(57)【要約】【課題】ロボット支援手術を実施するために使用できるシステム及び方法を提供すること。【解決手段】ロボット支援手術を実施するために使用できるシステム及び方法。システムは、ロボットアームの端部に結合されたエンドエフェクタの位置及び向きを監視するためのロボットコントローラを含むことができる。ロボットコントローラは、軟組織平衡化要素などを介してエンドエフェクタを使用して骨に対して力を加えることができる。ロボットコントローラは、骨に取り付けられた第１追跡器の位置など追跡システムからの情報を使用して軟組織平衡を測定できる。軟組織平衡は、ディスプレイ装置などへ出力できる。【選択図】図８
2020044443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟組織平衡化要素によって膝関節の大腿骨に結合するためのロボットアームのエンドエフェクタであって、前記軟組織平衡化要素は、当該エンドエフェクタに結合された状態で大腿骨頭の中心を中心として大腿骨が自由に回転できるようにし、かつ、膝関節靱帯における張力を平衡化するように構成される、エンドエフェクタと、
ロボットコントローラであって、
前記膝関節の前記大腿骨と脛骨との間のギャップ距離を増大するために、前記エンドエフェクタを使用して前記ロボットアームに前記大腿骨に対して引張り力を加えさせるため、
前記ロボットアームが前記エンドエフェクタを使用して前記大腿骨に対して前記引張り力を加えるとき、前記大腿骨と前記脛骨との間の前記ギャップ距離及び前記大腿骨の回転を計測するため、
前記膝関節の外側及び内側軟組織が前記計測ギャップ距離において等しい張力を有するか否かを測定するため、
前記膝関節の外側及び内側軟組織が前記計測ギャップ距離において等しい張力を有するとき前記大腿骨の前記回転を目標大腿骨インプラント回転として保存するため、
のロボットコントローラと、
前記目標大腿骨インプラント回転で大腿骨インプラントを埋植するために前記大腿骨の切除の位置及び向きを計画するための手術計画システムと、
を備える、ロボット支援膝関節整形手術システム。
【請求項２】
前記切除を実施するための切断装置を案内するために前記ロボットアームに結合された切断ガイドを更に備える、請求項１に記載のロボット支援膝関節整形手術システム。
【請求項３】
前記ロボットコントローラが、
前記目標大腿骨インプラント回転に少なくとも部分的に基づいて前記大腿骨上のピン孔場所を測定し、前記ピン孔場所が、前記ピン孔場所へ挿入されたピンが前記大腿骨に前記切断ガイドを整列するように測定され、
ピンガイド要素のドリル孔が前記ピン孔場所と整列するように、前記ロボットアームに、前記ロボットアームの前記エンドエフェクタに結合された前記ピンガイド要素を前記大腿骨上に配置させる、請求項２に記載のロボット支援膝関節整形手術システム。
【請求項４】
前記大腿骨及び前記脛骨に取り付けられた追跡器を追跡するため及び追跡情報を出力するための追跡システムを更に備え、
前記大腿骨と脛骨との間の前記ギャップ距離及び前記大腿骨の前記回転を計測するために、前記ロボットコントローラが前記追跡情報を使用する、請求項１に記載のロボット支援膝関節整形手術システム。
【請求項５】
前記ロボットコントローラが、更に、前記ロボットアームに前記脛骨に対してプッシュ力を加えさせて、前記ロボットアームによって前記脛骨に対して前記プッシュ力が加えられるとき前記膝関節の外側側副靱帯及び内側側副靱帯における張力を計算し、
前記外側側副靱帯及び前記内側側副靱帯における前記張力の示度を表示するためのディスプレイ装置を更に備える、請求項１に記載のロボット支援膝関節整形手術システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本出願は、２０１６年６月１６日に提出された「関節手術において軟組織を平衡化するための方法及びシステム」と題する米国仮特許出願第６２／３５０９５８号、２０１６年８月１５日に提出された「関節手術において軟組織を平衡化するための方法及びシステム」と題する米国仮特許出願第６２／３７５０４９号、２０１６年１１月２１日に提出された「関節手術における軟組織平衡化」と題する米国仮特許出願第６２／４２４７３２号、及び、２０１７年５月４日に提出された「関節手術における軟組織平衡化」と題する米国仮特許出願第６２／５０１５８５号（その各々が、参照によりその全体が本明細書において援用される）に対する優先権の利益を主張する。
【０００２】
本出願は、骨の関節面におけるインプラント設置を支援するために使用されるコンピュータ支援整形外科手術に関する。
【背景技術】
【０００３】
コンピュータ支援手術は、骨の改変、並びに、所望の場所へのインプラントの位置付け及び配向において、外科医を助けるために開発された。コンピュータ支援手術は、手術ナビゲーション、術前計画、及び、様々なロボット装置を含めて、広範囲の装置を含む可能性がある。コンピュータ支援手術が可能性を有する１つの分野は、整形外科的関節修復又は置換手術である。例えば、不均衡は関節の不安定を生じる可能性があるので、軟組織平衡化は、関節修復において重要である。しかし、関節の整形手術を実施する際、軟組織の評価は、従来は、医師が患者の可動域の限界を質的に査定することによって、手で行われていた。従来の技法は、エラーを生じるか又は精度が不足する可能性がある。
【発明の概要】
【０００４】
図において（必ずしも縮尺通りではない）、同様の数字は、異なる図面において同様の構成要素を示す。異なる接尾文字符号を有する同様の数字は、同様の構成要素の異なる例を表す可能性がある。図面は、概略的に、限定的でなく例として、本明細書において論じる様々な実施形態を図解する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムの概略図である。
【図２】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムの足支持体の例示的斜視図である。
【図３】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのツールヘッドの概略斜視図である。
【図４】いくつかの実施形態に従ったロボット式手術システムに使用されるＣＡＳコントローラのブロック図である。
【図５Ａ】いくつかの実施形態に従ったピンガイドエンドエフェクタ構成要素を有するロボットアームを示す。
【図５Ｂ】いくつかの実施形態に従ったピンガイドエンドエフェクタ構成要素を有するロボットアームを示す。
【図６Ａ】いくつかの実施形態に従ったロボット型軟組織平衡化システムに使用するためのスパイクを示す。
【図６Ｂ】いくつかの実施形態に従ったスパイクを含むロボット型軟組織平衡化システムを示す。
【図７Ａ】いくつかの実施形態に従ったロボット型軟組織平衡化システムに使用するための関節丘ピボットを示す。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態に従った関節丘ピボットを含むロボット型軟組織平衡化システムを示す。
【図８】いくつかの実施形態に従った膝を屈曲してＣＡＳシステムを使用する術中軟組織査定を示す概略図である。
【図９】いくつかの実施形態に従った膝を伸展してＣＡＳシステムを使用する術中軟組織査定を示す概略図である。
【図１０Ａ】いくつかの実施形態に従った靱帯引張りシステムに使用するためのＪ字形アダプタ及びロボットアームを示す。
【図１０Ｂ】いくつかの実施形態に従った靱帯引張りシステムに使用するためのＪ字形アダプタ及びロボットアームを示す。
【図１０Ｃ】いくつかの実施形態に従った靱帯引張りシステムに使用するためのＪ字形アダプタ及びロボットアームを示す。
【図１０Ｄ】いくつかの実施形態に従った靱帯引張りシステムに使用するためのＪ字形アダプタ及びロボットアームを示す。
【図１１】いくつかの実施形態に従った伸展状態で軟組織平衡をテストするためのシステムを示す。
【図１２】いくつかの実施形態に従った靱帯平衡を表示するためのユーザーインターフェイス例を示す。
【図１３】いくつかの実施形態に従った内側力及び外側力を測定するための技法を示す示力図である。
【図１４】いくつかの実施形態に従った軟組織平衡化テストのラミナースプレッダ型の有利な実施形態を示す。
【図１５】いくつかの実施形態に従った軟組織平衡化テストの歯車型の有利な実施形態を示す。
【図１６】いくつかの実施形態に従った軟組織平衡化テストの長いレバーアーム型の有利な実施形態を示す。
【図１７Ａ−１７Ｂ】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳコントローラの可動域（ＲＯＭ）分析を表示するためのユーザーインターフェイスを示す。
【図１８Ａ−１８Ｂ】いくつかの実施形態に従った後端の視点からのインプラントの移動を可能にするＣＡＳコントローラのインプラント査定を表示するためのユーザーインターフェイスを示す。
【図１９Ａ−１９Ｂ】いくつかの実施形態に従った前面の視点からのインプラントの移動を可能にするロボット式手術コントローラのインプラント査定を表示するためのユーザーインターフェイスを示す。
【図２０】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための大腿骨の較正（位置合せ（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）としても知られる）を案内するグラフィカルユーザーフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２１】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための脛骨の較正（位置合せとしても知られる）を案内するグラフィカルユーザーフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２２Ａ】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための関節移動の量化を案内しかつ膝の内反及び外反角度を表示するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２２Ｂ】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための関節移動の量化を案内しかつ膝の内反及び外反角度を表示するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２２Ｃ】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための関節移動の量化を案内しかつ膝の内反及び外反角度を表示するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２２Ｄ】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための関節移動の量化を案内しかつ膝の内反及び外反角度を表示するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２２Ｅ】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための関節移動の量化を案内しかつ膝の内反及び外反角度を表示するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２２Ｆ】いくつかの実施形態に従ったＣＡＳシステムのための関節移動の量化を案内しかつ膝の内反及び外反角度を表示するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２３Ａ】いくつかの実施形態に従った、インプラント選択及び配置を計画するため及び術中又は術後に切除を査定するためのグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２３Ｂ】いくつかの実施形態に従った、インプラント選択及び配置を計画するため及び術中又は術後に切除を査定するためのグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例を示す。
【図２４】いくつかの実施形態に従った脛骨力検出システムを示す。
【図２５Ａ】いくつかの実施形態に従った可動域テストシステムにおける膝蓋センサを示す。
【図２５Ｂ】いくつかの実施形態に従った可動域テストシステムにおける膝蓋センサを示す。
【図２６Ａ】いくつかの実施形態に従ったロボットアームの制御のための拡張現実システムを示す。
【図２６Ｂ】いくつかの実施形態に従ったロボットアームの制御のための拡張現実システムを示す。
【図２７】いくつかの実施形態に従った脛骨から大腿骨を引き離すためのシステムを示す。
【図２８】いくつかの実施形態に従ったロボットアーム位置合せシステムを示す。
【図２９】いくつかの実施形態に従った軟組織平衡化を実施するためにロボットアームを使用するための技法を示すフローチャートである。
【図３０】いくつかの実施形態に従った軟組織引張りテストを実施するためにロボットアームを使用するための技法を示すフローチャートである。
【図３１】いくつかの実施形態に従った追跡を使用してロボット支援手術を実施するための技法を示すフローチャートである。
【図３２】いくつかの実施形態に従った力センサを使用してロボット支援手術を実施するための技法を示すフローチャートである。
【図３３Ａ】いくつかの実施形態に従った膝関節置換手術計画のためのユーザーインターフェイス例を示す。
【図３３Ｂ】いくつかの実施形態に従った膝関節置換手術計画のためのユーザーインターフェイス例を示す。
【図３３Ｃ】いくつかの実施形態に従った膝関節置換手術計画のためのユーザーインターフェイス例を示す。
【図３３Ｄ】いくつかの実施形態に従った膝関節置換手術計画のためのユーザーインターフェイス例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本明細書において説明するシステム及び方法は、ロボットアームを使用する軟組織平衡化に使用できる。外科処置において使用されるロボットアームは、軟組織平衡化査定を実施できる。例えば、構成要素（以下でさらに説明するように、ピン、切断ブロックなど）は、骨に固定でき、ロボットアームを駆動して、軟組織平衡化査定を実施するために骨又はその他の解剖学的構造体を引っ張ることができる。１つの実施例において、平衡を測定するために軟組織に張力を与えることができる。加えられた張力は、ロボットアームの力／トルクセンサから受け取る情報を使用して測定できる。ロボットアームは、軟組織平衡化のために必要とされる回転を示す回転を測定するためのセンサ（例えば、慣性センサ、光センサ、エンコーダなど）を含むことができる。軟組織平衡化は、脚を屈曲状態にして又は伸展状態にしてロボットアームを用いて実施できる。１つの実施例において、コンピュータ支援手術（ＣＡＳ）システムは、ロボットアームを作動又は制御するために使用できる。
【０００７】
１つの実施例において、ロボットアームは、脛骨が（重力によって、テーブルに脛骨を固定することによって（例えば、足支持体が使用される場合）、人（例えば、手術助手又は医師）によって、サージカルテープ、粘着ラップ若しくはテープ、又は、脛骨を固定するためのその他の固定装置若しくは構成要素によって）静止したままでいる間に、大腿骨を変位させるために、エンドエフェクタ（例えば、ロボットアームの遠位端に配置される）を持ち上げることができる。別の実施例において、ロボットアームは、骨を離間するためにラミナースプレッダを使用できる。ラミナースプレッダは、大腿骨顆と脛骨プラトーとの間のギャップに挿入されることができる。ラミナースプレッダをアシストするために、付加的装置が使用されることができ且つロボットアームによって操作されることができる。例えば、ロボットアームは、より大きい力のモーメントを骨に加えるために、クランプの梃子作用を利用するようにクランプを操作できる。ラミナースプレッダは、ロボットアームの力の増幅を助けるために、歯車機構（例えば、遊星歯車装置、ラックアンドピニオンなど）を含むことができる。
【０００８】
関節の弛緩は、外科処置中の様々な時点における軟組織平衡化の支援等のために、ロボットアーム上の又はロボットアームに取り付けられた構成要素上のセンサを使用して測定できる。例えば、軟組織平衡化は、設定されたインプラントサイズ若しくは骨上での設置場所を確認するために、又は、設定されたインプラントサイズ若しくは骨上での設置場所への調整を可能にするために、ロボットアームが骨に改変を加える前に測定され得る。別の実施例において、軟組織平衡化は、更なる調整が必要かどうかの判定等のために、１つ又はそれ以上の切断面が作成された後に測定できる。
【０００９】
図面、特に図１を参照すると、コンピュータ支援手術（ＣＡＳ）システムは、全体が１０で示され、以下で説明するように、術前の可動域分析及びインプラント査定計画を含めて、患者に整形外科処置を施すために使用される。システム１０が仰臥の患者の膝関節に対して示されているが、単なる例である。システム１０は、非排他的に股関節、脊柱及び肩骨を含めた身体の他の部分にも使用可能である。ＣＡＳシステム１０の特殊な機能は、軟組織平衡化計画を支援することであり、ＣＡＳシステム１０は、膝関節全置換手術において膝関節靱帯における張力／応力を平衡化するために使用できる。
【００１０】
ＣＡＳシステム１０はロボット化でき、この場合、ロボットアーム２０と、足支持体３０と、大腿支持体４０と、ＣＡＳコントローラ５０と、を有することができる。ロボットアーム２０は、システム１０の作業端であり、オペレータ又はＣＡＳコントローラ５０が計画した通りにかつＣＡＳコントローラ５０が制御する通りに骨の改変を実施するために使用される。足支持体３０は、選択的にのみ動かるように、患者の足及び下腿を支持する。足支持体３０は、その移動がＣＡＳコントローラ５０によって制御できるようにロボット化できる。大腿支持体４０は、同様に選択的のみ又は任意に動かせるように、患者の大腿及び上腿を支持する。大腿支持体４０は、その移動をＣＡＳコントローラ５０によって制御できるように任意にロボット化できる。ＣＡＳコントローラ５０は、ロボットアーム２０、足支持体３０又は大腿支持体４０を制御する。更に、以下で説明するように、ＣＡＳコントローラ５０は、オペレータの支援を受けて又はそれ無しで、術前計画における可動域（ＲＯＭ）分析及びインプラント査定を実施できる。ＣＡＳコントローラ５０は、以下で説明するように、位置及び向き並びに関節弛緩境界に関する術中データを提供することによって、外科処置中にオペレータを案内できる。追跡装置７０は、患者の骨及びロボットアーム２０（存在する場合には）を追跡するために使用できる。例えば、追跡装置７０は、ＸＹＺ座標系におけるその後のナビゲーションのために、ロボットアームに対する患者の骨の較正の実施を支援できる。
【００１１】
図１及び２は、ロボットアーム２０の概略図である。ロボットアーム２０は、例えば、患者を支持する手術室（ＯＲ）台に対して固定関係にあるベース２１から立ち上がる。１つの実施構成例において、ＯＲ台は、Ｕ字形端部分を備え、Ｕ字の各側面は患者の各脚を支持し、各脚の間には開放床空間が存在する。この構成において、ベースは、脚の間の開放床空間に配置されるので、両膝同時全置換手術において望ましいように、ロボットアームが、ベースの位置を直すことなく患者の各脚にアクセスできるようにする。患者に対するロボットアーム２０の相対的位置付けは、外科処置の精度において決定的な要因であり、脚支持体３０及び大腿支持体４０は、図示するＸＹＺ座標系における手術対象の下肢の固定を維持するのを支援できる。ロボットアーム２０は、患者との接点となるツールヘッド２４を支持するために、適切な形式の複数のジョイント２２及びリンク２３を有する。図示されたアーム２０は、ツールヘッド２４が所望の自由度（ＤＯＦ）数で変位可能であるように配列された連続機構（serial mechanism）である。例えば、ロボットアーム２０は、ツールヘッド２４の６ＤＯＦ、即ち、座標系におけるＸＹＺ、並びに、ピッチ、ロール及びヨーの動きを制御する。これより多い又は少ないＤＯＦも可能である。単純化のためにジョイント２２及びリング２３の一般的図を示すが、上述のようにツールヘッド２４を移動するために異なるタイプのそれ以上のジョイントが存在し得る。ジョイント２２は、６つの自由度でコントローラ５０によって制御される通りにロボットアーム２０が移動するように、動力を与えられる。したがって、ジョイント２２は、ロボットアーム２０のツールヘッド２４が、いくつかの可能なもののうち、例えば、１つの並進ＤＯＦの単一方向に沿って移動する、又は、平面に沿った移動のみに制限されるなど、精密な動きを実行するように動力を与えられる。このようなロボットアーム２０は既知であり、例えば、米国特許出願第１１／６１０７２８号明細書（参照により本明細書において援用される）において説明されている。
【００１２】
図３は、ツールヘッド２４を更に詳細に示す。ツールヘッド２４は、ラミナースプレッダプレート２５を有することができ、ラミナースプレッダプレートは、ツールヘッド２４によるツールの支持と同時の使用のために、ツールヘッド２４の残り部分から独立して作動可能である。ラミナースプレッダプレート２５は、軟組織を広げて手術部位を露出するために使用される。ラミナースプレッダプレート２５は、対象物を掴むためなどのためのペンチとしても使用できる。ツールヘッド２４は、典型的には回転作動可能なチャック又は同種のツールインターフェイスも備えることができる。図１において、ツールヘッド２４は、骨の表面再建（ｒｅｓｕｒｆａｃｅ）に使用されるバー（ｂｕｒｒ）２６Ａを支持する。図３において、ツールヘッド２４は、円形ツール２６Ｂを支持する。非網羅的例として、ツールヘッド２４によって支持できる他のツールとして、手術の質に応じて、位置合せポインタ、リーマ、往復鋸、開創器を含む。様々なツールは、人の手を借りて又は自動化プロセスとして、多顎（ｍｕｌｔｉ−ｍａｎｄｉｂｌｅ）構成の一部とするか又は交換可能とすることができる。ツールヘッド２４におけるツールの取り付けは、取り付けられたツールをロボットアーム２０のＸＹＺ座標系において追跡するために、ある程度の較正を必要とする可能性がある。
【００１３】
