(57)【要約】      （修正有）【課題】手術中ＣＴワークフロー、術前ＣＴ画像処理ワークフロー、及び透視画像処理ワークフローのための手術移植プランニングコンピュータを提供する。【解決手段】ネットワークインターフェースが、ＣＴ画像スキャナと、モータによって可動であるロボットアームに結合されたロボット基部を有するロボット外科用プラットフォームとに接続可能である。骨のＣＴ画像がＣＴ画像スキャナから受信され、表示される。画定された外科用スクリュー一式の中から、ユーザが選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューが、骨のＣＴ画像にオーバーレイとして表示される。表示されたグラフィカルスクリューの、ＣＴ画像の骨に対する角度方向及び配置は、ユーザ入力の受信に応じて制御される。選択した外科用スクリューの表示と、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置とは、手術プランデータ構造に記憶される。【選択図】図８６
2019022658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像スキャナと、モータによってロボット基部に対して可動であるロボットアームに結合された前記ロボット基部を有するロボットとに接続可能な少なくとも１つのネットワークインターフェースと、
ディスプレイ装置と、
少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する少なくとも１つのメモリであって、
前記少なくとも１つのネットワークインターフェースを介して前記ＣＴ画像スキャナから受信される骨のＣＴ画像を前記ディスプレイ装置に表示することと、
画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することと、
前記骨の前記ＣＴ画像へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記ＣＴ画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御することと、
画定されたユーザ入力の受信に応じて、前記選択した外科用スクリューの表示と、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置とを手術プランデータ構造に記憶することと、を含む動作を行うメモリと、を備える手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２】
前記手術プランデータ構造に記憶された前記角度方向及び前記配置が、前記ＣＴ画像の前記骨の角度方向及び配置に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの前記角度方向及び前記配置を示す、請求項１に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項３】
前記骨の前記ＣＴ画像へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表す前記グラフィカルスクリューを表示する前記動作が、
前記グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、
前記グラフィカルスクリューの先端の隣接から前記軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、前記骨上の所望の挿入位置に対して前記グラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることと、を備える、請求項１に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項４】
ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記ＣＴ画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上で前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることと、
前記タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び／又は先端の上で前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることと、を備える、請求項３に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項５】
ユーザ入力の受信に応じて前記ＣＴ画像の前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から前記表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを備え、
前記選択した長さが、前記手術プランデータ構造に記憶される、請求項３に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項６】
ユーザ入力の受信に応じて、前記ＣＴ画像の前記骨に対する前記表示されたグラフィカルスクリューの配向及び配置を制御する前記動作が、
入力装置に対するユーザの手の動きを追跡するのに応じて、前記ＣＴ画像上の前記表示されたグラフィカルスクリューのサイズ及び／又は回転角度を修正することを備える、請求項１に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項７】
前記動作がさらに、前記ロボットに前記手術プランデータ構造を提供し、前記ロボット基部に対して前記ロボットアームの動きを制御することを備える、請求項１に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項８】
前記動作がさらに、前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタを患者に対して位置決めする間、前記手術プランデータ構造の内容に応じて前記モータを制御し、前記ロボットアームの動きを管理することと、
前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされる間、前記ロボットアームの動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項１に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項９】
前記動作がさらに、前記モータを制御し、前記手術プランデータ構造の前記内容によって画定される軌道に沿った方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記エンドエフェクタの前記動きに応じて前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を制御することと、を備える、請求項８に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１０】
前記動作がさらに、前記軌道に沿って前記エンドエフェクタを動かす間、別の動作が行われてエンドエフェクタ軌道制約モードがキャンセルされるまで、前記モータをさらに制御し、前記軌道に垂直な方向に前記エンドエフェクタが動くのを抑制することを備える、請求項８に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１１】
前記動作がさらに、前記エンドエフェクタ軌道制約モードを開始する前に、前記モータを制御し、前記患者から離れて上向きの方向、さらには前記患者に向かう前記軌道に沿った配置に向かった方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記配置に到達する前に前記エンドエフェクタ軌道制約モードが開始されるのを阻止することと、
前記ロボットアームが前記患者から離れて、さらには前記軌道に沿った前記配置に向かった前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項１０に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１２】
画像データベースに接続可能な少なくとも１つのネットワークインターフェースと、
ディスプレイ装置と、
少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する少なくとも１つのメモリであって、
前記少なくとも１つのネットワークインターフェースを介して前記画像データベースから受信される骨のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を前記少なくとも１つのメモリに取り込むことと、
前記ディスプレイ装置に前記ＣＴ画像を表示することと、
画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することと、
前記骨の前記ＣＴ画像へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記ＣＴ画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御することと、
ユーザ入力に応じて、前記選択した外科用スクリューの表示と、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置とを手術プランデータ構造に記憶することであって、前記手術プランデータ構造が、ロボット基部に対してモータによって可動であるロボットアームに結合される前記ロボット基部を有するロボットによって使用するよう構成される、記憶することと、を含む動作を行うメモリと、を備える、手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１３】
前記骨の前記ＣＴ画像上へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表す前記グラフィカルスクリューを表示する前記動作は、
