JP7265596B2 - ロボット支援膝関節置換手術のためのシステム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１０月７日に出願された米国仮特許出願第６３／０８８，５９３号の利益を主張する。本出願は、２０１９年９月３０日に出願された米国出願第１６／５８７，２０３号の一部継続出願である、２０２０年１月８日に出願された米国出願第１６／７３７，０５４号の一部継続出願でもあり、かつ２０１９年９月２７日に出願された米国仮出願第６２／９０６，８３１号の利益を主張する。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。

本開示は、概して、ロボット支援膝関節置換手術、特に、エンドエフェクタを矢状鋸ハンドピースに結合するためのブレードアダプタに関する。

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、将来のインプラント設計では、より少ない切断数を使用するであろうが、振動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し得る。

関節および膝を含む整形外科手術では、鋸を正確に位置合わせして安定させながら、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。

鋸で骨を切断する整形外科手術の中には、ロボットシステムを利用し得、鋸を保持および誘導するものがある。これらのロボットシステムは、鋸ハンドピースをロボットアームに取り付けることに基づいており、鋸ブレードがハンドピースを基準にして特定の事前定義された平面で振動することを前提としている。このアプローチは欠点を含む。例えば、鋸ブレードの振動機構と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が、ロボットアーム、鋸ハンドピース、およびブレード間の機械的なスタックアップ許容値は、３Ｄ空間内のブレードの位置決め精度に直接影響する。さらに、いくつかの設計での剛性は、使用中にブレード境界面に高周波のねじり応力を引き起こす可能性があり、疲労によりブレード境界面で鋸ブレードが破損することがよくある。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。鋸ブレードをしっかりと拘束しないと、使用中に鋸ブレードが外れる可能性がある。

一態様では、システムは、ロボット支援膝関節置換手術用である。このシステムは、第１の機械的インターフェースを有するエンドエフェクタ、第２の機械的インターフェースを有する矢状鋸ハンドピース、およびエンドエフェクタを矢状鋸ハンドピースに結合するように構成されたブレードアダプタを含む。ブレードアダプタは、ブレードアダプタの第１の側に第１の結合機構、およびブレードアダプタの第２の側に第２の結合機構を含む。第１の結合機構は、第１の機械的インターフェースに結合可能であり、第２の結合機構は、第２の機械的インターフェースに結合可能である。

別の態様では、第１の機械的インターフェースを有するエンドエフェクタを、第２の機械的インターフェースを有する矢状鋸ハンドピースに結合するためのブレードアダプタが提供される。ブレードアダプタは、ブレードアダプタの第１の側に第１の結合機構、およびブレードアダプタの第２の側に第２の結合機構を含む。第１の結合機構、第１の機械的インターフェースに結合可能で、第２の結合機構、第２の機械的インターフェースに結合可能。

さらに別の態様では、第１の機械的インターフェースを有するエンドエフェクタを、第２の機械的インターフェースを有する矢状鋸ハンドピースに結合するための方法が提供される。この方法は、第１の側に第１の結合機構、および第２の側に第２の結合機構を備えるブレードアダプタを提供し、第１の結合機構を第１の機械的インターフェースに結合し、第２の結合機構を第２の機械的インターフェースに結合することを含む。

以下の詳細な説明を考慮すると、開示はよりよく理解され、上記以外の特徴、態様、および利点が明らかになるであろう。そのような詳細な説明は、以下の図面を参照している。
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一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てい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従って構成される受動的なエンドエフェクタの代替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。 本明細書で説明する例示的なシステムの斜視図である。 図１に示すシステムの分解図である。 図１に示すシステムの分解図である。 図１に示すシステムの詳細な下面図である。 図１に示すシステムの断面図である。 エンドエフェクタを矢状鋸ハンドピースに結合するための例示的な方法のフローチャートである。 本明細書に記載の別の例示的なシステムの斜視図である。 図７に示すシステムの分解図である。 図７に示すシステムの分解図である。 図７に示すシステムの詳細な下面図である。 図７に示すシステムの断面図である。 本明細書で説明する別の例示的なシステムの斜視図である。 図１２に示すシステムの分解図である。 図１２に示すシステムの分解図である。 図１２に示すシステムの詳細な下面図である。 図１２に示すシステムの断面図である。 本発明のインターフェースの一態様を示している。 本発明のインターフェースの一態様を示している。 エンドエフェクタに取り付けられた図４９Ａ～４９Ｂのインターフェースの断面図である。

図面において、参照番号は、類似および／または同一の要素を識別するために再利用され得る。

上記の問題を克服し、求められている機能を実装するために、本開示は、エンドエフェクタを矢状鋸ハンドピースに結合するためのブレードアダプタを提供する。ここで、様々な実施例が示され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。ただし、本発明の概念は、多くの様々な形態で具体化され得、本明細書に記載される実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、本開示が徹底的かつ完全になり、当業者に様々な本発明の概念の範囲を完全に伝えるように、これらの実施例が提供される。これらの実施例が相互排他的ではないことにも留意されたい。ある実施例からの構成要素が別の実施例に存在するまたは使用されることが暗黙のうちに前提とされ得る。

本明細書に開示される様々な実施例は、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動作における改善を対象とする。外科手術システムは、エンドエフェクタとその機能部分を患者の解剖学的構造に関して３Ｄ空間に選択的に位置決めする外科手術ロボットを含み得る。本明細書に記載の実施例には、エンドエフェクタに結合可能な第１の結合機構、および１つ以上の切断を行う際に使用するための矢状鋸ハンドピースに結合可能な第２の結合機構が含まれる。ブレードアダプタとエンドエフェクタとの間のインターフェースは、ブレードアダプタをエンドエフェクタに結合することを容易にするために、１つ以上の側壁、ステージ、突起、空洞、スロット、チャネル、開口部などを含み得る。さらに、ブレードアダプタと矢状鋸ハンドピースとの間のインターフェースは、ブレードアダプタを矢状鋸ハンドピースに結合することを容易にするために、１つ以上の側壁、ステージ、突起、空洞、スロット、チャネル、開口部などを含み得る。いくつかの実施例では、第１および第２の結合機構は、ブレードアダプタの反対側にある。例えば、第１の結合機構は、エンドエフェクタの下側への結合に使用するためにブレードアダプタの上側にあり得、第２の結合機構は、矢状鋸ハンドピースの上面への結合に使用するためにブレードアダプタの下側にあり得る。このようにして、本明細書に記載の実施例は、エンドエフェクタおよび／または矢状鋸ハンドピースから独立して鋸ブレードを確実に拘束または保持するように構成される。

