(57)【要約】患者の骨を切断するシステムにおいて、モータと、前記モータに駆動連結された回転軸と、前記回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を複数の位置で支持する支持管と、前記支持管に連結された複数の操縦ワイヤと、前記回転軸の遠位端にある骨カッターと、を含むシステム。
2019517854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の骨を切断するシステムにおいて、
モータと、
前記モータに駆動連結された回転軸と、
前記回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を複数の位置で支持する支持管と、
前記支持管に連結された複数の操縦ワイヤと、
前記回転軸の遠位端にある骨カッターと、を含むシステム。
【請求項２】
前記支持管は、曲げられた位置で少なくとも５Ｎ／ｍｍの剛性を有する、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記支持管は、前記支持管の壁を通る複数のスロットを含む、請求項１のシステム。
【請求項４】
前記支持管は、近位セクションと遠位セクションとを含み、前記近位セクションは、複数の操縦ワイヤを使用して前記遠位セクションから独立して操縦可能である、請求項１のシステム。
【請求項５】
検出装置と追跡可能要素とを有するナビゲーションシステムをさらに含む、請求項１のシステム。
【請求項６】
前記ナビゲーションシステムは、光ファイバ形状センサ又は電磁センサのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項５のシステム。
【請求項７】
医療装置において、
壁及び内腔を有する管状部材であって、前記壁を通って延びる複数のスロットを含む管状部材と、
前記管状部材の内腔内に配置された可撓性シャフトであって、前記管状部材に対して回転可能である可撓性シャフトと、
前記可撓性シャフトの遠位端にある骨カッターと、を備え、
前記管状部材は、曲げられた位置で少なくとも５Ｎ／ｍｍの剛性を有する医療装置。
【請求項８】
前記管状部材は、近位セクション、遠位セクション、及び複数の操縦ワイヤを含むことができ、前記近位セクションは、前記遠位セクションから独立して操縦可能である、請求項７の医療装置。
【請求項９】
前記遠位セクションは少なくとも４つの操縦ワイヤによって操縦可能であり、各操縦ワイヤは、前記近位セクションの長さに沿って及び前記遠位セクションの長さに沿って延びる第１セクションと、前記近位セクションの長さに沿って及び前記遠位セクションの長さに沿って延びる第２セクションとを含み、前記近位セクションは、少なくとも４つの追加の操縦ワイヤによって操縦可能であり、４つの追加の操縦ワイヤのそれぞれは、近位セクションの長さに沿って延びる第１セクションと、近位セクションの長さに沿って延びる第２セクションとを含む、請求項８の医療装置。
【請求項１０】
前記医療装置は包囲された内腔を含む、請求項７の医療装置。
【請求項１１】
前記可撓性シャフトは、少なくとも１０，０００ｒｐｍの速度で回転するように構成された、請求項７の医療装置。
【請求項１２】
患者の骨を切断する方法であって、前記方法は、
骨に隣接して骨カッターを配置するステップであって、骨カッターは回転軸の遠位端に配置され、支持管は回転軸の外部に配置されるステップと、
前記支持管の少なくとも一部分の曲率を増加させるか又は曲率を減少させることの少なくとも１つによって前記支持管の形状を変更するステップと、
可撓性シャフトを回転させて骨を切断するステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記支持管は、第１セクション及び第２セクションを含み、前記第１セクションは、前記第１セクションの直線的な位置に対して任意の方向に曲がるように構成され、及び前記第２セクションは、前記第２セクションの直線的な位置に対して任意の方向に曲がるように構成される、請求項１２の方法。
【請求項１４】
ナビゲーションシステムを使用して骨に対する前記骨カッターの位置を追跡するステップをさらに含む、請求項１２の方法。
【請求項１５】
前記ナビゲーションシステムは、Ｘ線透視装置、超音波装置、光ファイバ形状センサ、又は電磁センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記ナビゲーションシステムは、カメラ及び追跡可能な要素を含む、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記支持管の形状を変更するステップは、少なくとも１本の操縦ワイヤに張力を加えるステップを含む、請求項１２の方法。
【請求項１８】
前記支持管は回転する前記可撓性シャフトを複数の位置で支持する、請求項１２の方法。
【請求項１９】
前記可撓性シャフトは、モータに駆動可能に連結され、前記可撓性シャフトを回転させるステップは、前記モータの一部を回転させるステップを含む、請求項１２の方法。
【請求項２０】
前記支持管のコンピュータモデルを較正することをさらに含む、請求項１２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して骨を切断するための医療装置に関する。医療装置は、到達困難な表面にアクセスするために可撓性があるが、骨を切断するのに十分な剛性を有する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、患者の骨を修正するために使用されるツールは剛性があり直線的である。直線ツール（例えば、切断バー又は鋸）を使用して特定の骨表面にアクセスするためには、外科医は、患者の皮膚及び組織を通して大きな切開部を切開しなければならないことがある。例えば、膝の手術を行うために、外科医は、大腿骨及び脛骨の様々な表面にアクセスするために、皮膚を通して大きな切開部を切開しなければならないことがある。軟質の組織を含む処置のための様々な柔軟なツールが開発されている。しかしながら、これらの柔軟なツールは、一定の整形外科手術を行うのに必要な方法で骨を修正すること及び削ることに十分な剛性を有していない。
【０００３】
整形外科手術を実施するために、外科医は、ロボットシステムの一部であるツールを使用することができる。ロボットシステムは、外科医が医療処置を完了することを補助するためのコンピュータシステム及び他の装置（例えば、ナビゲーションシステムのコンポーネント）を含むことができる。ロボットシステムは、例えば、患者及びツールを追跡することによって、患者に対するツールの配置を制御するのを助けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，３６６，５５９号明細書
【特許文献２】米国特許第８，０１０，１８０号明細書
【特許文献３】米国特許第９，０５０，１３１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施形態は、とりわけ、骨を切断する医療装置に関する。本明細書で開示されるそれぞれの実施形態は、他の開示された実施形態のいずれかに関連して説明された１つ又はそれ以上の特徴を含んでよい。
