the implement attachment mechanism. The first and second mechanisms may be configured to pivot about the rotatable connection and constrain movement of the implement attachment mechanism to a range of motion within the work surface. A rotatable connection allows three DOFs of motion, whether it is a pivot joint that allows one degree of freedom (DOF) of motion or a universal joint that allows two DOFs of motion It may be a ball joint that makes The tool attachment mechanism is configured to connect to a surgical saw 1140 having a saw blade or to connect directly to a saw blade. Surgical saw 1140 may be configured to oscillate the saw blade to cut. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cutting plane of the saw blade to be parallel to the work plane. Pivot joints can be used to connect planar mechanisms, preferably where passive end effectors are configured to constrain the motion of the saw blade to the cutting plane.

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。 Tool attachment mechanisms are connected to surgical saw 1140 or saw blades via a variety of mechanisms, which may include, but are not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. obtain. In some embodiments, dynamic reference array 52 is attached to passive end effector 1100 , eg, a tool attachment mechanism, and/or attached to surgical saw 1140 . A dynamic reference array, also referred to herein as a "DRA," is a rigid body that can be disposed on a patient, surgical robot, passive end effector, and/or surgical saw in a navigated surgical procedure. body. The camera tracking system 6 or other 3D localization system is configured to track the pose (eg, position and rotational orientation) of the DRA's tracking markers in real time. Tracking markers may include the exemplary array of balls or other optical markers. This tracking of the 3D coordinates of the tracking markers may allow surgical system 2 to determine the pose of DRA 52 in any space relative to 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, a light indicator 28 may be positioned on top of scala 24 . Light indicator 28 may illuminate as any type of light to indicate the "status" in which surgical system 2 is currently operating. For example, green lighting may indicate that all systems are healthy. A red illumination may indicate that the surgical system 2 is not operating properly. Pulsed light may mean that surgical system 2 is performing a function. The combination of light and pulses can create an almost infinite amount of combinations for communicating current operating conditions, states, or other operational indications. In some embodiments, the light may be generated by an LED bulb that may form a ring around light indicator 28 . Light indicator 28 may include a fully transmissive material that allows light to shine through 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。 A 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 maneuver the display 34 to any suitable location. Lower display support 30 may be attached to light indicator 28 by any suitable mechanism. In embodiments, lower display support 30 may rotate about light indicator 28 . In embodiments, lower display support 30 may be rigidly attached to light indicator 28 . The light indicator 28 can then rotate 360 degrees about the robot support arm 18 . Lower display support 30 may be of any suitable length, with suitable lengths ranging from about 8 inches to about 34 inches. Lower display support 30 may act as a base for 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。 Upper display support 32 may be attached to lower display support 30 by any suitable mechanism. Upper display support 32 may be of any suitable length, with suitable lengths ranging from about 8 inches to about 34 inches. In an embodiment, as illustrated in FIG. 1, upper display support 32 allows display 34 to rotate 360 degrees relative to upper display support 32 . Similarly, upper display support 32 can rotate 360 degrees relative to 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。 Display 34 may be any device capable of being supported by upper display support 32 . In embodiments, as illustrated in FIG. 2, display 34 may produce color images and/or black and white images. The width of display 34 can be from about 8 inches to about 30 inches wide. The height of display 34 can be from about 6 inches to about 22 inches high. The depth of 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, a tablet may be used with display 34 and/or without 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. Additionally, the tablet can communicate with the display 34 . The tablet may be connectable to surgical robot 4 by any suitable wireless and/or wired connection. In some embodiments, the tablet may be capable of programming and/or controlling surgical system 2 during a medical procedure. All input and output commands can be duplicated on the display 34 when the tablet is used to control the surgical system 2 . Use of a tablet may allow an operator to manipulate surgical robot 4 without having to move around patient 50 and/or to 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, camera tracking system 6 works in conjunction with surgical robot 4 via a wired or wireless communication network. Referring to FIGS. 1 and 5, camera tracking system 6 may include several components similar to surgical robot 4 . For example, camera body 36 may provide functionality found in robot body 8 . The robot body 8 can provide a structure on which the camera 46 is mounted. Structures 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 . Camera body 36 may be made of the same material as robot body 8 . Camera tracking system 6 may communicate directly with tablet and/or display 34 over a wireless and/or wired network to allow tablet and/or display 34 to control the functions of 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。 A camera body 36 is supported by a camera base 38 . Camera base 38 may function as robot base 10 . In the embodiment of FIG. 1, camera base 38 may be wider than robot base 10 . The width of camera base 38 may allow camera tracking system 6 to interface with surgical robot 4 . As illustrated in FIG. 1, the width of camera base 38 may be large enough to fit over the outside of robot base 10 . The additional width of camera base 38 may allow for additional maneuverability and support of surgical system 2 when camera tracking system 6 and surgical robot 4 are connected.

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 robot base 10 , multiple motorized wheels 12 may be attached to camera base 38 . The powered wheels 12 allow the camera tracking system 6 to stabilize or set a fixed orientation relative to the patient 50, similar to the motion of the robot base 10 and powered wheels 12. can enable This stabilization may prevent camera tracking system 6 from moving during a medical procedure, and as shown in FIG. Losing track of one or more DRAs 52 connected to equipment 58 can be prevented. This stability and maintenance of tracking enhances the ability of surgical robot 4 to operate effectively with camera tracking system 6 . Additionally, wide camera base 38 can provide additional support for 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 positioned over the patient. Without the wide camera base 38, the widened camera 46 may unbalance the camera tracking system 6, which may result in the camera tracking system 6 falling over.

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。 Camera telescoping support 40 can support camera 46 . In an embodiment, the telescoping support 40 allows the camera 46 to move vertically up and down. Telescoping support 40 may be made of any suitable material for supporting camera 46 . Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fiber, glass fiber, or tough plastics. Camera handle 48 may be attached to camera telescoping support 40 at any suitable location. Camera handle 48 may be of any suitable handle configuration. Suitable configurations may be, but are not limited to, bars, circles, triangles, squares, and/or any combination thereof. As illustrated in FIG. 1, the camera handle 48 may be triangular, allowing the operator to move the camera tracking system 6 to a planned position prior to medical surgery. In embodiments, camera handle 48 may be used to lower and raise camera telescoping support 40 . Camera handle 48 may effect raising and lowering of camera telescoping support 40 by depression of 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 telescoping support 40 at any suitable location, and in embodiments, as illustrated in FIG. can be rotated 360 degrees. This free rotation allows the operator to position camera 46 in any suitable location. Lower camera support arm 42 may be made of any suitable material for supporting camera 46 . Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fiber, glass fiber, or tough plastics. The cross-section of lower camera support arm 42 may be of any suitable shape. Suitable cross-sectional shapes may be, but are not limited to, circular, square, rectangular, hexagonal, octagonal, or i-beam. The cross-sectional length and width can be about 1-10 inches. The length of the lower camera support arm can be from about 4 inches to about 36 inches. Lower camera support arm 42 may be connected to telescoping 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, adhesives, screws, rivets, clamps, latches, and/or any combination thereof. A lower camera support arm 42 can be used to provide support for the camera 46 . Camera 46 may be attached to 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, adhesives, screws, rivets, and/or any combination thereof. The camera 46 can pivot in any direction with the mounting area between the camera 46 and the lower camera support arm 42 . In embodiments, a 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。 Curved rail 44 may be disposed at any suitable location on lower camera support arm 42 . As illustrated in FIG. 3, curved rail 44 may be attached to 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, adhesives, screws, rivets, clamps, latches, and/or any combination thereof. Curved rail 44 may be any suitable shape, which may be crescent, circular, oval, elliptical, and/or any combination thereof. In embodiments, curved rail 44 may be of any suitable length. A suitable length may be from about 1 foot to about 6 feet. Camera 46 may be movably disposed along curved rail 44 . Camera 46 may be attached to 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 camera 46 along curved rail 44 . As illustrated in FIG. 3, during a medical procedure, when an object is preventing camera 46 from viewing one or more DRAs 52, the motor uses rollers to move the camera along curved rail 44. 46 can be moved. This motorized movement allows camera 46 to move to a new position where it is no longer obstructed by the object without moving camera tracking system 6 . While camera 46 is prevented from viewing DRA 52, camera tracking system 6 may send a stop signal to surgical robot 4, display 34, and/or tablet. The stop signal can prevent the scalar 24 from moving until the camera 46 has the DRA 52 again. This stop may prevent scara 24 and/or end effector coupler 22 from moving and/or using a medical device without being tracked by 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, end effector coupler 22 is configured to connect various types of passive end effectors to surgical robot 4 . End effector coupler 22 may include saddle joint 62 , activation assembly 60 , load cell 64 ( FIG. 7 ), and connector 66 . A saddle joint 62 may attach the end effector coupler 22 to the scala 24 . Saddle joint 62 may be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, metals such as titanium, aluminum, or stainless steel, carbon fiber, glass fiber, or tough plastics. The saddle joint 62 can be made from a single piece of metal that can provide additional strength and durability to the end effector. Saddle joint 62 may be attached to SCARA 24 by attachment points 68 . There may be multiple attachment points 68 disposed about the saddle joint 62 . Attachment point 68 may be recessed over saddle joint 62 , level with saddle joint 62 , and/or disposed on saddle joint 62 . In some embodiments, screws, nuts and bolts, and/or any combination thereof may pass through attachment points 68 to secure saddle joint 62 to SCARA 24 . Nuts and bolts may connect the saddle joint 62 to a motor (not illustrated) within the SCARA 24 . The motor can move the saddle joint 62 in any direction. The motor can be actively servoed at its current location or applied with a spring-actuated brake to further prevent the saddle joint 62 from moving due to accidental bumps and/or accidental contact. 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。 End effector coupler 22 may include a load cell 64 interposed between saddle joint 62 and a connected passive end effector. Load cell 64 may be attached to 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 components of surgical system 800 according to some embodiments of the present disclosure. 7 and 8, load cell 64 can be any suitable device used to detect and measure force. In some examples, load cell 64 may be a six-axis load cell, a three-axis load cell, or a single-axis load cell. A load cell 64 can be used to track the force applied to the end effector coupler 22 . In some embodiments, load cell 64 may communicate with multiple motors 850 , 851 , 852 , 853 , and/or 854 . When load cell 64 senses force, information regarding the amount of force applied may be distributed from the switch array and/or multiple switch arrays to controller 846 . Controller 846 can obtain force information from load cell 64 and process it with a switch algorithm. The switch algorithm is used by controller 846 to control motor driver 842 . Motor drivers 842 control the operation of one or more of the motors. A motor driver 842 can instruct a particular motor to generate an equal amount of force measured by the load cell 64 through the motor, for example. In some embodiments, the force generated may come from multiple motors, eg, 850-854, as directed by controller 846. FIG. Additionally, motor driver 842 may receive input from controller 846 . Controller 846 may receive information from load cell 64 regarding the direction of force sensed by load cell 64 . Controller 846 can process this information using motion controller algorithms. This algorithm can be used to provide information to a particular motor driver 842 . Controller 846 can activate and/or deactivate a particular motor driver 842 to duplicate the direction of force. Controller 846 can control one or more motors, eg, one or more of 850-854, to induce motion of passive end effector 1100 in the direction of force sensed by load cell 64. . This force-controlled motion allows the operator to move the scara 24 and passive end effector 1100 effortlessly and/or with little resistance. Movement of passive end effector 1100 positions passive end effector 1100 in any suitable orientation (i.e., location and angle relative to a defined three-dimensional (3D) orthogonal reference axis) for use by medical personnel. 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。 Connector 66 is configured to be connectable to the base of passive end effector 1100 and is connected to load cell 64 . Connector 66 may include attachment points 68 , sensing buttons 70 , implement guides 72 , and/or implement connections 74 . There may be multiple attachment points 68, as best illustrated in FIGS. Attachment points 68 may connect connector 66 to load cell 64 . Attachment points 68 may be recessed above connector 66 , flush with connector 66 , and/or disposed on connector 66 . Attachment points 68 and 76 may be used to attach connector 66 to load cell 64 and/or passive end effector 1100 . In some examples, 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, sensing buttons 70 may be disposed around the center of connector 66 . When the passive end effector 1100 is connected to the scala 24, the sense button 70 can be depressed. Depressing the sensing button 70 can alert the surgical robot 4 and thus the medical personnel that the passive end effector 1100 is attached to the scala 24 . As illustrated in FIG. 6, guides 72 can be used to facilitate proper attachment of the passive end effector 1100 to the scala 24. As shown in FIG. Guide 72 may be recessed over connector 66 , flush with connector 66 , and/or disposed over connector 66 . In some embodiments, there may be multiple guides 72, may have any suitable pattern, and may be oriented in any suitable direction. Guide 72 may be of any suitable shape to facilitate attachment of passive end effector 1100 to scala 24 . Suitable shapes may be, but are not limited to, circular, oval, square, polyhedral, and/or any combination thereof. Further, the guides 72 may be cut at bevels, straight lines, 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。 Connector 66 may have attachment points 74 . As illustrated in FIG. 6, attachment points 74 may form a ledge and/or multiple ledges. Attachment points 74 can provide connector 66 with a surface against which passive end effector 1100 can clamp. In some embodiments, attachment points 74 are disposed about any surface of connector 66 and oriented in any suitable manner relative to connector 66 .