前記グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、
前記グラフィカルスクリューの先端の隣接から前記軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、前記骨上の所望の挿入位置に対して前記グラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることと、を備える、請求項１２に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１４】
ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記ＣＴ画像の前記骨に対する角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることと、
前記タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び／又は先端の上で、前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることと、を備える、請求項１３に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１５】
ユーザ入力の受信に応じて前記ＣＴ画像の前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から前記表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを備え、
前記選択した長さが、前記手術プランデータ構造に記憶される、請求項１３に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１６】
前記動作がさらに、前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされる間、前記ロボットアームの動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することを備える、請求項１２に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１７】
前記動作がさらに、
マーカ追跡カメラが、透視位置合わせ固定具の上にある反射マーカを追跡するのを観察することができることを示す第１条件の発生を判断することと、さらに、前記マーカ追跡カメラが、前記ロボットアーム及び／又は前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタに取り付けられた動的参照装置マーカを追跡するのを観察することができることを示す第２条件の発生を判断することと、を備える位置合わせ設定モードを行うことと、
前記第１及び第２条件の両方が発生するときの表示を前記ディスプレイ装置に表示することと、
少なくとも前記第１及び第２条件の両方が発生すると判断されるとき、前記位置合わせ設定モードは満たされているとマークされることが可能であることを判断することを備える、請求項１２に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１８】
前記動作がさらに、
前記第１及び第２条件の両方が引き続き発生すると判断されている間、第１面に沿った前記患者の第１の手術中の透視画像を取得し、前記第１面に垂直な第２面に沿った前記患者の第２の手術中の透視画像を取得するよう、動作を行うことができることと、
前記第１及び第２の手術中の透視画像が取得されたら、位置合わせモードが満たされたとマークされることができることを判断することと、を備える、請求項１７に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項１９】
前記動作がさらに、
前記第１及び第２の手術中の透視画像を前記ディスプレイ装置に表示することと、
前記第１及び第２の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして前記グラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記第１及び第２の手術中の透視画像の骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項１８に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２０】
前記動作がさらに、
前記第１及び第２の手術中の透視画像の前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの前記角度方向及び配置が、前記手術プランデータ構造内の前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記角度方向及び前記配置に対応する位置合わせルールを満たしているときを判断することと、
前記位置合わせルールが満たされたときの表示を前記ディスプレイ装置に表示することと、を備える、請求項１９に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２１】
前記動作がさらに、
前記位置合わせルールが満たされたと判断されることに基づいて、前記患者に対して前記エンドエフェクタを位置決めしている間、前記手術プランデータ構造の内容に応じて前記モータを制御し、前記ロボットアームの動きを管理することと、
前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされている間、前記ロボットアームの前記動きに応じて、表示された前記グラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項２０に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２２】
透視画像装置と、マーカ追跡カメラと、モータによってロボット基部に対して可動であるロボットアームに結合された前記ロボット基部を有するロボットとに接続可能な少なくとも１つのネットワークインターフェースと、
ディスプレイ装置と、
少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する少なくとも１つのメモリであって、
前記マーカ追跡カメラが、透視画像装置の透視位置合わせ固定具の上にある反射マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第１条件の発生を判断することと、前記マーカ追跡カメラが、前記ロボットアーム及び／又は前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタに取り付けられた動的参照装置マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第２条件の発生を判断することと、を備える位置合わせ設定モードを行うことと、
前記第１及び第２条件の両方が引き続き発生すると判断されている間、第１面に沿った患者の第１の手術中の透視画像を取得し、前記第１面に垂直な第２面に沿った前記患者の第２の手術中の透視画像を取得するよう、動作を行うことができることと、を含む動作を行うメモリと、を備える、手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２３】
前記動作はさらに、
前記第１及び第２の手術中の透視画像を前記ディスプレイ装置に表示することと、
画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することと、
前記第１及び第２の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することと、
ユーザ入力の受信に応じて、前記第１及び第２の手術中の透視画像に示される骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、
画定されたユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置の表示を手術プランデータ構造に記憶することと、を備える、請求項２２に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２４】
前記第１及び第２の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、前記選択した外科用スクリューを表す前記グラフィカルスクリューを表示する前記動作は、
前記グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、
前記グラフィカルスクリューの先端の隣接から前記軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、前記骨上の所望の挿入位置に対して前記グラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることと、を備える、請求項２３に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２５】
ユーザ入力の受信に応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの、前記第１及び第２の手術中の透視画像に示される前記骨に対する角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることと、
前記タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら前記配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び／又は先端の上で、前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることと、を備える、請求項２４に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２６】