【０００６】
患者の骨を切断するシステムは、モータと、モータに駆動連結された回転軸と、回転軸の周囲に配置され、前記回転軸を複数の位置で支持する支持管と、支持管に連結された複数の操縦ワイヤと、回転軸の遠位端にある骨カッターとを含む。
【０００７】
骨を切断するためのシステムは追加的又は代替的に、以下の特徴、すなわち、支持管は、曲げられた位置で少なくとも５Ｎ／ｍｍの剛性を有することができること、支持管は、支持管の壁を通る複数のスロットを含むことができること、支持管は、近位セクションと遠位セクションとを含み、近位セクションは、複数の操縦ワイヤを使用して遠位セクションから独立して操縦可能であることができること、システムは、検出装置と追跡可能要素とを有するナビゲーションシステムを含むことができること、ナビゲーションシステムは、光ファイバ形状センサ又は電磁センサのうちの少なくとも１つをさらに含むことができること、のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。
【０００８】
医療装置は、壁及び内腔を有する細長い管状部材であって、壁を通って延びる複数のスロットを含む細長い管状部材と、細長い管状部材の内腔内に配置された可撓性シャフトであって、細長い管状部材に対して回転可能である可撓性シャフトと、可撓性シャフトの遠位端にある骨カッターと、を備え、細長い管状部材は、曲げられた位置で少なくとも５Ｎ／ｍｍの剛性を有する。
【０００９】
医療装置は追加的又は代替的に、以下の特徴、すなわち、細長い管状部材は、近位セクション、遠位セクション、及び複数の操縦ワイヤを含むことができ、近位セクションは、遠位セクションから独立して操縦可能であることができること、遠位セクションは少なくとも４つの操縦ワイヤによって操縦可能であり、各操縦ワイヤは、近位セクションの長さに沿って及び遠位セクションの長さに沿って延びる第１セクションと、近位セクションの長さに沿って及び遠位セクションの長さに沿って延びる第２セクションとを含み、近位セクションは、少なくとも４つの追加の操縦ワイヤによって操縦可能であることができ、４つの追加の操縦ワイヤのそれぞれは、近位セクションの長さに沿って延びる第１セクションと、近位セクションの長さに沿って延びる第２セクションとを含むことができること、医療装置は包囲された内腔を含むことができること、可撓性シャフトは、少なくとも１０，０００ｒｐｍの速度で回転するように構成されることができること、のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。
【００１０】
患者の骨を切断する方法は、骨に隣接して骨カッターを配置するステップであって、骨カッターは回転軸の遠位端に配置され、支持管は回転軸の外部に配置されるステップと、支持管の少なくとも一部分の曲率を増加させるか又は曲率を減少させることの少なくとも１つによって支持管の形状を変更するステップと、可撓性シャフトを回転させて骨を切断するステップと、を含む。
【００１１】
骨を切断する方法は追加的又は代替的に、以下の特徴又はステップ、すなわち、支持管は、第１セクション及び第２セクションを含むことができ、第１セクションは、第１セクションの直線的な位置に対して任意の方向に曲がるように構成されることができ、及び第２セクションは、第２セクションの直線的な位置に対して任意の方向に曲がるように構成されることができること、前記方法は、ナビゲーションシステムを使用して骨に対する骨カッターの位置を追跡するステップを含むことができること、ナビゲーションシステムは、Ｘ線透視装置、超音波装置、光ファイバ形状センサ、又は電磁センサのうちの少なくとも１つを含むことができること、ナビゲーションシステムは、カメラ及び追跡可能な要素を含むことができること、支持管の形状を変更するステップは、少なくとも１本の操縦ワイヤに張力を加えるステップを含むことができること、支持管は回転する可撓性シャフトを複数の位置で支持することができること、可撓性シャフトは、モータに駆動可能に連結されることができること、可撓性シャフトを回転させるステップは、モータの一部を回転させるステップを含むことができること、前記方法は、支持管のコンピュータモデルを較正することをさらに含むことができること、の１つ又はそれ以上を含むことができる。
【００１２】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は両方とも単に例示的及び説明的であり、特許請求された本発明を限定するものではないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、説明と共に本開示の例示的な実施形態を示し、本開示の原理を説明することに役立つ。
【図１】本開示に従った骨を切断する医療装置を示す。
【図２】図１の医療装置の分解図を示す。
【図３】図１の医療装置の可撓性管状部材の縦断面図を示す。
【図４】図１の医療装置の可撓性管状部材の近位セクション及び遠位セクションの部分の縦断面図を示す。
【図５】図４の断面５−５における横断面図を示す。
【図６】図４の断面６−６における横断面図を示す。
【図７】図４の断面７−７における横断面図を示す。
【図８】図４の断面８−８における横断面図を示す。
【図９】可撓性管状部材のスロット構成の例示的な実施形態を示す。
【図１０】可撓性管状部材のスロット構成の別の例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
医療装置のコンポーネント
本開示は、骨を切断するための医療装置に向けられている。医療装置は携帯型であってもよく、又はロボット装置に連結されたエンドエフェクタであってよい。本医療装置は、最小限の侵襲手術中に骨の様々な表面にアクセスして修正することを可能にする可撓性があってよい。可撓性がありながら、医療装置は、骨などの硬い表面を切断する間、その曲げられた形状を維持するのに十分な剛性を有してよい。コンピュータシステム及びナビゲーションシステムは、医療装置の形状及び位置を制御することを補助し、ユーザに画像ガイダンスを提供してよい。
【００１５】
図１に示すように、医療装置１０は、数ある構成要素のうち、可撓性管状部材１２、内側シャフト１４、第１のモータ１６、第２のモータ１８、及びハウジング２０を含むことができる。
【００１６】
可撓性管状部材１２は、それぞれ別個に制御可能な近位セクション２２及び遠位セクション２４を含むことができる。別の実施形態では、可撓性管状部材１２は、別個のセクション２２，２４を含まず、代わりに、近位セクション２２及び遠位セクション２４に関連して本明細書に記載される特性のいずれかを有する単一の管状部材である。近位及び遠位セクション２２、２４は、金属又はポリマのような任意の適切な材料を含むことができる。一例では、近位セクション２２及び遠位セクション２４は、ニチノール又はバネ鋼のような形状記憶材料を含むことができる。近位セクション２２及び遠位セクション２４はともに、内部シャフト１４を保持する内腔２６を画定することができる。近位セクション２２及び遠位セクション２４の壁は、任意の適切な厚さを有することができ、様々な例では、０．２〜５ｍｍ、１〜４ｍｍ、又は１．５〜３ｍｍである。一例では、壁の厚さは約１．７５ｍｍであってよい。
