【手続補正書】
【提出日】平成27年8月14日(2015.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】ハウジングから延びる切断アクセサリ及びハウジングに対する切断アクセサリの位置を確立するアクチュエータを備える手術器具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的に、手持ち手術器具、手持ち手術器具をトラッキング及び制御するシステム及び使用方法に関する。トラッキング及び制御システムは、境界に対して器具の作業部分を望ましい関係に保持するのに使用される。システムは、アクセサリが、医療／外科施術の間、組織に適用されるときに、器具と一体の切断アクセサリの位置を制御するものである。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本特許出願は、双方が引用することにより本明細書の一部をなす２０１１年９月２日に出願された米国仮特許出願第６１／５３０６１４号及び２０１２年６月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／６６２０７０号の優先権及び全ての利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
トラッキングシステム（ナビゲーションシステムとしても知られる）は、器具の正確な配置が要求される手術の間、外科医を補助するものである。このような手術は、神経外科手術及び整形外科手術を含んでいる。トラッキングシステムは、施術の間、器具の位置及び方位をトラッキングし、しばしば、患者の術前画像又は術中画像（術前画像は、典型的に、ＭＲＩ又はＣＴスキャンにより準備され、一方、術中画像は、蛍光透視装置、低レベルＸ線又は任意の同様の装置を用いて準備される）ともに、モニタに器具の位置及び／又は方位を表示している。代替的に、幾つかのシステムは、患者の解剖学的構造が代わりに登録され、解剖学的モデルに数学的に当てはめられた画像無しのものである。
【０００４】
従来技術のトラッキングシステムは、典型的には、器具に配置されたトラッキング装置を検出するカメラを採用している。トラッキング装置は、器具の位置及び方位を決定するように発光ダイオード（ＬＥＤ）等の複数の光学マーカを有している。器具の位置は、通常、カメラに対する三次元空間における器具の作業端部の座標、すなわちｘ、ｙ、ｚ又はデカルト座標と相関している。器具の方位は、器具のピッチ、ロール及びヨーを意味する。器具の位置及び方位の両方が定義されると、その器具の相対位置がトラッキングシステムに既知となる。
【０００５】
整形外科手術は、切断治具を適切に配置及び位置決めすることを助けるように、しばらく前から、トラッキングシステムを使用している。切断治具は、置換移植片を収めるように関節を準備する目的で骨を切断するのに使用される。切断治具を配置及び固定するのに要する時間は、関節置換外科施術を行うのに必要な全体の時間をかなり増加させる可能性がある。切断治具は、正確に配置されなければならないことが理解されるべきである。切断治具の不正確な配置は、理想に満たない外科的結果の一因となる可能性がある。結果として、切断治具の使用を排除する動きがある。その代わり、外科医は、器具の切断部分が既定の境界を越えて逸れないことを確実にするように、器具のトラッキングのみに依存することになる。
【０００６】
このようなトラッキングシステムでは、トラッキングシステムが、器具及び骨等の切断される物質の位置及び方位の両方をトラッキングできるように、器具及び切断される物質の両方がトラッカを装備している。器具は、移動に対する何らかの形態の機械的制約を提供するロボット又は他の関節機構により保持される。この制約は、器具の移動を既定の境界内に制限するものである。器具が既定の境界を越えて逸れた場合には、切断を停止するように器具に制御が送信される。このようなシステムは、Ｇｌａｓｓｍａｎ他への米国特許第５，４０８，４０９号に示されている。
【０００７】
従来技術では、器具の端部の切断用具が適用される位置を確立するように、切断治具、ガイドアーム又は他の制約機構を用いずに、器具をフリーハンドで使用することが提案されてきた。例えば、Ｂｒｉｓｓｏｎ他への米国特許第６，７５７，５８２号参照。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。該器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。駆動機構は、前記作業部分に連結され、前記作業部分を回転軸の回りで回転させるようになっている。前記駆動機構は、前記手持ち部分に対して少なくとも１つの自由度で移動するようになっている。
【０００９】
本発明はまた、この段落内に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結され、遠位側チップを含んでいる。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。前記作業部分の前記遠位側チップは、前記複数の自由度のそれぞれで少なくとも０．２インチ（０．５０８ｃｍ）の総変位が可能である。
【００１０】
本発明はまた、医療施術の間、手持ち部分、作業部分、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、前記手持ち部分に対する前記作業部分の位置を検知する複数のセンサ及び器具を制御する制御システムを備える前記器具を用いて組織を処置する方法を提供する。
該方法は、前記医療施術の間、患者の前記組織を前記作業部分で処置するように、前記手持ち部分を手動で支持するとともに移動させるステップと、前記制御システムが、前記手持ち部分に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、前記医療施術の間、前記組織と関連する仮想境界に対する所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複数の自由度のうちの１つ又は複数で前記作業部分が移動するときに、前記ホーム位置からの前記作業部分の逸脱をトラッキングするように、前記制御システムを操作するステップと、を含む。
【００１１】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、器具を用いて組織を処置する方法を提供する。前記器具は、手持ち部分、作業部分、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、前記手持ち部分に対する前記作業部分の位置を検知する複数のセンサ及び該器具を制御する制御システムを有している。
前記方法は、前記医療施術の間、患者の前記組織を前記作業部分で処置するように、前記手持ち部分を手動で把持するとともに移動させるステップと、前記制御システムが、前記手持ち部分に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、前記医療施術の間、前記組織と関連する仮想境界に対する所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複数の自由度のうちの１つ又は複数で前記作業部分が移動するときに、前記ホーム位置からの前記作業部分の逸脱をトラッキングするように、前記制御システムを操作するステップと、を含む。前記制御システムは、前記逸脱に基づいて前記作業部分の切断速度を制御している。
【００１２】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。駆動アセンブリは、前記手持ち部分に移動可能に連結され、前記作業部分を支持している。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられており、前記医療施術の間、前記器具をトラッキングするようになっている。前記駆動アセンブリは、前記アクチュエータのうちの１つを支持し、前記手持ち部分に対して少なくとも１つの自由度で前記アクチュエータのうちの少なくとも別の１つにより移動可能である。
【００１３】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。少なくとも１つの調整機構は、前記アクチュエータと前記作業部分との間に配置され、前記アクチュエータから前記作業部分に運動を伝達するようになっている。
【００１４】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられており、前記医療施術の間、該器具をトラッキングするようになっている。ジンバルは、前記手持ち部分に対して前記自由度のうちの少なくとも２つでの前記作業部分の移動を支持している。
【００１５】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。該器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記作業部分に作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。駆動モータは、前記手持ち部分により支持され、前記作業部分に連結して切断軸の回りで前記作業部分を回転させる駆動シャフトを含んでいる。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられており、前記医療施術の間、該器具をトラッキングするようになっている。前記アクチュエータのうちの１つは、内部に前記駆動シャフトを回転可能に収める中空ロータを有するモータを有し、それにより、前記駆動モータの前記駆動シャフトが、前記作業部分を回転可能に駆動するように、前記中空ロータ内で、前記中空ロータに対して回転している。
【００１６】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分と、前記手持ち部分に移動可能に連結される切断アクセサリと、前記切断アクセサリに作動的に連結し、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータであって、軸に沿って前記切断アクセサリを並進させる軸アクチュエータを含む複数のアクチュエータと、切断軸の回りで前記切断アクセサリを回転させる駆動軸を有する駆動モータと、前記手持ち部分に取り付けられ、前記医療施術の間、該器具をトラッキングするトラッキング装置と、前記駆動シャフトの回転の際に、前記切断軸の回りで前記切断アクセサリが回転するように、前記駆動シャフトを前記切断アクセサリに回転可能に連結させるコレットアセンブリであって、前記軸アクチュエータの既定の作動限界を越える作動に応じて、前記切断アクセサリを解放するように構成されるコレットアセンブリと、を備えている。
【００１７】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置する器具を提供する。前記器具は、ユーザにより手動で支持されて移動される手持ち部分を備えている。回転する切断アクセサリは、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記切断アクセサリに作動的に連結され、前記回転する切断アクセサリを前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。スリーブは、前記切断アクセサリを少なくとも部分的に覆い、前記複数の自由度のそれぞれで前記切断アクセサリとともに移動するようになっている。前記切断アクセサリは、前記医療施術の間、前記スリーブ内で回転するよう構成されている。
【００１８】
本発明はまた、医療施術の間、組織を処置するシステムを提供する。該システムは、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成された器具を備えている。前記器具は、手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするようになっている。該システムは、処置される前記組織と関連する仮想境界に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲーションシステムを備えている。制御システムは、前記アクチュエータと通信状態にあり、前記作業部分が前記手持ち部分の移動と独立に前記境界に実質的に維持されるように、前記ユーザが前記手持ち部分を前記境界に対して移動させる間に、前記作業部分を前記境界に能動的に位置させるべく前記アクチュエータを制御するように構成されている。
【００１９】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置するシステムを提供する。器具は、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成されている。前記器具は、手持ち部分を備えている。作業部分は、前記手持ち部分に移動可能に連結されている。複数のアクチュエータは、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させるようになっている。トラッキング装置は、前記手持ち部分に取り付けられ、前記器具をトラッキングする当該システムは、除去される前記組織の目標体積に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲーションシステムを備えている。制御システムは前記アクチュエータと通信状態にあり、前記医療施術の間、前記ユーザが前記目標体積に対する総体的位置に前記手持ち部分を実質的に維持する間に、物質の前記目標体積を除去するように前記作業部分が自発的に該制御システムに規定された経路をたどるように、前記作業部分を前記手持ち部分に対して移動させるべく前記アクチュエータを制御するように構成されている。
【００２０】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置するシステムを提供する。前記システムは、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成された器具を備えている。前記器具は、手持ち部分、前記手持ち部分に移動可能に連結される作業部分、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、及び、前記手持ち部分に取り付けられ、前記器具をトラッキングするトラッキング装置を備えている。前記システムは、処置される前記組織と関連する仮想境界に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲーションシステムを備えている。ディスプレイは、前記ナビゲーションシステムと通信状態にあり、前記仮想境界に対する前記作業部分の前記位置を表示するようになっている。制御システムは、前記作業部分を前記手持ち部分に対して移動させるべく前記アクチュエータを制御するように前記アクチュエータと通信状態にある。前記制御システムは、前記手持ち部分に対する前記作業部分のホーム位置を確立し、前記医療施術の間、前記仮想境界に対する所望の関係を維持するように、前記手持ち部分に対して前記複数の自由度のうちの１つ又は複数で前記作業部分が移動するとき、前記ホーム位置からの前記作業部分の逸脱をトラッキングするように構成されている。前記ディスプレイが、前記ホーム位置に対する前記作業部分の前記逸脱を表示している。
【００２１】
本発明はまた、この段落に記載されるような、医療施術の間、組織を処置するシステムを提供する。前記システムは、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成された器具を備えている。前記器具は、手持ち部分、前記手持ち部分に移動可能に連結される作業部分、前記作業部分と作動的に連結され、前記作業部分を前記手持ち部分に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ、及び、前記手持ち部分に取り付けられ、該器具をトラッキングするトラッキング装置を備える前記システムは、処置される前記組織と関連する仮想境界に対する前記作業部分の位置を決定するナビゲーションシステムを備えている。ディスプレイは、前記ナビゲーションシステムと通信状態にあり、前記仮想境界に対する前記作業部分の前記位置を表示している。制御システムは、前記作業部分を前記手持ち部分に対して移動させるべく前記アクチュエータを制御するように前記アクチュエータと通信状態にある。前記制御システムは、前記作業部分が前記仮想境界に接近するにつれ、前記ディスプレイの解像度を変化させるべく前記ディスプレイを制御するように構成されている。
【００２２】
本発明はまた、患者の脊椎に脊椎固定術を行う方法を提供する。
前記方法は、前記患者の脊椎と関連する仮想境界を確立するステップと、前記患者の脊椎への皮膚を通るアクセスを提供するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキング装置を有する器具を手動で保持するステップと、前記仮想境界に対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように前記器具のトラッキング及び制御システムを操作するステップと、前記皮膚の切開部を通して前記切断アクセサリを移動させるステップと、前記患者の脊椎から物質を切断して除去するステップであって、前記トラッキング及び制御システムは、切断中に前記切断アクセサリが前記境界に対する所望の関係に実質的に維持されるように、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記アクチュエータを制御する、切断して除去するステップと、前記患者の脊椎から物質を切断して除去した後に、前記患者の脊椎に移植片を取り付けるステップと、を含んでいる。
【００２３】
本発明はまた、患者の臀部に対する施術を行う方法を提供する。
前記方法は、前記患者の大腿骨骨頭と関連する仮想境界を確立するステップであって、前記仮想境界が、前記患者の前記大腿骨骨頭と寛骨臼との間にカムインピンジメントを生じる物質の体積を画定する、確立するステップと、前記患者の前記大腿骨骨頭に皮膚を通るアクセスを提供するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキング装置を有する器具を手動で保持するステップと、トラッキング及び制御システムが前記仮想境界に対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように、前記器具の前記トラッキング及び制御システムを操作するステップと、前記皮膚の切開部を通して前記大腿骨骨頭に前記切断アクセサリを移動させるステップと、前記寛骨臼とのカムインピンジメントを緩和するように該インピンジメントを生じる前記大腿骨骨頭から物質の前記体積を切断して除去するステップと、を含んでいる。切断中に、前記画定された物質の体積を除去するように、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係に実質的に維持され、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記トラッキング及び制御システムが前記アクチュエータを制御する。
【００２４】
本発明はまた、患者の膝に対する施術を行う方法を提供する。
前記方法は、前記患者の前記大腿骨及び頸骨と関連する仮想境界を確立するステップであって、前記仮想境界が、グラフトを収めるように前記大腿骨及び頸骨から除去されるべき物質の体積を画定する、確立するステップと、前記患者の前記大腿骨又は頸骨へのアクセスを提供するように、前記患者の皮膚を通るアクセス通路を形成するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキング装置を有する器具を手動で保持するステップと、トラッキング及び制御システムが前記仮想境界に対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように、前記器具の前記トラッキング及び制御システムを操作するステップと、前記アクセス通路を通して前記大腿骨又は頸骨に前記切断アクセサリを移動させるステップと、前記大腿骨及び前記頸骨から物質の前記体積を切断して除去するステップであって、前記切断が大腿骨通路又は頸骨通路を形成するように前記大腿骨又は頸骨のうちの一方を通って最初に生じ、前記大腿骨又は頸骨に配置された前記切断アクセサリでの切断が前記大腿骨又は頸骨通路の他方を形成するように前記大腿骨又は頸骨の他方で次に生じ、前記頸骨又は前記大腿骨における切断中に、前記画定された物質の体積を除去するように、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係に実質的に維持されるように、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記トラッキング及び制御システムが前記アクチュエータを制御する切断して除去するステップと、前記頸骨通路及び前記大腿骨通路にグラフトを配置するステップとを含んでいる。
【００２５】
本発明はまた、患者の軟骨の局所欠損を修復する方法を提供する。
前記方法は、前記患者の前記軟骨の前記局所欠損と関連する仮想境界を確立するステップであって、前記仮想境界が、前記局所欠損の周囲の除去されるべき物質の体積を画定する、確立するステップと、前記局所欠損へのアクセスを提供するように、前記患者の皮膚を通るアクセス通路を形成するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキング装置を有する器具を手動で保持するステップと、トラッキング及び制御システムが前記仮想境界に対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように、前記器具の前記トラッキング及び制御システムを操作するステップと、前記アクセス通路を通して前記局所欠損に前記切断アクセサリを移動させるステップと、前記局所欠損を取り囲む物質の前記体積を切断して除去するステップとを含んでいる。切断中に、前記画定された物質の体積を除去するように、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係に実質的に維持され、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記制御システムが前記アクチュエータを制御する。
【００２６】
本発明はまた、移植片を収めるように骨を準備する方法を提供する。
前記方法は、前記患者の前記骨と関連する仮想境界を確立するステップであって、前記仮想境界が、移植片を収めるように成形された移植ポケットを形成するように除去されるべき骨の体積を画定する、確立するステップと、除去すべき骨の前記体積へのアクセスを提供するステップと、手持ち部分、切断アクセサリ、前記手持ち部分に対して複数の自由度で前記切断アクセサリを移動させる複数のアクチュエータ、及び、トラッキング装置を有する器具を手動で保持するステップと、トラッキング及び制御システムが前記仮想境界に対する前記切断アクセサリの移動をトラッキングするように、前記器具の前記トラッキング及び制御システムを操作するステップと、除去されるべき骨の前記体積に前記切断アクセサリを移動させるステップと、前記移植片ポケットを形成するように骨の前記体積を切断して除去するステップとを含む。切断中に、前記画定された骨の体積を除去するように、前記切断アクセサリが前記仮想境界に対する所望の関係に実質的に維持され、前記手持ち部分に対して前記切断アクセサリを移動させるように前記トラッキング及び制御システムが前記アクチュエータを制御する。
前記方法は、前記移植片を前記移植片ポケットに配置するとともに、前記移植片ポケットの所定の位置に前記移植片を固定するステップを含んでいる。
【００２７】
有利なことに、本発明は、器具のアクチュエータが、手持ち部分に対して複数の自由度で作業部分を配置する間、オペレータが容易に器具を操作することを有益に可能にする器具のコンパクトなデザインを提供する。また、このコンパクトなデザインは、施術される組織との視覚的な干渉を軽減するものである。このコンパクトなデザインは、手持ち部分をユーザの手で保持及び支持されるサイズ及び形状にすることを可能にしている。
【００２８】
本発明は、また、仮想境界に対する器具の作業部分の相対的位置を示すフィードバックをオペレータに有利に提供する。オペレータは、ホーム位置からの逸脱及び／又は作業部分の速度の低下を観測することにより、仮想境界に対する作業部分の位置を決定することができる。作業部分の速度の低下は、仮想境界に対する作業部分の位置の視覚的及び／又は聴覚的な指示を提供することができる。ディスプレイもまた、作業部分の位置に関するフィードバックを提供する。
【００２９】
制御システムは、器具を多様なモードで操作し、多様な施術を行う能力を提供する。例えば、器具は、能動モード、受動モード又は自発モードで動作することが可能である。制御システムは、例えば、手持ち部分に対して複数の自由度で作業部分を配置し、仮想境界に対する所望の関係を維持するようにアクチュエータを制御している。
【００３０】
器具で行うことができる多様な施術は、例えば、スカルプティング、シェービング、コアリング、穴開け又は骨等の組織を除去する任意の他の方法を含む。器具は、脊椎、膝、臀部の組織除去又は他の施術に使用することができる。これらの施術は、開腹術（ｏｐｅｎ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）又は低侵襲施術であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の利点は、添付図面とともに考慮したときに、以下の詳細な説明を参照することで本発明がより良く理解され、容易に理解されることになる。
【００３２】
【図１】本発明のトラッキング及び制御システムの概略図である。
【図１Ａ】作業境界の説明図である。
【図２】図１のトラッキング及び制御システムで使用される手術器具の斜視図である。
【図２Ａ】図１のトラッキング及び制御システムで使用される手術器具の後方斜視図である。
【図３】手術器具の正面図である。
【図４】手術器具の上面図である。
【図５】手術器具の右側面図である。
【図６】保護カバー、ディスプレイ及びカバーが除去された図２の手術器具の上方斜視図である。
【図７】図６からの手術器具の正面図である。
【図８】図７からの手術器具を通して取られた断面図である。
【図９】図６の手術器具の上部アセンブリの上方斜視図である。
【図１０】上部アセンブリの斜視図である。
【図１１】上部アセンブリの正面図である。
【図１２】上部アセンブリの上面図である。
【図１３】上部アセンブリの底面図である。
【図１４】上部アセンブリの左側面図である。
【図１５】上部アセンブリの右側面図である。
【図１６】図１２の１６−１６線に沿って取られた断面図である。
【図１７】上部アセンブリの分解図である。
【図１７Ａ】図１２の１７Ａ−１７Ａ線に概略沿って取られた上部アセンブリの断面図である。
【図１７Ｂ】図１１の１７Ｂ−１７Ｂ線に概略沿って取られた上部アセンブリの断面図である。
【図１８】上部アセンブリの端部エフェクタの異なるピッチ位置を示す上部アセンブリの背面図である。
【図１９】上部アセンブリの端部エフェクタの異なるピッチ位置を示す上部アセンブリの背面図である。
【図２０】上部アセンブリの端部エフェクタの異なるピッチ位置を示す上部アセンブリの背面図である。
【図２１】端部エフェクタの異なるヨー位置を示す上部アセンブリの上面図である。
【図２２】端部エフェクタの異なるヨー位置を示す上部アセンブリの上面図である。
【図２３】端部エフェクタの異なるヨー位置を示す上部アセンブリの上面図である。
【図２４】端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。
【図２５】端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。
【図２６】端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。
【図２７】端部エフェクタの異なるヨー／ピッチ位置を示す上部アセンブリの後方斜視図である。
【図２８】図６の手術器具のハンドルアセンブリの上方斜視図である。
【図２９】ハンドルアセンブリの右前方斜視図である。
【図３０】ハンドルアセンブリの正面図である。
【図３１】ハンドルアセンブリの上面図である。
【図３２】ハンドルアセンブリの底面図である。
【図３３】ハンドルアセンブリの左側面図である。
【図３４】ハンドルアセンブリの右側面図である。
【図３５】図３１の３５−３５線に沿って取られた断面図である。
【図３５Ａ】ハンドルアセンブリに対するスライダサブアセンブリのスライドする構成を示す断面図である。
【図３５Ｂ】ナット及び送りネジ（ｌｅａｄ  ｓｃｒｅｗ）を示すようにハンドルの部分が切り取られた器具の部分後方斜視図である。
【図３６】ハンドルアセンブリの分解斜視図である。
【図３７】上部アセンブリを駆動するリニアナットの異なるｚ軸位置を示すハンドルアセンブリの上面図である。
【図３８】上部アセンブリを駆動するリニアナットの異なるｚ軸位置を示すハンドルアセンブリの上面図である。
【図３９】上部アセンブリを駆動するリニアナットの異なるｚ軸位置を示すハンドルアセンブリの上面図である。
【図４０】上部アセンブリのスライダサブアセンブリの上方斜視図である。
【図４１】スライダサブアセンブリの後方斜視図である。
【図４２】スライダサブアセンブリの分解斜視図である。
【図４３】スライダサブアセンブリの下方斜視図である。
【図４３Ａ】スライダサブアセンブリの上面図である。
【図４４】図４３Ａの４４−４４線に沿って取られたスライダサブアセンブリの断面図である。
【図４５】図４３Ａの４５−４５線に沿って取られたスライダサブアセンブリの断面図である。
【図４６】配線経路を示すように一部が除去されたハンドルアセンブリの上方斜視図である。
【図４７】一部が除去されたハンドルアセンブリの上面図である。
【図４８】一部が除去されたハンドルアセンブリの右側面図である。
【図４９】追加的な配線経路を示す図４７の４９−４９線に沿って取られた斜視断面図である。
【図５０】追加的な配線経路を示す図４７の４９−４９線に沿って取られた斜視断面図である。
【図５１】ナビゲーションブラケット、駆動エンクロージャ及びこれに取り付けられた配線分別具を有するハンドルアセンブリの斜視図である。
【図５２】図５１の５２−５２線に沿って取られた断面図である。
【図５３】配線分別具の分解斜視図である。
【図５３Ａ】フェルールの斜視図である。
【図５４】モータコントローラが収容されるシェルの内容物の分解斜視図である。
【図５５】ナビゲーションブラケットの分解図である。
【図５６】端部エフェクタの動作範囲を示す器具の上前方斜視図である。
【図５７】端部エフェクタの断面図である。
【図５８】システムの初期化ステップを示すフローチャートである。
【図５９】システムの使用の間に実行される動作ステップを示すフローチャートである。
【図６０】作業境界の表面モデルの斜視図である。
【図６１】作業境界の体積モデルの斜視図である。
【図６２】作業境界外のバーヘッドを示す説明図である。
【図６３】作業境界にあるバーヘッドを示す説明図である。
【図６４】バーの偏位についてのバーの速度プロファイルを示すチャートである。
【図６５】骨の切削（ｂｏｎｅ  ｓｃｕｌｐｔｉｎｇ）に使用する本発明の用途の説明図である。
【図６６】骨の穴開け（ｂｏｎｅ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）に使用する本発明の用途の説明図である。
【図６７】図６７Ａ〜図６７Ｃは目標設定／整列に使用する本発明の用途の説明図である。
【図６８】器具に配位されると考えられるディスプレイの説明図である。
【図６９】組織又は神経回避に使用する本発明の用途の説明図である。
【図７０】深さ制御に使用する本発明の用途の説明図である。
【図７１】移植片成形に使用する本発明の用途の説明図である。
【図７２】近位側アセンブリ及び遠位側アセンブリを備える器具のペンシルグリップ実施形態の斜視図である。
【図７３】図７２の器具の別の斜視図である。
【図７４】図７２の器具の一部の分解図である。
【図７５】図７５Ａ〜図７５Ｃは種々のピッチ位置にある図７２の器具の断面図である。
【図７６】図７２の器具の一部の断面図である。
【図７７】図７２の器具の別の部分の断面図である。
【図７８】図７２の器具の遠位側部分の斜視図である。
【図７９】遠位側部分の分解斜視図である。
【図８０】ノーズチューブの斜視図である。
【図８１】コレットアセンブリの断面図である。
【図８２】コレットアセンブリの別の断面図である。
【図８３】コレットアセンブリの分解斜視図である。
【図８４】カラーとコレットアセンブリとの間のシャフトの部分分解斜視図である。
【図８５】ｚ軸に沿う種々の位置における器具の断面図である。
【図８６】ｚ軸に沿う種々の位置における器具の断面図である。
【図８７】ｚ軸に沿う種々の位置における器具の断面図である。
【図８８】切断アセンブリが、ノーズチューブの更なる収縮で除去されることができるように、シャフトが配置された器具の一部の断面図である。
【図８９】解放位置にあるコレットアセンブリを有する器具の一部の断面図である。
【図９０】ノーズチューブの断面図である。
【図９１】送りネジの斜視図である。
【図９２】送りネジの断面図である。
【図９３】反発防止装置を含むノーズチューブの実施形態の断面図である。
【図９４】反発防止装置の別の断面図である。
【図９５】ジンバルを含む図７２の器具の一部の断面図である。
【図９６】調整アセンブリの断面図である。
【図９７】調整アセンブリの斜視図である。
【図９８】調整アセンブリの別の斜視図である。
【図９９】調整アセンブリの断面図である。
【図１００】調整アセンブリの別の断面図である。
【図１０１】調整アセンブリの一部の斜視図である。
【図１０２】調整アセンブリのキャリッジ及び接続部材の斜視図である。
【図１０３】キャリッジの断面図である。
【図１０４】接続部材の斜視図である。
【図１０５】反発防止装置を含む調整アセンブリの別の実施形態の斜視図である。
【図１０６】図１０５の調整アセンブリの一部の斜視図である。
【図１０７】目標レチクル、深さ記号、深さ記号から延びる延長部、許容円及び方位記号を含む表示画面の図である。
【図１０８】目標レチクル、深さ記号、深さ記号から延びる延長部、許容円、方位記号及び並進記号を含む表示画面の図である。
【図１０９】目標レチクル、深さ記号、深さ記号から延びる延長部及び方位記号を含む表示画面の図である。
【図１１０】目標レチクル、深さ記号、許容バー及び並進記号を含む表示画面の図である。
【図１１１】目標レチクル、深さ記号及び並進記号を含む表示画面の図である。
【図１１２Ａ】外科的固定術を実行するステップを示す図である。
【図１１２Ｂ】外科的固定術を実行するステップを示す図である。
【図１１２Ｃ】外科的固定術を実行するステップを示す図である。
【図１１２Ｄ】外科的固定術を実行するステップを示す図である。
【図１１３】図１１３Ａと図１１３Ｂは大腿骨骨頭及び寛骨臼の間のインピンジメントを軽減するステップを示す図である。
【図１１４】大腿骨及び頸骨に形成された通路を通して配置されたグラフトを用いた前十字靭帯再建術を示す図である。
【図１１５Ａ】局所軟骨欠損修復術のステップを示す図である。
【図１１５Ｂ】局所軟骨欠損修復術のステップを示す図である。
【図１１６】頭蓋移植片を収める骨へのポケットの形成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
Ｉ．概観
図１を参照すると、トラッキング及び制御システム１００が示されている。トラッキング及び制御システム１００は、器具２００に取り付けられた切断アクセサリ２０２の遠位側端チップ２０４を既定の境界に対して所望の関係に保つように器具２００をトラッキングするものである。（ここで、「遠位側」は、器具２００を保持する医師から離れて、器具が適用される組織に向かうことを意味する。「近位側」は、医師に向かって、器具が適用される組織から離れることを意味する。）トラッキング及び制御システム１００は、器具２００の基準点に対して切断アクセサリチップ２０４の位置を制御するものである。この制御は、切断アクセサリ２０２が適用される手術部位における境界に切断アクセサリチップ２０４が突き当たり、又は、これを突破することを防いでいる。
【００３４】