脚と座標系との間の固定関係を維持するために、又、後に説明するように脚の動きの制御を実施するために、一般的実施形態を図１に示すが、足支持体３０の１つの可能な実施形態をより詳細に図２に示す。足支持体３０は、屈曲／伸展位置にある脚を（例えば、完全伸展位置へ及び屈曲膝位置へ）動かすために、ＯＲ台に対して変位可能であり、ある程度の制御された側方移動が屈曲／伸展に加えられる。したがって、図示する足支持体３０はロボット式機構を有し、ロボット式機構によってＯＲ台に接続されて、下腿の屈曲／伸展を再現するために充分なＤＯＦを有する。代替的に、足支持体３０は、受動的機構によって支持されることができ、ロボットアーム２０は、座標系において制御された様式で足支持体３０の変位を作動するように、足支持体３０に接続される。足支持体３０の機構は、ＯＲ台に沿ってＸ軸方向に移動するスライダ３１を有することができる。ジョイント３２及びリンク３３も、患者の足を受け入れるフットインターフェイス３４を支持するために、足支持体３０の機構の一部であり得る。
【００１４】
図２を参照すると、フットインターフェイス３４の例は、患者の足を受け入れるための人間工学的形状を有するＬ字体を有する。足支持体３３の中に足を固定するために、様々な機構を使用でき、その１つは足首クランプ３５を特徴とする。足首クランプ３５は、フットインターフェイス３４の裏面を取り囲み、１対の踝パッド３６を側方で支持する。踝パッド３６は、患者のそれぞれの踝に対向するように位置付けられており、一緒に動かされて踝を締め付けるように、ジョイント３７を介して変位可能である。ストラップ３８も存在する場合があり、例えば患者のすねに取り付けることによって、足支持体３０の中に脚を更に固定する。図２の配列の代わりに、足支持体３３の中に足が固定されることを前提として、ギブス包帯（ｃａｓｔ）状ブーツ又は複数のストラップ３８を使用できる。要するに、足支持体３０は、コントローラ５０の制御の下で制御可能な動作が許容されるように、ＯＲ台に脚を固定しなければならない。
【００１５】
図１を参照すると、大腿支持体４０は、静止型の又は受動的に調節可能なロボット式であってもよい。後者の場合、大腿支持体４０は、ＯＲ台上での患者の位置に応じてより良く位置付けするために、ＯＲ台に対して変位可能とすることができる。したがって、図示する大腿支持体４０は、受動的機構を含み、所望の位置及び向きに大腿支持体４０をロックするための様々なロック可能ジョイントを有する。大腿支持体４０の機構は、Ｘ軸方向にＯＲ台に沿って移動するスライダ４１を有することができる。ジョイント４２及びリンク４３は、大腿ブラケット４４を支持するために大腿支持体４０の機構の一部とすることができる。ストラップ４５は、大腿支持体４０の中で大腿／大腿骨を不動化できる。大腿支持体４０は、いくつかの例においては必要ない。しかし、可動域が分析される実施形態においては、大腿支持体４０による大腿骨の固定は、関節の動きの隔離を支援できる。
【００１６】
図４は、ロボット式手術システム１０の他の構成要素に対して、ＣＡＳコントローラ５０をより詳細に示す。コントローラ５０は、ロボットアーム２０及び（適用可能な場合には）脚支持体（足支持体３０及び大腿支持体４０）の移動を制御するためのプロセッサユニットを有する。ロボット式手術コントローラ５０は、術前計画又は外科処置中に、可動域（ＲＯＭ）分析又はインプラント査定の形式で、オペレータに対してコンピュータ支援手術ガイダンスを与える。システム１０は、オペレータに情報が与えられるように、多様なインターフェイスを備えることができる。インターフェイスは、例えば無線ポータブル装置（例えば、フォーン、タブレット）、音声ガイダンス、ＬＥＤディスプレイなどを含むモニタ又はスクリーンとすることができる。例えば、図２０〜２３及び３３Ａ〜３３Ｄには、システム１０によって操作できるグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）例えば、１００、１１０、１２０、１３０及び３３００Ａ〜３３００Ｄが示されている。これで、コントローラ５０は、術前の計画に基づいて、外科処置を実施するためにロボットアーム２０を駆動できる。コントローラ５０は、術中軟組織平衡化査定を行うことができるので、補正的計画切断を行えるようにするか、又は、インプラントの選択若しくは計画へのその他の術中調節を案内できる。コントローラ５０は、術後ＲＯＭ分析も実施できる。
【００１７】
コントローラ５０は、ロボットアーム２０がＣＡＳシステム１０の一部である場合などに、ロボットドライバ５１を有することができる。ロボットドライバ５１は、ロボットアーム２０、足支持体３０及び大腿支持体４０（適用可能な場合には）の様々なジョイントに動力を与える又は制御する役割を有する。図４において両矢印で示すように、脚の過伸展又は軟組織の損傷を避けるため及び関節弛緩境界の測定を支援するために、ロボットアーム２０及び脚支持体３０、４０によってある程度の力のフィードバッグを与えることができる。ロボットドライバ５１は、内反／外反を含めて、軟組織の引っ張りを計測して脚の可動域を分析するために、側方移動を伴う膝の屈曲／伸展を再現するため、特定の運動を実施する際に足支持体３０を制御できる。したがって、ロボットドライバ５１は、足支持体３０の移動を駆動するために用いる位置又は向きデータを使用して、瞬間屈曲角度を出力できる。センサＡが、動作全体を通じて関節の張力／応力を示す力を計測するために、足支持体３０に又はロボットアーム２０に設置される。センサＡは、したがって、足支持体３０の動作全体を通じて軟組織張力／応力を検出するのに充分な感度を持たなければならない。ロボットアーム２０の場合、センサＡは、ロボットアームに組み込まれた力トルクセンサとすることができる。
【００１８】
ＣＡＳコントローラ５０は、力計測５２のためにプロセッサを使用できる。力計測５２は、センサＡから信号を受け取り、以下で例示するように膝関節における張力／応力を表す足支持体３０又はロボットアーム２０における瞬間力を計算することを含むことができる。瞬間力は、プロセッサを使用してＲＯＭ分析５３を実施するために、ロボットドライバ５１からの足支持体追跡データと共に使用できる。その代わりに又はそれに加えて、ＲＯＭ分析５３は、後に説明するように、脚の可動域を測定するために、追跡装置７０から受け取った追跡データを使用できる。ＲＯＭ分析５３は、追跡装置７０からの信号を位置又は向きデータへ変換できる。後者の場合、瞬間屈曲／伸展及び内反／外反を測定するために、図１に示す光学追跡、慣性センサなどの様々なタイプの追跡法を使用できる。力計測５２からの、及び、ロボットドライバ５１又は外科医若しくは医療専門家の査定などのその他のソースからの結合データを用いて、ＲＯＭ分析５３を実施できる。ＲＯＭ分析５３の例示的フォーマットを、後に説明する図１７Ｂ及び図２２Ａ〜２２Ｆに示す。したがって、ＲＯＭ分析５３の情報は、屈曲／伸展に応じた現在の内反／外反の術前示度とすることができる。ＲＯＭ分析５３は、手術中又は手術の結果としての軟組織平衡化の量化を助けるために、術中又は術後に実施できる。
【００１９】
プロセッサを使用して、１つ又は複数のインプラントがどの程度可動域に影響を与えるかを測定するために、インプラント査定５４を実施できる。ＲＯＭ分析５３を使用して、インプラント査定５４は、骨における選択可能な設置場所に基づき、インプラントの幾何学的形状を考慮に入れる。例えば、インプラント査定５４は、３Ｄで又は複数の２Ｄ画像で術前画像化（ＭＲＩ、ＣＴスキャン）から得た骨モデルＢを含むことができる。インプラント査定５４は、異なる寸法のインプラントを含む３ＤモデルファイルなどインプラントモデルＣを含むことができる。
【００２０】
インプラント査定５４は、軟組織張力／応力を平衡化するために、骨モデル、インプラントモデル又はＲＯＭ分析５３から望ましいインプラントサイズ及び骨上での設置場所（例えば、位置及び向き）を評価する際に、プロセッサによって完全自動化して実施できる。インプラント査定の例示的フォーマットを後に説明する図１８Ｂ、１９Ｂ及び２３に示す。したがって、インプラント査定の情報は、屈曲／伸展に応じた予想される術後内反／外反の術前又は術中示度とすることができる。
【００２１】
インプラント査定５４は、任意に、オペレータ参加を含むことができる。図１８Ａ及び１９Ａの図は、オペレータがそれぞれ図１８Ｂ及び１８Ｂのグラフに対する影響を知るために、オペレータが仮想的に手動で調節できる図２３Ａ及び２３ＢのＧＵＩ１３０などにおけるＧＵＩアイテムとすることができる。このような実施形態において、インプラント査定５４は、望ましいインプラントサイズ及び骨上での設置場所を自動的に提案するのではなく、オペレータが決定を下すのを支援するために査定を提示できる。望ましいインプラントサイズ及び骨上での設置場所の提案は、オペレータナビゲーション又は決定の出発点となり得る。インプラントサイズ及び骨上での設置場所が選択又は設定されたら、インプラント査定５４は、ＧＵＩ１３０などの適切な任意のフォーマットで出力Ｄを生成できる。フォーマットは、提案するインプラントサイズ及び設置場所の査定を示す図１８Ｂ及び１８Ｂのフォーマットでも良い。出力Ｄは、骨改変を実施するオペレータ又はロボットアーム２０を支援するために、骨改変データを含むこともできる。このような場合、プロセッサは、インプラントサイズ及び骨上での設置場所に基づいて行われる骨切断について、骨切断量及び場所を計算するために、表面再建評価５５を実施できる。
【００２２】
出力Ｄは、システム１０がロボット式である場合、インプラント査定５４から得られる術前計画に基づいてロボットアーム２０が骨改変を実施するためのナビゲーションファイルにもなり得る。ナビゲーションファイルは、システム１０の又は手術室内の別のシステム１０のロボットドライバ５１によって導かれるようにロボットアーム２０が実施する操作を規定する患者固有の数値制御データを含むことができる。ロボット式手術のためのナビゲーションファイルは、手術開始前にロボットアーム２０及び患者の関節を較正するための較正サブファイルを組み込める。例えば、較正サブファイルは、ロボットアーム２０の位置合せポインタによって表面マッチングが実施されるために、患者の骨モデルＢを含むことができる。ロボットアーム３０は、骨の３Ｄ表面を複製するために、露出した骨の骨目印（bone landmarks）の一群（a cloud）を得ることができる。３Ｄ表面は、ＸＹＺ座標系において３Ｄモデルを設定するために、患者の骨モデルＢに一致し得る。
【００２３】
追跡装置７０の使用は、ナビゲーションファイルＣの中の情報に対して決定的要因になり得、ＲＯＭ分析５３を実施するために追跡データを提供できる。例えば、追跡装置７０は、その後のＸＹＺ座標系におけるナビゲーションのために、ロボットアーム２０に対する患者の骨の較正の実施を支援できる。１つの実施形態に従えば、追跡装置７０は、下肢を６ＤＯＦで即ち位置及び向きにおいて追跡するために、逆反射的標点７１Ａ、７１Ｂ及び７１Ｂを光学的に見て認識するカメラを備える。ロボットアーム２０を特徴とする１つの実施形態において、標点７１Ａは、その追跡によってコントローラ５０がツールヘッド２４及びその上のツール２６Ａの位置又は向きを計算できるように、ロボットアーム２０のツールヘッド２４上にある。同様に、標点７１Ｂ及び７１Ｃは、患者の骨に（標点１７Ｂは脛骨に、標点７１Ｃは大腿骨になど）固定される。図示するように、患者に付けられた標点７１は、軟組織に取り付けられても、ストラップ又は同種の取付け手段が標点７１と骨との間の移動を防止するのに充分な把握力を与えるので、骨に侵襲的に固定する必要がない。しかし、標点７１Ｂ及び７１Ｃは、骨に直接固定することも可能である。したがって、コントローラ５０のＲＯＭ分析５３は、追跡装置７０からのデータを使用してＸＹＺ座標系におけるロボットアーム２０又は患者の骨の現在位置又は向きを得るために、継続的に更新できる。光学的追跡の代わりに、追跡システム７０は、ロボットアーム２０の位置又は向きを継続的に更新するためにコントローラ５０が使用する追跡データを生成する慣性センサ（例えば、加速度計、ジャイロスコープなど）で構成できる。他のタイプの追跡法も使用できる。
【００２４】
較正は、ロボットアーム２０上の位置合せポインタを使用するロボットアーム２０によって、かつ、ロボット式手術システム１０に存在する場合には追跡装置７０の支援を受けて、上述のように実施できる。別の較正方法においては、外科処置の開始時に、標点７１を有する骨のＸ線撮影を実施する。例えば、適切なＸ線画像を提供するためにＣアームを使用できる。画像は、患者の骨モデルＢとの表面マッチングのために使用される。標点７１が骨に固定されて存在するので、Ｘ線と骨モデルとの間の表面マッチングが完了した後、追跡装置７０がＸＹＺ座標系における骨の位置又は向きを追跡するので、術中位置合せは必要ない。
【００２５】
図５Ａ〜５Ｂは、いくつかの実施形態に従ったエンドエフェクタ要素５０４に結合された取外し可能ピンガイド要素５０６を有するロボットアーム５０２を示す。取外し可能ピンガイド要素５０６は、１つ又は複数のピン（例えば、ピン５０８及び５１０）を含むことができ、ピンは、エンドエフェクタ要素５０４の１つ又は複数の開口部に嵌合できる。取外し可能ピンガイド要素５０６は、ロック位置（図５Ａ）においてエンドエフェクタ要素５０４と結合でき、かつ取外し（図５Ｂ）可能である。取外し可能ピンガイド要素５０６は、例えば、スクリュー、摩擦などを使用して、エンドエフェクタ要素５０４にロックできる。例えば、取外し可能ピンガイド要素５０６は、使い捨てとすることができる。
【００２６】
１つの実施例において、取外し可能ピンガイド要素５０６は、切断ガイド（例えば、鋸又はその他の手術器具を挿入するためのスロット）を含むことができる。例えば、取外し可能ピンガイド要素５０６は、大腿骨切断ガイド、脛骨切断ガイド、４−ｉｎ−１切断ガイド又はこれと同種のものを含むことができる。例えば、取外し可能ピンガイド要素５０６は、固有のインプラントに使用するように構成するか、又は、一般的に使用できる。
【００２７】
１つの実施例において、取外し可能ピンガイド要素５０６とエンドエフェクタ要素５０４との間などにブッシングを使用できる。ブッシングは、エンドエフェクタ要素５０４と取外し可能ピンガイド要素５０６との間の引っかかりを防止するために、又は、取外し可能ピンガイド要素５０６の取外しを容易にするために、使用できる。ブッシングは取外し可能とすることができ、エンドエフェクタ要素５０４に取り付けることができる。別の実施例において、エンドエフェクタ要素は、１つ又は複数のピンを含み、取外し可能ピンガイド要素５０６は、１つ又は複数の開口部を含むことができる。これらの特徴部は、取外し可能要素５０６の１つ又は複数のピン（例えば、ピン５０８又は５１０）又はエンドエフェクタ要素５０４の開口部に加えて又はその代わりとなることができる。
【００２８】
取外し可能ピンガイド要素５０６は、エンドエフェクタ要素５０４の溝に対応する溝を含むことができる。取外し可能ピンガイド要素５０６とエンドエフェクタ要素５０４とが結合されたとき、溝は、軟組織平衡化要素を受け入れるための開口を与えることができる。ロボットアーム５０２は、エンドエフェクタ要素５０４又はエンドエフェクタ要素５０４にロックされた取外し可能ピンガイド要素５０６を使用して、軟組織平衡化要素に力を加えることができる。軟組織平衡化要素（例えば、図６Ａ〜６Ｂ、７Ａ〜７Ｂ及び１０Ａ〜１０Ｄの説明において以下でさらに詳細に説明するような要素）は、軟組織平衡をテスト又は構成するために、骨又はインプラント要素に力を加えることができる。
【００２９】
軟組織平衡化要素を使用して、靱帯平衡引張りテストを実施できる。引張りテストに基づいて、大腿骨回転を測定できる。大腿骨回転は、提示されてもよい（例えば、図２２Ａ〜２２Ｆ及び３３Ａ〜３３Ｄの説明において以下で説明するものなどのグラフィカルユーザーインターフェイスを使用して）。１つの実施例において、大腿骨インプラント回転を使用して、目標大腿骨インプラント回転を計算できる。目標大腿骨インプラント回転は、表示されてもよい（例えば、図３３Ａ〜３３Ｄの説明において以下で説明するものなどのユーザーインターフェイスを用いて）。目標大腿骨インプラント回転は、大腿骨回転の逆又は反対の回転とすることができる。例えば、大腿骨回転が内側へ３度の場合、目標大腿骨インプラント回転は、大腿骨から外側へ３度とすることができる。目標大腿骨インプラント回転は更に調節することもできる。
【００３０】
大腿骨インプラント回転は、回転が内側コンパートメントと外側コンパートメントとの間の軟組織張力のアンバランスを補正するように、設定できる。引張りテスト中の大腿骨の回転は、回転を加えることによって長方形の又は平衡化されたギャップが得られるように、測定された大腿骨インプラント回転に直接比例させることができる。例えば、インプラントの配置場所に回転が加えられる場合、ギャップは、内側コンパートメントと外側コンパートメントとの間で平衡化できる。１つの実施例において、ロボットアーム５０２は、大腿骨を引っ張るために軟組織平衡化要素を使用することによって力を加えて引張りテストを実施できる。テストを実施するために、ロボットアーム５０２は、１つ又は複数の既知の荷重を加えて、測定される回転の正確度を上げることができる。
【００３１】
１つの実施例において、トルク又は力センサを使用して、ロボットアーム５０２、エンドエフェクタ要素５０４又は取外し可能ピンガイド要素５０６など図５Ａ〜５Ｂに示す構成要素の１つ又はそれ以上の又は軟組織要綱化要素などの要素に対するトルクを計測できる。１つの実施例において、センサを使用して、靱帯応力又は靱帯張力を検出できる。別の実施例において、位置又は向きセンサ（例えば、ロボットアーム５０２の一部分に配置されたセンサなどのナビゲーションセンサ）を使用して、標的脚の内反又は外反角度を測定できる。内反又は外反角度を使用して、標的脚における靱帯引張りを測定できる。内反若しくは外反角度、又は、靱帯に対する応力若しくは張力から、軟組織の引張りを測定し、引張りを補正するための回転を測定し、図３３Ａ〜３３Ｄに関連して説明されるようなグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）に出力できる。
【００３２】
１つの実施例において、靱帯テスト又はその他の軟組織平衡化テストは、骨の切除を実施する前に実施できる。例えば、軟組織平衡化テストは、大腿骨又は脛骨の切除前に実施できる。１つの実施例において、軟組織平衡化テストは、軟組織が正しく平衡化されていることを確認するために、切除及びインプラントの埋植後に実施できる。例えば、第１テストは、切除前に実施して、平衡化のために使用される回転角度を得て、第２テストは、回転角度が正しかったこと又はインプラントが適切に着座したことを確認するためにインプラントが挿入された後に実施できる。
【００３３】
１つの実施例において、骨の切除は、ロボットアーム５０２の使用を含むことができる。ロボットアーム５０２は、切除を案内するためにエンドエフェクタ要素５０４に取り付けられた切断ガイドを有することができる。ガイドは、切断、バーリング又は鋸挽き装置を標的の骨などの標的物体と整列するために使用できる。切断ガイドは、しばしば標的物体上に外科医によって置かれる。他の実施例において、切断は、完全自動化ロボット式切断装置を使用して行われる。別の実施例において、外科医は、ロボットアーム５０２からの力の支援を受けて（例えば、ロボットアーム５０２に結合された力センサを用いて）協力的にロボットアーム５０２を案内できる。この例において、外科医は、多少の指向力を加え、ロボットアーム５０２はこれに応じて移動する。ロボットアーム５０２は、外科医の選択に応じて、切断面に自動的に整列できる（例えば、ロボットアーム５０２上又はユーザーインターフェイス上）。１つの実施例において、切断ガイドは、標的の骨又はその他の標的物体などに切断を加えるために、精密に手術器具を整列するために使用できる。エンドエフェクタ要素５０４の整列は、標的物体の表示の上にエンドエフェクタ要素５０４の表示を位置付けることを含めて、計画システムをユーザーインターフェイスに関連付けできる。外科処置中、術中ユーザーインターフェイス上の選択可能な表示（例えば、図３３Ａ〜３３Ｄのもの）を使用して、計画された整列位置へのエンドエフェクタ要素５０４の移動を起動できる。切断ガイドは、手術器具を固有の平面又は線と整列させるなどのために、手術器具が標的物体に対して切断を行うためのガイドとして使用できる。切断ガイドを使用することによって、外科医は、手術器具が設定された切断面又は切断線と整列するようにするために、ロボットアーム５０２を使用しながら、手術器具の制御を維持できる。手術ナビゲーションシステムと一緒にロボットは、外科処置中に患者に対して事前に規定された手術計画を反復的に伝えながら、外科医が最終切断に対してある程度の制御を加えることができるようにする。
【００３４】
図６Ａは、いくつかの実施形態に従ったロボット式軟組織平衡化システム６００Ａに使用するためのスパイク６０２を含む軟組織平衡化要素を示す。スパイク６０２は、大腿骨に対して力を加えるための大腿骨スパイクとして使用できる。スパイク６０２は、力を受け取りかつスパイク６０２の硬直性によってスパイク部分６０７へ力を伝えるためのシャフト部分６０３を含むことができる。一方、スパイク部分は、大腿骨に対して力を加えることができる。スパイク６０２は、シャフト外壁６０５によって形成された中空軸を含むことができる。中空軸は、シャフト部分６０３に対して直角を成すことができる。中空軸は、ロボットアーム又は要素に対してなど所定の場所（例えば回転を防止するための場所）にスパイクをロック又は固定するために使用できる。
【００３５】
１つの実施形態において、スパイク６０２のスパイク部分６０７は、骨の損傷を最小限に抑えるために拡大表面積エリアを含むことができる。１つの実施例において、膝蓋又は軟組織に対処するために様々な形状のスパイクを使用できる（例えば、フラット、長方形、三角形、円形など）。１つの実施例において、スパイク６０２のシャフト部分６０３、及び、スパイク６０２を固定又はスパイクと結合するために使用される構成要素（例えば、ロボットアーム又はロボットアームに取り付けられる構成要素）は、使用される大腿骨インプラントと同様（例えば、公差の範囲内）又はこれより小さい結合厚み、平均厚み又は最大厚みを有することができる。例えば、スパイク６０２のシャフト部分６０３、及び、スパイク６０２を固定又はスパイクと結合するために使用される構成要素は、スパイク６０２が大腿骨に対して力を加えるために使用されるとき、膝蓋腱が自然の張力を受けるようなサイズを有することができる。
【００３６】