【００１７】
管状部材１２は、近位セクション２２及び遠位セクション２４を他の構成要素に、及び互いに接続する１つ又はそれ以上のコネクタ２７，２８，２９（図２も参照）をさらに含むことができる。コネクタは、剛性の管状の形状を有することができる。しかし、追加の又は代替の実施形態では、１つ又はそれ以上のコネクタ２７，２８，２９は、剛性で湾曲していてよい。湾曲コネクタは、医療装置１０を用いて患者の解剖学的構造の特定の部分にアクセスするのに有用であり得る。一実施形態では、コネクタは、異なる処置のために管状部材１２の形状を変更するために交換可能であり得る。例えば、異なるコネクタは、異なる長さ及び曲率の少なくとも一方を有することができる。
【００１８】
近位セクション２２及び遠位セクション２４のそれぞれは、複数のスロット３４を含むことができる。スロット３４は、対応するセクション２２，２４の壁を部分的又は完全に貫通して延在してよい。各スロット３４は、より長い側が相互に平行であり、対応するセクション２２，２４の外周の周りに少なくとも部分的に延びている。各スロット３４の端部は、直線状又は湾曲状であってよい。
【００１９】
さらに、一例では、各スロット３４は、対応するセクション２２，２４の外周の周りに約２７０度延びていてよい。他の例では、各スロット３４は、対応するセクション２２，２４の外周の周りに１８０度から３３０度の間に延在することができるが、各スロット３４は、外周の周りに任意の適切な角度で延在してよい。追加の又は代替の例では、２つ又はそれ以上の別個のスロットが、対応するセクション２２，２４の同一の外周上にある特定の長手方向の位置にあり、セクションが分離することを防止するために、スロットの端部の間に材料を残すことができる。（例えば、外周の周りに２つの１２０°のスロットを設け、２つのスロットの端部の間に６０°にわたって材料を残す。）
図４は、図１の近位セクション２２及び遠位セクション２４の部分を、これらのセクションの代表的な断面図とともに示している。図５から図８を参照すると、制御ワイヤ３０は、近位セクション２２及び遠位セクション２４の壁を通って移動して、使用者が内側シャフト１４の遠位端で切削工具５０の位置を制御できるようにすることができる。参照を容易にするために、内側シャフト１４は図４から図８には示されていない。
【００２０】
図４に示すように、スロット３４は、各第３のスロットが同様の向きに配置された３スロットパターンに配置されてよい。例えば、管状部材２２，２４の長さに沿って移動すると、第１の組のスロットは、第１のスロット３９、第２のスロット４１、及び第３のスロット４３を含むことができる。第１の組の第３のスロットの後、第２の組のスロットは第１のスロット３９’、第２のスロット４１’、及び第３のスロット４３’を含むことができる。遠位セクション２４の代表的な第１のスロット３９は、断面５−５上にあり、代表的な第２のスロット４１は、断面６−６上にあり、代表的な第３のスロット４３は、断面７−７上にある。各組の第１のスロットは、互いに同様に配向されてもよく、各組の第２のスロットは、互いに同様に配向されてもよく、各組の第３のスロットは、互いに同様に配向されてよい。さらに、隣接するスロット３４は、断面５−５，６−６、及び７−７に示すように、隣接するスロットに対して各スロットが１２０度回動するように配置されてよい。
【００２１】
図８は、図４の断面８−８に沿った近位セクション２２を通る例示的なスロットを示す。近位セクション２２のスロットは、図４のスロットと同じ構成及びパターンを有することができる。図８に示すように、図示のスロットは、断面５−５のスロットと同じ向きを有することができる。
【００２２】
図４から図８の断面図から分かるように、個々のスロット３４は、管状部材１２の壁の部分を通過し、壁のセグメントをそのまま残すことができる。各スロットは、隣接するスロットに対して１２０度回動されているので、隣接するセグメントは、互いに対して１２０度回動されている。従って、管状部材１２の長さに沿って移動すると、残りの壁材料のセグメントは螺旋構成を形成することができる。
【００２３】
追加の又は代替のスロット構成が図９及び図１０に示されている。図９に示すように、スロット３５は、拡張された端部を含むことができる。拡張された端部は、管状部材１２へのストレスを緩和することができ、管状部材１２の曲げ角度を増加させることができる。図１０に示すように、各スロット３７は、各スロットの中間部分がその端部分よりも幅広となるように、その端部に向かって先細になっていてよい。様々なスロット構成は、管状部材１２の可撓性を変えることができる。例えば、より広い中間領域を有するスロット３７は、管状部材の可撓性を増加させることができる。図６及び図７に示されているスロット３５，３７は、管状部材１２の外周の周りの長さ及び隣接するスロットに対するそれらの向きを含む、スロット３４に関連して記載された任意の他の特徴を含むことができる。
【００２４】
スロット３４は、近位セクション２２及び遠位セクション２４の材料が比較的剛性であっても、可撓性管状部材１２が曲がることを可能にする。さらに、スロット３４は、管状壁の外周の周りに分布しているので、近位セクション２２及び遠位セクション２４のそれぞれは、任意の方向に曲がるように構成される。
【００２５】
図５から図７に示すように、遠位セクション２４は、制御ワイヤ３０を保持するための複数の制御ワイヤ開口部３６を含むことができる。制御ワイヤ開口部３６は、開口部３６及び３６’のように対にすることができる。一対の開口部３６及び３６’は、同じ制御ワイヤ３０を保持することができ、制御ワイヤ３０は、開口部３６及び３６’のうちの１つを通って延在し、遠位セクション２４の遠位端付近で屈曲して「Ｕターン」を形成し、他方の開口部３６，３６’を通って延びている。従って、制御ワイヤ３０の第１セクションは、一対の第１の開口部３６に配置されてもよく、制御ワイヤの第２セクションは、一対の第２の開口部３６’に配置されてよい。一例では、制御ワイヤ３０のそれぞれは、遠位セクション２４の遠位端でＵターンすることができる。しかし、別の例（図２の分解図を参照）では、ｙ方向制御ワイヤ３０（図４の上下の制御ワイヤ）は、遠位セクション２４の遠位に配置されたコネクタ２９を通って移動し、コネクタ２９の遠位端でＵターンする一方、ｘ方向制御ワイヤ３０（図４の左右の制御ワイヤ）は、遠位セクション２４の遠位端でＵターンすることができる。
【００２６】
図４に示される開口部の残りの対は、他の制御ワイヤ３０の第１及び第２セクションを同様に保持することができる。図示の例では、合計８つの制御ワイヤ開口部３６，３６’を通る４本の制御ワイヤ３０が遠位セクション２４の動きを制御することができる。しかしながら、他の実施形態では、１つ、２つ、３つ、５つ又はそれ以上の制御ワイヤが、遠位セクション２４の動きを制御することができる。
【００２７】