ユーザ入力の受信に応じて、前記第１及び第２の手術中の透視画像に示される前記骨に対する、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する前記動作が、
タッチ感応式画面に沿って前記ユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、前記ユーザが、前記グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、前記ディスプレイ装置の前記タッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から前記表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを備え、
前記選択した長さが、前記手術プランデータ構造に記憶される、請求項２４に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２７】
前記動作がさらに、前記エンドエフェクタを患者に対して位置決めする間は、前記手術プランデータ構造の内容に応じて前記モータを制御し、前記ロボットアームの動きを管理することと、
前記エンドエフェクタが前記患者に対して位置決めされる間、前記ロボットアームの前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項２３に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２８】
前記動作がさらに、
前記モータを制御し、前記手術プランデータ構造の前記内容によって画定された軌道に沿った方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記エンドエフェクタの前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの配置を制御することと、を備える、請求項２７に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項２９】
前記動作がさらに、
前記軌道に沿って前記エンドエフェクタを動かす間、別の動作が行われてエンドエフェクタ軌道制約モードがキャンセルされるまで、前記モータをさらに制御し、前記軌道に垂直な方向に前記エンドエフェクタが動くのを抑制することを備える、請求項２７に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【請求項３０】
前記動作がさらに、
前記エンドエフェクタ軌道制約モードを開始する前に、前記モータを制御し、前記患者から離れて上向きの方向、さらには前記軌道に沿った配置に向かった方向に前記エンドエフェクタを動かすことと、
前記軌道に沿った前記配置に到達する前に前記エンドエフェクタ軌道制約モードが開始されるのを阻止することと、
前記ロボットアームが前記患者から離れて、さらには前記軌道に沿った前記配置に向かった前記動きに応じて、前記表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することと、を備える、請求項２９に記載の手術移植プランニングコンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年７月２１日に出願された、米国特許法第１１９条の下で、米国仮特許出願第６２／５３５，５９１号の優先権を主張し、全ての目的のためにその内容が参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は医療装置に関し、さらに特には、ロボット外科用システム及び関連する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々な医療手技では、最適化された治療を行うために、患者の体内で外科用器具の３次元位置を正確に特定することが必要とされる。例えば、椎骨を固定する外科手技によっては、外科医が所定位置で骨構造に複数の穴をあける必要がある場合がある。固定システムにおいて高度な機械的完全性を達成するために、且つ、骨構造において発生する力を平衡させるために、穴を所望の位置に正確にあける必要がある。椎骨は、大部分の骨構造と同様に、非平面の湾曲面から成る複雑な形状を有しており、それにより精密かつ垂直な穴あけが困難となる。従来、外科医は、ドリルチューブの位置を骨構造の３次元画像に重ね合せるガイダンスシステムを使用することによって、ドリルガイドチューブを保持し、手動で位置決めをする。こうした手動によるプロセスは、煩わしく、時間がかかる。外科手術の成功は、それを行う外科医の器用さに大きく依存する。
【０００４】
外科医が患者の体内で外科用器具を位置決めし、外科手技を行うのを支援することができる、ロボット外科用プラットフォームが導入されている。ロボット外科用プラットフォームは、エンドエフェクタ素子に結合されるロボットを含むことができ、ロボットが、エンドエフェクタを移動させ、身体に対して位置決めを行うのを制御するよう構成される。エンドエフェクタは、ドリルガイドチューブといった、外科用器具のガイドチューブでもよいし、又は、それ自体が外科用器具であってもよい。
【０００５】
最適化された治療を行うために、身体に対して外科用器具の３次元位置を正確に特定する、ロボット外科用プラットフォームが必要である。位置を特定する正確性が向上することにより、手早く、かつ効率的な手術プロセスを可能にしつつ、ヒューマンエラー及びロボットエラーを最小限にすることができる。ロボット外科用プラットフォーム及びコンピュータソフトウェアを使用して患者を手術する能力によって、外科手技全体や、患者のために達成される結果を向上させることができる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示のいくつかの実施形態は、手術中のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像処理ワークフローに使用することができる、手術移植プランニングコンピュータに関する。手術移植プランニングコンピュータは、少なくとも１つのネットワークインターフェースと、ディスプレイ装置と、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを含む。少なくとも１つのネットワークインターフェースは、ＣＴ画像スキャナと、モータによってロボット基部に対して可動であるロボットアームに結合されるロボット基部を有するロボットに結合可能である。少なくとも１つのメモリは、ＣＴ画像スキャナから少なくとも１つのネットワークインターフェースを通して受信される骨のＣＴ画像をディスプレイ装置上に表示し、画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することを含む動作を行うよう、少なくとも１つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する。その動作はさらに、選択した外科用スクリューを表わすグラフィカルスクリューを骨のＣＴ画像へのオーバーレイとして表示することと、ユーザ入力の受信に応じて、表示されたグラフィカルスクリューの、ＣＴ画像の骨に対する角度方向と配置を制御することを含む。選択した外科用スクリューの表示と、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置は、画定されたユーザ入力の受信に応じて、手術プランデータ構造に記憶される。
【０００７】
本開示のその他いくつかの実施形態は、術前ＣＴ画像処理ワークフローに使用することができる手術移植プランニングコンピュータに関する。手術移植プランニングコンピュータは、少なくとも１つのネットワークインターフェースと、ディスプレイ装置と、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを含む。少なくとも１つのネットワークインターフェースは、画像データベースに接続可能である。少なくとも１つのメモリは、画像データベースから少なくとも１つのネットワークインターフェースを通して受信される、骨のＣＴ画像を少なくとも１つのメモリに取り込むことを含む動作を行うため、少なくとも１つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する。その動作は、ディスプレイ装置にＣＴ画像を表示する。その動作は、画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信し、骨のＣＴ画像へのオーバーレイとして選択した外科用スクリューを表わすグラフィカルスクリューを表示する。動作は、ユーザ入力の受信に応じて、表示されたグラフィカルスクリューの、ＣＴ画像の骨に対する角度方向及び配置を制御し、選択した外科用スクリューの表示と、表示されたグラフィカルなスクリューの角度方向及び配置を、ユーザ入力に応じて手術プランデータ構造に記憶し、その手術プランデータ構造は、ロボット基部に対してモータによって可動であるロボットアームに結合されたロボット基部を有するロボットによって使用されるように構成される。
【０００８】
本開示のその他いくつかの実施形態は、透視画像処理ワークフローに使用することができる、手術移植プランニングコンピュータに関する。手術移植プランニングコンピュータは、少なくとも１つのネットワークインターフェースと、ディスプレイ装置と、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを含む。少なくとも１つのネットワークインターフェースは、透視画像装置と、マーカ追跡カメラと、ロボット基部に対してモータによって可動であるロボットアームに結合されたロボット基部を有するロボットとに接続可能である。少なくとも１つのメモリは、マーカ追跡カメラが、透視画像装置の透視位置合わせ固定具に取り付けられた反射マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第１条件の発生を判断することと、マーカ追跡カメラが、ロボットアーム及び／又はロボットアームに接続されたエンドエフェクタに取り付けられた動的参照装置マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第２条件の発生を判断することとを含む、位置合わせ設定モードを行うことを含む動作を行うため、少なくとも１つのプロセッサによって実行されるプログラムコードを記憶する。第１及び第２条件の両方が継続して発生していると判断されている間、第１面に沿った患者の手術中の第１透視画像を取得し、第１面に垂直な第２面に沿った患者の手術中の第２透視画像を取得するための動作を、少なくとも１つのプロセッサによって行うことができる。