図６Ｂは、いくつかの実施形態に従ったスパイク６０２を含むロボット式軟組織平衡化システム６００Ｂを示す。軟組織平衡化システム６００Ｂは、スパイク６０２に対して力を加えるために、ロボットアーム６０４を含む。スパイク６０２は、大腿骨６０６に対して力を加えることができる。ロボットアーム６０４は、エンドエフェクタ要素６１０とピンガイド要素６０８とを含むことができ、ピンガイド要素は取外し可能とすることができる。ロボットアーム６０４、エンドエフェクタ要素６１０及びピンガイド要素６０８は、図５Ａ〜５Ｂに関連して以上で説明したものとすることができる。１つの実施例において、ピンガイド要素６０８は、ロボットアーム６０４に対してスパイク６０２を所定の場所に固定するように、エンドエフェクタ要素６１０に取り付けられる。ピンガイド要素６０８は、スパイク６０２を取り外せるように、エンドエフェクタ要素６１０から外せる。
【００３７】
ロボットアーム６０４によってスパイク６０２に対して加えられた力は、大腿骨６０６を移動させて、靱帯に張力を与える。大腿骨６０６に対する力によって靱帯が引っ張られるとき、平衡化テストを実施できる。例えば、靱帯における張力を計測若しくは観測できる、大腿骨６０６に対する力を追跡できる、又は、回転角度を測定若しくは観察できる。回転角度を使用して、目標大腿骨回転を設定できる。
【００３８】
１つの実施例において、矢印６１２は、スパイク６０２が大腿骨６０６を引っ張る引張り方向（例えば、力方向）を表すことができる。例えば、矢印６１２は、大腿骨６０６の切除の切断平面に対して、平行の線に沿った方向を指すことができる。１つの実施例において、矢印６１２は、ピンガイド要素６０８の上面によって形成された平面に対して直角を成す、又は、スパイク６０２の軸線に対して直角を成す線に沿った方向を指すことができる。
【００３９】
図７Ａは、いくつかの実施形態に従ったロボット式軟組織平衡化システム７００Ａにおいて使用するための関節丘ピボット７０２を含む軟組織平衡化要素を示す。関節丘ピボット７０２は、大腿骨に対して力を加えるために使用できる。関節丘ピボット７０２は、力を受け取り関節丘ピボット７０２の硬直性を介して力をプラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂへ伝えるためにシャフト部分７０３を含むことができ、プラットフォームアームは、大腿骨に対して力を加えることができる。関節丘ピボット７０２は、シャフト部分７０３に対して直角を成す中空軸を含むことができる。中空軸は、ロボットアーム又は要素に対して所定の場所（例えば回転を防止する場所）に関節丘ピボットをロック又は固定するために使用できる。
【００４０】
１つの実施形態において、関節丘ピボット７０２のプラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂは、骨の損傷を最小限に抑えるために拡大表面積エリアを含むことができる。１つの実施例において、様々な形状のプラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂを使用できる（例えば、フラット、長方形、三角形、円形など）。１つの実施例において、関節丘ピボット７０２のシャフト部分７０３、及び、関節丘ピボット７０２を固定又はこれと結合するために使用される要素（例えば、ロボットアーム又はロボットアームに取り付けられる構成要素）は、使用される大腿骨インプラントと同様（例えば、公差の範囲内）又はこれより小さい結合厚み、平均厚み又は最大厚みを有することができる。例えば、関節丘ピボット７０２のシャフト部分７０３、及び、関節丘ピボット７０２を固定又はこれと結合するために使用される構成要素は、関節丘ピボット７０２が大腿骨に対して力を加えるために使用されるとき、膝蓋腱が自然の張力を受けるようなサイズをもつことができる。
【００４１】
プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂは、各々、同じ力を加えるか又は異なる力を加えることができる。例えば、プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂを１つの平面に沿って整列しておくために、ロボットアーム７０４によって関節丘ピボット７０２に対してトルクを加えることができ、これは、プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂとの間で変動する力を含むことができる。限界に到達したら、例えば、第１靱帯が閾値レベルの張力を受けたら又は閾値力に達したら、プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂに対して加えられる相対的力を使用して、大腿骨７０６を切除するとき又はインプラントを作成若しくは挿入するときに使用される回転角度を測定できる。別の実施例において、プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂに相互に等しい力を加えて、回転させることができる（例えば、初期平面から）。終末位置における（例えば初期平面に対する）プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂの角度を使用して、その後の使用のために回転角度を測定できる。終末位置は、靱帯（例えば、内側及び外側靱帯）において閾値張力に達したときに、閾値力に達したときに、又は、設定された距離（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、又は、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍなどの脛骨インプラント厚みに対応する距離）に達したときに、測定でき、安全係数（例えば、±１〜５ｍｍ）又はこれと同種のものを含むことができる。１つの実施例において、最大力を安全係数として保持しながら、脛骨インプラント厚み（例えば、計画技法を使用して事前に測定できるインサート又はインプラント組立体）にほぼ等しい設定距離など、終末位置マーカーの組合せを使用できる。例えば、設定距離前に最大力に達した場合、ロボットアームを停止できる。別の実施例において、平衡化された靱帯を使用して、終末位置をマークできる。閾値張力は、視覚的に又はセンサを使用して測定できる。終末位置（例えば、回転が停止するとき）は、１つの実施例においては、光学ナビゲーションによって測定できる。
【００４２】
図７Ｂは、いくつかの実施形態に従った関節丘ピボット７０２を含むロボット式軟組織平衡化システム７００Ｂを示す。軟組織平衡化システム７００Ｂは、関節丘ピボット７０２に対して力を加えるためにロボットアーム７０４を含む。関節丘ピボット７０２は、脛骨から離れる方向に大腿骨７０６を押すことなどによって、大腿骨７０６に対して力を加えることができる。例えば、関節丘ピボット７０２は、大腿骨７０６を押して力を加えるためにプラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂを使用できる。ロボットアーム７０４は、エンドエフェクタ要素７１０とピンガイド要素７０８とを含むことができ、ピンガイド要素は取外し可能とすることができる。ロボットアーム７０４、エンドエフェクタ要素７１０及びピンガイド要素７０８は、図５Ａ〜５Ｂに関連して以上で説明したものとすることができる。１つの実施例において、ピンガイド要素７０８は、ロボットアーム７０４に対して所定の場所に大腿顆ピボット７０２を固定するためにエンドエフェクタ要素７１０に取り付けられる。ピンガイド要素７０８は、関節丘ピボット７０２を取り外せるようにエンドエフェクタ要素７１０から外せる。
【００４３】
ロボットアーム７０４によって関節丘ピボット７０２に対して加えられた力は、大腿骨７０６を移動させて、靱帯に張力を与えることができる。靱帯が大腿骨７０６に対する力によって引っ張られるとき、平衡化テストを実施できる。例えば、靱帯の張力を計測若しくは観察できる、大腿骨７０６に対する力を追跡できる、又は、回転角度を測定若しくは観察できる。
【００４４】
１つの実施例において、プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂの回動点は、関節丘ピボット７０２のシャフト部分７０３とすることができる。シャフト部分７０３は、ロボットアーム７０４を使用して、大腿骨７０６の様々な点において整列できる。例えば、回動点は、内反膝において内側顆に配置できる。別の実施例において、回動点は、膝の中心とすることができる。更に別の実施例において、図６Ａ〜６Ｂにおけるようなスパイク又は図７Ａ〜７Ｂにおけるような関節丘ピボットを使用する代わりに、大腿骨７０６に対して力を加えるために後部パドル、Ｃ字形アダプタ又はその他の形状を使用できる。
【００４５】
１つの実施例において、装置は、装置のスクリューを回すことによって軟組織平衡化テストを実施できるように、関節に挿入できる。例えば、装置は、スクリューを回すと膨張できる。１つの実施例において、ロボットアーム７０４は、スクリューを回すことができる。１つの実施例において、脛骨に対する力、大腿骨に対する力、又は、脛骨と大腿骨との間の力を検出するための力センサは、Ｚｉｍｍｅｒ  Ｂｉｏｍｅｔ（インディアナ州ワルシャウ）社製のｅＬＩＢＲＡ軟組織力センサ装置とすることができる。
【００４６】
図７Ａ及び７Ｂは、部分的に切除された大腿骨の遠位端の特定の部分と接触する装置例を示す。これは、大腿骨の遠位端との例示的係合であるが、他の実施例においては、別の向きで又は切除前に若しくは切除後に大腿骨と係合できる。更に、いくつかの実施例において、プラットフォームアーム７０５Ａ〜７０５Ｂは、標的骨面との係合を容易にする輪郭を有することができる。
【００４７】
１つの実施例において、矢印７１２は、関節丘ピボット７０２が大腿骨７０６を引っ張る引張り方向（例えば、力方向）を表す。例えば、矢印７１２は、大腿骨７０６の切除の切断平面に対して平行の線に沿った方向を指すことができる。１つの実施例において矢印７１２は、ピンガイド要素７０８の面又は関節丘ピボット７０２の平面例えば大腿骨７０６と接触する面によって形成された平面と直角を成す線に沿った方向を指すことができる。
【００４８】
１つの実施形態において、ＣＡＳコントローラ５０は、軟組織平衡化５６を実施するためにプロセッサを使用するなどによってロボット式軟組織平衡化査定を実施するためにロボットアーム２０を操作できるが、ロボット支援なしでも査定を行える。図８を参照すると、装置８０が骨に固定された状態で（ピン、カッティングブロックなど）、骨を引っ張って軟組織を張力下に置くように、ロボットアーム２０を駆動できる。加えられる張力はロボットアームの中の力トルクセンサＡ（力計測５２の出力を有する）からの信号を使用して制御できる。１つの実施形態において、装置８０は、ピン及びカッティングブロックを含む。ロボットアーム２０は、ピン（及び大腿骨）がロボットアーム２０に対して回転できるように、装置８０のピンを操作することによって、脛骨から大腿骨を引き離すことができる。大腿骨の回転は、当然、軟組織平衡化へ向かうものであり、平衡化において張力Ｔ１は、張力Ｔ２に等しい。装置８０は、更に、軟組織平衡化のために必要とされる回転を示す回転θを計測するために慣性センサを含むことができる。回転θは、適切なセンサ（光学、エンコーダ、慣性など）を用いてロボットアーム２０によって監視し計測できる。図９を参照すると、脚を伸展状態にして同様の操作を行うことができる。図９は、いくつかの実施形態に従った膝を伸展してＣＡＳを用いる術中軟組織査定を示す概略図である。１つの実施例において、ロボットアーム２０は、伸展又は屈曲状態で脛骨から大腿骨を引き離すことができ、自動的に停止できる。ロボットアーム２０は、例えば、設定された距離（ギャップ）で、閾値力若しくは閾値張力に達したときに、又は、ユーザー選択停止位置で、停止できる。設定距離（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、又は、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍなど脛骨インプラント厚みに対応する距離）は、安全係数（例えば、±１〜５ｍｍ）又はこれと同種のものを含むことができる。１つの実施例において、安全係数として最大力を保持しながら、脛骨インプラント厚みにほぼ等しい設定距離（例えば、計画技法を使用して事前に測定できるインサート（ポリ）又はインプラント組立体）などの終末位置マーカーの組合せを使用できる。例えば、設定距離前に最大力に達したとき、ロボットアームを停止できる。別の実施例において、平衡化された靱帯を使用して、終末位置をマークできる。
【００４９】
図８において、軟組織は、装置８０に作用するロボットアーム２０を使用して、張力下に置かれる。１つの実施形態において、ロボットアーム２０は、重力により若しくはＯＲ台への固定によって（足支持体３０が使用される場合）、人（例えば、手術助手又は外科医）の手によって、サージカルテープ、粘着ラップ若しくはテープ、又は、脛骨を固定するためのその他の固定装置若しくは構成要素によって、脛骨を静止したまま、大腿骨を変位するために装置８０を上昇させる。図３に示すように骨を離して広げるために、ロボットアーム２０のラミナースプレッダ２５を使用することも想定される。ラミナースプレッダ２５は、大腿骨顆と脛骨プラトーとの間のギャップに挿入できる。ラミナースプレッダを支援するために、ロボットアームは、付加的装置を使用し操作できる。例えば、スプレッダ２５は、クランプの梃子作用を利用するために、クランプを操作して骨においてより大きいモーメントを加えることができる。同様に、スプレッダ２５は、ロボットアームの力の増幅を支援するために、歯車機構（遊星歯車装置、ラックアンドピニオンなど）を用いてスプレッダを操作できる。
【００５０】
プロセッサは、ＣＡＳコントローラ５０によって操作される外科処置において、様々なモーメントで軟組織平衡化を支援するために関節弛緩を量化するため、軟組織平衡化５６を実施できる。例えば、軟組織平衡化５６は、インプラント査定５４によって生成された所望のインプラントサイズ及び骨上での設置場所を確認するために、又は、所望のインプラントサイズ及び骨上の設置場所に対する調節を可能にするために、ロボットアーム２０に骨への改変を実施させる前に、軟組織平衡化を査定して、表面再建評価５５の出力に影響を与えることができる。軟組織平衡化５６は、更なる調節が必要か否かを判定するために、切断平面が作られた後に軟組織を査定できる。
【００５１】
別の実施形態において、出力Ｄは、手術用に患者固有の切断ガイドが機械加工又は３Ｄプリントされるように、患者固有の切断ガイドの３Ｄファイルの形式である。例えば、患者固有の切断ガイドは、切断平面及びドリルガイドが計画通りに配置されるように骨上で固有に位置付けできるよう、骨モデルのネガ面を有することができる。別の実施例において、出力Ｄは、オペレータによって手動でナビゲートされる慣性センサユニットの中にプログラムされたタイプのナビゲーションファイルとすることができる。図９を参照すると、同様の操作を、脚を伸展した状態で実施できる。
【００５２】
１つの実施例において、軟組織査定は、脚を屈曲（図８）又は伸展（図９）した状態で実施できる。屈曲時、脚は、９０度の屈曲角度又はプラスマイナス１０度など実質的に９０度の角度に保持できる。別の実施例において、脚を伸展したとき、外科医の好みに応じて、脚を伸展角度０度、１０度、２０度又はこれと同様に保持できる。軟組織査定を使用して、膝を屈曲又は伸展した状態のテストにおいて軟組織平衡のためにギャップを計測するか又は測定値を表示できる。１つの実施例において、膝を屈曲した状態の軟組織平衡化査定は、引っ張るときに大腿骨を解放しないことを含む。別の実施例において、テストは、大腿骨を引っ張り、その後、軟組織（例えば、靱帯）の間の平衡化に生じた回転量を計測することを含むことができる。大腿骨は、靱帯に対する力の量に基づき平衡を見つけるために自由に回転できる。１つの実施例において、軟組織平衡化査定は、膝蓋を所定の位置に置いて又は位置を変えて実施できる。
【００５３】
図１０Ａ〜１０Ｄは、いくつかの実施形態に従った靱帯引張りシステムに使用するためのＪ字形アダプタ１００６とロボットアーム１００２とを含む軟組織平衡化要素を示す（図において１０００Ａ〜１０００Ｄ）。Ｊ字形アダプタ１００６は、ロボットアーム１００２の遠位端のエンドエフェクタ１００４に取付けできる。１つの実施例において、エンドエフェクタ１００４は、Ｊ字形アダプタ１００６を受け入れて、Ｊ字形アダプタ１００６を所定の場所にロックして、ロボットアーム１００２に固定されるように構成できる。エンドエフェクタ１００４へのＪ字形アダプタ１００６の取付けによってクリック音を生じさせることができる。１０００Ａは、エンドエフェクタ１００４から外されたＪ字形アダプタ１００６を示し、１０００Ｂは、エンドエフェクタ１００４に結合されたＪ字形アダプタ１００６を示す。１０００Ｃは、大腿骨の外側部分において軟組織平衡化テストを実施するための構成でエンドエフェクタ１００４に取り付けられたＪ字形アダプタ１００６を示し、１０００Ｄは、大腿骨の内側部分において軟組織平衡化テストを実施するための構成でエンドエフェクタ１００４に取り付けられたＪ字形アダプタ１００６を示す。別の実施例において、Ｊ字形アダプタ１００６は、リバーシブルであり、各方向に又は４方向に（例えば、外側面又は内側面に対して直角に）、同じ場所でエンドエフェクタ１００４にロックするように構成できる。１つの実施例において、ロボットアーム１００２は、Ｊ字形アダプタ１００６を大腿骨と係合したままＪ字形アダプタ１００６を１つの方向に引っ張るためにＪ字形アダプタ１００６に対して力を加えることができる。大腿骨を引っ張ると、靱帯引張りシステムは、膝の靱帯を平衡化するための回転角度を測定できる。１つの実施例において、Ｊ字形アダプタ１００６は、膝の膝蓋を所定の位置に置いた状態で大腿骨を引っ張るために使用できる。１つの実施例において、膝蓋又は軟組織は、屈曲状態で引張りテストを実施するときに、背けられてもよい、又は、正常位置にあってもよい。
【００５４】
骨スパイクは、Ｊ字形アダプタ１００６を骨に固定するために使用できる。例えば、骨スパイクは、外科医によって又はロボットアーム１００２を使用して骨上の設定場所に配置できる。Ｊ字形アダプタ１００６は、Ｊ字形アダプタ１００６の遠位端に配置されたスパイクアダプタアンカーによって、スパイクの周りに嵌合できる。Ｊ字形アダプタ１００６は、例えば自動的にロボットアーム１００２を使用して又は力感知及び外科医の入力を使用してスパイクの周りに嵌合できる。Ｊ字形アダプタ１００６は、その後、軟組織平衡化テストを実施するために骨（例えば、大腿骨）に対して力を加えて骨を第２骨（例えば、脛骨）から引き離すために使用できる。ロボットアーム１００２は、Ｊ字形アダプタ１００６に対して力を加えることができ、アダプタは、骨スパイクに対して力を加え、骨スパイクは、骨に対して力を加える。軟組織平衡化テストは、膝蓋又は軟組織を避けるためにＪ字形アダプタ１００６を使用することによって膝蓋又は軟組織を所定の場所に置いたまま（例えば、位置を変えずに）、実施できる。例えば、Ｊ字形アダプタ１００６は、膝蓋の周りに延びるが、ロボットアーム１００２によってＪ字形アダプタ１００６に対して力が加えられるとき硬いままで、膝蓋を避けながら骨（例えば大腿骨）を引っ張る。Ｊ字形アダプタ１００６の代わりに使用される直線要素アダプタは、膝蓋の妨害を受ける可能性があり、膝蓋の位置を変える必要がある。膝蓋を所定の場所においた状態で軟組織平衡化テストを実施することによって、膝蓋の位置を変えて軟組織平衡化テストを実施する場合よりも正確な結果を得ることができる。
【００５５】
１つの実施例において、ロボットアーム１００２は、Ｊ字形アダプタ１００６に対して力を加えて、閾値力に達するまで、軟組織における閾値張力に達するまで、術前計画に従って、外科医が処置を停止するまで、設定距離に達するまで、又は、これと同種のことが生じるまで、Ｊ字形アダプタ１００６に骨スパイクを引っ張らせることができる。設定距離（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、又は１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍなど脛骨インプラント厚みに対応する距離）は、安全係数（例えば、±１〜５ｍｍ）又はこれと同種のものを含むことができる。例えば、安全係数として最大力を保持しながら、脛骨インプラント厚み（例えば、計画技法を使用して事前に測定）にほぼ等しい設定距離などの終末位置マーカーの結合体を使用できる。例えば、設定距離に達する前に最大力に達したとき、ロボットアームを停止できる。別の実施例において、平衡化された靱帯を使用して終末位置をマークできる。Ｊ字形アダプタ１００６は、術前又は術中知り得た脛骨インプラントの厚みに匹敵する距離に達するまで、骨スパイクを引っ張ることができる。Ｊ字形アダプタ１００６が引っ張りを完了したとき、骨の回転角度を、その後のピン位置付けのために、又は、切断ガイドの配置のために、記録できる（例えば、手術計画ソフトウェア、ロボット式コントローラなどによって）。１つの実施例において、Ｊ字形アダプタ１００６は、馬蹄形アダプタ（即ち、２つのＪ字形アダプタをその遠位端で接続したもの）を含むことができる。
【００５６】
図１１は、いくつかの実施形態に従った伸展状態で軟組織平衡をテストするためのシステム１１００を示す。システム１１００を使用して、膝が伸展状態のときテスト中に軟組織平衡のためにギャップを計測する又はギャップ測定値を表示することができる。例えば、伸展ギャップテストは、膝が伸展状態のまま脛骨を引っ張ることを含むことができる。１つの実施例において、例えばシム又はその他の平坦で薄い面をスペーサブロックとして挿入して、スペーサブロックをジグ１１０２に配置できる。例えば、平坦なアタッチメントをジグ上で滑らせて、テストを実施できる。ジグ１１０２は、ロボットアーム１１０４に取り付けることができ、それによって、力がジグ１１０２を介して平坦なアタッチメントに加えられるようにすることができる。力は、脛骨に加えられて、脛骨を大腿骨から引き離すことができる。１つの実施例において、平坦なアタッチメントは、ジグ１１０２のスロットの中へ留めることができる１つ又はそれ以上の脚を含むことができる。ジグ１１０２は、伸展ギャップを査定するため及び内反／外反角度をテストするために使用できる。１つの実施例において、軟組織平衡化テストは、指定の内反／外反角度で実施できる。解放は、靱帯が平衡化するまで指定角度で実施できる。靱帯平衡化は、センサを使用するなど、要素内の張力を計測することによって（例えば、力を計測することによって）実施できる。