遠位セクション２４を通る制御ワイヤ３０の構成は、ユーザが遠位セクション２４の形状を制御することを可能にすることができる。上述したように、制御ワイヤ３０のうちの２つは、遠位セクション２４の遠位端のＸ方向への移動を制御することができ、制御ワイヤ３０のうちの２つは、遠位セクション２４の遠位端のｙ方向への移動を制御することができる。図４の実施形態の４つの制御ワイヤは、従って、遠位セクション２４をｘ軸及びｙ軸の両方に沿って曲げるために使用されることができる。例えば、一方の制御ワイヤ３０（例えば、ｘ方向制御ワイヤ）を短くし、反対側の制御ワイヤ３０（例えば、他方のｘ方向制御ワイヤ）を長くすることによって、遠位セクション２４を短い側に曲げることができる。１つ以上の制御ワイヤ３０（例えば、１つのｘ方向制御ワイヤ及び１つのｙ方向制御ワイヤ）を締め付け、他の２つの対向する制御ワイヤ３０（例えば、他方のｘ方向制御ワイヤ及び他方のｙ方向制御ワイヤ）を延長することは、遠位セクション２４を部分的にｘ軸に沿って及び部分的にｙ軸に沿って曲げることができる。
【００２８】
従って、遠位セクション２４は、遠位セクション２４の遠位端が任意の方向に動くことを可能にするように制御されることができる。遠位セクション２４を曲げることは、遠位セクション２４の少なくとも一部分の湾曲を増加させ、遠位セクション２４を直線位置に戻すことは、遠位セクション２４の少なくとも一部の湾曲を減少させてよい。遠位セクション２４がさらに曲がり、９０度に近づくと、遠位端は、ｘ及びｙ方向へのその移動に加えてｚ方向に近位に移動する。従って、遠位セクション２４の移動のみに基づく切削工具５０の「作業領域」は、半球形状の外側境界であることができる。
【００２９】
図８に示すように、可撓性管状部材１２の近位セクション２２の壁部は、制御ワイヤ３０を保持する制御ワイヤ開口部３６，３６’を含んでもよい。参照を容易にするために、各遠位セクション制御ワイヤ及びその対応する開口部は、集合的に遠位制御部３８と呼ばれ、かつ、各近位セクション制御ワイヤ及びその対応する開口部は、集合的に近位制御部４０と呼ばれる。近位制御部４０の構成要素は、上述した遠位制御部３８の構成要素（例えば、開口部３６，３６’を通る制御ワイヤ３０）に類似していてもよく、近位セクション２２を制御することと類似した態様で機能することができる。例示的には、全部で８つの制御ワイヤ開口部３６，３６’を通って延びる４つの制御ワイヤ３０を含む４つの近位制御部４０は、遠位セクション２４に関連して上述した近位セクション２２の動きを制御する。しかし、他の実施形態では、１つ、２つ、３つ、５つ又はそれ以上の制御ワイヤが近位セクション２２の移動を制御してよい。近位セクション２２の移動のみに基づく切削工具５０の作業領域もまた半球形状の外側境界であってよい。近位セクション２２及び遠位セクション２４のそれぞれによって提供される運動範囲は組み合わさって、切削工具５０の位置の数を増加させることができ、それは医療装置１０のハウジング２０を再配置することなく達成可能である。さらに、後述するように、医療装置１０は、切削工具５０を位置決めするための追加の自由度を提供し得る別の装置のロボットアームに固定されてよい。
【００３０】
遠位制御部３８は、図８に示すように、遠位セクション２４から近位セクション２２を通って近位方向に移動することができる。近位セクション２２内で、近位制御部４０の構成要素は、遠位制御部３８の構成要素の間に配置され得る。遠位制御部３８と同様に、近位制御部４０は、使用者が近位セクション２２をｘ軸及びｙ軸に沿った任意の方向に曲げることを可能にする。全体として、１６本の制御ワイヤ開口部３６，３６’は、近位セクション２２の壁を通って移動することができる。また遠位制御ワイヤ３０と同様に、近位制御ワイヤ３０は、近位セクションの遠位端付近で「Ｕターン」する。一例では、４つの制御ワイヤのそれぞれは、近位セクション２２の遠位端でＵターンする。代替的な例では、図２に示すように、制御ワイヤ３０のうちの２つは、近位セクション２２と遠位セクション２４との間に位置するコネクタ２８を通って進み、コネクタ２８の遠位端でＵターンしてよく、他の２つの制御ワイヤ３０は、近位セクション２２の遠位端でＵターンしてよい。
【００３１】
制御ワイヤ及びそれらの対応する開口部３６，３６’は、可撓性管状部材１２の各セクション２２，２４が任意の方向に９０°まで曲がることを可能にする。各セクション２２，２４は、制御ワイヤ３０を使用して独立して制御可能又は操縦可能であってよい。この可撓性により、使用者は、医療装置１０の遠位端を正確に位置決めすることができる。具体的には、可撓性管状部材１２の各部分の遠位端は、直線的な構成のセクションによって画定される長手方向軸の周りの完全な３６０度の円をトレースすることができる。言い換えれば、直線構成の断面の近位端及び遠位端を通って移動し、セクション２２，２４全体を回転させる必要がない固定された基準軸に対して、各セクションを曲げてそれぞれセクションの遠位端を任意の方向に放射方向外側へ動かすことができる。
【００３２】
管状部材１２は可撓性であるが、使用者が骨を切断している間に意図しない曲がりに耐えることができる。従って、管状部材１２は、特定の時点で形状を変化させ、ある時点でその形状を維持するように構成されることができる。対照的に、形状を変えることを意図していない剛性工具は、骨の切断中に壊れたり変形したりすることがないように、十分な剛性のみを有さなければならない。制御ワイヤ３０は、管状部材１２のセクション２２，２４に十分な剛性を提供することができ、管状部材１２が意図しない屈曲を伴うことなく骨を切断することを可能にする。
【００３３】
遠位セクション２４の断面に沿った８本の制御ワイヤ長さ（例えば、各制御ワイヤ３０が２つの長さを含む）と、近位セクション２２の断面に沿った１６本の制御ワイヤ長さを含むことは、骨などの硬い構造体を切断するか又はそうでなければ修正する場合でも、管状部材１２が所望の形状を維持することを可能にすることに役立つ。他の例では、近位又は遠位セクション２２，２４に沿った異なる数の制御ワイヤ長さは、十分な剛性を提供することができる。従って、制御ワイヤ３０によって位置決めされた近位セクション２２及び遠位セクション２４の意図された形状を損なうことなく、医療装置１０の遠位端によって高い力が及ぼされ得る。一実施形態では、管状部材１２は、少なくとも５Ｎ／ｍｍの剛性を有する。他の実施形態では、管状部材１２の剛性は、少なくとも５．５Ｎ／ｍｍ、６Ｎ／ｍｍ、６．５Ｎ／ｍｍ、又は７Ｎ／ｍｍであってよい。管状部材１２の剛性は、管状部材１２の端部に外力を加え、その結果として生じる端部のたわみを測定することによって測定することができる。剛性は、加えられた力をたわみで割ることによって計算することができる。一実施形態では、可撓性シャフト１４は、管状部材１２の剛性に影響を与えないが、他の実施形態では、可撓性シャフト１４は、管状部材１２の剛性を増加させることができる。
【００３４】
管状部材１２の剛性は、制御ワイヤ３０の太さ及び配置、管状部材１２の材料、及び管状部材１２の壁におけるスロット３４の数及び形状のような他の要因によっても影響され得る。例えば、近位セクション２２及び遠位セクション２２は、他の材料よりも強くて柔らかい高強度のニチノールを含み、管状部材１２が意図しない曲がりを伴わずに高い力に耐えることを可能にする。さらに、対応するセクション２２，２４の遠位端付近に「Ｕターン」をそれぞれ含む制御ワイヤ３０の配置は、空間を節約し、ワイヤを固定するための締め付け機構を作業用遠位端ではなくその近位端で管状部材の外側に配置することができるので、ワイヤの追加的な長さが管状部材１２の壁を通過することを可能にする。追加のワイヤは、管状部材１２の剛性を増加させる可能性がある。十分な剛性を有さない従来技術の可撓性装置は、硬い表面を切断するために使用される場合、意図せず曲がって骨を切断するのに不適切となり得る。