これらおよび他の関連する実施例は、外科手術のための他のロボットおよび手動の解決策と比較して、鋸ブレードの精度および信頼性を改善するように動作することができる。例えば、エンドエフェクタおよび鋸ブレードハンドピースから独立して鋸ブレードをしっかりと拘束または保持することにより、本明細書に記載のブレードアダプタは、鋸ブレードが破損し（例えば、ブレードの誘導軸および作動軸のずれによる）、または鋸ブレードが誘導されている間（例えば、エンドエフェクタを使用して）および／または作動されている間（例えば、矢状鋸ハンドピースを使用して）、矢状鋸ハンドピースが自動取り外しする（例えば、ブレードの振動による）可能性を低減する。さらに、鋸ブレードを切断面に拘束することにより、本明細書に記載のブレードアダプタは、鋸ブレードが高精度の切断を行うことを可能にする。さらに、エンドエフェクタと矢状鋸ハンドピースとの間に堅固な接続を提供することにより、本明細書に記載のブレードアダプタは、矢状鋸ハンドピースを使用する外科医が、１つ以上の切断を行いながら鋸ブレードの力フィードバックを確実に解釈することを可能にする。

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の一実施形態を示す。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アーム撮像デバイス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上に表示される３Ｄ画像スキャン上で計画される。

図１の外科手術システム２は、例えば、使用するために用具を保持すること、用具を位置合わせすること、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、移動す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より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。

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好適な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。

外科手術ロボット４は、医療処置中に用具を保持しかつ／または使用することによって外科医を支援するのに使用され得る。用具を正しく利用し、保持するのに、外科手術ロボット４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正しく機能することに頼る場合がある。図１に示されるロボット本体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内で固定され得る構造体としての役割を果たし得る。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、取り付けられたコンポーネント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コンポーネント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。

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することができる。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、ロボット本体８を複数の動力付き車輪１２に取り付けることができる。車輪へのこの取り付けにより、ロボット本体８が空間を効率良く動くことが可能になる。ロボット基部１０は、ロボット本体８の長さおよび幅に及び得る。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、動力付き車輪１２を覆い、保護し、また支持することができる。

いくつかの実施形態では、図１に示されるように、少なくとも１つの動力付き車輪１２をロボット基部１０に取り付け得る。動力付き車輪１２は、任意の場所でロボット基部１０に取り付けられることができる。それぞれの個々の動力付き車輪１２は、いずれの方向にも垂直軸を中心として回転することができる。モータは、動力付き車輪１２の上に、中に、またはそれに隣接して配設され得る。このモータによって、外科手術システム２は、いずれの場所にも操作し、外科手術システム２を安定化させかつ／または水平にすることができる。動力付き車輪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められ得る。図示されていないロッドは、外科手術システム２を持ち上げるのに好適な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車輪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。各車輪上のロッドによる小さな接触範囲を通して支持される、外科手術システム２の重さは、外科手術システム２が医療処置中に動くのを防ぐ。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することができる。

外科手術システム２の移動を、ロボット手すり１４を使用して容易にすることができる。ロボット手すり１４は、人に、ロボット本体８を掴むことなく、外科手術システム２を動かす能力を与える。図１に例示されるように、ロボット手すり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。ロボット手すり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。ロボット手すり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。

ロボット本体８は、以下で「ＳＣＡＲＡ」と称される、選択的コンプライアンス多関節ロボットアームに支持を与えることができる。ＳＣＡＲＡ２４は、ロボットアームの再現性およびコンパクトさゆえに、外科手術システム２内で使用するのに都合の良いものであり得る。ＳＣＡＲＡのコンパクトさは、医療専門家が、過度の動き回りや範囲を限定することなく、医療処置を行うことを可能にし得るさらなるスペースを医療処置内に与えることができる。ＳＣＡＲＡ２４は、ロボット伸縮式支持体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で構成され得る。ロボット伸縮式支持体１６は、ロボット本体８に沿って配設され得る。図１に示されるように、ロボット伸縮式支持体１６は、ＳＣＡＲＡ２４およびディスプレイ３４に支持を提供し得る。いくつかの実施形態では、ロボット伸縮式支持体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体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体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。

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ＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４に送信して、オペレータがＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４を容易に移動させる能力を有することができる。さらに、ＳＣＡＲＡ２４が移動させるためのコマンドを受信していないとき、ＳＣＡＲＡ２４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、ＳＣＡＲＡ２４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。

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体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体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体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できる。

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動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拘束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。

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できる。

図１に示されるように、光インジケータ２８は、ＳＣＡＲＡ２４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。

光表示器２８は、下部ディスプレイ支持体３０に取り付けられ得る。下部ディスプレイ支持体３０は、図２に示されるように、オペレータが、任意の好適な位置にもディスプレイ３４をうまく操作させるのを可能にし得る。下部ディスプレイ支持体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体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体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体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体３０は、上部ディスプレイ支持体３２の基部として作用し得る。

上部ディスプレイ支持体３２は、任意の好適な機構によって下部ディスプレイ支持体３０に取り付けられることができる。上部ディスプレイ支持体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体３２は、ディスプレイ３４を上部ディスプレイ支持体３２に対して３６０度回転させることができる。同様に、上部ディスプレイ支持体３２は、下部ディスプレイ支持体３０に対して３６０度回転することができる。