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。 Activation assembly 60 , best illustrated in FIGS. 6 and 7 , may surround connector 66 . In some embodiments, activation assembly 60 may take the form of a bracelet that wraps around connector 66 . In some embodiments, activation assembly 60 may be located within any suitable area within surgical system 2 . In some embodiments, activation assembly 60 may be located on any portion of scala 24, any portion of end effector coupler 22, and may be worn (and wirelessly) by medical personnel and/or any combination thereof. communicate). Activation assembly 60 may be made of any suitable material. Suitable materials can be, but are not limited to, neoprene, plastic, rubber, gel, carbon fiber, fabric, and/or any combination thereof. Activation assembly 60 may include primary button 78 and secondary button 80 . Primary button 78 and secondary button 80 may completely surround 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。 Primary button 78 may be a single ridge that may surround connector 66, as illustrated in FIG. In some embodiments, primary button 78 may be disposed on activation assembly 60 along the edge furthest away from saddle joint 62 . Primary button 78 may be disposed on primary activation switch 82 best illustrated in FIG. A primary activation switch 82 may be disposed between connector 66 and activation assembly 60 . In some embodiments, there may be multiple primary activation switches 82 that may be disposed adjacent and beneath primary button 78 along the entire length of primary button 78 . Depressing primary button 78 on primary activation switch 82 allows the operator to move scala 24 and end effector coupler 22 . As discussed above, once installed, the scara 24 and end effector coupler 22 cannot be moved until the operator programs the surgical robot 4 to move the scara 24 and end effector coupler 22. or moved using primary button 78 and primary activation switch 82 . In some embodiments, it may be necessary to depress at least two non-adjacent primary activation switches 82 before the scala 24 and end effector coupler 22 respond to operator commands. Depressing at least two primary activation switches 82 may prevent accidental movement of the scara 24 and end effector coupler 22 during a medical procedure.

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 primary button 78 and primary activation switch 82, load cell 64 can measure the magnitude and/or direction of force exerted on end effector coupler 22 by an operator, i.e., a medical practitioner. This information can be transferred to a motor within SCARA 24 that can be used to move SCARA 24 and end effector coupler 22 . Information about the magnitude and direction of the force measured by load cell 64 allows the motor to move scala 24 and end effector coupler 22 in the same direction sensed by load cell 64 . This force-controlled movement allows the operator to move the scala 24 and end effector coupler 22 at the same time that the motor moves the scala 24 and the end effector coupler 22 so that the operator can easily and without great effort 24 and end effector coupler 22 can be moved.

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, secondary button 80 may be disposed on the end of actuation assembly 60 closest to saddle joint 62 . In some embodiments, secondary button 80 may include multiple ridges. A plurality of ridges may be disposed adjacent to each other and may surround the connector 66 . Further, secondary button 80 may be disposed on secondary activation switch 84 . As illustrated in FIG. 7, secondary activation switch 84 may be disposed between secondary button 80 and connector 66 . In some embodiments, secondary button 80 may be used by the operator as a "select" device. During a medical procedure, surgical robot 4 may notify medical personnel of certain conditions via display 34 and/or light indicator 28 . Medical personnel may be prompted by surgical robot 4 to select functions, modes, and/or assess the status of surgical system 2 . A single depression of secondary button 80 on secondary activation switch 84 activates a particular function, mode, and/or confirms information communicated to medical personnel via display 34 and/or light indicator 28 can do. Additionally, multiple depressions of the secondary button 80 on the secondary activation switch 84 in rapid succession activate additional features, modes, and/or alert the healthcare professional via the display 34 and/or the light indicator 28. The information that is communicated can be selected. In some embodiments, at least two non-adjacent secondary activation switches 84 can be depressed before the secondary button 80 functions properly. This requirement may prevent medical personnel from accidentally bumping activation assembly 60 through unintended use of secondary button 80 . Primary button 78 and secondary button 80 may use software architecture 86 to communicate medical personnel commands to 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 components of a surgical system 800 configured in accordance with some embodiments of the present disclosure and which may correspond to surgical system 2 described above. Surgical system 800 includes platform subsystem 802 , computer subsystem 820 , motion control subsystem 840 and tracking subsystem 830 . Platform subsystem 802 includes battery 806 , power distribution module 804 , connector panel 808 , and charging station 810 . Computer subsystem 820 includes computer 822 , display 824 , and speakers 826 . Motion control subsystem 840 includes driver circuitry 842 , motors 850 , 851 , 852 , 853 , 854 , stabilizers 855 , 856 , 857 , 858 , end effector connector 844 , and controller 846 . Tracking subsystem 830 includes position sensor 832 and camera converter 834 . Surgical system 800 may also include removable foot pedals 880 and 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。 Input power is supplied to surgical system 800 via a power supply that may be provided to power distribution module 804 . Power distribution module 804 is configured to receive input power and generate different power supply voltages that are provided to other modules, components, and subsystems of surgical system 800 . Power distribution module 804 is provided from other components such as computer 822, display 824, speakers 826, drivers 842, for example, to power motors 850-854 and end effector 844, as well as camera converter 834 and surgical system 800. can be configured to provide the connector panel 808 with different voltage supplies that can be provided to the components of the . The power distribution module 804 may also be connected to a 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, power distribution module 804 may help charge 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。 Connector panel 808 may help connect different devices and components to surgical system 800 and/or associated components and modules. Connector panel 808 may include one or more ports to receive wires or connections from different components. For example, connector panel 808 may include ground terminal ports that may ground surgical system 800 to other equipment, ports that connect foot pedals 880, position sensors 832, camera converters 834, and marker tracking cameras 870. and a port that connects to subsystem 830 . 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。 Control panel 816 may provide various buttons or indicators that control operation of surgical system 800 and/or provide information from surgical system 800 for operator observation. For example, the control panel 816 is used to turn the surgical system 800 on and off, to lift and lower the vertical posts 16, and to engage the casters 12 to physically move the surgical system 800. Buttons may be included for raising and lowering the stabilizers 855-858 which may be designed to lock against movement. Other buttons can stop the surgical system 800 in an emergency, thereby removing all motor power and applying a mechanical brake to stop all movement from occurring. can. The control panel 816 may also have indicators that inform the operator of certain system conditions, such as a hardwire power indicator or the state of charge 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。 Computer 822 of computer subsystem 820 includes an operating system and software for operating assigned functions of surgical system 800 . Computer 822 can receive and process information from other components (eg, tracking subsystem 830, platform subsystem 802, and/or motion control subsystem 840) to display the information to the operator. . In addition, computer subsystem 820 can provide output to an operator via speaker 826 . The speaker may be part of the surgical robot, part of the head mounted display component, or within another component of surgical system 2 . Display 824 may correspond to display 34 shown in FIGS. 1 and 2, or may be an augmented reality (AR) display that projects images onto a see-through display screen and overlays real-world objects visible through the see-through display screen. ) may 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。 Tracking subsystem 830 may include position sensor 832 and camera converter 834 . Tracking subsystem 830 may correspond to camera tracking system 6 of FIG. Marker tracking camera 870 works with position sensor 832 to determine the pose of DRA 52 . This tracking can be done in a manner consistent with this disclosure, including using infrared or visible light technology to track the location of active or passive elements of DRA 52, such as LEDs or reflective markers, respectively. The location, orientation and position of structures having these types of markers such as DRA 52 can be provided to computer 822 and shown to the operator on display 824 . For example, as shown in FIGS. 4 and 5, surgical saw 1240 (which may also be referred to as navigation space) having DRA 52 or connected to end effector coupler 22 having DRA 52 tracked in this manner is , can be shown to the operator in relation to the 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。 Motion control subsystem 840 may be configured to physically move vertical strut 16 , upper arm 18 , lower arm 20 or rotate end effector coupler 22 . Physical movement can be accomplished by using one or more motors 850-854. For example, motor 850 may be configured to vertically lift or lower vertical strut 16 . Motor 851 may be configured to laterally move upper arm 18 about a point of engagement with vertical post 16, as shown in FIG. Motor 852 may be configured to laterally move lower arm 20 about a point of engagement with upper arm 18, as shown in FIG. Motors 853 and 854 may be configured to move end effector coupler 22 to provide translational motion and rotation along about three-dimensional axes. Surgical planning computer 910, shown in FIG. 9, provides control inputs to controller 846 that guides movement of end effector coupler 22 to connect passive end effectors to the anatomy that is severed during surgery. It can be positioned in a planned pose (ie, location and angular orientation with respect to a defined 3D orthogonal reference axis) relative to the physical structure. Motion control subsystem 840 may be configured to measure the position of passive end effector structures using integrated position sensors (eg, encoders). 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 and is controlled by timing belts, wire interconnections, Or joint position can be measured remotely by any other synchronous transmission interconnection.