【００５７】
別の実施例において、膝が伸展状態のときの軟組織平衡化テストは、脛骨を引っ張るために脛骨に固定されたプレートを含むことができる。不平衡の量を測定するためにトルクを計測できる（例えば、センサを使用して）。１つの実施例において、テストは、自由に回転できるプレートによって実施できる。自由回転プレートを使用して、平衡を見つけるために内反／外反角度がゼロになるまで脛骨に対して力を加えることができる。１つの実施例において、ジグ１１０２は、スペーサブロックを含むことができる。スペーサブロックは、靱帯平衡テストを実施するために幅を広げて張力を加えることができる。
【００５８】
図１２は、いくつかの実施形態に従った靱帯平衡を表示するためのユーザーインターフェイス１２００の例を示す。ユーザーインターフェイス１２００は、内側張力示度１２０２と外側張力示度１２０４とを含む。ユーザーインターフェイス１２００に示される例において、示度１２０２において表される内側張力は、示度１２０４において表される外側張力より小さい。これは、外側靱帯に対して解放を行うなどによって、外側張力を減少しなければならないことを示す。１つの実施例において、外側張力は、内側と外側とを区別するための例として外側及び内側コンパートメントなどのコンパートメント又は側副靱帯（例えば内側及び外側側副靱帯）の間の張力を含むことができる。別の実施例において、全ての靱帯複合体が膝の平衡において役割を果たし、したがって平衡化されてもよい。靱帯は、内側側副靱帯（ＭＣＬ）、外側側副靱帯（ＬＣＬ）、後十字靱帯（ＰＣＬ）、後関節包などを含むことができる。
【００５９】
１つの実施例において、ユーザーインターフェイス１２００に表示された２つの靱帯の間の差は、２つの靱帯の間の力の差、トルクの差又は変位の差を含むことができる。解放が実施されるとき、ユーザーインターフェイス１２００は、リアルタイムに更新され、更新された差を表示できる。例えば、ユーザーインターフェイス１２００について示される実施例においては外側靱帯に対して解放を実施でき、これによって、内側靱帯と外側靱帯との間の平衡を同一により近くすることができる。１つの実施例において、ロボットアームは、骨に対して定力を加えて、外科医が、リアルタイムに伸展靱帯平衡を見守りながら靱帯解放を実施できるようにする。別の実施例において、ロボットアームを使用して、靱帯解放を実施できる。上記のプロセスは、靱帯平衡に達するまで反復できる。
【００６０】
図１３は、いくつかの実施形態に従った内側力及び外側力を測定するための技法を示す示力図１３００である。示力図１３００は、軟組織平衡化テストにおいてロボットアーム１３０６のエンドエフェクタ１３０４によって脛骨１３０２に対して作用する力の計測を示す。１つの実施形態において、ロボット力ＦＲＢＴは、エンドエフェクタ１３０４によって脛骨１３０２に対して加えられる。反対力（内側力ＦＭＣＬ及び外側力ＦＬＣＬの符号を実質的に付けることができる）が脛骨１３０２によって加えられる。力は、以下の式１に従って平衡化される。
【００６１】
【数１】
2020044443.tif 000003
【００６２】
ロボットアーム１３０６によって加えられた力（又はトルク）のモーメントは、エンドエフェクタ１３０４とロボットアーム１３０６との間などの力又はトルクセンサを使用して知ることができる。モーメントはＭＲＢＴとして符号付けされることができ、以下の式２に従って、ＭＲＢＴモーメントから内側力及び外側力までの内側及び外側距離（ＬＭＣＬ及びＬＬＣＬとして符号付け）における同等の反対トルクのモーメントによって平衡化できる。
【００６３】
【数２】
2020044443.tif 000004
【００６４】
外側及び内側距離は、光学追跡システムなどの追跡システムを使用して、エンドエフェクタの既知の寸法を使用して又はシステムの構成要素に取り付けられたセンサを使用して、知ることができる。既知のＦＲＢＴ及びＭＲＢＴ並びに既知の距離を使用して、式１及び式２を、ＦＭＣＬ及びＦＬＣＬについて解くことができる。２つの力を使用して、内側側副靱帯と外側側副靱帯などの軟組織の平衡を測定できる。２つの力は、以下の図２２Ａ〜２２Ｆ又は３３Ａ〜３３Ｄ又は以上の図１２に示すものなど、ディスプレイ装置又はユーザーインターフェイス上に出力できる。
【００６５】
図１４は、いくつかの実施形態に従った軟組織平衡化テストのラミナースプレッダの有利な実施形態１４００を示す。図１５は、いくつかの実施形態に従った軟組織平衡化テストの歯車の有利な実施形態１５００を示す。図１６は、いくつかの実施形態に従った軟組織平衡化テストの長いレバーアームの有利な実施形態１６００を示す。いくつかの事例において、ロボットアームは、大腿骨と脛骨とを分離するために又は軟組織平衡化テストを実施するために充分な力を加えることができない場合がある。ロボットアームによって加えられる力を増大するために、機械的利点を使用できる。例えば、ラミナースプレッダの有利な実施形態１４００において、ロボットアーム１４０６は、大腿骨１４０２を脛骨１４０４から分離するために大腿骨１４０２に対して１４１０において（例えば、本明細書において説明するように骨スパイクを使用して）力を加えながら、ラミナースプレッダ１４０８は、付加的支持を与える。図１４に示す実施例において、力は、外科医（又は手術助手）によって又は別のロボットアームによって、ラミナースプレッダ１４０８に対して加えることができる。
【００６６】
図１５に示す実施例において、歯車の有利な実施形態１５００は、ピボットジョイント１５０８を移動して第１スプレッダアーム１５１０を第２スプレッダアーム１５１２から分離するために第２歯車１５０６に対してトルクを与えるため、歯車１５０４に取り付けられたロボットアーム１５０２を使用する。第１スプレッダアーム１５１０は、第１骨に対して力を加え、第２スプレッダアーム１５１２は、第２骨に対して力を加える。歯車の有利な実施形態１５００は、ロボットアーム１５０２の出力を増大するために歯車１５０４及び１５０６の付加的トルクに依存する。図１６に示す実施例において、ロボットアームは、大腿骨１６０４を脛骨１６０６から分離するために長いレバーアームを有するラミナースプレッダ１６０２に対して力を加える。ロボットアームによって加えられたトルクは、長いレバーアームを介して増大される。
【００６７】
図１７Ａ及び１７Ｂは、いくつかの実施形態に従ったＣＡＳコントローラの可動域（ＲＯＭ）分析を表示するためのインターフェイスである。図１８Ａ及び１８Ｂは、いくつかの実施形態に従った、後端から見たインプラント動作を可能にする、ＣＡＳコントローラのインプラント査定を表示するためのユーザーインターフェイスである。図１９Ａ及び１９Ｂは、いくつかの実施形態に従った、前面から見たインプラント動作を可能にする、ロボット式手術コントローラのインプラント査定を表示するためのユーザーインターフェイスである。
【００６８】
図１７Ｂを見ると、足支持体３０の制御された移動の結果として、脚の伸展に応じた実際の内反／外反平衡ライン６０を示すグラフが示される。平衡化された軟組織における内反／外反の示度として、力の計測データは、６０の位置を可能にする。ライン６１及び６２は、それぞれ、力計測５２によって計測された、図１７Ａに示す側方移動の結果としての最大許容軟組織張力における外反値及び内反値を示す。図１７Ｂのグラフは、術前又は術後に行われたＲＯＭ分析である。
【００６９】
同様のグラフが、骨上の所与の場所における所与のインプラントの影響を示すために、インプラント査定５４によって生成できる。但し、図１８Ａ及び１９Ａに示すように、インプラントのモデルＩは、オペレータによって回転でき、角度値は瞬時に更新される。このような仮想調節の結果、内反／外反平衡化ライン６０はシフトして、６０Ａ（図１８Ｂ）に示すように外反を減少し得る、又は、６０Ｂ（図１９Ｂ）に示すように内反を減少し得る。したがって、オペレータ又はインプラント査定５４を実施するプロセッサは、出来る限り脚を伸展して、平衡化ラインを中立的内反／外反により近づけるように前記の調節を実施できる。
【００７０】
次に図２０、２１、２２Ａ〜２２Ｆ及び２３Ａ〜２３Ｂを参照して、ＧＵＩ１００〜１３０を参考にしてＣＡＳシステム１０によって操作できる手術ワークフローについて説明する。ＧＵＩと言う表現は、手術ワークフローにおいてＧＵＩページの変動を示すために複数形で使用される。手術ワークフローは、ＣＡＳコントローラ５０のプロセッサによって生成された出力Ｄとすることができる。
【００７１】
図２０を参照すると、ＧＵＩ１００は、その後の追跡のために、骨の較正（位置合せとして知られる）においてオペレータを案内するために提供される。較正は、一般的なＸＹＺ座標系おいて四肢を位置付けるように実施される。ＸＹＺ座標系の起点及び向きは、任意とするか、又は、ＯＲ台若しくはその他の構造点に固定するか、又は、患者の骨に固定することもできる。図２０、２１、２２Ａ〜２２Ｆ及び膝関節全置換術の２３Ａ〜２３Ｂの実施例において、患者の大腿骨及び脛骨が追跡され、それによって、座標系における大腿骨及び脛骨の位置又は向き（即ちその場所）が設定されなければならない。ＧＵＩは、大腿骨の視覚的表示を提供し、動画が較正において実施される動きを示唆する。１つの実施形態によれば、ＲＯＭ分析５３を実施して基本的に大腿骨頭の中心を中心とする球体を形成する大腿骨の複数の位置及び向きを記録するために、プロセッサを使用して大腿骨頭中心が測定される。１つの実施形態において、大腿骨が例えば手で円錐パターンに動かされるとき、複数の点が得られる。ＧＵＩ１００は、要求される点の数を指示する際及び適切な数の点が取得されたことを確認する際に、オペレータを案内できる。ＧＵＩ１００は、その後、機械的軸線入口点、内側上顆、外側上顆、前及び後部ホワイトサイドライン、前部皮質、又は、内側及び外側大腿骨顆などの複数の既知のランドマークを、追跡対象デジタル化ツール（例えば、追跡対象ポインタ、ワンド又は以下で図２８に関連して説明する位置合せツール）を用いて、デジタル化するよう要請できる。これらの点を取得することによって、ＲＯＭ分析５３を介して大腿骨の骨モデルＢ（図１）と調和又は結合できる点のクラウド又は面モデルを生成できる。したがって、ＧＵＩ１００によって指示されるステップの開始時に、大腿骨は、座標系において追跡される。
【００７２】
図２１を参照すると、ＧＵＩ１１０は、ＸＹＺ座標系において脛骨の場所を特定するために第２骨（即ち、脛骨）のための較正（位置合せ）においてオペレータを案内するためにも提供される。ＧＵＩ１１０は、踝、脛骨の機械的軸線入口点、内側プラトー及び外側プラトー上の点、又は、粗面の内側１／３などの点など複数の既知のランドマークを、追跡対象デジタル化ツールによってデジタル化するよう要請できる。図示しないが、ＧＵＩ１１０は、追跡装置７０を介して移動を記録し、この情報を使用して脛骨の機械的軸線を測定するために大腿骨に対する脛骨の回動を行うよう示唆できる。図２１から分かるように、ＧＵＩ１１０は、脛骨及び腓骨の領域（その中の点がデジタル化される）を視覚的に示すことによって支援を与えることができる。これらの点の取得によって、ＲＯＭ分析５３を介して脛骨（図１）の骨モデルＢと調和又は結合できる点のクラウド又は面モデルを生成できる。したがって、ＧＵＩ１１０によって指示されるステップの開始時に、大腿骨及び脛骨は座標系において追跡される。
【００７３】
図２２Ａ〜２２Ｆを参照すると、ＧＵＩ１２０は、ＧＵＩ１００及びＧＵＩ１１０を使用して実施されるステップに従って座標系において追跡される、追跡対象である下肢の可動域データの収集を案内するために使用される。１つの実施形態において、ＧＵＩ１２０は、ロボット型のシステム１０の力フィードバック機能を使用する代わりに、オペレータが感じる力に基づいて可動域及び関節弛緩の限界を測定する際に、外科医又は医療従事者などの人間オペレータを案内する。図２２Ａによれば、屈曲及び伸展限界を視覚的に示すために、関係する角度と一緒に外側脚表示１２１が示される。オペレータは、手で、最大（屈曲）角度と最小（伸展）角度との間で大腿骨に対して脛骨を変位し、追跡装置１０による脛骨及び大腿骨の追跡によって、プロセッサは、ＲＯＭ分析５３において使用するための角度を記録できる。オペレータは、抵抗感に基づいて伸展及び屈曲を停止すべき時を判断することによって、最大角度及び最小角度を測定するのを助けることができる。脚表示１２１は、例えば、可動域を視覚的に示すために、例えば移動アーチ１２１Ａを使用して、様々な形式で計測データを提示できる。中位角度を含めた角度の数値を示すＲＯＭバー１２１Ｂも提供できる。伸展角度が標準から外れる場合、ＲＯＭ分析５３は、切除計画に影響を与えてこの問題を解決するために、屈曲拘縮の可能性を確認することができる。全体可動域が許容基準を下回る場合、ＲＯＭ分析５３は、切除計画及びインプラント選択に影響を与えるためにこの状態を確認することができる。
【００７４】
図２２Ｂに従い、前面脚表示１２２も、伸展及び屈曲における内反／外反を視覚的に示すためにＧＵＩ１２０において示される。第１ステップにおいて、オペレータは、手で足を伸展させ、その後最大内反及び外反角度まで大腿骨に対して脛骨を回動させる。追跡装置７０による脛骨及び大腿骨の追跡によって、ＲＯＭ分析５３はこれらの角度を使用できる。最大内反／外反角度は、抵抗感に基づき伸展及び屈曲をいつ停止すべきかについてのオペレータの判断によって測定できる。前面脚表示１２２は、例えば、可動域を視覚的に示すための移動アーチ１２２Ａ、及び、内反及び外反の数値を示す伸展内反／外反バー１２２Ｂを使用して、様々な形式でデータを提示できる。
【００７５】
図２２Ｃに従い、同じ又は別の前面脚表示１２２及び移動アーチ１２２Ａを使用して、オペレータは、手で足を屈曲させ、その後、最大内反及び外反角度まで大腿骨に対して脛骨を回動させる。脛骨及び大腿骨の追跡によって、ＲＯＭ分析５３はこれらの角度を使用できる。屈曲内反／外反バー１２２Ｃは、内反及び外反の数値を示すことができる。これらの値は、その後軟組織平衡化５６を実施する際にプロセッサが使用するために記録される。更に、これらの値は、膝の状態が外側又は内側で緩いかきついか、インプラントの配置で修正可能であるか否かを示すことができる。後者の場合、システム１０は、症状を治癒するために靱帯解放を提案できる。軟組織平衡化５６は、許容可能な内反／外反範囲でプログラムすることによってこの症状を確認できる。得られた内反／外反角度は、内側側副靱帯及び外側側副靱帯が膝弛緩を形成するので、これらの靱帯の弛緩を表すことができる。後及び前十字靱帯が切除されていない場合（例えば、十字靱帯温存手術において）、これらの靱帯も弛緩に影響する可能性がある。膝関節包及び膝蓋腱も膝弛緩に影響する可能性がある。
【００７６】
図２２Ｄを参照すると、拡大関節表示１２３も、屈曲における前及び後引出し（ｄｒａｗｅｒ）距離を視覚的に示すために提示できる。情報を収集するために、脚を屈曲した状態で、オペレータは、最大後及び前位置まで大腿骨に対して脛骨を押す。追跡装置７０による脛骨及び大腿骨の追跡によって、ＲＯＭ分析５３は、軟組織張力によって大腿骨に対して脛骨が生来位置付けられる中立位置に対する引出し位置を使用できる。この場合にも、最大距離は、抵抗感に基づき押し引きを停止すべき時に関するオペレータの判断によって測定できる。関節表示１２３は、可動域を視覚的に示すための距離スケール１２３Ａ及び内反及び外反の数値を示す距離バー１２３Ｂを使用して、様々な形式を有することができる。これの値は、軟組織平衡化５６においてその後使用するために記録される。関節表示１２３Ａ及び１２３Ｂは、理想的弛緩を反映するようにプログラムされる目標弛緩（比較のため）も指示できる。理想的弛緩は、外科医の好み又は文献が提案する値に基づくことができる。
【００７７】
したがって、ＧＵＩ１２０によって案内される手術ワークフローステップの開始時に、システム１０は、既に関節弛緩データを記録している。記録された情報は、大腿骨に対して脛骨を操作する外科医が感じた力のフィードックに基づくか、又は、ロボット式較正要素が力の値を制限するようにプログラムされる場合、センサＡを使用するロボット式構成要素による操作及び力計測５２による出力の結果とすることができる。記録された可動域及び関節弛緩の情報は、最大屈曲角度、最大伸展角度、可動域、伸展時、屈曲時又は所望の任意の角度における内反及び外反角度、前引出し距離、後引出し距離を含むことができる。記録された情報は、脛骨及び大腿骨又は別の外科処置においては他の骨の３Ｄ骨モデルＢに応じ得る。ＧＵＩ１２０を使用する情報収集の順番は、上述の順番から変更される場合がある。
【００７８】
図２２Ｅ〜２２Ｆは、いくつかの実施形態に従った膝の屈曲／伸展角度、ギャップ、内反及び外反角度を表示するために使用できるグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）２２００Ａ及び２２００Ｂを示す。ＧＵＩ２２００Ａ及び２２００Ｂは、リアルタイム可動域を表示するためのビデオ要素２２０８を含む。ＧＵＩ２２００Ａ及び２２００Ｂは、１つ又は複数のグラフィカル情報要素を含む。例えば、ＧＵＩ２２００Ａは、５０度（０度の完全伸展から）の屈曲角度２２０４における、内側方向に６度内反における内反／外反角度２２０６を示す。ＧＵＩ２２００Ｂは、５９度（０度の完全伸展から）の屈曲角度２２０４における、内側方向に５度内反における内反／外反角度２２０６を示す。ＧＵＩ２２００Ａ及び２２００Ｂのグラフィカル情報要素２２０２において、付加的情報が示される。グラフィカル情報要素２２０２は、ギャップ情報、内反／外反角度情報、可動域情報及び伸展／屈曲情報を含む。可動域情報は、術前計画を作成するために使用できる。
【００７９】
１つの実施例において、ＧＵＩ２２００Ａ又は２２００Ｂの１つ又はそれ以上は、遠隔ビデオを提供するか又は遠隔地の外科医などとの遠隔音声接続を可能にできる。遠隔ビデオ又は遠隔音声は、遠隔地の外科医が現地の外科医と処置について論議したり現地の外科医を訓練したりできるようにするため又は現地の外科医を監視できるようにするためにリアルタイム接続とすることができる。遠隔地の外科医によって使用されるＧＵＩは、現地の外科医によって処置される手術部位のビデオ表示を遠隔地の外科医に提供できる。
【００８０】
図２３Ａ及び２３Ｂを参照すると、ＧＵＩ１３０は、ＧＵＩ１２０を使用して取得された関節弛緩及び可動域を考慮に入れて、インプラントの位置及び向きを計画するために使用される。ＧＵＩ１３０は、インプラント査定５４及び軟組織平衡化５６からの出力を受け取る。ＧＵＩ１３０は、インプラントモデルＣと一緒に骨モデルＢを示す関節表示１３１を有することができる。関節表示１３１は、伸展時の膝のビュー（図２３Ａ）及び屈曲時の膝のビュー（図２３Ｂ）を含むことができる。１つの実施形態によれば、ＧＵＩ１３０のユーザーは、屈曲ビューと伸展ビューとの間で切り替えることができ、好みに応じて前面（図２３Ａ及び２３Ｂ）、矢状面又は軸面のビューの間で切り替えることもできる。骨モデルＢに対するインプラントモデルＣの初期の又は提案される設置場所は、軟組織平衡化５６によって出力された関節弛緩データを使用してインプラント査定５４によって決定できる。現在の設置場所は、以下で説明するような様々なマーカーを使用して量化できる。関節線変動平面１３１Ａは、術前関節線ｖｓ提案関節線又はオペレータがインプラントモデルＣのいずれか１つの設置場所を変更したときの現在関節線（即ち、修正された実際の設置場所）を表示できる。外側弛緩スケール１３２Ａ及び内側弛緩スケール１３２Ｂは、許容可能な外側及び内側軟組織張力の視覚的表示を与えることができる。図２３Ａ及び２３Ｂにおいて、許容可能範囲は、現在インプラント設置場所における張力を示すポインタと一緒に上限及び下限によって示される。スケール１３２Ａ及び１３２Ｂは、関節弛緩を表す付加的データとして、ギャップ距離、現在の大腿骨及び脛骨の内反／外反角度、及び、膝蓋大腿関節スタッフィングのための前部ギャップも示すことができる。ギャップ距離は、インプラント厚みと比較した計画された切除及び靱帯弛緩の合計とすることができる。１つの実施形態によれば、弛緩スケール１３２Ａ及び１３２Ｂは、動的に、計画されたインプラント設置場所への修正を反映する。弛緩スケール１３２Ａ及び１３２Ｂに対する調節は、インプラントの回転に応じて図１８Ｂ及び１９Ｂに示すグラフによって反映できる。大腿骨要素ウィンドウ１３３は、大腿骨インプラントサイズの変更を可能にする。ユーザーは、インプラントサイズを変更する可能性を有することができ、その場合、関節表示１３１上に表示される大腿骨インプラントモデル及び関連情報は、更新できる（１３１Ａ，１３２Ａ、１３２Ｂなど）。スペーサ要素ウィンドウ１３４は、スペーサ厚み又はスペーサのタイプの選択を可能にする。スペーサ要素に対する変更は、関節表示１３１及び関連データ（１３１Ａ、１３２Ａ、１３２Ｂなど）の動的更新を生じる。脛骨要素ウィンドウ１３５は、脛骨インプラントサイズの変更を可能にし、ユーザーは、インプラントサイズの変更の選択肢が与えられ、インプラントサイズが変更される場合、関節表示１３１上に表示される脛骨インプラントモデル及び関連情報は動的に更新できる（１３１Ａ、１３２Ａ、１３２Ｂなど）。設置制御パネル１３６は、ユーザーが大腿骨に対する大腿骨要素の設置場所を修正するために提供される（並進又は場所において）。設置制御パネル１３６を使用して設置場所が修正されるとき、関節表示１３１は更新され、１３１Ａ、１３２Ａ、１３２Ｂなどの適用可能なデータも調節される。その代わり又はそれに加えて、関節表示１３１におけるインプラントは、骨モデルＢに対してその周りで移動できるウィジェットとすることができ、その結果適用可能なデータ（例えば、１３１Ａ、１３２Ａ、１３２Ｂなど）が動的に調節される。ウィジェット機能は、あらゆるビューにおいて利用できる。ウィジェットは、膝に被せるか又はＧＵＩ１３０の左パネルに被せるかにかかわりなく同じ機能を有する。それによってユーザーは、骨に対するインプラントの位置／向きを定めることができる。インプラントの位置又は向きの変更の効果は、弛緩スケールに動的に反映される。弛緩スケールは、屈曲及び伸展において異なる。屈曲の全角度を通じて弛緩スケールを与えることができる。
【００８１】