【０００９】
対応する方法及びコンピュータプログラム製品が開示される。
【００１０】
本発明の主題の実施形態における、さらに他の手術移植ランディングコンピュータ、方法、及びコンピュータプログラム製品は、以下の図面と詳細な説明を考察することによって、当業者に明らかであるか又は明らかとなるであろう。そのような手術移植ランディングコンピュータ、方法、コンピュータプログラム製品はすべて、この説明内に、又は本発明の主題の範囲内に含まれ、且つ、添付の特許請求の範囲によって保護されるものとする。さらに、本明細書に開示される実施形態は全て、別個に実装されるか、又は、任意の方法及び／又は組み合わせで、組み合わされ得るものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本出願のその一部を構成するのに取り込まれており、その図面は、本発明の概念の、特定の非限定的な実施形態を図示する。
【図１】ロボット基部ステーションとカメラスタンドとを含むロボットシステムを図示する。
【図２】ロボット基部ステーションの構成要素を図示する。
【図３】ロボット基部ステーションのモニタを図示する。
【図４】ロボット基部ステーション後部のコントロールパネルとコントロールパネルの機能を図示する。
【図５】ロボット基部ステーション後部に配置されるコネクタパネルを図示する。
【図６】５軸のロボットアームを図示する。
【図７】下側アームを図示する。
【図８】円柱の上部を図示する。
【図９】カメラスタンドを図示する。
【図１０】アライメントボタンを示す、カメラスタンドの後方図を図示する。
【図１１】エンドエフェクタの等角上面図を示す。
【図１２】器具検出リングのディテント機構を図示する。
【図１３】ガイドチューブを通して使用されるメスを図示する。
【図１４】外側カニューレの軌道を図示する。
【図１５】装置で組織を拡張するための一技術を図示する。図１５（ａ）は、外側カニューレが切開部の上でどのように位置決めされるかを図示する。図１５（ｂ）は、カニューレが肌の上で静止するようにガイドチューブ内にどのように配置されるかを図示する。図１５（ｃ）は、第１内側カニューレが切開部内にどのように挿入されるかを図示する。図１５（ｄ）は、第２内側カニューレが切開部内にどのように挿入されるかを図示する。図１５（ｅ）は、次いで、外側カニューレが切開部内にどのように挿入されるかを図示する。図１５（ｆ）は、次いで、両方の内側カニューレが取り除かれ、ガイドチューブを外側カニューレ内に収まるまで降下させることを図示する。
【図１６】ナビゲーションサバイバル器具のいくつかの実施形態を図示する。
【図１７】アレイを図示する。
【図１８】検証プローブを図示する。
【図１９】患者取付器具を図示する。
【図２０】クランプドライバを使用して骨クランプを締付けることを図示する。
【図２１】ガイドポスト及びクアトロスパイクを図示する。
【図２２】低プロファイルクアトロスパイクを硬い骨性の生体構造内に挿入するための一方法を図示する。図２２（ａ）は、クアトロスパイクをガイドポストの上で位置決めすることを図示する。図２２（ｂ）は、インパクションキャップを取り付けることを図示する。図２２（ｃ）は、アセンブリを硬い生体構造内に挿入することを図示する。図２２（ｄ）は、キャップ及びガイドポーズを取り除くことを図示する。
【図２３】、既存の脊椎ロッドに取り付けるための、セットスクリューを含むロッド取付器具を挿入することを図示する。
【図２４】監視マーカを図示する。
【図２５】骨クランプのある監視マーカの使用を図示する。
【図２６】動的参照装置を図示する。
【図２７】手術中の位置合わせ固定具及び旋回アームを図示する。
【図２８】透視位置合わせ固定具を図示する。
【図２９】ある軌道から次の軌道へ移動するときのエンドエフェクタの動きを図示し、１、２、及び３は自動的な移動であり、４は手動的及び選択的な移動である。
【図３０】電源ボタン、有線電源インジケータ、及びバッテリインジケータを図示する。
【図３１】カメラスタンドの切り離しを図示する。図３１（ａ）は、カメラスタンド上に配置された解除ハンドルを引き上げることを図示する。図３１（ｂ）は、カメラスタンド脚部の脚部をクリアし、その脚部が自動的に解除され、外側に移動することを図示する。
【図３２】基部ステーション上でのコネクタパネルへのカメラの接続を図示する。
【図３３】カメラの位置決めを図示する。
【図３４】レーザボタンを押してカメラを合わせることを図示する。
【図３５】滅菌ドレープがかかったシステムを図示する。
【図３６】フットペダルのケーブル接続を図示する。
【図３７】スタビライザが係合するとき及びスタビライザが係合解除されるときに点灯するボタンを図示する。
【図３８】エンドエフェクタへ接続するための、ロボットアームインターフェースプレートを図示する。
【図３９】エンドエフェクタのブラケットを開口し、Ｖ溝とアライメント球を合わせることによってインターフェースプレートにエンドエフェクタを配置することを図示する。
【図４０】エンドエフェクタの両側でブラケットを絞り、ハンドルを押しさげて、所定位置でロックすることを図示する。
【図４１】所定位置でロックするための、ハンドルの正しい位置決めと正しくない位置決めを図示する。
【図４２】エンドエフェクタの取り外しを図示する。
【図４３】器具シャフトをアレイスリーブへ挿入することを図示する。
【図４４】外科用器具アセンブリを図示する。
【図４５】外科用器具アセンブリのシャフトの近位端上に、クイック接続ハンドルを取り付けることを図示する。
【図４６】器具アセンブリの複数のマーカポストのうちの１つに、反射マーカを取り付けることを図示する。図４６（ａ）は、反射マーカをマーカポストに降下させることを図示する。図４６（ｂ）は、ポストに完全に着座したマーカを図示する。
【図４７】モニタに表示されるログイン画面を図示する。
【図４８】モニタに表示される症例管理画面を図示する。
【図４９】手技のタイプを表示するのに使用される構成タブを図示する。
【図５０】移植システム、所望の椎骨レベル、及び配向を選択するために、モニタに表示される事前計画タブを図示する。
【図５１】事前計画タブで選択した器具の可視度、配置、及び検証ステータスを含む、ナビゲーションの詳細を表示する検証タブを図示する。
【図５２】検証の進捗度を表示する、検証タブに現れるポップアップ画面を図示する。
【図５３】エンドエフェクタ上に配置される、検証ディボットを図示する。
【図５４】検証の成功を表示する、緑色の丸印を図示する。
【図５５】検証の失敗を表示する、赤色の斜線入りの丸印を図示する。
【図５６】動的参照装置を患者取付器具に固定することを図示する。
【図５７】クランプドライバを動的参照装置に使用することを図示する。
【図５８】動的参照装置及び監視マーカの配置を図示する。
【図５９】クアトロスパイクを図示する。
【図６０】クアトロスパイク取り外し器具を図示する。
【図６１】取り外し器具でクアトロスパイクを取り外すことを図示する。
【図６２】位置合わせ固定具を旋回アームに取り付けることを図示する。
【図６３】患者取付器具へ接続する、位置合わせ固定具を図示する。
【図６４】位置合わせした基点を図示する。
【図６５】ユーザが、患者の画像上ですべてのスクリューの軌道を計画できるようにする、計画タブを図示する。
【図６６】ユーザが、誘導された器具の軌道と、患者の生体構造に対して計画した軌道を視覚化できるようにする、ナビゲーションタブを図示する。
【図６７】ユーザが、患者の画像上ですべてのスクリューの軌道を計画できるようにする、計画タブを図示する。
【図６８】術前ＣＴ画像を位置合わせするために透視画像が撮影される前に、完了させるべき３つのステップをハイライトした、第１画面を図示する。
【図６９】画像増強管に取り付けられた透視位置合わせ固定具を図示する。
【図７０】ナビゲーションタブ内の横方向画像を図示する。
【図７１】所望のレベルを選択することを図示する。
【図７２】アクティブレベルの隣に示される、チェックマークのついた位置合わせの成功を図示する。
【図７３】リアルタイムの器具／移植物の軌道が、計画したスクリューに沿って患者の画像上にどのように表示され、ユーザが所望の軌道を確認できるようにするのかを図示する。
【図７４】ナビゲーションタブ内の横方向画像を図示する。
【図７５】ユーザが、患者の画像上で全てのスクリューの軌道を計画できるようにする、計画タブを図示する。
【図７６】ユーザが、ナビゲーション器具の軌道と、患者の生体構造に対して計画した軌道とを視覚化することができる、ナビゲーションタブを図示する。
【図７７】ロボットアームとエンドエフェクタのない誘導に対して、ロボットコンピュータシステムがどのように使用されるのかを図示する。
【図７８】ロボットコンピュータシステムが、ナビゲーション器具のないロボットアームを使用した軌道ガイダンスに対してどのように使用され得るのかを図示する。
【図７９】実施形態において構成された、ロボット外科用プラットフォームのロボット部分の電子構成要素のブロック図を図示する。
【図８０】ロボットから分離されるか、動作的に接続されるか、又はその中に取り込まれ得る手術移植プランニングコンピュータを含む、手術システムのブロック図を図示する。
【図８１】実施形態において構成された手術移植プランニングコンピュータによって行われ得る動作のフロー図である。
【図８２】実施形態において構成された手術移植プランニングコンピュータによって行われ得る動作のフロー図である。
【図８３】実施形態において構成された手術移植プランニングコンピュータによって行われ得る動作のフロー図である。