トラッキング及び制御システム１００は、アクセサリ遠位側端チップ２０４を既定の境界外に保つように使用されることができる。例えば、切除器具のアクティブなチップを体内の或る特定の領域から遠ざけ、又は、或る特定の体の部位から遠ざけておくことが望ましい場合がある。また、切断の深さを制御することが望ましい場合がある。この観点から、システム１００は、これらの領域又は体の部位を避けるようにアクセサリ遠位側端チップ２０４の位置を制御している。
【００３５】
図示の手術器具２００は、動力付きの手術用ハンドピースである。器具２００は、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２に連結される、例えば、図８、図１６及び図５７で参照される駆動機構２０１を備えている。切断アクセサリ２０２は、例えば、バー、ドリルビット等を回転させるいくつかの実施形態では、駆動機構２０１は、作業部分を回転軸Ｒの回りで回転させるようになっている。器具２００に関して更に以下に述べるように、回転軸Ｒは、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して、ピッチ方向、ヨー方向及びＺ軸に沿って移動するようになっている。駆動機構２０１は、モータ２０６を有し、モータ２０６から作業部分、すなわち、切断アクセサリ２０２に回転を伝達する他のベアリング、ロッド等を有することができる。
【００３６】
図１６の断面で見られる連結アセンブリ２０７は、モータ２０６の前方に位置している。連結アセンブリ２０７は、器具２００に様々な切断アクセサリ２０２を取り外し可能に保持している。連結アセンブリ２０７は、また、切断アクセサリ２０２がモータ２０６によって作動されることができるように、モータ２０６とアクセサリ２０２の間の機械的リンクを提供している。切断アクセサリ２０２は、患者の組織に医療的／外科的仕事を行う構成部分である。器具２００により駆動されることが可能な切断アクセサリのタイプは、のこ歯、シェーバ、ドリルビット及びバーを含んでいる。図１において、図示された切断アクセサリ２０２は、その遠位側端に骨を除去する球状バーヘッド２０４を有するバーである。
【００３７】
図１６及び図１７を参照して、ノーズチューブとも称されるスリーブ２０９は、切断アクセサリ２０２を少なくとも部分的に覆っている。切断アクセサリ２０２は、以下に更に議論するように、例えば、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進を行うものであり、複数の自由度で切断アクセサリ２０２が移動するときに、スリーブ２０９とともに移動するようになっている。軸Ｚは、ｚ軸とも称される。スリーブ２０９は、医療施術の間、回転軸Ｒの回りで固定状態に保たれ、すなわち、切断アクセサリ２０２は、スリーブ２０９内で回転するよう構成されている。
【００３８】
トラッキング及び制御システム１００は、他のタイプの手術器具２００をトラッキング及び制御することができる。これらの器具は、電気エネルギー、光子エネルギー（光）、ＲＦエネルギー、熱エネルギー等の機械エネルギー以外のエネルギーを出力し、振動する（振動の形態の機械エネルギーを放出する）動力付きの手術器具を含んでいる。本発明の手術器具２００は、パワー放出要素さえ有さない場合がある。器具２００は、切断アクセサリ２０２を含むことができる。代替的に、切断アクセサリ２０２は、手動で作動されることができる。手動で作動される切断アクセサリの例は、鉗子及び絞断器を含んでいる。
【００３９】
図１及び図１Ａに示す切断アクセサリ２０２としてバーを有する器具は、大腿骨１０２の一部を成形するのに使用するものとして示されている。器具２００は、軟組織を含む他のタイプの組織の除去に使用することができる。
【００４０】
実施形態が示される図１を続けて参照すると、大腿骨１０２は、バーヘッド２０４により除去されるべき物質の目標体積１０４を有している。目標体積１０４は、作業境界と呼ばれる境界１０６により画定される。この作業境界１０６は、施術の後に残るべき骨の表面を画定するものである。システム１００は、バーヘッド２０４が、物質の目標体積１０４のみを除去し、作業境界１０６を越えないことを確かにするように、器具２００をトラッキング及び制御している。他の実施形態における作業境界は、任意の形状又はサイズにより規定され、２次元又は３次元形状、線、軌道、表面、直線経路、非直線経路、体積、平面、孔穴、外形等を含むことができることが理解されるだろう。いくつかの実施形態では、作業境界は、器具が超えるべきでない２次元又は３次元境界を規定することができる。他の実施形態では、作業境界は、それに沿って器具の作業部分が移動すべき線、経路、軌道又はコースを規定することができる。これらの場合、作業境界は、作業経路、作業軌道又は作業コースとも称される。
【００４１】
ＩＩ．トラッキング及び制御システム
図１を参照して、トラッキング及び制御システム１００は、ナビゲーションユニット１０８を含んでいる。ナビゲーションユニット１０８は、大腿骨１０２及び手術器具２００の位置及び方位をトラッキングするものである。ナビゲーションユニット１０８は、カメラ１１０を含んでいる。ナビゲーションコンピュータ１１２は、カメラ１１０から信号を受け取り、処理している。カメラ１１０は、データ接続１０７によりナビゲーションコンピュータ１１２に接続されている。データ接続１０７は、高速通信及びアイソクロナスリアルタイムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースであるＩＥＥＥ１３９４インタフェースであることができる。データ接続１０７は、個別企業特有のプロトコルを使用することもできる。
【００４２】
システム１００に組み込むことができる１つのカメラ１１０は、ミシガン州カラマズのストライカ・コーポレイションから販売されるＦｌａｓｈＰｏｉｎｔ（商標）６０００カメラである。カメラ１１０は、３つの個別の高解像度ＣＣＤカメラ（不図示）を含んでいる。ＣＣＤカメラは、赤外（ＩＲ）信号を検知するものである。カメラ１１０は、理想的には、障害物の無い以下に述べるトラッカ１１４，１１６の視野をカメラ１１０に提供するように、施術が行われる領域上にカメラ１１０を配置するスタンド（図示せず）に取り付けられている。トラッカ１１４及び１１６は、それぞれ、トラッキング装置１１４及び１１６とも称される。
【００４３】
ナビゲーションコンピュータ１１２は、ラップトップコンピュータ等のパーソナルコンピュータであることができる。ナビゲーションコンピュータ１１２は、ディスプレイ１１３、中央処理ユニット（図示せず）、メモリ（図示せず）及び記憶装置（図示せず）を有している。
【００４４】
ナビゲーションコンピュータ１１２には、ソフトウェアがロードされている。ソフトウェアは、カメラ１１０から受信した信号をトラッカ１１４及び１１６が取り付けられた物体の位置及び方位を表すデータに変換するものである。同様にナビゲーションコンピュータ１１２に関連付けられているのは、マウス又は他の適切なポインタ入力装置及びキーボードである。
【００４５】
カメラ１１０は、データ接続１０７を介してナビゲーションコンピュータ１１２と通信するようになっている。ナビゲーションコンピュータ１１２は、まず、ナビゲーションユニット１０８をセットアップ及び登録する。ソフトウェアは、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を提供する。また、ソフトウェアは、作業境界１０６の形状及び配置も提供する。ナビゲーションコンピュータ１１２は、カメラ１１０から受信するデータを解析し、器具コントローラ１２０に伝送される対応する位置及び方位データを生成している。
【００４６】
図１を参照すると、例えば、トラッカ１１４及び１１６は、器具２００及び大腿骨１０２にそれぞれ固定されている。詳細には、トラッカ１１４、すなわち、トラッキング装置１１４は、後述のように、器具２００をトラッキングするように、器具２００の手持ち部分に取り付けられている。各トラッカ１１４，１１６は、カメラ１１０に赤外光を伝達する３つのＬＥＤ（図示せず）等の発光ダイオードの形態の複数の光学マーカを有している。いくつかの場合、光学マーカは、光反射器から反射した光を伝達するカメラユニット（図示せず）とともに使用する３つ以上の光反射器（図示せず）である。他の施術では、追加のトラッカが他の骨、組織又は体の他の部位、道具又は装備に固定されることができる。
【００４７】
カメラ１１０から送られた光捕捉信号に基づいて、ナビゲーションコンピュータ１１２は、カメラ１１０に対する各光学マーカの位置、したがって、これらが取り付けられた物体の位置及び方位を決定する。カメラ１１０、ナビゲーションコンピュータ１１２並びにトラッカ１１４，１１６の例は、そこに開示されているカメラ、ナビゲーションコンピュータ及びトラッカ並びに関連する操作方法及び使用方法を含めて引用することにより本明細書の一部をなすＭａｌａｃｋｏｗｓｋｉ他への米国特許第７，７２５，１６２号に示されている。
【００４８】
器具コントローラ１２０は、データ接続１２１を介してナビゲーションコンピュータ１１２と通信するようになっている。データ接続１２１は、高速通信及びアイソクロナスリアルタイムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースであるＩＥＥＥ１３９４インタフェースであることができる。データ接続１２１は、個別企業特有のプロトコルを使用することができる。本発明のいくつかの態様では、ナビゲーションコンピュータ１１２及び器具コントローラ１２０は、単一のユニットであることができることが理解されるべきである。器具コントローラ１２０は、データ接続１２３により器具２００と通信するようになっている。
【００４９】
位置及び方位データ並びに他の下記のデータに基づいて、器具コントローラ１２０は、大腿骨１０２に対する切断アクセサリ２０２の位置及び方位を決定している。ひいては、器具コントローラ１２０は、作業境界１０６に対するバーヘッド２０４のようなアクセサリチップの相対位置を決定することになる。この決定に基づいて、コントローラ１２０は、必要な場合、以下に更に述べるように、切断アクセサリを再配置し、器具モータ２０６の速度を低下させている。器具コントローラ１２０は、典型的には、これらの操作を単一の制御ループで実行している。本発明の多くの態様において、コントローラ１２０は、少なくとも１ｋＨｚの周波数でこれらの制御を反復して実行している。本発明のいくつかの態様では、コントローラ１２０は、複数のＣＰＵを有している。コントローラ１２０の構造に依存して、これらのＣＰＵは、連続して、及び／又は、パラレルで動作するようになっている。図１では、器具コントローラ１２０は、パーソナルコンピュータとして表されている。
【００５０】
システム１００は、器具ドライバ１３０を更に含んでいる。器具ドライバ１３０は、モータ２０６を制御するように器具モータ２０６に電力を提供している。電源及びドライバ１３０内部の制御要素は、そこに開示されている電源及び制御コンソールの制御要素並びに関連する操作及び使用方法を含めて引用することにより本明細書の一部をなす「CONTROL CONSOLE TO WHICH POWERED SURGICAL HANDPIECES ARE CONNECTED, THE CONSOLE CONFIGURED TO SIMULTANEOUSLY ENERGIZE MORE THAN ONE AND LESS THAT ALL OF THE HANDPIECES（電源付き手術ハンドピースが接続された、２つ以上かつ全数未満（正：LESS THAN）のハンドピースに同時に加電するように構成された制御コンソール）」という名称の米国特許第７，４２２，５８２号に記載されている手術器具制御コンソールの電源及び制御コンソールと同様であることができる。器具ドライバ１３０は、データ接続１３１を介して器具コントローラ１２０と通信するようになっている。データ接続１３１は、高速通信及びアイソクロナスリアルタイムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースであるＩＥＥＥ１３９４インタフェースであることができる。データ接続１３１は、個別企業特有のプロトコルを使用することができる。他の実施形態では、器具ドライバ１３０は、器具コントローラ１２０に一体化され、又は、器具コントローラ１２０の一部であることができることが理解されるべきである。
【００５１】
図１〜図８を参照すると、例えば、器具２００に取り付けられた手動作動型トリガ２０８は、器具モータ２０６の作動を統御するように選択的に押されることになる。器具２００内に配置されたセンサ（特定されていない）は、トリガ２０８が作動される程度に応じて信号を生成している。センサからの出力信号は、データ接続１３３により器具ドライバ１３０に送られることになる。このセンサ信号の状態及び下記の他の入力に応じ、器具ドライバ１３０は、器具モータ２０６に加電信号を印加するようになっている。
【００５２】
ディスプレイ１１３は、大腿骨１０２及び切断アクセサリ２０２の仮想的表示（又は三次元モデル）を表示している。大腿骨１０２の表示は、大腿骨１０２について撮られた術前画像に基づいている。このような画像は、典型的には、ＭＲＩ又はＣＴスキャンに基づいている。代替的に、蛍光透視装置、低レベルＸ線又は任意の同様の装置を用いた術中画像も使用されることができる。これらの画像は、トラッキングに用いるようにトラッキング装置１１６に登録される。一旦登録されると、大腿骨１０２の動きは、ディスプレイ１１３上での対応する画像の動きを生じさせることになる。これは、ディスプレイ１４０２（下記参照）にも表示されることができる。ディスプレイ１４０２のスクリーンショットが図６８及び図１０７〜図１１１に示されている。図６８及び図１０７〜図１１１のスクリーンショットに示される種々の特徴は、任意の組み合わせで使用することができることが理解されるべきである。
【００５３】
器具２００及び大腿骨１０２は、位置及び方位データが、許容される正確性のレベル内で、器具２００及び大腿骨１０２の真の相対位置に対応することを確かにするように、ナビゲーションユニット１０８に登録されている。
【００５４】
ディスプレイ１１３（及び／又は１４０２）は、また、大腿骨１０２に残されるべき物質から除去されるべき物質の目標体積１０４を区別するカラーコーディング又は他の視覚的手法を用いて作業境界１０６を表示している。
【００５５】
図１Ａを参照すると、器具コントローラ１２０は、バッファ１０５を画定するように作業境界１０６から既定の距離に位置する制約境界１１１を規定している。システムの一実施態様では、器具コントローラ１２０は、器具２００を制御するように、制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の中心の位置を決定している。作業境界１０６と制約境界１１１の間の相対距離は、部分的に、切断アクセサリ２０２の形状によって決まる。例えば、切断アクセサリ２０２が球形のバーヘッド２０４を含む場合、制約境界は、バーヘッド２０４の直径の１／２である。このように、バーヘッド２０４の重心が制約境界１１１上にあるとき、バーの外部切断表面は、作業境界１０６にある。
【００５６】
ＩＩＩ．手術器具
Ａ．概観
図１を参照すると、手術器具２００は、データ接続１２３を介して器具コントローラ１２０と通信するようになっている。データ接続１２３は、ナビゲーションコンピュータ１１２により生成され、器具コントローラ１２０に伝送される位置及び方位データに基づいて器具２００を制御するのに必要な入力及び出力の経路を提供している。
【００５７】
器具２００は、手持ち部分、例えば、以下に更に述べるようなハンドルアセンブリ５００、及び、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２を備えている。作業部分は、手持ち部分に可動に連結されている。手持ち部分は、作業部分で患者の組織を処置する医療施術の間、ユーザにより手動で支持及び移動されるようになっている。ユーザは、手持ち部分を把持及び支持することで器具２００を操作し、器具２００は、他の機械的アーム、フレーム等では支持されていない。
【００５８】
器具２００は、複数のアクチュエータ、例えば、モータ２２０、２２２、２２４を有する。モータ２２０、２２２、２２４は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して複数の自由度で作業部分を移動させるように、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２に連結している。各モータ２２０、２２２、２２４は、別々のコントローラ２３０、２３２、２３４によりそれぞれ制御される。コントローラ２３０〜２３４は、ミシガン州カントンのテクノソフトＵＳ  インコーポレテッドから提供されるコントローラである部品番号ＩＢＬ２４０１−ＣＡＮであることができる。いくつかの実施形態では、モータ２２０、２２２、２２４は、単一のコントローラにより制御されることができる。コントローラ２３０、２３２、２３４は、各モータを所与の目標位置に個別に導くように、モータ２２０、２２２、２２４にそれぞれ別個に配線される。本発明のいくつかの態様では、コントローラ２３０、２３２、２３４は、線形積分微分型のコントローラである。データ接続１２３は、器具コントローラ１２０及びコントローラ２３０、２３２、２３４の間のＣＡＮ−ｂｕｓインタフェース又は任意の他の高速インタフェースであることができる。他の実施形態では、コントローラ２３０、２３２、２３４は、器具コントローラ１２０と一体化され、又は、器具コントローラ１２０の一部を形成することができる。
【００５９】
電源１４０は、モータ２２０、２２２、２２４に、例えば、２４ＶＤＣの電力信号を提供するものである。２４ＶＤＣ信号は、コントローラ２３０、２３２、２３４を介してモータ２２０、２２２、２２４に印加される。各コントローラ２３０、２３２、２３４は、選択的にモータを起動するように、相補的モータ２２０、２２２、２２４にそれぞれ電力信号を選択的に提供する。このモータ２２０、２２２、２２４の選択的な起動により、切断アクセサリ２０２の位置が決まることになる。電源１４０は、また、コントローラ内部の要素に加電するように、コントローラ２３０、２３２、２３４に電力を供給している。電源１４０は、例えば、１２ＶＤＣ、４０ＶＤＣ等の他のタイプの電力信号を提供することができることが理解されるべきである。
【００６０】
モータ２２０、２２２、２２４は、バーヘッド２０４が制約境界１１１に接近し、一致し、又は、これを越えたときに、切断アクセサリ２０２、ひいては、バーヘッド２０４を移動させるようになっている。例えば、器具コントローラ１２０は、バーヘッド２０４が骨を除去するにつれて制約境界１１１を越えることを決定することができる。その応答として、器具コントローラ１２０は、バーヘッド２０４を制約境界１１１から遠ざけるように移動させる切断アクセサリ２０２の偏位を生じさせる信号をコントローラ２３０、２３２又は２３４の少なくとも１つに伝送している。
【００６１】
本発明の一態様では、モータ２２０、２２２、２２４は、ブラシレスＤＣサーボモータである。１つのサーボモータは、フロリダ州クリアウォータのマイクロモ（部品番号  １６２８Ｔ０２４Ｂ  Ｋ１１５５）から入手できる。各サーボモータは、器具コントローラ１２０に信号を返送する３つの集積リニアホールセンサ（図示せず）を含んでいる。これらの信号のレベルは、関連するモータのロータの回転位置に応じて変化するものである。これらのホール効果センサは、ロータから検出される磁界に基づくアナログ信号を出力するようになっている。上記モータでは、センサは、ロータの回りで相互に１２０度離間している。典型的にはモータのホール効果センサに加電させる５ＶＤＣの低電圧信号が、ホール効果センサが配置されるモータ２２０、２２２又は２２４に関連するコントローラ２３０、２３２又は２３４から供給されるようになっている。
【００６２】
各モータ２２０、２２２、２２４の内部のホール効果センサからの出力信号は、それぞれ、関連するコントローラ２３０、２３２、２３４に印加される。各コントローラ２３０、２３２、２３４は、受信した信号のレベルの変化を監視している。これらの信号に基づき、コントローラ２３０、２３２又は２３４は、ロータ位置を決定している。ここで、「ロータ位置」は、初期又はホーム位置からのロータの回転角度であると理解される。モータのロータは、複数の３６０度回転を受けることができる。したがって、ロータ位置は、３６０度を越えることができる。各モータのコントローラ２３０、２３２、２３４は、ホーム位置からのロータ位置を表す「カウント」と呼ばれるスカラー値を保持している。モータのロータは、時計回り及び反時計回り方向の双方に回転するようになっている。複数のアナログ信号の信号レベルが既定の状態変化を経るごとに、コントローラ２３０、２３２、２３４は、ロータ位置の円弧運動（ａｒｃｕａｔｅ）変化を示すように、カウントを増加又は減少させている。モータのロータの完全な３６０度回転ごとに、関連するモータのコントローラ２３０、２３２、２３４は、決まったカウント数だけカウントの値を増加又は減少させている。本発明のいくつかの態様では、カウントは、ロータの３６０度回転ごとに１５００〜２５００だけ増加又は減少されている。
【００６３】
各コントローラ２３０、２３２、２３４の内部にはカウンタ（図示せず）がある。カウンタは、コントローラ２３０、２３２又は２３４により増加又は減少されたカウントの累積数に等しい値を記憶している。カウント値は、正、ゼロ、又は負であることができる。
【００６４】
図２〜図８を参照すると、手術器具２００の種々の図が示されている。これは、保護カバー２４０ａ、２４０ｂを有する器具２００（図２〜図５）と、保護カバー２４０ａ、２４０ｂを有さない器具２００（図６〜図８）の図を含んでいる。保護カバー２４０ａ、２４０ｂは、器具２００の上部アセンブリ３００のハウジングの２つの半体ハウジングである。上部アセンブリ３００は、切断アクセサリ２０２を駆動する駆動アセンブリ３１４を含んでいる。カバー２４０ａ、２４０ｂは、上部アセンブリ３００のどちらかの側に配置されており、締結具等によって固定されている。他の実施形態では、保護カバー２４０ａ、２４０ｂは、単一片のカバー又はハウジング（図示せず）で置換することが可能である。
【００６５】
上部アセンブリ３００に加え、器具２００は、ハンドルアセンブリ５００、シェル６７０及びブラケットアセンブリ７００を備えている。駆動アセンブリ３１４は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に連結されている。駆動アセンブリ３１４は、ハンドルアセンブリ５００にスライド可能に連結されている。ブラケットアセンブリ７００及びシェル６７０は、ハンドルアセンブリ５００に固定されている。切断アクセサリ２０２は、上部アセンブリ３００から遠位側に前方に延びている。ハンドルアセンブリ５００は、ユーザにより手動で操作されるピストルグリップ型のハンドル５０２及びトリガ２０８を含んでいる。他の実施形態は、鉛筆グリップ等の異なるグリップ型の代替的なハンドルを有している。
【００６６】
Ｂ．上部アセンブリ
図９〜図１７、図２４及び図４１を参照すると、器具２００の上部アセンブリ３００の種々の図が示されている。上部アセンブリ３００、より詳細には、駆動アセンブリ３１４は、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２を支持している。以下に更に説明するように、上部アセンブリ３００及び切断アクセサリ２０２は、複数の自由度で手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して移動するようになっている。
【００６７】
駆動機構２０１は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して少なくとも１つの自由度で移動するようになっている。詳細には、駆動モータ２０６は、手持ち部分に対して少なくとも２つの自由度で動作し、より詳細には、手持ち部分に対して少なくとも３つの自由度で動作するようになっている。アクチュエータのうちの少なくとも１つが、手持ち部分に対して、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進方向に駆動機構２０１及び駆動モータ２０６を移動させるようになっている。詳細には、モータ２２０、２２２及び２２４は、手持ち部分に対して、それぞれ、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進方向に駆動機構２０１及び駆動モータ２０６を移動させるようになっている。
【００６８】
図１８〜図２７及び図５６に最も良く示されるように、複数のアクチュエータ、例えば、モータ２２０、２２２、２２４は、手持ち部分に対して、ピッチ、ヨー及び軸Ｚに沿う並進を含む少なくとも３つの自由度で作業部分を移動させることが可能である。これらの個々の自由度は、図１８〜図２０（ピッチ）、図２１〜図２３（ヨー）及び図３７〜図３９（ｚ軸）に最も良く示されている。図２４〜図２７は、ピッチ及びヨーについての可能な位置の例を示し、図５６は、３つ全ての自由度を表現したときの結果としての動作範囲を示す。さらに、作業部分、すなわち、切断アクセサリ２０２がバーヘッド２０４を有する実施形態では、駆動モータ２０６は、手持ち部分に対して４つの自由度で動作し、すなわち、駆動モータ２０６は、バーヘッド２０４を回転させている。
【００６９】
上部アセンブリ３００は、例えば、図１７で特定されるようなキャリア３０２を含んでいる。キャリア３０２は、ハンドルアセンブリ５００にスライド可能に取り付けられている。キャリア３０２は、しばしばアルミニウムで形成される単一片金属構造の形態である。キャリア３０２は、矩形フレームの形態のベース３０５を有するように成形されている。キャリア３０２の一部でもあるライザ３０７がベースの近位側端部から垂直に上方に延びている。フランジ３０３は、ベース３０５の対向する外側縁部に沿って外方に延びている。フランジ３０３は、ハンドルアセンブリ５００に形成されたチャネル５０４に乗り入れている。図４３に見られるように、キャリア３０２は、キャリッジベース３０５の下向き面から上方に延びる細長いスロット３１７を有するように更に形成されている。スロット３１７は、断面形状が半円であり、ベースの全長に延びている。スロット３１７は、スロットベース３０５の下向き面に沿って延びる縦軸上で中央に位置している。
【００７０】
図１７を参照すると、ジンバルハウジング３０６がキャリアベース３０５に取り付けられている。ジンバルハウジング３０６は、モータ２０６をキャリア３０２に旋回可能に固定するように、モータ２０６の回りに配置されたジンバル３０４を保持している。作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して少なくとも２つの自由度でジンバル３０４の回りで移動するようになっている。詳細には、作業部分は、ジンバル３０４の回りで、ピッチ及びヨー方向に調整可能である。ジンバル３０４は、手持ち部分、例えば、ハンドルアセンブリ５００に対して軸Ｚに沿って移動可能である。
【００７１】
ジンバル３０４は、その対向端部が除去された球の外形を有するリング形状の構造である。ジンバル３０４は、切断アクセサリ２０２が２つの軸の回りで旋回できるように、上部アセンブリ３００に切断アクセサリ２０２を保持する。より具体的には、モータ２０６及び連結アセンブリ２０７は、ジンバル３０４に強固に取り付けられた器具２００の構成部分である。ジンバル３０４は、切断アクセサリ２０２、モータ２０６及び連結アセンブリ２０７からなるサブアセンブリの重心の付近に位置している。これにより、サブアセンブリが旋回するときの質量慣性モーメントが最小となり、所与の印加トルクに対する角加速度が最大となる。
【００７２】
続けて図１７を参照すると、ジンバルハウジング３０６は、上部カラー３０８及び下部カラー３１０を有している。カラー３０８及び３１０は、いずれも概略Ｕ字形状である。上部カラー３０８は、締結具３０１により下部カラー３１０に取り付けられている。締結具３０９は、下部カラー３１０をキャリアベース３０５に取り付けられている。カラー３０８及び３１０の対向する内面は、球を通るスライス断面に合致する形状の表面を有している。ジンバル３０４は、カラー３０８及び３１０の間で挟まれている。ジンバルハウジング３０６及びジンバル３０４は、ジンバルの横及び縦移動を阻止し、かつ、ジンバルハウジング３０６を通って延びる縦軸に対して２つの自由度でモータ２０６及び切断アクセサリ２０２の旋回を許容するよう集合的に成形されている。
【００７３】
締結具４２４は、ハウジング３０６を通る縦軸の回りのロール方向でのジンバルハウジング３０６に対するジンバル３０４の回転を防ぐものである。締結具４２４は、上部カラー３０８に取り付けられたときに、ジンバル３０４のスロット４２５に一致する遠位側突起を有している。スロット４２５は、ジンバル３０４に沿って縦に延びている。締結具４２４のステムのスロット４２５への着座は、切断アクセサリ２０２のピッチ及びヨー調整を許容しつつ、ジンバル３０４、ひいては、切断アクセサリ２０２の回転を阻止している。
【００７４】
続けて図１７を参照すると、上部アセンブリ３００は、切断アクセサリ２０２のピッチを設定するピッチ調整機構３１２を含んでいる。ここで、「ピッチ」は、ジンバルハウジング３０６の中央を通る水平面に対する切断アクセサリ２０２の縦軸又は回転軸Ｒの上下の角度方位である。ヨー調整機構４１２は、切断アクセサリ２０２のヨーを設定するものである。「ヨー」は、ジンバルハウジング３０６の中央を通る垂直面に対する切断アクセサリ２０２の縦軸又は回転軸Ｒの左右の角度方位である。ピッチ調整機構３１２及びヨー調整機構４１２は、それぞれ、切断アクセサリ２０２のピッチ及びヨーを同時に調整するように動かされている。ピッチ調整機構３１２及びヨー調整機構４１２は、独立調整も可能である。
【００７５】
ピッチ調整機構３１２は、３面構造の揺動アームと呼ばれることがあるリンク３１６を含んでいる。リンク３１６は、ベース３１９を含み、ベース３１９から一対の平行アーム３１８が遠位側外方に延びている。リンク３１６は、ベース３１９がキャリアライザ３０７の近位側に位置し、アーム３１８の自由端が、下部カラー３１０の対向側に対して位置するように配置されている。各アーム３１８の外側端部は、深座ぐり穴３２１を備えた穴３２０を有している。フランジ付きベアリング３２２が各穴３２０及び深座ぐり穴３２１に着座している。ネジ３２４が各ベアリング３２２を通って延びている。このネジ３２４は、フランジ付きベアリング３２２をアーム３１８に保持するヘッド３２６を有している。各ネジ３２４は、また、下部カラー３１０の隣接側部に形成された対応するネジ山付き穴３３０に係合するネジ山付きシャフト３２８を有している。リンク３１６は、同軸のネジ３２４を通る軸の回りでジンバルハウジング３０６に対して旋回するようになっている。この軸は、ジンバル３０４の中央を通って延びている。
【００７６】
リンクベース３１９は、細長いスロット３３２を有するように形成されている。スロット３３２は、モータ２０６の近位側端から延びるガイドポスト３３４を収めている。ガイドポスト３３４は、切断アクセサリ２０２のヨーが調整されるときにスロット３３２に乗り入れられている。ピッチが調整されるとき、ガイドポスト３３４は、リンク３１６により、バーヘッド２０４を所望のピッチ位置に配置するように移動されることになる。スロット３３２は、切断アクセサリ２０２のヨーが変化したときにガイドポスト３３４がスロット３３２内で自由にスライドすることをなお許容しつつ、スロット３３２の幅に渡ってガイドポスト３３４に対して比較的余裕のない公差で寸法決めされている。本発明の一態様では、ガイドポスト３３４は、０．４ｃｍの直径を有し、スロット３３４に渡る幅は、約０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍより広い。スロット３３４に渡る長さは、約２．１ｃｍである。
【００７７】
ピッチ調整機構３１２は、モータ２２０により駆動される送りネジ３３６を含んでいる。送りネジ３３６は、形状が円筒状の対向する第１のステム３３８及び第２のステム３４０をそれぞれ有している。ステム３３８及び３４０は、ネジ山が形成された（ネジ山は示されていない）ネジ本体３３９の対向側に位置している。各ネジステム３３８及び３４０は、別個のベアリング３４２に着座している。ベアリング３４２は、キャリア３０２に形成された対向する同軸穴３４４、３４５に位置する。１つの穴、すなわち穴３４４が、ライザ３０７の部分に形成されている。第２の穴、すなわち穴３４５が、キャリアベース３０５に形成されている。端部プラグ３４６は、ベアリング３４２及び送りネジ３３６をキャリア３０２に固定するように、ライザ３０７に形成された穴３４４の回りの相手となる内部ネジ山３４７に通されている。
【００７８】
平歯車３４８は、２つのネジステムのうちの上側のものであるステム３３８上に固定されている。ギアがステム３３８と一体で回転するように、固定ネジ（特定されていない）が平歯車３４８をステム３３８に保持している。平歯車３４８は、平歯車３５２の歯と噛合する歯を有している。平歯車３５２は、固定ネジ（特定されていない）によりピッチモータ２２０の出力シャフト３５４に固定されている。図１７Ａは、送りネジ３３６を通る断面を示している。取付ブラケット３５８は、締結具３６０でキャリアライザ３０７の近位側向き面にモータ２２０を固定している。詳細には、キャリアライザ３０７は、ライザ３０７の近位側向き面から内側に延びる弧状の凹部３６２を有するように形成されている。凹部３６２は、円筒形状のモータ２２０の部分を収める形状を有している。取付ブラケット３５８は、キャリアライザ３０７の外方に延びるモータ２２０の部分の回りに着座するように、形状が弧状である。
【００７９】
ピッチ調整機構３１２は、ヨークアセンブリ３６４を更に有している。ヨークアセンブリ３６４は、矩形バー３６６を有している。バー３６６は、バー３６６を通って縦に延び、その開口のみが見える細長い穴３７２を有するように形成されている。ネジ山付き締結具３７４が送りネジ３３６に隣接してリンク３１６のアーム３１８の外面にバー３６６を固定している。図示されていないが、バー３６６には、隣接するアーム３１８に対して配置されたバー３６６の面から外方に突起するリブが形成されていてもよい。このリブは、バー３６６の幅よりも小さい差し渡し幅を有している。リンクアーム３１８には、リブの緊密な着座を可能にする幅を有する溝が形成されている。このリブ−溝着座構成（ｒｉｂ−ｉｎ−ｇｒｏｏｖｅ）は、リンクへのバー３６６の固定を容易にするものである。このリブは、また、穴３７２をリンクアーム３１８の比較的近くに配置することを可能にするものである。
【００８０】
ヨークアセンブリ３６４は、３面ヨーク３６８を更に含んでいる。ロッド３７０は、ヨーク３６８と一体であり、ヨーク３６８から遠位側前方に延びている。ロッド３７０は、形状が円筒状である。ロッド３７０は、バー３６６の内部の穴３７２にスライド可能に配置されている。ナット３７６は、ヨーク３６８に旋回可能に取り付けられている。ナット３７６は、対向するトラニオン３７７を有するように形成されている。各トラニオン３７７は、ヨーク３６８の側部に取り付けられたベアリングアセンブリ３７９に着座している（図１７Ａ参照）。ナット３７６は、送りネジ３３６と噛合する内部ネジ山を有している。
【００８１】
切断アクセサリ２０２は、作動モータ２２０によりＹ軸に沿って上下に旋回するようになっている。結果としてのモータの出力シャフト３５４の回転は、ギア３５２及び３４８を介して伝達され、送りネジ３３６の同様の回転を生じさせている。ナット３７６は、ヨーク３６８に取り付けられている。ヨーク３６８は、ロッド３７０を介してリンク３１６に取り付けられている。ナット３７６のリンク３１６への取り付けの結果、ナット３７６は、回転を阻止されることになる。したがって、送りネジ３３６の回転は、送りネジ３３６を上下させるナット３７６の動きを生じさせることになる。このナット３７６の変位は、リンク３１６の同様の変位を生じさせるロッド３７０の変位を生じさせている。この変位の間、ヨーク３６８は、ナットのトラニオン３７７の回りで旋回している。ロッド３７０は、プレート３６６内部の穴３７２に対して自由にスライドして出入りするようになっている。シャフトに隣接するブラケットの部分の上下変位の結果、リンク３１６は、ベアリング３２２を通る軸の回りで旋回することになる。ピッチ調整部３１６が旋回するとき、ガイドポスト３３４は、同様の変位をするように力を受ける。このガイドポストの変位が、モータ２０６及び切断アクセサリ２０２に同様の旋回を行わせている。リンク３１６及びガイドポスト３３４の下向き旋回により、バーヘッド２０４の上向き旋回を生じさせることになることが理解されるべきである。
【００８２】