【００３５】
近位セクション２２及び遠位セクション２４の両方の制御ワイヤ３０は、図１に概略的に示される１つ又はそれ以上のモータ１８によって制御されてよい。制御ワイヤ３０は、ハウジング２０及び／又はモータ１６内の内腔を通って及び内腔５２を通ってモータ１８に対して近位方向に移動することができる。一例では、モータ１８は、１つ又はそれ以上の締めねじを含み得る。各制御ワイヤ３０の２つの近位端は、対応する締めねじに巻き付けられるか、そうでなければ連結され得る。締めねじを回転させて制御ワイヤ３０を短く又は長くして可撓性管状部材１２を曲げることができる。
【００３６】
一例では、第１の制御ワイヤの近位端及び第１の制御ワイヤに対向して配置された第２の制御ワイヤの近位端は、同じ締めねじに連結されてよい。従って、ねじが回転すると、一方の制御ワイヤが短くなり、他方のワイヤが長くなり、可撓性管状部材１２の一部が曲がる。従って、単一のセクションのワイヤを制御するには、２つのモータ、すなわち各制御ワイヤ対ごとに１つのモータが必要になることがある。代替例では、三角形のパターンを形成する３本の制御ワイヤを使用して、管状部材１２の各セクションを制御することができる。この例では、３つのモータを使用でき、すなわち、各制御ワイヤに１つ使用できる。締めねじの回転を測定するためにエンコーダを使用することができる。モータ１８は、医療装置１０の残りの構成要素に近接して配置されてもよく、制御ワイヤ３０がモータ１８から近位セクション２２及び遠位セクション２４まで伝えられた状態で、遠隔位置に配置されてもよい。ボーデンケーブルを使用して、遠隔モータから制御ワイヤ３０に運動を伝達することができる。追加の又は代替の例では、制御ワイヤ３０は、油圧ピストン又は空気圧ピストンによって制御することができる。例えば、モータは、ピストンの動きを引き起こし得、これは、今度は１つ又はそれ以上の制御ワイヤ３０を引っ張るか、張力を解放し得る。さらに別の例では、可撓性管状部材１２の近位セクション２２及び遠位セクション２４は、ニチノール又はバネ鋼のような形状記憶材料によって制御されてよい。この例では、形状記憶材料（例えば、細長い部材の形状の）を１つ又はそれ以上の制御ワイヤに連結することができる。その後、形状記憶材料は、電流によって活性化されて、１つ以上の制御ワイヤ３０を引っ張るか、又は張力を解放する。
【００３７】
別の例では、各制御ワイヤ３０は、１つの開口部３６のみを通過することができる。この例では、遠位制御部３８の制御ワイヤ３０の遠位端は、遠位セクション２４の遠位端に固定されてよい。同様に、近位制御部４０の制御ワイヤ３０の遠位端は、近位セクション２２の遠位端に固定されてよい。
【００３８】
近位セクション２２及び遠位セクション２４の両方の壁を通る開口部３６，３６’は、壁を通る開口部を穿孔するなどの任意の適切な方法によって形成することができる。しかし、図５から図８に示すように、一例では、遠位セクション２４は、外側管４２と内側管４４とを含み、近位セクション２２は、外側管４６と内側管４８とを含むことができる。内側管を組み立てる前に、各セクション２２，２４の外側管の内壁にスロットを形成して開口部３６，３６’を形成してよい。次に、各内側管は、対応する外側管の内腔の内側に配置されて、内側管の外側が開口３６，３６’の内壁を形成するようにしてよい。各セクションの内側管及び外側管は、同じ材料又は異なる材料で作ることができる。開口部３６，３６’を形成するこの方法は、制御ワイヤ開口部３６，３６’の製造コストを低減することができる。
【００３９】
図１に示すように、医療装置１０は、術中画像化を容易にするために、その遠位端の近くに（例えば、以下に説明する切断工具５０の近傍に）撮像装置５１を含むことができる。例えば、超音波プローブ又はビデオカメラを遠位セクション２４の遠位端に固定することができ、これは患者の解剖学的構造を視覚化するために有用であり得る。追加の又は代替の実施形態では、撮像装置５１は、内視鏡の遠位端に配置されたカメラであってよい。内視鏡は、管状部材１２の壁の開口部を通って移動し、開口部を通って近位方向に移動する任意の電気的又はデータ送信ワイヤを有する。医療装置１０は、血液又は組織からイメージングシステムを保護するためのカバーなどの機構を含むことができ、又は洗浄及び可視化の目的で洗浄液をプローブ又はカメラの表面に向けさせる特徴を含むことができる。
【００４０】
図１及び２を参照すると、医療装置は、可撓性管状部材１２の内腔２６内に配置された可撓性シャフト１４をさらに含むことができる。可撓性シャフト１４は、その遠位端に切削工具５０を含むことができる。可撓性シャフト１４は、中空の内部を有してもよく、可撓性シャフト１４の壁を部分的又は完全に貫通するスロット１５を含むことができる。スロット１５は、管状部材１２の近位セクション２２及び遠位セクション２４と整列する可撓性シャフト１４の部分に沿って延びることができる。スロット１５は、管状部材１２が制御ワイヤ３０を使用して曲げられたとき、可撓性シャフト１４の曲がりをさらに容易にすることができる。スロット１５は、可撓性シャフト１４の長手方向軸に平行に延びる２つ以上の列に整列され得る。スロット１５は任意の形状を有していてよいが、スロットは可撓性シャフト１４の外周の周りに沿って細長くされてもよく、実質的に長方形の形状を有してよい。
【００４１】
代替例では、可撓性シャフト１４は、２０１３年２月５日に発行された「Ｃａｎｎｕｌａｔｅｄ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｄｒｉｖｅ  Ｓｈａｆｔ」と題する米国特許第８，３６６，５５９号に記載された可撓性駆動シャフトであってもよく、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。従って、可撓性駆動シャフトは、複数の相互係止セクション又はリングを含み、１つのセクションからの突出ピンが隣接セクションのソケットに嵌合する。一例では、可撓性シャフト１４は、最小又はゼロの曲げモーメントを伝達することができる。代替の実施形態では、可撓性シャフト１４はトルクコイルを含むことができる。可撓性シャフト１４の任意の実施形態は、追加的又は代替的に、精度を向上させるための力センサ及びトルクセンサの少なくとも一方を含むことができる。以下にさらに説明するコンピュータシステムは、検出された力及びトルクの少なくとも一方に基づいて切断の位置変更又は停止を行うことができる。一例では、監視された力又はトルクが一定の限界を超える場合、コンピュータシステムは、切削工具５０の位置の許容できない変化を示し、切削工具５０の回転を停止させることができる。
【００４２】