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 surgical robot 800 and may be operatively connected to surgical robot 800 or at least partially within surgical robot 800, according to some embodiments of the present disclosure. 9 illustrates a block diagram of a surgical system computer platform 900 including a surgical planning computer 910 that can be incorporated into the surgical system. Alternatively, at least a portion of the operations disclosed herein for surgical planning computer 910 may be performed by components of 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。 9, surgical planning computer 910 includes display 912, at least one processor circuit 914 (also referred to as processor for brevity), and at least one memory circuit 916 that includes computer readable program code 918. (also referred to as memory for brevity) and at least one network interface 920 (also referred to as network interface for brevity). Network interface 920 may connect to C-arm imaging device 104 of FIG. 10, O-arm imaging device 106 of FIG. 11, another medical imaging device, image database 950 of medical images, components of surgical robot 800, and/or other It can 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 surgical planning computer 910 is at least partially integrated within surgical robot 800, display 912 corresponds to display 34 of FIG. 2 and/or tablet 890 and/or head mounted display of FIG. Thus, network interface 920 may correspond to platform network interface 812 in FIG. 8, and processor 914 may correspond to computer 822 in 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 special-purpose processors, eg, 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 being performed by a surgical planning computer. Configured.

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。 Processor 914 is operable to display bone images received from one of imaging devices 104 and 106 and/or from image database 950 via network interface 920 on display device 912 . Processor 914 may, such as by operator touch selecting a location on display 912 for the planned surgical cut or using a mouse-based cursor to define the location of the planned surgical cut. An operator's definition of where one or more bones are to be cut is received, as shown in one or more images.

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 performs knee surgical procedures such as measurements of various angles to determine hip center, angle center, natural landmarks (e.g., trans-epicondylar line, Whiteside line, posterior condylar line, etc.). Enables anatomical measurements useful for Some measurements may be automatic, while some other measurements involve human input or assistance. This surgical planning computer 910 allows the operator to select the correct implant for the patient, including size and fit selection. Surgical planning computer 910 enables automatic or semi-automatic (with human input) segmentation (image processing) for CT images or other medical images. A patient's surgical plan may be stored on a cloud-based server for retrieval by surgical robot 800 . During surgery, the surgeon uses augmented reality interaction via a computer screen (e.g., touchscreen) or, e.g., a head-mounted display, to determine which cut (e.g., posterior femur, proximal tibia, etc.) choose to do The surgical robot 4 positions the surgical saw blade such that the target plane of the planned cut is optimally positioned within the workspace of the passive end effector interconnecting the surgical saw blade and the robotic arm 20 . It can be automatically moved to the planned position. Commands that enable movement may be given by the user using various modalities, eg, 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 one with respect to the patient's femur. can be done. Platform 900 can use standard navigation instruments for alignment and confirmation (eg, pointers similar to those used in the Globus Excelsius GPS system for spinal surgery). Tracking markers can also be used that allow detection of motion of the DRA in relation to the tracked anatomy.

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。 A key difficulty in knee surgery is how to plan the position of the knee implant, which many surgeons struggle with on a computer screen, which is a 2D representation of the 3D anatomy. are 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 operationally display virtual handles to grasp and move the implant to a desired orientation and adjust the planned implant placement. Later, during surgery, the platform 900 can render navigation via the AR head-mounted display to show the surgeon what is not directly visible. Also, bone removal progress, eg, depth or cut, can be displayed in real time. Other features that can be displayed via AR include gap or ligament balance along the range of joint motion, implant contact lines along the range of joint motion, ligament tension by color or other graphic overlays and/or or relaxation and the like, but are 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, surgical planning computer 910 performs standard implants, such as posterior stabilization and cruciate retention implants, cemented and cementless implants, such as total or partial knee replacement, and/or It may be possible to plan the use of the corrective system for hip replacement and/or trauma surgery.

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 cutting planes that intersect the displayed anatomy at locations selected by the operator to cut the anatomy. The processor 912 also determines one of the angular orientations and locations at which the end effector coupler 22 must be positioned to align the surgical saw blade cutting plane with the target plane to perform the operator defined cut. Determine these sets and store the set of orientations and locations of those angles as data in the surgical planning data structure. The processor 912 uses the known range of motion of the passive end effector tool attachment mechanism to determine where the end effector coupler 22 attached to 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 indicates data from the surgical planning data structure as well as the current pose of the anatomy to be cut, tracked via passive end effectors and/or DRA It receives information from the camera tracking system 6 indicating the current pose of the surgical saw. Computer subsystem 820 determines the pose of the target plane based on the surgical plan, which defines where the anatomy is to be cut, and the pose of the anatomy. Computer subsystem 820 produces steering information based on a comparison of the pose of the target plane and the pose of the surgical saw. The steering information positions the saw blade at a distance from the anatomy to be cut where the cutting plane of the saw blade is coincident with the target plane and the saw blade is within the range of motion of the tool attachment mechanism of the passive end effector. indicates where the passive end effector needs to be moved so that

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 includes 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. The surgical robot also includes at least one controller, eg, computer subsystem 820 and motion control subsystem 840, connected to at least one motor and configured to implement movements.

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 further detail below with respect to FIGS. 12-19, the passive end effector includes a base configured to attach to an actuation assembly of a robotic arm, a first mechanism, and a second mechanism. ,including. A first mechanism extends between a rotatable connection to the base and a rotatable connection to the implement attachment mechanism. A second mechanism extends between a rotatable connection to the base and a rotatable connection to the implement attachment mechanism. The first and second mechanisms may be configured to pivot about the rotatable connection and constrain movement of the implement attachment mechanism to a range of motion within the work surface. A rotatable connection allows three DOFs of motion, whether it is a pivot joint that allows one degree of freedom (DOF) of motion or a universal joint that allows two DOFs of motion It may be a ball joint that makes The tool attachment mechanism is configured to connect to a surgical saw that includes a saw blade for cutting. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cutting plane of the saw blade to be parallel to the work plane.

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 motion performed by at least one controller of the surgical robot includes the cutting plane of the saw blade coinciding with the target plane, and the saw blade aligning the tool attachment mechanism of the passive end effector. Controlling movement of the at least one motor based on the steering information to reposition the passive end effector so that it is positioned at a distance from the anatomy to be cut that is within the range of motion. is also included. The steering information may be displayed to guide operator movement 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 motions performed by at least one controller of the surgical robot include a saw blade cutting plane coincident with a target plane, and the saw blade controlling movement of the passive end effector tool attachment mechanism. Providing steering information for display on a display device to guide operator movement of the passive end effector as positioned at a distance from the anatomy to be cut within range. be The display device may correspond to display 824 (FIG. 8), display 34 of FIG. 1, and/or head-mounted 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, steering information may be displayed on a head-mounted display that projects an image onto a see-through display screen to form an augmented reality image overlaid on real-world objects visible through the see-through display screen. The operation can display a graphical representation of target planes with poses overlaid on the bones and relative orientations between them, allowing the surgical procedure to plan how to cut the bones. Accommodate plans. The operation may alternatively or additionally display a graphical representation of the cutting plane of the saw blade so that the operator can see the cutting plane and the planned target plane for cutting the bone. can be matched more easily. Thereby, the operator can visually monitor and perform the movement of the saw blade to align the cutting plane with the target plane, whereby the saw blade is held in a planned attitude relative to the bone and passively. positioned within the range of motion of the tool attachment 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。 Automated imaging systems can be used in conjunction with surgical planning computer 910 and/or surgical system 2 to acquire preoperative, intraoperative, postoperative, and/or real-time image data of a patient. An exemplary automated imaging system is illustrated in FIGS. 10 and 11. FIG. In some embodiments, the automated 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. with offices in Louisville, Colorado, USA) Frequent manual repositioning of the patient, which may be required in X-ray systems It may be desirable to take X-rays of a patient from several different positions without the need for . C-arm 104 X-ray diagnostic equipment can solve the problem of frequent manual repositioning and may be familiar in the medical field of surgery and other interventional procedures. As illustrated in FIG. 10, the C-arm includes elongated C-shaped members terminating in opposed "C"-shaped distal ends 112 . 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 attend to the patient with substantially 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 about two orthogonal axes in spherical motion). The C-arm is slidably mounted to the x-ray support structure, which allows for orbital rotational movement about the C-arm's center of curvature to move the x-ray source 114 and image receiver 116 vertically and vertically. /or can be selectively oriented horizontally. The C-arm also rotates laterally (i.e., perpendicular to the orbital direction to allow for selectively adjustable positioning of the x-ray source 114 and image receiver 116 relative 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 take the X-ray of the patient at the 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 enclose an image capture portion, not illustrated. The image capturing portion includes an x-ray source and/or emitting portion and an x-ray receiving and/or image receiving portion, which are disposed approximately 180 degrees to each other and are aligned with the rotor ( not illustrated). The image capture portion may be operable to rotate 360 degrees during image acquisition. The image capture portion can rotate about a center point and/or axis, allowing patient image data to be acquired 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。 O-arm® 106 with gantry housing 124 has a central opening for positioning around the object to be imaged and a radiation source rotatable around the interior of gantry housing 124. , the radiation source may be adapted to project radiation from a plurality of different projection angles. The detector system is adapted to detect radiation at each projection angle to acquire images of the object quasi-simultaneously from multiple projection planes. The gantry can be attached in a cantilever fashion to an O-arm® support structure, such as a wheeled mobile cart having wheels. A positioning unit, preferably under the control of a computerized motion control system, translates and/or tilts the gantry to planned positions and orientations. The gantry may include a source and detector disposed opposite each other on the gantry. The source and detector may be fixed to a motorized rotor that allows the source and detector to rotate about the interior of the gantry in unison. The source can be pulsed at multiple positions and orientations over a partial and/or full 360 degree rotation for multi-planar imaging of a target object located inside the gantry. The gantry may further comprise rails and bearing systems for guiding the rotor as it rotates, which may carry the sources and detectors. Both and/or either the O-arm® 106 and C-arm 104 can be used as an automated imaging system to scan the patient and send information to the 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。 Images captured by the automated imaging system may be displayed on a display device of surgical planning computer 910 , surgical robot 800 , and/or another component of 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。 Various embodiments of passive end effectors configured for use in surgical systems will now be 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 further detail below, the various passive end effectors illustrated in FIGS. 12-19 each include a base, a first planar feature, and a second planar feature. The base is configured to attach to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22, FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18, 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, eliminate backlash, and ensure suitable stiffness. Irreversible clamping mechanisms that may be used to attach the base to the end effector coupler may include, but are not limited to, toggle articulation mechanisms or irreversible locking screw(s). A user may use additional tools such as screwdrivers, torque wrenches, or drivers to activate or tighten the clamping mechanism. A first mechanism extends between a rotatable connection to the two bases and a rotatable connection to the implement attachment mechanism. A second mechanism extends between a rotatable connection to the base and a rotatable connection to the implement attachment mechanism. The first and second mechanisms pivot about the rotatable connection. A rotatable connection allows three DOFs of motion, whether it is a pivot joint that allows one degree of freedom (DOF) of motion or a universal joint that allows two DOFs of motion It may be a ball joint that makes When using a pivot joint, the first and second mechanisms may be configured to constrain the movement of the implement attachment mechanism to a range of motion within the work plane. The tool attachment mechanism is configured to connect to a surgical saw having a saw blade configured to oscillate for cutting. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cutting plane of the saw blade to be parallel to the work plane, for example via a pivot joint having one DOF of motion. Tool attachment mechanisms may 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 the tool mounting mechanism or surgical saw to allow tracking of the saw blade pose by camera tracking system 6 (FIG. 3).