送りネジ本体３３９は、逆駆動を防ぐ精密ピッチ及びリード角を有している（すなわち、セルフロックである）。その結果、バーヘッド２０４に掛かる負荷は、モータ２２０を逆駆動させない。一実施形態では、送りネジ本体３３９は、０．１２５インチ（０．３１８ｃｍ）の直径を有し、０．０２４インチ／回転（０．０６１ｃｍ／回転）のリードを有している。このような送りネジの１つは、コネチカット州ウォータバリーのハイドン  カーク  モーション  ソリューション  インコーポレーテッドから入手可能である。
【００８３】
磁石３８０は、リンクアーム３１８のうちの１つの外側面に画定された一対のポケット（特定されていない）に取り付けられている。プレート３８４は、磁石３８０をポケットに保持するように締結具（特定されていない）によりアーム３１８に取り付けられている。磁石３８０は、第１の磁石のＮ極及び第２の磁石のＳ極がプレート３８４に隣接するように、アーム３１８に取り付けられている。磁石３８０は、Ｘ軸上で切断アクセサリ２０２のゼロ（又は「ホーム」）位置を確立するように使用されている。
【００８４】
ヨー調整機構４１２は、リンク３１６と形状が類似のリンク４１６を含んでいる。図１７からは明らかではないが、図１１及び図１２に見られるように、リンク４１６は、リンク３１６の遠位側前方に配置されている。リンク４１６は、ベース４１９を含み、ベース４１９から一対の平行なアーム４１８が遠位側前方に延びている。各アーム４１８の第１の端部は、深座ぐり穴４２１を備えた穴４２０を有している。フランジ付きベアリング４２２が各穴４２０及び深座ぐり穴４２１に支持されている。フランジ付きベアリング４２２に着座する締結具である締結具４２４は、フランジ付きベアリング４２２を上に位置するアーム４１８に保持するヘッド４２６を有している。締結具４２４は、また、上部カラー３０８に形成された対応するネジ山付き穴４３０に係合するネジ山付きシャフト４２８を有している。締結具４２４と類似であるが同一ではない締結具４２５は、下に位置するアームを下部カラー３１０に対して保持している。締結具４２５は、下部カラー３１０に形成された穴内に延びている（穴は特定されていない）。リンク４１６は、フランジ付きベアリング４２２により規定される軸の回りでキャリア３０２に対して自由に旋回可能である。この軸は、ジンバル３０４の中心を通って延びている。
【００８５】
細長いスロット４３２が、リンクベース４１９に形成されている。スロット４３２は、リンクベース４１９の縦軸上で中心に位置し、リンクベース４１９の縦軸に沿って延びている。スロット４３２は、リンク３１６と一体のスロット３３２と同様に、モータ２０６の近位側端から延びるガイドポスト３３４を収めている。スロット４３２は、約２．０ｃｍの長さを有している。リンク４１６のピッチがリンク３１６のヨーよりも大きいため、スロット４３２は、両端長さがリンク３１６と一体のスロット３３２よりも僅かに小さい。したがって、切断アクセサリ２０２の遠位側端の同じ上／下及び左／右の円弧運動を確保するように、リンク４１６の左右へのポスト３３４の移動は、リンク３１６に対する上下へのポスト３３４の移動よりも小さくあるべきである。スロット４３２を横切る両側間幅は、スロット３３２を横切る両側間幅に概略等しい。ガイドポスト３３４は、切断アクセサリ２０２のピッチが調整されるときに、スロット４３２内で自由に上下に移動するようになっている。切断アクセサリ２０２のヨーが調整されるときは、ガイドポスト３３４は、バーヘッド２０４を所望の位置に配置するように、ヨー調整機構４１２により移動されることになる。スロット４３２は、切断アクセサリ２０２のピッチが器具コントローラ１２０により変更されたときにガイドポスト３３４がスロット４３２内で自由にスライドすることをなお許容しつつ、スロット４３２の幅に渡ってガイドポスト３３４に対して比較的余裕のない公差で寸法決めされている。
【００８６】
ヨー調整機構４１２は、モータ２２２により回転される送りネジ４３６を含んでいる。送りネジ４３６は、対向する第１のステム４３８及び第２のステム４４０をそれぞれ有している。ステム４３８、４４０は、形状が円筒状である。送りネジ４３６は、ステム４３８、４４０の間に位置するネジ山付き部分４３９を有している。ステム４３８、４４０は、（その間にブシュ（符号付与されていない）を有する）２つのベアリング４４２により回転可能に支持されている。ベアリング４４２は、キャリア３０２に形成された対向する穴４４４、４４５内に位置している。ベアリング４４２及び送りネジ４３６をキャリア３０２に固定するように、端部プラグ４４６が、キャリア３０２の相手の内部ネジ４４７に通されている。第１のステム４３８は、固定ネジ（特定されていない）によりネジ４３６に固定された平歯車４４８を支持している。平歯車４４８は、平歯車４５２の歯と噛合する歯を有している。平歯車４５２は、固定ネジ（特定されていない）によりヨーモータ２２２の出力シャフト４５４に固定されている。図１７Ｂは、送りネジ４３６を通る断面図を示している。
【００８７】
取付ブラケット４５８は、締結具（特定されていない）でキャリア３０２にモータ２２２を固定するものである。特に、キャリアベース３０５の近位側端部には、円筒形状のモータ２２２の部分を収める円弧状凹部４６２が形成されている。取付ブラケット４５８は、モータ２２２を所定の位置に保持するようにキャリア３０２を越えて延びるモータの部分の上に着座する円弧形状を有している。
【００８８】
ヨー調整機構４１２は、リンク４１６に取り付けられたヨークアセンブリ４６４を更に有している。ヨークアセンブリ４６４は、矩形形状のバー４６６を有している。バー４６６は、バー４６６を通って縦に延び、その開口のみが見える穴４７２を有するように形成されている。バー４６６は、締結具（特定されていない）によりリンク４１６の２つのアーム４１８のうちの下側のものの外面に固定されている。バー４６６は、穴４７２がアーム４１８に向くように隣接するアーム４１８に固定されている。バー４６６は、バー３６６と同一であることができる。したがって、隣接するリンクアーム４１８は、バー４６６と一体のリブを収める凹部を有することが可能である。
【００８９】
ヨークアセンブリ４６４は、３面ヨーク４６８を含んでいる。ヨーク４６８と一体の円筒状ロッド４７０は、ヨーク４６８の遠位側に前方に延びている。ロッド４７０は、バー４６６と隣接するリンクアーム４１８との間で穴４７２にスライド可能に配置されている。
【００９０】
ナット３７６と同一のナット４７６は、トラニオン４７７によってヨーク４６８に旋回可能に取り付けられている。各トラニオン４７７は、ヨーク４６８の側部に取り付けられたベアリングアセンブリ内に着座している。ナット４７６は、送りネジ４３６のネジ山と一致する内部ネジ山を有している。ヨーク４６８及びロッド４７０によるリンク４１６へのナット４７６の接続は、ナット４７６の回転を防いでいる。したがって、送りネジ４３６の回転は、ネジ４３６に沿うナット４７６の左右の動きを生じさせることになる。ヨーク４６８、ひいては、ロッド４７０は、ナット４７６の移動とともに左右に移動することになる。リンク４１６及びバー４６６にスライド可能に連結したロッド４７０は、リンク４１６に同様の変位を行わせるものである。これらの構成部品の移動の間、ヨーク４６８がナットのトラニオン４７７の回りで旋回し、ロッド４７０がバーの穴４７２にスライドして出入することが理解されるべきである。リンク４１６は、ジンバルハウジング３０６に旋回可能に取り付けられているため、リンク４１６の左右の変位は、ベアリング４２２を通る軸の回りでリンク４１６を旋回させることになる。このリンク４１６の旋回は、ガイドポスト３３４が同様の左右の移動を行うように付勢している。ガイドポスト３３４の変位は、バーヘッド２０４の反対の左右の旋回を生じさせることになる。
【００９１】
送りネジのネジ山付き部分４３９及び相補的なヨークナット４７６は、逆駆動を防ぐための精密ピッチ及びリード角を有している（すなわち、セルフロックである）。その結果、バーヘッド２０４に掛かる大きい負荷は、ヨーモータ２２２の望ましくない逆駆動を生じさせないことはなくなる。本発明の一実施形態では、送りネジ４３６は、送りネジ３３６と同一である。
【００９２】
磁石４８０は、アーム４１８のうちの１つの外面に画定された一対のポケット（特定されていない）に取り付けられている。矩形のプレート４８４は、一対の締結具（特定されていない）によりアーム４１８に取り付けられている。プレート４８４は、ポケットに磁石４８０を保持している。磁石４８０は、１つの磁石４８０のＮ極及び第２の磁石４８０のＳ極がいずれもプレート４８４に向くようにアーム４１８に取り付けられている。磁石４８０は、Ｙ軸に沿う切断アクセサリ２０２のホーム位置を確立するのに使用されている。
【００９３】
ブラケット４８８は、締結具４９０によりキャリア３０２に固定されている。ブラケット４８８は、キャリアベース３０５の上面に取り付けられている。ブラケット４８８の中央は開口している。ブラケット４８８は、２つのポケット、すなわちポケット３９４及びポケット４９４を有するように形成されている。ポケット３９４は、キャリアベース３０５の直上に位置している。ポケット４９４は、キャリアベース３０５の更に上に離間している。手術器具２００の組み立ての際に、モータ２０６は、ブラケット４８８に着座し、ブラケット４８８を通って延びている。それぞれリンク３１６、４１６のアーム３１８、４１８は、いずれも、ブラケット４８８の外側に位置している。磁石３８０を保持するリンクアーム３１８は、ポケット３９４に隣接して位置している。磁石４８０を保持するリンクアーム４１８は、ポケット４９４に隣接して位置している。ホール効果センサ３９２、４９２は、それぞれ、ポケット３９４、４９４に取り付けられている。ホール効果センサ３９４からの信号は、磁石３８０の接近度に応じて変化するようになっている。ホール効果センサ４９４からの信号は、磁石４９０の接近度に応じて変化するようになっている。
【００９４】
ホール効果センサ３９２及び４９２から出力されるアナログ信号は、それぞれ、モータコントローラ２３０及びモータコントローラ２３２に印加されるようになっている。各モータコントローラ２３０、２３２は、関連するアナログのホールセンサ信号が印加される（図示されない）アナログ−デジタルコンバータを有している。モータコントローラ２３０、２３２は、ホール効果センサ３９２、４９２からの信号のデジタル表示をそれぞれコントローラ１２０に送っている。
【００９５】
図１８〜図２７は、切断アクセサリ２０２の種々のピッチ位置及びヨー位置を示している。これらの図から、送りネジ３３６がモータ２２０と平行であることを理解することができる。送りネジ４３６はモータ２２２と平行である。器具２００の構成部品のこの配置は、器具２００の全体のサイズを最小化させることになる。
【００９６】
Ｃ．ハンドルアセンブリ
ここでは、図２８〜図３７を参照してハンドルアセンブリ５００が説明されている。ハンドルアセンブリ５００は、キャリア３０２をスライド可能に支持している。キャリア３０２のスライド移動は、器具２００の縦軸Ｚ（ｚ軸とも称される）に沿う切断アクセサリ２０２の直線的な調整を生じさせることになる。ハンドルアセンブリ５００は、ハンドル５０２、トリガアセンブリ５０６及び直線調整機構５１３を有している。
【００９７】
ハンドル５０２は、中空で、モータ２２４が配置されるキャビティ５０３を画定している。ハンドル５０２の上部は壁５１０である。ハンドル５０２の手把持部分は、壁５１０から下方に延びている（ｄｅｓｃｅｎｄｓ）。壁５１０には、キャビティ５０３に延びる開口５０５（図３７に特定されている）が形成されている。ハンドル５０２は、開口５０５の下に位置し、キャビティ５０３の部分を画定する２つのステップ５０９及び５１１（図５０で最も良く見える）を有するように更に形成されている。２つのステップのうちのより近位側のステップ５０９は、壁５１０に最も近い。ステップ５１１は、ステップ５０９から遠位側に前方に延び、ステップ５０９の下に位置している。ネジ山付き穴５１５は、ステップ５１１の基部から下方に延びている。
【００９８】
図３４に示されるように、細長いレール５０８がハンドル壁５１０の上部の対向側部に沿って縦に延びている。各レール５０８は、溝５１２を画定するように成形されている。ハンドル５０２は、溝５１２が相互に向き合うように形成されている。ベアリングストリップ又はライナ５１４が溝５１２内に嵌合している。ベアリングストリップ５１４は、対応するキャリアフランジ３０３を収めるチャネル５０４を画定するようにチャネル形状を有している。キャリアフランジ３０３は、キャリア３０２の重量がベアリングライナ５１４により担持されるように、ベアリングライナ５１４内で支持されている。ベアリングライナ５１４は、好ましくは、ベアリングライナ５１４内でのキャリアフランジ３０３の滑動を容易にすべく、低摩擦材料で形成されている。このような材料は、ロードアイランド州イーストプロビデンスのイグス  インコーポレイテッドによるｉｇｌｉｄｅ（商標）等の高性能ポリマを含むことができる。ネジ５１７は、ネジ位置（示されていない）でライナ５１４内のフラットに係合することでベアリングライナ５１４を所定の位置に保持している。
【００９９】
キャリアフランジ３０３がライナ５１４内で前後にスライドできる一方、理想的には、ハンドル５０２に対するキャリア３００の上下又は左右移動がないように、キャリア３００、ハンドル５０２及びライナ５１４は、総体的に設計されている。詳細には、ライナ５１４の外径が、ライナ５１４が着座するレール溝５１２の径よりも僅かに小さいように、ハンドル５０２及びライナ５１４は設計される。本発明のいくつかの態様では、レール溝５１２の径は、ライナ５１４の径よりも約０．０２ｍｍから０．１２ｍｍの間だけ大きい。ライナ５１４は、約４．７８ｍｍの外径を有する。キャリアフランジ３０３が着座するライナ５１４の対向面間の距離も、フランジ３０３の対向外面間の距離よりも僅かに小さい。この差は、約０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍの間である。これらの特徴は、総体的に、ライナ５１４内でのキャリアフランジ３０３の上下及び左右の遊びを最小化するものである。
【０１００】
ハンドル５０２は、図３６で特定されるように、壁５１０と一体で壁５１０の上に位置する２つの離間した同軸スリーブ５２３を有している。１つのスリーブ５２３は、壁５１０の近位側端から前方に延びている。第２のスリーブ５２３は、壁５１０の遠位側端から近位側後方に延びている。各スリーブ５２３は、穴５２４を有するように形成されている。
【０１０１】
図３６を参照すると、直線調整機構５１３は、モータ２２４により回転される送りネジ５１６を含んでいる。ネジ５１６は、それぞれ形状が円筒形の対向する第１のステム５１８及び第２のステム５２０を有している。ネジ５１６は、ステム５１８、５２０の間に位置するネジ山付き本体５１９を有している。ベアリング５２２は、送りネジ５１６をスリーブ５２３に保持している。２つのベアリング５２２は、各ネジステム部分５１８、５２０上に配置されている。ベアリング５２２の各対は、スリーブ穴５２４のうちの１つの中に位置している。ベアリング５２２及び送りネジ５１６をハンドル５０２に固定するように、端部プラグ５２６及び５２８が穴５２４の内部ネジ山に通されている（穴のネジ山は、特定されていない）。端部プラグ５２６は、最も遠位側のスリーブ５２３の遠位側端部に配置されている。端部プラグ５２８は、近位側スリーブ５２３の近位側端部に配置されている。
【０１０２】
ベアリング５２２内では、ブシュ５３０、５３２が、それぞれ、ネジステム５１８、５２０の周囲に配置されている。ブシュ５３０は、送りネジ５１６のネジ山付き本体５１９の端部に隣接する環状の外方に延びるフランジ５３４を有している。ブシュ５３２は、ブシュの近位側端部に位置する傘歯車５３６と一体に形成されている。傘歯車５３６は、固定ネジ（１つだけが示されている）によりネジステム５２０に固定されている。傘歯車５３６は、別の相補的な傘歯車５４０の歯と噛合する歯を有している。相補的な傘歯車５４０は、固定ネジ（特定されていない）によりモータ２２４の出力シャフト５４２に固定されている。傘歯車５３６、５４０は、それらの対応する歯が噛合してモータ２２４の作動の際に送りネジ５１６を回転させるように配置されている。
【０１０３】
取付ブラケット５４６は、締結具５４８でハンドル５０２にモータ２２４を固定している。特に、ハンドル５０２は、キャビティ５０３内に、モータ２２４の円筒形状の外壁の一部を収める（図４９に示すような）弧状の凹部５５０を有している。取付ブラケット５４６は、ハンドル５０２の隣接する内面から離れる方に延びるモータ２２４の一部の上に着座するように、弧状に成形されている。
【０１０４】
ナット５５２が図３５Ａに示すキャリアスロット３１７に配置されている。ナット５５２は、中央の円筒状本体（特定されていない）を有し、当該本体から２つのウィング５５７（図３８に特定されている）が延びている。ナット５５２は、ウィング５５７が共通平面の面を有するように形成されている。この共通平面の面の一部は、ナット５５２の本体を横切って延びている。ナット５５２は、ウィング５５７がスロット３１７の対向側において、キャリアベース５０２の面に対して配置されるように位置している。締結具５５３（図３５Ｂ）は、ナット５５２をキャリア３０２に保持するように、ウィング５５７の開口及びキャリアベース３０５の相補的な開口を通って延びている（ナット及びキャリアの開口は、特定されていない）。ナット５５２は、送りネジ５１６のネジ山と歯合する内部ネジ山を有している。ナット５５２は、キャリア３０２に強固に取り付けられているため、ナット５５２が回転しないことを理解すべきである。したがって、送りネジ５１６の回転は、ハンドル５０２に対するナット５５２、ひいては、キャリア３０２及び取り付けられた構成部品の移動を生じさせることになる。
【０１０５】
ナット５５２が送りネジ５１６に沿って移動するとき、キャリアフランジ３０３は、ベアリングライナ５１４内で自由にスライドすることが可能である。送りネジ５１６に沿うナット５５２の変位の間に、上部アセンブリ３００の全質量がハンドル５０２に対して移動することになる。送りネジ５１６は、逆駆動を防ぐ精密ピッチ及びリード角を有している（すなわち、セルフロックである）。その結果、バーヘッド２０４に掛かる大きい負荷は、軸モータ２２４の望ましくない逆駆動を生じさせないことになる。一実施形態では、送りネジ５１６は、ネジ３３６、４３６と同じ直径であり、同じリードを有している。
【０１０６】
ここで図３５及び図３５Ｂを参照して説明される磁石ホルダー５６０は、ハンドルキャビティ５０３内に配置されている。磁石ホルダー５６０は、ビーム５５９及び該ビームの下に位置する足５６１を含む単一片ユニットである。足５６１は、足５６１の近位側端がビーム５５９の近位側端の前方に位置し、ビーム５５９の遠位側端がビーム５５９の遠位側端の後方に位置するように、ビーム５５９に対する長さを有している。閉鎖された端部穴５６３（１つが特定されている）がビーム５５９の各端部を通って延びている。穴５６３は、ビーム５５９の下側から開口し、ビーム５５９の縦軸に対して垂直な縦軸を有している。器具２００が組み立てられると、磁石ホルダービーム５５９の近位側端は、ハンドルステップ５０９に着座し、足５６１がステップ５１１に着座することになる。締結具５６５がビーム５５９及びステップ５１１を通ってハンドル穴５１５に延び、磁石ホルダー５６０をハンドル５０２に固定している。磁石５５６は、各ホルダー穴５６３に取り付けられている。磁石５５６は、１つの磁石５５６のＮ極及び第２の磁石５５６のＳ極がいずれもキャリッジ３０２に向くようにホルダー５６０に取り付けられている。
【０１０７】
プレート５６４は、キャリア３０２にナット５５２を取り付けるのと同じ締結具５５３でナット５５２に固定されている。プレート５６４は、ナットのウィング５５７の共通の平面状の外面に対して配置されている。ホール効果センサ５６６がプレート５６４に形成されポケット５６７に据え付けられている。センサ５６６は、磁石５５６により生成される磁界へのセンサ５６６の接近度に応じた信号を出力するようになっている。センサ５６６により出力されたアナログ信号は、コントローラ２３４に印加されるようになっている。コントローラ２３４は、この信号をデジタル化し、デジタル化した信号を器具コントローラ１２０に送るものである。
【０１０８】
トリガアセンブリ５０６は、トリガ２０８を含んでいる。トリガ２０８は、トリガハウジング５７０内でスライドするようになっている。トリガハウジング５７０は、締結具（特定されていない）でハンドル５０２に取り付けられている。トリガ２０８は、ユーザの指で押される形状のヘッド（特定されていない）を有している。ステム５７４は、トリガヘッドから後方に延びている。
【０１０９】
トリガステム５７４は、トリガシャフト５７８の穴５７６の内側に位置している。固定ネジは、トリガシャフト５７８の内側にステム５７４を保持している。トリガシャフト５７８は、トリガハウジング５７０のより大きい穴５８２内でスライドする大きさにされた概略円筒形状のヘッド５８０を有している。ヘッド５８０は、その上部にリブ５８４を有している。リブ５８４は、ヘッド５８０のフラット上に形成される。リブ５８４は、穴５８２の延長としてトリガハウジング５７０の内側に画定された対応する溝５８８内に上方に延びている。リブ５８４は、トリガハウジング５７０に対するトリガシャフト５７８の回転を防ぐために、溝５８８内でスライドするようになっている。
【０１１０】
スプリングピン５９４は、ハンドル５０２の円筒形状のポケット５９０に位置している。特に、スプリングピン５９４は、ポケット５９０に位置するヘッド５９２を有している。ピンシャフトは、ヘッド５９２からトリガシャフト５７８の対応する形状の穴５９８の前方へ延びている。スプリング６００は、少なくとも部分的に穴５９８に位置している。スプリング６００は、トリガシャフト５７８の内部端壁とスプリングピン５９４のヘッド５９２の間に位置している。スプリング６００は、トリガシャフト５７８をハンドル５０２から離れるように付勢している。
【０１１１】
トリガシャフト５７８は、その下側の磁石ポケットを更に画定している。磁石６０６は、好ましくは接着剤で、磁石ポケットに固定されている。トリガハウジング５７０は、溝５８８の反対側にセンサポケットを画定している。
【０１１２】
ホール効果センサ６１０は、好ましくは接着剤で、センサポケットに固定されている。ホール効果センサ６１０は、ホール効果センサ６１０からの磁石６０６の距離に基づいて、器具コントローラ１２０に可変信号を返信するようになっている。したがって、器具コントローラ１２０は、ユーザによるトリガ２０８の押し込み量を決定できる。データ接続１３３は、モータ２０６及び器具ドライバ１３０の間の電力信号及び制御信号を伝送するだけでなく、ホール効果センサ６１０から器具コンソール１３０への信号もまた伝送するようになっている。
【０１１３】
図３７〜図３９は、ハンドル５０２に対する軸Ｚに沿うナット５５２（及びキャリア３０２）の種々のＺ軸位置を示している。
【０１１４】
Ｄ．ワイヤーの取り付け
ここで図４０〜図４５を参照して説明するように、キャリア３０２は、多数の穴を含み、それら穴を通して配線が引き回されている。これらの配線（図示せず）は、これらの配線を介してセンサ信号が受信され、かつ、電力信号がキャリア３０２に取り付けられた種々の構成部品に印加される配線である。キャリアベース３０５は、一対の縦の貫通穴６１２を画定している。各貫通穴６１２は、フランジ３０３のうちの個々の１つ上及び内側に位置している。好ましくはプラスチックで形成されるガイドチューブ６１４が各貫通穴６１２の内側に位置している。１つのチューブ６１４の内部のルーメン６１５は、モータ２２０に延びる８本の配線の導管として機能している。第２のチューブ６１４を通るルーメン６１５は、モータ２２２に接続する８本の配線のルーメンとして機能している。組立の間、ガイドチューブ６１４は、穴６１２の一端に挿入されるようになっている。プラグチューブ６１６は、各穴６１２の対向端を閉鎖するものである。各ガイドチューブ６１４は、関連する穴６１２に配置された第１の端部と、キャリアベース３０５の近位側向きの面に当接するヘッド６１８を備えた第２の端部を有している。図４４に示すように、各ガイドチューブ６１４は、キャリア穴６１２内に配置された端部である遠位側端部に足６１７があるように成形されている。チューブ６１４の本体と同じ弧状寸法を有する足６１７は、チューブ６１４の本体の内側面と一致する面を有している（面は特定されていない）。チューブ本体の端部から遠位側に前方に延びるにつれ、この足の面は下方に湾曲している。
【０１１５】
２つの孔６２０がキャリアベース３０５の上面３１１から下方に延びている。孔６２０は、断面形状が楕円形である。各孔６２０は、隣接する穴６１２の内側に位置し、隣接する穴６１２に交わらないようになっている。キャリアベース３０５は、２つの対向するポケット６３６を有するように更に形成されている。各ポケット６３６は、キャリア３０２の側面３１３から内側へ延びている。各ポケット６３６は、貫通穴６１２のうちの一方及び隣接する孔６２０と交差している。プラスチックのスリーブ６２２は、各孔６２０に着座している。各スリーブ６２２は、孔６２０に滑合する寸法の管状本体６３０を有している。スリーブ本体６３０は、貫通穴６３２を有している。フランジ６２８は、本体６３０の上端から放射状に外方へ延びている。フランジ６２８は、キャリアベースの上面３１１と同一平面にスリーブ６２２を保持するように、孔６２０の周りの深座ぐり穴に着座している。プラグ６２４は、各ポケット６３６に着座している。各プラグ６２４には、中間穴６３４が形成されている。スリーブ６２２と隣接するプラグ６２４がキャリアベース３０５に嵌め込まれたときに、プラグの中間穴６３４は、スリーブ穴６３２と一緒に整列されている。また、一対のスリーブ６２６がキャリア３０２に取り付けられている。各スリーブ６２６は、キャリア３０２の底面表面３１５のうちの１つから上方に延びる穴（特定されていない）に着座している。各スリーブ６２６は、関連するキャリア穴６２０に隣接し、関連するキャリア穴６２０の内側へ位置している。各スリーブ６２６もまた、関連する穴６１２と交差するように位置している。スリーブ６２６の外面は、キャリアベース３０５の底面３１５と同一平面である。各スリーブ６２６は、上部穴６３２及び中間穴６３４と整列する底部穴６３８を有するように形成されている。プラグ６２２、６２４、６２６は、接着剤及び／又は圧入により所定の位置に保持されている。全てのプラグ６２２、６２４、６２６は、好ましくはプラスチックから形成されている。
【０１１６】
図４６〜図５０は、ハンドル５０２の内部の中空空間を示し、該ハンドル５０２の中空空間を通して配線が引き回されるようになっている。これらの中空空間は、一対の配線トラフ６４０を含んでいる。トラフ６４０は、ハンドル５０２の頂部の壁５１０から内側に延びる平行の凹部である。各トラフ６４０は、キャリア３０２に延びる配線の束を保持している（配線の束は特定されていない）。配線の束は、切断アクセサリ２０２及びホール効果センサ３９２、４９２、５６６を旋回させる器具モータ２０６、及びモータ２２０、２２４に延びる配線を含んでいる。
【０１１７】
トリガ２０８及びモータ２２６に関連する配線同様、キャリア３０２を通って延びる配線は、ハンドルキャビティ５０３を通って延びている。今度は図５２及び図５３を参照して説明されるキャビティ５０３内に配置される配線分別具６４２は、配線を固定状態に保持している。図５３を参照すると、配線分別具６４２は、ハンドルキャビティ５０３に滑合する寸法のヘッド６５０を有している。ヘッド６５０は、キャビティ５０３を通る縦軸に対して垂直の平面に配置されている。複数の開口６４４がヘッド６５０を通って上から下に延びている。開口６４４は、個々の配線及び配線の束がキャビティ５０３を通過する導管として機能している。各開口６４４には、ネジ山付きリテーナ６４８及びフェルール６４６が配置されている。脚６５２は、ヘッド６５０から下方へ延びている。本発明の図示の態様では、ヘッド６５０を通る上下軸に対して垂直な平面において、ヘッド６５０は形状が楕円形である。脚６５２は、ヘッド６５０の対向する平行側部から下方へ延びている。足６５４は、各脚６５２の自由端から外方に延びている。配線分別具の足６５４は、分別具ヘッド６５０の位置をハンドルキャビティ５０３内で固定するように、下端シェル蓋６７４（図５４）の周囲の内側ステップに接着固定されている。
【０１１８】
配線分別具６４２は、ハンドル５０２を通る配線の束の損傷緩和をもたらすものである。プラスチックで形成されるフェルール６４６は、配線の束を適所に保持している。図５３Ａに最も良く見えるフェルール６４６は、テーパの付いた前部及びネジ山付きリテーナ６４８によりテーパの付いた前部に付与される推力を介して分別具の開口６４４内で圧縮されている。ネジ山付きリテーナ６４８がそのテーパの付いた孔にフェルールのテーパの付いた先端を押し込むとき、各フェルール６４６が直径方向へ圧縮するように、各フェルール６４６には、その全長に沿って溝が付けられている。図では明示されていないが、各フェルール６４６の径は、フェルール６４６が着座する開口の径に比例している。
【０１１９】
Ｅ．シェル
図５４を参照すると、シェル６７０は、ハンドル５０２の底部に取り付けられている。シェル６７０は、コントローラ２３０、２３２、２３４を収容している。シェル６７０は、コントローラ２３０、２３２及び２３４が配置される矩形のケース６７６を含んでいる。ケース６７６は、頂部が開口している。蓋６７４は、ケース６７６の開口した頂部端上に固定されている。蓋６７４は、締結具６７２でハンドル５０２の底部に取り付けられている。ケース６７６の内部には、形状が柱状の支柱６７５を有している。コントローラ２３０、２３２、２３４は、ケース６７６内で他のものの上に積み重ねられている。一組の支柱６７５は、ケース６７６の底から最下部のコントローラを離して保持している。第２の組の支柱は、最下部のコントローラから中間のコントローラを離して保持している。第３の組の支柱６７５は、中間のコントローラから最上部のコントローラを離して保持している。モータ２２０、２２２、２２４並びにホール効果センサ３９２、４９２、５６６からの配線は、コントローラ２３０、２３２、２３４で終端している。
【０１２０】
代替実施形態では、コントローラ２３０、２３２、２３４は、コントロールユニット１２０に取り付けられており、器具２００上には取り付けられていない。本発明のこれらの実施形態は、シェル６７０を含まない。
【０１２１】
Ｆ．トラッカブラケット
図５５を参照すると、必要な場合に、ブラケットアセンブリ７００が、トラッキング装置１１４を保持するように、ハンドル５０２に取り付けられている。代替的な実施形態では、トラッキング装置１１４のＬＥＤが器具２００に組み込まれてブラケットアセンブリ７００の必要性を解消している。
【０１２２】
ブラケットアセンブリ７００は、略Ｕ字形状のブラケット７０１を含んでいる。ブラケット７０１は、ウェブ７０４から下方へ延びる一対の平行取付アーム７０２を有している。各取付アーム７０２の端部は、整列ピン７０６によりハンドル５０２と整列されている。締結具７０８は、ハンドル５０２に取付アーム７０２を保持している。トラッキング装置１１４は、ハンドル５０２に固定されるように設計されている。
【０１２３】
ブラケットウェブ７０４には、ネジ穴７１０が形成されている。ブロック７１２がウェブ７０４上に配置されている。ネジ山付き締結具７１６がブロック７１２の穴７１３を通ってウェブ穴７１０に延びている。締結具７１６は、ブロック７１２がウェブ穴７１０を通る軸の回りで回転できるように、ブロック７１２をブラケット７０１に保持している。締結具７１６の長さはブロック７１２よりも長い。ワッシャ７１８が締結具７１６のヘッドの直下に位置している（締結具のヘッドは、特定されていない）。締結具７１６は、ブロック７１２を固定した方位に固定するように、ブロック７１２がブラケットウェブ７０４とワッシャ７１８との間でクランプされるように締め付けられている。
【０１２４】
締結具７１６はブロック７１２の方位を調整するため、緩められるようになっている。バネ７２０は、ワッシャ７１８の下で締結具７１６の周りに延びている。バネ７２０の対向端は、ブロックの穴７１３の内側のブロック７１２内のステップ（図示せず）に対して着座している。ブロック７１２の回転方位を調整するために締結具７１６が緩められたとき、バネ７２０は、ワッシャ７１８とブロック７１２内のステップとの間で圧縮状態にある。この圧縮力は、締結具７１６を緩めたときのブロック７１２の自由回転を阻止している。
【０１２５】
図示しないが、本発明のいくつかの態様では、ブラケットウェブ７０４には、穴７１０から外方に放射する弧状に離間した歯が形成される。隣接するブロック７１２の底面には、相補的な歯が形成されている。ブロック７１２の回転位置の設定位置の一部として、ブロック７１２は、ブロックの歯がブラケットウェブ７０４の相補的な歯の間に差し込まれるようにセットされている。この歯と歯との係合は、固定状態のときのブロック７１２の回転移動を更に防止することに役立っている。
【０１２６】
第２のブロックであるブロック７２２は、ブロック７１２に回転可能に取り付けられている。ブロック７２２は、ブロック７１２の側面である面７１４に当接するよう配置されている。ブロック７２２には、ブロック７２２を軸方向に通る貫通穴７２３が形成されている。ブロック７１２には、面７１４の中央から内側に延びる第２の穴（図示せず）が形成されている。この第２の穴はブロックの穴７１３に対して垂直である。同一でないとしても締結具７１６と類似の締結具７２６は、ブロックの穴７２３を通ってブロック７１２の第２の穴に延びている。締結具７２６は、ブロック７２２が締結具７１６の周りで回転できるように、ブロック７２２をブロック７１２に保持している。ワッシャ７２８は、締結具７２６のヘッドとブロック７２２との間に位置している。締結具７１６を締めると、ブロック７２２は、ブロック７１２とワッシャ７１８との間でクランプされることになる。
【０１２７】
図示されないが、ブロック７１２、７２２には、相補的な歯が形成されている。ブロック７１２と一体の歯は、ブロックの面７１４に形成された穴から放射状に外方へ延びている。ブロック７２２と一体の歯は、ブロック７１２に着座するブロック７２２の面に形成されている。ブロック７２２の回転方位を固定する過程の一部として、ブロック７２２が回転されると、ブロック７２２と一体の歯がブロック７１２の面７１４に形成された歯の間で係合するようになっている。この歯と歯の間の係合は、ブロック７２２をブロック７１２に更に固定するものである。
【０１２８】
バネ７３０は、締結具７２６の周りに配置されている。バネ７３０は、ワッシャ７２８からブロックの穴７２３に延びている。バネ７３０は、ブロックの穴７２３の内部のステップに対して着座している。締結具７２６を緩めると、バネ７３０は、ブロック７２２の自由な回転を阻止する力をブロック７２２に印加することになる。
【０１２９】
ブロック７２２には、第２の穴である穴７２４が更に形成されている。穴７２４は、穴２７３に向かってブロック７２２の側面のうちの１つを通って延びている。フィティング７３２は、穴７２４に圧入されている。フィティング７３２は、トラッカのフィティング７３２への取り外し可能な取り付けを容易にする本発明と関係のない特徴を有することが可能である。
【０１３０】
ブロック７１２は、ブラケットアーム７０２の間の縦軸の周りで回転するようになっている。ブロック７２２は、ブロック７１２がその周りで回転する軸に垂直な軸の周りで回転するようになっている。そのため、この配置は、フィティング７３２に取り付けられたトラッカの位置を２つの回転自由度で選択的に配置することを可能にするものである。これは、ナビゲーションユニット１０８のカメラ１１０に良好な見通し線を確保するため、トラッカを向けることができることを容易にするものである。
【０１３１】
本発明の図示された態様では、１つのブラケットアーム７０２にネジ穴７３０が設けられている。第２のアーム７０２には、ネジ穴７４０が設けられている。穴７３０、７４０は、いずれも締結具７１６を収めるよう設計されている。図示されないが、ブラケットアーム７０２には、ウェブの穴７１０の周りに設けられた歯と類似の穴７３０、７４０の周りの歯が設けられている。したがって、これらの構造的特徴が、ブロック７１２、７２２をブラケットアーム７０２のどちらか一方に取り付けることを可能にしている。これは、もし、そのような配置がローカライザと見通し線の関係を確保するためのトラッカの最適な配置及び方位決めを容易にするのであれば、ブラケットアーム７０２のどちらかにトラッカを取り付けることを可能にするものである。
【０１３２】
ＩＶ．登録、較正及びホーミング