ディスプレイ３４は、上部ディスプレイ支持体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。

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体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体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、任意の好適な無線接続および／または有線接続によって、外科手術ロボット４に接続することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、タブレットは、医療手術中、外科手術システム２をプログラムし、かつ／または制御することが可能であり得る。タブレットで外科手術システム２を制御する際、すべての入力コマンドおよび出力コマンドがディスプレイ３４上に再現され得る。タブレットの使用により、オペレータは、患者５０の周りで動くかつ／または外科手術ロボット４に移動する必要なく外科手術ロボット４を巧みに操ることができる。

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。

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。

ロボット基部１０と同様に、複数の動力付き車輪１２がカメラ基部３８に取り付けられることができる。動力付き車輪１２により、カメラ追跡システム６は、ロボット基部１０および動力付き車輪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ができる。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、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を見失うことからカメラ４６を守り得る。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し得る。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。

カメラ伸縮式支持体４０は、カメラ４６を支持することができる。実施形態では、伸縮式支持体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。伸縮式支持体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体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できる。実施形態では、カメラハンドル４８を使用して、カメラ伸縮式支持体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、カメラ伸縮式支持体４０の上昇および下降を実施することができる。

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体４０に取り付けることができ、実施形態では、図１に示されるように、下部カメラ支持アーム４２は、伸縮式支持体４０の周りで３６０度回転し得る。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できる。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体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上に配設されることができる。

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ることができる。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を移動させ得る。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できる。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、ＳＣＡＲＡ２４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、ＳＣＡＲＡ２４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。

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ＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４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上で陥没していても、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ＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４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。

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。

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用具であり得る。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。このアルゴリズムは、特定のモータドライバ８４２に情報を提供するのに使用され得る。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ＳＣＡＲＡ２４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できる。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。

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。

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。受動的なエンドエフェクタ１１００がＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４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を使用し得、ＳＣＡＲＡ２４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。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もよい。ガイド７２は、ＳＣＡＲＡ２４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。

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る。

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を取り囲み得る。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、ＳＣＡＲＡ２４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。

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ＳＣＡＲＡ２４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。上で考察されるように、一旦設置されると、ＳＣＡＲＡ２４およびエンドエフェクタカプラ２２は、オペレータがＳＣＡＲＡ２４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、ＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４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。

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、ＳＣＡＲＡ２４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、ＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４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ＳＣＡＲＡ２４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、ＳＣＡＲＡ２４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。

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の端部上に配設され得る。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。

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、安定化装置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。

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カプラ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。

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、コンピュータ８２２などの他の構成要素へのＵＳＢ通信、イーサネット通信、ＨＤＭＩ通信を可能にする他のポートも含み得る。

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安定化装置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することができる。

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。

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を含むことができる。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（ナビゲーション空間とも称され得る）。

運動制御サブシステム８４０は、垂直柱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ることができる。物理的な動きは、１つ以上のモータ８５０～８５４の使用を通して行われ得る。例えば、モータ８５０は、垂直柱１６を垂直に上げるまたは下げ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カラム１６との係合点の周囲に、上部アーム１８を横に移動させるように構成されてもよい。モータ８５２は、図２に示されるように上部アーム１８との係合点の周囲に、下部アーム２０を横に移動させるように構成されてもよい。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、外科手術処理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、符号化器）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。

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。

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アーム撮像デバイス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。

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とき、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。

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むことができる。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。

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。

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、一部の他の測定は、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。

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ができる追跡マーカを使用することもできる。

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。

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る。

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。

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。

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ている、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。

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。

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。

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。

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。

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。実施形態によっては、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アーム（登録商標）１０６（図１１）である．（Ｏアーム（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。

Ｃアームは、２つの自由度でのアームの回転運動を可能にするように（すなわち、球面運動での２つの直角軸を中心として）据え付けられている。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双方に対する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条件に関して確定された通りに最適な角度で患者のＸ線写真を撮ることができる。

図１１に例示されているＯアーム（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／または放射部分と、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。画像取り込み部分は、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。

ガントリハウジング１２４を備えたＯアーム（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、投射角ごとに放射線を検出して、物体画像を複数の投射平面から擬似同時的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、車輪を備えた車輪付き移動式カートなどの支持構造Ｏアーム（登録商標）支持構造体に取り付けられ得る。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、ガントリを予定の位置および向きに並進させかつ／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と検出器とを含み得る。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する状態でガントリの内部を中心として回転させることができるモータ付きロータに固定され得る。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軸受けシステムをさらに備えることができ、このシステムは、供給源および検出器を担持することができる。Ｏアーム（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。

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。

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。

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、切断するために振動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。

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によって作成され得る。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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置換術に特に有用である。膝関節置換術では、「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 ｓｕｒｆａｃｅｓ）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と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。

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。

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。

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。

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。

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ている。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、切断するために振動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。

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拘束し、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。

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。

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。

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。

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たディスクには、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ている。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。

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。

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。

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。

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。

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た、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ている。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、切断するために振動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。

受動的なエンドエフェクタの第２の実施形態が図１４に示されている。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た、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。

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ている。

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。

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、切断するために振動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に接続することができ、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。

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できる。

受動的なエンドエフェクタの第４の実施形態が図１５に示されている。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。

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ている。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。

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、切断するために振動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。

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。

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。

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、切断するために振動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の切断面を拘束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。

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。

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。

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、切断するために振動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。

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。

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、動きが作業面に拘束されないように、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、切断するために振動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の切断面を拘束しながら旋回する。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。

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。

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。

（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。
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、患者が外科手術のために準備されているときに、システムをＯＲに運ぶ。
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。
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。
４．外科医は、ナビゲーションマーカを患者の骨、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）。
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。
６．外科医は、外科手術ロボット４の画面上で、最初の切断を行うために、外科手術の計画に従って、異なるパラメータ（切断される骨、所望の切断計画など）を選択する。
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。
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。
９．外科医は、受動的な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。
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。
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。
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。
１３．外科医は、インプラントを配置し、外科手術を終了する。

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。

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できる。

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、Ａ－Ｐ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。ディスプレイの最上部分で、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（切断されたエリア）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。

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。すでに切断されたエリアを、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。