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 of FIGS. 1 and 2) cuts with a surgical robot (eg, surgical robot 4 of FIGS. 1 and 2) and a saw blade. a tracking system (eg, camera tracking system 6 of FIGS. 1 and 3) configured to determine the pose of the anatomy and to determine the pose of the saw blade. The surgical robot includes 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 is connected to the at least one motor and determines the orientation of the target plane based on a surgical plan that defines where the anatomy will be cut and the orientation of the anatomy. A surgical plan is generated by the surgical planning computer 910 of FIG. 9 based on input from an operator, e.g., a surgeon or other surgical personnel. obtain. The operation further includes generating steering information based on a comparison of the pose of the target plane and the pose of the surgical saw. The maneuver information indicates where the passive end effector should be moved in order to position the working plane of the passive end effector such that the cutting plane of the saw blade coincides with the target plane.

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 motions performed by the at least one controller include aligning the cutting plane of the saw blade with the target plane, and the saw blade moving through the range of motion of the tool attachment mechanism of the passive end effector. Controlling movement of at least one motor based on the steering information to reposition the passive end effector such that it is positioned at a distance from the anatomy to be severed within. be

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。 This action involves a saw blade cutting plane and a target plane coinciding with the saw blade at a distance from the anatomy to be cut that is within the range of motion of the tool attachment mechanism of the passive end effector. Providing steering information for display on a display device to guide operator movement of the passive end effector as positioned may be included.

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 head-mounted display devices that can be worn by surgeons, nurses, and/or other persons assisting in surgical procedures. . The surgical system allows the wearer to more accurately position the passive end effector and/or match the saw blade with the target plane for cutting the planned location on the anatomy. status, information can be displayed that allows confirmation that the passive end effector has been correctly positioned. The operation of providing steering information to the display device includes the anatomy in which the cutting plane of the saw blade coincides with the target plane and the saw blade is within the range of motion of the passive end effector tool attachment mechanism. configuring the steering information for display on a head-mounted display device having a see-through display screen that displays the steering information as an overlay on the severed anatomy, such that the steering information is positioned at a distance from the passive directing operator movement of the end effector.

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 acts of configuring the maneuver information for display on the head-mounted display device include producing a graphical representation of the target plane displayed as an overlay anchored to and aligned with the anatomy to be cut; and generating another graphic representation of the cutting plane of the saw blade that is anchored to the blade and displayed as a matching overlay therewith. The wearer can thereby 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 act of configuring the steering information for display on the head mounted display device includes creating a graphical representation of the depth of cut made by the saw blade within the graphical representation of the anatomy being cut. can be included. Therefore, to better monitor how the saw blade cuts through the bone, even though the wearer directly observes that the cut is obstructed by tissue or other structure. In addition, a graphical representation of the depth of 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 may be configured to determine the orientation of the anatomical structure to be cut by the saw blade based on determining the orientation of a tracking marker, e.g., a DRA attached to the anatomical structure; It may be configured to determine the orientation of the surgical saw based on determining the orientation of tracking markers connected to at least one of the surgical saw and the passive end effector. A tracking system determines the attitude of the surgical saw based on rotary position sensors configured to measure the rotational positions of the first and second mechanisms while the tool attachment mechanism moves within the work plane. can be configured to As described above, the position sensor may be directly connected to at least one joint of the passive end effector structure, but may be positioned elsewhere in the structure and may be attached to timing belts, wire interconnections, or any Joint position can also be measured remotely by other synchronous transmission interconnections. Additionally, the saw blade attitude can be determined based on tracking markers attached to the structure base, passive structure 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 a sterile drape) passive 3 DOF (degrees of freedom) mechanical structure, A surgical saw or saw blade, such as a sagittal saw, along two translations in a plane parallel to the saw blade (defining the cutting plane) and one rotation (instrument orientation) perpendicular to this cutting plane allows mechanical induction of During surgery, the surgical robot 4 connects the end effector coupler 22 and the passive end effector and its attached surgical robot so that all bones to be cut are within the working space of the passive end effector. Automatically move the saw to a position close to the knee or other anatomy. This location will depend on the cut being made as well as the surgical plan and implant construct. As shown in FIG. 12, a passive end effector can have 3 DOFs for guiding a sagittal saw or saw blade in the cutting plane, 2 translations (X and Y directions) and 1 DOF. Provides rotation (about the Z axis) of 100 degrees.

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。 Once the surgical robot 4 reaches the planned position, it holds that position (either through brakes or active motor control) and does not move during the cutting of the particular bone. A passive end effector allows the saw blade of a surgical saw to be moved along a planned target plane. Such planar cuts are particularly useful in classical total knee arthroplasty where all bone cuts are planar. Partial knee replacements have a special type of implant called an "onlay" that can be used in conjunction with a saw-prepared bone surface. Various passive end effectors have a mechanical structure that can ensure precision of guidance during cutting with higher accuracy than classical jigs, working space range for cutting all planned bones while providing a sufficient range of (corresponding to a locked DOF ) provide sufficient lateral stiffness.

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, as the surgical robot 4 can inform the surgeon how much bone has been removed (procedure progress). One method of providing real-time information on bone removal is that the surgical robot 4 measures where the saw blade has passed relative to the bone, since the blade can only pass where the bone has been cut. It is to be. A DRA can be attached to a surgical saw and/or a passive end effector to measure saw blade position. This allows direct or indirect measurement of the position of the saw in 3D space. An alternative method of measuring saw blade position uses a mathematical model of a defined relationship between the position of the passive end effector geometry and the position of the saw blade tip. is to integrate position (rotational or translational) sensors (e.g. encoders, resolvers) with passive end effector position information 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, a conventional sagittal saw mechanism can be used with the surgical system computer platform 900 with little or no modification. Potential modifications would involve adapting the outer shield to allow easy attachment of the surgical saw to the passive end effector, but not necessarily with modification of the internal mechanics. . A passive end effector may be configured to connect to a conventional sagittal saw provided by DeSoutter, for example. Additionally, the saw blade may be attached directly to a passive end effector without a 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。 To prevent the saw from unintentionally moving the passive end effector as the surgical robot 4 positions the passive end effector, e.g., to prevent the surgical saw from falling onto the patient due to gravity. Additionally, a passive end effector may include a locking mechanism that moves between engagement and disengagement motions. While engaged, the locking mechanism brakes or locks a particular joint either directly by locking the degrees of freedom (DOF) of the surgical saw or a passive end effector. indirectly by blocking movement of the saw blade relative to the robot end effector coupler. While disengaged, the passive end effector first and second mechanisms can move relative to the base without interference from the locking mechanism. The locking mechanism may also be used when the surgeon controls the movement of surgical robot 4 by holding the surgical saw and applying force and torque to the surgical saw. Surgical robot 4 uses load cell 64 , FIGS. To produce upwards, the surgeon can more easily move the passive end effector back and forth, side to side, and apply rotation about 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, passive end effector 1200 is an end effector coupler (eg, end effector coupler of FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. 22), which includes a base 1202 configured to be attached to. Passive end effector 1200 further includes first and second mechanisms extending between a rotatable connection to base 1202 and a rotatable connection to an implement attachment mechanism. A rotatable connection allows three DOFs of motion, whether it is a pivot joint that allows one degree of freedom (DOF) of motion or a universal joint that allows two DOFs of motion It may be a ball joint that makes The first and second mechanisms form a parallel architecture that positions the rotational axis of the surgical saw at the cutting 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。 First and second connecting segments 1210a and 1220a form a first planar mechanism, and third and fourth connecting segments 1210b and 1220b form a second planar mechanism. First link segment 1210a extends between a rotatable connection to a first location on base 1202 and a rotatable connection to the end of second link segment 1220a. A third link segment 1210b extends between a rotatable connection to a second location on base 1202 and a rotatable connection to the end of fourth link segment 1220b. The first and second locations on the base 1202 are spaced on either side of the axis of rotation of the base collar when rotated by the robotic arm. A tool attachment mechanism is formed by a fifth linking segment extending between the rotatable connections to the distal ends of the second linking segment 1220a and the fourth linking segment 1220b relative to the base 1202 . The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1210a-1220a and third and fourth connecting segments 1210b-1220b) pivot about their rotatable connections to Constrains the movement of the attachment mechanism 1230 to a range of motion within the work plane. Tool attachment mechanism 1230 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to oscillate for cutting. The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1210a-1220a, and third and fourth connecting segments 1210b-1220b), for example, via pivot joints with one DOF of motion, It can be configured to constrain the cutting plane of saw blade 1242 to be parallel to the work plane. Tool attachment mechanism 1230 may be connected to surgical saw 1240 via a variety of mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press fits, or magnets. DRA 52 may be connected to tool attachment mechanism 1230 or surgical saw 1240 to allow tracking of saw blade 1242 pose by camera tracking system 6 (FIG. 3).