図５８を参照すると、システムの操作の準備に向けて取られる基本的ステップが示されている（システムは、トラッキング、制御システム１００及び器具２００と考えられる）。第１のステップ８００では、システムが電源投入される。システムを操作するソフトウェアアプリケーションは、ステップ８０２で開始する。ステップ８０４及び８０６では、トラッカ１１４、１１６並びにポインタ（図示せず）が初期化され、トラッカ１１６及び１１４は、目標の骨（例えば、大腿骨１０２）及び器具２００に配置される。
【０１３３】
トラッカ１１６が大腿骨１０２に取り付けられると、大腿骨１０２（及び任意の他の骨又は組織）は、当業者に知られた登録技術を用いてステップ８０８で登録される。これは、トラッキングされたポインタデバイスで大腿骨１０２の或る特定の表面又は目標にタッチすることをユーザに要求することができる。いくつかの実施形態では、これは、ポインタデバイスの選択ボタンを押しながら、大腿骨１０２の表面のいくつかの点をタッチすることをユーザに要求する。これにより、大腿骨１０２の術前又は術中画像とマッチングするように、システム内で表面上の点が「ペイント」される。この大腿骨１０２の術前画像又は術中画像は、ナビゲーションコンピュータにロードされる。大腿骨１０２のトラッキングされた部分は、術前画像に登録される。ひいては、これにより、大腿骨１０２が動くにつれて、トラッキング及び制御システム１００が、ディスプレイ１１３（及び／又はディスプレイ１４０２）上で、術前画像に基づいて骨の実際の位置及び方位の画像を表示することを可能にする。
【０１３４】
ステップ８１０では、作業境界１０６が規定される。器具コンピュータ１２０上で動作するソフトウェアは、作業境界１０６の初期的定義を生成する。ユーザは、典型的には、必要となる場合があるように、作業領域１０６の配置を調整する能力及び選択肢を有している。いくつかの実施形態では、術前画像が取られ、大腿骨１０２又は他の組織の３Ｄモデルが生成された後ではあるが、患者の手術の準備が整う前等の手術前に作業境界１０６が規定される。このように、作業境界１０６は、術前又は術中に既定されることができる。
【０１３５】
ステップ８１２の較正の手順では、トラッキング装置１１４の方位及び位置が、ディボット５０７（図３）の固定された既知の位置を参照してハンドル５０２に対して較正される。トラッキング装置１１４が器具２００に一体化された実施形態では、ＬＥＤ又は他の伝送器の相対位置が既知のため、このような較正は不要であろう。
【０１３６】
ポインタ装置は、トラッキング装置１１６に目標の骨１０２を登録するように使用される。
【０１３７】
図５６及び図５８を参照すると、ステップ８１４のホーミング手順は、バーヘッドの遠位側端部であるアクセサリ遠位側端バーヘッド２０４のホーム位置を確立する。このプロセスは、キャリッジ３０２並びにリンク３１６、４１６の初期位置を確立する。最初に、このプロセスでは、モータ２２０、２２２、２２４内のロータの角度位置を示す累積カウントを記憶するコントローラ２３０、２３２、２３４内のカウンタがゼロにセットされる。
【０１３８】
キャリッジ３０２が軸Ｚに沿うホーム位置にセットされるプロセスを最初に説明する。このプロセスの開始ステップでは、コントローラ１２０が、関連するモータ２２４を起動するようにモータコントローラ２３４に指示する。最初に、モータ２２４は、キャリッジ３０２の前方への遠位側への移動を生じさせるように、送りネジ５１９を回転するように作動される。この時間、モータコントローラ２３４は、モータ２２４内のホール効果センサからの信号を監視する。コントローラ２３４は、出力シャフト５４２の総回転度数を示すカウンタのカウントを維持する。本発明のいくつかの構成では、モータのロータの遠位側への移動を生じさせるモータのロータの回転に関連する各増分カウントは、正の増分カウントである。キャリッジの近位側への移動を生じさせるロータの回転に関連する各減分カウントは、負の減分カウントである。キャリッジ３０２の変位の結果、センサ５６６は、ハンドル５０２に取り付けられた２つの磁石５５６のうちの遠位側のものに向けて前進する。遠位側の磁石５５６に向かうセンサ５６６の移動の結果、センサからの出力信号が変化する。
【０１３９】
キャリッジ３０２のこの変位中、コントローラ２３４は、ホール効果センサ５６６により出力される信号のデジタル化された表示をコントローラ１２０に送信する。このプロセスの間にコントローラ２３４からコントローラ１２０に更に送信されるものは、モータのロータの回転位置を示す累積カウントデータである。
【０１４０】
コントローラ１２０は、コントローラ２３４と一体のカウンタからのデータを第１の閾値と比較する。この第１の閾値は、センサ５６６がハンドル５０２に沿う規定の位置にあるときにホール効果センサ５６６が出力する信号を示す信号レベルである。このキャリッジ３０２の位置は、遠位側のホーミング位置と考えることができる。センサ５６６からの信号がこの第１の閾値レベルに至ったとき、コントローラ１２０は、コントローラ２３４に、モータ２２４への加電信号の印加を終了するよう指示する。これは、キャリッジ３０２の遠位側への前進を停止させる。コントローラ１２０は、カウンタからの現在の累積カウント値を記憶する。
【０１４１】
コントローラ１２０は、その後、加電信号を印加するようにモータコントローラ２３４に指示し、この加電信号はモータ２２４に印加され、モータがキャリッジ３０２を近位側に変位させる。キャリッジ３０２のこの変位の間、コントローラ２３４は、ロータを回転させる角度を示す負の増分カウントを生成する。これらの負のカウントは、カウンタに印加されたとき、累積カウントを減少させる。カウンタに記憶される累積カウントは、ゼロ又は負の値に減少することができる。キャリッジ３０２のこの変位中、モータコントローラ２３４は、再度、ホール効果センサ５６６からの出力信号のデジタル表示及びカウンタ内のデータをコントローラ１２０に送信する。
【０１４２】
キャリッジ３０２をハンドル５０２に沿って近位側のホーミング位置に移動させるように、モータ２２４が作動される。キャリッジ３０２の変位の結果、ホール効果センサ５６６により出力される信号は、キャリッジ３０２が遠位側の磁石５５６から離れ、近位側の磁石５５６に向かって移動するに従ってレベルを変化させる。コントローラ１２０は、ホール効果センサ５６６からの信号を第２の閾値レベルと比較する。この第２の閾値レベルは、キャリッジ３０２が近位側のホーミング位置にあるときに信号センサ５６６が出力するレベルである。キャリッジ３０２が近位側のホーミング位置にあることを信号の比較が示すとき、コントローラ１２０は、モータ２２４の作動を終了するようにコントローラ２３４に指示する。このとき、コントローラ１２０は更に、コントローラ２３４の内部のカウンタからのカウントデータを記憶する。
【０１４３】
このとき、コントローラ１２０は、キャリッジ３０２を最初に遠位側のホーミング位置に移動させ、その後、近位側のホーミング位置に移動させるのに必要なモータのロータの角度位置を示す累積カウントをデータとして記憶している。これらの２つのカウント間の絶対差が計算される。この差は２で割られる。この値は、モータ２３４と一体のロータが、現在の位置からキャリッジ３０２をハンドル５０２上でホーム位置に中央に位置させるように、回されなければならないカウンタ数を表す。例えば、このプロセスでは、コンピュータは、キャリッジ３０２が遠位側のホーミング位置にあるときにはカウントは２５０であり；近位側のホーミング位置にあるときにはカウント値は−１４８であった：という指示を受信することができる。これらのカウント値の差は３９８である。この差の半分は１９９である。
【０１４４】
この変位カウントが計算されると、コントローラ１２０は、現在のカウント値にこの値を加算する。本例では、−１４８＋１９９＝５１である。この数は、目標位置と称される。このホーミングプロセスの間、この目標位置は、モータ２３４と一体のロータが、キャリッジ３０２を軸Ｚホーム位置まで変位させるように回転すべき角度位置を表す累積カウントに等しい正又は負の数である。コントローラ１２０は、この目標位置をモータコントローラ２３４に送信する。モータコントローラ２３４は、今度は、この目標位置で示されるこのカウントに向けてロータを回転させるように加電信号をモータ２２４に印加する。その結果のモータのロータの回転の間、モータのホール効果センサの値の変化は、コントローラのカウンタに記憶されるカウント値に増分増加を生じさせるカウントの出力を生じさせる。
【０１４５】
このステップの間、モータコントローラ２３４は、カウンタに記憶された累積カウントを目標位置により表されるカウントと比較する。これらの２つの値が等しいとき、コントローラ２３４は、モータ２２４への加電信号の印加を終了する。モータのロータ、ひいては、送りネジ５１６のこの回転は、送りネジ５１６に沿うキャリッジナット５５２の変位を生じさせることが理解されるべきである。ナット５５２のこの移動は、キャリッジ３０２及び切断アクセサリ２０２をこれら自身の軸Ｚに沿うホーム位置に移動させるものである。
【０１４６】
モータ２２０、２２２は、同様の態様で、切断アクセサリ２０２をＸ軸及びＹ軸に沿うホーム位置に配置するように作動される。詳細には、モータ２２０は、リンク３１６を反対の上下のホーミング位置の間で旋回させるように作動される。このプロセスの間、ホール効果センサ３９２からの信号は、磁石３８０の変位の結果として、変化する。このホール信号のデジタル表示は、コントローラ２３０からのカウント値とともに、コントローラ１２０に出力される。このホール効果センサ３９２からの信号は、リンク３１６がいつ閾値位置に到達したかを決定するように、２つの閾値信号レベルの間で比較される。リンク３１６がこれらの２つの位置にあるときのモータのロータからの累積カウントの差が決定される。累積カウントの差は、２で割られる。得られた商は、現在のカウント値に加算されて目標位置が生成される。この目標位置は、目標とされた累積カウントと等しい正又は負の数である。この目標とされた累積カウントは、リンク３１６のホーム位置へのリンク３１６の移動を生じさせるようにモータのロータが回転することが必要な角度位置に比例する。
【０１４７】
目標位置は、コントローラ１２０からコントローラ２３０に出力される。コントローラ２３０は、モータのロータの回転を生じさせる加電信号をモータ２２０に印加する。このロータの回転は、コントローラ２３０内のカウンタにより維持されるカウントを目標位置の累積カウントに到達せしめる。累積カウントが目標位置に等しいと一旦コントローラ２３０が決定すると、コントローラ２３０は、モータ２２０への加電信号の印加を終了する。送りネジ３３６の回転及びそれによるナット３７６の変位は、リンク３１６をそのホーム位置に旋回せしめる。このリンク３１６のホーム位置への旋回は、今度は、切断アクセサリ２０２のそのＸ軸に沿うホーム位置への同様の旋回を生じさせる。
【０１４８】
切断アクセサリ２０２をそのＹ軸上のホーム位置に移動させるように、モータ２２２は、反対の左右のホーミング位置の間でリンク４１６を旋回させるように作動される。このプロセスの間、ホール効果センサ４９２からの信号は、磁石４８０のセンサ４９２への／からの移動に応じて変化する。このホーミングプロセスの間、コントローラ２３２は、ホール効果センサ４９２からの出力信号のデジタル化された表示；及びモータのロータの回転の結果としてのコントローラ２３２により維持されるカウント値をコントローラ１２０に供給する。例として、モータ２２２は、リンク４１６を最初に左のホーミング位置に旋回させるように最初に作動される。コントローラ１２０は、ホール効果センサ４９２からの信号を第１の閾値レベルと比較する。この比較は、リンク４１６がいつ左のホーミング位置に到達したかを決定するように行われる。モータ２２２は、その後、リンク４１６を右のホーミング位置に旋回させるように作動される。コントローラ１２０は、ホール効果センサ４９２からの信号が第２の閾値レベルに到達したときに、リンク４１６が第２のホーミング位置にあると認識する。
【０１４９】
コントローラ１２０は、その後、リンク４１６が右及び左のホーミング位置にあるときからのカウント値の差を計算する。このカウント値の差は、２で割られる。得られた商は、現在の累積カウントに加算される。この和が、リンク４１６をそのホーム位置に中央に位置させるようにモータ２２２の内部のロータが回転する必要のある角度位置を示すカウント値である。このカウント値は、モータ２２２の内部のロータに関連する現在のカウント値に加算される。コントローラ１２０は、この目標位置をコントローラ２３２に出力する。
【０１５０】
この目標位置の受信に応答して、コントローラ２３２は、ロータの回転を生じさせる加電信号をモータ２２２に印加する。より詳細には、ロータは、目標位置への累積カウントの増加又は減少を生じさせるカウントをモータ２２２と一体のホール効果センサが出力するように、ロータが回転される。一旦、累積カウントが目標位置に等しいとコントローラ２３２が判断すると、コンピュータは、モータ２２２への加電信号の印加を終了する。このプロセスの間、モータのロータ及び送りネジ４３６の回転は、ナット４７６の変位及びリンク４１６の旋回を生じさせることになる。リンク４１６は、そのホーム位置に旋回し、これにより、切断アクセサリ２０２のＹ軸に沿う切断アクセサリホーム位置への同様の旋回が生じる。
【０１５１】
各コントローラ２３０、２３２、２３４は、そのコントローラと関連するロータのカウントがいつ目標位置に到達したかをコントローラ１２０に通知する。コントローラ１２０は、これらの状態データを切断アクセサリ２０２がホーム位置にあることの表示として受け取る。一旦、切断アクセサリ２０２がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上で中央に位置すると、コントローラ１２０は、ロータのカウンタ値を維持するモータコントローラ２３０、２３２、２３４内のカウンタをゼロ設定する。
【０１５２】
一旦、切断アクセサリ２０２がホーム位置になると、ナビゲーションポインタが切断アクセサリ２０２の遠位側端であるバーヘッド２０４の位置を決定するように使用されることが可能となる。このように、システム１００は、ホーム位置にあるバーヘッド２０４の位置及びその手持ち部分の位置及び方位との関係を知ることになる。したがって、手持ち部分がユーザによって移動され、その位置及び方位がトラッカ１１４を用いてトラッキングされると、システム１００は、バーヘッド２０４の位置もトラッキングする。本発明の他の態様では、以前の較正プロセスの結果として、器具２００に対する切断アクセサリ２０２の遠位側端部の位置が既知とみなされる。
【０１５３】
登録、較正及びホーミング（使用される場合）が完了すると、ナビゲーションユニット１０８は、目標の骨１０２及び目標体積１０４に対するバーヘッド２０４の空間位置を決定できる。器具２００は、ステップ８１６で、物質の目標体積１０４の境界抑制された切断の準備ができる。
【０１５４】
Ｖ．器具制御
ホーミングプロセスの後、器具２００のコントローラ１２０による制御は、（１）ナビゲーションコンピュータ１１２からの位置及び方位データ；（２）コントローラ２３０、２３２、２３４からの累積カウント；及びトリガ２０８が作動された程度を示す３つの信号に基づいている。
【０１５５】
図５６に示すように、手術器具２００は、バーヘッド２０４のＸ（ピッチ）、Ｙ（ヨー）及びＺ軸のそれぞれにおける少なくとも±０．２インチ（±０．５０８ｃｍ）の変位を生じさせる切断アクセサリ２０２の変位を可能にするよう設計されている。換言すれば、作業部分の遠位側チップすなわちバーヘッド２０４は、各複数の自由度において少なくとも０．４インチ（１．０１６ｃｍ）の総変位が可能である。別の実施形態では、例えば、作業部分の遠位側チップ、例えば、バーヘッド２０４は、各複数の自由度において、０．２インチ（０．５０８ｃｍ）の総変位、すなわち、±０．１インチ（±０．２５４ｃｍ）が可能である。他の実施形態では、例えば、作業部分の遠位側チップは、少なくとも０．５インチ（１．２７ｃｍ）、すなわち、±０．２５インチ（±０．６３５ｃｍ）；少なくとも１．０インチ（２．５４ｃｍ）、すなわち、±０．５インチ（±１．２７ｃｍ）；少なくとも１．５インチ（３．８１ｃｍ）、すなわち、±０．７５インチ（±１．９０５ｃｍ）；少なくとも２．０インチ（５．０８ｃｍ）、すなわち、±１．０インチ（±２．５４ｃｍ）、少なくとも２．４インチ（６．０９６ｃｍ）、すなわち、±１．２インチ（±３．０４８ｃｍ）又は少なくとも３．０インチ（７．６２ｃｍ）、すなわち、±１．５インチ（±３．８１ｃｍ）、又はそれ以上の総変位が可能である。本発明の多くの態様では、Ｘ軸に沿うバーヘッド２０４の変位は、Ｚ軸に沿う変位に等しいＹ軸に沿う変位に等しい。
【０１５６】
切断アクセサリ２０２の通常の動作位置は、ホーム位置である。上記動作範囲データは、バーの中心に対して与えられている。本発明の多くの態様で、バーヘッド２０４がホーム位置にあるときに、バーヘッド２０４は、それぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸である上下、左右、軸に沿う遠位側／近位側に等しい距離を移動できるようになっている。バーヘッド２０４の潜在変位が各軸に沿って等しい場合、バーヘッド２０４は、ホーム位置にあるときに、制御システム１００により規定される移動範囲を表す球の中心にあると考えることができる。この球の外縁は、ホーム位置から離れるバーヘッド２０４の潜在的移動の外部境界である。以下に述べるように、器具コントローラ１２０は、バーヘッド２０４が境界１１１に交わり又はこれを越えたときに、バーヘッド２０４を制約境界１１１から遠ざけている。この偏位は、切断アクセサリ２０２がそれに沿って変位することができる軸の任意の１つ、２つ又は３つに沿うものである。
【０１５７】
図５９を参照すると、器具２００を制御するように器具コンピュータ１２０により行われるステップの例示的なフローチャートが示されている。ステップ９００で、目標の骨１０２及び器具２００の最新の位置がナビゲーションコンピュータ１１２から器具コントローラ１２０にデータ接続１２１を介して伝送される。ステップ９０２では、これらのデータを用い、器具コントローラ１２０は、自由空間における作業境界、制約境界１１１及びバーヘッド２０４の位置を決定する。ステップ９０２の一部として、制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の相対位置も計算される。ステップ９０４では、器具コントローラ１２０は、バーヘッド２０４が適用される組織に対するバーヘッド２０４の位置でナビゲーションＧＵＩ（ディスプレイ１１３）を更新する。作業境界１０６の位置の表示もまた提供されることができる。
【０１５８】
制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の位置には関係なく、バーヘッド２０４が組織に押し当てられたとき、バーヘッド２０４は組織の抵抗にさらされる。この抵抗は、医者が器具２００を前方に移動させたことの結果として医者がバーヘッド２０４に与える力に対する反作用である。組織の抵抗は、本質的に、医者が切断アクセサリ２０２に与えた前方への力の反作用で切断アクセサリ２０２に課される力である。この力は、組織が骨等の硬くて柔軟性のない組織である場合に顕著である。
【０１５９】
上記のとおり、送りネジ３３６、４３６、５１６及び相補的ナット３７６、４７６、５５２は、それぞれ、精密にネジ切りされている。この精密なネジ切りは、送りネジの縦軸に平行な力がナットに掛かったときの関連するナット３７６、４７６又は５５２の変位を防ぐものである。例として、切断アクセサリ２０２の縦軸が骨の表面に対して垂直になるようにバーヘッド２０４が骨の表面に対して押された時に、骨の抵抗は、切断アクセサリ２０２に対する戻し力となる。この戻し力は、連結アセンブリ２０７及びジンバル３０４を通してキャリッジ３０２に伝達される。ひいては、この戻し力は、キャリッジナット５５２を近位側に後方に押そうとする。しかし、精密なピッチでの送りネジ５１６へのナット５５２の係合は、ナット５５２のこの近位側への変位を阻止し、ロックアウトすることになる。このナット５５２の後方移動に対するロックアウトは、キャリッジ３０２、したがって、切断アクセサリ２０２による同様の後方移動のロックアウトを生じることになる。この送りネジ５１６の移動のロックアウトは、出力シャフト５４２又はモータ２２４のロータの逆駆動を同様に阻止することが同様に理解されるべきである。
【０１６０】
同様に、送りネジ３３６へのナット３７６の精密ピッチの係合は、Ｘ軸に沿う切断アクセサリ２０２の意図しない変位をロックアウトすることになる。送りネジ４３６へのナット４７６の精密ピッチの係合は、Ｙ軸に沿う切断アクセサリ２０２の意図しない変位をロックアウトすることになる。また、この送りネジ３７６、４７６のロックアウトは、それぞれ、モータ２２０及び２２２の逆駆動を防ぐことになる。
【０１６１】
ステップ９０６では、アクション、すなわち、バーヘッド２０４の移動、バーヘッド２０４の回転速度の変更、バーヘッド２０４の停止等を取ることが必要かを判断するように、制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の重心の相対位置がコントローラ１２０により評価される。ディスプレイ１４０２（下記参照）もまた、器具コントローラ１２０により更新されることができる。
【０１６２】
ステップ９０８に示されるように、器具コントローラ１２０は、モータコントローラ２３０、２３２、２３４に対して指示データパケットを送信するようになっている。これらの指示データパケットは、コントローラが関連するモータ２２０、２２２、２２４のロータの目標位置を含んでいる。ここで、各目標位置は、関連するモータのロータの目標累積カウントを表す正又は負の数である。この目標累積カウントは、コントローラにより制御されるモータ２２０、２２２又は２２４と一体のロータについてのホーム位置からの、モータのロータの目標角度位置に比例している。
【０１６３】
器具コントローラ１２０は、これらの指示データパケットを、０．５ミリ秒〜４ミリ秒ごとに１パケットの速度で生成して各モータコントローラ２３０、２３２又は２３４に送信するようになっている。本発明の多くの態様では、各コントローラ２３０、２３２、２３４は、少なくとも２ミリ秒ごとに１度指示パケットを受信するようになっている。
【０１６４】
ステップ９１０に示すように、器具コントローラ１２０は、また、制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の相対位置に基づいて器具の速度を選択的に規制している。
【０１６５】
ステップ９１２では、視覚的なフィードバックが、器具２００に位置し、データを器具コントローラ１２０に送信し、器具コントローラ１２０から受信するように器具コントローラ１２０にデータ接続１００２で別個に配線されたディスプレイにより外科医に提供される。
【０１６６】
これらのステップは、ステップ９１４で反復される。
【０１６７】
図６０及び図６１を参照すると、作業境界１０６が面（図６０）又は体積（図６１）としてモデル化されることができる。作業境界１０６をモデル化するのに面が使用された場合、面は、三角、四辺形、ＮＵＲＢＳ等に碁盤目状にすることができる。他方、作業境界１０６が体積としてモデル化された場合、体積は、立方体のボクセル又は他の平行六面体形状のボクセルにより表すことができる。
【０１６８】
図６２及び図６３を参照すると、作業境界１０６及び制約境界１１１に関する器具２００の動作が示されている。ここで、手術器具２００は、いわゆる受動モードで操作される。受動モードでは、システム１００は、作業境界１０６に対するバーヘッド２０４の位置を監視する。バーヘッド２０４がこの境界１０６に接近し、又は、交ったときに、システム１００は、切断アクセサリ２０２の位置を偏位させ、及び／又は、モータ２０６の速度を低下させるようになっている。
【０１６９】
図６２において、バーヘッド２０４は、制約境界１１１から離間している。このとき、コントローラ１２０は、バーヘッド２０４をホーム位置に維持する。手術器具２００がこの状態のとき、器具コントローラ１２０は、ゼロの目標位置を示すデータパケットを連続的にモータコントローラ２３０、２３２、２３４に送信する。切断アクセサリ２０２が既にホーム位置にあると仮定すると、コントローラ２３０、２３２、２３４により維持される現在の累積カウントは、既にゼロである。目標位置が現在のゼロ値の累積カウントと等しいとすると、コントローラ２３０、２３２、２３４は、それぞれ、モータ２２０、２２２、２２４を作動させない。したがって、切断アクセサリ２０２は、ホーム位置に保持されることになる。
【０１７０】
バーヘッド２０４が組織に対して前進すると、ヘッド２０４は、図６３に示すように、ついには作業境界１０６と接触することになる。器具コントローラ１２０は、ナビゲーション１０８への接続を介して、バーヘッド２０４の重心が制約境界１１１に交差したとの決定の結果として、バーヘッド２０４がこの位置にあることを認識することになる。バーヘッド２０４がこの位置にあることの結果として、器具コントローラ１２０は、バーヘッド２０４の新しい位置である制約境界１１１に垂直な偏位位置を計算する。この偏位位置は、ホーム位置から離間している。詳細には、アルゴリズム又は他のプロセスを用いて、器具コントローラ１２０は、バーヘッド２０４の偏位位置を計算している。この偏位位置は、器具２００の基準フレームを参照して計算される。この偏位位置は、ホーム位置に対するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿う距離の組として定量化されている。
【０１７１】
器具コントローラ１２０は、その後、切断アクセサリ２０２を偏位位置に再配置するようにモータ２２０、２２２、２２４と一体のロータが回転しなければならない一組の目標位置カウントを生成する。目標のモータのロータの角度位置は、以下の関係に基づいて決定される。
１）切断アクセサリ２０２の上下及び左右の旋回の間、切断アクセサリ２０２は、ジンバル３０４の中心の回りで旋回するレバーとして機能する。このレバーの一端は、バーヘッド２０４である。このレバーの対向端は、ナット３７６又は４７６である。これは、ナット３７６又は４７６の変位が、それぞれ、切断アクセサリ２０２の上下又は左右の旋回を生じさせるからである。バーヘッド２０４をそのホーム位置からＸ軸又はＹ軸上で旋回させるように、各ナット３７６、４７６がナットのホーム位置から変位する必要がある程度の間には、概略一次の相関がある。切断アクセサリ２０２を軸Ｚに沿って変位させるには、キャリッジ３０２、ひいては、キャリッジナット５５２が前方又は後方に同距離変位される必要がある。したがって、ナット５５２のそのホーム位置からの変位とバーヘッド２０４の軸Ｚに沿う変位との間には、直線相関がある。（Ｘ軸又はＹ軸上での切断アクセサリ２０２の旋回の結果、バーヘッド２０４のＺ軸上でのホーム位置からのいくらかの変位がある。この変位は、バーヘッド２０４を偏位位置に配置するようにバーヘッド２０４の個々のＸ軸変位、Ｙ軸変位及びＺ軸変位を決定するのに使用されるアルゴリズムにおいて考慮される。）
２）各送りネジ３３６、４３６、５１６の回転角度と送りネジに取り付けられたナットであって、それぞれ、ナット３７６、４７６、５５２の線形変位との間には、一次の相関がある。
３）各モータ２２０、２２２、２２４のロータの回転角度とロータにギア連結接続された送りネジであって、それぞれ、送りネジ３３６、４３６、５１６との間には、一次の相関がある。
４）各モータ２２０、２２２、２２４のロータが回転する角度と、その位置を示すそれぞれ関連するコントローラ２３０、２３２、２３４により維持される累積カウントとの間には、一次の相関がある。
【０１７２】
上記関係に基づき、一旦、コントローラ１２０がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上でのバーヘッド２０４の偏位位置を決定すると、コンピュータは、各モータのロータの目標位置を決定する。コントローラ１２０は、これらの目標位置を含むパケットをモータコントローラ２３０、２３２、２３４に伝送する。これらの目標位置に基づいて、各モータコントローラ２３０、２３２、２３４は、それぞれ関連するモータ２２０、２２２、２２４に適切な加電信号を印加する。これらの加電信号は、バーヘッド２０４を意図した偏位位置に変位させるキャリッジ３０２、リンク３１６及びリンク４１６の再配置を生じさせるロータの回転を生じさせる。
【０１７３】
時間的に、バーヘッド２０４をホーム位置から約２ｃｍ離れた偏位位置まで変位させるのに、典型的には、約４０ｍ秒かかる。この時間の間、医者は、ハンドピース２００に前方への力をなおも掛けている。このように、しばしば、バーヘッド２０４が適用される骨の表面からバーヘッド２０４が完全に退くよりむしろ、バーヘッド２０４は、骨に対して押し当たったままになる。しかし、バーヘッド２０４の偏位の結果、バーヘッド２０４は、あるとしても、最小量のみ作業境界１０６を超える。バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えるとしても、組織が成形される形状に対して許容可能な公差レベル内の距離だけ境界１０６を越えて進むだけである。その代わりに、制約境界１１１に垂直な線に沿うバーヘッド２０４の変位の結果、バーヘッド２０４は、作業境界１０６において骨と接触した状態に保たれることになる。このように、バーヘッド２０４が組織を除去し続けるが、除去される組織は、医者が組織を除去したい骨の部分内のものである。
【０１７４】
システム１００が受動モードで操作されるとき、モータ２０６への加電信号の印加は、コントローラ１２０及び器具ドライバ１３０により連携して規制される。最初に、器具ドライバ１３０の制御を設定することで、外科医は、モータ２０６の最大速度を確立する。システム１００が受動モードで作動する時間を通して、ステップ９０８のプロセスで、コントローラ１２０は、器具ドライバ１３０に指示パケットを送信する。これらのパケットは、モータ２０６が動作すべき外科医が確立した最大速度のパーセンテージを示している。コントローラ１２０が、切断アクセサリ２０２を偏位する必要がないと判断する限り、これらの指示パケットは、モータが確立された最大速度の１００％で動作することを示している。
【０１７５】
これらの指示パケットが受信される限り、トリガ２０８の押下があった指示をいつ器具ドライバ１３０が受信しても、ドライバは、モータ２０６を最大速度で動作させる加電信号を出力する。システムが以下に述べる手動モードで動作している場合に、ドライバがモータ２０６を最大速度未満の速度で動作させる加電信号を出力するようなトリガの押下があったとしても、器具ドライバ１３０は、この動作を行うことになる。
【０１７６】
図６４に示す発明の態様では、コントローラ１２０は、モータ２０６の速度を、バーヘッド２０４がホーム位置から偏位される程度に応じて選択的に低下させ、すなわち、制御システム１００は、医療施術の間、作業部分のホーム位置からの逸脱をトラッキングするようになっている。ここで、コントローラ１２０は、コンピュータがバーヘッド２０４をホーム位置から偏位させる必要がないと判断する限り、モータ速度を低下させる指示を生成しない。換言すれば、作業部分は、作業部分がホーム位置にあるときには最大切断速度で動作可能であり、制御システム１００は、作業部分がホーム位置から逸脱したときに作業部分の切断速度を低下させることになる。詳細には、以下に更に説明するように、作業部分が仮想境界、例えば、制御システム１００で規定された作業境界１０６を越えたときに、作業部分はホーム位置から逸脱して、作業部分を仮想境界から離れるように偏位させることになる。換言すれば、作業部分は、作業境界１０６を越える組織の除去を防ぐために、組織の作業境界１０６から離れるように偏位することになる。
【０１７７】
制御システム１００は、この逸脱に基づいて作業部分の切断速度を低下させている。モータ２０６の速度制御は、１）医者により設定された最大速度、２）医者によるトリガ２０８の押下、３）全偏位のパーセンテージ、４）速度プロファイルの形状、すなわち図６４を含むいくつかの因子に基づいている。コンピュータがバーヘッド２０４についての偏位位置を決定することが必要なときは、コントローラ１２０は、バーヘッド２０４の偏位のパーセンテージを決定する。この偏位は、バーヘッド２０４の可能な最大逸れ（ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ）に対する必要な逸れの比例比較に基づく。本発明の一態様では、可能な最大逸れは、切断アクセサリ２０２のホーム位置から可能な総偏位の外部範囲までの距離である。個々のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちのどの１つに沿っても、この距離は、その軸に沿う切断アクセサリ２０２の実際の可能な最大逸れよりも小さい場合がある。
【０１７８】
計算されたバーヘッド２０４の必要な逸れが可能な最大偏位の既定のパーセンテージ未満である限り、コントローラ１２０は、モータ速度を低下させる指示を生成しない状態を続ける。一旦、計算されたバーヘッド２０４の偏位が最大偏位の閾値パーセンテージを越えると、コントローラ１２０は、モータ速度を低下させ始める。図６４の例では、閾値パーセンテージは最大偏位の４０％である。システム１００がこの状態のとき、コントローラ１２０は、モータ２０６が確立された最大速度の１００％未満で駆動されるべきことを示す指示パケットをドライバ１３０に伝送する。これらの指示パケットは、モータ２０６に対するユーザ設定速度の１００％未満の速度でモータ２０６が動作することになる加電信号をモータ２０６に印加することをコンソール１３０に指示する。コントローラ１２０は、モータ２０６が動作すべきユーザ設定速度のパーセンテージを可能な最大偏位に対するバーヘッド２０４の計算された偏位のパーセンテージに応じて決定する。図６４の速度プロファイルでは、計算された偏位が可能な最大偏位の９０％に到達したときに、コントローラ１２０は、モータ２０６を切断するようにコンソール１３０に指示する。偏位が可能な最大偏位の４０％から９０％に増加するにつれ、コントローラ１２０は、モータ速度がユーザ設定速度の１００％からモータ切断状態に直線的に低下するべきであることを示す指示パケットをコンソール１３０に送信する。
【０１７９】
本発明のいくつかの態様では、コンソール１３０は、低下した速度への器具モータ２０６の実際の制動、すなわち実際の減速を生じさせる信号をモータ２０６に送信する（ａｓｓｅｒｔｓ）。この制動は、切断アクセサリ２０２を減速させる一次的な力である。切断アクセサリ２０２を減速させる二次的な力は、切断される組織に対するバーヘッド２０４の抵抗である。
【０１８０】
本発明の一態様では、コントローラ１２０は、５００Ｈｚと２０００Ｈｚとの間の周波数でモータ速度が低下するべき程度を示す指示パケットをコンソール１３０に送信する。これらの指示パケットは、モータ２０４の速度を低下させる必要がない位置にバーヘッド２０４があるときにでも送信される。
【０１８１】
開示された作業境界１０６に対する器具２００の相対位置を決定するナビゲーションシステムは、例示的であり、限定的なものではない。例えば、いくつかのナビゲーションシステムは、光を反射するトラッカを有している。更に他のナビゲーションシステムは、固定線源から放射された光又は電磁場をモニタするセンサを有するトラッカを含んでいる。
【０１８２】
コントローラ１２０は、制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の相対位置を決定している。本発明の一形態では、器具コントローラ１２０は、この評価を１０００Ｈｚの周波数で実行するものである。多くのナビゲーションシステムは、この周波数で器具が適用される骨に器具２００の相対位置を示すナビゲーションデータを提供しない。コントローラ１２０は、ナビゲーションシステムからの比較的遅い更新を補償している。この補償を行う１つの方法は、ナビゲーションシステムからのデータを最初にトラッカの位置の決定に使用することである。これらの位置は、平均位置を決定するように何回か決定される。これらの平均トラッカ位置に基づいて、作業境界に対する切断アクセサリ２０２の遠位側端部の相対位置が決定される。これらの平均化プロセスは、実際のトラッカ位置が測定される時点の間の時点で作業境界１０６に対する切断アクセサリ２０２の位置の平均表示を生成することを可能にするものである。
【０１８３】