【図８４】実施形態において構成された手術移植プランニングコンピュータによって行われ得る動作のフロー図である。
【図８５】実施形態において構成された手術移植プランニングコンピュータによって行われ得る動作のフロー図である。
【図８６】実施形態において構成された手術移植プランニングコンピュータによって行われ得る動作のフロー図である。
【図８７】実施形態において構成された手術移植プランニングコンピュータによって行われ得る動作のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の考察は、当業者が本開示の実施形態を作製し使用するのを可能にするように提示されている。例示する実施形態に対するさまざま修正が、当業者には容易に明らかになり、本明細書における原理は、本開示の実施形態から逸脱することなく他の実施形態および用途に適用されることができる。したがって、実施形態は、示される実施形態に限定されるようには意図されておらず、本明細書に開示される原理および特徴に一貫した最も広い範囲が与えられるべきである。以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきであり、異なる図面における同様の要素は同様の参照数字を有している。必ずしも正確な縮尺ではないが、図面は選択された実施形態を示し、実施形態の範囲を限定するようには意図されていない。当業者は、本明細書で提供される例が、多くの有用な代替形態を有し、実施形態の範囲内にあることを理解するであろう。
【００１３】
システム概要
ロボットコンピュータシステムは、患者の放射線画像を使用してリアルタイムの手術ナビゲーションを可能にし、ロボットアームを使用して、外科医が指定した経路に沿って専用の外科用器具の軌道を誘導する。システムソフトウェアは、手術前に取得した患者固有のＣＴ画像、又は手術中に取得した透視画像を再フォーマットし、それらを画面上で様々な視点から表示する。次いで、動作の前に、外科医が軌道を作り出し、記憶し、アクセスし、そしてシミュレーションを行い得る。手術中、システムは、ユーザが指定した軌道を辿るよう器具を誘導、患者の生体構造内又は上にある外科用器具の位置を追跡し、これらの画像上における器具の位置を継続的に更新する。手術は、専用の外科用器具を使用して、外科医によって行われる。
【００１４】
手術中の実際の位置及び経路を術前の計画にどのように関連させるのか、についてもソフトウェアが示すことができ、計画した軌道に沿って外科医を誘導する一助となり得る。外科医の判断が最高権威ではあるが、ロボットコンピュータシステムを通したリアルタイムの位置及び軌道情報が、この判断を検証する役割を果たすことができる。本明細書の実施形態と共に使用されることができる例示的なロボットコンピュータシステムは、Ｇｌｏｂｕｓ  Ｍｅｄｉｃａｌ製のＥｘｃｅｌｓｉｕｓＧＰＳ（商標）である。
【００１５】
装置の説明
ロボットコンピュータシステムとは、動的参照装置及び位置決めカメラを使用して、患者の放射線画像（術前ＣＴ、術中ＣＴ 、及び透視）を使用したリアルタイムの手術ナビゲーション及びロボットガイダンスを可能にするコンピュータ制御ロボットアームと、ハードウェアと、ソフトウェアとを含む、ロボティックポジショニングシステム（Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）である。ナビゲーション及びガイダンスシステムは、仮想上の患者（患者の画像上の点）と物理的な患者（患者の生体構造上の対応する点）との間の位置合わせ及びマッピングを決定する。一旦この位置合わせが作成されると、ソフトウェアが、ロボットアームのエンドエフェクタを含む追跡された器具の相対位置を患者の画像上に表示する。このような視覚化は、外科医のプランニングとアプローチをガイドする一助となることができる。視覚化を助けるものとして、外科医は、手術前に患者の画像上で移植物の配置を計画することができる。位置合わせと連動させた計画の情報は、フリーハンドでの誘導中、又は、エンドエフェクタを自動的にロボット合わせしている最中に、外科医を視覚的に支援するのに必要な情報を提供する。
【００１６】
手術中、システムは、患者の生体構造中又は上の、ロボットアームのエンドエフェクタを含むＧＰＳ互換器具の位置を追跡し、光学追跡を活用して患者の画像上での器具位置を継続的に更新する。骨の準備（例えば、ロンジュール、リーマー、等）、又は、スクリュー配置に関係のないＭＩＳ移植（例えば、ロッド挿入、キャップドライバのロック）の配置といった使用のため、ガイドチューブが静止している間は、選択した軌道においてガイドチューブを通って嵌合する標準非ナビゲーション金属器具が、ナビゲーションなしで使用され得る。ナビゲーションはまた、ガイダンスなしで行うことができる。システムソフトウェアが、動作制御機能、ナビゲーション機能、データ記憶、ネットワーク接続性、ユーザ管理、症例管理、及び安全機能すべてを担う。ロボットコンピュータシステムの外科用器具は、手動で、又は位置決めシステムを使用して操作することができる、非殺菌の、再利用可能な器具である。
【００１７】
ロボットコンピュータシステム器具は、位置合わせ器具と、患者参照器具と、外科用器具と、エンドエフェクタとを含む。位置合わせ器具は、反射マーカのアレイを取り込み、患者の生体構造と外科用器具、及び移植物を追跡するのに使用され、構成要素は、検証プローブと、監視マーカと、外科用器具アレイと、手術中のＣＴ位置合わせ固定具と、透視位置合わせ固定具と、動的参照装置（ＤＲＢ）とを含む。患者参照器具は、安全とみなされる、任意の適切な硬い生体構造にクランプされるか又は埋め込まれるかのどちらかである。外科用器具は、移植部位を準備するか、又は装置の移植をするのに使用され、きり、ドリル、ドライバ、タップ、及びプローブを含む。エンドエフェクタは、ロボットアームの遠位端に取り付けられた、ワイヤレスで入電されるガイドチューブでもよく、外科用器具を挿入するための剛性構造を備える。
【００１８】
使用のための表示
ロボットコンピュータシステムは、生体的構造を正確に配置するため、及び、開口又は経皮的手技において外科医が標準外科用器具を誘導するか又はガイドするために使用する器具ホルダ又は工具ガイドを空間的に位置決めし、配向するための支援として使用することが意図される。システムは、固定手術の適用が適切となり得る任意の医療条件が指定され、頭蓋骨、長骨、椎骨といった硬い生体的構造への参照が、生体構造のＣＴベースのモデル、透視画像、又はデジタル化したランドマークに対して特定され得る。
【００１９】
禁忌
ロボットコンピュータシステム及びその関連アプリケーションの適用が禁忌となる医学的状態には、医療手技自体が禁忌となり得る、任意の医学的状態を含む。
【００２０】
ナビゲーションの完全性
ロボットコンピュータシステムは、ナビゲーションの完全性を支持する、ビルトインされた予防措置を有するが、ナビゲーション中のシステムの正確性を検証するためにさらなるステップをとるべきである。具体的なステップは以下を含む。
【００２１】
ロボットアームを使用する前に、スタビライザが係合されていることを確認する。
【００２２】
位置合わせの成功後は、動的参照装置を動かさない。
【００２３】
手技毎に監視マーカを使用して、リアルタイムの患者の生体構造に関する画像の正確性をさらに確認する。
【００２４】
監視マーカが、動的参照装置に対して患者が移動したことを警告する場合、ランドマークチェックを行う。ランドマークチェックが不可の場合、患者を再度位置合わせする。
【００２５】
検証したナビゲーション器具を使用し、手技の前に生体構造的ランドマークチェックを行う。ランドマークチェックが不可の場合、患者を再度位置合わせする。
【００２６】
規格の順守
本製品は、以下に示されるＣＥマークの適合を貼り付ければ、右に示される医療装置に関する理事会指令９３／４２／ＥＥＣの要件に適合する。
【００２７】
本製品は、右に示される、以下の米国国家認証試験機関（ＮＲＴＬ）の認証順守マークを貼り付ければ、以下に列挙した規格の要件に適合する。
【００２８】
電気及び電磁誘導テストは、対象となる次の基準、ＡＮＳＩ／ＡＡＭＩ  ＥＳ６０６０１−１、ＣＳＡ  Ｃ２２．２＃６０６０１−１、ＣＩＳＰＲ  １１、ＩＥＣ  ６０６０１−１（各国の差異をすべて含む）、ＩＥＣ  ６０６０１−１−２、 ＩＥＣ ６０６０１−１−６、ＩＥＣ  ６０６０１−１−９、ＩＥＣ  ６０６０１−２−４９（焼灼器といった、高周波外科用機器と共に使用される場合は、本基準の一部分のみがロボットコンピュータシステムの順守及び適切な動作を実証するのに使用される）、ＩＥＣ  ６０８２５−１、ＩＥＣ  ６２３０４、ＩＥＣ  ６２３６６に従って実施されてきた。
【００２９】
ＨＦ外科用機器
ロボットコンピュータシステム形絶縁装着部（タイプＢＦ）及び実施される安全テストに基づき、システムは、使用条件の制限なしに、ＨＦ外科用機器の使用と互換可能である。
【００３０】
ＥＭＣ順守
ＩＥＣ６０６０１−１−２：２０１４の第３版及び第４版に従って、医療用電気機器は、電磁両立性（ＥＭＣ）について特に注意が必要であり、以下の表において提供されるＥＭＣ情報に従ってインストールし、運転を開始する必要がある。携帯式や移動式のＲＦ通信機器は、医療用電気機器に悪影響を与える場合がある。表は、順守度についての詳細を与え、装置間の潜在的相互作用についての情報を与える。第３版のＥＭＣ順守表は、適宜第４版に合わせた数値と共に、次ページに示される。
【００３１】
ロボットコンピュータシステムは、任意の８０２．１１ｇ／ｂ／ｎワイヤレスルーター及びタブレットオプションを有する。インストールされると、これは、差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）又は直角位相振幅変調（ＱＡＭ）変調と共に直接拡散方式（ＤＳＳＳ）又は直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）を使用して２．４ＧＨｚ（２．４１２ＧＨｚから２．４８４ＧＨｚ）でＲＦパワーを送信する。最大ＲＦ送信パワーは、１００ｍＷである。
【００３２】
【表１】
2019022658.tif 000003
【００３３】