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 of the surgical saw 1240 to constrain the saw blade 1242 to a defined cutting plane and extend its mobility to three degrees of freedom (DOF), the saw blade 1242 to two translations Tx and Ty in a plane parallel to the cutting plane and one rotation Rz about an axis perpendicular to the cutting 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 determines the attitude of the saw blade 1242 based on rotary position sensors connected to the revolute joints of at least some of the articulated segments of the passive end effector 1200. configured to The rotary position sensor is configured to measure the rotational position of the joined connecting segments during movement of the implement attachment mechanism within the work plane. For example, a rotary position sensor can be configured to measure rotation of a first connecting segment 1210a relative to base 1202, and another rotary position sensor can measure rotation of a second connecting segment relative to first connecting segment 1210a. 1220a, and another rotary position sensor can be configured to measure rotation of the implement attachment mechanism 1230 relative to the second coupling segment 1220a. Surgical saw 1240 may be connected to have a fixed orientation with respect to tool attachment mechanism 1230 . A serial kinematic chain of passive end effectors 1200 connecting saw blade 1242 and robotic arm 22, with serialized connecting segments and pivot joints, provides surgical saw 1240 with the necessary mobility. . The position of the tip of the saw blade 1242 in the plane defined by the passive kinematic linkage, the joint angle sensed via the rotary position sensor, and the structural geometry of the interconnected link segments It can be completely determined by the shape. Thus, for example, by measuring the relative angle between each connected connecting segment along one or more interconnecting paths between base 1202 and surgical saw 1240, saw blade 1242 in the cutting space. can be computerized using the proposed forward kinematic model. If the position and orientation of the distal end of the robotic arm 22 relative to the bone is known, the position and orientation of the saw blade 1242 relative to the bone can be computerized and displayed as feedback to the surgeon. In an exemplary implementation in which the saw blade is directly attached to the passive end effector, the frequency of measurements provided by the rotary position sensor is the amplitude of the saw blade to measure saw blade position even during amplitude. can be at least two times higher than 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。 Exemplary types of rotary position sensors that may be used with the passive end effectors herein include potentiometric sensors, optical sensors, capacitive sensors, rotary variable differential transformer (RVDT) sensors, linear variable Non-limiting examples include differential transformer (LVDT) sensors, Hall effect sensors, and incoder sensors.

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。 Potentiometer-based sensors are passive electronic components. A potentiometer works by varying the position of a sliding contact across a uniform resistance. In a potentiometer, the total 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. To receive and absolute position, calibration position is required. A potentiometer may have a measuring range of less 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。 An optical encoder may include a rotating disk, a light source, and a photodetector (photosensor). A disc mounted on a rotating shaft has a pattern of opaque and transparent sectors encoded into the disc. As the disc rotates, these patterns interrupt the light impinging on the photodetector and produce a digital or pulsed signal output. Encoding the signal on the disk allows absolute and relative measurements, as well as multi-turn measurements.

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。 A capacitive encoder uses a high frequency reference signal to detect changes in capacitance. This is accomplished in three main parts: stationary transmitter, rotor, and stationary receiver. A capacitive encoder can also be provided in a two-part configuration with a rotor and a transmitter/receiver combination. The rotor may be etched with a sinusoidal pattern that 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 measurements are difficult to achieve. Start-up calibration 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。 RVDT and LVDT sensors operate when the transformer core is in the null position and the output voltages of the two windings, primary and secondary, are equal in magnitude but opposite in direction. The overall output at null locations is always zero. Angular displacement from the null position induces a total differential output voltage. The total angular displacement is therefore 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 multi-turn compatible. Calibration is required during assembly.

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, a current is applied along a thin strip of metal. In the presence of a magnetic field, electrons in the metal strip are deflected towards one edge, creating a voltage gradient across the short side of the strip, ie perpendicular to the feeding current. In its simplest form, the sensor operates as an analog transducer and returns a direct voltage. Using a known magnetic field, the distance from the Hall plate can be determined. A group of sensors can be used to estimate the relative position of the magnets. By combining multiple sensor elements with patterned magnet plates, absolute and relative positions can be detected, similar to optical encoders.

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 encoder sensor functions in a manner similar to a rotary variable transformer sensor, brushless resolver, or synchro. The stator receives DC power and produces a low power AC electromagnetic field between the stator and rotor. This magnetic field is modified by the rotor according to the angle. The stator senses the resulting magnetic field and outputs the rotation angle as an analog or digital signal. Unlike resolvers, encoders use laminated circuits rather than wound spools. This technique allows the encoder to be of compact form, low mass, low inertia and high accuracy without high precision installation. A signal (Z) is sent that counts one full rotation. 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 a passive end effector is shown in FIG. Referring to FIG. 13, a passive end effector 1300 is an end effector coupler (eg, the end effector coupler of FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. 22), which includes a base 1302 configured to be attached to. Passive end effector 1300 further includes first and second mechanisms extending between a rotatable connection to base 1302 and a rotatable connection to an implement attachment mechanism. The rotatable joint can be a pivot joint that allows one DOF of motion, a universal joint that allows two DOFs of motion, or a ball joint that allows three DOFs of motion. may be First and second connecting segments 1310a and 1320a form a first planar mechanism, and third and fourth connecting segments 1310b and 1320b form a second planar mechanism. First link segment 1310a extends between a rotatable connection to a first location on base 1302 and a rotatable connection to the end of second link segment 1320a. A third link segment 1310b extends between a rotatable connection to a second location on base 1302 and a rotatable connection to the end of fourth link segment 1320b. The first and second locations on the base 1302 are spaced on either side of the axis of rotation of the base collar when rotated by the robotic arm. The distal ends of second linking segment 1320 a and fourth linking segment 1320 b from base 1302 are rotatably connected to each other and to tool attachment mechanism 1330 . The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1310a-1320a, and third and fourth connecting segments 1310b-1320b) rotate about their rotatable connections, e.g. It can be configured to pivot via a pivot joint having a DOF of motion to constrain the movement of the tool attachment mechanism 1330 to a range of motion within the work plane. Tool attachment mechanism 1330 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to oscillate for cutting. The first and second mechanisms (first and second connecting segments 1310a-1320a and third and fourth connecting segments 1310b-1320b) align the cutting plane of saw blade 1242 parallel to the work plane. Constrain. Tool attachment mechanism 1330 may be connected to 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 attachment mechanism 1330 or the surgical saw 1240 to allow tracking of the saw blade 1242 pose by the camera tracking system 6 (FIG. 3).

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 a passive end effector is shown in FIG. Referring to FIG. 14, a passive end effector 1400 is an end effector coupler (eg, the end effector coupler of FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18 of FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. 22), which includes a base 1402 configured to be attached to. The base 1402 includes first and second elongated base segments 1404a and 1404b that extend from spaced locations on either side of the axis of rotation of the base 1402 when rotated by the robotic arm. First and second elongated base segments 1404a and 1404b extend away from the end effector coupler of the robot arm when attached to passive end effector 1400 . Passive end effector 1400 further includes first and second mechanisms extending between rotatable connections to elongated base segments 1404a and 1404b and rotatable connections to implement attachment mechanisms. . One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment may be pivotal joints that allow motion in one DOF or universal joints that allow motion in two DOFs. may also be ball joints that allow three DOFs of motion.

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 linking segment 1411a, a second linking segment 1410a, a third linking segment 1420a, and a fourth linking segment 1430a. First and second linking segments 1411a and 1410a are rotatable connections to spaced locations on first elongated base segment 1404a and rotation to spaced locations on third linking segment 1420a. extending parallel to each other between possible connections. The end of third link segment 1420a is rotatably connected to the end of fourth link 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 linking segment 1411b, a sixth linking segment 1410b, and a seventh linking segment 1420b. Fifth and sixth link segments 1411b and 1410b are rotatable connections to spaced locations on second elongated base segment 1404b and rotation to spaced locations on seventh link segment 1420b. extending parallel to each other between possible connections. The implement attachment mechanism includes an eighth link segment 1440 extending between the rotatable connections from the base 1402 to the distal ends of the fourth and seventh link segments 1430a and 1420b. In a further embodiment, the eighth coupling segment 1440 of the instrument attachment mechanism includes an attachment member 1442 that extends away from the base 1402 to a rotatable connector configured to connect to the surgical saw 1240. . Attachment member 1442 extends from a location on eighth link segment 1440 that is closer to fourth link segment 1430a than to seventh link 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 (the set of linking segments 1411a, 1410a, 1420a, 1430a and the set of linking segments 1411b, 1410b, 1420b) pivot about their rotatable connections to provide a tool attachment mechanism. It can be configured to constrain the movement of 1440 to a range of motion within the work plane. Tool attachment mechanism 1440 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to oscillate for cutting. The first and second mechanisms may be configured to constrain the cutting plane of saw blade 1242 to be parallel to the work plane, eg, via a pivot joint having one DOF of motion. Tool attachment mechanism 1440 may be connected to 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 mounting member 1442, or surgical saw 1240 to allow tracking of saw blade 1242 pose by camera tracking system 6 (FIG. 3).