コントローラ１２０が上記評価を行うごとに、バーヘッド２０４がホーム位置にあるとの仮定の下でその評価が行われる。したがって、この評価では、バーヘッド２０４が実際には偏位位置にあることができることは無視されることになる。器具コントローラ１２０は、これらの各評価のそれぞれに基づいて、必要とすれば、バーヘッド２０４に対する適切な偏位位置はどこであるかを決定する。このように、これらの評価のうちの１つの結果、バーヘッド２０４が制約境界１１１を越えたと決定された場合、コントローラ１２０は、バーヘッド２０４の偏位位置が、現在の偏位位置よりもホーム位置から更に離間していると決定することができる。代替的には、器具コントローラ１２０は、制約境界１１１に対するバーヘッド２０４の現在の相対位置により、バーヘッド２０４の適切な偏位位置は、現在の偏位位置よりもホーム位置により近いと決定することができる。どちらの決定であっても、その終わりに、コントローラ１２０は、モータ２２０、２２２、２２４と一体のロータの目標位置を生成する。これらの目標位置は、モータのコントローラ２３０、２３２、２３４に伝送される。新たな目標位置が以前の目標位置と異なる場合、モータのコントローラ２３０、２３２、２３４は、バーヘッド２０４の新たに決定された目標位置への変位を強行するように、それぞれ、モータ２２０、２２２、２２４に加電信号を印加する。
【０１８４】
上記のように、一旦、器具コントローラ１２０が、ホーム位置から規定距離離れた偏位位置にバーヘッド２０４を再配置することが適切であると決定すると、コントローラは、モータ２０６の速度を低下させる。モータ速度の低下の結果、器具２００により生成される音のピッチが変化する。１つの理由は、モータ速度の低下は、常に、モータ２０６により放射される音の特性の変化を生じさせることである。バーヘッド２０４が骨に対して押し当てられると、この金属対骨接触の結果として生じる音のピッチも変化する。これらの音の変化は、バーヘッド２０４が作業境界１０６に接近し、又は、作業境界１０６に位置することの医者へのフィードバックをもたらしている。
【０１８５】
モータ２０６から医者が受ける上記聴覚的なフィードバックは、一実施形態において、ユーザが最初に設定した最高速度からモータ２０６を減速できないようにシステム１００が構成されている理由である。施術の間に医者がそのようにモータ２０６の速度を低下させることが許される場合、切断アクセサリ２０２が作業境界１０６に接近し、又は、作業境界１０６を突破していることの結果としてモータ速度の低下を医者が聴覚的に把握することが困難である可能性がある。
【０１８６】
医者への別のフィードバック源は、器具の減速の結果、医者の手の中での器具の振動が変化することである。このフィードバックの結果、バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えて組織を除去することを防ぐように、バーヘッド２０４を再配置し、及び／又は、骨に対してバーヘッド２０４を押し当てるように器具に加える力を調整することが必要であることを医者に通知される。
【０１８７】
作業境界１０６に対するバーヘッド２０４の位置に関して医者が有する別のフィードバック源は、ハンドピースの残りの部分に対する切断アクセサリ２０２の相対位置である。ホーム位置からの切断アクセサリ２０２の視覚的に適度ないし大きい変位は、容易に判る。これらの変位された位置のうちの１つへの切断アクセサリ２０２の移動は、したがって、バーヘッド２０４が作業境界１０６にあり、又は、作業境界１０６に接近していることの医者に対する視覚的な合図として使える。
【０１８８】
これらは、バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えて組織を除去することを防ぐように器具の位置が十分リセットされていないと考えられる状況であることができる。器具がこの位置にあるとき、切断アクセサリ２０２がホーム位置から偏位された状態に既にあることが理解されるべきである。しかし、この状態では、切断アクセサリ２０２の逸れは、可能な最大逸れより小さい。この場合、切断アクセサリ２０２の更なる必要な逸れが、許容された最大の逸れを超過することができる。図６４に示す例では、許容された最大逸れは、総逸れの９０％である。バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えて移動することを防ぐようにバーヘッド２０４をそのように再配置することが必要とコントローラ１２０が判断した場合、コントローラ１２０は、モータ２０６への加電信号の印加を終了するようにコンソール１３０を指示する指示パケットをコンソール１３０に送信する。
【０１８９】
器具モータ２０６の停止は、２つの最終効果を有している。第１に、モータ２０６の停止は、バーヘッド２０４が作業境界１０６を越えて組織を切断することを防いでいる。第２に、モータ２０６の停止は、作業境界１０６の外の組織の切断を防ぐには、器具２００の再配置が必要であることの医者への通知を提供している。作業境界１０６から離間させる器具２００の再配置は、モータ２０６への加電信号の継続印加を生じさせることになる。
【０１９０】
バーヘッド２０４が偏位された後、医者は、手術器具を継続して再配置する。この再配置の結果、コントローラ１２０は、しばしば、バーヘッド２０４がホーム位置にある場合には、バーヘッド２０４が制約境界１１１から離間しているように器具が配置されることを決定する。この条件が生じたとき、コントローラ１２０は、モータのロータがホーム角度位置にあるべきことを示す目標位置とともにモータのコントローラ２３０、２３２、２３４に指示パケットを送信する。これらの指示パケットにおけるカウント値は、ゼロである。これらの指示パケットの受信に応答して、モータのコントローラ２３０、２３２、２３４は、それぞれ、モータ２２０、２２２、２２４を選択的に作動させる。モータ２２０、２２２、２２４は、キャリッジ３０２並びにリンク３１６、４１６をそれらのホーム位置に復帰させるように作動される。このキャリッジ３０２並びにリンク３１６、４１６の変位は、バーヘッド２０４のホーム位置への同様の復帰を生じさせることになる。
【０１９１】
システム１００は、また、いわゆる「能動」モードで切断アクセサリ２０２の位置を制御することができる。能動モードでは、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２を制約境界１１１から離間させるように偏位させない。その代わり、コントローラ１２０は、それに沿って組織が除去される経路に切断アクセサリ２０２を能動的に導く。例えば、システムは、特定の縦軸に沿って位置する骨の穴又は他の空所を形成するように能動モードで操作されることができる。
【０１９２】
能動モードで空所を形成するため、空所の縦軸が最初に規定され、コントローラ１２０にロードされる。この軸の延長線が骨の外に延びるようにプロットされる。バーヘッド２０４が空所への開口の位置の直上にあるように器具を保持する医者は、この軸に概略整列するように器具を運ぶ。この作業は、手術ナビゲーションディスプレイ上に提示される画像を参照して行われる。この画像は、それに沿って空所が形成されるべき軸の描画を含んでいる。
【０１９３】
最初に、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２の遠位側端部が開口が形成されるべき骨の表面上の設定された空間内にあるかを判断する。本発明のいくつかの用途では、この距離は、約０．５ｃｍ〜１．５ｃｍである。コントローラ１２０は、その後、切断アクセサリ２０２が空隙が形成されるべき位置から所与の径であるスナップ径内にあるかを判断する。この径は、典型的には、切断アクセサリ２０２の最大偏位径より小さい。器具２００がそのように配置されていない場合、コントローラ１２０は、医者が器具を再配置することが必要であるというメッセージをナビゲーションディスプレイに表示させる。コントローラ１２０が、切断アクセサリ２０２がスナップ半径内にあると判断した場合、コンピュータは、切断アクセサリ２０２を偏位、スナップさせる。詳細には、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２の遠位側端部が、空所が形成されるべき位置の直上に位置するように、器具モータ２２０、２２２、２２４を作動させるようにモータのコントローラ２３０、２３２、２３４に指示する。このプロセスのこれらのステップの間、コントローラ１２０は、器具モータ２０６の動作を防ぐ指示パケットをコンソール１３０に送信する。
【０１９４】
したがって、医者による器具の継続移動は、空隙が形成されるべき位置の組織の表面に対して切断アクセサリ２０２の遠位側端が押し当てられる結果を生じる。また、このとき、医者は、器具モータ２０６を作動させることができない。また、それに沿って空所が形成されるべき軸に対する器具の相対位置を示す画像がナビゲーションディスプレイに表示される。
【０１９５】
器具２００がこのように配置されると、医者は、目標軸に対する器具の画像に基づいて、器具を方向付けする。器具の最初の方向付けの結果、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２をホーム位置に復帰させる。医者は、器具の方向付けを継続する。詳細には、医者は、目標軸に対する切断アクセサリ２０２の方位を示す画像に基づいて、アクセサリがこの軸に位置合わせされるまで、アクセサリの方向付けを継続する。
【０１９６】
ナビゲーションスクリーン上での情報の監視の結果、医者は、それに沿って空所が形成されるべき軸と切断アクセサリ２０２が整列した事実に気付く。一旦、器具がこの状態になったとコントローラ１２０が判断すると、コントローラは、器具のモータ２０６が作動することができることを示す指示パケットをコンソール１３０に送信し始める。このとき、医者は、モータ２０６を作動させるようにトリガ２０８を押下する。切断アクセサリ２０２は、したがって、目標位置において、かつ、目標軸に沿って意図した空所が組織に形成されるように、加電されることになる。
【０１９７】
一旦、医者が空隙の形成を開始すると、コントローラ１２０は、医者が目標軸を外れて切断アクセサリ２０２を適用する可能性をかなり制限する。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、切断アクセサリ２０２が軸を外れて移動していることを示す任意の指示をナビゲーションシステムが提供すると、コントローラ１２０は、直ちに、器具のモータ２０６への加電信号の印加を終了することをコンソール１３０に指示する。コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２の何らの偏位を実行することなく、この動作を行う。これにより、空所の深さが大きくなるにつれて、空所が目標軸から軸外れの軸に沿って形成される可能性が低下する。本発明のこの特徴のいくつかの実施形態では、目標軸との切断アクセサリ２０２の不整合の許容可能な変化は、形成される空所の深さが増加するのと反比例して変化することができる。
【０１９８】
コントローラ１２０は、切断の深さを監視する。本発明のいくつかの態様では、空所の深さが目標深さの０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの間と判断されたときには、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２の偏位を開始する。この特定のタイプの偏位は、単に切断アクセサリ２０２の後方への収縮であることができる。キャリアが偏位されると、コントローラ１２０は、モータ２０６の減速とその後の停止を生じさせる指示パケットをコンソール１３０に送信する。このように、これらのプロセスのステップは、結果としての空所を目標深さに形成させる。
【０１９９】
能動モードのシステム１００の代替的な使用においては、システム１００は、バーヘッド２０４が除去されるべき組織の表面に隣接して配置されるように医者がハンドピースを配置するように指示するプロンプトを表示する。この距離は、バーヘッド２０４がホーム位置から偏位することができる最大距離より小さい。典型的には、この距離は、バーヘッド２０４が偏位されることができる全距離の２０％〜８０％より小さい。
【０２００】
一旦、器具２００がこのように配置されると、器具コントローラ１２０は、ホーム位置から切断されるべき組織に向けてのバーヘッド２０４の逸れを生じさせる指示をモータのコントローラ２３０、２３２、２３４に送信する。バーヘッド２０４は組織を除去する。このプロセスの間、バーヘッド２０４の変位に関して器具コントローラ１２０が生成する指示は、作業境界１０６に向かうバーヘッド２０４の変位を生じさせるだけである。コントローラ１２０は、作業境界１０６を越えるバーヘッド２０４の再配置を生じさせることができる指示は送信しない。したがって、このプロセスでは、コントローラ１２０は、骨を所望の形状に切削するようにバーヘッド２０４を指示する指示を送信することになる。
【０２０１】
このプロセスでは、医者は、切断される骨のより近くに向けて器具を移動することができる。器具がそのように再配置されたとのコントローラ１２０の決定に応答して、コンピュータは、所望の組織除去を行うようにバーヘッド２０４が偏位される必要のある程度を調整する。このバーヘッド２０４の位置の再調整において、バーヘッド２０４は、ホーム位置にリセットされることが可能である。器具２００が骨に更に近く移動された状況では、コントローラ１２０は、その後、切断される組織から離間させるバーヘッド２０４の偏位を開始する必要があると決定することができる。したがって、この器具の能動モード動作の態様は、作業境界を越えた組織の除去を防ぐように、バーヘッド２０４の受動モードの逸れを含んでいてもよい。
【０２０２】
上述の能動モード及び受動モードの間の交互のシステム１００の動作は、システム１００の混成モードの動作と考えることができる。この動作は、骨の表面を形成するのに有用である。これらの表面は、骨内に位置する空所を画定する露出した骨の表面から内側に位置する表面を含んでいる。
【０２０３】
システム１００は、手動オーバライドモードでも動作することができる。このモードでは、ユーザは、バーヘッド２０４を再配置するモータ２２０、２２２、２２４の能力をオーバライドする。このモードでは、器具２００は、ホーム位置をデフォルト位置とし（ｄｅｆａｕｌｔｓ）、本質的に固定された、硬直した切削工具となる。所望であれば、バーヘッド２０４の回転速度を制御する要素は維持されることができる（例えば、制約境界１１１の外側の切断は、なおも許可されない場合がある）。完全なオーバライドは、ユーザがバーヘッド２０４の回転速度を変更するようにトリガ２０８を使用することを許可するであろう（能動モード及び受動モードでは、トリガ２０８は、単なるオン／オフの安全装置である）。この場合、器具２００はもはやナビゲーションユニット１０８によりガイドされないため、器具２００は本質的に従来的な器具になる。
【０２０４】
器具が上記モードで操作された場合、送りネジのナットの自己ロック機能は、ホーム位置からのバーヘッド２０４の意図しない変位、逆駆動を防ぐことが理解されるべきである。
【０２０５】
受動モード及び能動モードは、（表面加工の）考えられる動作モードの範囲の両極端と考えられるが、変形形態は可能である。例えば、システム１００は、バーチップ予測を伴う受動モードで動作することができる。このモードでは、バーヘッド２０４は、作業境界１０６に実際に到達する前に作業境界１０６から離間するように加速を開始する。これを実行するには、バーヘッド２０４の将来の位置の見積りが必要である。位置に加えて、骨１０２及び器具２００に対するバーヘッド２０４の将来の位置を予測し、それに従って反応するように、目標の骨１０２及び器具２００の両方の速度がナビゲーションユニット１０８から器具コントローラ１２０に出力される。このモードは、各モータの特性仕様の知識を活用する（モータの速度−トルク曲線を知ることに類似する）。この受動モードの変形形態は、器具の特性包絡線（反応性）及び全体的な正確性を増大させることになる。
【０２０６】
別の混成モードは、より長い「スティッキング」時間の追加である。このようなモードでは、制御システム１００は、手持ち部分の移動とは独立に作業部分が境界に実質的に維持されるように、ユーザが手持ち部分を境界に対して移動させる間に、作業部分を境界に能動的に配置すべく、例えば、モータ２２０、２２２、２２４であるアクチュエータを制御するように構成されている。本質的には、バーヘッド２０４が境界への「乗り入れ」を開始した後にのみ、バーヘッド２０４は、境界への吸引体のように振る舞う。これは、バーヘッド２０４が境界から引き離される間に、バーヘッド２０４が「ホーム」位置を越えて移動することを許容することにより達成される。この特徴は、ユーザの好みに従って調整されることができる。
【０２０７】
更に別の混成モードは、半自発切断である。このモードでは、医療処置の間、ユーザが実質的に手持ち部分を目標体積に対する総体的位置に維持する間、物質の目標体積を除去するために制御システム１００内で規定された経路を作業部分が自発的にたどるように、制御システム１００は、手持ち部分に対して作業部分を移動させるべくアクチュエータを制御するように構成されている。ここで、ユーザは、バーヘッド２０４を総体的に配置し、次いで、対象の領域に器具２００を保持することになる。バーヘッド２０４は、その後、器具コントローラ１２０からコントローラ２３０、２３２、２３４への信号に基づいてガイドされて移動し、作業境界１０６により画定された物質１０４の目標体積を切除する。ＣＮＣフライスのように、器具２００は、器具コントローラ１２０又はユーザにより計算された規定の経路（又は、実行中に生成された経路）をたどることにより、半自発作業を実行する。器具経路のカバレッジは、利用可能な動作範囲（及びユーザが器具２００を静止して保持する能力）により制限されることになる。
【０２０８】
動作の別の混成モードは、切断アクセサリ２０２が制御されたパターンで移動するディザリングを含む。このパターンは、特定の平滑度を有する仕上げ表面を生じるように骨１０２を成形するバーヘッドを生じさせるものであることができる。ディザリング動作では、バーヘッド２０４を、軌道パターンで移動させ、八の字パターンで移動させ、及び／又は、規定の弧に沿って振動させるように、切断アクセサリ２０２がホーム位置から移動することが可能である。このディザリングは、局所的な境界の表面に平行に実行される。
【０２０９】
ＶＩ．用途
図６５を参照すると、システムの１つの可能な用途は、上記のような骨の切削に用いるものである。本質的には、除去された骨は、移植片（例えば、膝移植片）の「ネガ」のキャビティ１００６を提供する。器具２００は、複雑な３次元形状（すなわち、鏡面対称形状）をも切り出することができる。同様に、器具２００は、突出した骨及び変形を剃り落とし／平滑化するように使用されることができる。
【０２１０】
図６６を参照すると、システム１００は、骨、他の組織又は他の物質に通路を掘るのに使用されることができる。器具２００は、バーヘッド２０４の直径に等しい（又はそれより少し大きい）直線穴１００８を開けるように構成されることができる。図６６が示すように、逆にした錐体の制約形状１０１０が、体の種々の部位（例えば、脊椎）にアクセスするように規定されることができる。
【０２１１】
図６７Ａ〜図６７Ｃを参照すると、目標設定／整列でのシステム１００の使用が示されている。これは、ドリルビット１０１４のチップを穴の中央線（例えば、椎弓根ネジの予備穿孔）に「スナッピング」することにより、ユーザが素早く事前計画又は穴１０１２の事前規定された位置を特定することを可能にする。一旦、位置が特定されると、その後、ドリルビット１０１４（又は他の切断アクセサリ）の軸を所望の穴１０１２の軸に適切に整列させるようにディスプレイ１４０２が使用されることができる。図６８に示すディスプレイ１４０２のスクリーンショットを参照して、ディスプレイは、整列が軸外れ１０１８であり、移動の必要があることを示すドット１０１６を表示している。器具２００は、ドリルビット１０１４のピッチ、ヨー又は軸Ｚに沿う並進を変更することにより、穿孔の進行中に、整列からの逸脱を修正するようになっている。
【０２１２】
図６９を参照すると、器具２００は、柔軟組織及び神経１０２０近傍における、これらの繊細な領域を避ける能力を伴って、切断、切除又は他の外科的施術に使用されることができる。この用途では、手術前撮像及び事前計画として、これらの敏感な領域を避ける制約境界を生成している。いくつかの実施形態では、器具２００は、神経の損傷を防ぐように神経モニタと組み合わされることができる。このマッピングは、必要に応じて処置中に行われることができる。
【０２１３】
図７０を参照すると、器具２００は、深さ制御されることができる。これは、ユーザが特定深さに切断又は穿孔（例えば、椎弓根ネジ）することを可能にする。しかし、ユーザは、過度に深く切断し、又は骨の反対側まで貫通することは妨げられる（例えば、バイ−コーティカルネジ）。この用途では、作業領域は、骨の深さ表面である。
【０２１４】
図７１を参照すると、器具２００は、あつらえの移植片成形に使用されることもできる。この用途では、バー又は他の成形工具は、非骨物体１０２２を特定の形状に切断することができる（例えば、プラスチック移植片）。システムは、器具２００で切削、又は、手動で切断を行うことで以前に生成した表面に一致させ又は整合させるよう物体を変形するようにも構成されることができる。
【０２１５】
本書で記載したシステム１００及び器具２００は、本発明の単なる例である。本発明は、硬質組織及び軟質組織を含むいくつかのタイプの組織に対して、プラスチック及び金属等の材料に、及び、これらに限定はされないが、切断、切除、穿孔、一般的な衝突回避等を含む多くの異なる処置に使用されることができる。
【０２１６】
ＶＩＩ．代替的な実施形態
上記は、システムの特定の一態様に向けられている。本発明のシステムの代替的な態様が可能である。例えば、器具２００は、境界の近く又は境界上にあるときに、又は、或る特定の量の偏位を超過した後で振動する機構（例えば、偏心モータ）を有することができる。これは、ユーザに、切断アクセサリの遠位側端チップが境界に接近していることの更なるフィードバックを提供するものである。切断アクセサリの作業境界への接近度の視覚的表示を提供するように、器具２００、例えば、ハンドル５０２に光源（例えば、ＬＥＤ）を設けることができる。例えば、緑の信号＝良好、黄色＝境界上、赤＝問題／停止。
【０２１７】
バーヘッド２０４がそのホーム位置から偏位した程度を示す特徴を器具２００に設けることができる。これらの特徴は、器具２００上のディスプレイ１４０２に組み込まれることができる（図１及び図６８参照）。ディスプレイ１４０２は、好ましくは、使用中にハンドル５０２に対して固定されたままであるように、ハンドル５０２に取り付けられる。代替的な実施形態では、ディスプレイ１４０２は、上部アセンブリ３００とともに移動させるように、上部アセンブリ３００に取り付けることができる。ディスプレイ１４０２のドライバ（図示せず）が器具コントローラ１２０にインストールされる。
【０２１８】
本発明の手術器具２００は、上記システム以外のナビゲーションシステムとともに使用することができる。例えば、器具は、無画像ナビゲーションシステムとともに使用することができる。
【０２１９】
骨切削用途では、ディスプレイ１４０２は、切断アクセサリ２０２／バーヘッド２０４の現在の偏位量又は切断アクセサリ２０２／バー２０４が「ホーム」位置にあるかの状態を与えるであろう。目標設定／整列用途では、ディスプレイ１４０２は、切断アクセサリの軸を目標の軸に整列させるようにユーザに指示する。半自発切断モード中は、ディスプレイ１４０２は、バーヘッド２０４又は器具２００を総体的にどこに配置するのが最良かをユーザに知らせる視覚的指示を与えることができる。さらに、ディスプレイ１４０２は、ナビゲーション情報（すなわち、遮られたトラッキング向けのＬＥＤ、追加的な材料を除去する必要がある場合の切断が完了したパーセンテージ等）を表示することができる。
【０２２０】
データ接続１００２は、器具コントローラ１２０及びディスプレイ１４０２の間の高速通信及びアイソクロナスリアルタイムデータ伝送に標準のシリアルバスインタフェースであるＩＥＥＥ１３９４インタフェースであることができる。データ接続１００２は、個別企業特有のプロトコルを使用することができる。
【０２２１】
切断アクセサリをホーム位置に／ホーム位置から移動させる代替的なアセンブリが提供されることが可能である。例えば、モータからの力を伝達する機械的アセンブリは、送りネジ上に配置されたナット以外のアセンブリを含むことができる。そのような１つのアセンブリは、モータに取り付けられた駆動プレートを有することができる。プレートは、切断アクセサリを変位させるべく切断アクセサリに接続されたリンクを係合するピンを含んでいる。また、本発明のいくつかの態様では、切断アクセサリを変位させるのにベルト駆動が採用されてもよい。本発明の更に別の態様では、モータの作動は、ラックを変位させることができる。ラックは、切断アクセサリを変位させるように切断アクセサリにリンクすることができる。
【０２２２】
本発明の別の代替的な態様では、切断アクセサリが取り付けられたジンバルは、それ自体が器具の本体に旋回可能に取り付けられる。したがって、ジンバルは、切断アクセサリのＸ軸偏位及びＹ軸偏位をも提供することになる。本発明のこれらの態様では、切断アクセサリをジンバルに保持する機構は、可動にジンバルに取り付けられている。例えば、モータと連結アクセサリ、又は、連結アクセサリのみが、近位側又は遠位側に可動にジンバルに取り付けられることができる。本発明のこれらの態様では、切断アクセサリを遠位側及び近位側に移動させるモータは、それ自身、ジンバルとともに旋回するようにジンバルに取り付けることもできる。この切断アクセサリの変位は、軸Ｚに沿う切断アクセサリの変位であることが理解されるべきである。
【０２２３】
同様に、本発明の全ての態様において、切断アクセサリを配置する動力源が機械的エネルギーである必要はない。例えば、切断アクセサリは、ホーム位置へ／ホーム位置から電磁的に選択的に変位されることができる。本発明のこの実施形態の一態様では、器具２００は、ソレノイドを含むことができる。これらのソレノイドは、切断アクセサリに取り付けられたピンを収縮／伸長させるように選択的に作動される。ピンは、切断アクセサリのホーム位置への／ホーム位置からの変位を生じさせるように選択的に収縮／伸長される。代替的には、器具の内部に取り付けられた他のコイルがあることができる。これらのコイルは、局所化された磁場を生成するものである。各組のコイルのコイルは、切断アクセサリ上の磁石の組を選択的に吸引又は反発するようになっている。磁石の移動は、切断アクセサリの移動を生じさせることになる。本発明のこの態様では、特定の組のコイルへの加電は、磁石の組を選択的に応答／吸引することができ、これにより、２軸又は３軸上での切断アクセサリの同時的な変位を生じることになる。
【０２２４】
精密ピッチの送りネジ以外のアセンブリは、アクセサリが抵抗にさらされたときの切断アクセサリの意図しない戻り移動を防ぐ器具の自己ロック特徴部として機能することができる。自己ロックアセンブリの厳密な構造は、切断アクセサリを変位させるアクチュエータの構造次第である。例えば、電磁アクチュエータが使用された場合、アクチュエータが自己ロック機構として機能する。具体的には、切断アクセサリの意図しない変位を防ぐように、切断アクセサリに印加される抵抗力を防ぐ電流がコイルに印加される。いくつかの態様では、バネもまた、切断アクセサリの意図しない動きを阻止する力を与えることができる。意図しない動きをしないように、切断アクセサリをロックするのにカムアセンブリもまた使用されることができる。
【０２２５】
器具２００は、切断アクセサリ２０２の位置の決定及び制御をするように、モータ内部に上記ホール効果センサ以外の要素を含むことができる。例えば、本発明のいくつかの態様では、切断アクセサリを変位させる要素の回転位置を監視するように、アブソリュート回転位置エンコーダ又はアブソリュート角度位置エンコーダが使用されることができる。いくつかのタイプの動き、例えば、軸Ｚに沿うキャリッジの動きを監視するように、アブソリュート直線位置エンコーダが本発明の器具に組み込まれることができる。本発明のこれらの態様では、切断アクセサリのゼロ状態又はホーム中央配置を容易にする補助的な位置エンコーダを設けることは必要とは限らない。
【０２２６】
本発明の全ての態様で、切断アクセサリ２０２にエネルギーを提供するモータ又は他の要素が切断アクセサリ２０２に固定的に連結される必要は無い。したがって、本発明のいくつかの態様では、エネルギー出力要素は、切断アクセサリ２０２にフレキシブルにリンクされることができる。例えば、切断アクセサリ２０２が機械的に駆動される装置の場合、何らかのタイプの駆動ケーブル又は可撓性ジョイントが切断アクセサリに動力を伝達することができる。例えば、切断アクセサリ２０２がキャリア３０２に旋回可能に連結される一方で、モータが可動キャリア３０２に固定的に取り付けられることができる。この構造の利点は、ホーム位置に向かって／ホーム位置から離れるように移動される必要がある器具２００の要素の重量を減少させることである。
【０２２７】
本発明のいくつかの態様では、器具２００は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれの上で切断アクセサリ２０２が変位することができる程度が相互に等しくないように設計されていてもよい。
【０２２８】
また、切断アクセサリ２０２をホーム位置に配置するのに用いられるプロセスにおける変形形態も存在することができる。例えば、典型的には、切断アクセサリ２０２が軸Ｚに沿って変位する場合、アクセサリ２０２は、通常、後方に向かって近位側に移動する。したがって、コントローラ１２０は、ホーミングプロセスの間に最初に確立されたホーム位置に対して典型的には前方、遠位側であるキャリア３０２のＺ軸ホーム位置を確立する。このホーム位置のオフセットは、処置の間に、切断アクセサリ２０２が近位側に後退できる程度を増加させるものである。
【０２２９】
このようなキャリア３０２のホーム位置のリセットの１つの手段は、上記ホーミングプロセスを用いてキャリア３０２をホーム位置に移動させるように最初にモータ２２４を作動させることである。コントローラ１２０は、その後、変位したホーム位置へキャリア３０２が移動した以前に計算された目標位置のカウントにオフセットカウントを加算する。このオフセットカウントは、コントローラ１２０に以前に記憶されたデータに基づく。このオフセット目標位置カウントは、その後、モータのコントローラ２３４に送られる。コントローラ２３４は、キャリア３０２を遠位側に移動させるようにモータ２２４を作動させる。キャリア３０２は、モータからの累積カウントがオフセット目標位置カウントと等しくなるまで移動する。一旦、キャリア３０２がそのようにオフセットホーム位置に再配置されると、コントローラ１２０は、累積カウントをゼロ設定する。
【０２３０】
切断アクセサリ２０２のＺ軸のホーム位置がそのようにオフセットされるとき、軸Ｚに沿うアクセサリチップすなわちバーヘッド２０４の動作範囲は、Ｘ軸及びＹ軸に沿うチップの動作範囲と等しくならない。したがって、本発明のこれらの実施形態では、アクセサリチップすなわちバーヘッド２０４がその最大偏位位置に変位したときにアクセサリチップすなわちバーヘッド２０４が移動する離間した体積の境界は、球状ではない。
【０２３１】
同様に、本発明の他の態様では、Ｘ軸及びＹ軸における切断アクセサリチップすなわちバーヘッド２０４の全偏位範囲は、等しくない場合があることが理解されるべきである。
【０２３２】
器具モータ２０６の速度が低下する程度もまた、図６４で記載したものから変化することができる。例えば、本発明のいくつかの態様では、ホーム位置から切断アクセサリ２０２の任意の変位があると、直ちに、コントローラ１２０は、モータ速度のいくらかの低下を生じさせる。これにより、バーヘッド２０４が作業境界１０６にあることの何らかの即時の聴覚的及び触感的なフィードバックが医者に提供されることになる。この速度低下のレベルは、偏位が最大累積偏位の設定されたパーセンテージ内である限り、一定に留まる。一旦、偏位がこの閾値パーセンテージを超過すると、コントローラ１２０は、モータ速度を低下させる程度を増加させるように作用する指示パケットをコンソール１３０に送信する。これにより、切断アクセサリ２０２の位置及び切断アクセサリ２０２に加える力を更に調整することが適切であることができるとの第２の組の聴覚的及び触覚的なフィードバック信号が医者に提供される。
【０２３３】
さらに、本発明のいくつかの態様では、コントローラ１２０は、アクセサリチップすなわちバーヘッド２０４の作業境界１０６への接近度に応じて、器具モータ２０６の速度を低下させることができる。具体的には、アクセサリチップすなわちバーヘッド２０４が作業境界から第１の距離と判断されたときに、第１のレベルの速度低下を生じさせる指示パケットがコンソール１３０に送られることができる。一旦アクセサリチップすなわちバーヘッド２０４が作業境界１０６に交わり、又は、作業境界１０６を越えると、コントローラ１２０は、モータ速度を第２のレベルに低下させる。そして、バーヘッド２０４がホーム位置から逸れた程度が閾値レベルを越えて増加するにつれ、コントローラ１２０は、モータ速度の低下を増加させる。このモータ速度の段階的な低下は、アクセサリチップすなわちバーヘッド２０４の作業境界１０６への接近度の段階的な表示を医者に提供することになる。
【０２３４】
また、コントローラ１２０が作業境界１０６に対する切断アクセサリ２０２の遠位側端チップの相対位置を決定するプロセスは、上記とは相違していてもよい。理想的には、ナビゲーションユニット１０８は、この位置を決定することができるデータを、切断アクセサリ２０２がホーム位置から移動される程度をコンピュータが再計算する頻度と等しい頻度で提供できるべきである。実際には、ナビゲーションシステムは、典型的には、これらの頻度で測定を実行することはできない。１つの潜在的な解決策は、コントローラ１２０に、器具２００の骨に向かう／骨から離れる方向の速度を決定するように、ナビゲーションユニット１０８からの最新のいくつかのデータのフレームを使用させることである。この決定に基づいて、コントローラ１２０は、ナビゲーションユニット１０８から受信した最新の真の位置情報の後に、骨に対する器具２００の相対位置の外挿評価を生成する。これらの器具位置の予測に基づき、コントローラ１２０は、切断アクセサリ２０２をホーム位置から逸らすべきかどうか、及び、切断アクセサリ２０２をホーム位置から逸らすべき程度を決定する。
【０２３５】
作業境界１０６に対する切断アクセサリ２０２の遠位側端部の相対位置及び方位の測定された、又は、円弧運動の（ａｒｃｕａｔｅ）評価を提供する更に他の手段は、本発明の範囲内にないナビゲーションユニット１０８の特徴と関連している。
【０２３６】
同様に、処理速度及び／又はコントローラ１２０への／コントローラ１２０からのデータの伝送の能力により、アクセサリ２０２がホーム位置にあるとの推定に基づいて切断アクセサリ２０２の相対位置を決定することは、常に必要な訳ではない。この決定がトラッカ１１４、１１６の相対位置だけによらずに行われることは、本発明の範囲内である。この追加のデータは、切断アクセサリ２０２の遠位側端部をホーム位置から逸らす程度を規定するデータを示している。
【０２３７】
同様に、全ての要素が、本発明の全ての態様内にあることは要求されない。例えば、システム１００のいくつかの態様では、単一組のセンサが、最初に切断アクセサリ２０２を中央配置又はホーム位置にすることと、次に切断アクセサリ２０２をホーム位置から変位させる程度を監視することとの両方に使用される信号を提供することがあることができる。
【０２３８】
また、必要な整列の程度は、器具２００に取り付けられる切断アクセサリ２０２のタイプによることが理解されるべきである。例えば、能動モードで穴を形成する場合、アクセサリ２０２がバーヘッド２０４ではなくてドリルビットであるときに、しばしば、切断アクセサリ２０２をより正確に配置することが必要となる。
【０２３９】
代替的な実施形態では、切断アクセサリ２０２の位置を設定するアクチュエータを規制するコントローラ２３０、２３２、２３４は、制御ユニット１２０に取り付けられる。これにより、器具２００にシェル６７０のような構造部を設ける必要が解消されることになる。
【０２４０】
器具２００の動作の正確性は、境界に対するアクセサリの決定及びそれに続く器具の制御サイクルが実行される頻度を増加させることで高めることができることが同様に理解されるべきである。例えば、器具コントローラ１２０に、２ｋＨｚ以上、４ｋＨｚ以上及び８ｋＨｚ以上の頻度でこれらのサイクルを実行することができるハードウェア及びソフトウェアを設けることが望ましいとすることができる。
【０２４１】
いくつかの実施形態では、器具２００及び解剖学的組織に取り付けられるトラッキング装置１１４、１１６は、電磁波、超音波、ＲＦ信号を送信又は受信するトラッキング装置又は当業者に知られた他のトラッキング装置等の非光ベースのトラッカであることができる。
【０２４２】
ＶＩＩＩ．ペンシルグリップの実施形態