サイバーセキュリティ
ロボットコンピュータシステムは、業界ベストプラクティスと、医療装置におけるサイバーセキュリティについてのＦＤＡガイダンスを順守する。これは、ウィルス、マルウェア、データ破壊、非承認のシステムアクセスに対する、ファイヤウォールプロテクションやさらに別のプロテクションを含む。
【００３４】
システムの概要
ロボットコンピュータシステムは、４つの主要構成要素から成り、その４つの構成要素とは、ロボット基部ステーション（以下に示す）と、カメラスタンド（以下に示す）と、器具と、システムソフトウェアである。図１は、ロボット基部ステーション及びカメラスタンドを含むロボットシステムを図示する。
【００３５】
ロボット基部ステーション
ロボット基部ステーションは、ロボットコンピュータシステムの主要制御センタであり、以下に示される構成要素から成る。図２は、ロボット基部ステーションの構成要素を図示する。
【００３６】
モニタ
モニタによって、外科医は手術を計画し、リアルタイムで生体的構造、器具、及び移植物を視覚化することができる。それは、円柱上に配置された、解像度の高い、平面パネルのタッチスクリーン液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。モニタは、両手で所望の配置に調整することができる。モニタと共に外付けのマウスが任意で使用可能である。マウスは、滅菌野内での使用を意図していない。図３は、ロボット基部ステーションのモニタを図示する。
【００３７】
タブレット
動作プランニングとソフトウェア制御のため、任意のワイヤレスタブレットを第２のタッチスクリーンモニタとして利用可能である。主要モニタは、使用中常に動作状態にある。ユーザは、所望する場合、タブレットの使用をロックすることができる。タブレットを保管するのにタブレットコンパートメントが使用される。タブレットは、滅菌野内での使用を意図していない。
【００３８】
コントロールパネル
コントロールパネルは、ロボット基部ステーションの後部に配置される。このパネルは、システムの電源と、通常の位置決め機能を表示し、制御するのに使用される。図４は、ロボット基部ステーションの後部のコントロールパネルと、コントロールパネルの機能を図示する。
【００３９】
【表２】
2019022658.tif 000004
【００４０】
コネクタパネル
コネクタパネルは、ロボット基部ステーションの後部に配置される。このパネルは、様々な装置用に外部接続ポートを含む。図５は、ロボット基部ステーションの後部に配置されたコネクタパネルを図示する。
【００４１】
【表３】
2019022658.tif 000005
【００４２】
キャスタ及びスタビライザ
システムは、スタビライザが一体化した、４つのキャスタから成る。スタビライザは、システムを固定し、使用中に動かないようにするために使用される。
【００４３】
上側アーム、下側アーム、及び円柱
ロボットアームは、上側及び下側アームから成り、ロボットコンピュータシステムのロボット基部ステーションの円柱に取り付けられる。この構成により、幅広い範囲の移動が可能となる。
【００４４】
ロボットコンピュータシステムは、高性能のサーボドライブと共に、動作室環境において５軸のロボットアームを正確に位置決めし、制御する最先端のドライブ制御システムを用いる。図６は、５軸のロボットアームを図示する。５軸の移動は以下で特定される。
【００４５】
【表４】
2019022658.tif 000006
【００４６】
ブレスレット
ブレスレットは、下側アームの遠位端に配置される。ロボットアームをユーザがガイドして位置決めするのを可能にするのは、負荷検出構成要素である。
【００４７】
移動を開始するには、ブレスレットリングを両側で、親指と人差し指で絞る。絞られている間は、所望の移動方向に向かって軽い力を印可する。ロボットアームが所望の方向へ動くことになる。スクリュープランが動作中であれば、アームは任意の方向に、又は、軌道に沿って、手動で移動する。図７は、下側アームを図示する。
【００４８】
情報リング
情報リングは、円柱の上部に配置される。情報リングは、ロボットコンピュータシステムのステータスを表示する。情報リングライトは、システムの起動中は点滅し、システムが準備状態のときは、緑色のライトが点灯する。以下の表に示す通り、ステータスを示すのに個別の色が使用される。図８は、円柱の上部を図示する。
【００４９】
【表５】
2019022658.tif 000007
【００５０】
カメラスタンド
カメラスタンドは可動であり、動作野及び光学マーカを確認するカメラを位置決めできるよう調整する。図９は、カメラスタンドを図示する。図１０は、アライメントボタンを示すカメラスタンドの後方図を図示する。
【００５１】
【表６】
2019022658.tif 000008
【００５２】
ケーブリング
下記のケーブル特性は、外部装置に接続するために必要である。外部ＨＤＭＩ（登録商標）モニタへのＨＤＭＩ（登録商標）接続は、ＨＤＭＩ（登録商標）オスケーブルへのシールドされたＨＤＭＩ（登録商標）オスを必要とする。
【００５３】
病院のネットワークへのネットワーク接続は、シールドされていないＣＡＴ−５ｅイーサネット（登録商標）ケーブルで行うことができる。
【００５４】
外科用ロボットの電子構成要素
図７９は、実施形態において構成される、ロボット外科用プラットフォームのロボット５００部分の電子構成要素のブロック図を図示する。ロボット５００は、プラットフォームサブシステム５０２と、コンピュータサブシステム５２０と、動作制御サブシステム５４０と、追跡サブシステム５３０とを含むことができる。プラットフォームサブシステム５０２は、バッテリー５０６と、配電モジュール５０４と、プラットフォームネットワークインターフェース５１２と、タブレット充電ステーション５１０とを含むことができる。コンピュータサブシステム５２０は、コンピュータ５２２と、ディスプレイ５２４と、スピーカ５２６とを含むことができる。動作制御サブシステム５４０は、ドライバ回路５４２と、モータ５５０、５５１、５５２、５５３、５５４と、スタビライザ５５５、５５６、５５７、５５８と、エンドエフェクタ５４４と、コントローラ５４６（例えば、１つ又は複数のプロセッサ及び関連回路）を含むことができる。追跡サブシステム５３０は、位置センサ５３２と、カメラコンバータ５３４を含むことができ、カメラコンバータ５３４は、例えばプラットフォームネットワークインターフェース５１２を介して、マーカ追跡カメラ５７０に接続可能である。ロボット５００は、フットペダル５８０と、タブレットコンピュータ５９０とを含むことができる。
【００５５】
入力電源は、配電モジュール５０４に提供され得る電源５６０を介して、ロボット５００に供給される。配電モジュール５０４は入力電源を受信し、ロボット５００のその他のモジュール、構成要素、及びサブシステムに供給される、様々な電源電圧を生成するよう構成される。配電モジュール５０４は、様々な電圧をプラットフォームネットワークインターフェース５１２に供給するよう構成され得、その様々な電圧は、例えば、パワーモータ５５０、５５１、５５２、５５３、５５４、及びエンドエフェクタ５４４、リング５１４、カメラコンバータ５３４、及び、例えば、様々な電子構成要素を冷却するためのファンといった、ロボット５００のその他の構成要素への、コンピュータ５２０、ディスプレイ５２４、スピーカ５２６、ドライバ５４２、といったその他の構成要素に提供され得る。
【００５６】
配電モジュール５０４はまた、タブレットドローワ内に配置され得るタブレット充電ステーション５１０といった、その他の構成要素に電力を供給し得る。タブレット充電ステーション５１０は、有線又はワイヤレスのインターフェースを介してタブレット５９０と通信するように構成され得る。タブレット５９０は、本明細書で開示される様々な実施形態に一致する、外科医やその他のユーザによって使用される画像やその他の情報を表示するのに使用され得る。
【００５７】
配電モジュール５０４は、バッテリー５０６に接続され得、配電モジュール５０４が入力電源５６０から電力を受け取らない場合は一時的な電源として機能する。それ以外のときは、配電モジュール５０４は、必要時にバッテリー５０６を充電する機能を有し得る。
【００５８】
プラットフォームサブシステム５０２のその他の構成要素は、コネクタパネル５０８と、コントロールパネル５１６と、リング５１４とを含むことができる。コネクタパネル５０８は、様々な装置及び構成要素を、ロボット５００及び／又は関連する構成要素及びモジュールに接続するよう機能し得る。コネクタパネル５０８は、様々な構成要素から線や接続を受け取る１つ又は複数のポートを含み得る。例えば、コネクタパネル５０８は、ロボット５００を他の機器に設置させ得る接地端子ポート、フットペダル５８０をロボット５００に接続するポート、及び／又は、追跡サブシステム５３０に接続するポートを有し得る。追跡サブシステム５３０は、位置センサ５３２と、カメラコンバータ５３４と、カメラスタンドによって支持され得るマーカ追跡カメラ５７０とを含むことができる。コネクタパネル５１６は、ＵＳＢ，イーサネット（登録商標）、ＨＤＭＩ（登録商標）が、コンピュータ５２０といった他の構成要素に接続できるようにするその他のポートを含むことができる。
【００５９】
コントロールパネル５１６は、ロボット５００の動作を制御する、及び／又は、ロボット５００に関する情報を提供する、様々なボタン又はインジケータを提供し得る。例えば、コントロールパネル５１６は、ロボット５００の電源をオンオフするボタンと、キャスタを係合させてロボット５００が物理的に動かないようロックするよう設計され得るスタビライザ５５５−５５８を上下させるボタンと、及び／又は、ロボット基部及び／又はロボットアームの垂直支持体を上昇及び降下させるボタンを含み得る。その他のボタンは、緊急時にロボットアームの動きを停止させるようロボット５００を制御し得、モータの電力をすべて取り除き、機械的及び／又は電子機械的なブレーキを適用させてすべての動きが発生するのを停止し得る。コントロールパネル５１６はまた、電線電源インジケータ又はバッテリー５０６の充電ステータスといった、特定のシステムの状態をユーザに通知するインジケータを有し得る。
【００６０】