可撓性シャフト１４は、骨を切断するのに十分な速度で回転することができる。一例では、可撓性シャフト１４は、少なくとも１０，０００回転／分の速度で回転することができる。他の例では、可撓性シャフト１４は、近位セクション２２及び遠位セクション２４と共に曲がる能力を保持しながら、少なくとも２０，０００，３０，０００，４００，０００，５００，０００、又は６０，０００回転／分の速度で回転することができる。可撓性シャフト１４は、図１に示されるモータ１６によって電力を供給され得る。モータ１６は、細長い円筒形状であってもよく、ハウジング２０によって保持されてよい。モータ１６は、１つ又はそれ以上の電気ケーブルを介して動力源に連結されてよい。
【００４３】
可撓性シャフト１４の遠位端は、患者の解剖学的構造の骨又は他の部分を切断又は削るために回転する切削工具５０を含むことができる。切削工具５０は、可撓性シャフト１４に強固に固定されてよい。一例では、切削工具５０は、丸い遠位端を含むバーであってよい。他の例では、可撓性シャフト１４の遠位端は、ブレード又はドリルなどの異なる切削工具５０を含むことができる。切削工具５０は、カラー５４によって少なくとも部分的に取り囲まれてよい。カラー５４は、切削工具５０の特定の部分が組織に接触することを防止し、ユーザが切削工具５０の露出部分に隣接する組織のみを切ることを可能にする。
【００４４】
図１、図２及び図３に示すように、管状部材１２の内部は、近位ポート５８及び遠位ポート５６を通ってのみ管状部材１２の外部に露出される包囲された内腔１７を含むことができる。包囲された内腔１７は、可撓性シャフト１４の内部又は外部を通って移動する細長い可撓性管によって画定される。可撓性管は、管状部材１２及び可撓性シャフト１４と共に回転及び曲がることが可能なポリマ又は他の可撓性材料を含むことができる。包囲された内腔１７は、切削工具５０が骨を切断するために使用されるときに、使用者が遠位ポート５６を通って組織、骨及び血液を患者の身体から引き抜くことを可能にする。真空又は他の吸引源を近位ポート５８に結合することができる。追加的又は代替的に、水又は他の流体を、近位ポート５８を介し、包囲された内腔１７を介し、遠位ポート５６外へと射出し、骨の表面を洗浄してよい。吸引及び灌注機能の両方は、医療処置中の作業領域の可視性を高めることができる。管状部材を使用して近位ポート５８を真空源及び収集チャンバに接続して、吸引された物質を収集するか、又は洗浄するための流体源に接続することができる。
【００４５】
上述したように、可撓性シャフト１４及び可撓性管状部材１２の各セクション２２，２４は可撓性があってよい。一例では、可撓性とは、構成要素が、直線位置にある構成要素の長手方向軸に沿った直線に対して少なくとも５°曲がるように構成されていることを意味する。例えば、可撓性シャフト１４が直線位置で始まり、可撓性シャフト１４の長手方向軸に沿って延びる直線を画定し、可撓性シャフト１４の近位端が直線上に残っている状態で、可撓性シャフト１４は直線から少なくとも５°曲げることができる。他の例では、可撓性構成要素は、直線に対して少なくとも１０°、少なくとも１５°、少なくとも２０°、少なくとも２５°、少なくとも３０°、少なくとも３５°、少なくとも４０°少なくとも４５°、少なくとも５０°、少なくとも５５°、少なくとも６０°、少なくとも６５°、少なくとも７０°、少なくとも７５°、少なくとも８０°、少なくとも８５°、又は少なくとも９０°曲がるよう構成される。
【００４６】
図３に示すように、ベアリング３２は管状部材１２と内側可撓性シャフト１４との間に位置し、管状部材１２及び医療装置の他の構成要素に対する内側可撓性シャフト１４の回転を容易にする。分かりやすくするために、図３の断面図は、制御ワイヤ３０又は制御ワイヤ開口部３６，３６’と交差しない位置で取られる。さらに、管状部材１２の壁は１つの材料として示されているが、図４及び図５に関連して説明したように、管状部材１２の壁は、共に連結された２つの異なる材料又は管状部材を含むことができる。ベアリング３２は、可撓性シャフト１４の外側又はコネクタ２７，２８，２９の内側に位置することができる。内側可撓性シャフト１４は、ベアリング３２の連結を容易にするために、図２に示すように、滑らかなセクションを含むことができる。同様に、ベアリング３２の管状部材１２への結合を容易にするために、コネクタの内部は滑らかであることができる。ベアリング３２は、回転する可撓性シャフト１４を複数の位置で支持する支持管として管状部材１２を機能させることができる。例えば、ベアリング３２は、力が切削工具５０に加えられたときに可撓性シャフト１４が管状部材１２内でゆがむのを防止するのに有用であり得る。
【００４７】
図１に示すように、医療装置１０は、ハウジング２０をさらに含むことができる。ハウジングは、２つの支持部２３，２５で医療装置の構成要素を支持してよい。支持部は、基部２１から突出してよい。各支持体２３，２５は、医療装置１０の他の構成要素を受け取るための内腔を有してよい。一例では、支持体２３は、管状部材１２の近位端及びモータ１６の一部を受け取り、支持体２５は、モータ１６の近位セクションを受け入れることができる。医療装置１０がロボットアーム付きのエンドエフェクタとして使用されるとき、ハウジング２０は、基部２１を介してロボットアームに対して医療装置１０を固定することができる。基部２１は、図１に示すように、円形であってよく、又は、他の形状であってよい。一例では、モータ１８は、ロボットアームを制御するシステムの構成要素であってよい。この例では、制御ワイヤ３０は、ハウジング２０を通り、ロボットアームの全部又は一部を通って、ロボットアーム内又はロボット装置内の別の場所に配置され得るモータ１８まで進め得る。
【００４８】
コンピュータ制御と追跡
上述のように、医療装置１０は、２０１１年８月３０日に発行された「Ｈａｐｔｉｃ  Ｇｕｉｄａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題された米国特許第８，０１０，１８０号に記載された装置のようなロボットデバイスのアームに連結され得るエンドエフェクタであってもよく、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。ロボットアームは複数のリンクを含むことができ、リンク間の各ジョイントは１つ又はそれ以上の自由度を提供する。コンピュータシステムは、医療装置１０及び医療装置１０に連結された任意のロボットアームの様々な構成要素の位置を制御することができる。
【００４９】
例えば、コンピュータシステムは、制御ワイヤ３０の動き及び切削工具５０の回転の少なくとも一方を制御するために使用されてもよく、さらに、本明細書で説明される様々な機能のいずれかを実行するために使用されてよい。医療装置１０及びロボット装置の任意の他の構成要素の動作は、オペレータによるこれらの装置の動きと協調して制御されてよい。例えば、オペレータは、（例えば、１つ又はそれ以上のボタンを押すことによって、又は可撓性管状部材を手動で配置することによって）可撓性管状部材１２の湾曲を促すことができる。しかしながら、以下に説明するナビゲーションシステムと関連して作業することにより、コンピュータシステムは、切削工具５０が患者の骨の中に深く切り込まないようにする境界等の、切削工具５０が外科手術計画に指定された特定の境界の通過を引き起こす態様で、オペレータが柔軟な管状部材１２を位置決めすることを防止する。境界は、米国特許第８，０１０，１８０号に記載されているハプティック境界であってよい。切削工具５０の望ましくない位置の通過を防止するために、コンピュータシステムは、管状部材１２の湾曲を停止させるか又は湾曲を促進することができる。