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。

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。

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。
・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。
・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たスルーホールなどのインターフェースを含み得る。
・ブレード２１０４およびブレードアダプタ２１１４は、後で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。
・ブレード２１０４およびブレードアダプタはまた、滅菌状態で届けられる使い捨て（シングルユース）デバイスとして製造されてもよい。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。

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。

Ｉ_ｈ＝Ｉ_ｄ＋ＭＤ^２
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_ｄ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、慣性モーメントは、直接的なブレード誘導の概念を用いてＭＤ^２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）ため、最小値である。

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_Ｇは誘導長（鋸ブレードが誘導される長さ）を表し、Ｌ_Ｅ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。

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。

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が可能になる。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。

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符号化器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。

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。

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、ゴム片、空気圧または油圧シリンダを使用して実装され得る。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／鋸アダプタの慣性を動的に平衡化することによって達成され得る。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を使用して平衡化する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。

（例示的なブレードアダプタ）
ここで図３３～３７を参照すると、例示的なシステム３１００は、連結部アーム２１０８に対して自由に回転可能な回転インターフェース３１１２を有するエンドエフェクタ、矢状鋸ハンドピース３１２０、および矢状鋸ハンドピース３１２０を回転インターフェース３１１２に結合するブレードアダプタ３１３０を含む。ブレードアダプタ３１３０は、本明細書に記載のハンドピース（例えば、外科手術鋸１１４０または１２４０またはハンドピース２１１２）のいずれかを、本明細書に記載のエンドエフェクタ（例えば、エンドエフェクタ１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、または１９００）のいずれかに結合するように構成され得る。平面状の切断を達成するために、回転インターフェース３１１２は、それが振動する平面内に鋸ブレード３１３２（例えば、鋸ブレード１２４２、２１０４、または２２０４）を位置決めするように誘導され得る。回転インターフェース３１１２は、複数の角度から目標の骨に接近するように構成される。いくつかの実施例では、回転インターフェース３１１２は、平面上で２つの方向に並進され、その平面に垂直な軸の周りで回転されるというように、３つの自由度で移動され得る。

図３４および３５に示されるように、ブレードアダプタ３１３０は、回転インターフェース３１１２に面するブレードアダプタ３１３０の第１の側（例えば、上側）にエンドエフェクタインターフェースまたは第１の結合機構３１４０を有する。第１の結合機構３１４０は、例えば、空洞３１４４を画定する側壁３１４２と、空洞３１４４内で第１の方向（例えば、上向き）に突出する１つ以上のステージ３１４６とを含み得る。いくつかの実施例では、側壁３１４２およびステージ３１４６は同心であり得る。第１の結合機構３１４０は、回転インターフェース３１１２の機械的インターフェース３１４８（図３６に示される）と係合するようにサイズ設定、成形、および／または構成されている。例えば、機械的インターフェース３１４８は、回転インターフェース３１１２をブレードアダプタ３１３０に結合することを容易にするために、空洞３１４４内に位置決めされ得る。

いくつかの実施例では、ステージ３１４６は、基部と、基部から第１の方向（例えば、上向き）に延びる１つ以上の突起３１５０（図３４および３５に示される）とを含む。突起３１５０は、第１の軸３１５４（例えば、垂直軸）（例えば、図３３に示される）の周りのブレードアダプタ３１３０の回転を制御する際に使用するために、機械的インターフェース３１４８に画定された１つ以上の開口部３１５２（図３６に示される）内に位置決めされ得る。このようにして、回転インターフェース３１１２は、第１の軸３１５４を中心として回転して、ブレードアダプタ３１３０を回転させ、したがって、鋸ブレード３１３２も、第１の軸３１５４を中心に回転させ得る。

固定機構３１６０は、第１の結合機構３１４０および／または機械的インターフェース３１４８を通って延在し得、回転インターフェース３１１２に対する第１の軸３１５４に沿ったブレードアダプタ３１３０の並進を制御する。このようにして、ブレードアダプタ３１３０は、回転インターフェース３１１２にしっかりと結合され得る。いくつかの実施例では、固定機構３１６０は、システム３１００の使用中固定機構３１６０が（例えば、振動によって）緩まないようにすることを容易にするために、回転インターフェース３１１２（例えば、機械的インターフェース３１４８）に位置されたばねによって予荷重をかけられる捕捉されたねじを含み得る。

いくつかの例では、鋸ブレード３１３２は、現場でブレードアダプタ３１３０に迅速に取り付けられ、そしてブレードアダプタ３１３０から取り外され得る。図３５に示されるように、ブレードアダプタ３１３０は、例えば、ブレードアダプタ３１３０に対する鋸ブレード３１３２の動きを阻止または制限するためのチャネル３１６４（図３５に示される）を画定するプレートまたは下部分３１６２を含み得る。いくつかの実施例では、下部分３１６２の第１の側（例えば、上側）は、中間ばめまたは締まりばめを使用してチャネル３１６４内の鋸ブレード３１３２を受容するようにサイズ設定、成形、および／または構成され得る。追加的または代替的に、ブレードアダプタ３１３０は、ブレードアダプタ３１３０に対する鋸ブレード３１３２の動きを阻止または制限するために、下部分３１６２および／または鋸ブレード３１３２を通って延在する１つ以上の固定機構３１６６を含み得る。

図３６に示されるように、ブレードアダプタ３１３０は、ハンドピース３１２０に面するブレードアダプタ３１３０の第２の側（例えば、下側）にハンドピースインターフェースまたは第２の結合機構３１７０を有し得る。第２の結合機構３１７０は、ハンドピース３１２０（図３４および３５に示される）の機械的インターフェース（ブレード３１３２をハンドピースに取り付けるブレードインターフェース）３１７８と係合するようにサイズ設定、成形、および／または構成され得る。

図３８は、エンドエフェクタ（例えば、回転インターフェース３１１２）を矢状鋸ハンドピース（例えば、ハンドピース３１２０）に結合するための例示的な方法３２００のフローチャートである。方法３２００は、動作３２１０でブレードアダプタ３１３０を提供することを含む。ブレードアダプタ３１３０は、ブレードアダプタ３１３０の上側にある第１の結合機構３１４０、およびブレードアダプタ３１３０の下側にある第２の結合機構３１７０を含み得る。