したがって、プロセッサは、インプラント査定５４又は軟組織平衡化５６を実施でき、ＧＵＩ１３０を介してインプラント要素及びインプラント要素の設置場所を提案できる。ＧＵＩ１３０は、オペレータが切除計画を仕上げるのを支援するために関節弛緩及び可動域に関するリアルタイムの量的データを動的に更新することによって、インプラント要素又はその設置場所を修正するための可能性をオペレータに与える。インプラントが選択され、インプラントの設置場所が設定されると、ＧＵＩ１３０の情報は、決定通りに切除を実施するための個人別手術器具ツールファイル又はデータ、（存在する場合には）ロボットアーム２０用のナビゲーションファイル又は追跡対象ツールのためのナビゲーションファイルなど、別の形式の出力Ｄに変換される。ＧＵＩ１３０は、「切除された通り」の状態の関節弛緩データを提供するために、切除後にも使用できる。データは、外科処置を文書化するために使用できる。これは、必要と見なされる場合に、切除後の修正を可能にする。骨を較正し直して査定においてより大きい精度を得るためにＧＵＩ１００又は１１０に戻る必要がある可能性がある。
【００８２】
図２４は、いくつかの実施形態に従った脛骨力検出システム２４００を示す。脛骨力検出システム２４００は、１つ又は複数の力検出要素を含む脛骨ベースプレート２４０２を含む。１つの実施例において、脛骨ベースプレート２４０２は、図２４において四分円「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」及び「Ｄ」として符号付けされる、４つの四分円に対応する４つの力検出要素を含む。四分円は、各四分円が他の四分円に対して少なくとも１つの軸線において独立して移動可能であるように分割できる。例えば、分割線２４０４は、四分円ＢとＣとが相互に圧迫又は減圧できるような、四分円ＢとＣとの間の分離を示す。力検出要素は、四分円２４０２内（例えば、脛骨ベースプレート内）（例えば、図２４に示す第１層の下）に配置できる。四分円が圧迫又は減圧されるとき、この四分円に対応する力検出要素は、圧縮力を検出する（又は減圧力又は力の変化を計測する）ためにセンサを含むことができる。別の実施例において、四分円は、相互に対して不動でありながら、各四分円において独立して力を計測するために対応する力検出要素を含ことができる。更に別の実施例において、脛骨ベースプレート２４０２は、半分に分割され、各半分が、対応する力検出センサを含み、相互に対して移動可能とすることができる。更に別の実施例において、脛骨ベースプレート２４０２は更に細分されてもよく、対応する力検出要素及び独立した移動を含むことができる（脛骨ベースプレート２４０２の例えば６つ、８つの半径スライスなど）。力検出要素は、術中に脛骨ベースプレート２４０２に加えられる力に関するデータを取得するために使用できる。
【００８３】
１つの実施例において、膝を開放して、ナビゲートされた脛骨切断を実施できる。１つの実施例において、脛骨切断における変動は、切断の深さに関連し、これは、脛骨プラトーが高いか低いかを参考にするほとんどの外科医にとっての標準である。脛骨切断が行われたら、脛骨力検出システム２４００を配置できる。脛骨力検出システム２４００は、脛骨ベースプレート及びポリエチレン試行品結合体を含むことができる。脛骨力検出システム２４００は、様々なサイズの膝に対応できるように、内側及び外側に膨張できる。１つの実施例において、脛骨力検出システム２４００は、４つの全ての四分円を独立して上下する能力を有する内側又は外側傾斜半プラトーを有することができる。上下の変位及び各四分円が受けた力は、電子的に又は液圧的にセンサを使用するなどして計測できる。１つの実施例において、脛骨力検出システム２４００は、膝が（例えば、大腿骨切断が実施される前に）可動域テストを受けるときに上下移動を計測できるような能動的装置とすることができる。１つの実施例において、可動域テスト中の移動の計測は、膝蓋を追跡しながら実施できる。１つの実施例において、内反又は外反力は、可動域全体において例えば膝に対してロボットアームによって又は外科医によって（例えば可動域全体又は１０度、３０度、６０度、９０度など設定された間隔で又は外科医の実施通りに）、加えることができる。このシーケンスは、例えば緩んだ内側側副靱帯（ＭＣＬ）又は外側側副靱帯（ＬＣＬ）の修正後、膝構造をより良く理解するためにプレストレステストによって反復できる。１つの実施例において、シーケンスは、大腿骨切断が行われた後に、又は、試行品へのそれ以上の改良の機会を与えるために若しくは軟組織平衡化を最適化するために大腿骨試行品を着座させた後に、反復できる。
【００８４】
１つの実施例において、膝が軟組織解放を必要とする場合、解放は、段階的かつ順次的に実施され、例えば各介入後に、改良された運動機能の再査定を実施できる。このプロセスは、術中の様々な計測時点において、膝の運動機能の量化を可能にする。量化は、以前の技法より正確に軟組織を平衡化するために使用できる。量化は、例えばモデリング、将来の成果を予測するための機械学習、又は、これと同種のことなどのために、データベースに保存できる。１つの実施例において、特定の患者のために有用な解放に関する指示を外科医に与えることができる。別の実施例において、０〜９０度の範囲全体で屈曲／伸展ギャップを改良するために、大腿骨要素サイズ示度ＡＰ、設置場所ＡＰ又は回転の表示を与えることができる。これは、膝蓋追跡を使用することによって膝蓋の場所を考慮することを含むことができる。
【００８５】
１つの実施例において、ロボットアームは、骨質を査定するために使用できる。査定された骨質を使用して、システムは、骨セメントを使用するか又は脛骨ベースプレート２４０２などのインプラントを配置するとき患者にステムを使用するかを決定できる。別の実施例において、脛骨ベースプレート２４０２に液圧的に動力を与えることができる。液圧パワーは、脛骨又は大腿骨を自動的に引張り回転角度まで回転させるために使用できる。角度は、脛骨ベースプレート２４０２内のセンサを使用するなどによって記録できる。脛骨ベースプレート２４０２は、脛骨と大腿骨との間のギャップを膨張するために使用できる。
【００８６】
図２５Ａ〜２５Ｂは、いくつかの実施形態に従った可動域テストシステムの膝蓋センサ２５０４を示す。第１ビュー２５００Ａは、大腿骨２５０６及び脛骨２５０８に対する膝蓋２５０２の相対的配置を含む、膝蓋センサ２５０４を有する膝蓋２５０２の側面図である。第２ビュー２５００Ｂは、膝蓋センサ２５０４を有する膝蓋２５０２の裏面図である。
【００８７】
１つの実施例において、膝蓋センサ２５０４は、例えば切開又は骨切断前に、膝蓋２５０２の裏面に配置できる。膝蓋センサ２５０４は、可動域テスト中の膝蓋位置を測定するために使用できる。例えば、膝蓋センサ２５０４は、加速度計、磁気計、ジャイロスコープ、ＲＦＩＤチップ、光学的追跡センサ、又は、その他の場所特定センサを含むことができる。１つの実施例において、膝蓋センサ２５０４は、例えば膝蓋２５０２の輪郭を検出して出力するために、膝蓋２５０２の外縁周りに配置できる。別の実施例において、膝蓋２５０２のサイズが計測されてもよく（例えば、術前若しくは術中の画像化、又は、直接計測によって）、膝蓋２５０２に対する膝蓋センサ２５０４の位置は既知であり得、膝蓋２５０２全体の場所を分かるようにすることができる。
【００８８】
膝蓋２５０２の場所は、膝関節置換などの外科処置中に使用できる。膝関節置換処置において、ロボットアームは、処置の諸局面を実施するために使用できる。ロボットアームは、膝蓋切断を実施するために、又は、他の切断を行う際に膝蓋を避けるために、膝蓋２５０２の検出された場所（膝蓋センサ２５０４から）を使用することができる。１つの実施例において、膝蓋センサ２５０４は、受動的センサとすることができる。１つの実施例において、Ｂｉｏｍｅｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＬＬＣに対する米国特許第８５７１６３７号明細書（参照によりその全体が本明細書に援用される）において説明されるような追跡組立体を使用できる。
【００８９】
図２６Ａ〜２６Ｂは、いくつかの実施形態に従ったロボットアーム２６０２の制御のための拡張現実システムを示す。図２６Ａ〜２６Ｂは、２つの実施形態例を含む。拡張現実システムは、現実世界の物質を制御するために仮想コンポーネントを使用する。拡張現実（ＡＲ）装置は、現実環境（同様に可視である）に投影されたように見える表示仮想物体をユーザーが見えるようにする。ＡＲ装置は、典型的に、２つのディスプレイレンズ又はスクリーンを含む（ユーザーの各目に１つずつ）。現実環境のイメージが視認可能である一方で、同様にＡＲ装置のユーザーに仮想要素が視認可能であるようにするために光を投射するように、光は、２つのディスプレイレンズを透過することを許容される。
【００９０】
拡張現実は、現実環境に重ねた仮想又は「拡張された」物質若しくは視覚効果を表示するためのテクノロジーである。現実環境は、部屋若しくは固有のエリア（例えば、手術野）を含む又は世界全体を含むより広範なものとすることができる。現実環境に重ねられた仮想のイメージは、現実環境の１つ又は複数のイメージに対して、固定されたものとして、又は、設定された位置において、表現できる。例えば、図２６Ａの仮想ロボットアーム２６０４は、ＡＲ装置を用いる外科医によって制御されるように、手術野の設定された場所に表示できる。ＡＲシステムは、ＡＲシステムの観察者（例えば外科医１０２）の視野に関係なく、現実の物体に張り付けられた仮想のイメージを提示できる。例えば、図２６Ａの仮想物体２６０４は、ロボットアーム２６０２から離れたオフセット距離を有するように見えるように構成できる。１つの実施例において、仮想物体は、ある程度の透明性を有するように見えるか、又は、不透明（例えば、現実環境を遮断するイメージ）とすることができる。
【００９１】
外科医は、仮想ロボットアーム２６０４と対話することによって（例えば、手を使って仮想ロボットアーム２６０４と「対話」することによって又はＡＲ装置のカメラが認識するジェスチャーによって）、仮想ロボットアーム２６０４を制御できる。仮想ロボットアーム２６０４は、ロボットアーム２６０２を制御するために使用できる。例えば、外科医が仮想ロボットアーム２６０４を移動すると、ロボットアーム２６０２がこれに応じて移動できる。
【００９２】
図２６Ｂに示す実施例において、１つ又は複数の仮想制御アーム（例えば、２６０６又は２６０８）が、ロボットアーム２６０２の移動を制御するために使用できる。例えば、外科医は、ロボットアーム２６０２が対応して移動するように仮想制御アーム２６０８を移動できる。複数の仮想制御アームを使用すると、ロボットアーム２６０２の制御において独立した自由度が可能になる。例えば、外科医は、仮想制御アーム２６０６を仮想的に「捩じる」ために手を回転できる。これによって、ロボットアーム２６０２を並進させることなく、ロボットアーム２６０２のエンドエフェクタを回転させることができる。同様に、仮想制御アーム２６０８を移動して、ロボットアーム２６０２を回転することなく並進できる。
【００９３】
１つの実施例において、ロボットアーム２６０２のイメージは、現実環境において仮想的に重なるように見える１つ又は複数の仮想ボタンを押すことによって制御できる。例えば、ボタンは、手術法の実施を支援するために又は手術法を実施するためにロボットアーム２６０２を第１位置まで移動させるために仮想的に表示できる。仮想ボタンを使用することによって、外科医がディスプレイ装置へ視野を移す必要なく、所定の場所に留まれるようにする。これによって、外科医は、手術野に焦点を維持したままロボットを監視でき、処置のための時間を短縮できる。
【００９４】
１つの実施例において、処置を実施するために仮想制御要素（例えば、２６０４、２６０６又は２６０８）を使用してロボットアーム２６０２を制御することによって、力感知の使用を避けることができる。例えば、外科医がロボットアーム２６０２を動かす時、力感知を使用してロボットアーム２６０２を制御する代わりに、ロボットアーム２６０２は、仮想制御要素の移動に応答できる。別の実施例において、力感知は、上述の拡張現実要素に加えて使用できる。例えば、力感知は、ロボットアームを使用するシステムへ情報を通信するために使用できる。例えば、ロボットアーム２６０２をタップすることによって、ロボットアーム２６０２が所定の場所にロックし、行動を確認し、又は、行動を拒否するようにすることができる。別の実施例において、情報は、上述のように仮想ボタンを使用して通信できる。仮想制御要素を使用することによって、能動モードが使用不能な非能動モード又は場所を有する代わりに、処置全体を通じてロボットアーム２６０２を能動モードで駆動できる。
【００９５】
図２７は、いくつかの実施形態に従った脛骨から大腿骨を引き離すためのシステム２７００を示す。システムは、支持装置２７０６を介して支持構造体２７０８に接続された脚ホルダ２７０４を含み、脚ホルダ２７０４は患者の膝２７０２を支持する。支持装置２７０６は、例えば脚を伸展して大腿骨の下に圧力を加えるために液圧装置、モーターなどの加力器を含むことができる。別の実施例において、支持装置２７０６は、ロボットアームに接続でき、ロボットアームは、力を加えるために使用できる。
【００９６】
図２８は、いくつかの実施形態に従ったロボットアーム位置合わせシステム２８００を示す。ロボットアーム位置合せシステム２８００は、ロボットアーム２８０２と、ロボットアーム２８０２の遠位端に取り付けられたエンドエフェクタ２８０４と、エンドエフェクタ２８０４に取り付けられたランドマーク登録識別器（ｌａｎｄｍａｒｋ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）２８０６とを含む。ランドマーク登録識別器２８０６は、患者の解剖学的構造の様々な点へナビゲートするために、ロボットアームを使用することによって自動的にランドマークを識別するために使用できる。例えば、ロボットアーム２８０２は、ロボットアーム又は患者の解剖学的構造を追跡できるシステムに接続できる。追跡データを使用して、ロボットアーム２８０２は、ランドマーク登録識別器２８０６を使用して点を自動的に見つけてタグ付けするために、患者の解剖学的構造をナビゲートできる。１つの実施例において、ランドマーク登録識別器２８０６は、直線ツールでは到達が困難な角度でランドマークを登録するために鉤爪型ツールを含むことができる。
【００９７】
図２９は、いくつかの実施形態に従って軟組織平衡化を実施するためにロボットアームを使用するための技法２９００を示すフローチャートである。技法２９００は、ロボットアームを使用して患者の関節の骨に対して力を加えるためのオペレーション２９０２を含む。技法２９００は、患者の関節における軟組織張力を示すデータを捕捉するために力を計測するためのオペレーション２９０４を含む。技法２９００は、プロセッサを使用してロボットアームの動きを追跡するためのオペレーションを含むことができる。これには、追跡データを捕捉することを含むことができる。技法２９００は、力データに基づいて患者の関節における軟組織張力を測定するためのオペレーション２９０６を含む。軟組織張力は、追跡データを使用して測定できる。技法２９００は、軟組織張力を出力するためのオペレーションを含むことができる。技法２９００は、膝蓋の裏面に取り付けられたセンサからの膝蓋場所情報を受け取ることを含むことができる。技法２９００は、可動域テスト中に膝蓋場所情報を出力することを含むことができる。技法２９００は、拡張現実装置を使用して表示された仮想要素を使用してロボットアームを制御することを含むことができる。１つの実施例において、患者の解剖学的構造の追跡の態様は、患者の解剖学的構造上の空気圧カフセンサを使用して実施できる。１つの実施例において、骨は脛骨又は大腿骨とすることができる。
【００９８】
図３０は、いくつかの実施形態に従った軟組織引張りテストを実施するためにロボットアームを使用するための技法３０００を示すフローチャートである。１つの実施例において、技法３０００は、遠位大腿骨を切除するためのオペレーション３００２及び近位脛骨を切除するためのオペレーション３００４を含む。１つの実施例において、技法３０００は、大腿骨を脛骨に接続する関節が伸展状態のとき靱帯テストなどの軟組織平衡化テストを実施するためのオペレーション３００６を含む。オペレーション３００６は、関節に張力を加えるためのスペーサ要素又はシム装置を用いて実行できる。オペレーション３００６後、技法３０００は、靱帯又は腱などの解放を実施することを含むことができる。技法３０００は、スパイク、関節丘ピボット、Ｊ字形アダプタ又はこれと同種の物などの軟組織平衡化要素を挿入するためのオペレーション３００８を含む。挿入されると、軟組織平衡化要素を使用して、関節において靱帯を平衡化するために必要な回転を測定するために関節が屈曲する状態のときなどに引張りテストを実施できる。
【００９９】
技法３０００は、所望の又は設定された大腿骨要素回転を得るために、切断ガイド（例えば４−ｉｎ−１切断ガイド）のためのピン配置を計算するために測定された回転を使用するためのオペレーション３０１０を含む。オペレーション３０１０は、プロセッサに命令を与えるために外科処置計画ソフトウェアを使用するなど、プロセッサによって実施できる。技法３０００は、ピン配置場所を出力するため又は切断ガイドのためにピンを配置するためのオペレーション３０１２を含む。技法３０００は、配置された切断ガイドを使用して切断を実施するためのオペレーション３０１４を含む。１つの実施例において、脛骨切断は、任意にオペレーション３０１４後に又はオペレーション３００２前に実施できる。１つの実施例において、オペレーション３００２、３００４、３００６、３００８、３０１２、３０１４又は脛骨切断の１つ又はそれ以上は、ロボットアームを使用して実施できる。別の実施例において、技法３０００は、術前計画を術中に更新するために、回転角度を使用してピン配置を出力するオペレーションを含むことができる。出力されたピン配置を、術前ピン配置場所の代わりに使用するか、又は、平均若しくは加重平均を使用できる。
【０１００】
１つの実施例において、技法３０００は、ロボットアームのエンドエフェクタを使用して軟組織平衡化テストを実施するために大腿骨又は脛骨などの骨に対して力を加えるための任意のオペレーション３０１６を含むことができる。ロボットアームは軟組織平衡化要素に対して力を加えることができる。１つの実施例において、技法３０００は、軟組織平衡に関する情報を出力するための任意のオペレーション３０１６を含むことができる。別の実施例において、技法３０００は、ロボットアームを使用せずに軟組織平衡化要素を使用して大腿骨又は脛骨に対して力を加えることを含むことができる。
【０１０１】
図３１は、いくつかの実施形態に従った追跡を使用してロボット支援手術を実施するための技法３１００を示すフローチャートである。技法３１００は、光学追跡システムなどの追跡システムを使用して骨の移動を追跡するためのオペレーション３１０２を含む。追跡システムは、患者の骨に取り付けられた第１追跡器を含むことができる。１つの実施例において、追跡システムは、患者の第２骨に取り付けられた第２追跡器を含む。１つの実施例において、追跡システムは、ロボットアームに取り付けられた第３追跡器を含む。技法３１００は、ロボットアームの一部分に取り付けられた第３追跡器に関する位置又は向き情報を含めた追跡情報を追跡システムから受け取ることを含むことができる。ロボットアームの位置及び向きの追跡は、少なくとも部分的に第２追跡器からの位置及び向き情報を使用してロボットアームの遠位端に配置されたエンドエフェクタを追跡するために使用できる。
【０１０２】
技法３１００は、例えばロボットコントローラを使用して、ロボットアームの端部に結合されたエンドエフェクタの位置及び向きを監視するためのオペレーション３１０４を含む。技法３１００は、骨に対して軟組織平衡化テスト位置及び向きまでロボットアームを移動するためのオペレーション３１０６を含む。技法３１００は、例えばロボットコントローラを使用して、骨が移動したとき骨に対する位置及び向きを保持するようにロボットアームを制御するための任意のオペレーション３１０８を含む。任意のオペレーション３１０８は、追跡システムから骨の移動の示度を受け取ることを含む。技法３１００は、ロボットアームのエンドエフェクタを使用して骨に対して力を加えるためのオペレーション３１１０を含む。技法３１００は、ロボットコントローラによって移動されたときエンドエフェクタの位置及び向きを追跡するための任意のオペレーション３１１２を含む。
【０１０３】
技法３１００は、エンドエフェクタの位置及び向き又は骨に取り付けられた第１追跡器の位置などの追跡システムからの情報を使用して軟組織平衡を測定するためのオペレーション３１１４を含む。１つの実施例において、軟組織平衡の測定は、エンドエフェクタとロボットアームとの間に結合された力センサからの力情報を使用することを含む。技法３１００は、力センサを使用して骨に対するエンドエフェクタの手動による移動を可能にする、エンドエフェクタの手動による移動を識別するためのオペレーションを含むことができる。１つの実施例において、エンドエフェクタは、骨スパイクが骨に結合された後に骨スパイクの遠位端に結合できる。技法３１００は、ユーザーインターフェイス上に表示するなどのために軟組織平衡を出力するためのオペレーションを含むことができる。
【０１０４】
技法３１００は、軟組織平衡化テストが骨に連結された軟組織が平衡化していることを示すとき、閾値力に達したとき、閾値張力に達したとき、設定距離（例えば、脛骨インプラントの厚みに等しい距離）に達したとき、又は、これと同種のとき、骨に対する力を解除するためのオペレーションを含むことができる。骨に対する力の解除は、例えば一定量ずつ、力をゼロに戻すことを含むことができる。例えば、軟組織平衡化テストは、テスト中に設定された向きの骨を検出することによって骨に連結された軟組織が平衡していることを示す。別の実施例において、軟組織平衡化テストは、軟組織における平衡を測定するのに充分なデータが収集されたとき骨に連結された軟組織が平衡していることを示し、平衡は、関節の内側と外側との間の張力の差の示度である。平衡は、関節置換手術において行われるべき切除の角度を示すことができる。技法３１００は、軟組織平衡に基づき骨に連結された軟組織の一部分の解放を実施するためのオペレーションを含むことができる。技法３１００は、例えば、ユーザーインターフェイス上に表示するために、軟組織平衡の示度又は第２骨に対する骨の回転角度を出力するためのオペレーションを含むことができる。
【０１０５】