【００５０】
同様に、オペレータは、（例えばボタンを押すことによって）切削工具５０の回転を促すことができるが、もしオペレータが指定された切断領域の外に（例えば、触覚境界を越えて）これを配置しようとするときは、コンピュータシステムは、切削工具５０の回転を停止するように構成されてよい。医療装置１０がロボット装置のアームに連結されている場合、ユーザはアームを自由に動かすことができる。しかしながら、コンピュータシステムは、切削工具５０が境界を越えて望ましくない領域を通過する場合、アームの動きを停止させること及びユーザの動作を無効にすることの少なくとも一方を行うように構成されてよい。
【００５１】
コンピュータシステムは、プロセッサ及びメモリを有する処理回路を含むことができる。プロセッサは、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ又はそれ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、処理コンポーネントのグループ、又は他の適切な電子処理コンポーネントとして実行することができる。メモリ（例えば、メモリユニット、記憶装置など）は、本出願に記載された様々なプロセスを完了又は容易にするためのデータ及び／又はコンピュータコードを格納するための１つ又はそれ以上のデバイス（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクストレージなど）であってよい。メモリは、揮発性メモリ又は不揮発性メモリであってよいし、又は含んでもよい。メモリは、データベースコンポーネント、オブジェクトコードコンポーネント、スクリプトコンポーネント、又は本出願で説明されている様々なアクティビティをサポートするための任意の他のタイプの情報構造を含むことができる。例示的な実施形態によれば、メモリは、プロセッサに通信可能に接続され、本明細書で説明される１つ又はそれ以上のプロセスを実行するためのコンピュータコードを含むことができる。メモリは、それぞれが特定のタイプの機能に関連するデータ及びコンピュータコードの少なくとも一方を記憶することができる様々なモジュールを含むことができる。一実施形態では、メモリは、近位セクション２２を制御するためのモジュール、遠位セクション２４を制御するためのモジュール、及び可撓性シャフト１４及び切削工具５０の回転を制御するためのモジュールなど、医療処置に関連するいくつかのモジュールを含む。
【００５２】
コンピュータシステムは、単一のハウジングに収容される必要はないことを理解されたい。むしろ、コンピュータシステムの構成要素は、医療装置１０に対して１つ又はそれ以上の遠隔位置を含む複数の位置に配置することができる。プロセッサ及びメモリの構成要素を含むコンピュータシステムの構成要素は、例えば医療装置１０に連結されたロボット装置及びシステムの構成要素に配置されてよい。
【００５３】
本開示は、様々な動作を達成するための任意の機械可読媒体上の方法、システム、及びプログラム製品を検討している。機械可読媒体は、コンピュータシステムの一部であってよいし、コンピュータシステムとインタフェースしてよい。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、又はこの目的又は別の目的のために組み込まれた適切なシステム用の専用コンピュータプロセッサによって、又はハードワイヤードシステムによって実行されてよい。本開示の範囲内の実施形態は、機械実行可能命令又はそれに格納されたデータ構造を保持又は保有する機械可読媒体を含むプログラム製品を含む。このような機械可読媒体は、汎用又は専用コンピュータ、又はプロセッサを備えた他の機械によってアクセス可能な任意の利用可能な媒体とすることができる。一例として、このような機械可読媒体は、機械実行可能命令又はデータ構造の形態で所望のプログラムコードを保持又は格納するために使用することができ、汎用又は専用コンピュータ又はプロセッサを備えた他の機械によってアクセスすることができる、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、他の磁気記憶装置、ソリッドステート記憶装置又は任意の他の媒体を含むことができる。情報がネットワーク又は他の通信接続（有線、無線、又は有線又は無線の組み合わせ）を介してマシンに転送又は提供される場合、マシンはその接続を機械読み取り可能媒体と適宜見なす。従って、そのような接続は、いずれも機械読み取り可能媒体と適切に呼ばれている。上記の組み合わせも、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は特殊用途処理機械に特定の機能又は機能群を実行させる命令及びデータを含む。
【００５４】
コンピュータシステムはさらに、１つ又はそれ以上の通信インタフェースを含むことができる。通信インターフェースは、直接接続又はネットワーク接続（例えば、インターネット接続、ＬＡＮ、ＷＡＮ、又はＷＬＡＮ接続など）を介して外部ソースとのデータ通信を行う有線又は無線インターフェース（例えば、ジャック、アンテナ、送信器、受信器、トランシーバー、有線端末）などであってよく、又は含んでよい。例えば、通信インタフェースは、イーサネット（登録商標）ベースの通信リンク又はネットワークを介してデータを送受信するためのイーサネット（登録商標）カード及びポートを含むことができる。別の例では、通信インタフェースは、無線通信ネットワークを介した通信のためのＷｉ−Ｆｉトランシーバを含むことができる。従って、コンピュータシステムが医療装置１０の構成要素、例えばモータ１６又はモータ１８から物理的に離れている場合、通信インタフェースは、コンピュータシステムとこれらの別個の構成要素との間の無線通信を可能にすることができる。
【００５５】
ナビゲーションシステム６０を使用して、画像誘導処置の間に切削工具５０及び手術室の他の物体の位置及び／又は向きを追跡することができる。ナビゲーションシステム６０は、非機械的追跡システム、機械的追跡システム、又は非機械的システム及び機械的システムの任意の組み合わせなど、オブジェクトの位置及び向きの少なくとも一方を追跡するように構成された任意のタイプのナビゲーションシステムであってよい。
【００５６】
光学的及び超音波追跡システムなど、様々なタイプの非機械的追跡システムを使用することができる。例えば、図１に示すように、ナビゲーションシステムは、可視光を検出するために手術室に配置された検出装置６２を含むことができる。検出装置６２は、例えばＭｉｃｒｏｎ  Ｔｒａｃｋｅｒ（Ｃｌａｒｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．，Ｔｏｒｏｎｔｏ，Ｃａｎａｄａ）であってよい。付加的又は代替的な例では、検出装置６２は、赤外線放射に敏感なステレオカメラ対を含むことができる。さらに別の例では、検出装置６２は、いずれも医療装置１０のリアルタイムの術中トラッキングを可能にする超音波撮像装置又は蛍光透視装置の一部（例えば、Ｘ線エミッタ）を含むことができる。さらに別の例では、ナビゲーションシステム６０は、追跡された物体に埋め込まれ又は固定された電磁センサに電流を誘導する送信機を用いた、電磁的追跡を含むことができる。