上節で記載した代替的な実施形態に加え、図７２〜図１１１は、ペンシルグリップの構成を有する以下で１２００の符号が付される手術器具の別の実施形態を示している。手術器具１２００は、図１に示されており、上記されたトラッキング及び制御システム１００において使用可能である。上記のように、トラッキング及び制御システム１００は、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４を目標体積１０４に保つように目標体積１０４及び手術器具１２００の位置及び方位をトラッキングするようになっている。手術器具１２００は、上記手術器具２００と同様の用途で使用されることができる。手術器具１２００は、典型的には、トラッキング及び制御システム１００、特に、器具コントローラ１２０に接続するコード１２０３を有している。
【０２４３】
図７２〜図７４を参照すると、手術器具１２００は、駆動アセンブリ１２０２とも称される遠位側アセンブリ１２０２と、手持ち部分１２０４とも称される近位側アセンブリ１２０４とを備えている。手持ち部分１２０４は、ユーザにより手動で保持及び移動されるようになっている。ユーザは、手持ち部分１２０４を把持及び支持することで器具１２００を操作し、器具１２００は、他の機械的なアーム、フレーム等によっては支持されない。上記実施形態について述べたように、トラッキング装置１１４は、器具１２００をトラッキングするように手持ち部分１２０４に取り付けられている。
【０２４４】
作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２は、手持ち部分１２０４に移動可能に連結されている。以下により詳細に述べるように、遠位側アセンブリ１２０２は、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２を解放可能に保持し、患者の組織に医療的／手術的仕事を行うように作業部分を駆動し、図７２及び図７３に特定されるように、アクセサリ２０２の遠位側チップすなわちバーヘッド２０４が、切断アクセサリ２０２が適用される目標体積１０４の作業境界１０６に突き当たる又は切断アクセサリ２０２が適用される目標体積１０４の作業境界１０６を突破することを防ぐように、軸Ｚで作業部分を移動させている。
【０２４５】
近位側アセンブリ１２０４は、遠位側アセンブリ１２０２に係合し、アクセサリ２０２の遠位側チップすなわちバーヘッド２０４が目標体積１０４の作業境界１０６に突き当たり、又は、目標体積１０４の作業境界１０６を突破することを防ぐように、切断アクセサリ２０２のピッチ及びヨーを調整するように遠位側アクセサリ１２０２を移動させるようになっている。上記のように、「ピッチ」は、ジンバルブシュ１２５６の中心を通る水平面に対する遠位側アセンブリ１２０２及び切断アクセサリ２０２の縦軸Ａの上下の角度方位（すなわち、図に示されるＸ軸）である。「ヨー」は、ジンバルブシュ１２５６の中心を通る垂直面に対する遠位側アセンブリ１２０２及び切断アクセサリ２０２の縦軸Ａの左右の角度方位（すなわち、図に示されるＹ軸）である。図７５Ａ〜図７５Ｃは、例えば、近位側アセンブリ１２０４に対する遠位側アセンブリ１２０２のピッチ方向の調整の３つの異なる位置を示している。制御システム１００が規定する遠位側アセンブリ１２０２に対する切断アクセサリ２０２のチップ２０４の動作範囲は、図７５Ａ〜図７５Ｃ及び図８５〜図８７で円Ｃとして示されている。遠位側アセンブリ１２０２又はその部分の種々の図が図７４〜図１０６に示されている。図７５Ａ〜図７５Ｃを参照すると、近位側アセンブリ１２０４は、外側ケース１２０６を有し、遠位側アセンブリ１２０２は、近位側アセンブリ１２０４の外側ケース１２０６に対して縦軸Ａの回りで回転が固定されたままであるケース１２０８を有している。近位側アセンブリ１２０４は、遠位側アセンブリ１２０２に係合し、以下に更に述べるように、近位側アセンブリ１２０４に対して遠位側アセンブリ１２０２のピッチ及びヨーを調整するようになっている。
【０２４６】
図７５Ａ〜図７５Ｃを参照すると、ノーズチューブ１２１８がケース１２０８から延びて切断アクセサリ２０２を支持している。ノーズチューブ１２１８は、（図７６及び図８０で最も良く見えるように）ノーズチューブ穴１２２０を画定している。コレットアセンブリ１２１１（図８１〜図８４で分離して示される）は、以下に更に述べるように、ノーズチューブ穴１２２０内に切断アクセサリ２０２を解放可能に係合するように、ノーズチューブ穴１２２０内に回転可能に配置されている。
【０２４７】
駆動機構１２０１は、円弧Ｒで示される縦軸Ａの作業部分を回転させるように、作業部分に連結されている。駆動機構１２０１は、コレットアセンブリ１２１１及び切断アクセサリ２０２を駆動するものであって、例えば、切断アクセサリ２０２を回転させるように、ケース１２０８内に配置されたアクセサリモータ１２１２とも称される駆動モータ１２１２を有している。
【０２４８】
以下に更に詳細に述べるように、駆動アセンブリ１２０２及び切断アクセサリ２０２は、複数の自由度で手持ち部分１２０４に対して移動するようになっている。複数のアクチュエータ、例えば、送りネジモータ１２４０、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、手持ち部分１２０４に対して複数の自由度で作業部分を移動させるように作業部分に、作動的に連結されている。
【０２４９】
駆動機構１２０１は、手持ち部分１２０４に対して少なくとも１つの自由度で移動し、より詳細には、駆動モータ１２１２は、手持ち部分１２０４に対して少なくとも２つの自由度で移動するようになっている。アクチュエータのうちの少なくとも１つ、より詳細には、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、駆動機構１２０１及び駆動モータ１２１２を手持ち部分１２０４に対してピッチ及びヨー方向に移動させている。詳細には、ケース１２０８は、アクチュエータのうちの少なくとも１つ、例えば、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４により手持ち部分１２０４に対してピッチ及びヨー方向に移動可能である。駆動機構１２０１及び駆動モータ１２１２は、手持ち部分１２０４に対して縦軸Ａに沿って固定されている。この実施形態では、縦軸Ａは、手持ち部分１２０４に対してピッチ及びヨー方向に移動している。
【０２５０】
図７５Ａ〜図７５Ｃ及び図８５〜図８７に最も良く示されるように、複数のアクチュエータ、例えば、送りネジモータ１２４０、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、ピッチ、ヨー及び縦軸Ａに沿う並進を含む少なくとも３つの自由度で手持ち部分１２０４に対して作業部分を移動させることが可能である。作業部分、すなわち、切断アクセサリ２０２がバーヘッド２０４を有する実施形態では、駆動モータ１２１２は、４つの自由度で手持ち部分１２０４に対して移動し、すなわち、駆動モータ１２１２は、バーヘッド２０４を回転させている。
【０２５１】
駆動アセンブリ１２０２は、作業部分及びアクチュエータのうちの１つを支持し、アクチュエータのうちの少なくとも他の１つにより移動可能である。具体的には、駆動アセンブリ１２０２、より詳細には、ケース１２０８は、軸モータ１２４０とも称される送りネジモータ１２４０及び駆動モータ１２１２を支持している。送りネジモータ１２４０は、作業部分を縦軸Ａに沿って並進させている。駆動アセンブリ１２０２は、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４により移動可能である。ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、手持ち部分１２０４に対してピッチ及びヨー方向に駆動モータ１２１２、作業部分及び送りネジモータ１２４０を移動させている。
【０２５２】
駆動モータ１２１２は、前述の実施形態においてモータ２０６が制御されるのと同じ態様で器具ドライバ１３０により制御されることができる。以下に更に述べるように、シャフト１２１０が、ケース１２０８内に配置され、切断アクセサリ２０２を駆動すべく駆動モータ１２１２からコレットアセンブリ１２１１に回転を伝達するように、駆動モータ１２１２からコレットアセンブリ１２１１に延びている。
【０２５３】
駆動モータ１２１２は、例えば、図８４に示すように、切断アクセサリ２０２を駆動するようにケース１２０８に回転可能に連結されたロータ１２１４を有している。ロータ１２１４は、ロータ１２１４をケース１２０８に回転可能に連結し、ケース１２０８に対するロータ１２１４の回転を可能にするように、ケース１２０８に係合する少なくとも１つのベアリング１２１３を有することができる。
【０２５４】
ロータ１２１４は、キー穴１２１５を有する。例えば、図８４に示されるシャフト１２１０は、ロータ１２１４の回転がシャフト１２１０に伝達されるように、ロータ１２１４のキー穴１２１５に係合すべく構成された第１の端部１２１７を有している。キー穴１２１５及び第１の端部１２１７の断面形状は、図８４に示すように２重Ｄ形状であるが、代替的には、本発明の本質から逸脱することなく、任意の適した形状であることができる。
【０２５５】
コレットアセンブリ１２１１は、切断アクセサリ２０２が駆動シャフト１２１０の回転により縦軸Ａの周りでＲ方向に回転するように、駆動シャフト１２１０を切断アクセサリ２０２に回転可能に連結している。図８１〜図８４に分離して示されるコレットアセンブリ１２１１は、ノーズチューブ穴１２２０内でノーズチューブ１２１８に回転可能に連結されている。図７６を参照すると、種々の要素の積層構造体１２８５がノーズチューブ穴１２２０内のコレットアセンブリ１２１１とリップ１２８１との間に配置されている。図７６で最も良く示されるリング１２８３が、ノーズチューブ穴１２２０内にコレットアセンブリ１２１１及び積層構造体１２８５を保持するように、典型的には、圧入により、コレットアセンブリ１２１１に隣接してノーズチューブ穴１２２０内に固定されている。
【０２５６】
コレットアセンブリ１２１１は、コレットアセンブリ１２１１をノーズチューブ１２１８に回転可能に連結し、ノーズチューブ１２０８に対するコレットアセンブリ１２１１の回転を許容するように、ノーズチューブ１２１８に係合する（例えば、図７６に示す）少なくとも１つのベアリング１２１９を有することができる。
【０２５７】
コレットアセンブリ１２１１は、キー端部１２２１を有し、シャフト１２１０は、シャフト１２１０の回転がコレットアセンブリ１２１１に伝達されるようにキー端部１２２１に係合すべく構成された第２の端部１２２３を有している。第２の端部１２２３及びキー端部１２１１は、相互に対して移動可能である。通常の動作条件では、コレットアセンブリ１２１１及びシャフト１２１０は、単一ユニットとして一緒に移動し、コレットアセンブリ１２１１が以下に更に述べるように切断アクセサリ２０２を固定及び解放するように移動したときには、キー端部１２２１及びシャフト１２１０の第２の端部１２２３は、相互に対してスライドするようになっている。キー端部１２２１及びシャフト１２１０の第２の端部１２２３の断面形状は、図８４に示す２重Ｄ形状であるが、代替的には、本発明の本質から逸脱しない任意の適した形状であることができる。
【０２５８】
図７６を参照すると、ノーズチューブ１２１８は、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２を支持し、縦軸Ａ、すなわち、典型的には円筒状で、縦軸Ａに沿う切断アクセサリ２０２の位置を調整するノーズチューブ１２１８に沿ってＺ方向にケース１２０８に対して並進移動可能である。
【０２５９】
図８５〜図８９を参照すると、通常動作の間、ノーズチューブ１２１８は、縦軸Ａに沿ってシャフト１２１０に対して軸固定されている。このように、ノーズチューブ１２１８が縦軸Ａに沿って軸移動するにつれ、ノーズチューブ１２１８は、図８５〜図８７に示すように、縦軸Ａに沿ってシャフト１２１０を移動させるようになっている。コレットアセンブリ１２１１が切断アクセサリ２０２を固定及び解放するように移動すると、ノーズチューブ１２１８及びシャフト１２１０は、図８８及び図８９に示し、以下に更に述べるように、相互に対して移動することになる。
【０２６０】
図７８及び図７９を参照すると、ノーズチューブ穴１２２０は、シャフト１２１０及び切断アクセサリ２０２を回転可能に収納している。図７６に最も良く示されるように、ベアリング１２２２は、切断アクセサリ２０２をノーズチューブ穴１２２０に回転可能に支持するようにノーズチューブ穴１２２０内に配置されている。
【０２６１】
図８５〜図８７を参照すると、ケース１２０８は、入れ子式にノーズチューブ１２１８を収納している。図９０に最も良く示されるように、ケース１２０８は、チャネル１２２４を画定している。図７９及び図８０に最も良く示されるように、ノーズチューブ１２１８は、チャネル１２２４に係合する突起１２２８を有するフランジ１２２６を有している。チャネル１２２４は、ケース１２０８の回りで円周方向に相互に離間している。突起１２２８は、チャネル１２２４と一致するように、ノーズチューブ１２１８の回りで円周方向に相互に離間する。チャネル１２２４は、縦軸Ａに平行に延び、縦軸Ａに沿う移動に対して突起１２２８を保持するサイズ及び形状を有している。突起１２２８及びチャネル１２２４は、ケース１２０８及びノーズチューブ１２１８のどちらにでも画定することができ、ケース１２０８及びノーズチューブ１２１８は、本発明の本質から逸脱することなく任意数の対応する突起１２２８及びチャネル１２２４を有することができる。ケース１２０８は、例えば、ケース１２０８の残りの部分に固定されてチャネル１２２４を画定するブシュ１２６５を有することができる。ブシュ１２６５は、典型的には、ケース１２０８とは異なるタイプの材料により形成されている。ブシュ１２６５は、典型的には、ノーズチューブ１２１８に対して低摩擦の接触面を提供する材料で形成され、典型的には、位置検出を可能にするように非磁性の材料で形成されている。
【０２６２】
図８５〜図８９、図９１及び図９２に最も良く示されるように、遠位側アセンブリ１２０２はケース１２０８内で回転可能に取り付けられた送りネジ１２３０を有している。送りネジ１２３０は、典型的には円筒状である。ベアリング１２３２がケース１２０８と送りネジ１２３０の間でケース１２０８内に配置されている。
【０２６３】
図８５〜図８９を参照すると、送りネジ１２３０は、ノーズチューブ１２１８にネジ係合している。ノーズチューブ１２１８は、送りネジ１２３０から縦軸Ａに沿って入れ子式に延び、送りネジ１２３０に対して縦軸Ａに沿って入れ子式に調整可能である。具体的には、送りネジ１２３０は、送りネジ穴１２３４及び送りネジ穴１２３４内の内部ネジ山１２３６を画定している。ノーズチューブ１２１８は、外部ネジ山１２３８を画定している。送りネジ１２３０は、送りネジ穴１２３４にノーズチューブ１２１８を入れ子式に収納している。ノーズチューブ１２１８の外部ネジ山１２３８は、送りネジ穴１２３４内の内部ネジ山１２３６にネジ係合している。内部ネジ山１２３６及び外部ネジ山１２３８は、逆駆動を防ぐ、すなわち、自己ロックを助長する精密ピッチ及びリード角を有している。
【０２６４】
上記のように、アクチュエータは、送りネジモータ１２４０を含んでいる。送りネジモータ１２４０は、図７５Ａ〜図７５Ｃ及び図７７に特定されるように、作業部分を回転可能に駆動し、駆動シャフト１２１０が中空ロータ１２８７内で中空ロータ１２８７に対して回転するように、駆動シャフト１２１０を中空ロータ１２８７内で回転可能に収納する中空ロータ１２８７を有している。
【０２６５】
ノーズチューブ１２１８は、中空ロータ１２８７にネジ結合している。具体的には、送りネジモータ１２４０は、図８５〜図８７に最も良く示されるように、送りネジ１２３０を回転させるように送りネジ１２３０と係合し、ノーズチューブ１２１８は、送りネジ１２３０とネジ係合している。
【０２６６】
ノーズチューブ１２１８は、中空ロータ１２８７の回転がケース１２０８に対してノーズチューブ１２１８を伸縮させるように、ケース１２０８内で回転が抑制されている。換言すれば、対応する突起１２２８及びチャネル１２２４がケース１２０８に対するノーズチューブ１２１８の回転を妨げ、縦軸Ａに沿うケース１２０８に対するノーズチューブ１２１８の並進を許容するため、送りネジモータ１２４０がノーズチューブ１２１８の外部ネジ山１２３８に対して送りネジ１２３０の内部ネジ山１２３６を回転させるときに、ノーズチューブ１２１８は、ケース１２０８に対して回転を固定されたままになる。この内部ネジ山１２３６と外部ネジ山１２３８との相対回転が、ノーズチューブ１２１８をケース１２０８に対して縦軸Ａに沿って移動させることになる。突起１２２８は、ノーズチューブ１２１８が縦軸Ａに沿って移動するときに、それぞれ、チャネル１２２４内でスライドすることになる。その結果、動作中にノーズチューブ１２１８に担持される切断アクセサリ２０２は、送りネジ１２３０の回転に応じて縦軸Ａに沿って並進することになる。
【０２６７】
図８５〜図８７は、例えば、縦軸Ａに沿ってケース１２０８に対して異なる位置に移動したノーズチューブ１２１８を示している。詳細には、図８５では、ノーズチューブ１２１８は、ほぼ完全に伸長しており、図８７では、ノーズチューブ１２１８は、ほぼ完全に収縮している。図８６は、図８５の位置及び図８７の位置の間の位置を示す。詳細には、図８６は、「ホーム」位置にあるノーズチューブ１２１８を示している。ノーズチューブ１２１８がケース１２１８に対して移動すると、コレットアセンブリ１２１１、切断アクセサリ２０２及びノーズチューブ１２１８に収容される全ての他の要素がノーズチューブ１２１８とともに移動するようになっている。
【０２６８】
図８５〜図８７に示すように、キー穴１２１５は、シャフト１２１０を入れ子式に収納している。シャフト１２１０は、ノーズチューブ１２１８が縦軸Ａに沿って伸長及び収縮するにつれてシャフト１２１０がキー穴１２１５に出入りするにつれ、キー穴１２１５に沿ってスライドするようになっている。上記のように、シャフト１２１０の第１の端部１２１７は、回転がロータ１２１４からシャフト１２１０に伝達するように、キー穴１２１５に係合すべく構成されている。また、上記のように、第２の端部１２２３は、コレットアセンブリ１２１１のキー端部１２２１に対して回転が固定されている。このように、ノーズチューブ１２１８が収縮又は伸長すると、シャフト１２１０は、キー穴１２１５内のシャフト１２１０の位置に関わらず、キー穴１２１５内でスライドし、回転をコレットアセンブリ１２１１に伝達するようになっている。
【０２６９】
続けて図８５〜図８７を参照すると、ベアリング１２４３は、キー穴１２１５内でシャフト１２１０を回転可能に支持している。ベアリング１２４３は、送りネジモータ１２４０及びシャフト１２１０の間に配置される。駆動モータ１２１２のロータは、送りネジのモータ１２４０のロータが駆動モータ１２１２のロータの回りで回転する間、送りネジモータ１２４０内で同心に回転している。シャフト１２１０は、ノーズチューブ１２１８の収縮及び伸長の間、ベアリング１２４３に対して縦にスライド可能である。
【０２７０】
ベアリング１２４５は、ノーズチューブ１２１８内でシャフト１２１０を回転可能に支持している。シャフト１２１０は、コレットアセンブリ１２１１が切断アクセサリ２０２を固定及び解放するように移動するときに、ベアリング１２４５に対して縦にスライド可能である。
【０２７１】
図７６及び図９０を参照すると、フランジ１２２６は、磁石１２５５等の位置識別具を収納するキャビティ１２４２を画定することができる。このような実施形態では、ケース１２０８又はブシュ１２６５は、縦軸Ａに沿うノーズチューブ１２１８の位置をトラッキングするように磁石１２５５の接近度を測定する１つ又は複数の位置センサ、例えば、ホール効果センサ等の磁気センサ（図示せず）を支持している。位置センサは、制御システム１００と連通している。
【０２７２】
上記のように、コレットアセンブリ１２１１は、切断アクセサリ２０２に解放可能に係合している。コレットアセンブリ１２１１は、既定の作動限界を越える送りネジモータ１２４０の作動に応答して切断アクセサリ２０２を解放するように構成されている。コレットアセンブリ１２１１は、シャフト１２１０から切断アクセサリ２０２に移動、例えば、トルクを伝達ように切断アクセサリ２０２に係合している。詳細には、コレットアセンブリ１２１１は、シャフト１２１０に対して切断アクセサリ２０２の回転を固定する。コレットアセンブリ１２１１は例えば、引用することにより本明細書の一部をなすＷａｌｅｎへの米国特許第５，８８８，２００号に示されるタイプ又は引用することにより本明細書の一部をなすＷａｌｅｎへの米国特許第６，５６２，０５５号に示されるタイプのものであることができる。
【０２７３】
図８１〜図８４を参照すると、コレットアセンブリ１２１１は、外部スリーブ１２２５及び外部スリーブ１２２５に入れ子式に収納される内部部材１２２７を有している。クランプ部材１２６７、すなわち、図８３に示すコレットは、内部部材１２２７及び外部スリーブ１２２５の間で挟まれている。以下に更に述べるように、内部部材１２２７は、切断アクセサリ２０２と係合するように、クランプ部材１２６７を選択的に付勢している。
【０２７４】
クランプ部材１２６７は、リング１２６９及びリング１２６９から延びる少なくとも１つのアーム１２２９を有している。図８５は、２つのアーム１２２９を示す。クランプ部材１２６７は、本発明の本質から逸脱することなく、任意数のアーム１２２９を有することができることが理解されるべきである。
【０２７５】
図８１及び図８２を参照すると、内部部材１２２７は、切断アクセサリ２０２を収める穴１２３１を画定している。内部部材１２２７は、図８４にも示される穴１２３１と連通する少なくとも１つの開口１２３３を画定している。各アーム１２２９は、以下に更に述べるように、切断アクセサリ２０２と係合するように、開口１２３３を通って穴１２３１に延びることができる足１２３５を有している。
【０２７６】
内部部材１２２７は、固定位置（図８８に示される）及び解放位置（図８９に示される）の間で外部スリーブ１２２５及びアーム１２２９に対して縦にスライド可能である。詳細には、固定位置では、外部スリーブ１２２５は、足１２３５を開口１２３３に保持するようにアーム１２２９に保持力を提供している。解放位置では、外部スリーブ１２２５は、保持力を消滅させるようにアーム１２２９に対して移動し、足１２３５は、開口１２３３から外に自由に移動するようになっている。詳細には、外部スリーブ１２２５が解放位置のときは、足１２３５は自然に開口１２３３内に留まるが、アーム１２２９は、自由に曲がって足１２３５が開口１２３３から外に移動することを許容している。このように、切断アクセサリ２０２が穴１２３１に挿入されると、切断アクセサリ２０２は、足１２３５を外方に移動させている。
【０２７７】
コレットアセンブリ１２１１は、図８８に最も良く示されるように、シャフト１２１０に隣接するピン１２５１を有している。バネ１２７９は、ピン１２５１と係合するようにシャフト１２１０に予荷重を与えている。特に、カラー１２９９がシャフト１２１０に固定され、バネ１２７９がカラー１２９９を遠位側に押し遣るようにノーズチューブ１２１８に軸固定されたベアリング１２４５に対して作用している。上記のように、シャフト１２１０は、コレットアセンブリ１２１１が切断アクセサリ２０２を固定及び解放するように移動するときに、ベアリング１２４５に対して縦にスライド可能であり、バネ１２７９は、ノーズチューブ１２１８の通常動作中、シャフト１２１０をノーズチューブ１２１８とともに遠位側に移動させるように付勢している。
【０２７８】
外部スリーブ１２２５は、外部スリーブ１２２５及びピン１２５１が内部部材１２２７に対する単一ユニットとして一緒に移動するように、ピン１２５１を収める図８３及び図８４に示す穴１２７５を画定している。内部部材１２２７は、ピン１２５１を収めるスロット１２７７を画定している。
【０２７９】
外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７が相互に移動すると、シャフト１２１０が内部部材１２２７のキー端部１２２１内で縦にスライドし、ピン１２５１がスロット１２７７に沿ってスライドすることになる。換言すれば、内部部材１２２７は、外部スリーブ１２２５、ピン１２５１及びシャフト１２１０に対して移動することになる。以下に更に述べるように、解放位置に移動するように、シャフト１２１０は、外部スリーブ１２２５をケース１２０８に対して所定の位置に保持するようにピン１２５１に力を作用させ、ノーズチューブ１２１８は、内部部材１２２７を外部スリーブ１２２５に対して移動させるように内部部材１２２７に力を作用させている。
【０２８０】
外部スリーブ１２２５は、アーム１２２９に沿って乗り入れるボス１２３９を有している。固定位置では、外部スリーブ１２２５のボス１２３９は、図８８に示すように、スロット１２３３内及び穴１２３１内に足１２３５を保持している。外部スリーブ１２２５は、穴１２４９を画定し、解放位置で、穴１２４９を通ってアーム１２２９／足１２３５は伸長することができる。
【０２８１】
バネ１２４７が外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７の間に配置されている。バネ１２４７は、外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７を固定位置に向けて付勢している。バネ１２４７は、クランプ部材１２６７のリング１２６９に当接し、ワッシャ１２７３に当接している。バネ１２４７は、内部部材１２２７のフランジ１２７１に対してリング１２６９を付勢し、外部スリーブ１２２５に対して固定されたピン１２５１に対してワッシャ１２７３を付勢している。
【０２８２】
図８８及び図８９に最も良く示されるように、切断アクセサリ２０２は、フラット２０３を画定している。切断アクセサリ２０２をコレットアセンブリ１２１１に係合させるのに、外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７は、ボス１２３９が足１２３５から離れるようにアーム１２２９に沿って移動するように、解放位置に移動することになる。その後、切断アクセサリ２０２が穴１２３１に挿入され、フラット２０３が足１２３５と整列するまで穴１２３１から出るように足１２３５を付勢する。足１２３５がフラット２０３のうちの１つに係合するように、フラット２０３が足１２３５と整列したときに、足１２３５は穴１２３１にはね戻る。内部部材１２２７は、その後、切断アクセサリ２０２をコレットアセンブリ１２１１に回転的及び並進的に固定するように足１２３５をフラット２０３と係合するように固定するように、外部スリーブ１２２５に対して固定位置に移動する。
【０２８３】
外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７は、送りネジ１２３０の選択的な移動により、固定位置と解放位置との間で移動することができる。上記のように、ノーズチューブ１２１８の通常動作範囲内の種々の位置が図８５〜図８７に概略示されている。シャフト１２１０は、フランジ１２４１を有している。ノーズチューブ１２１８が伸長及び収縮すると、フランジ１２４１は、ベアリング１２４３に対して移動することになる。図８７に示すように、ノーズチューブ１２１８がほぼ完全に収縮したときに、フランジ１２４１はベアリング１２４３に近い。ノーズチューブ１２１８が完全に収縮すると、フランジ１２４１は、ベアリング１２４３から僅かに離間し、又は、代替的には、ベアリング１２４３と接触している。
【０２８４】
外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７は、ノーズチューブ１２１８を図８８のほぼ収縮した位置を越えて、すなわち、通常動作の既定の作動限界を越えて収縮させることで、解放位置に移動させることができる。ノーズチューブ１２１８が収縮位置を越えて収縮すると、図８８及び図８９に示すように、シャフト１２１０のフランジ１２４１が、ベアリング１２４３に当接し、キー穴１２１５へのシャフト１２１０の更なる移動を防いでいる。
【０２８５】
上記のように、内部部材１２２７及びノーズチューブ１２１８は、相互に対する並進が固定され、内部部材１２２７は、外部スリーブ１２２５に入れ子式に収納されている。バネ１２４７は、アーム１２２９が固定位置になるように、外部スリーブ１２２５及び内部部材１２２７を付勢している。フランジ１２４１がベアリング１２４３に当接し、ノーズチューブ１２１８が更に収縮すると、シャフト１２１０は、ピン１２５１、したがって、外部スリーブ１２２５の更なる移動を防ぎ、したがって、ノーズチューブ１２１８の更なる収縮が外部スリーブ１２２５に対して内部部材１２２７を移動させ、これにより、図８９に示すように、バネ１２４７を圧縮することになる。換言すれば、内部部材１２２７が移動及びバネ１２４７の圧縮を継続する間、シャフト１２１０は、外部スリーブ１２２５の更なる移動を防ぐように、外部スリーブ１２２５に固定されたピン１２５１に当接している。このように、内部部材１２２７は、送りネジモータ１２４０の既定の作動限界を越える作動に応答し、上記のように、アーム１２２９を解放位置に移動させるように外部スリーブ１２２５に対して移動することになる。
【０２８６】
通常動作の間、例えば、ナビゲートされた手術処置での使用の間、ノーズチューブ１２１８は、伸長及び収縮位置の間で移動することができ、収縮位置を越えては収縮しない。切断アクセサリ２０２をノーズチューブ１２１８に係合させ、又は、切断アクセサリ２０２をノーズチューブ１２１８から解除するには、通常動作外の追加のステップが要求される。上記のようにノーズチューブ１２１８が収縮位置を越えて収縮して、アーム１２２９を解放位置に移動させることを可能にする入力を提供するように、例えば、ボタン、スイッチ等の入力装置（図示せず）が外部ケース１２０６に取り付けられることができる。代替的には、ノーズチューブ１２１８の収縮位置を越える移動がソフトウェアにより制御されることができる。
【０２８７】
図８１〜図８４に示すコレットアセンブリ１２１１は、単に例示目的で示されたのであり、シャフト１２１０は、本発明の本質から逸脱することなく任意の適切な態様で切断アクセサリ２０２に係合することができることが理解されるべきである。
【０２８８】
図９３及び図９４に示す別の実施形態では、ノーズチューブ１２１８は、送りネジ１２３０及びノーズチューブ１２１８に係合する反発防止（ａｎｔｉ−ｂａｃｋｌａｓｈ）装置１２２４を有することができる。反発防止装置１２２４は、送りネジ１２３０の内部ネジ山１２３６とネジ係合するネジ切りされたショルダ１２４８を有するインサート１２４６を含んでいる。カップリング１２５０がノーズチューブ穴１２２０内でノーズチューブ１２１８に固定されている。カップリング１２５０は、典型的には、圧入係合によりノーズチューブ穴１２２０に固定されるが、カップリング１２５０は、本発明の本質から逸脱することなく任意の適切な態様でノーズチューブ穴１２２０に固定されることができる。インサート１２４６及びカップリング１２５０は、シャフト１２１０を回転可能に収納する穴１２４７を画定している。ベアリング１２４９が、インサート１２４６及びシャフト１２１０の間に配置されることができる。
【０２８９】
インサート１２４６は、円周上で離間した指１２５２を有し、カップリング１２５０はスロット１２５３を有している。指１２５２及びスロット１２５３は、縦軸Ａの周りで交互配置にて円周状に係合している。インサート１２４６の指１２５２及びカップリング１２５０のスロット１２５３は、相対回転を防ぐように縦軸Ａの回りの円周上で相互に噛み合い、反発防止装置１２２４の組立の間、縦軸Ａに沿う相対的な並進を可能にするように縦軸Ａに沿って相互にスライド可能に係合している。このように、インサート１２４６は、ノーズチューブ穴１２１８に対して縦軸Ａに沿ってスライドすることができる。
【０２９０】
バネ部材１２５４は、インサート１２４６及びノーズチューブ１２１８の間に配置され、インサート１２４６及びノーズチューブ１２１８の間で縦軸Ａに沿って延びている。バネ部材１２５４は、エラストマ材料のＯリングであることができるが、代替的には、本発明の本質から逸脱することなく、任意のタイプの適したバネ部材であることができる。バネ部材１２５４は、ノーズチューブ１２１８の外部ネジ山１２３８を送りネジ１２３０の内部ネジ山１２３６に対して付勢するように縦軸Ａに沿ってノーズチューブ１２１８に軸圧を印加し、これにより、ノーズチューブ１２１８に対する送りネジ１２３０の回転方向の変化の間、外部ネジ山１２３８と内部ネジ山１２３６との間の遊びが解消されて反発が解消されることになる。
【０２９１】
図７８に最も良く示されるように、ケース１２０８は、例えばノーズチューブ１２１８、送りネジ１２３０、送りネジモータ１２４０等の遠位側アセンブリ１２０２の残りの部分を支持し、少なくとも部分的に取り囲んでいる。したがって、以下に更に述べるように、ケース１２０８のヨー及びピッチの調整は、遠位側アセンブリ１２０２の残りの部分及び遠位側アセンブリ１２０２により保持される切断アクセサリ２０２のピッチ及びヨーも調整している。
【０２９２】
図９５を参照すると、作業部分、例えば、切断アクセサリ２０２は、手持ち部分１２０４に対して少なくとも２つの自由度でジンバル１２５８の回りで移動するようになっている。具体的には、作業部分は、ジンバル１２５８の回りでピッチ及びヨーの調整が可能である。ジンバル１２５８は、縦軸Ａに沿って手持ち部分１２０４に対して固定されている。ノーズチューブ１２１８は、縦軸Ａに沿ってジンバル１２５８に対して並進するようになっている。
【０２９３】
ジンバルブシュ１２５６は、外部ケース１２０６に連結されている。ジンバル１２５８は、遠位側アセンブリ１２０２のケース１２０８に取り付けられ、ジンバルブシュ１２５６は、遠位側アセンブリ１２０２のケース１２０８を近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１２０６に旋回可能に固定するようジンバル１２５８を保持している。ジンバルブシュ１２５６及びジンバル１２５８は、典型的には、ジンバル１２５８がジンバルブシュ１２５６に対して旋回することができるように整合する内面及び外面を有している。例えば、図に示すジンバルブシュ１２５６は、分かれており、すなわち、２つの部分を有している。ジンバルブシュ１２５６は、例えば、真鍮又は青銅等の低摩擦材料で形成されている。
【０２９４】
ジンバル１２５８は、錐台球形状、すなわち、対向端部が除去された球の外形を有するリング形状である。ジンバル１２５８は、遠位側アセンブリ１２０２及び切断アクセサリ２０２が近位側アセンブリ１２０４に対して旋回可能なように、遠位側アセンブリ１２０２のケース１２０８に取り付けられている。ジンバル１２５８は、遠位側アセンブリ１２０２が所与の供給トルクに対して角加速度を最大化するよう旋回するときに、遠位側アセンブリ１２０２の質量慣性モーメントを最小化するように、遠位側アセンブリ１２０２の重心Ｇの周りに位置している。
【０２９５】
図９５を続けて参照すると、ジンバル１２５８は、スロット１２６０を画定し、近位側アセンブリ１２０４は、ジンバルブシュ１２５６からスロット１２６０に延びてこれに固定されたペグ１２６２を有している。スロット１２６０は、ジンバル１２５８に沿って縦に延びている。ペグ１２６２及びスロット１２６０は、遠位側アセンブリ１２０２の近位側アセンブリ１２０４に対するピッチ及びヨーの調整を許容しつつ、遠位側アセンブリ１２０２の縦軸Ａの回りの近位側アセンブリ１２０４に対する回転を防ぐサイズ及び形状を有している。
【０２９６】
近位側アセンブリ１２０４は、遠位側アセンブリ１２０２の近位側アセンブリ１２０４に対するピッチ及びヨーを調整する調整アセンブリ１２６４を有している。近位側アセンブリ、例えば、外部ケース１２０６は、ユーザにより保持及び把持されている。図７４〜図７５Ｃに示すように、近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１２０６は、調整アセンブリ１２６４を収容している。調整アセンブリ１２６４又はその部分の種々の図が図９７〜図１０６に示されている。
【０２９７】
図１０１を参照すると、調整アセンブリ１２６４は、ヨー調整装置１２６８、すなわち、ヨー調整機構１２６８と、ピッチ調整装置１２７０、すなわち、ピッチ調整機構１２７０とを収容するフレーム１２６６を含んでいる。フレーム１２６６は、近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１２０６内に固定されている。ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０は、遠位側アセンブリ１２０２の近位側アセンブリ１２０４に対するそれぞれヨー及びピッチを調整し、遠位側アセンブリ１２０２をフレーム１２６６及び外部ケース１２０６に対して移動させるために、フレーム１２６６に対して移動し、遠位側アセンブリ１２０２に係合するようになっている。