第１の結合機構３１４０は、動作３２２０で回転インターフェース３１１２の機械的インターフェース３１４８に結合される。いくつかの実施例では、第１の結合機構３１４０は、１つ以上の突起３１５０を含み得る。突起３１５０は、機械的インターフェース３１４８に画定された１つ以上の開口部３１５２に挿入され得、回転インターフェース３１１２が第１の軸３１５４の周りでブレードアダプタ３１３０を回転させることを可能にする。いくつかの実施例では、固定機構３１６０は、第１の結合機構３１４０および／または機械的インターフェース３１４８を通って延在し、ブレードアダプタ３１３０を回転インターフェース３１１２に固定する。固定機構３１６０は、例えば、第１の結合機構３１４０で画定されたクリアランス開口部を通って延在し、機械的インターフェース３１４８のねじ付き開口部にねじ込まれ、これによってブレードアダプタ３１３０が回転インターフェース３１１２にクランプされている。

鋸ブレード３１３２は、ブレードアダプタ３１３０から第１の軸３１５４に垂直な方向に延在し得る。いくつかの実施例では、ブレードアダプタ３１３０は、ブレードアダプタ３１３０の下部分３１６２および鋸ブレード３１３２に画定されたクリアランス開口部を通って延在し、本体またはブレードアダプタ３１３０の上部分のねじ付き開口部にねじ込まれる１つ以上の固定機構３１６６を含み、これによって鋸ブレード３１３２の近接部分がブレードアダプタ３１３０の下部分３１６２と上部分との間にクランプされている。第２の結合機構３１７０は、動作３２３０でハンドピース３１２０の機械的インターフェース３１７８に結合される。

図３９～４３は、エンドエフェクタ３３１２を矢状鋸ハンドピース３１２０（図３３および３４に示されている）に結合するための別の例示的なシステム３３００を示している。システム３３００は、ブレードアダプタ３３３０と、ブレードアダプタ３３３０に結合された鋸ブレード３３３２とを含む。図３３－３７と図３９－４３の比較から理解できるように、図３９－４３に示されるエンドエフェクタ３３１２、ブレードアダプタ３３３０、および鋸ブレード３３３２は、図面に示され、本明細書に記載されるいくつかの例外があるが、回転インターフェース３１１２、ブレードアダプタ３１３０、および図３３～３７に示される鋸ブレード３１３２と実質的に類似している。

図４０および４１に示されるように、ブレードアダプタ３３３０は、その第１の側（例えば、上側）にエンドエフェクタインターフェースまたは第１の結合機構３３４０を有する。第１の結合機構３３４０は、空洞３３４４を画定する側壁３３４２と、空洞３３４４内で第１の方向（例えば、上向き）に突出する１つ以上のステージ３３４６とを含み得る。いくつかの実施例では、側壁３３４２およびステージ３３４６は同心であり得る。第１の結合機構３３４０は、エンドエフェクタ３３１２の機械的インターフェース３３４８（図４２に示される）と係合するようにサイズ設定、成形、および／または構成されている。例えば、機械的インターフェース３３４８は、エンドエフェクタ３３１２をブレードアダプタ３３３０に結合することを容易にするために、空洞３３４４内に位置決めされ得る。

いくつかの実施例では、ステージ３３４６は様々な構成を有し得る。例えば、ステージ３３４６は、１つ以上の開口部３３５０（図４０に示される）が画定されている基部を含み得る。ステージ３３４６は、第２の方向（例えば、下向き）に延びる機械的インターフェース３３４８の１つ以上の突起３３５２（図４２に示される）を受容するようにサイズ設定、成形、および／または構成され得る。突起３３５２は、第１の軸３３５４（例えば、垂直軸）（図３９に示される）の周りのブレードアダプタ３３３０の回転を制御する際に使用するために、開口部３３５０内に位置決めされ得る。いくつかの実施例では、第１の結合機構３３４０は、第１の方向（例えば、上向き）に延びる１つ以上の突起３３５６を含み得る。突起３３５６は、第１の軸３３５４の周りで第１の結合機構３３４０をセンタリングする際に使用するために、機械的インターフェース３３４８で画定された１つ以上の開口部内に位置決めし得る。

固定機構３３６０は、エンドエフェクタ３３１２に対する第１の軸３３５４に沿ったブレードアダプタ３３３０の並進を制御するために、第１の結合機構３３４０および／または機械的インターフェース３３４８を通って延在し得る。いくつかの実施例では、固定機構３３６０は、第１の結合機構３３４０で定義されたクリアランス開口部を通って延在し、機械的インターフェース３３４８のねじ付き開口部にねじ込まれ、これによってブレードアダプタ３３３０がエンドエフェクタ３３１２にクランプされている。

ブレードアダプタ３３３０は、例えば、鋸ブレード３３３２をそれらの間にクランプするように構成された上部分３３６１および下部分３３６２を含み得る。いくつかの実施例では、上部分３３６１および下部分３３６２は、それらの間の相対的な動きを防止または制限するためにキー付き関節を形成する。上部分３３６１および／または下部分３３６２は、ブレードアダプタ３３３０に対する鋸ブレード３３３２の動きを阻止または制限することを容易にするために鋸ブレード３３３２を受容することができるチャネルまたは凹部３３６４を画定し得る。図４１に示されるように、鋸ブレード３３３２の近接部分は、環状またはリング構成を有し得る。追加的または代替的に、ブレードアダプタ３３３０は、ブレードアダプタ３３３０に対する鋸ブレード３３３２の動きを阻止または制限するために、下部分３３６２および／または鋸ブレード３３３２を通って延びる１つ以上の固定機構３３６６を含み得る。いくつかの実施例では、固定機構３３６６は、下部分３３６２および鋸ブレード３３３２で画定されたクリアランス開口部を通って延在し、かつ上部分３３６１でねじ付き開口部の中にねじ込まれ、その結果、鋸ブレード３３３２の近接部分が、ブレードアダプタ３３３０の上部分３３６１と下部分３３６２との間に、クランプされている。