リング５１４は、ロボット５００が作動する、ロボット５００の様々なモードや、ユーザへの特定の警告をユーザに通知する、視覚的インジケータであり得る。
【００６１】
コンピュータサブシステム５２０のコンピュータ５２２は、少なくとも１つのプロセッサ回路（簡潔にするため、プロセッサとも称される）と、コンピュータ可読プログラムコードを含む少なくとも１つのメモリ回路（簡潔にするため、メモリとも称される）を含む。プロセッサは、一般的な目的及び／又は特殊な目的のプロセッサ、例えば、マイクロプロセッサ及び／又はデジタルシグナルプロセッサといった、１つ又は複数のデータ処理回路を含み得る。プロセッサは、メモリ回路においてコンピュータ可読プログラムコードを実行し、動作を行うよう構成され、その動作は、外科用ロボットによって行われるように本明細書に記載される動作のうちのいくつか又は全てを含み得、さらに、手術移植プランニングコンピュータによって行われるように本明細書に記載される動作のうちのいくつか又は全てを行い得る。
【００６２】
プログラムコードは、ロボット５００を操作するための操作システムとソフトウェアを含む。コンピュータ５２２は、ユーザへの情報を表示するために、その他の構成要素（例えば、追跡サブシステム５３０、プラットフォームサブシステム５０２、及び／又は、動作制御サブシステム５４０）からの情報を受信し、処理し得る。さらに、コンピュータサブシステム５２０は、コンピュータ５２２からユーザに可聴通知を与えるスピーカ５２６を含み得る。
【００６３】
追跡サブシステム５３０は、位置センサ５３２と、カメラコンバータ５３４とを含むことができる。位置センサ５３２は、マーカ追跡カメラ５７０を含み得る。追跡サブシステム５３０は、手術手技中にユーザが使用するロボット５００の構成要素及び／又は器具上に配置されるマーカの配置を追跡し得る。このような追跡は、本開示に一致する方法で、実施され得、本開示は、点灯し、ＬＥＤや反射マーカといった、能動又は受動素子のそれぞれの配置をカメラ５７０で追跡することができる、赤外技術の使用を含むことができる。
これらのタイプのマーカを有する構造体の配置、配向、及び位置は、コンピュータ５２２に提供され得、ディスプレイ５２４及び／又はタブレット５９０上でユーザに対して示され得る。例えば、これらのタイプのマーカを有し、この方法（ナビゲーション空間と称され得る）で追跡される外科用器具又はその他の工具は、ＣＴ画像スキャン、透視画像、及び／又はその他の医療用画像といった、患者の生体的構造の三次元画像に関連して、ユーザに示され得る。
【００６４】
ロボット５００は、ロボット基部に対して、例えば１つ又は複数のモータ５５０−５５４のようなモータによって可動であるロボットアームに結合されるロボット基部を含むことができる。ロボットアームは、垂直支持体に接続された上側アームと、上側アームの端部に回転可能に結合され、エンドエフェクタ５４４に結合するよう延在する下側アームとを含むことができる。動作制御サブシステム５４０は、例えば、ロボットアーム及び／又はロボット基部を垂直方向に上下させたり、ロボット５００の上側アームを動かしたり、ロボット５００の下側アームを動かしたり、及び／又は、エンドエフェクタ５４４を回転させたり、といった、ロボット５００の円柱を物理的に動かすよう構成され得る。物理的な動きは、１つ又は複数のモータ５５０−５５４の使用を介して、行われ得る。例えば、モータ５５０は、ロボット基部及び／又はロボットアームを垂直方向に、垂直に上下させるよう構成され得る。モータ５５１は、係合点を中心に上側アームを横方向に動かすよう構成され得る。モータ５５２は、上側アームとの係合点を中心に、下側アームを横方向に動かすよう構成され得る。モータ５５３及び５５４は、回転及び／又は傾斜を制御する方法でエンドエフェクタ５４４を動かし、それによってエンドエフェクタ５４４が動かされ得る複数の角度をもたらすよう構成され得る。これらの動きは、コンピュータ５２２からの指令に応じてコントローラ５４６によって行われ得、そのコントローラ５４６は、エンドエフェクタ５４４上に配置されたロードセルを介してこれらの動きを制御し得、そのロードセルは、ユーザが、所望の方法でエンドエフェクタ５４４を動かすロードセルを係合させることによって作動される。
【００６５】
ロボット５００は、例えば、ユーザがエンドエフェクタ５４４上で１つ又は複数のロードセルに力を印加すると、ユーザによる手動入力を増加させ得るか、及び／又は、ロボットアームを自動的に動かし得る。ロボット５００はまた、ユーザによる手動の動きを増加させ得るか、及び／又は、ロボット基部の円柱を自動的に動かす。自動的な動きについては、コンピュータ５２２は、ディスプレイ５２４（タッチスクリーン入力装置でもよい）上で、ディスプレイ５２４の患者の生体構造の三次元医療用画像上に外科用器具又は構成要素の配置を表示することなどによって、ユーザの入力の受信に対応し得る。コンピュータ５２２は、１つ又は複数のモータ５５０−５５４を制御し、医療用画像に対するユーザの入力の配置に基づいて、エンドエフェクタ５４４を動かすよう演算された軌道に沿って、ロボットアームを自動的に動かす。ユーザは、フットペダル５８０を踏むことによって、及び／又は、別のユーザインターフェースを操作することによって、自動的な動きを開始し得る。
【００６６】
器具
エンドエフェクタ
エンドエフェクタは、ロボットアームとシステム固有の外科用器具との間のインターフェースである。それは、滅菌ドレープを介して剛性連結を可能にし、ガイドチューブ内に配置される器具を正確に位置決めする。エンドエフェクタは別個の構成要素として提供され、使用前にユーザによって滅菌される。図１１は、エンドエフェクタの等角上面図を図示する。
【００６７】
エンドエフェクタは、ロボットアームからワイヤレスで入電される。この電力は、エンドエフェクタの配置及び配向を特定するカメラによって使用されるアクティブマーカを駆動するのに使用される。青色インジケータＬＥＤは、エンドエフェクタが入電されると点灯する。
【００６８】
２つのエンドエフェクタは、様々な外科用器具とのインターフェースに利用可能である。
それらはガイドチューブの径が異なるのみであり、アクティブマーカは同じ形状を有する。エンドエフェクタは、ガイドチューブ径でエッチングを施され、対応するサイズの器具が使用されることを確実にする一助となるよう、色分けされる。
【００６９】
１５ｍｍのエンドエフェクタは、ＲＥＶＯＬＶＥ（商標）器具以外のすべてのナビゲーション器具と共に使用され、１７ｍｍのエンドエフェクタは、ＲＥＶＯＬＶＥ（商標）器具と使用される。非ナビゲーションのグローバス製の器具は、どちらのエンドエフェクタとも使用され得、それらは、ガイドチューブに合わせたサイズではないが、内径内で嵌合するはずである。
【００７０】
器具検出リング
エンドエフェクタのガイドチューブ内に配置されるのは、器具検出リングである。金属機器がガイドチューブを通って挿入されると検知する検出リング内に、検知器回路が埋め込まれ、アクティブマーカを不能にし、ロボットアームの動きを阻止する。エンドエフェクタの目に見えるＬＥＤは、金属機器が挿入されると点灯せず、これによって器具が検知されてアクティブＩＲエミッタが不能であることを示す。ＩＲエミッタを不能にすることにより、ロボットアームが動くのを阻止する。非金属器具は検出リングによって特定されず、ガイドチューブ内で使用されなくてもよい。
【００７１】
ディテント機構
サイズ１５ｍｍのエンドエフェクタは、チューブの内側に、アレイスリーブの溝に接触してアレイの回転の抵抗になるディテント機構を有する。これは、操作者が器具を回転させる間も、追跡アレイがカメラに向かって配向された状態を保持するのを助ける。図１２は、器具検出リング上のディテント機構を図示する。
【００７２】
メス
計画した軌道においてスキンマークを作るため、特殊メスを使用することができる。標準的なメスの刃をハンドルに取り付ける。
【００７３】
エンドエフェクタ上のガイドチューブを計画した軌道に位置決めする。軌道に沿ってエンドエフェクタを上下に調整し、メスが見えるようにする。スキンマークを作る前に、メスの先端が見えることを確認する。
【００７４】
注意：メスは、Ｘ線透過性材内に金属芯を有し、ガイドチューブ内にある間は検知される。図１３は、ガイドチューブを通して使用されるメスを図示する。
【００７５】
カニューレ
連続して組織を拡張するのに必要となる、最小限に侵襲的な、又は他の技術を行うために、カニューレ又は拡張器を使用できる。カニューレは、軌道ガイダンス下のみで使用されるべきである。注意：用語「カニューレ」と「拡張器」は、互換的に使用される。
【００７６】
連続して組織を拡張する前に、所望の軌道上にスキンマークを作るため、ガイドチューブを通してメスが使用され得る。ブレスレットを使用して軌道からガイドチューブを離し、メスで切開部を作る。インストラクションについては、本マニュアルのメスセクションを参照する。
【００７７】
ガイドチューブが所望の軌道上にきたら、ガイドチューブの下及び切開部の上に、同じ軌道に沿って、外側カニューレを位置決めする。２つの内側カニューレを、外側カニューレを通ってガイドチューブ内に挿入し、皮膚の上で静止させる。連続して組織を拡張させるため、カニューレプッシャーを使用して切開部内に第１（最小）カニューレをゆっくり挿入する。次いで、第２カニューレを同じ方法で前進させる。外側カニューレを内側カニューレ上でゆっくり前進させることによって、組織の拡張を完了させる。内側カニューレを取り除く。ガイドチューブを、外側カニューレ内にちょうど着座するまで降下させる。ガイドチューブ及び外側カニューレを介して手術を実施する。図１４は、外側カニューレの軌道を図示する。図１５は、装置で組織を拡張するための一技術を図示する。図１５ａは、外側カニューレが切開部上にどのように位置決めされるかを図示する。図１５ｂは、カニューレが皮膚の上で静止するよう、ガイドチューブ内にどのように配置されるかを図示する。図１５ｃは、第１内側カニューレがどのように切開部内に挿入されるかを図示する。図１５ｄは、第２内側カニューレが次いで、どのように切開部内に挿入されるかを図示する。図１５ｅは、外側カニューレが次いで、どのように切開部内に挿入されるかを図示する。図１５ｆは、両方の内側カニューレが取り除かれるのを図示する。図１５ｇは、ガイドチューブが、外側カニューレ内に着座するまで降下させることを図示する。