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。 Passive end effector 1400 of FIG. 14 has a parallel architecture that allows positioning of the surgical saw about its axis of rotation in the cutting plane. Synchronous and/or differential movements of the transverse parallelograms allow positioning of the rotational axis of the surgical saw at the cutting plane.

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 a passive end effector is shown in FIG. Passive end effector 1500 is adapted to be attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22, FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18, FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. includes a base 1502 configured to: The base 1502 can include first and second elongated base segments extending from spaced locations on either side of the axis of rotation of the base 1502 when rotated by the robotic arm. The first and second elongated base segments extend away from each other. Passive end effector 1500 further includes first and second mechanisms extending between a rotatable connection to base 1502 and a rotatable connection to an implement attachment mechanism. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment may be pivotal joints that allow motion in one DOF or universal joints that allow motion in two DOFs. may also be ball joints that allow three DOFs of motion.

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. A second mechanism includes a second segment 1510b. The equipment attachment mechanism includes a third linking segment 1520, a fourth linking segment 1530, a fifth linking segment 1540a, a sixth linking segment 1540b, and a seventh linking segment 1550. First and second connecting segments 1510a and 1510b are rotatable to first and second locations on base 1502, respectively, e.g., first and second elongated base segments extending away from base 1502. and rotatable connections at the ends of the third link segment 1520 . The first and second locations on the base 1502 are spaced on either side of the base's axis of rotation when rotated by the robotic arm. A fourth connecting segment 1530 extends from the third connecting segment 1520 in a direction toward the base 1502 . Fifth and sixth link segments 1540 a and 1540 b are rotatable to spaced locations on fourth link segment 1530 and rotatable to spaced locations on seventh link segment 1550 . and parallel to each other. Seventh coupling segment 1550 is configured with a rotatable connector configured to connect to 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 through sixth link segments 1510a&b, 1520, 1530, and 1540a&b pivot about their rotatable connections to mirror the motion of the seventh link segment 1550 in the work plane. can be configured to constrain the range of Seventh coupling segment 1550 is configured to connect to surgical saw 1240 having saw blade 1242 configured to oscillate for cutting. The first through sixth connecting segments 1510a-b, 1520, 1530, and 1540a-b cut the saw blade 1242 parallel to the work plane, for example, via pivot joints with one DOF of motion. It can be configured to constrain a face. Seventh connecting segment 1550 is connected to surgical saw 1240 via various mechanisms that may include, but are not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press-fits, or magnets. obtain. A DRA may be connected to the seventh articulation segment 1550 or to the surgical saw 1240 to allow tracking of the saw blade 1242 pose by the camera tracking system 6 (FIG. 3).

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 a passive end effector is shown in FIG. Passive end effector 1600 is adapted to be attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22, FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18, FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. includes a base 1602 configured to: Passive end effector 1600 further includes first and second mechanisms extending between a rotatable connection to base 1502 and a rotatable connection to the implement attachment mechanism. The first mechanism includes a first connecting segment 1610a. A second mechanism includes a second segment 1610b. The equipment attachment mechanism includes a third linking segment 1620, a fourth linking segment 1630, a fifth linking segment 1640a, a sixth linking segment 1640b, and a seventh linking segment 1650. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment may be pivotal joints that allow motion in one DOF or universal joints that allow motion in two DOFs. may also be ball joints that allow three DOFs of motion.

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。 First and second connecting segments 1610a and 1610b are respectively rotatable connections to first and second locations on base 1602 and rotatable connections at both ends of third connecting segment 1620. extends between The first and second locations on base 1602 are spaced on either side of the axis of rotation of base 1602 when rotated by a robotic arm. A fourth connecting segment 1630 extends away from the base 1602 from the third connecting segment 1620 . Fifth and sixth link segments 1640 a and 1640 b are rotatable connections to spaced locations on fourth link segment 1630 and rotatable to spaced locations on seventh link segment 1650 . and parallel to each other. Seventh coupling segment 1650 is configured with a rotatable connector configured to connect to 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 through sixth link segments 1610a&b, 1620, 1630, and 1640a&b pivot about their rotatable connections to mirror the motion of the seventh link segment 1650 in the work plane. can be configured to constrain the range of Seventh coupling segment 1650 is configured to connect to surgical saw 1240 having saw blade 1242 configured to oscillate for cutting. First through sixth connecting segments 1610a-b, 1620, 1630, and 1640a-b may be configured to pivot while constraining the cutting plane of saw blade 1242 to be parallel to the work plane. Seventh connecting segment 1650 is connected to surgical saw 1240 via various mechanisms that may include, but are not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press-fits, or magnets. obtain. A DRA may be connected to the seventh articulation segment 1650 or to the surgical saw 1240 to allow tracking of the saw blade 1242 pose by the camera tracking system 6 (FIG. 3).

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。 Passive end effector 1600 provides two orthogonal translational movements for positioning the rotational axis of the surgical saw in the cutting 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 a passive end effector is shown in FIG. Passive end effector 1700 is adapted to be attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22, FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18, FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. and a base 1702 configured to. Passive end effector 1700 further includes first and second mechanisms extending between a rotatable connection to base 1702 and a rotatable connection to an implement attachment mechanism. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment may be pivotal joints that allow motion in one DOF or universal joints that allow motion in two DOFs. may also be ball joints that allow three DOFs of motion. 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. First link segment 1710 extends between a rotatable connection to base 1702 and a rotatable connection to the end of second link segment 1720b. A second mechanism includes a third connecting segment 1720a. The implement attachment mechanism includes a fourth connecting segment 1730 . Second and third link segments 1720b and 1720a are rotatably connected to spaced locations on first link segment 1710 and spaced apart on fourth link segment 1730 in a direction away from base 1702. parallel to each other between the rotatable connections to the Fourth coupling segment 1730 includes a mounting member 1732 that extends away from the base to a rotatable connector configured to connect to surgical saw 1240 . Attachment member 1732 extends from a location on fourth link segment 1730 that is closer to third link segment 1720a than to second link 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 through third link segments 1710, 1720b, 1720a pivot about their rotatable connections to constrain the movement of the fourth link segment 1730 to a range of motion within the working plane. can be configured. A fourth coupling segment 1730 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to oscillate for cutting. First through third connecting segments 1710, 1720b, 1720a may be configured to pivot and constrain the cutting plane of saw blade 1242 to be parallel to the work plane. The fourth connecting segment 1730, e.g., its attachment member 1732, may be through various mechanisms including, but not limited to, screws, nuts and bolts, clamps, latches, joints, press-fits, or magnets. It may be connected to surgical saw 1240 . The DRA may be connected to a fourth coupling segment 1730, eg, mounting member 1732, or surgical saw 1240 to allow tracking of saw blade 1242 pose by camera tracking system 6 (FIG. 3).

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 a passive end effector is shown in FIG. Passive end effector 1800 is adapted to be attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22, FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18, FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. includes a base 1802 configured to: Passive end effector 1800 further includes first and second mechanisms extending between a rotatable connection to base 1802 and a rotatable connection to an implement attachment mechanism. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment may be pivotal joints that allow motion in one DOF or universal joints that allow motion in two DOFs. may also be ball joints that allow three DOFs of motion. The first mechanism includes a first connecting segment 1810a. A second mechanism includes a second connecting segment 1810b. The implement attachment mechanism includes a third connecting segment 1820 . First and second connecting segments 1810a and 1810b are respectively rotatable connections to first and second locations on base 1802 and rotatable connections at both ends of third connecting segment 1820. extends between The first and second locations on base 1802 are spaced on either side of the axis of rotation of base 1802 when rotated by a robotic arm. Third coupling segment 1820 includes a mounting member 1822 that extends away from base 1802 to a rotatable connector configured to connect to surgical saw 1240 . Attachment member 1822 extends from a location on third link segment 1820 that is closer to first link segment 1810a than second link segment 1810b. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment may be pivotal joints that allow motion in one DOF or universal joints that allow motion in two DOFs. may also be ball joints that allow three DOFs of motion.

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。 First and second linking segments 1810a and 1810b pivot about their rotatable connections between base 1802 and third linking segment 1820 to direct movement of mounting member 1822 in the work plane. can be configured to constrain the range of motion of the In some other embodiments, one or more of the rotatable connections are universal joints that allow motion of two DOFs, such that motion is not constrained to the work surface, even three joints. It may be a ball joint that allows movement of the DOF. Mounting member 1822 is configured to connect to a surgical saw 1240 having a saw blade 1242 configured to oscillate for cutting. First and second connecting segments 1810a and 1810b pivot while constraining the cutting plane of saw blade 1242 to be parallel to the work plane. Attachment member 1822 may be connected to 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 may be connected to a third coupling segment 1820, eg, mounting member 1822, or surgical saw 1240 to allow tracking of saw blade 1242 pose by camera tracking system 6 (FIG. 3).

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 a passive end effector is shown in FIG. Passive end effector 1900 is adapted to be attached to an end effector coupler (eg, end effector coupler 22, FIGS. 4 and 5) of a robotic arm (eg, robotic arm 18, FIGS. 1 and 2) positioned by a surgical robot. and a base 1902 . Passive end effector 1900 further includes a first connecting segment 1910 and a second connecting segment 1920 . First link segment 1910 extends between a rotatable connection to base 1902 and a rotatable connection to one end of second link segment 1920 . The other end of the second coupling segment 1920 is rotatably connected to the equipment attachment mechanism. Axes of rotation q1, q2, and q3 are parallel to each other to provide blade 1242 with a planar cutting surface. Thus, the three DOF motion of saw 1240 includes x-direction Tx, y-direction Ty, and rotational direction Rz about the z-axis. One or more of the rotatable connections disclosed for this embodiment may be pivotal joints that allow motion in one DOF or universal joints that allow motion in two DOFs. may also be ball joints that allow three DOFs of motion.