図４１および４２に示されるように、ブレードアダプタ３３３０は、ブレードアダプタ３３３０の第２の側（例えば、下側）にハンドピースインターフェースまたは第２の結合機構３３７０を有し得る。第２の結合機構３３７０は、ハンドピース３１２０（図３４および３５に示される）の機械的インターフェース３１７８と係合するようにサイズ設定、成形、および／または構成され得る。例えば、第２の結合機構３３７０は、機械的インターフェース３１７８の一部を受容するようにサイズ設定、成形、および／または構成された開口部３３８２に対してラジアルスロット３３８０を画定し得る。図４１および図４２に示されるように、開口部３３８２は星形の構成を有し得る。このようにして、ハンドピース３１２０は、鋸ブレード３３３２に直接接続されることなく、ブレードアダプタ３３３０にしっかりと結合され得る。

図４４～４８は、エンドエフェクタ３４１２を矢状鋸ハンドピース３１２０（図３３および３４に示されている）に結合するためのさらに別の例示的なシステム３４００を示している。システム３４００は、ブレードアダプタ３４３０と、ブレードアダプタ３４３０に結合された鋸ブレード３４３２とを含む。図３３～３７、図３９～４３、および図４４～４８の比較から理解できるように、図４４～４８に示されるエンドエフェクタ３４１２、ブレードアダプタ３４３０、および鋸ブレード３４３２は、実質的に図３３－３７に示される回転インターフェース３１１２、ブレードアダプタ３１３０、および鋸ブレード３１３２、および／または図３９－４３に示されるエンドエフェクタ３３１２、ブレードアダプタ３３３０、および鋸ブレード３３３２に、図面および明細書に記載のようにいくつかの例外があるが、実質的に類似している。

図４５および４６に示されるように、ブレードアダプタ３４３０は、その第１の側（例えば、上側）にエンドエフェクタインターフェースまたは第１の結合機構３４４０を有する。第１の結合機構３４４０は、側壁３４４２、第１の方向（例えば、上向き）に突出する１つ以上のステージ３４４６、および側壁３４４２から半径方向外向きに延びる１つ以上のフランジ３４４７を含み得る。いくつかの実施例では、側壁３４４２、ステージ３４４６、およびフランジ３４４７は同心であり得る。第１の結合機構３４４０は、エンドエフェクタ３４１２（図４７に示される）の機械的インターフェース３４４８と係合するようにサイズ設定、成形、および／または構成されている。例えば、機械的インターフェース３４４８は、ステージ３４４６を取り囲むように、および／またはエンドエフェクタ３４１２をブレードアダプタ３４３０に結合することを容易にするためにフランジ３４４７と係合するように位置決めされ得る。

いくつかの実施例では、ステージ３４４６は、基部と、基部から第１の方向（例えば、上向き）に延びる１つ以上の突起３４５０とを含む。突起３４５０は、第１の軸３４５４（例えば、垂直軸）（図４４に示される）の周りのブレードアダプタ３４３０の回転を制御する際に使用するために、機械的インターフェース３４４８に画定された１つ以上の開口部３４５２（図４７に示される）内に配置され得る。このようにして、エンドエフェクタ３４１２を第１の軸３４５４の周りで回転させ得、ブレードアダプタ３４３０を回転させることができ、したがって、鋸ブレード３４３２も第１の軸３４５４の周りで回転させることができる。いくつかの実施例では、ステージ３４４６は、機械的インターフェース３４４８の１つ以上の突起３４５８（図４７に示される）を受容するようにサイズ設定、成形、および／または構成された１つ以上の開口部またはギャップ３４５５（図４５に示される）を画定し得る。突起３４５８は、第１の軸３４５４の周りで第１の結合機構３４４０を配向または整列させるのに使用するために、ギャップ３４５５内に位置決めされ得る。

固定機構３４６０は、第１の結合機構３４４０および／または機械的インターフェース３４４８を通って延在され得、エンドエフェクタ３４１２に対する第１の軸３４５４に沿ったブレードアダプタ３４３０の並進を制御する。いくつかの実施例では、固定機構３４６０は、第１の結合機構３４４０で画定されたクリアランス開口部を通って延在し、機械的インターフェース３４４８のねじ付き開口部にねじ込まれ、ブレードアダプタ３４３０がエンドエフェクタ３４１２にクランプされているように捕捉されたねじを含む。

図４７に示されるように、ブレードアダプタ３４３０は、ブレードアダプタ３４３０の第２の側（例えば、下側）にハンドピースインターフェースまたは第２の結合機構３４７０を有し得る。第２の結合機構３４７０は、ハンドピース３１２０（図３４および３５に示される）の機械的インターフェース３１７８と係合するようにサイズ設定、成形、および／または構成され得る。例えば、第２の結合機構３４７０は、ラジアルスロット３４８０、輪郭のあるエッジ３４８１、および機械的インターフェース３１７８の一部を受容するように構成された１つ以上の開口部３４８２を画定し得る。このようにして、ハンドピース３１２０は、鋸ブレード３４３２に直接接続されることなく、ブレードアダプタ３４３０にしっかりと結合され得る。