技法３１００は、軟組織テスト中に測定された大腿骨回転を使用して、目標大腿骨インプラント回転を計算するためのオペレーションを含むことができる。例えば、使用される測定回転は、ギャップバランスが設定ギャップ距離に等しいときのものである。目標大腿骨インプラントは、測定回転の逆又は反対とすることができる。１つの実施例において、技法３１００は、計画ソフトウェアが使用するために、メモリ又はデータベースなどに目標大腿骨インプラント回転を記憶するためのオペレーションを含むことができる。
【０１０６】
図３２は、いくつかの実施形態に従った力センサを使用してロボット支援手術を実施するための技法３２００を示すフローチャートである。技法３２００は、患者の関節において第１骨の遠位端に骨スパイクを固定するためのオペレーション３２０２を含む。技法３２００は、スパイクソケットを介して骨スパイクの遠位端に結合された軟組織平衡化装置の力センサを使用して第１骨に連結された軟組織における抵抗を計測するためのオペレーション３２０４を含む。
【０１０７】
技法３２００は、軟組織平衡化テストにおいてロボットアームを使用して軟組織平衡化装置を操作するオペレーション３２０６を含む。オペレーション３２０６は、軟組織平衡化テストにおいて、ロボットアームを使用して軟組織平衡化装置を介して関節に対して張力を加えることを含むことができる。技法３２００は、軟組織平衡化テストにおいて軟組織における張力の示度を出力するためのオペレーション３２０８を含む。１つの実施例において、第１骨は大腿骨であり、軟組織は、患者の関節の大腿骨を脛骨に連結する靱帯を含む。技法３２００は、大腿骨及び脛骨を屈曲又は伸展した状態で、軟組織平衡化装置を操作するためにロボットアームを使用することを含むことができる。
【０１０８】
技法３２００は、関節における軟組織平衡を計算するために、少なくとも部分的な関節置換のための切除角度をロボットアームからコンピュータ装置へ出力するオペレーションを含むことができる。コンピュータ装置を使用して、切除角度に基づいて切断ガイドのためのピン配置場所を計算できる。１つの実施例において、ピン配置試行品又はピンは、例えばロボットアームを使用して、ピン配置場所に従って第１骨上の場所に位置付け又は配置できる。技法３２００は、軟組織平衡化要素によって第１骨に対して力が加えられたときの患者の関節における軟組織張力を示す力データを力センサから出力するためのオペレーションを含むことができる。１つの実施例において、軟組織張力は、力データに基づいて患者の関節において測定できる。
【０１０９】
技法３２００は、ロボットアームを第１骨に対して軟組織平衡化テスト位置及び向きまで移動するためのオペレーションを含むことができる。１つの実施例において、ロボットアームは、第１骨が移動したとき骨に対する位置及び向きを保持するように制御できる。オペレーションは、軟組織平衡化要素を使用して第１骨に対して力を加えることを含むことができる。オペレーションは、患者の第１骨に取り付けられた第１光学追跡器とロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器とを含む光学追跡システムを使用して、第１骨の移動を追跡することを含むことができる。オペレーションは、第１骨の追跡された移動を使用する軟組織平衡化テスト中に、軟組織における張力を測定することを含むことができる。オペレーションは、軟組織平衡化要素が移動したときに軟組織平衡化要素の位置及び向きを追跡すること、並びに、エンドエフェクタの位置及び向き、及び、ロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器の位置及び第１骨に取り付けられた第１光学追跡器の位置を含めた光学追跡システムからの情報を使用して軟組織張力を測定すること、を含むことができる。１つの実施例において、オペレーションは、力センサによって提示された第１骨における軟組織平衡化要素の力ベクトル及び光学追跡システムによって提示された第２骨に対する第１骨の相対的な骨の向きを使用して、内側軟組織における張力及び外側軟組織における張力を測定することを含むことができる。
【０１１０】
図３３Ａ〜３３Ｄは、いくつかの実施形態に従った関節置換手術計画のためのユーザーインターフェイス例３３００Ａ〜３３００Ｄを示す。図３３Ａのユーザーインターフェイス３３００Ａは、実施を完了した又はまだ完了していない切断を示すための切断チェックリスト３３０２を含む。ユーザーインターフェイス３３００Ａは、軟組織平衡化テストの概要を示す対話式ユーザーガイド３３０４を含む。ユーザーガイド３３０４は、平衡化された屈曲ギャップを示すために大腿骨に対する目標インプラント回転を示す。ユーザーガイド３３０４は、初期状態から、大腿骨の引張り、ギャップの不均等の表示、最後の軟組織の整列のための回転、の表示まで４つのステップを示す。
【０１１１】
図３３Ｂのユーザーインターフェイス３３００Ｂは、軟組織平衡化要素３３１０を大腿骨３３１２に接続するためにどのようにスパイク３３０８を挿入するかについての命令を含む第２ユーザーガイド３３０６を含む。スパイク３３０８は、軟組織平衡化要素３３１０を所定の場所に保持するが、大腿骨３３１２は回転できるようにする。軟組織平衡化テストは、例えば、第２ユーザーガイド３３０６において示されるフットペダルを押すことによって、開始されることができる。１つの実施例において、軟組織平衡化テストは、Ｊ字形又はフック形軟組織平衡化要素３３１０を使用することによって、膝蓋又は軟組織を所定の場所に置いたまま実施できる。軟組織平衡化テストが開始されたとき、ロボットアームは、ロボットアームを軟組織平衡化要素３３１０に接続するエンドエフェクタを使用するなどによって、軟組織平衡要素３３１０を引っ張って、スパイク３３０８に対して力を加えることができ、これが、例えば、大腿骨３３１２を脛骨から離すための力を大腿骨３３１２に対して生じることができる。
【０１１２】
図３３Ｃのユーザーインターフェイス３３００Ｃは、提案される平衡（例えば、完了した解放、切断及び関節に付加されたインプラントに基づく）に重ね合わせた特定のギャップ距離における現在の不平衡を含む患者の関節の図を示す第３ユーザーインターフェイス３３１４を含む。第３ユーザーガイド３３１４は、現在の回転又は目標大腿骨インプラント回転に関する情報を含む（例えば、回転情報は、現在の回転から目標回転へ又はその両方を示すか又は差を示すなど、時間の経過に伴い又は処置中に変化できる）。引張り距離（例えば、時間経過に伴う又は現時点の）も、第３ユーザーガイド３３１４に示される。第３ユーザーガイド３３１４は、目標大腿骨インプラント回転を３Ｄプランに応用するか又は目標大腿骨インプラント回転を３Ｄプランに応用しないかのユーザー選択可能な選択肢を含むことができる。３Ｄプランは、術前又は術中計画を含むことができる。３Ｄプランへの目標大腿骨インプラント回転の付加は、そのまま３Ｄプランに付加すること又は変更（例えば外科医の判断）を含めて付加することを含むことができる。
【０１１３】
ユーザーインターフェイス３３１４は、力バー３３１３又は距離バー３３１５を含むことができる。力バー３３１３は、現在の引張力（例えば大腿骨に対するロボットアームの力）を表示するために使用できる。１つの実施例において、ロボットアームは、力が最大力に達したときにロボットコントローラによって自動的に停止できる。最大力は、力バー３３１３に表示できる。１つの実施例において、外科医は、力バー３３１３を調節することによってロボットアームを制御できる。距離バー３３１５は、１つの実施例において、力バー３３１３と同時に移動できる。距離バー３３１５は、大腿骨から脛骨までの距離など（大腿骨が引っ張られるか脛骨が引っ張られるかに関係なく）引っ張られた距離を示す。１つの実施例において、距離バー３３１５は、ロボットアームを同様に移動するために外科医によって制御できる。１つの実施例において、距離バー３３１５は、最大引っ張られ距離を含むことができ、大腿骨と脛骨とが最大距離によって分離されたとき、ロボットアームは停止できる。
【０１１４】
図３３Ｄのユーザーインターフェイス３３００Ｄは、様々なビューで膝関節における大腿骨の回転を示す第４ユーザーガイド３３１６を含む。大腿骨は、脛骨に対して屈曲して又は伸展して見ることができる。術中に使用される場合、関節が様々な向きに置かれるとき、ユーザーガイド３３１６を自動的に更新できる（例えば、追跡器を使用して）。
【０１１５】
ユーザーガイド３３０４、３３０６、３３１４又は３３１６の１つ又はそれ以上は、靱帯平衡に関する情報を含むことができる。例えば、軟組織平衡化テストを実施し、靱帯を平衡化するための回転角度など軟組織平衡を表示するために、力情報、張力情報又はその他のセンサデータをユーザーガイド３３０４、３３０６、３３１４又は３３１６の１つ又はそれ以上へ送ることができる。別の実施例において、ユーザーガイド３３０４、３３０６、３３１４又は３３１６の１つ又はそれ以上は、例えば、平衡したときの回転角度に加えて、切除後又は切除前の実際の計測角度又は検出力に関するフィードバックを与えることによって、計測された切除技術を表示できる。
【０１１６】
１つの実施例において、脛骨結節の内側及び外側境界線は、内側第３ランドマークの場所を測定するために識別され使用される。ユーザーガイド３３０４、３３０６、３３１４又は３３１６の１つ又はそれ以上は、内側及び外側境界線又は内側第３ランドマーク場所を表示できる。例えば、ロボットアームを使用して、脛骨粗面の最も内側の境界線を識別できる。ロボットアームを使用して、脛骨粗面の最も外側の境界線を識別できる。システムは、これらの識別された境界線を使用して、脛骨粗面における内側第３ランドマーク場所として知られる場所を正確に表示し、特定することができる。この場所の識別は、従来の機器では、例えば１ミリメートル未満の精度では、再生可能に実施できない。この場所は、膝関節形成術のための脛骨ベースプレートの回転配置を支援するために基準点として使用することができる。
【０１１７】
[様々な覚書及び実施例]
これらの非限定的実施例の各々は、単独で成り立ち得る、又は、他の実施例の１つ又はそれ以上と様々な順列組合せで組合せが可能である。
【０１１８】
実施例１は、患者の骨に取り付けられた第１追跡器を含む追跡システムであって、追跡システムが骨の移動を追跡するように構成される、追跡システムと、ロボットアームの端部に結合されたエンドエフェクタの位置及び向きを監視するための、エンドエフェクタを使用して骨に対して力を加えるため、骨に取り付けられた第１追跡器の位置を含めた追跡システムからの情報を使用して軟組織平衡を測定するための、及び、軟組織平衡を出力するための、ロボットコントローラと、を備えるロボット支援手術システムである。
【０１１９】
実施例２において、実施例１の内容は、任意に、エンドエフェクタに結合されかつエンドエフェクタから骨へ力を伝達するように構成された軟組織平衡化要素を含む。
【０１２０】
実施例３において、実施例２の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が、スパイク、関節丘ピボット、ジグ又はアダプタの少なくとも１つを備え、アダプタが、患者の膝関節の膝蓋又は軟組織を避けるような形状を有すること、を含む。
【０１２１】
実施例４において、実施例３の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が、関節丘ピボットを備えること、及び、関節丘ピボットが、各々骨に対して個別に決定された力を加えることができる複数のプラットフォームアームを備えること、を含む。
【０１２２】
実施例５において、実施例３又は４のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が、ジグを備えること、及び、ジグが、スペーサブロック又は平坦なアタッチメントの少なくとも一方を含むこと、を含む。
【０１２３】
実施例６において、実施例１〜５のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアームに結合された力センサを含み、軟組織平衡を測定するために、ロボットコントローラは力センサからの力情報を使用する。
【０１２４】
実施例７において、実施例６の内容は、任意に、ロボットコントローラが、ロボットアームによって実施される引張りテストが前記骨から第２骨までの設定ギャップ距離に到達したとき力情報を測定し、力情報が骨を第２骨に連結する２つの靱帯の間の等しい力を示すこと、を含む。
【０１２５】
実施例８において、実施例１〜７のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡を出力するために、ロボットコントローラが、骨の回転角度の示度を出力することを含む。
【０１２６】
実施例９において、実施例８の内容は、任意に、ロボットコントローラが、少なくとも部分的に回転角度の示度に基づいてロボットアームを使用して骨を切除するために切断ガイドを配置するための場所を測定すること、を含む。
【０１２７】
実施例１０において、実施例１〜９のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、測定された軟組織平衡が、患者の膝関節の内側と外側との間の張力の差を示すことを含む。
【０１２８】
実施例１１において、実施例１〜１０のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡を出力するために、ロボットコントローラが、骨が第２骨に対する設定ギャップ厚みに達したときエンドエフェクタによって骨に対して加えられる力の量を出力すること、を含む。
【０１２９】
実施例１２において、実施例１〜１１のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡に基づいて骨に連結された軟組織の一部分の解放を実施するための切断装置を含む。
【０１３０】
実施例１３において、実施例１〜１２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、出力された軟組織平衡の示度又は第２骨に対する骨の回転角度を表示するためのディスプレイ装置を含む。
【０１３１】
実施例１４において、実施例１〜１３のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットコントローラが、少なくとも１つのインプラントのモデル及び軟組織平衡を使用して所与の場所において少なくとも１つのインプラントを受け入れるために骨に必要とされる改変を更に測定すること、を含む。
【０１３２】
実施例１５は、患者の骨に取り付けられた第１追跡器を含む追跡システムであって、追跡システムが骨の移動を追跡するように構成された、追跡システムと、ロボットアームの端部に結合されたエンドエフェクタの位置及び向きを監視するための、エンドエフェクタに結合された軟組織平衡化要素を使用して骨に対して力を加えることであって、軟組織平衡化要素がエンドエフェクタから骨へ力を伝達するように構成される、力を加えるための、並びに、骨に取り付けられた第１追跡器の位置を含めた追跡システムからの情報及びロボットアームに結合された力センサからの力情報を使用して軟組織平衡を測定するための、ロボットコントローラと、骨を第２骨に連結する少なくとも１つの靱帯の張力を含めた軟組織平衡の示度又は第２骨に対する骨の回転角度を表示するためのディスプレイ装置と、を備えるロボット支援手術システムである。
【０１３３】
実施例１６において、実施例１５の内容は、任意に、軟組織平衡の示度が、患者の膝関節の内側靱帯と外側靱帯との間の張力の差の示度を含むこと、を含む。
【０１３４】
実施例１７において、実施例１５又は１６の内容は、任意に、第２骨に対する骨の回転角度に基づいて関節置換手術において切除を案内するための、ロボットアームに結合された切断ガイドを含む。
【０１３５】
実施例１８において、実施例１５〜１７のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡に基づいて骨に連結された軟組織の一部分の解放を実施するための、ロボットアームに結合された切断装置を含む。
【０１３６】
実施例１９において、実施例１５〜１８のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡を測定する前に患者の脛骨における切除を案内するための、ロボットアームに結合された切断ガイドを含む。
【０１３７】
実施例２０において、実施例１９の内容は、任意に、ロボットコントローラが、第２骨に対する骨の回転角度に少なくとも部分的に基づいて、切断ガイドのためのピン配置場所を更に測定すること、を含む。
【０１３８】
実施例２１は、整形外科処置中患者の身体を固定するための脚ホルダと、軟組織平衡化要素によって膝関節の大腿骨に結合するためのロボットアームのエンドエフェクタであって、軟組織平衡化要素は、エンドエフェクタに結合された状態で大腿骨が自由に回転できるようにする、エンドエフェクタと、膝関節の大腿骨と脛骨との間のギャップ距離を増大するためにロボットアームに大腿骨に対して引張り力を加えさせるための、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測するための、及び、ギャップバランスが設定ギャップ距離に等しいとき大腿骨の回転を目標大腿骨インプラント回転として保存するための、ロボットコントローラと、大腿骨に大腿骨インプラントを挿入することによって大腿骨が目標大腿骨インプラント回転を得るように切除の位置及び向きを計画するための手術計画システムと、を備えるロボット支援膝関節整形手術システムである。
【０１３９】
実施例２２において、実施例２１の内容は、任意に、切除を実施するための切断装置を案内するための、ロボットアームに結合された切断ガイドを含む。
【０１４０】
実施例２３において、実施例２２の内容は、任意に、ロボットコントローラが、回転角度の示度に少なくとも部分的に基づいて、骨上のピン孔場所を測定することであって、ピン孔場所が、ピン孔場所へ挿入されたピンが骨に切断ガイドを整列するように測定される、測定することと、ピンガイド要素のドリル孔がピン孔場所と整列するように、ロボットアームにロボットアームのエンドエフェクタに結合されたピンガイド要素を骨上に配置させることと、を含む。
【０１４１】
実施例２４において、実施例２１〜２３のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、大腿骨及び脛骨に取り付けられた追跡器を追跡するため及び追跡情報を出力するための追跡システムを含み、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測するためにロボットコントローラが追跡情報を使用する。
【０１４２】
実施例２５において、実施例２１〜２４のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットコントローラが、更に、ロボットアームに脛骨に対してプッシュ力を加えさせて、ロボットアームによって脛骨に対してプッシュ力が加えられるとき膝関節の外側側副靱帯及び内側側副靱帯における張力を計算することを含み、更に、外側側副靱帯及び内側側副靱帯における張力の示度を表示するためのディスプレイ装置を含む。
【０１４３】
実施例２６は、ロボット支援手術を実施するための命令を含む少なくとも１つの機械可読媒体であり、機械可読媒体は、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、膝関節の大腿骨と脛骨との間のギャップ距離を増大するために、大腿骨が自由に回転するように大腿骨に結合された軟組織平衡化要素を使用して大腿骨に対して引張り力を加えさせ、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測させ、ギャップバランスが設定ギャップ距離に等しいとき大腿骨の回転を使用して目標大腿骨インプラント回転を計算させ、目標大腿骨インプラント回転を保存させ、大腿骨に大腿骨インプラントを挿入することによって大腿骨が目標大腿骨インプラント回転を得るように、手術計画システムを使用して切除の位置及び向きを計画させる。
【０１４４】
実施例２７において、実施例２６の内容は、任意に、大腿骨及び脛骨に取り付けられた追跡器を追跡するため、追跡情報を出力するため、及び、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測するために追跡情報を使用するため、の命令を含む。
【０１４５】
実施例２８において、実施例２６又は２７の内容は、任意に、ロボットアームに脛骨に対してプッシュ力を加えさせるため、ロボットアームによって脛骨に対してプッシュ力が加えられるとき膝関節の外側コンパートメント及び内側コンパートメント（例えば、外側側副靱帯及び内側側副靱帯）における張力を計算するため、及び、外側コンパートメント及び内側コンパートメントにおける張力の示度を出力するため、の命令を含む。
【０１４６】
実施例２９において、実施例２６〜２８のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、少なくとも部分的に大腿骨の回転に基づいて切断ガイドのためのピン配置場所を測定するための命令を含む。
【０１４７】
実施例３０において、実施例２９の内容は、任意に、ロボットアームにピン配置場所に従って骨上の場所にピンを配置するためのピン配置試行品を位置付けさせるための命令を含む。
【０１４８】
実施例３１は、患者の関節において第１骨の遠位端に固定されるように適合された骨スパイクと、力センサと骨スパイクの遠位端に結合可能なスパイクソケットとを備える軟組織平衡化装置であって、力センサが第１骨に連結された軟組織における抵抗を計測するように適合される、軟組織平衡化装置と、軟組織平衡化テストにおいて軟組織平衡化装置を操作するためのロボットアームと、軟組織平衡化テスト中に軟組織における張力の示度を出力するための出力装置と、を備えるロボット支援手術システムである。
【０１４９】
実施例３２において、実施例３１の内容は、任意に、軟組織平衡化装置が、ロボットアーム上のエンドエフェクタ又は骨スパイクに結合可能なＪ字形アームであることを含む。
【０１５０】
実施例３３において、実施例３１又は３２の内容は、任意に、軟組織平衡化テストにおいて軟組織平衡化装置によって関節に対して張力を加えることを含む。
【０１５１】