【０２９８】
図１０１を続けて参照すると、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０はそれぞれネジ山付きの一対の送りネジ１２７２及び送りネジ１２７２にネジ係合するキャリッジ１２７４を有している。送りネジ１２７２は、典型的には、逆駆動（上記参照）を防ぐように精密ピッチのネジ山を有している。ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０の構成部品、例えば、一対の送りネジ１２７２及びキャリッジ１２７４は、相互に同一であり、フレーム１２６６内に配置されている。具体的には、フレーム１２６６は、軸の回りに延び、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０は、その軸に沿って相互に離間し、その軸の回りで相互に対して９０度回転している。
【０２９９】
図１０１を参照すると、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０の送りネジ１２７２はフレーム１２６６に回転可能に係合している。ベアリング１２７６は、送りネジ１２７２をフレーム１２６６内に回転可能に保持するように、送りネジ１２７２及びフレーム１２６６の間に配置されている。図１０１を参照すると、送りネジ１２７２はそれぞれネジ山付き面１２７８を画定し、キャリッジ１２７４は、送りネジ１２７２をねじ込み式に収める一対のネジ山付き穴１２８０を画定している。以下に更に述べるように、一対の送りネジ１２７２の同時回転が、キャリッジ１２７４を送りネジ１２７２に沿って移動させている。キャリッジ１２７２は、位置センサ、例えば、ホール効果センサと通信する位置特定具、例えば、磁石を収納するポケット（符号は付されていない）を有している。このような位置センサは、例えば、フレーム１２６６に固定されることができる。位置センサは、制御システム１００と連通している。
【０３００】
図１０５及び図１０６に示す別の実施形態では、キャリッジ１２７４は、それぞれ、各送りネジ１２７２に配置された反発防止装置１２８２を有することができる。各反発防止装置１２８２は、送りネジ１２７２にネジ係合するネジ山付き穴１２８６を画定するキャップ１２８４を備えている。
【０３０１】
キャップ１２８４は、送りネジ１２７２に連結されている。キャップ１２８４は、ネジ山付き穴１２８６の回りで離間した円周状に離間した指１２８８を有している。図１０５を参照すると、キャリッジ１２７４は、円周状に離間したスロット１２９０を画定している。指１２８８及びスロット１２９０は、送りネジ１２７２の周りで円周状に交互配置で係合する。キャップ１２８４の指１２８８は、相対回転を防ぎ、送りネジ１２７２に沿う相対的な並進を可能にするように送りネジ１２７２に沿って軸方向に相互にスライド可能に係合するように、送りネジ１２７２の回りで円周状にスロット１２９０に係合している。このように、キャップ１２８４は、送りネジ１２７２に軸方向に沿って、キャリッジ１２７４に沿って、キャリッジ１２７４に対してスライドすることができる。
【０３０２】
バネ部材１２９２は、キャップ１２８４及び送りネジ１２７２の間に配置されている。バネ部材１２９２は、送りネジ１２７２に沿って軸方向にキャップ１２８４及び送りネジ１２７２の間で延びている。バネ部材１２９２は、エラストマ材料のＯリングであることができるが、代替的には、本発明の本質から逸脱することなく、任意のタイプの適切なバネ部材であることができる。バネ部材１２９２は、送りネジ１２７２のネジ山付き面１２７８のネジ山に対してキャリッジ１２７４のネジ山付き穴１２８０のネジ山にバイアスをかけるように、送りネジ１２７２に沿って軸方向にキャリッジ１２７４に圧力を作用させ、これにより、キャリッジ１２７４に対する送りネジ１２７２の回転方向の変化の間、反発が制限されるようになっている。
【０３０３】
図１０１を参照すると、ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０のキャリッジ１２７４は、それぞれ、スロット１２９４を画定している。スロット１２９４は、垂直方向に延びてポケット１２９６で交差する。図９６に最も良く示されるように、遠位側アセンブリ１２０２のケース１２０８は、ポケット１２９６内に延びるポスト１２９８を有している。
【０３０４】
図１０２及び図１０３を参照すると、スロット１２９４は、断面に丸みがあり、又は、弓状である。図９６、図１０２及び図１０４に最も良く示されるように、接続部材１２５７が、各スロット１２９４及びポスト１２９８に係合している。詳細には、各接続部材１２５７は、ジンバル１２５８に似た形状を有し、ポスト１２９８を収める開口１２５９を画定している。ポスト１２９８、スロット１２９４及び接続部材１２５７の開口１２５９は、典型的には、それぞれ、例えばステンレス鋼、真鍮又は青銅等の低摩擦材料で形成される面を有し、典型的には、高度に研磨されている。接続部材１２５７の外面は、スロット１２９４の弓状の内面に対して旋回することができる。
【０３０５】
図１０２及び図１０４を参照すると、接続部材１２５７は、それぞれ、スロット１２９４の幅Ｗよりも小さい厚みＴを有し、接続部材１２５７は、それぞれ、スロット１２９４の幅Ｗよりも大きい高さＨを有している。このように、接続部材１２５７は、接続部材１２５７の厚みＴがスロット１２９４の幅Ｗ内にフィットするような方位でスロット１２９４に導入される。接続部材１２５７は、その後、図９６及び図９７に示す位置に回転し、スロット１２９４の接続部材１２５７に係合することになる。開口１２５９に係合したとき、ポスト１２９８は、スロット１２９４から解除された位置への接続部材１２５７の回転を防ぐことになる。
【０３０６】
図１００を参照すると、ヨーモータ１３０２は、ヨー調整装置１２６８の送りネジ１２７２と係合し、ピッチモータ１３０４は、ピッチ調整装置１２７０の送りネジ１２７２と係合している。ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、図１に示し、上記した電源１４０に接続される各モータコントローラ２３２、２３４に接続される。モータコントローラ２３２、２３４は、典型的には、器具１２００から遠くに配置されている。
【０３０７】
ヨーギアセット１３０６は、ヨーモータ１３０２及びヨー調整装置１２６８の送りネジ１２７２と係合している。ピッチギアセット１３０８は、ピッチモータ１３０４及びピッチ調整装置１２７０の送りネジ１２７２に係合している。ヨー調整装置１２６８及びピッチ調整装置１２７０の送りネジ１２７２は、圧入係合及び／又は例えば六角形状の端部等のキー端部を用いた係合により、それぞれ、ギアセット１３０６、１３０８のギア（個別には符号が付されていない）に係合している。近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１２０６は、ヨーモータ１３０２及びヨーギアセット１３０６を収容し、ピッチモータ１３０４及びピッチギアセット１３０８を収容している。
【０３０８】
ヨーギアセット１３０６は、ヨーモータ１３０２の作動時に、同速度及び角度でヨー調整装置１２６８の両送りネジ１２７２を同時に回転させるように構成されている。ピッチギアセット１３０８は、ピッチモータ１３０４の作動時に同速度及び角度でピッチ調整装置１２７０の両送りネジ１２７２を同時に回転させるように構成されている。このように、各調整装置のキャリッジ１２７４は、送りネジ１２７２が回転するときに円滑に送りネジ１２７２に沿って移動するようになっている。
【０３０９】
近位側アセンブリ１２０４に対して遠位側アセンブリ１２０２のヨーを調整するように、ヨーモータ１３０２は、ヨーギアセット１３０６を回転させ、次いで、送りネジ１２７２を回転させ、調整アセンブリ１２６４のフレーム１２６６に対してヨー調整装置１２６８のキャリッジ１２７４を移動させる。ヨー調整装置１２６８のキャリッジ１２７４がフレーム１２６６に対して移動するにつれ、キャリッジ１２７４は、ポスト１２９８を移動させ、これが、ジンバル１２５８の回りでケース１２０８を旋回させて、遠位側アセンブリ１２０２及び遠位側アセンブリ１２０２に取り付けられた切断アクセサリ２０２のヨーを調整するようになっている。
【０３１０】
近位側アセンブリ１２０４に対して遠位側アセンブリ１２０２のピッチを調整するために、ピッチモータ１３０４は、ピッチギアセット１３０８を回転させ、次いで、送りネジ１２７２を回転させ、調整アセンブリ１２６４のフレーム１２６６に対してピッチ調整装置１２７０のキャリッジ１２７４を移動させる。ピッチ調整装置１２７０のキャリッジ１２７４がフレーム１２６６に対して移動するにつれ、キャリッジ１２７４は、ポスト１２９８を移動させ、これが、ジンバル１２５８の回りでケース１２０８を旋回させて、遠位側アセンブリ１２０２及び遠位側アセンブリ１２０２に取り付けられた切断アクセサリ２０２のピッチを調整する。キャリッジ１２７４がポスト１２９８を移動させるとき、接続部材１２５７は、スロット１２９４に沿って移動することになる。
【０３１１】
ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４は、近位側アセンブリ１２０４に対して遠位側アセンブリ１２０２のヨー及びピッチを調整するように、同時及び／又は独立に動作することができる。送りネジモータ１２４０は、上記のように、近位側アセンブリ１２０４に対して切断アクセサリを縦軸Ａに沿って移動させ、遠位側アセンブリ１２０２のヨー及び／又はピッチを調整するように、ヨーモータ１３０２及び／又はピッチモータ１３０４と同時に操作されることができる。送りネジモータ１２４０は、ヨーモータ１３０２及びピッチモータ１３０４とは独立に動作することができる。
【０３１２】
図７４に示すように、少なくとも１つの回路基板１２６３が外部ケース１２０６に取り付けられている。切断アクセサリ２０２の縦軸Ａ位置（例えば、磁石１２５５及び磁石センサ）、ヨー位置及びピッチ位置の位置センサが回路基板１２６３と通信状態にある。例えば、フレキシブル回路が位置センサを回路基板１２６３に接続している。
【０３１３】
一実施形態では、アクセサリモータに電源供給する（すなわち選択的に切断アクセサリ２０２に電源を供給し、又は、電源を供給しない）ように、トリガ又はフットペダル又は代替的にはボタン（不図示）が、近位側アセンブリ１２０４の外部ケース１２０６により支持されることができる。器具２００について上記のように、器具１２００は、器具１２００内に配置されたセンサ（特定されていない）を有することができる。これらのセンサは、トリガが作動され、及び／又は、作動されない場合に信号を生成する。センサからの出力信号は、データ接続１３３から器具ドライバ１３０に送られる。このセンサ信号の状態に基づき、器具ドライバ１３０は、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４が目標体積１０４の境界１０６内にあるときに、加電信号を駆動モータ１２１２に印加する。トリガ又はボタンの代わりに、又は、トリガ又はボタンに加え、フットペダル（不図示）が、オン／オフの指示を駆動モータ１２１２に提供することで駆動モータ１２１２を制御するように、手術器具１２００と通信状態であることができる。上記のように、アクセサリ２０２の回転速度はまた、「ホーム」位置に対するアクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４の位置に依存している。
【０３１４】
上記のように、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４が目標体積１０４の境界１０６の外側にあるとき、器具ドライバ１３０は、トリガが作動されたとしても、駆動モータ１２１２に加電信号を印加しない。トラッキング及び制御システム１００は、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４が図２に最も良く示される目標体積１０４のバッファ１０５に入ったときに、器具ドライバ１３０が切断アクセサリ２０２の速度を低下させる加電信号を印加するよう構成されることができる。
【０３１５】
ＩＸ．ディスプレイスクリーン
ディスプレイ１４０２とも称されるディスプレイスクリーン１４０２が手術器具２００、１２００と通信状態にあり、切断アクセサリ２０２を作業境界１０６において配置及び方位決めするように手術器具２００、１２００の適切な位置及び方位の指示をユーザに提供している。上記のように、ディスプレイ１４０２は、作業境界１０６に対する作業部分の位置を示すように、ナビゲーションシステムと通信状態にある。
【０３１６】
上記のように、手術器具２００、１２００は、アクセサリ２０２を作業境界１０６において方位決めするために、調整領域（図では特定されていない）内で３つの自由度の回りでアクセサリ２０２を調整するようになっている。ディスプレイスクリーン１４０２は、ユーザにより選択的に使用可能である。例えば、ディスプレイスクリーン１４０２の使用は、４つ以上のチップ配置の自由度を必要とする用途で必要とされる場合があり、３つ以下のチップ配置の自由度を必要とする用途では、選択的であることができる。
【０３１７】
上記のように、トラッキング及び制御システム１００は、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４を目標体積１０４内に保つために、解剖学的組織及び手術器具１２００の配置及び方位をトラッキングするようになっている。トラッキング及び制御システム１００による解剖学的組織及び手術器具１２００の位置及び方位のトラッキングに基づき、ディスプレイスクリーン１４０２は、必要な場合には、作業境界１０６が手術器具２００、１２００の調整範囲内にあるように、すなわち、手術器具が作業境界１０６内に切断アクセサリ２０２を配置及び方位決めさせるために調整可能であるように、手術器具２００のハンドルアセンブリ５００又は手術器具１２００の外部ケース１２０６を配置及び方位決めするのに必要な調整を表示している。
【０３１８】
ディスプレイスクリーン１４０２は、例えば、液晶表示（ＬＣＤ）モニタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）モニタ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）モニタ等であることができるが、ディスプレイスクリーン１４０２は、本発明の本質から逸脱することなく、任意のタイプのデジタル又はアナログディスプレイであることができることが理解される。ディスプレイスクリーン１４０２は、手術器具２００、１２００に取り付けることができ、より詳細には、例えば、図７２及び図７３に示すように、切断アクセサリ２０２を見るときに、ユーザの視線に概略沿うように取り付けることができる。代替的には、ディスプレイスクリーン１４０２は、手術器具２００、１２００から離間して、これらに対して独立に移動可能である。
【０３１９】
ディスプレイスクリーン１４０２の視覚的な内容の種々の実施形態が図１０７〜図１１１に示されている。ディスプレイスクリーン１４０２は、十字線１４０６及び同心円１４０８を含む目標レチクル１４０４を表示することができる。十字線の交点１４１４は、手術器具２００のハンドルアセンブリ５００又は手術器具１２００の外部ケース１２０６の望ましい位置及び／又は方位を特定している。
【０３２０】
図１０８、図１１０及び図１１１に示すように、ディスプレイスクリーン１４０２は、並進記号１４１０及び関連する並進マーカ１４１２を表示することができる。目標体積１０４に対する手術器具２００のハンドルアセンブリ５００又は手術器具１２００の外部ケース１２０６の並進は、ディスプレイスクリーン１４０２上の並進マーカ１４１２の移動により反映されることができる。換言すれば、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の右への並進に応答して並進マーカ１４１２はディスプレイスクリーン１４０２上で左に移動し、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の左への並進に応答して、並進マーカ１４１２はディスプレイスクリーン１４０２上で右に移動するようになっている。同様に、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の下又は上への並進に応答して、それぞれ、並進マーカ１４１２はディスプレイスクリーン１４０２上で上又は下に移動するようになっている。このように、切断アクセサリ２０２を目標体積１０４に対して適切に配置するには、ユーザは、十字線の交点１４１４が並進マーカ１４１２に向かって移動するようにハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を並進させる。ディスプレイスクリーン１４０２上の縮尺は、拡大又は縮小することができることが理解される。換言すれば、ディスプレイスクリーン１４０２上での並進マーカ１４１２の並進は、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の実際の並進との比較で異なる縮尺であることができる。
【０３２１】
例えば、目標レチクル１４０４とともに使用した時には、ユーザは、最初に、十字線１４０６の交点１４１４を並進マーカ１４１２に位置させるようにハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を左右及び／又は上下に並進させ、これにより、切断アクセサリ２０２が作業境界１０６内に配置される。外科的施術に応じて、並進マーカ１４１２が境界１０６内に残ってはいるけれども、十字線１４０６の交点１４１４から離れる方に移動するように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６が移動されたときに、切断アクセサリ２０２に電源が供給されることができる。代替的には、ネジ又はピンの挿入準備における穴開け等の他の外科的施術では、十字線１４０６の交点１４１４が並進マーカ１４１２又は同心円１４０８の内側円と整列したときにのみ切断アクセサリ２０２に電源供給されることができる。
【０３２２】
いくつかの実施形態では、ディスプレイスクリーン１４０２は、ホーム位置に対する作業部分の逸れを示している。並進マーカ１４１２は、ホーム位置からのアクセサリの遠位側チップすなわちバーヘッド２０４の逸れを示している。この実施形態では、ユーザは、チップすなわちバーヘッド２０４が調整包絡線を越えない、すなわち、ホーム位置からのピッチ／ヨー／縦軸Ａ調整の制約を越えない限り、経路又軌跡上に切断チップ２０４を保つようにピッチ、ヨー及び縦軸Ａに沿う並進を調整することができる。その結果、ユーザは、並進マーカ１４１２を器具が逸れることができるホーム位置からの逸れの程度に応じた中心からの或る特定の範囲内に維持することが必要なだけになる。
【０３２３】
図１０７〜図１０９に示すように、ディスプレイスクリーン１４０２は、方位記号１４１６及び関連する方位マーカ１４１８を表示することができる。方位記号１４１６及び方位マーカ１４１８は、目標体積１０４に対するハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の方位、すなわち、ピッチ及びヨーを表示している。ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の方位は、ディスプレイスクリーン１４０２上の方位マーカ１４１８の移動により概略反映されることができる。詳細には、方位マーカ１４１８は、目標体積１０４に対するハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６のそれぞれ右又は左へのヨーイングに応答して、ディスプレイスクリーン１４０２上で左又は右に移動するようになっている。方位マーカ１４１８は、目標体積１０４に対するハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６のそれぞれ下又は上へのピッチングに応答して、ディスプレイスクリーン１４０２上で上又は下に移動することになる。このように、切断アクセサリ２０２を目標体積１０４に対して適切に方位決めするように、ユーザは、十字線１４０６の交点１４１４が方位マーカ１４１８に向かって移動するように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させている。
【０３２４】
複数の円１４０８の間の間隔は、目標体積１０４に対して近位側アセンブリ１２０４を適切に方位決めするように必要な角度移動の非線形表示であることができる。例えば、方位マーカ１４１８が最内リング上にあるときは、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の必要な移動は、１度であり、方位マーカ１４１８が次のリング上にあるときは、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の必要な移動は、５度であり、方位マーカ１４１８が次のリング上にあるときは、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６の必要な移動は、２５度である。各リングに関連する値は、調整されることができる。
【０３２５】
目標レチクル１４０４とともに使用した場合、例えば、ユーザは、最初に、十字線１４０６の交点１４１４を方位マーカ１４１８に位置させるようにハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を方位決めし、これにより、切断アクセサリ２０２が作業境界１０６内に方位決めされる。外科的施術に応じ、方位マーカ１４１８が十字線１４０６の交点１４１４から離れるように移動し、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６が移動するけれども、チップすなわちバーヘッド２０４が、境界１０６が事前規定の軌跡の場合等には、目標体積１０４の境界１０６内、又は、境界１０６から事前規定の逸脱内に留まっている場合に、切断アクセサリ２０２は電源供給されることができる。代替的には、ネジ又はピンの挿入準備の穴開け等の他の外科的施術では、切断アクセサリ２０２は、十字線１４０６の交点１４１４が方位マーカ１４１８又は同心円１４０８の内側円と整列しているときのみ電源供給されることができる。
【０３２６】
図１０９を参照すると、目標レチクル１４０４は、許容リング１４２０を含むことができる。目標レチクル１４０４の同心円１４０８の最内のものであることができる許容リング１４２０は、識別されるように他の同心円１４０８と異なる色及び／又は太さのものであることができる。
【０３２７】
許容リング１４２０は、切断アクセサリ２０２が操作されることができるノーズチューブ１２１８の位置範囲を示し得る。許容リング１４２０は、典型的には、方位マーカ１４１８とともに使用される。換言すれば、切断アクセサリ２０２は、方位マーカ１４１８が許容リング１４２０内にあるときに操作可能である。
【０３２８】
制御システム１００は、作業部分が仮想境界に接近するにつれてディスプレイ１４０２の解像度を変化させ、ディスプレイ１４０２を制御するよう構成されている。換言すれば、許容リング１４２０は、例えば、施術中に変化することができる。例えば、椎弓根ネジの穴を形成する穴開け施術の間、許容可能なノーズチューブ１２１８のピッチ及びヨー位置は、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４が骨のより深くに移動するにつれて変化する場合があり、すなわち、穴が深くなるにつれて、ノーズチューブ１２１８と穴の側面との間での衝突を避けるように、許容可能なピッチ及びヨー位置は、減少することになる。このような施術では、許容リング１４２０は、ピッチ及びヨー方向の許容可能な逸脱量が減少していることを示すように、チップすなわちバーヘッド２０４が骨１０２のより深くに移動するにつれて、小さくなるように構成されることが可能である。
【０３２９】
ディスプレイスクリーン１４０２は、深さ記号１４２２及び関連する深さマーカ１４２４を表示することができる。深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４は、目標体積１０４に対する切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４の深さを表示している。
【０３３０】
一実施形態では、深さ記号１４２２は、上限線１４２６、下限線１４２８及び中間線１４３０を有している。図１０７〜図１０９の深さ記号１４２２の最上の線である上限線１４２６は、目標体積１０４の表面を示し、図１２６〜図１２８及び図１３１の深さ記号１４２２の最下線である下限線１４２８は、目標体積１０４の底部を示している。換言すれば、深さマーカ１４２４が上限線１４２６上に位置するときには、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４は、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４が目標体積１０４の表面にあることを示している。深さマーカ１４２４が下限線１４２８上に位置するときには、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４は、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４が目標体積１０４の底部にあることを示している。
【０３３１】
別の実施形態では、中間線１４３０は、チップすなわちバーヘッド２０４のホーム位置を示す。切断アクセサリ２０２のバーヘッド２０４を目標体積１０４に対して正しい深さに配置するには、ユーザは、深さ記号１４２２の中間線１４３０が概略深さマーカ１４２４付近に表示されるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させることになる。
【０３３２】
図１０７〜図１０９に示すように、深さ記号１４２２は、上限線１４２６から上方に延びる延長線１４３２を表示することができる。延長線１４３２は、目標体積１０４の直近の領域を示している。
【０３３３】
図１１０に示すように、ディスプレイスクリーン１４０２は、図１１０の深さ記号１４２２に隣接して示される許容バー１４３４を表示することができる。上限線１４２６が目標体積１０４の表面を示し、下限線１４２８が目標体積１０４の底部を示す代替形態では、図１１０に示す許容バー１４３４は、目標体積１０４の表面を示す頂点１４３６及び目標体積１０４の底部を示す底点１４３８を有している。
【０３３４】
ディスプレイスクリーン１４０２は、それぞれが選択された情報を表示することができる上部バナー１４４０及び底部バナー１４４２を表示する。例えば、上部バナー１４４０及び／又は底部バナー１４４２は、実施中の施術のタイプ、患者情報等を表示することができる。上部バナー１４４０及び／又は底部バナー１４４２は、トラッカ１１４、１１６の遮られた視認性を示すインジケータ１４４４を有することができる。インジケータ１４４４は、視認性が確立されたか、又は、確立されていないかを示すように色分け（例えば、赤及び緑）されることができる。
【０３３５】
並進記号１４１０／並進マーカ１４１２、方位記号１４１６／方位マーカ１４１８及び深さ記号１４２２／深さマーカ１４２４は、ディスプレイスクリーン１４０２上で独立に表示又は非表示されることができる。並進マーカ１４１２、方位マーカ１４１８及び深さマーカ１４２４は、識別の容易化するように、それぞれ異なる色のものであることができる。並進記号１４１０、方位記号１４１６及び深さ記号１４２２は、識別の容易にするように、それぞれ、並進マーカ１４１２、方位マーカ１４１８及び深さマーカ１４２４と同じ色で着色されることができる。色分けに加え、又は、色分けの代わりに、並進マーカ１４１２、方位マーカ１４１８及び深さマーカ１４２４は、区別の容易にするように、それぞれ異なる記号であることができる。
【０３３６】
図１０７〜図１１１は、ディスプレイスクリーン１４０２の視覚的な内容の種々の実施形態を示している。図１０９に示すディスプレイスクリーン１４０２は、方位記号１４１６及び方位マーカ１４１８を表示し、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示する。上記のように、切断アクセサリ２０２を目標体積１０４に対して適切に方位決めするように、ユーザは、十字線１４０６の交点１４１４が方位マーカ１４１８に向かって移動するように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させている。このように、図１０７に示すシナリオでは、ユーザは、交点１４１４を方位マーカ１４１８と整列させるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６のヨーを右に調整し、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を下にピッチングさせる。切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４を目標体積１０４に対して正しい深さに配置するように、ユーザは、深さ記号１４２２の最低線１４２８が深さマーカ１４２４上に配置されるようにハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させる。例えば、椎弓根ネジ又はピンの穴を形成するように、バーで骨に穴開けするときには、最低線１４２８が深さマーカ１４２４に向かって移動することになる。
【０３３７】
図１０７に示すディスプレイスクリーン１４０２は、許容リング１４２０を表示し、したがって、許容リング１４２０が方位マーカ１４１８の回りに表示されるときに、切断アクセサリ２０２は電源供給されることができる。代替的には、図１０９に示すディスプレイスクリーン１４０２は、許容リングを表示しない。図１０８に示すディスプレイスクリーン１４０２は、並進記号１４１０及び並進マーカ１４１２、方位軸及び方位マーカ１４１８、及び、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示している。このシナリオでは、ユーザは、交点１４１４を方位マーカ１４１８に整列させるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６のヨーを右に調整し、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を下にピッチングさせている。ユーザは、また、交点１４１４を並進マーカ１４１２と整列させるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を上及び左に並進させる。切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４を目標体積１０４に対して正しい深さに配置するように、ユーザは、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を移動させている。図１０８に示すディスプレイスクリーン１４０２は、許容リング１４２０を表示し、したがって、許容リング１４２０が方位マーカ１４１８の回りに配置されたときに、切断アクセサリ２０２は、電源供給されることができる。
【０３３８】
図１０８に示すディスプレイスクリーン１４０２は、並進記号１４１０及び並進マーカ１４１２を表示し、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示している。このシナリオでは、ユーザは、交点１４１４を並進マーカ１４１２と整列させるように、より好ましくは、交点１４１４を並進マーカ１４１２と整列させるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を上及び左に並進させている。上記のように、図１１０のディスプレイスクリーン１４０２は、許容バー１４３４を表示している。図１１０では、ユーザは、許容バー１４３４が深さマーカ１４２４に沿って表示されるまでチップすなわちバーヘッド２０４を目標体積１０４のより深くに移動させることにより、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４を適切な深さに配置している。
【０３３９】
図示されないが、ディスプレイスクリーン１４０２は、空白であることができ、すなわち、目標レチクル１４０４を表示せず、何らの指示記号又はマーカも含まないことが理解されるべきである。このような実施形態は、ディスプレイスクリーン１４０２からの追加の案内も必要としない切断用途に使用されることができる。
【０３４０】
図１１１に示すディスプレイスクリーン１４０２は、並進記号１４１０及び並進マーカ１４１２を表示し、深さ記号１４２２及び深さマーカ１４２４を表示する。このシナリオでは、ユーザは、交点１４１４を並進マーカ１４１２と整列させるように、ハンドルアセンブリ５００又は外部ケース１２０６を上及び左に並進させている。図１１１を続けて参照すると、ユーザは、中間線１４３０が深さマーカ１４２４と整列するまで目標体積１０４から外にバーヘッド２０４を移動させることにより、切断アクセサリ２０２のチップすなわちバーヘッド２０４を適切な深さに配置している。
【０３４１】
Ｘ．外科的施術 
いくつかの外科的施術がシステム１００及び器具２００、１２００により行うことができる。これらの施術のうちのいくつかは、骨等の組織の除去を含んでいる。器具２００、１２００を用いた骨の除去は、器具２００、１２００に取り付けられた切断アクセサリ２０２の施術及びタイプに応じて、スカルプティング、シェービング、コアリング、穴開け又は骨を除去する任意の他の方法を含むことができる。器具２００、１２００は、脊椎、膝、臀部、頭蓋の組織の除去及び他の施術に使用されることができる。これらの施術は、開腹術又は低侵襲施術であることができる。
【０３４２】
各外科的施術の間、器具２００、１２００のチップすなわちバーヘッド２０４及び処置される解剖学的組織の位置及び／又は方位が動的にトラッキングされる。バーヘッド２０４及び解剖学的組織の表示は、外科医がこれらの相対位置を常に認識するようにディスプレイ１１３、１４０２に連続的に表示される。バーヘッド２０４の位置は、上記のようにシステム１００に規定された境界に対するバーヘッド２０４の関係に基づいて、システム１００により制御される。いくつかの場合、境界は、避けるべき解剖学的組織の領域を画定し、他の場合、境界は、バーヘッド２０４が横切るようにシステム１００により特に制御される経路を規定する。
【０３４３】
図１１２Ａ〜図１１２Ｄを参照すると、１つの施術では、器具２００、１２００は、脊椎固定を行うように使用される。組織を除去するように器具２００、１２００が使用されることができる脊椎固定術は、これらに限定はされないが、前方腰椎椎体間固定術（ＡＬＩＦ：anterior lumbar interbody fusion）、後方腰椎椎体間固定術（ＰＬＩＦ：posterior lumbar interbody fusion）、経椎間孔椎体間固定術（ＴＬＩＦ：transforamenallumbar interbody fusion）、直接側方椎体間固定術（ＤＬＩＦ：direct lateral interbody fusion）又は最側方椎体間固定術（ＸＬＩＦ：extreme lateral interbody fusion）を含んでいる。
【０３４４】
図１１２Ａを参照すると、いくつかの椎体間脊椎固定術において、器具２００、１２００は、患者の椎間板１６００にアクセスするように、骨を最初に切断及び貫通するのに使用されることができる。例えば、椎間板１６００の後方でのアクセスは、椎弓板１６０２の貫通を必要とすることができる。外科医により採用される手法に応じ、椎間板１６００へのアクセスには患者の椎弓板１６０２の全部又は一部の除去が必要であることができる。これらの実施形態では、切断アクセサリ２０２のバーヘッド２０４（例えば、チップ）は、椎弓板１６０２の全部又は一部を除去するように患者の椎弓板１６０２を貫通している。
【０３４５】
更に図１１２Ａを参照すると、椎間板１６００へのアクセスを得るように骨が一旦除去されると、器具２００、１２００は、患者の椎間板１６００の全部又は一部を切除することで椎間板切除術を行うことができる。
【０３４６】