図４９Ａ、４９Ｂおよび５０は、本発明の一態様を示す。図４９Ａは、ブレードロックが取り外された標準的なブレードインターフェース３１７８を示している。ブレードインターフェース３１７８は、通常、主ドリル３１２０に取り外し可能に取り付けられている。代わりに、ヘッド付きピン３１６０は、ブレードロックが配置されていた場所に挿入さる。ヘッド付きピン３１６０は、回転インターフェース３１１２の雌ねじにねじ込まれる外ねじを有する。ブレードインターフェース３１７８、次にブレードアダプタ３１３０、次に回転インターフェース３１１２を通って挿入され、回転インターフェースにねじ込まれると、ヘッド付きピン３１６０は、ブレードインターフェース３１７８、ブレードアダプタ３１３０、およびエンドエフェクタ３１００の回転インターフェース３１１２を一緒にロックし、それによってそれらは一緒に回転または関節運動できる。図５０に見られるように、ピン３１６０の少なくとも一部（例えば、ピンヘッドのヘッドの一部）は、ブレードインターフェース３１７８内、ならびにブレードアダプタ３１３０および回転インターフェース３１１２内に捕捉／位置決めされて、ハンドピース３１２０とブレード３１３２との間に剛性を提供して、ハンドピースの下向きまたは上向きの動きが、ヘッド付きピン３１６０の周りのインターフェースでブレードを曲げないようにする。図４９～５０に示す実施形態では、ブレード３１３２、ブレードインターフェース３１７８、ブレードアダプタ３１３０、および回転インターフェース３１１２がすべて、ハンドピースインターフェースの振動軸と同一直線上にある、同じ垂直軸３１５４（図３３参照）の周りで回転または振動することに留意することも重要である。標準のブレードインターフェース３１７８が、ヘッド付きピン３１６０の挿入を可能にしない場合、ブレードインターフェースのわずかな修正が必要となり得る。ブレードを安定化するためのブレードインターフェース３１７８、ブレードアダプタ３１３０、および回転インターフェース３１１２の内側に配置されるピン３１６０の概念は、図３３～４８に示されるように、すべての実施形態を通じて実施することができる。

（さらなる定義および実施形態）
エンドエフェクタを矢状鋸ハンドピースに結合するための例示的なシステムおよび方法は、本明細書に記載され、添付の図面に示されている。この書面による説明は、例を使用して、開示の態様を開示し、また、当業者が、上記のシステムを作成または使用し、上記の方法を実行または行うことを含む態様を実施できるようにする。本明細書に記載の実施例は、矢状鋸ハンドピースをロボットのエンドエフェクタアームに堅固に結合して鋸ブレードを作動させることを可能にし、これにより、ユーザの視点からの感覚が改善される。さらに、ハンドピースが鋸ブレードに直接接続されていないため、ブレード誘導および作動軸の位置合わせが制御および保証され、ブレード誘導および／または作動軸の位置ずれによる鋸ブレードがインターフェースで破損するリスクが軽減され、および自動取り外し式ハンドピースのリスクも軽減される。さらに、インターフェースはハンドピースシステムに非依存である。これにより、既製のハンドピースとの統合に関して柔軟性を提供する。つまり、既製のハンドピースへの変更が減り、ハンドピース本体を「再加工」する必要がなくなる。

前述の説明は、本質的に単なる例示であり、開示、その適用、または使用を制限することを決して意図するものではない。別段に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明の概念が属する当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がさらに理解されよう。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施することができる。したがって、本開示には特定の例が含まれているが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると他の修正が明らかになるため、開示の真の範囲はそれほど限定されるべきではない。本開示の原理を変更することなく、方法内の１つ以上のステップを異なる順序で（または同時に）実行できることを理解されたい。さらに、実施形態のそれぞれは特定の特徴を有するものとして上に記載されているが、本開示の任意の実施形態に関して記載されているこれらの特徴のいずれか１つ以上は、たとえその組み合わせが明示的に説明されていなくとも、他の実施形態のいずれかの特徴に実装され、および／またはそれらと組み合わせることができる。言い換えれば、説明された実施形態は相互に排他的ではなく、１つ以上の実施形態の相互の順列は、本開示の範囲内にとどまる。

要素間の（例えば、モジュール間の）空間的および機能的な関係は、「接続された」、「係合された」、「インターフェースされた」、「結合された」などのさまざまな用語を使用して説明される。「直接」であると明示的に説明されない限り、第１の要素と第２の要素との間の関係が上記の開示で説明される場合、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない直接関係、および１つ以上の介在要素が（空間的または機能的に）第１の要素と第２の要素の間に存在する。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。「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上のいずれかおよびすべての組み合わせを含む。本明細書で使用される場合、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つの句は、非排他的論理ＯＲを使用して、論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、Ｃの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。

本明細書では、第１、第２、第３などの用語を使用して様々な要素／動作を説明することがあるが、これらの要素／動作は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素／動作を他の要素／動作から区別するためにのみ使用される。したがって、いくつかの実施形態における第１の要素／動作は、本発明の概念の教示から逸脱することなく、他の実施形態における第２の要素／動作と呼ぶことができる。

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、限定がなく、１つ以上の記された特徴、整数、要素、ステップ、コンポーネント、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、コンポーネント、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するものではない。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。

図では、矢印で示されている矢印の方向は、概して、図に関係する情報（データや指示など）の流れを示している。例えば、要素Ａと要素Ｂがさまざまな情報を交換するが、要素Ａから要素Ｂに送信される情報が図に関連する場合、矢印は要素Ａから要素Ｂを指し得る。この一方向の矢印は、要素Ｂから要素Ａに送信される他の情報がないことを意味するものではない。さらに、要素Ａから要素Ｂに送信される情報について、要素Ｂは、情報の要求または受信確認を要素Ａに送信し得る。サブセットという用語は、必ずしも適切なサブセットを必要としない。言い換えれば、第１のセットの第１のサブセットは、第１のセットと同一の広がりを有する（等しい）可能性がある。

例示的な実施形態は、コンピュータ実装方法、装置（システムおよび／もしくはデバイス）、ならびに／またはコンピュータプログラム製品を示すブロック図および／またはフローチャート図を参照して本明細書において説明される。ブロック図および／またはフローチャート図のブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、１つ以上のコンピュータ回路によって実行されるコンピュータプログラム命令によって実装されることができることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令を汎用コンピュータ回路、専用コンピュータ回路、および／または他のプログラム可能なデータ処理回路のプロセッサ回路に提供して機械を生成することができ、それにより、コンピュータのプロセッサおよび／または他のプログラム可能なデータ処理装置を介して実行される命令は、トランジスタ、メモリの場所に記憶された値、およびかかる回路網内の他のハードウェアコンポーネント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において指定された機能／作用を実装するための手段（機能）および／または構造を作り出す。