実施例３４において、実施例３１〜３３のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアーム及び軟組織平衡化装置が、関節における軟組織平衡を計算するためにコンピュータ装置に出力を与えること、を含む。
【０１５２】
実施例３５において、実施例３４の内容は、任意に、軟組織平衡が内側張力及び外側張力として出力されることを含む。
【０１５３】
実施例３６において、実施例３４又は３５の内容は、任意に、軟組織平衡が少なくとも部分的な関節置換のための切除角度として出力されることを含む。
【０１５４】
実施例３７において、実施例３６の内容は、任意に、切除角度が、関節の少なくとも一部分がプロテーゼと置き換えられた後に軟組織を平衡化するように選択されること、を含む。
【０１５５】
実施例３８において、実施例３６又は３７の内容は、任意に、コンピュータ装置が切除角度に基づいて切断ガイドのためのピン配置場所を計算することを含む。
【０１５６】
実施例３９において、実施例３８の内容は、任意に、ロボットアームが、更にピン配置場所に従って第１骨上の場所にピンを配置するためにピン配置試行品を位置付けること、を含む。
【０１５７】
実施例４０において、実施例３１〜３９のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化テスト中に患者の関節の第２骨を拘束するための保持装置を含む。
【０１５８】
実施例４１において、実施例３１〜４０のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化要素によって第１骨に対して力が加えられたとき患者の関節における軟組織張力を示す力データを出力するための力センサを含む。
【０１５９】
実施例４２において、実施例４１の内容は、任意に、力データに基づいて患者の関節における軟組織張力を測定するためのプロセッサを含む。
【０１６０】
実施例４３において、実施例３１〜４２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、第１骨に対してロボットアームを軟組織平衡化テスト位置及び向きまで移動するための、骨が移動したとき第１骨に対する位置及び向きを保持するようにロボットアームを制御するための、及び、軟組織平衡化要素を使用して第１骨に対して力を加えるための、ロボットコントローラを含む。
【０１６１】
実施例４４において、実施例４３の内容は、任意に、患者の第１骨に取り付けられた第１光学追跡器とロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器とを含む光学追跡システムを含み、光学追跡システムは第１骨の移動を追跡し、第１骨の追跡対象の移動を使用して軟組織平衡化テスト中の軟組織における張力を測定するためのプロセッサを更に備える。
【０１６２】
実施例４５において、実施例４４の内容は、任意に、プロセッサが、更に、ロボットコントローラによって移動されるとき軟組織平衡化要素の位置及び向きを追跡することと、エンドエフェクタの位置及び向き並びにロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器の位置及び第１骨に取り付けられた第１光学追跡器の位置を含めた光学追跡システムからの情報を使用して軟組織張力を測定することと、を含む。
【０１６３】
実施例４６において、実施例４５の内容は、任意に、プロセッサが、内側軟組織における張力及び外側軟組織における張力を測定するために、力センサによって与えられた第１骨上の軟組織平衡化要素の力ベクトル及び光学追跡システムによって与えられた第２骨に対する第１骨の相対的骨の向きを使用する、ことを含む。
【０１６４】
実施例４７は、患者の関節において第１骨の遠位端に骨スパイクを固定することと、スパイクソケットを介して骨スパイクの遠位端に結合された軟組織平衡化装置の力センサを使用して第１骨に連結された軟組織における抵抗を計測することと、ロボットアームを使用して軟組織平衡化テスト中に軟組織平衡化装置を操作することと、軟組織平衡化テスト中に軟組織における張力の示度を出力することと、を含むロボット支援手術を実施するための方法である。
【０１６５】
実施例４８において、実施例４７の内容は、任意に、第１骨が大腿骨であり、軟組織が患者の関節の大腿骨を脛骨に連結する靱帯を含むこと、を含み、更に、大腿骨及び脛骨が屈曲又は伸展状態のとき軟組織平衡化装置を操作するためにロボットアームを使用することを含む。
【０１６６】
実施例４９において、実施例４７又は４８の内容は、任意に、軟組織平衡化装置の操作が、軟組織平衡化テスト中にロボットアームを使用して軟組織平衡化装置を介して関節に対して張力を加えることを含むこと、を含む。
【０１６７】
実施例５０において、実施例４７〜４９のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、関節における軟組織平衡を計算するために、ロボットアームからコンピュータ装置へ少なくとも部分的な関節置換術のための切除角度を出力することを含む。
【０１６８】
実施例５１において、実施例５０の内容は、任意に、コンピュータ装置を使用して、切除角度に基づき切断ガイドのためのピン配置場所を計算することを含む。
【０１６９】
実施例５２において、実施例５１の内容は、任意に、ピン配置場所に従って第１骨上の場所にピンを配置するためにロボットアームを使用してピン配置試行品を位置付けすることを含む。
【０１７０】
実施例５３において、実施例４７〜５２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化要素によって第１骨に対して力が加えられたとき患者の関節における軟組織張力を示す力データを力センサから出力することを含む。
【０１７１】
実施例５４において、実施例５３の内容は、任意に、力データに基づき患者の関節における軟組織張力を測定することを含む。
【０１７２】
実施例５５において、実施例４７〜５４のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、第１骨に対して軟組織平衡化テスト位置及び向きまでロボットアームを移動することと、骨が移動するとき第１骨に対する位置及び向きを保持するようにロボットアームを制御することと、軟組織平衡化要素を使用して第１骨に対して力を加えることと、を含む。
【０１７３】
実施例５６において、実施例５５の内容は、任意に、患者の第１骨に取り付けられた第１光学追跡器とロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器とを含む光学追跡システムを使用して第１骨の移動を追跡することと、第１骨の追跡された移動を使用して軟組織平衡化テスト中に軟組織における張力を測定することと、を含む。
【０１７４】
実施例５７において、実施例５６の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が移動したときの軟組織平衡化要素の位置及び向きを追跡することと、エンドエフェクタの位置及び向き並びにロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器の位置及び第１骨に取り付けられた第１光学追跡器の位置を含めた光学追跡システムからの情報を使用して軟組織張力を測定することと、を含む。
【０１７５】
実施例５８において、実施例５７の内容は、任意に、力センサによって与えられた第１骨上の軟組織平衡化要素の力ベクトル及び光学追跡システムによって与えられた第２骨に対する第１骨の相対的骨向きを使用して、内側軟組織における張力及び外側軟組織における張力を測定することを含む。
【０１７６】
実施例５９は、軟組織平衡化テストを実施するためにロボットアームが脛骨と接触していて指定方向に移動したとき患者の膝関節の脛骨に対して力を加え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と、軟組織平衡化テスト中に軟組織における張力の示度を出力するディスプレイ装置と、を備えるロボット支援手術システムである。
【０１７７】
実施例６０において、実施例５９の内容は、任意に、ロボットアームによって脛骨に対して力が加えられたとき患者の関節の軟組織張力を示す力データを出力するための力センサを含む。
【０１７８】
実施例６１において、実施例６０の内容は、任意に、力データに基づいて患者の関節における軟組織張力を測定するためのプロセッサを含む。
【０１７９】
実施例６２において、実施例５９〜６１のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、患者の脛骨に取り付けられた第１光学追跡器を含む光学追跡システムを含み、光学追跡システムは、脛骨の移動を追跡する。
【０１８０】
実施例６３において、実施例６２の内容は、任意に、脛骨に対して軟組織平衡化テスト位置及び向きまでロボットアームのエンドエフェクタを移動するための、光学追跡システムが脛骨の移動を示すとき脛骨に対するエンドエフェクタの位置及び向きを保持するようにロボットアームを制御するための、及び、ロボットアームを使用して脛骨に対して力を加えるための、ロボットコントローラを含む。
【０１８１】
実施例６４において、実施例６３の内容は、任意に、ロボットコントローラによって移動されたときエンドエフェクタの位置及び向きを追跡するための、及び、エンドエフェクタの位置及び向き並びに脛骨に取り付けられた第１光学追跡器の位置を含めた光学追跡システムからの情報を使用して軟組織張力を測定するための、プロセッサを含む。
【０１８２】
実施例６５において、実施例６３又は６４の内容は、任意に、ロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器を含み、ロボットコントローラは、脛骨に対するエンドエフェクタの位置及び向きを測定するためにロボットアームに取り付けられた第２光学追跡器の位置を使用する。
【０１８３】
実施例６６において、実施例５９〜６５のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアームの手動移動モードを可能にするためのプロセッサを含み、手動移動モードは、外科医がロボットアームのエンドエフェクタの移動を開始できるようにし、開始された移動は、ロボットアームによって加えられた増強力によって継続される。
【０１８４】
実施例６７において、実施例６６の内容は、任意に、開始された移動がエンドエフェクタを脛骨と接触させることを含む。
【０１８５】
実施例６８において、実施例５９〜６７のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化テストを開始するための指示を受け取り、これに応じてロボットアームに軟組織平衡化テストを開始させるためのプロセッサを含む。
【０１８６】
実施例６９において、実施例５９〜６８のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、エンドエフェクタが脛骨と接触しているときエンドエフェクタを脛骨に結合するためのピンを含む。
【０１８７】
実施例７０において、実施例５９〜６９のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化テストにおいて測定された軟組織張力の示度に基づいて、軟組織を介して脛骨に連結される大腿骨の切断における切除角度を測定するためのプロセッサを含む。
【０１８８】
実施例７１は、脛骨ベースプレートであって、当該脛骨ベースプレートの対応する場所における力を検出するための複数の力センサと複数の力センサに対応する複数のアクチュエータと、を含み、複数のアクチュエータが脛骨ベースプレートにそれぞれの場所において大腿骨を脛骨から変位させる、脛骨ベースプレートと、脛骨ベースプレートの複数の力センサから対応する場所における力に関する力情報を受け取り、力情報に基づいて脛骨に対する大腿骨の回転角度を測定し、表示のために回転角度を出力するためのプロセッサと、を備える脛骨力検出システムである。
【０１８９】
実施例７２において、実施例７１の内容は、任意に、複数の力センサが脛骨ベースプレートの４つの四分円に対応する４つの力センサを含むこと、を含む。
【０１９０】
実施例７３において、実施例７１又は７２の内容は、任意に、複数のアクチュエータが相互に独立して起動されるように構成されることを含む。
【０１９１】
実施例７４において、実施例７１〜７３のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、複数のアクチュエータが、回転角度を測定する前に、大腿骨を脛骨に連結する１つ又は複数の靱帯が張力を受けるまで、１つ又は複数の靱帯に対して張力を加えるように起動されること、を含む。
【０１９２】
実施例７５において、実施例７１〜７４のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、複数のアクチュエータが、複数の力センサの数に対応する数のアクチュエータを含み、かつ、それぞれの場所が脛骨ベースプレートの対応する場所において力を生じること、を含む。
【０１９３】
実施例７６において、実施例７１〜７５のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、プロセッサが、大腿骨の切断のための切除角度を測定するために回転角度を更に使用すること、を含む。
【０１９４】
実施例７７において、実施例７１〜７６のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、大腿骨を脛骨に連結する軟組織に対して実施される解放切断に応じて、複数のアクチュエータが、更に、脛骨ベースプレートにそれぞれの場所において大腿骨を脛骨から更に変位させること、を含む。
【０１９５】
実施例７８において、実施例７１〜７７のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、複数のアクチュエータが、回転角度が設定された角度であるとプロセッサが判定するのに応じて、脛骨ベースプレートに脛骨に対する変位から大腿骨を解放させること、を含む。
【０１９６】
実施例７９は、軟組織引張りテストを実施する方法であって、方法は、大腿骨を脛骨に連結する関節を伸展状態にしてロボットアームを使用して軟組織平衡化テストを実施することと、ロボットアームの遠位端に取り付けられた軟組織平衡化要素を挿入することと、関節において靱帯を平衡化するための回転を判定するために関節を屈曲状態にして軟組織平衡化要素及びロボットアームを使用して軟組織平衡化テストを実施することと、回転に基づいて切断ガイドのためのピン配置を計算することと、ロボットアームを使用してピン配置に従って切断ガイドを配置することと、を含む。
【０１９７】
実施例８０において、実施例７９の内容は、任意に、配置された切断ガイドを使用して切断を実施することを含む。
【０１９８】
実施例８１において、実施例７９又は８０の内容は、任意に、関節を伸展状態にして軟組織平衡化テストを実施する前にロボットアームを使用して脛骨切断を実施することを含む。
【０１９９】
実施例８２において、実施例７９〜８１のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ピン配置の計算が手術計画ソフトウェアを使用することを含む。
【０２００】
実施例８３において、実施例７９〜８２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化要素がスパイク、関節丘ピボット又はＪ字形アダプタの１つであることを含む。
【０２０１】
実施例８４は、ロボットアームによる患者の関節の移動中に患者の関節における軟組織張力を示す力データを受け取るため、ロボットアームの移動のために追跡データを受け取るため、追跡データ及び力データを使用して関節の伸展に応じて軟組織張力を測定するため、並びに、関節の伸展に応じて軟組織張力を出力するため、のプロセッサを備えるロボットアームコントローラである。
【０２０２】
実施例８５において、実施例８４の内容は、任意に、プロセッサが、更に関節の骨上の所与の場所において少なくとも１つのインプラントのモデルを使用して関節の伸展に応じて提案される軟組織張力を及び関節の伸展に応じて実際の軟組織張力を計算すること、を含み、出力が、関節の伸展に応じて提案される軟組織張力を含む。
【０２０３】
実施例８６において、実施例８５の内容は、任意に、プロセッサが、更に、インプラントのモデルを使用して所与の場所において少なくとも１つのインプラント受け入れるために必要とされる骨に対する改変を測定し、出力が、改変を実施する際にロボット式装置を操作するための改変ファイルを含むこと、を含む。
【０２０４】
実施例８７において、実施例８４〜８６のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、プロセッサが、更に、骨のロボット操作中に関節の骨の回転を計算することによって軟組織平衡化を査定すること、を含む。
【０２０５】
実施例８８は、骨の移動を表す追跡データを生成するための追跡装置と、骨の移動の追跡データを受け取り、前記追跡データを使用して可動域及び関節弛緩を測定するように構成された可動域（ＲＯＭ）分析モジュールと、関節弛緩データを更新し関節の骨上の調節可能な場所における少なくとも１つのインプラントのモデルに応じて切除平面を計算するように構成された軟組織平衡化モジュール及びインプラント査定モジュールと、調節可能場所に基づく切除平面を含む出力と、を備えるＣＡＳコントローラである。
【０２０６】
実施例８９は、ロボットアームの移動を示す追跡データを出力するための追跡センサと、ロボットアームの遠位端においてエンドエフェクタに取り付けられた軟組織平衡化要素であって、軟組織平衡化要素が、ロボットアームが指定方向に移動したとき患者の関節の骨に対して力を加えるように構成される、軟組織平衡化要素と、軟組織平衡化要素によって骨に対して力が加えられたとき患者の関節における軟組織張力を示す力データを出力するための力センサと、追跡データ及び力データに基づき患者の関節における軟組織張力を測定し軟組織張力を出力するためのプロセッサと、を備えるロボットアームである。
【０２０７】
実施例９０において、実施例８９の内容は、任意に、軟組織平衡化要素がスパイクを含むことを含む。
【０２０８】
実施例９１において、実施例８９又は９０の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が関節丘ピボットを含むことを含む。
【０２０９】
実施例９２において、実施例８９〜９１のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が、取外し可能なピンガイドエンドエフェクタ要素を使用してロボットアームに取り付けられることを含む。
【０２１０】
実施例９３において、実施例８９〜９２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、骨が大腿骨であり、かつ、軟組織平衡化要素が、エンドエフェクタの所定の場所にスナップ式に嵌るように、且つ、膝蓋を所定の場所に維持したまま大腿骨を引っ張るように、構成された靱帯引張り要素を含むこと、を含む。
【０２１１】
実施例９４において、実施例９３の内容は、任意に、プロセッサが、膝蓋の裏面に取り付けられたセンサから膝蓋場所情報を受け取って、可動域テスト中に膝蓋場所情報を出力することを含む。
【０２１２】
実施例９５において、実施例８９〜９４のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、患者の関節が伸展状態のとき力が加えられることを含む。
【０２１３】
実施例９６において、実施例８９〜９５のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、患者の関節が屈曲状態のとき力が加えられることを含む。
【０２１４】
実施例９７において、実施例８９〜９６のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアームが拡張現実装置を使用して表示された仮想要素を使用して制御されることを含む。
【０２１５】
実施例９８において、実施例８９〜９７のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織張力がユーザーインターフェイス上に表示されるためにディスプレイ装置へ出力されることを含む。
【０２１６】
実施例９９において、実施例９８の内容は、任意に、ユーザーインターフェイスが、可動域テスト中に患者の関節の内反角度及び外反角度を表示することを含む。
【０２１７】
実施例１００は、軟組織平衡化を実施するためにロボットアームを使用する方法であって、方法は、追跡データを取得するためにプロセッサを使用してロボットアームの移動を追跡することと、ロボットアームの遠位端に結合された軟組織平衡化要素を使用して患者の関節の骨に対して力を加えることと、軟組織平衡化要素によって骨に対して力が加えられたとき患者の関節における軟組織張力を示すデータを捕捉するために力を計測することと、追跡データ及び力データに基づいて患者の関節における軟組織張力を測定することと、軟組織張力を出力することと、を含む。
【０２１８】
実施例１０１において、実施例１００の内容は、任意に、軟組織平衡化要素がスパイクを含むことを含む。
【０２１９】
実施例１０２において、実施例１００又は１０１の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が関節丘ピボットを含むことを含む。
【０２２０】
実施例１０３において、実施例１００〜１０２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が、取外し可能なピンガイドエンドエフェクタ要素を使用してロボットアームに取り付けられることを含む。
【０２２１】
実施例１０４において、実施例１００〜１０３のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、骨が大腿骨であり、軟組織平衡化要素が靱帯引張り要素を含むことを含み、更に、エンドエフェクタ上の所定の場所に靱帯引張り要素をスナップ式に嵌めることと、靱帯を所定の場所に維持した状態で靱帯引張り要素を使用して大腿骨を引っ張ることと、を含む。
【０２２２】