いくつかの場合、椎間板切除術を行うのに最初に骨を除去することを必要としない。椎間板１６００へアクセスするのに骨の除去を要するかどうかは、外科医の開始する施術の決定、例えば、ＡＬＩＦ、ＰＬＩＦ、ＴＬＩＦ、ＤＬＩＦ等のいずれにするかの決定に依存する。除去すべき椎弓板１６０２及び椎間板１６００の部分は、バーヘッド２０４の移動を制御するようにシステム１００に記憶される境界として術前に規定されることができる。
【０３４７】
終板１６０４、１６０６及び椎間板１６００を含む施術に関連する椎体の位置及び方位は、各椎体にトラッカ１６１２を取り付けて、その後、外科医がディスプレイ１１３、１４０２上で除去する物質を視覚化することができるように、術前画像に椎体をマッチングすることによるナビゲーションを用いてトラッキングされる。椎間板１６００の位置及び方位は、椎間板１６００の上下の骨の位置及び方位をトラッキングすることにより推測されることができる。除去されるべき骨又は椎間板の部分は、１つの色で表示することができ、他方、残されるべき物質は、異なる色で表示されることができる。表示は、既に除去した物質を消去しつつ、更に除去されるべき物質を示すように、切断が進展するにつれて更新される。いくつかの実施形態では、各トラッカは、椎体の移動をトラッキングする３つ以上の能動マーカ又は受動マーカ１６１４を有している。
【０３４８】
患者の解剖学的組織に術前画像を登録する技術は、手術ナビゲーションの分野で十分に既知である。いくつかの実施形態では、その開示が引用することにより本明細書の一部をなす「Ｓｕｒｇｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ（手術システム）」と題する米国特許第７，７２５，１６２号に示されるようなトラッキングされるポインタが、解剖学的組織に術前画像を登録するようにその後に術前画像とマッチングされる、各椎体上の解剖学的目印を識別するのに使用される。
【０３４９】
図１１２Ｂを参照すると、骨プレート１６０４、１６０６からの骨は、出血している海綿質骨を露出するように、バーヘッド２０４により除去されることができる。出血している骨の露出は、骨マトリクス物質１６０８との骨の内部成長を促進するものである。
【０３５０】
終板１６０４、１６０６の表面は、外科医が好む形状に切断されることができる。終板１６０４、１６０６は、所望の形状を形成するように、トラッキング及び制御システム１００の案内の下で、バーヘッド２０４により成形されている。所望の形状は、バーヘッド２０４が境界内に留まるように制御され、システム１００内で境界として事前規定されることになる。いくつかの場合、所望の形状は、終板１６０４、１６０６に加工される平坦な表面であり、一方、他の場合、移植片１６１０（図１１２Ｃ）を更に所定の位置に固定するリブ付けされた、波形の、凹凸の多い又は他の平坦でない表面が好ましい。
【０３５１】
終板１６０４、１６０６の準備の後、移植片１６１０が終板１６０４、１６０６の間に配置される。骨マトリクス物質１６０８は、使用される移植片のタイプ及びサイズ及びその位置に応じて、移植片１６１０の配置の前及び／又は後に、椎間板隙で移植片１６１０内に配置されることができる。骨マトリクス物質１６０８は、骨誘導因子（ＢＭＰ：bone morphogenetic proteins）を有する又は有さない自己移植又は自家移植物質を含むことができる。骨マトリクス物質１６０８は、鉗子、カニューレ及びプランジャー等により椎間板隙に配置されることができる。図１１２Ｃは、移植片１６１０の前面及び移植片１６１０の内部の椎間板隙に位置する骨マトリクス物質１６０８とともに配置された移植片１６１０を示している。
【０３５２】
示す移植片１６１０は、移植片１６１０の上面及び下面に画定されるリブ１６１６を有している。リブ１６１６に適合し、更には移植片１６１０を所定位置に固定する凹部（符号は付されていない）を設けるために終板１６０４、１６０６が加工されるように、システム１００において境界が規定されることができる。
【０３５３】
図１１２Ｄを参照すると、一旦、移植片１６１０が終板１６０４、１６０６の間に配置されると、器具２００、１２００のバーヘッド２０４が椎弓根にパイロット孔１６１８を準備するのに使用されることができる。パイロット孔１６１８は、移植片１６１０を安定化させるように使用されるネジ／ロッド固定システムの一部を形成する椎弓根ネジ１６２０を収めるように形成されている。
【０３５４】
別個の境界がパイロット孔の軌跡を規定している。システム１００は、方向及び深さを含めて、パイロット孔１６１８を正確に切断するように、前述のように、バーヘッド２０４が軌跡に沿って留まるように制御する。ネジ１６２０は、ネジ駆動工具（図示せず）でパイロット孔１６１８に固定されている。ネジ１６２０は、適切なロッド１６２２で固定されている。
【０３５５】
前方術又は側方術等の他の実施形態では、移植片の固定を提供するように、ネジが骨プレートとともに使用されている。
【０３５６】
脊椎固定術の間、バーヘッド２０４が避ける必要のある敏感な解剖学的組織の位置を示すように、システム１００において追加の境界（図示せず）が規定されることができる。システム１００においてこれらの境界を規定することにより、器具２００、１２００のナビゲーションによりこれらを避けることができる。このような境界にバーヘッド２０４が接近すると、上記のように、バーヘッド２０４は、３つの自由度の移動で逸れることができる。さらに、外科医は、敏感な解剖学的組織を画定する境界をディスプレイ１１３、１４０２上で視覚化することができる。敏感な解剖学的組織は、患者の大動脈及び／又は大静脈又は患者の任意の脈管構造及び／又は神経を含んでいる。
【０３５７】
器具２００、１２００が採用されることができる他の脊椎施術は、狭窄、椎体置換又は瘢痕組織除去を含む任意の施術を含んでいる。論じた脊椎施術では、組織が切断及び切開される開腹術、又は、バーヘッド２０４がガイドチューブ、カニューレ又は他のアクセスチャネルを通して骨の部位に配置される低侵襲施術のどちらかで対象の骨にアクセスすることができる。
【０３５８】
図１１３Ａ及び図１１３Ｂを参照すると、器具２００、１２００により行うことができる別の施術は、大腿寛骨臼インピンジメント（ＦＡＩ：ｆｅｍｏｒａｌ  ａｃｅｔａｂｕｌａｒ  ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）手術である。ＦＡＩは、患者の大腿骨骨頭に過剰量の骨が存在するときに生じることができる。過剰の骨は、通常、大腿骨骨頭の上面に沿って位置し、カム形状の骨頭を形成している。その非球形である形状により、通常に形成された関節窩内での大腿骨骨頭の回転は、インピンジメントを生じさせている。例えば、図１１３Ａに示すインピンジメント参照。このインピンジメントを軽減するのに、器具２００、１２００のバーヘッド２０４は、より均一な大腿骨骨頭を形成し、インピンジメントの領域を緩和するように過剰の骨を除去している。器具２００、１２００は、いくつかの実施形態では、寛骨臼又は所望の場合は寛骨臼に連結される開節唇の骨を成形するのにも使用されることができる。
【０３５９】
ＦＡＩ術が始まる前に、計画は、例えば、大腿骨１６４０及び臀部１６４２の３Ｄ画像を提供するＭＲＩ又はＣＴスキャンである術前スキャンを含んでいる。これらの画像は、システム１００に記憶される。除去される過剰の骨１６４１及び／又は残される解剖学的組織の部分（寛骨臼等）の体積を画定する境界は、その後、臀部の動きの動的なシミュレーションに基づいてシステム１００により自動的に、又は、外科医により規定される。境界は、システム１００に記憶され、バーヘッド２０４と境界との間の所望の関係を維持する３つの自由度でのバーヘッド２０４の移動を制御するように、後に使用される。
【０３６０】
能動マーカ又は受動マーカ１６４６を有するトラッカ１６４４は、大腿骨１６４０及び臀部１６４２に取り付けられる。トラッカ１６４４は、皮膚を通して骨に挿入された骨ピンを用い、又は、当業者に知られた他の方法を用いて大腿骨１６４０及び臀部１６４２に固定されることができる。
【０３６１】
術前画像は、システム１００が、大腿骨１６４０及び臀部１６４２に対するバーヘッド２０４（例えば、チップ）の移動をトラッキングすることができるように、前述のように、トラッカ１６４４及びポインタを用いて解剖学的組織に登録される。特に、大腿骨骨頭１６４８及び寛骨臼１６５０の位置及び方位が施術中にトラッキングされる。
【０３６２】
施術の次のステップでは、患者の皮膚を通して２つの別個のアクセス通路が形成される。一方の通路は、器具２００、１２００のバーヘッド２０４に対して形成され、一方の通路は、内視鏡（図示せず）に対して形成される。これらのアクセス通路は、ガイドチューブ、カニューレ又は他のアクセス形成装置により設けることができる。或る特定の実施形態では、これらのアクセス装置は、この装置にトラッカ（不図示）を取り付けることにより、システム１００によりトラッキングされることができる。これにより、システム１００又はユーザが寛骨臼／股関節への正しい通路を確立することが可能になる。
【０３６３】
器具２００、１２００は、その後、一方のアクセス通路を通して配置される。器具２００、１２００は、大腿骨骨頭１６４８から過剰の骨１６４１の所望の体積を除去するように操作される。トラッカ１６４４は、大腿骨骨頭１６４８、寛骨臼及びこれに関連付けられた任意の規定された境界に対するバーヘッド２０４の位置を監視するようにシステム１００によって使用される。器具２００、１２００は、その後、残すべき組織を避けて、除去すべき物質の切断のみを確実にするように、必要により、バーヘッド２０４を移動させるシステム１００により制御される。これにより、インピンジメントを軽減するように大腿骨骨頭１６４８から物質１６４１の所望の体積のみが除去されることが確実になる。
【０３６４】
この施術において、骨が除去されるとき、大腿骨骨頭１６４８の到達困難な領域にアクセスするのに、臀部を収縮させることが必要な場合がある。自発モードでは、システム１００は、これらの他の領域にアクセスするのに、最初に、患者の移動及び臀部の収縮を促すことができる。
【０３６５】
この施術の間、外科医は、ディスプレイ１１３、１４０２上で残すべき骨と異なる色で表示されることができる除去されるべき大腿骨骨頭１６４８の骨の体積を見ることができる。ディスプレイ１１３、１４０２は、大腿骨骨頭１６４８の所望の最終形状を画定する境界に対する除去すべき残りの骨をも示すことができる。バーヘッド２０４、大腿骨骨頭１６４８及び寛骨臼１６５０をトラッキングすることで、境界及び解剖学的組織に対するバーヘッド２０４の位置をディスプレイ１１３、１４０２上に表示し、それにより、施術後に適切に成形された大腿骨骨頭１６４８が残る確実性を外科医に与えることができる。
【０３６６】
除去すべき残りの大腿骨骨頭１６４８の骨の表示は、大腿骨骨頭の所望の最終形状とともに、内視鏡（不図示）と関連付けられた視認ステーションにオーバーレイされることができる。この態様で、内視鏡のディスプレイは、骨及び他の組織の内視鏡視野とともに、除去されるべき骨も動的に表示している。この実施形態では、内視鏡の位置及び方位が解剖学的組織及び器具２００、１２００と同じ座標系で決定することができるように、トラッキング装置（図示せず）が、内視鏡（図示せず）にも取り付けられている。
【０３６７】
システム１００は、骨が除去されるときに、臀部動作の動的シミュレータが緩和又は存置されるインピンジメントの量を評価するように事前プログラムされることができる。例えば、施術の開始時に、寛骨臼１６５０の大腿骨骨頭１６４８の自由回転（すなわち、インピンジメントの無いときの回転）の量は、Ｘ度であることができる。施術の進行に伴い、Ｘの値は増加する。この値は、ディスプレイ１１３、１４０２に表示されることができる。システム１００は、Ｘの値が十分な骨の物質が除去されたことを示す事前決定した閾値に到達したときに、外科医に警告することができる。
【０３６８】
いくつかの実施形態では、バーヘッド２０４により他の物質が除去されることができる。例えば、バーヘッド２０４は、軟骨損傷部又は関節唇（ｌａｂｒａｌ）を創傷清拭し、骨隆起を切除し及び／又は寛骨臼骨縁を整形するように使用されることができる。
【０３６９】
図１１４を参照すると、システム１００及び器具２００、１２００により行われる別の施術は、前十字靭帯（ＡＣＬ：ａｎｔｅｒｉｏｒ ｃｒｕｃｉａｔｅ ｌｉｇａｍｅｎｔ）再建術である。ＡＣＬ再建術では、膝へのアクセスは、関節鏡（不図示）又は他のガイドチューブ若しくはカニューレにより行われる。既存のＡＣＬは、シェーバ又は他の装置を用いて最初に除去される。グラフト１６５１が、その後、除去されたＡＣＬを置換するように形成される。適切なグラフトは、半腱様筋（正：ｓｅｍｉ−ｔｅｎｄｉｎｏｓｕｓ）／薄筋グラフト又は骨付き膝蓋腱（ＢＴＢ：ｂｏｎｅ−ｔｅｎｄｏｎ−ｂｏｎｅ）グラフトを含んでいる。
【０３７０】
ＡＣＬ再建術の前に、ＭＲＩ又はＣＴスキャン等の術前画像が、大腿骨１６５６及び頸骨１６５８並びにＡＣＬを含む膝関節の３次元モデルを生成するのに使用されることができる。能動マーカ又は受動マーカ１６６２を有するトラッキング装置１６６０は、施術の間、及び、前述のように術前画像を解剖学的組織に登録するように、大腿骨１６５６及び頸骨１６５８の位置及び方位をトラッキングするのに、従来の方法を用いて大腿骨１６５６及び頸骨１６５８のそれぞれに取り付けられる。
【０３７１】
施術の間、２つのトンネル又は通路１６５２、１６５４が、グラフト１６５１が固定される大腿骨１６５６及び頸骨１６５８にそれぞれ形成される。従来的には、通路１６５２、１６５４は、大腿骨１６５６及び頸骨１６５８への異なるアクセス通路とは別個に形成され、したがって、２つの別個の切断ガイドを必要とする。例えば、典型的な施術では、頸骨１６５８への接近は、関節下部から行われ、その後、上記通路（tunnel）が関節に向かって穿孔される。大腿骨１６５６は、関節から開始し、その後、関節から離れて大腿骨１６５６に向けて穿孔することにより穿孔される。器具２００、１２００は、切断ガイドを用いることなく、同じ従来的な態様で使用されることができる。
【０３７２】
図１１４の実施形態では、通路１６５２、１６５４を画定する境界がシステム１００で確立されることができる。バーヘッド２０４、大腿骨１６５６及び頸骨１６５８の位置をトラッキングすることで、システム１００は、バーヘッド２０４（例えば、チップ）の移動を境界内に留めるように制御することができる。境界が解剖学的組織に結びついているため、解剖学的組織の移動のトラッキングで、境界の移動もトラッキングされることになる。
【０３７３】
トラッキング及び制御システム１００を使用し、上記のような大腿骨１６５６及び頸骨１６５８に２つの別々の不連続に形成された経路の代わりに、膝関節の外側から開始し、頸骨１６５８を通過し、膝関節に、そして、その後、大腿骨１６５６に連続的に形成された通路が形成されることができる。膝関節の外側から開始し、大腿骨１６５６を通過し、膝関節に、そして、その後、頸骨１６５８に通路を形成することもできる。
【０３７４】
連続的に形成された通路を容易にするため、大腿骨１６５６の通路１６５２を画定する仮想境界が、頸骨１６５８の通路１６５４を画定する仮想境界と整列されることができる。例えば、頸骨１６５８の通路１６５４が最初に形成されることができ、その後、頸骨通路１６５４から切断アクセサリ２０２を除去することなく、大腿骨通路１６５２を画定する仮想境界が、頸骨通路１６５４（又はその仮想境界）と整列されることができる。これは、大腿骨１６５６及び頸骨１６５８をトラッキングし、ディスプレイ１１３、１４０２上で通路又は境界整列（又は不整列）の表示を提供することで行われることができる。整列の値が、ディスプレイ１１３、１４０２上で数値的に又はグラフでも表示されることができる整列線からの度合い又は同様の値として確立されることができる。施術は、最初に大腿骨１６５６で切断を行い、その後、頸骨１６５８に進むことでも行うことができる。
【０３７５】
通路１６５２、１６５４が整列すると、外科医が、器具２００、１２００を操作して更に大腿骨１６５６にバーヘッド２０４を貫通させて切断を完了することができるように、ディスプレイ１１３、１４０２が聴覚的又は視覚的表示を提供することができる。外科医は、整列が維持される限り、継続する。その結果、最初に形成した通路からのバーヘッド２０４を除去せずに、また、何らの切断ガイドも用いずに、１つの連続的な方向への通路１６５２、１６５４が形成されることになる。
【０３７６】
通路１６５２、１６５４が一旦形成されると、グラフト１６５１がＡＣＬ配置器具によって通路１６５２、１６５４に通される。グラフト１６５１は、その後、ネジ、ピン等を用いて通路１６５２、１６５４内に固定される。
【０３７７】
図１１５Ａ及び図１１５Ｂを参照すると、システム１００及び器具２００、１２００が採用されることができる別の施術は、局所軟骨欠損修復術である。１つのこのような施術は、関節鏡微小骨折術（ＡＭＳ：ａｒｔｈｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｍｉｃｒｏｆｒａｃｔｕｒｅ  ｓｕｒｇｅｒｙ）である。ＡＭＳは、摩滅して骨１６７４を露出させた関節表面の軟骨１６７０の修復に使用される。関節表面上にある露出した骨は、しばしば、荷重を支持し、患者に痛みを生じる可能性がある。しばしば、ＡＭＳは、膝関節、特に大腿骨１６７２の関節表面で採用される。
【０３７８】
ＡＭＳの前に、大腿骨１６７２（及び必要であれば頸骨）の３次元モデルを生成するようにＭＲＩ又はＣＴスキャン等の術前画像が使用されることができる。施術の間、そして、前述のように術前画像を解剖学的組織に登録するように、大腿骨１６７２及び頸骨をトラッキングするのに、能動マーカ又は受動マーカ１６７８を有するトラッキング装置１６７６が大腿骨１６７２及び頸骨（トラッキングされる場合）のそれぞれに従来の方法を用いて取り付けられる。
【０３７９】
施術の間、骨１６７４の摩滅した領域及び周囲の軟骨１６７０へのアクセスが、患者の皮膚を通して配置された骨１６７４の摩滅領域へのアクセス通路を提供する関節鏡、カニューレ又は他のガイドチューブにより行われる。その後、器具２００、１２００のバーヘッド２０４は、骨１６７４の近傍に形成されたアクセス通路を通して配置される。骨１６７４の摩滅した領域は、その後、骨１６７４の回りの残った軟骨１６７０のいかなる凹凸の多い縁部も平滑にするように、バーヘッド２０４（例えば、チップ）によって再成形される。露出した骨１６７４もまた、摩滅した元の軟骨１６７０と似た外形にバーヘッド２０４により平滑化される。
【０３８０】
図１１５Ｂに示すように、再成形される体積を画定する境界がシステム１００で確立されることができる。この体積は、切断の深さ及び平滑な外縁部により画定される。施術の間、バーヘッド２０４、大腿骨１６７２及び軟骨（トラッキングされる場合）の位置及び／又は方位をトラッキングすることで、バーヘッド２０４が境界内に維持されることができる。境界が解剖学的組織に結びついているため、解剖学的組織の移動のトラッキングにより、境界の移動もまたトラッキングされる。
【０３８１】
図１１５Ｂを参照すると、一旦、骨１６７４及び軟骨１６７０の摩滅した領域が再成形されると、骨１６７４の近傍のアクセス通路を通して錐１６８０又は他の骨のパンチング又は穿孔器具が配置されることができる。錐１６８０の先端部は、その後、いくつかの点で骨１６７４に突き入れられ、骨１６７４に微小骨折１６８１を形成して骨１６７４の出血を生じさせる。この出血が、失われた軟骨を置換する骨１６７４上の物質層の成長を容易にして痛みを軽減する。マーカ１６８４を有する別個のトラッキング装置１６８２が、錐１６８０の先端部の位置をトラッキングするように錐１６８０に関連付けられることができる。その結果、既定のパターンの微小骨折１６８１を形成するように、骨１６７４の既定の深さに、相互に対して既定の空間位置で微小骨折１６８１が配置可能となる。いくつかの実施形態では、錐１６８０の代替として、錐１６８０で孔をパンチングするのに代えて、バーヘッド２０４が、多数の小さい孔を穿孔するより小さい直径のチップ（例えば、直径が錐の先端部に近似するより小さい直径のバーヘッド）と置換されることができる。
【０３８２】
器具２００、１２００を使用することができる他の膝関節形成術は、局所軟骨欠損を処置するモザイクプラスティ、他の靱帯修復又は再構築、骨欠損の除去等を含む。上記のようなＡＣＬ再建術に採用される同様の施術は、ＰＣＬ修復及び関節を安定化させる他の靱帯の修復に採用されることができる。
【０３８３】
モザイクプラスティ術では、関節の損傷を受けていない領域の軟骨が、損傷した領域に移植される。したがって、上記の局所欠損において、ＡＭＳに代えて、局所欠損は、バーヘッド２０４で局所欠損箇所の大腿骨に小孔を穿孔し、その後、損傷を受けていない領域からの骨／軟骨のプラグでこの孔を充填することにより修復されることができる。システム１００は、孔の深さが、損傷を受けていない領域からのプラグが孔に配置されたときに、プラグの軟骨表面が孔の周囲の軟骨と同一面となるものであることを確実にするのに使用されることができる。システム１００は、孔の直径が、孔にフィットする既定の干渉又はプラグを所定の位置に固定するセメント又は他の接着剤を収める既定の公差をプラグが有するようなものであることを確実にするのにも使用されることができる。
【０３８４】
システム１００及び器具２００、１２００は、移植片を収めるポケットを骨に切削するのにも使用されることができる。図１１６に示すように、蝸牛インプラント１７０２の受信器／刺激器１７００が頭蓋骨１７０６に切削されたポケット１７０４に配置されることができる。前述の実施形態と同様に、ポケット１７０４を画定する境界がシステム１００に確立されることができる。受信器／刺激器１７００に必要なポケット１７０４の所望のサイズ及び形状のみを切断するのに境界内にバーヘッド２０４が維持されるように、骨１７０６は、バーヘッド２０４とともにトラッキングされることができる。
【０３８５】
システム１００で骨１７０６をトラッキングするのに、及び、骨１７０６を撮った術前ＭＲＩ又はＣＴスキャンに骨１７０６を登録するのに、マーカ１７１０を有するトラッカ１７０８が骨１７０６に取り付けられることができる。施術中、バーヘッド２０４及び骨１７０６の位置をトラッキングすることにより、バーヘッド２０４は境界内に維持されることができる。境界が解剖学的組織に結びついているため、解剖学的組織の移動のトラッキングにより、境界の移動もトラッキングされることになる。
【０３８６】
ポケットは、神経刺激器、深部脳刺激器等を含む他のタイプの移植片に対しても、器具２００、１２００で形成されることができる。
【０３８７】
骨等の組織切除の際に、バーヘッド２０４の回転速度制御が、或る特定の外科施術で採用されることができる。例えば、上記ＦＡＩ術では、バーヘッド２０４（例えば、チップ）は、バーヘッド２０４が寛骨臼に接近するにつれてバーヘッド２０４の速度が低下するように、システム１００により制御されることができる。さらに、バーヘッド２０４が敏感な解剖学的組織に接近するにつれてバーヘッド２０４の速度を低下させることができる。更に他の実施形態では、バーヘッド２０４がホーム位置から逸脱するまで、回転速度は影響されないこともできる。
【０３８８】
したがって、本発明の真の精神及び範囲内に含まれる全てのこのような変更及び変形を包含することが意図された特許請求の範囲の目的である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療施術の間、組織を処置する器具（２００；１２００）であって、該器具が、
手持ち部分（５００；１２０４）と、
前記手持ち部分（５００；１２０４）に移動可能に連結される作業部分（２０２，２０４）であって、前記手持ち部分（５００；１２０４）は、前記医療施術の間、患者の前記組織を前記作業部分（２０２，２０４）で処置するように、ユーザにより手動で支持されて移動されるように構成されている、作業部分（２０２，２０４）と、
前記作業部分（２０２，２０４）に作動的に連結し、前記作業部分を前記手持ち部分（５００；１２０４）に対して複数の自由度で移動させる複数のアクチュエータ（２２０，２２２，２２４；１２４０，１３０２，１３０４）と、
前記手持ち部分（５００；１２０４）に取り付けられ、該器具（２００；１２００）をトラッキングするトラッキング装置（１１４）と、
前記作業部分（２０２，２０４）に連結され、前記作業部分（２０２，２０４）を回転軸の周りで回転させる駆動機構（２０１；１２０１）であって、前記駆動機構が、前記手持ち部分（５００；１２０４）に対して少なくとも１つの自由度で移動可能である、駆動機構（２０１；１２０１）と、
を備え、
前記複数のアクチュエータ（２２０，２２２，２２４；１２４０，１３０２，１３０４）は、前記作業部分（２０２，２０４）を、旋回軸の周りのピッチ及びヨー方向に前記作業部分（２０２，２０４）を旋回させ、前記作業部分（２０２，２０４）を並進軸に沿って並進させることを含む少なくとも３つの自由度で前記手持ち部分（５００；１２０４）に対して移動させるように構成されていることを特徴とする、器具（２００；１２００）。
【請求項２】
前記駆動機構（２０１；１２０１）が駆動モータを有している、請求項１に記載の器具（２００；１２００）。
【請求項３】
前記駆動モータ（２０６；１２１２）は、前記手持ち部分（５００；１２０４）に対して少なくとも２つの自由度で移動可能である、請求項２に記載の器具（２００；１２００）。
【請求項４】
前記駆動モータ（１２１２）が、前記並進軸に沿って前記手持ち部分（１２０４）に対して並進することにより軸固定されている、請求項３に記載の器具（１２００）。
【請求項５】
前記作業部分（２０２，２０４）はバーを有し、前記トラッキング装置（１１４）が３つの光学マーカを有している、請求項１に記載の器具（２００；１２００）。
【請求項６】
前記駆動機構（１２０１）を支持し、前記複数のアクチュエータ（１３０２，１３０４）のうちの少なくとも１つによりピッチ及びヨー方向に前記手持ち部分（１２０４）に対して可動なケース（１２０８）と、前記作業部分（２０２，２０４）を支持するノーズチューブ（１２１８）とを更に備え、前記ノーズチューブ（１２１８）が、並進方向に前記並進軸に沿って前記ケース（１２０８）に対して移動可能である、請求項１に記載の器具（１２００）。
【請求項７】
ケース（１２０８）及びノーズチューブ（１２１８）を更に備え、前記ケース（１２０８）が、前記駆動機構（１２０１）及び前記複数のアクチュエータ（１２０４）のうちの前記１つを支持し、前記複数のアクチュエータ（１３０２，１３０４）のうちの前記少なくとも別の１つにより移動可能であり、前記ノーズチューブ（１２１８）が、前記作業部分（２０２，２０４）を支持し、前記複数のアクチュエータ（１２４０）のうちの前記１つにより移動可能である、請求項１に記載の器具（１２００）。
【請求項８】
前記作業部分（２０２，２０４）は、前記ピッチ、ヨー及び並進のそれぞれで少なくとも１．０インチ（２．５４ｃｍ）の総変位が可能である遠位側チップ（２０４）を備えている、請求項１に記載の器具（２００；１２００）。
【請求項９】
前記遠位側チップ（２０４）は、前記ピッチ、ヨー及び並進のそれぞれで少なくとも１．５インチ（３．８１ｃｍ）の総変位が可能である、請求項８に記載の器具（２００；１２００）。
【請求項１０】
前記複数のアクチュエータ（２２０；１３０４）のうちの１つに作動的に連結しているピッチ調整機構（３１２；１２７０）と、
前記複数のアクチュエータ（２２２；１３０２）のうちの別の１つに作動的に連結され、前記作業部分（２０２，２０４）を前記手持ち部分（５００；１２０４）に対してピッチ及びヨー方向に移動させる、ヨー調整機構（４１２；１２６８）と、
をさらに備えている、請求項１に記載の器具（２００；１２００）。
【請求項１１】
前記旋回軸は、前記手持ち部分（５００；１２０４）に対してピッチ及びヨー方向での前記作業部分（２０２，２０４）の移動を支持するように構成されているジンバル（３０４；１２５８）を備えている、請求項１に記載の器具（２００；１２００）。
【請求項１２】
前記ジンバル（３０４）は、前記手持ち部分（５００）に対して前記並進軸に沿って移動可能である、請求項１１に記載の器具（２００）。
【請求項１３】
前記ジンバル（１２５８）は、前記手持ち部分（１２０４）に対して前記並進軸に沿って並進することにより固定されている、請求項１１に記載の器具（１２００）。
【請求項１４】
前記作業部分（２０２，２０４）の周りに配置され、前記ジンバル（１２５８）に対して移動可能なノーズチューブ（１２１８）をさらに備えている、請求項１３に記載の器具（２００）。
【請求項１５】
前記ジンバル（１２５８）によって支持され、前記手持ち部分（１２０４）に対してピッチ及びヨー方向で移動するケース（１２０８）をさらに備え、前記ノーズチューブ（１２１８）は、前記作業部分（２０２，２０４）を支持し且つ前記ケース（１２０８）に対して前記作業部分（２０２，２０４）とともに移動可能である、請求項１４に記載の器具（１２００）。
【請求項１６】
前記駆動機構（１２０１）は、前記作業部分（２０２，２０４）に連結して前記回転軸の周りで前記作業部分（２０２，２０４）を回転させる駆動シャフト（１２１０）を含み、前記複数のアクチュエータ（１２４０）のうちの１つは、内部に前記駆動シャフト（１２１０）を回転可能に収める中空ロータ（１２８７）を有し、それにより、前記駆動シャフト（１２１０）が、前記作業部分（２０２，２０４）を回転可能に駆動すべく、前記中空ロータ（１２８７）内で、前記中空ロータ（１２８７）に対して回転するようになっている、請求項１に記載の器具（１２００）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015502180.tif 000001
【図１Ａ】
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【図２】
2015502180.tif 000003
【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015502180.tif 000007
【図６】
2015502180.tif 000008
【図７】
2015502180.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015502180.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2015502180.tif 000034
【図３１】
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【図３２】
2015502180.tif 000036
【図３３】
2015502180.tif 000037
【図３４】
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【図３５】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６】
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【図３７】
2015502180.tif 000043
【図３８】
2015502180.tif 000044
【図３９】
2015502180.tif 000045
【図４０】
2015502180.tif 000046
【図４１】
2015502180.tif 000047
【図４２】
2015502180.tif 000048
【図４３】
2015502180.tif 000049
【図４３Ａ】
2015502180.tif 000050
【図４４】
2015502180.tif 000051
【図４５】
2015502180.tif 000052
【図４６】
2015502180.tif 000053
【図４７】
2015502180.tif 000054
【図４８】
2015502180.tif 000055
【図４９】
2015502180.tif 000056
【図５０】
2015502180.tif 000057
【図５１】
2015502180.tif 000058
【図５２】
2015502180.tif 000059
【図５３】
2015502180.tif 000060
【図５３Ａ】
2015502180.tif 000061
【図５４】
2015502180.tif 000062
【図５５】
2015502180.tif 000063
【図５６】
2015502180.tif 000064
【図５７】
2015502180.tif 000065
【図５８】
2015502180.tif 000066
【図５９】
2015502180.tif 000067
【図６０】
2015502180.tif 000068
【図６１】
2015502180.tif 000069
【図６２】
2015502180.tif 000070
【図６３】
2015502180.tif 000071
【図６４】
2015502180.tif 000072
【図６５】
2015502180.tif 000073
【図６６】
2015502180.tif 000074
【図６７】
2015502180.tif 000075
【図６８】
2015502180.tif 000076
【図６９】
2015502180.tif 000077
【図７０】
2015502180.tif 000078
【図７１】
2015502180.tif 000079
【図７２】
2015502180.tif 000080
【図７３】
2015502180.tif 000081
【図７４】
2015502180.tif 000082
【図７５】
2015502180.tif 000083
【図７６】
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【図７７】
2015502180.tif 000085
【図７８】
2015502180.tif 000086
【図７９】
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【図８０】
2015502180.tif 000088
【図８１】
2015502180.tif 000089
【図８２】
2015502180.tif 000090
【図８３】
2015502180.tif 000091
【図８４】
2015502180.tif 000092
【図８５】
2015502180.tif 000093
【図８６】
2015502180.tif 000094
【図８７】
2015502180.tif 000095
【図８８】
2015502180.tif 000096
【図８９】
2015502180.tif 000097
【図９０】
2015502180.tif 000098
【図９１】
2015502180.tif 000099
【図９２】
2015502180.tif 000100
【図９３】
2015502180.tif 000101
【図９４】
2015502180.tif 000102
【図９５】
2015502180.tif 000103
【図９６】
2015502180.tif 000104
【図９７】
2015502180.tif 000105
【図９８】
2015502180.tif 000106
【図９９】
2015502180.tif 000107
【図１００】
2015502180.tif 000108
【図１０１】
2015502180.tif 000109
【図１０２】
2015502180.tif 000110
【図１０３】
2015502180.tif 000111
【図１０４】
2015502180.tif 000112
【図１０５】
2015502180.tif 000113
【図１０６】
2015502180.tif 000114
【図１０７】
2015502180.tif 000115
【図１０８】
2015502180.tif 000116
【図１０９】
2015502180.tif 000117
【図１１０】
2015502180.tif 000118
【図１１１】
2015502180.tif 000119
【図１１２Ａ】
2015502180.tif 000120
【図１１２Ｂ】
2015502180.tif 000121
【図１１２Ｃ】
2015502180.tif 000122
【図１１２Ｄ】
2015502180.tif 000123
【図１１３】
2015502180.tif 000124
【図１１４】
2015502180.tif 000125
【図１１５Ａ】
2015502180.tif 000126
【図１１５Ｂ】
2015502180.tif 000127
【図１１６】
2015502180.tif 000128