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 the blade 1242 and blade tip relative to the patient's bone being cut using tracking markers 52 attached to the end effector base 1902 and saw 1240, along with tracking markers on bones (e.g., tibia and femur) can be accurately and continuously monitored. Although not explicitly shown in the other figures, tracking markers are attached to the saw 1240 and all end effectors 1902 in all embodiments to track the location of the blade relative to the patient's bone during cutting. can be done. Although not shown, as an alternative to or in addition to tracking markers, encoders are positioned within each of the articulating segments 1910 and 1920 to determine exactly where the tip of the saw blade is at all times. 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 Exemplary surgical procedures using the surgical robot 4 in the operating room (OR) can include the following.
Optional Step: Surgery is preoperatively planned 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. The Surgical Robot 4 system is outside the operating room (OR). A nurse brings the system to the OR when the patient is being prepared 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 powers on the robot and deploys the robotic arm. A 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. For sterile passive end effectors, an operating room nurse applies a sterile drape onto the robotic arm and mounts the passive end effector with sagittal saw onto the robotic arm. The operating room nurse locks the passive end effector with a locking mechanism. (If necessary) The operating room nurse attaches the DRA to the passive structure via a drape. For non-sterile passive end effectors, the drape is placed after mounting the passive end effector on the robotic arm, the DRA is attached to the passive end effector with the drape in between, and is sterilized. A saw or saw blade is attached to a passive end effector with a drape in between. A locking mechanism is engaged to fix the position of the saw blade relative 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 the navigational markers to the patient's bone(s), such as the tibia and femur. The bones are registered with the camera tracking system 6 using, for example, the Horn point-to-point algorithm, matching algorithm, or other algorithms. An assessment of soft tissue balance can be performed whereby the system, for example, measures the relative femur and tibia when the surgeon applies forces in different directions (e.g., varus/valgus forces). Tracking motion allows the surgeon to assess soft tissue balance within the operating room. Soft tissue balance information can be used to modify surgical planning (eg, move implant components, change implant type, 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 carries 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 cutting planes are in the workspace 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 for making the initial cut (bone to be cut, desired cut plane, 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. The surgical robot 4 determines a distance from the anatomy to be cut where the saw blade cutting plane and target plane are coincident and the saw blade is within the range of motion of the passive end effector tool attachment mechanism. The passive end effector is repositioned by automatically moving the robotic arm 22 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 performs a cut constrained to the cutting plane provided by the passive end effector. The surgical robot 4 can provide a real-time display of the tracked location of the saw blade relative to the bone, allowing 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 cut 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 perform 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 placements and intermediate soft tissue balance assessments, and modify implant plans and associated amputations based thereon.

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 detaches the passive end effector from the robotic 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 surrounding the bone, debris created by the cut, and other surgical instruments near the bone make it difficult for the physician to visually check the progress of the cut. Sometimes. Even if visual confirmation is acceptable, there are areas of the bone that the physician cannot see, such as cutting the posterior portion 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 robotic system embodiment of the present invention provides a method for the physician to check the progress of the bone being cut in multiple dimensions. 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), the robotic arm 20, and the saw (1140, 1240). System 830 and computer subsystem 820 allow real-time calculation of the exact position of the saw blade relative to the bone, thereby 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 screen shot of a display showing the progress of cutting a bone 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, display 34 displays the real-time location of saw blade 1242 relative to the bone (eg, tibia 2000). Side and top views may be particularly useful to the physician as they show the position of the saw blade, which is not easily visible. At the top of the display, the computer subsystem 830, 820 displays the number of cutting programs and what program is currently running. For example, as the screenshot shows, the physician may have programmed 6 planar cuts and the current cut program is the first cut. Subsystems 830 and 820 can also track with tracking markers where the blade may have advanced, so that how much of the bone cut (area cut) for a particular cutting program has been completed. can be determined and the progress is displayed on display 34 . The bone images themselves are preferably obtained from actual images of the patient's body for a more accurate representation. The bone image is augmented by subsystem 820 with contour lines showing cortical bone 2004 and cancellous bone 2002 . This may be important to the physician, as the amount of resistance to cutting varies greatly 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。 If an Augmented Reality (AR) head-mounted display is used, the computer subsystem 820 generates the same contour lines showing the cortical and cancellous bone, which are displayed continuously as the doctor moves his head. can be layered over the actual leg. Already cut areas can be overlaid on top of the actual bone in a darker shade. Additionally, the implant inserted over the cut area can be overlaid on the bone to indicate to the physician that the cut is made correctly along the plane of the implant. This is all possible because the subsystems 830 and 820 along with the tracking markers and camera subsystem can track the position of the blade and the history of the blade's movement relative to the bone.

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。 21-32, exemplary embodiments of direct blade guidance systems in the context of orthopedic surgery are described. As shown in FIGS. 21, 22, 29, and 30, a direct blade guidance system 2100 can include a robotic system holding an end effector arm (EEA) 2102. As shown in FIG. EEA 2102 may include a base configured to attach to an end effector coupler of a robotic arm. Other exemplary embodiments of end effector arms consistent with the principles of the present disclosure are described with respect to FIGS. 12-19. To achieve a planar cut, saw blade 2104 should be guided in the plane in which it vibrates. The high vibration frequency of saw blades (eg, 200-300 Hz) makes mechanical guidance difficult to achieve. The EEA 2102 may include a number of joints and joints 2106, 2108 that may be used to achieve in-plane motion of the tip 2110 of the EEA 2102. Similar to the embodiment of FIGS. 12-18, the tip 2110 of the EEA 2102 can have three degrees of freedom, two directions of motion in a plane, and rotation about an axis perpendicular to that plane. The EEA 2102 allows for planar cuts and access to the target bone from all angles. System 2100 can also include handpiece 2112 and blade adapter 2114, each connected to EEA 2102 and blade 2104. FIG.

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 involves aligning the axis of rotation of the distal end of the coupling 2110 (the distal revolute joint 2116 of the EEA 2102) with the axis of oscillation of the blade. Sagittal saws are present in most mounting mechanisms that produce small rotational movements (oscillations/amplitudes) of the saw blade about an axis close to the saw blade attachment. By aligning the axis of rotation with the distal revolute joint 2116 of the EEA 2102 (at the distal end of the coupling 2108), the joint 2116 allows rotation of a typical saw handpiece and allows oscillation of the saw blade. 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。
Saw blade 2104 may be configured to be coupled to the distal articulation axis of EEA 2102 by blade adapter 2114 . Blade adapter 2114 may be configured to clamp saw blade 2104 . Different sagittal saws can be integrated into system 2100 by adapting blade adapter 2114 . Exemplary configurations of blade adapter 2114 consistent with this disclosure are discussed below. An exemplary blade adapter is illustrated in FIG.
Permanent Fixation In the permanent fixation configuration, the blade 2104 can be permanently clamped to the blade adapter 2114 . A user (eg, an operating room nurse) can assemble blade 2104 into blade adapter 2114 while the surgeon prepares the surgical field. Exemplary permanent fixation configurations 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。 Blade 2104 may be securely clamped to blade adapter 2114 using components such as screws or spring-loaded latches configured to provide a clamping force against 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。 Blade 2104 may include interfaces, such as through holes, configured to secure blade 2104 to 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。 Blade 2104 and blade adapter 2114 may be manufactured as a single reusable device that is later provided on EEA 2102 . 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 disposable (single use) devices delivered sterile. An exemplary implementation involves a metal blade overmolded using plastic injection molding techniques.

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, 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 in a base that can rotate about the axis of rotation of the saw blade and a clamping component that clamps the blade to the blade adapter base by means of screws. can. FIG. 23 illustrates a blade 2204, blade adapter 2214, distal revolute joint 2216, and clamp 2218 consistent with this configuration. These components may be the same as or similar to those described above with respect to FIG.
Separable Fixation The separable fixation configuration allows the blade to be quickly attached to and disconnected from the blade adapter in the field. The blade adapter integrates a clamping mechanism that can be active (normally closed clamping mechanism opened by electrical signal) or passive (quick coupling and/or quick release mechanism).
Moment of Inertia The blade adapter 2114 can significantly increase the moment of inertia of the combined "blade/blade adapter" that rotates about the axis of rotation of the blade. As soon as the blade adapter 2114 oscillates with the saw blade 2104, the unbalanced inertia creates dynamic forces and torques that are transmitted to the mechanical structure and the hands of the surgeon. To optimize the implementation, the inertia of the vibrating element about the vibrating axis can be minimized. That is, the mass of the vibrating element is lighter than the vibrating axis, and the closer, the better. The moment of inertia of the saw blade element about the axis of oscillation for the concept of handpiece guidance is:

Figure 0007263300000001
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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 (the weight of the saw blade element), and Id is the moment of inertia of the saw blade element about the blade vibration axis is. The moment of inertia is then reduced by MD2 using the concept of direct blade guidance. This is minimized when the distance between the vibration axis and the blade vibration axis is 0 (the axes are mated).

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. FIG. Under the principles discussed herein, direct blade guidance provides a longer effective cutting length of the blade than that provided by standard jigs such as jig 2402 illustrated in FIG. obtain. LG represents the guided length (the length to which the saw blade is guided) and LE represents the effective length of the blade. The concept of direct blade guidance allows for a short guide length, resulting in a longer effective length of the blade. This may be more comfortable for the surgeon and allows the surgeon to 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。 The accuracy of the cut is controlled by the robotic system, from the floor to the tip of the saw blade, including the robotic system, the EEA 2102, the handpiece sagittal saw, the saw blade amplitude mechanism (blade adapter 2114 or 2214), and the saw blades 2104, 2204. It depends on the stiffness of the various constituent elements. With direct blade guidance, handpiece backlash and inaccuracy may be greatly minimized or eliminated entirely because the saw blade is directly clamped to the blade adapter.

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。
Additionally, the concept of direct blade guidance may facilitate integration with a variety of existing sagittal saws Blade adapters can simplify geometry Elements that only need to clamp the saw blade As such, it may not be necessary to build sagittal saw shape-specific (manufacturer-specific) components. Additionally, the blade adapter can be easily sterilized. It is a small, lightweight and relatively simple mechanical element, without any tight spaces and can be made in such a way that it can be easily disassembled. As previously mentioned, the blade, including the blade adapter, may be delivered as a single reusable device.
Tracking FIG. 25 illustrates a direct blade guidance system 2100 that may include a navigational marker or series of markers 2500 attached to the sagittal saw handpiece 2112 . Marker 2500 allows the sagittal saw to be tracked by a camera such as camera tracking system 6 . Optical tracking can measure the position of the saw, but it can be difficult to measure the position of the saw blade directly during cutting (high frequency of blade vibration). Furthermore, due to the low stiffness of the blade/saw handpiece connection, tracking directly measures the deflection of saw handpiece 2112 relative to 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。 For direct saw blade position measurement, FIG. Encoder measurements can typically be made at higher frequencies and rotational accuracies than using optical tracking. For example, the measurement frequency may be at least two times higher than the frequency of the saw blade amplitude. The blade position signal can be used to provide additional useful information such as saw vibration frequency, on/off state, and whether the saw blade is stuck in bone (e.g., 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 a sagittal saw handpiece held by a surgeon can be reduced. By reducing handpiece vibration, tactile feedback can be improved and cutting efficiency can be increased. As mentioned above, vibrations transmitted to the surgeon's hand result from transmitted dynamic forces and torques created by the unbalanced inertia of the blade/blade adapter coupling about the blade axis of rotation.