実施例１０５において、実施例１０４の内容は、任意に、膝蓋の裏面に取り付けられたセンサから膝蓋場所情報を受け取ることと、可動域テスト中に膝蓋場所情報を出力することと、を含む。
【０２２３】
実施例１０６において、実施例１００〜１０５のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、患者の関節が伸展状態のとき力が加えられることを含む。
【０２２４】
実施例１０７において、実施例１００〜１０６のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、患者の関節が屈曲状態のとき力が加えられることを含む。
【０２２５】
実施例１０８において、実施例１００〜１０７のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、拡張現実装置を使用して表示された仮想要素を使用してロボットアームを制御することを含む。
【０２２６】
実施例１０９において、実施例１００〜１０８のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織張力がユーザーインターフェイス上に表示されるためにディスプレイ装置へ出力されることを含む。
【０２２７】
実施例１１０において、実施例１０９の内容は、任意に、ユーザーインターフェイスが可動域テスト中に患者の関節の内反角度及び外反角度を表示することを含む。
【０２２８】
実施例１１１において、実施例１００〜１１０のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、骨上の点を自動的に検出するようにロボットアームを制御することと、追跡データを使用して前記点をランドマークとして登録することと、を含む。
【０２２９】
実施例１１２は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されたときに、少なくとも１つのプロセッサに実施例１００〜１１１の方法のいずれかの操作を実施させる、ロボットアームの操作のための命令を含む少なくとも１つの非一時的機械可読媒体である。
【０２３０】
実施例１１３は、脛骨ベースプレートであって、当該脛骨ベースプレートの対応する場所における力を検出するための複数の力センサを含む、脛骨ベースプレートと、脛骨ベースプレートの複数の力センサからの対応する場所に関する力情報を受け取って、力情報に基づいて脛骨に対する大腿骨の回転角度を測定し、表示のために回転角度を出力するためのプロセッサとを備える脛骨力検出システムである。
【０２３１】
実施例１１４は、実施例１〜１１３のいずれか１つ又はそれ以上の要素を備えるロボット支援手術システムである。
【０２３２】
実施例１１５において、実施例１１４の内容は、任意に、関節が伸展状態のときに軟組織平衡化テストを実施する前に、ロボットアームを使用して脛骨切断を実施することを含む。
【０２３３】
実施例１１６において、実施例１１４又は１１５の内容は、任意に、軟組織平衡化要素がスパイク、関節丘ピボット又はＪ字形アダプタの１つであることを含む。
【０２３４】
実施例１１７において、実施例１１４〜１１６のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、プロセッサが、更に、関節の骨上の所与の場所において少なくとも１つのインプラントのモデルを使用して、関節の伸展に応じて提案される軟組織張力及び関節伸展に応じて実際の軟組織張力を計算し、出力が関節の伸展に応じて提案される軟組織張力を含むこと、を含む。
【０２３５】
実施例１１８において、実施例１１７の内容は、任意に、プロセッサが、更に、インプラントのモデルを使用して所定の場所において少なくとも１つのインプラントを受け入れるために骨に必要とされる改変を測定すること、を含む。
【０２３６】
実施例１１９において、実施例１１８の内容は、任意に、出力が、改変を実施するためにロボット式装置を操作するための改変ファイルを含むことを含む。
【０２３７】
実施例１２０において、実施例１１４〜１１９のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化要素が、取外し可能なピンガイドエンドエフェクタ要素を使用してロボットアームに取り付けられること、を含む。
【０２３８】
実施例１２１において、実施例１１４〜１２０のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、膝蓋を所定の場所に置いた状態で軟組織平衡化テストを実施できるようにするために、軟組織平衡化要素が、大腿骨スパイクに結合するためのＪ字形アームを含むこと、を含む。
【０２３９】
実施例１２２において、実施例１２１の内容は、任意に、プロセッサが、膝蓋の裏面に取り付けられたセンサから膝蓋場所情報を受け取り、可動域テスト中に膝蓋場所情報を出力すること、を含む。
【０２４０】
実施例１２３において、実施例１１４〜１２２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアームが、拡張現実装置を使用して表示された仮想要素を使用して制御されることを含む。
【０２４１】
実施例１２４において、実施例１１４〜１２３のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織張力がユーザーインターフェイス上に表示されるためにディスプレイ装置へ出力されることを含む。
【０２４２】
実施例１２５において、実施例１２４の内容は、任意に、ユーザーインターフェイスが可動域テスト中に患者の関節の内反角度及び外反角度を表示することを含む。
【０２４３】
実施例１２６において、実施例１１４〜１２５のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、骨上の点を自動的に検出するようにロボットアームを制御することと、追跡データを使用して前記点をランドマークとして登録することと、を含む。
【０２４４】
実施例１２７において、実施例１２６の内容は、任意に、軟組織平衡化テスト中に軟組織における張力を測定するためにランドマークを使用することを含む。
【０２４５】
実施例１２８において、実施例１１４〜１２７のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアームのエンドエフェクタに結合されたときに、スパイクを受け入れるためのアンカーを形成する取外し可能なホルダを含み、スパイクは、エンドエフェクタを骨に結合するように構成される。
【０２４６】
実施例１２９において、実施例１１４〜１２８のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアームのエンドエフェクタに結合するためのアタッチメントを含み、アタッチメントは、スパイク、Ｊ字フック又はＬ字フックを備える。
【０２４７】
実施例１３０において、実施例１１４〜１２９のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、ロボットアームの遠位端に取り付けられたスプレッダを含み、スプレッダは、軟組織平衡化テストを実施するために関節の第１骨を第２骨から機械的に引き離すように構成される。
【０２４８】
実施例１３１において、実施例１３０の内容は、任意に、スプレッダが、第１骨を第２骨から機械的に引き離すのを助けるために、歯車又は長いレバーアームを含むことを含む。
【０２４９】
実施例１３２において、実施例１１４〜１３１のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、術前計画又は画像からの情報を使用して軟組織が平衡しているか否かを判定するためのプロセッサを含む。
【０２５０】
実施例１３３において、実施例１１４〜１３２のいずれか１つ又はそれ以上の内容は、任意に、軟組織平衡化テストの成功を判定するために、可動域が術後にテストされることを含む。
【０２５１】
実施例１３４は、ロボットアームの操作のための命令を含む少なくとも１つの非一時的機械可読媒体であり、少なくとも１つのプロセッサによって実行されたとき、少なくとも１つのプロセッサに実施例１〜１３３の方法のいずれかの操作を実施させる。
【０２５２】
実施例１３５は、実施例１〜１３３のいずれか１つを実施するための方法である。
【０２５３】
本明細書において説明する方法例は、少なくとも部分的に機械又はコンピュータで実行できる。いくつかの実施例は、上記の実施例において説明するように方法を実施するために電子装置を構成するために作動可能な命令でコード化されたコンピュータ可読媒体又は機械可読媒体を含むことができる。これらの方法の実現は、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コード又はこれと同種のものなどのコードを含むことができる。このようなコードは、様々な方法を実施するためのコンピュータ可読命令を含むことができる。コードは、コンピュータプログラム製品の一部分を形成できる。更に、１つの実施例において、コードは、実行中又はその他の時点で、１つ又は複数の揮発性、非一時的又は非揮発性有形コンピュータ可読媒体に有形で保存できる。これらの有形コンピュータ可読媒体の例としては、ハードディスク、可換型磁気ディスク、可換型オプティカルディスク（例えば、コンパクトディスク及びデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカード若しくはスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）及びこれと同種のものを含むことができるが、これらに限定されない。
また、本開示の一態様（１）は、患者の骨に取り付けられた第１追跡器を含む追跡システムであって、追跡システムが骨の移動を追跡するように構成される、追跡システムと、ロボットコントローラであって、ロボットアームの遠位端に結合されたエンドエフェクタの位置及び向きを監視するため、エンドエフェクタを使用して骨に対して力を加えるため、骨に取り付けられた第１追跡器の位置を含めた追跡システムからの情報を使用して軟組織平衡を測定するため、及び、軟組織平衡を出力するため、のロボットコントローラと、を備える、ロボット支援手術システムである。
態様（２）では、態様（１）が、エンドエフェクタに結合されかつエンドエフェクタから骨へ力を伝達するように構成された軟組織平衡化要素を更に備える、ことを含む。
態様（３）では、態様（２）が、軟組織平衡化要素が、スパイク、関節丘ピボット、ジグ又はアダプタの少なくとも１つを備え、アダプタが、患者の膝関節の膝蓋又は軟組織を避けるような形状を有する、ことを含む。
態様（４）では、態様（３）が、軟組織平衡化要素が関節丘ピボットを備え、関節丘ピボットが、各々骨に対して個別に決定された力を加えることができる複数のプラットフォームアームを備える、ことを含む。
態様（５）では、態様（３）が、軟組織平衡化要素がジグを備え、ジグがスペーサブロック又は平坦なアタッチメントの少なくとも一方を含む、ことを含む。
態様（６）では、態様（１）が、ロボットアームに結合された力センサを更に備え、軟組織平衡を測定するために、ロボットコントローラが力センサからの力情報を使用する、ことを含む。
態様（７）では、態様（６）が、ロボットコントローラが、ロボットアームによって実施される引張りテストが骨から第２骨までの設定ギャップ距離に達したとき力情報を測定し、力情報が骨を第２骨に連結する２つの靱帯の間の等しい力を示す、ことを含む。
態様（８）では、態様（１）が、軟組織平衡を出力するために、ロボットコントローラが骨の回転角度の示度を出力する、ことを含む。
態様（９）では、態様（８）が、ロボットコントローラが、回転角度の示度に少なくとも部分的に基づいて、ロボットアームを使用して骨を切除するための切断ガイドを配置するための場所を測定する、ことを含む。
態様（１０）では、態様（１）が、測定された軟組織平衡が、患者の膝関節の内側と外側との間の張力の差を示す、ことを含む。
態様（１１）では、態様（１）が、軟組織平衡を出力するために、ロボットコントローラが、骨が第２骨に対して設定ギャップ厚みに達したときエンドエフェクタによって骨に対して加えられた力の量を出力する、ことを含む。
態様（１２）では、態様（１）が、軟組織平衡に基づいて骨に連結された軟組織の一部分の解放を実施するための切断装置を更に備える、ことを含む。
態様（１３）では、態様（１）〜（１２）のいずれか１つが、出力された軟組織平衡の示度又は第２骨に対する骨の回転角度を表示するためのディスプレイ装置を更に備える、ことを含む。
態様（１４）では、態様（１）〜（１２）のいずれか１つが、ロボットコントローラが、更に、少なくとも１つのインプラントのモデル及び軟組織平衡を使用して所与の場所において少なくとも１つのインプラントを受け入れるために骨に必要とされる改変を測定する、ことを含む。
また、本開示の他の態様（１５）は、患者の骨に取り付けられた第１追跡器を含む追跡システムであって、追跡システムが骨の移動を追跡するように構成された、追跡システムと、ロボットコントローラであって、ロボットアームの端部に結合されたエンドエフェクタの位置及び向きを監視するため、エンドエフェクタに結合された軟組織平衡化要素であって、エンドエフェクタから骨へ力を伝達するように構成される、軟組織平衡化要素を使用して骨に対して力を加えるため、及び、骨に取り付けられた第１追跡器の位置を含めた追跡システムからの情報及びロボットアームに結合された力センサからの力情報を使用して軟組織平衡を測定するため、のロボットコントローラと、骨を第２骨に連結する少なくとも１つの靱帯の張力を含めた軟組織平衡の示度又は第２骨に対する骨の回転角度を表示するためのディスプレイ装置と、を備える、ロボット支援手術システムである。
態様（１６）では、態様（１５）が、軟組織平衡の示度が、患者の膝関節の内側靱帯と外側靱帯との間の張力の差の示度を含む、ことを含む。
態様（１７）では、態様（１５）が、第２骨に対する骨の回転角度に基づいて関節置換手術において切除を案内するためにロボットアームに結合された切断ガイドを更に備える、ことを含む。
態様（１８）では、態様（１５）が、軟組織平衡に基づいて骨に連結された軟組織の一部分の解放を実施するためにロボットアームに結合された切断装置を更に備える、ことを含む。
態様（１９）では、態様（１５）が、軟組織平衡を測定する前に患者の脛骨における切除を案内するためにロボットアームに結合された切断ガイドを更に備える、ことを含む。
態様（２０）では、態様（１９）が、ロボットコントローラが、更に、第２骨に対する骨の回転角度に少なくとも部分的に基づいて、切断ガイドのためのピン配置場所を測定する、ことを含む。
本開示のさらに他の態様（２１）は、整形外科処置中に患者の身体を固定するための脚ホルダと、軟組織平衡化要素によって膝関節の大腿骨に結合するためのロボットアームのエンドエフェクタであって、軟組織平衡化要素は、当該エンドエフェクタに結合された状態で大腿骨が自由に回転できるようにする、エンドエフェクタと、ロボットコントローラであって、膝関節の大腿骨と脛骨との間のギャップ距離を増大するためにロボットアームが大腿骨に対して引張り力を加えるようにするため、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測するため、及び、ギャップバランスが設定ギャップ距離に等しいとき大腿骨の回転を目標大腿骨インプラント回転として保存するため、のロボットコントローラと、大腿骨に大腿骨インプラントを挿入することによって大腿骨が目標大腿骨インプラント回転を得るように切除の位置及び向きを計画するための手術計画システムと、を備える、ロボット支援膝関節整形手術システムである。
態様（２２）では、態様（２１）が、切除を実施するための切断装置を案内するためにロボットアームに結合された切断ガイドを更に備える、ことを含む。
態様（２３）では、態様（２２）が、ロボットコントローラが、回転角度の示度に少なくとも部分的に基づいて骨上のピン孔場所を測定し、ピン孔場所が、ピン孔場所へ挿入されたピンが骨に切断ガイドを整列するように測定され、ピンガイド要素のドリル孔がピン孔場所と整列するように、ロボットアームにロボットアームのエンドエフェクタに結合されたピンガイド要素を骨上に配置させる、ことを含む。
態様（２４）では、態様（２１）が、大腿骨及び脛骨に取り付けられた追跡器を追跡するため及び追跡情報を出力するための追跡システムを更に備え、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測するために、ロボットコントローラが追跡情報を使用する、ことを含む。
態様（２５）では、態様（２１）が、ロボットコントローラが、更に、ロボットアームに脛骨に対してプッシュ力を加えさせて、ロボットアームによって脛骨に対してプッシュ力が加えられるとき膝関節の外側側副靱帯及び内側側副靱帯における張力を計算し、外側側副靱帯及び内側側副靱帯における張力の示度を表示するためのディスプレイ装置を更に備える、ことを含む。
態様（２６）では、態様（２１）〜（２５）のいずれか１つが、ロボットアームに引張り力を加えさせるために、ロボットコントローラが、ロボットアームに大腿骨に対して２つ又はそれ以上の既知の力を加えさせる、ことを含む。
本開示のさらに他の態様（２７）は、ロボット支援手術を実施するための命令を含む少なくとも１つの機械可読媒体であって、機械可読媒体が、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、膝関節の大腿骨と脛骨との間のギャップ距離を増大するために、大腿骨が自由に回転するように大腿骨に結合された軟組織平衡化要素を使用して、ロボットアームに大腿骨に対して引張り力を加えさせ、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測させ、ギャップバランスが設定ギャップ距離に等しいとき大腿骨の回転を使用して目標大腿骨インプラント回転を計算させ、目標大腿骨インプラント回転を保存させ、大腿骨に大腿骨インプラントを挿入することによって大腿骨が目標大腿骨インプラント回転を得るように、手術計画システムを使用して切除の位置及び向きを計画させる、少なくとも１つの機械可読媒体である。
態様（２８）では、態様（２７）が、大腿骨及び脛骨に取り付けられた追跡器を追跡するため、追跡情報を出力するため、及び、大腿骨と脛骨との間のギャップ距離及び大腿骨の回転を計測するために追跡情報を使用するため、の命令を更に含む、ことを含む。
態様（２９）では、態様（２７）が、ロボットアームに脛骨に対してプッシュ力を加えさせるため、ロボットアームによって脛骨に対してプッシュ力が加えられるとき膝関節の外側コンパートメント及び内側コンパートメントにおける張力を計算するため、及び、外側コンパートメント及び内側コンパートメントにおける張力の示度を出力するため、の命令を更に含む、ことを含む。
態様（３０）では、態様（２７）が、大腿骨の回転に少なくとも部分的に基づいて切断ガイドのためのピン配置場所を測定するための命令を更に含む、ことを含む。
態様（３１）では、態様（３０）が、ロボットアームにピン配置場所に従って骨上の場所にピンを配置するためのピン配置試行品を位置付けさせるための命令を更に含む、ことを含む。
【図１】
2020044443.tif 000005
【図２】
2020044443.tif 000006
【図３】
2020044443.tif 000007
【図４】
2020044443.tif 000008
【図５Ａ】
2020044443.tif 000009
【図５Ｂ】
2020044443.tif 000010
【図６Ａ】
2020044443.tif 000011
【図６Ｂ】
2020044443.tif 000012
【図７Ａ】
2020044443.tif 000013
【図７Ｂ】
2020044443.tif 000014
【図８】
2020044443.tif 000015
【図９】
2020044443.tif 000016
【図１０Ａ】
2020044443.tif 000017
【図１０Ｂ】
2020044443.tif 000018
【図１０Ｃ】
2020044443.tif 000019
【図１０Ｄ】
2020044443.tif 000020
【図１１】
2020044443.tif 000021
【図１２】
2020044443.tif 000022
【図１３】
2020044443.tif 000023
【図１４】
2020044443.tif 000024
【図１５】
2020044443.tif 000025
【図１６】
2020044443.tif 000026
【図１７Ａ−１７Ｂ】
2020044443.tif 000027
【図１８Ａ−１８Ｂ】
2020044443.tif 000028
【図１９Ａ−１９Ｂ】
2020044443.tif 000029
【図２０】
2020044443.tif 000030
【図２１】
2020044443.tif 000031
【図２２Ａ】
2020044443.tif 000032
【図２２Ｂ】
2020044443.tif 000033
【図２２Ｃ】
2020044443.tif 000034
【図２２Ｄ】
2020044443.tif 000035
【図２２Ｅ】
2020044443.tif 000036
【図２２Ｆ】
2020044443.tif 000037
【図２３Ａ】
2020044443.tif 000038
【図２３Ｂ】
2020044443.tif 000039
【図２４】
2020044443.tif 000040
【図２５Ａ】
2020044443.tif 000041
【図２５Ｂ】
2020044443.tif 000042
【図２６Ａ】
2020044443.tif 000043
【図２６Ｂ】
2020044443.tif 000044
【図２７】
2020044443.tif 000045
【図２８】
2020044443.tif 000046
【図２９】
2020044443.tif 000047
【図３０】
2020044443.tif 000048
【図３１】
2020044443.tif 000049
【図３２】
2020044443.tif 000050
【図３３Ａ】
2020044443.tif 000051
【図３３Ｂ】
2020044443.tif 000052
【図３３Ｃ】
2020044443.tif 000053
【図３３Ｄ】
2020044443.tif 000054