【００５７】
ナビゲーションシステムの任意の例は、医療装置１０、医療装置１０に連結されたロボット装置の他の構成要素又は患者のような、追跡すべき対象に固定された１つ又はそれ以上の追跡可能要素６４をさらに含むことができる。追跡可能な要素は、使用されている検出装置のタイプによって「可視化」されることができる。検出デバイスに応じて、追跡可能要素は、積極的（例えば、発光ダイオード又はＬＥＤ）又は受動的（例えば、反射球、チェッカーボードパターンなど）であってもよく、独特の幾何学的形状（例えば、マーカの独特な幾何学的形状の配置）、又は活性マーカの場合は、独特の発火パターンを示してよい。他の追跡可能要素は、放射線不透過性マーカ、機械的特徴、カラー塗装要素、又は投影光学パターンを含むことができる。
【００５８】
機械的追跡システムは、追加的又は代替的に、可撓性管状部材２０及び／又は切削工具５０の位置及び／又は向きを決定するために使用されてよい。一例では、例えば、ジョイント内でセンサを使用して得たロボットアームのジョイント及び可撓性管状部材１２の幾何学的形状及び動きに関する既知の情報、及び近位及び遠位セクション２２，２４における曲げの程度に関する情報をコンピュータシステムが使用し、切削工具５０の位置及び／又は向きを計算してよい。
【００５９】
別の例では、１つ又はそれ以上の光ファイバ形状センサ６６（図１）が、ロボットアーム及び可撓性管状部材１２の少なくとも一方に連結されてよい。光ファイバ形状センサ６６は、細長い管状部材１２の壁の内腔を通すことができる。光ファイバ形状センサ６６は、１つ又はそれ以上の光ファイバを含むことができる。光ファイバの形状（位置座標及び方向）は、２０１５年６月９日に発行された、タイトル「Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａ  Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  Ｒｉｇｉｄ  Ｏｂｊｅｃｔ」米国特許第９，０５０，１３１号に記載され、その全体が参照により本明細書に組み込まれるように、光ファイバに沿った複数の検出点でのローカルファイバ曲げを決定することによって決定することができる。いくつかの実施形態では、検出装置６２及び１つ又はそれ以上の追跡可能要素６４を使用するような第１のタイプのナビゲーションシステムからの情報は、光ファイバ形状センサ６６、及び切削工具５０と細長い管状部材１２との間の既知の関係など、別のタイプのナビゲーションシステムからの情報と統合され、切削工具５０の位置及び方向を計算する。
【００６０】
医療装置１０は、外科処置中の画像誘導を助けるためにコンピュータモデルに対して較正されてよい。較正プロセスの間に、３Ｄカメラは、管状部材１２の形状及び制御ワイヤ３０の操作によって引き起こされる動きを捕捉することができる。次いで、データは、医療装置１０の正確なコンピュータ化されたモデルを作成するために、数学的モデルに適合させることができる。１つの例示的なプロセスでは、制御ワイヤ３０をある距離徐々に引っ張り、管状部材１２の形状を測定することができる。引張り距離と管状部材１２の形状との間の関係に基づいて、管状部材１２の既存のモデルを調整することができる。このプロセスは、制御ワイヤ３０を徐々に引っ張って繰り返され、コンピュータ化されたモデルの精度を継続的に調節し向上させ得る。
【００６１】
動作中、追跡可能な要素の位置、固有のジオメトリ、及び追跡された物体に対する既知の幾何学的関係に基づいて、検出装置は追跡可能な要素の位置を検出し、検出装置に関連する埋め込み型電子機器を含むコンピュータシステムは、追跡可能な要素が固定されている追跡可能な物体の姿勢（位置及び向き）を計算することができる。
【００６２】
管状部材１２の較正、及び医療装置１０、患者、及び手術室における他の物体の両方の追跡は、処置が画像誘導されることを可能にすることができる。画像誘導過程において、モニタは、患者の解剖学的構造、管状部材１２及び切削工具５０の表示を映すことができる。画像は、外科医又は他のユーザが、切削工具５０の位置と患者の骨又は他の解剖学的構造の位置の関係を見ることを可能にする。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムは、切削工具５０の実際の位置と切削工具５０の所望の位置との間の距離を計算することができる。次いで、コンピュータシステムは、切削工具５０を所望の位置に配置するために、医療装置１０の位置を自動的に、又は外科医に調整を実施するように指示することによって、医療装置１０の位置を調節することができる。
【００６３】
例示的な適用
医療装置１０は、骨の修正を必要とする任意の処置中に使用されてよい。追加的に又は代替的に、医療装置１０を使用してより軟質の組織を除去することができる。医療装置１０は、患者の皮膚の小さな切開部を介して最小限の侵襲処置中に使用することができる。医療装置１０の柔軟性により、外科医は、直線ツールによってアクセスできない場所に、又は直線ツールによるアクセスが軟質の組織にさらなる損傷を必要とする場所に、切削工具５０を位置付けることができる。一例では、医療装置１０は、股関節形成術及び膝関節形成術の処置の間に使用され得る。これらの手順では、直線ツールでは簡単にアクセスできない骨の表面を修正する必要がある。
【００６４】
１つの特定の例では、医療装置１０は、寛骨臼リム又は大腿骨頭から骨を除去する必要がある大腿骨寛骨臼インピンジメント処置中に使用されてもよく、患者の皮膚の小さな切開を通して実施され得る。典型的には、直線器具を使用する場合、外科医は患者の股関節内の特定の場所に到達するのが困難な場合がある。しかしながら、医療装置１０の柔軟性は、外科医が患者の解剖学的構造の周りで可撓性管状部材１２を湾曲させてアクセス困難な場所に到達させ、寛骨臼リム又は大腿骨頚部を効果的に再形成することを可能にすることができる。別の例では、医療装置１０は、内視鏡的椎間板切除の間に使用されてよい。可撓性管状部材１２の可撓性により、外科医は、ヘルニア付き椎間板を除去するためにより望ましい位置により効果的に到達することができる。
【００６５】
本開示の原理は、特定の用途のための例示的な実施形態を参照して本明細書に記載されているが、本開示はそれに限定されないことを理解されたい。当業者であれば、本明細書で提供される教示にアクセスすることにより、本明細書に記載された実施形態の範囲内に入る追加の改変、応用、実施形態及び均等物の置換を認識するであろう。従って、本発明は、上記の説明によって限定されると見なされるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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