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。 One approach to reducing vibration can be accomplished by filtering the vibration. In FIG. 27, dampening element 2700 may be connected between handpiece 2112 and EEA 2102 . This 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 combined saw/saw adapter inertia about the saw's axis of rotation. This can be implemented by dynamically compensating the transmitted forces and torques produced by the oscillating saw blade using compensating inertias that implement opposite motions with the same dynamics. FIGS. 28 and 32 illustrate exemplary embodiments in which a mechanical inverter 2800 can be used to couple the corrective inertia to the primary inertia for balancing.
Further provisions and embodiments:
In the above description of various embodiments of the inventive concept, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the inventive concept. Please understand. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this inventive concept belongs. . Terms, as defined in commonly used dictionaries, are to be construed as having a meaning consistent with their meaning in the context of this specification and the relevant technical field, and are expressly defined herein. is not to be construed in the idealized or overly formal sense so defined.

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 variants thereof to another element, that Elements may be directly connected, coupled, or responsive to other elements, or there may be intervening elements. In contrast, an element is "directly connected," "directly coupled," "directly responsive," or variants thereof to another element. , there are no intervening elements. Like numbers refer to like elements throughout. Furthermore, as used herein, "coupled," "connected," "responsive," or variants thereof, means wirelessly coupled, connected , or responding. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Well-known functions or constructions 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 associated 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 the terms first, second, third, etc. may be used herein to describe various elements/acts, these elements/acts should not be limited by these terms. It will be understood. These terms are only used to distinguish one element/act from another. Thus, a first element/act in some embodiments could be termed a second element/act in other embodiments without departing from the teachings of the inventive concept. The same reference numbers or numbers refer to 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" The terms , “have,” “has,” “having,” or variations thereof, without limitation, include any one or more of the recited features, integers, elements, steps, including a component or function, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, elements, steps, components, functions, or groups thereof. Furthermore, as used herein, the general abbreviation "e.g.", derived from the Latin "exempli gratia", refers to a generic example(s) of the foregoing item. ) and is not intended to limit such items. The general abbreviation "i.e.", derived from the Latin "id est", may be used to designate 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 flowchart illustrations of computer-implemented methods, apparatus (systems and/or devices) and/or computer program products. It will be understood that the blocks in the block diagrams and/or flowchart illustrations, and combinations of blocks in the block diagrams and/or flowchart illustrations, can be implemented by computer program instructions being executed by one or more computer circuits. These computer program instructions may be provided to processor circuitry of general purpose computer circuitry, special purpose computer circuitry, and/or other programmable data processing circuitry to produce a machine, thereby providing a computer processor and/or other Instructions executed through the programmable data processing unit of , transform and control the transistors, values stored in memory locations, and other hardware components within such circuitry to provide block diagrams and/or or means (functions) for implementing the functions/acts specified in the flowchart block(s) and thereby implementing the functions/acts specified in the block diagrams and/or 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 can also be used by a computer to manufacture an article of manufacture, the instructions stored on the computer-readable medium including instructions for implementing the functions/acts specified in the block diagram and/or flowchart block or blocks. or stored on a tangible computer readable medium capable of directing other programmable data processing apparatus to function in a particular manner. Accordingly, embodiments of the inventive concept are hardware and/or software (firmware) running on processors such as digital signal processors, which may be collectively referred to as "networks", "modules", or variants thereof. , 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/acts noted in the blocks may occur out of the order noted in the flowcharts. For example, two blocks shown in succession may actually be executed substantially concurrently or the blocks may be executed in the reverse order depending on the functionality/acts involved. Further, the functionality of a given block of the flowcharts and/or block diagrams may be separated into multiple blocks and/or the functionality of two or more blocks of the flowcharts and/or block diagrams may be separated, at least in part, from may be integrated. Finally, other blocks may be added/inserted between the illustrated blocks and/or blocks or operations may be omitted without departing from the scope of the inventive concepts. Additionally, although some of the figures include arrows on the communication paths to indicate the primary direction of communication, it should be understood that communication may occur in the opposite direction of the depicted 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 variations and modifications can be made to the embodiments without substantially departing from the principles of the inventive concept. All such changes and modifications are intended to be included herein within the scope of the inventive concept. Accordingly, the above-disclosed subject matter is to be considered illustrative rather than restrictive, and the accompanying example embodiments include all such modifications that fall within the spirit and scope of the inventive concept; It is intended to cover enhanced examples, as well as other embodiments. Therefore, to the fullest extent permitted by law, the scope of the inventive concepts should be determined by the broadest permissible interpretation of this disclosure, including the following example embodiments and their equivalents. , should not be restricted or limited by the preceding detailed description.

Claims (18)

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み、前記エンドエフェクタカプラが、前記エンドエフェクタアームの基部が取り付けられるコネクタと、前記コネクタを取り囲む一次ボタンと、前記一次ボタンの下に配置された一次起動スイッチと、を含み、前記一次起動スイッチ上で前記一次ボタンを押し下げることにより、前記エンドエフェクタアームの移動が可能になる、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回転軸を中心に回転可能に接続されるように適合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るように適合され、前記ブレードアダプタが前記遠位関節に接続されたときに前記回転軸と一致する振動軸を有するブレードと、
前記ブレードアダプタに取り外し可能に取り付けられ、かつ前記振動軸に沿って前記ブレードを振動させるように適合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,
a robotic arm configured to be positioned by a surgical robot;
An end effector arm including a base configured to attach to an end effector coupler of the robotic arm, the end effector arm including a distal joint disposed at a distal end of the end effector arm. wherein the end effector coupler includes a connector to which the base of the end effector arm is attached , a primary button surrounding the connector, and a primary actuation located below the primary button. an end effector arm comprising a switch, wherein depressing the primary button on the primary activation switch enables movement of the end effector arm;
a blade adapter adapted to be rotatably connected to the end effector arm through the distal joint about an axis of rotation ;
a blade adapted to be connected to the blade adapter and having an axis of oscillation coincident with the axis of rotation when the blade adapter is connected to the distal joint;
a handpiece removably attached to the blade adapter and adapted to oscillate the blade along the oscillation axis .
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 of claim 1, wherein the handpiece is a sagittal saw handpiece. 各関節上に配設された、前記ブレードの先端の位置を常に追跡するためのエンコーダをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, further comprising an encoder disposed on each joint for keeping track of the position of the tip 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。 2. 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。 3. The system of claim 1, wherein the blade is threaded to 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。 3. The system of claim 1, wherein the blade and blade adapter are integrated as a single unit. 前記ブレードアダプタは、前記エンドエフェクタアームの前記遠位関節に直接取り付けられ、前記ハンドピースは、前記ブレードアダプタと前記ブレードとを、前記回転軸に沿って一緒に回転させるよう構成されている、請求項1に記載のシステム。The blade adapter is attached directly to the distal joint of the end effector arm, and the handpiece is configured to rotate the blade adapter and the blade together along the axis of rotation. Item 1. The system according to item 1. 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。 2. The system of claim 1, wherein said blade adapter and said 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。 2. The system of claim 1, wherein said blade adapter and said 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み、前記エンドエフェクタカプラが、前記エンドエフェクタアームの基部が取り付けられるコネクタと、前記コネクタを取り囲む一次ボタンと、前記一次ボタンの下に配置された一次起動スイッチと、を含み、前記一次起動スイッチ上で前記一次ボタンを押し下げることにより、前記エンドエフェクタアームの移動が可能になる、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回転軸を中心に回転可能に接続されるように適合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るように適合され、前記ブレードアダプタが前記遠位関節に接続されたときに前記回転軸と一致する振動軸を有するブレードと、
前記ブレードアダプタに取り付けられ、かつ前記振動軸に沿って前記ブレードを振動させるように適合されたハンドピースと、を備える、外科手術システム。
A surgical system comprising:
a tracking system configured to determine the orientation of an anatomical structure cut by a saw blade and to determine the orientation of the saw blade;
a surgical robot,
robot base,
a robotic arm connected to the robotic base;
a surgical robot comprising at least one motor operably connected to move the robotic arm relative to the robotic base;
a blade guidance system, said blade guidance system comprising:
An end effector arm including a base configured to attach to an end effector coupler of the robotic arm, the end effector arm including a distal joint disposed at a distal end of the end effector arm. wherein the end effector coupler includes a connector to which the base of the end effector arm is attached , a primary button surrounding the connector, and a primary actuation located below the primary button. an end effector arm comprising a switch, wherein depressing the primary button on the primary activation switch enables movement of the end effector arm;
a blade adapter adapted to be rotatably connected to the end effector arm through the distal joint about an axis of rotation ;
a blade adapted to be connected to the blade adapter and having an axis of oscillation coincident with the axis of rotation when the blade adapter is connected to the distal joint;
a handpiece attached to the blade adapter and adapted to oscillate the blade along the oscillation axis .
前記ハンドピースが、矢状鋸ハンドピースである、請求項10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, wherein the handpiece is a sagittal saw handpiece. 各関節上に配設された、回転角度を検出するための角度センサをさらに備える、請求項10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, further comprising angle sensors disposed on each joint for detecting rotation angles . 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10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, wherein said blade is clamped to said 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10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, wherein the blade is threaded 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10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, wherein the blade and blade adapter are integrated as a single unit. 前記ハンドピースは、前記ブレードアダプタと前記ブレードとを、前記振動軸に沿って振動させるように適合されている、請求項10に記載のシステム。11. The system of claim 10, wherein the handpiece is adapted to vibrate the blade adapter and the blade along the vibration axis. 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10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, wherein said blade adapter and said 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10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, wherein said blade adapter and said blade are attached via a passive clamping mechanism.
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