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に記憶された命令がブロック図および／またはフローチャートブロックまたは複数のブロックにおいて指定された機能／作用を実装する命令を含む製造物品を製造するように、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置が特定の方法で機能するように指示することができる有形のコンピュータ可読媒体に記憶されてもよい。したがって、本発明の概念の実施形態は、集合的に「回路網」、「モジュール」、またはそれらの変異型と称されることができる、デジタル信号プロセッサなどのプロセッサで動作するハードウェアおよび／またはソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）で具体化されることができる。

また、いくつかの代替実装形態では、ブロックに記載されている機能／作用が、フローチャートに記載されている順序とは異なる順序で発生する場合があることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、関与する機能／作用に応じて、実際には実質的に同時に実行されてもよいかまたはブロックが逆の順序で実行されてもよい。さらに、フローチャートおよび／またはブロック図の所与のブロックの機能は、複数のブロックに分離されてもよく、および／またはフローチャートおよび／またはブロック図の２つ以上のブロックの機能は、少なくとも部分的に統合されてもよい。最後に、本発明の概念の範囲から逸脱することなく、図示されているブロックの間に他のブロックが追加／挿入されてもよく、および／またはブロックまたは動作が省略されてもよい。さらに、いくつかの図は、通信の主要な方向を示すために通信経路上に矢印を含んでいるが、通信は、描かれた矢印と反対の方向で発生する場合があることを理解されたい。本発明の概念の原理から実質的に逸脱することなく、実施形態に多くの変形および修正を加えることができる。すべてのこのような変更および修正は、本発明概念の範囲内で本明細書に含まれることが意図されている。したがって、上で開示された発明の対象は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきであり、付け加えられた実施形態の例は、本発明概念の趣旨および範囲内にあるすべてのこのような修正、強化、および他の実施形態に及ぶことが意図されている。したがって、法律によって許される最大限の範囲で、本発明概念の範囲は、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、前述の発明を実施するための形態に制限または限定されるものではないとする。

Claims (18)

1. ロボット支援膝関節置換手術のためのシステムであって、
   第１の機械的インターフェースを有するエンドエフェクタと、
   第２の機械的インターフェースを有する矢状鋸ハンドピースと、
   前記エンドエフェクタを前記矢状鋸ハンドピースに結合するように構成されたブレードアダプタであって、前記ブレードアダプタの第１の側に第１の結合機構、および前記ブレードアダプタの第２の側に第２の結合機構を含み、前記第１の結合機構が前記第１の機械的インターフェースに結合可能であり、前記第２の結合機構が前記第２の機械的インターフェースに結合可能である、ブレードアダプタと、
   前記第１の機械的インターフェース、前記ブレードアダプタおよび前記第２の機械的インターフェースを通って共通の回転軸または振動軸に沿って延在可能な固定ピンと、を備える、システム。
2. 前記第１の結合機構が、中に前記第１の機械的インターフェースを受容するための空洞を画定する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の結合機構が、空洞を画定する側壁と、前記空洞内の１つ以上のステージとを備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の機械的インターフェースが、中に前記１つ以上のステージを受容するための１つ以上の開口部を画定する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記１つ以上のステージが、基部および前記基部から延在する１つ以上の突起を備える、請求項３に記載のシステム。
6. 前記第１の機械的インターフェースが、１つ以上の突起を備え、前記１つ以上のステージが、中に前記１つ以上の突起を受容するための１つ以上の開口部を画定する、請求項３に記載のシステム。
7. 前記第１の結合機構が、１つ以上の突起を備え、前記第１の機械的インターフェースが、中に前記１つ以上の突起を受容するための１つ以上の開口部を画定する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記ブレードアダプタが、間に鋸ブレードを受容するように構成された上部分および下部分を備える、請求項１に記載のシステム。
9. 前記下部分が、中に前記鋸ブレードを受容するためのチャネルを画定する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記ブレードアダプタの前記下部分と前記ブレードアダプタの前記上部分との間に前記鋸ブレードをクランプするための、前記下部分を通って延在可能な固定機構をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
11. 前記第２の結合機構が、前記第２の機械的インターフェースの１つ以上の部分を受容するためのラジアルスロットおよび１つ以上の開口部を画定する、請求項１に記載のシステム。
12. 第１の機械的インターフェースを有するエンドエフェクタを第２の機械的インターフェースを有する矢状鋸ハンドピースに結合するためのブレードアダプタであって、
    前記ブレードアダプタの第１の側にある第１の結合機構であって、前記第１の機械的インターフェースに結合可能な、第１の結合機構と、
    前記ブレードアダプタの第２の側にある第２の結合機構であって、前記第２の機械的インターフェースに結合可能な、第２の結合機構と、
    前記第１の機械的インターフェース、前記ブレードアダプタおよび前記第２の機械的インターフェースを通って共通の回転軸または振動軸に沿って延在可能な固定機構と、を備える、ブレードアダプタ。
13. 前記第１の結合機構が、空洞を画定する側壁と、前記空洞内の１つ以上のステージと、を備える、請求項１２に記載のブレードアダプタ。
14. 前記１つ以上のステージが、基部および前記基部から延びる１つ以上の突起を備える、請求項１３に記載のブレードアダプタ。
15. 前記固定機構は、前記第１の結合機構を前記エンドエフェクタにクランプする、請求項１２に記載のブレードアダプタ。
16. 間に鋸ブレードを受容するように構成された上部分および下部分をさらに備える、請求項１２に記載のブレードアダプタ。
17. 前記固定機構は、前記ブレードアダプタの前記下部分と前記ブレードアダプタの前記上部分との間に前記鋸ブレードをクランプするために、前記下部分を通って延在可能である、請求項１６に記載のブレードアダプタ。
18. 前記第２の結合機構が、前記第２の機械的インターフェースの１つ以上の部分を受容するためのラジアルスロットおよび１つ以上の開口部を画定する、請求項１２に記載のブレードアダプタ。
    

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