【００７８】
ナビゲーション器具
ロボットコンピュータシステムと共に使用する、ナビゲーション外科用器具は、ドリル、きり、プローブ、タップ、ドライバを含み、グローバス製のスクリューを挿入するのに使用され得る。これらの器具は、ナビゲーションが所望される場合はアレイと共に、ナビゲーションが使用されない場合はアレイなしで、使用することができる。各器具及び対応するアレイは、使用前に組み立てなければならない。器具は、カメラが認識する固有のアレイパターンによって特定される。
【００７９】
ナビゲーション器具は、グローバス製の各移植システムに利用可能である。さらなる情報は、特定のシステム器具のパンフレットを参照する。図１６は、ナビゲーションサバイバル器具のいくつかの実施形態を図示する。
【００８０】
アレイ
アレイは、反射マーカを取り付けるための４つのポストを有し、外科用器具と共に使用可能である。ナビゲーション外科用器具は、器具タイプを特定する固有のマーカパターンを有して設計された、対応する器具のアレイに組み付けらる。アレイは、例えば、「きり（ＡＷＬ）」、「プローブ（ＰＲＯＢＥ）」、「ドリル（ＤＲＩＬＬ）」、「タップ（ＴＡＰ）」、「ドライバ（ＤＲＩＶＥＲ）」といった、特定の器具タイプでエッチングが施される。各器具のアレイは、器具の検証に使用される検証ディボットを有する。
【００８１】
検証プローブは、反射マーカ用のポストのあるビルトインアレイを有し、使用前に各器具を検証するのに使用される。
【００８２】
標準の１５ｍｍのエンドエフェクタ用の器具と共に使用されるアレイは、黒色のスリーブで特定される。１７ｍｍのエンドエフェクタ用の器具と共に使用されるアレイは、茶色（ｔａｎ）のスリーブによって特定される。図１７はアレイを図示する。図１８は検証プローブを図示する。
【００８３】
患者取付器具
患者取付器具は、特定の外科手技又は選好に応じて、患者の硬い生体構造に固定され、様々な構成で利用可能である。これらの器具は、様々な生体構造的部位に固定され得る。ロッド取付器具は、既存の脊椎ロッドに取り付けるよう設計される。
【００８４】
患者取付器具は、ナビゲーション及びガイダンスの正確性を達成するよう、患者に対して安全且つ強固に固定されなければならない。取付器具の遠位端に、全方向に軽い力を印可することによって、安全な取付けを検証する。手技中、安全な取付けが維持されない場合、監視マーカが過度な動きを実証することになる。これが発生する場合、患者取付器具を再度位置決めし、患者を患者の画像に再度位置合わせする。
【００８５】
推奨する生体構造的配置については、アプリケーションセクションの特定の手技を参照する。図１９は、患者取付器具を図示する。
【００８６】
骨クランプ
骨クランプは、棘突起、腸骨稜、長骨、又は、安全にクランプすることができる任意の硬い骨性の構造といった、生体的構造の上でクランプされる。
【００８７】
骨クランプは、硬い骨性の生体構造に配置される。クランプドライバは、骨クランプを締付けるのに使用される。取り除くためには、骨クランプをクランプドライバで緩め、取り外し工具を取付け、骨クランプを上昇させる。図２０は、クランプドライバを使用して骨クランプを締付けることを図示する。
【００８８】
クアトロスパイク
クアトロスパイクは、腸骨稜の硬骨又は長骨内に挿入される。クアトロスパイクは、硬い骨性の生体構造に挿入され、マレットで徐々にインパクトされる。
【００８９】
低プロファイルクアトロスパイクは、ガイドポスト及びインパクションキャップを使用して挿入される。ガイドポストを使用して所望の生体構造を見つける。ガイドポストの上に患者取付器具を配置する。インパクションキャップ（低プロファイルクアトロスパイク用）を取り付ける。マレットでアセンブリを徐々にインパクトし、骨性の生体構造内に挿入する。インパクションキャップ及びガイドポストをスパイクから取り除く。図２１は、ガイドポスト及びクアトロスパイクを図示する。図２２は、クアトロスパイクを硬い骨性の生体構造内に挿入するための一方法を図示する。図２２（ａ）は、ガイドポストの上でクアトロスパイクを位置決めすることを図示する。図２２（ｂ）は、インパクションキャップを取り付けることを図示する。図２２（ｃ）は、硬い生体構造内にアセンブリを挿入することを図示する。図２２（ｄ）は、キャップとガイドポーズを取り除くことを図示する。
【００９０】
ロッド取付器具
ロッド取付器具は、既存の脊椎ロッド（径４．５ｍｍから６．３５ｍｍ）に取り付けるよう設計される。既存の脊椎ロッド上で器具を位置決めし、ドライバでセットスクリューを締付ける。強固に接続されていることを確実にする。取り除くためには、セットスクリューを緩め、ロッドから係合解除する。図２３は、既存の脊椎ロッドに取り付けるよう、セットスクリューを含むロッド取付器具を挿入することを図示する。
【００９１】
監視マーカ
図２４は、監視マーカを図示する。監視マーカは、動的参照装置（ＤＲＢ）でずれを監視するのに使用する単一の反射マーカである。監視マーカは、単独で、又は、骨クランプと併せて使用され得る。
【００９２】
監視マーカは、腸骨稜又は長骨に直接挿入されるか、又は、骨クランプを使用して棘突起に取り付けられ得る。図２５は、骨クランプを使用した監視マーカの使用を図示する。マーカと共に骨クランプを使用するには、骨クランプの端部上に使い捨ての監視マーカ２４０を取り付ける。クランプドライバを使用して、骨クランプを固定する。骨クランプが強固に固定されていることを検証する。
【００９３】
位置合わせ器具
動的参照装置（ＤＲＢ）及び患者取付器具は、患者の位置合わせプロセスで使用される。
【００９４】
ＤＲＢは、反射マーカ用の４つのポストがついたアレイであり、カメラが患者の位置を追跡するのを可能にする。ＤＲＢは、ノブ又は圧縮クランプを使用して、患者取付器具のいずれかに取り付けられ得る。図２６は、動的参照装置を図示する。
【００９５】
位置合わせ固定具
手術中のＣＴ位置合わせ固定具
手術中のＣＴ位置合わせ固定具は、位置合わせ固定具及び旋回アームから成り、手術中の任意のＣＴ画像が、ロボットコンピュータシステムのソフトウェアアプリケーションと共に使用されるのを可能にする。旋回アーム及び位置合わせ固定具は、使用前に、星型ギアを一致させ、２つの構成要素を一緒にスナップすることによって組み立てられる。
【００９６】
手術中の位置合わせ固定具は、取付器具のシャフト上に圧縮クランプをクランプすることによって患者取付器具上に配置され、それによって取付具が手術部位の上で停止（ｈｏｖｅｒ）するのを可能にする。基点は、手術中のスキャンにおいて自動的に検知され、スキャン中の患者の生体構造をＤＲＢに位置合わせするのに使用され、その生体構造は、手技全体においてカメラによって追跡される。反射マーカは、カメラによって検知される。位置合わせがＤＲＢに転送されると、手術中の位置合わせ固定具が取り除かれ、手術部位へアクセスできる。図２７は、手術中の位置合わせ固定具及び旋回アームを図示する。
【００９７】
透視位置合わせ固定具
図２８は、透視位置合わせ固定具を図示する。透視位置合わせ固定具によって、任意の手術中の透視画像がロボットコンピュータシステムのソフトウェアアプリケーションと共に使用されるのを可能にする。透視固定具は、一体化したクランプを使用して、透視装置の画像増強管に取り付けられる。透視装置及び透視位置合わせ固定具はドレープで覆われ、反射マーカはドレープの外側で、固定具の上に配置される。固定具は、透視装置の意図したすべての位置（ＡＰ、横方向、等）においてカメラから反射マーカが見えるように位置決めされるべきである。
【００９８】
ロボットアームの動き
ロボットコンピュータシステムのロボットアームは、エンドエフェクタを位置決めし、所望の軌道でスクリューが挿入するよう、器具をガイドする。外科医は、スクリューが正確に配置するよう、器具が所望の軌道に合っている間は、手動で手術を実施する。注意：用語「スクリュープラン」、「スクリュー軌道」、及び「軌道」は、本マニュアルでは互換可能に使用される。
【００９９】
ロボットアームの動きは、フットペダルのブレスレットを継続的に押下する場合のみ可能となる。アームは、リスト（Ｗｒｉｓｔ）モードでユーザによって手動で動かされるか、又は、軌道モードで選択した軌道に自動的に動かされる。
【０１００】
リストモードでは、アームは、アームの届く範囲内で任意の位置まで手動で動かされ得る。
【０１０１】
軌道モードにおいて、アームは、準備状態のとき、現在の位置から次のスクリュープランまで自動的に動かされるか、又は、選択した軌道に沿って手動で動かされ得る。
【０１０２】
１つのスクリュープランから次に移動するとき、アームは、新たな軌道へ移動する前に手術部位から安全距離（２００ｍｍ）まで現状の軌道に沿って外向きに移動し、現在の軌道に沿って生体構造まで下向きに移動する。
【０１０３】
【表７】
2019022658.tif 000009
【０１０４】
ガイドチューブが現在の位置（最初の、又は現在の軌道においてのどちらか）から新たなスクリュープランまで移動するとき、アームの自動的な動きが発生する。エンドエフェクタ及び取り付けられたガイドチューブが新たなスクリュープランまで移動したら、ガイドチューブを軌道上でロックし、軌道に沿って上下に動かすことができる。図２９は、１つの軌道から次に移動するときのエンドエフェクタの動きを図示し、１、２、及び３は自動的な移動であり、４は手動的及び選択的である。
【０１０５】
ロボットアームの自動的な動きは、ユーザによって停止され得、システムによって停止され得、又は阻止され得る。
【０１０６】
いかなるときも動きを停止させるには、基部ステーション上に配置された緊急停止ボタンを押下する。
【０１０７】
エンドエフェクタが５０Ｎ（１１ｌｂｓ）よりも大きな力を検知する場合、動きが阻止される。
【０１０８】
ＤＲＢ又はエンドエフェクタがカメラの視界内にないときもまた、動きが軌道モードにおいて阻止される。
【０１０９】
ガイドチューブ内の検出リングが金属器具を検知すると、動きが阻止される。
【０１１０】
軌道が選択されると、ガイドチューブのあるアームの動きは、軌道に沿ってのみ許可される。
【０１１１】
【表８】
2019022658.tif 000010
【０１１２】
ロボットアームが、その現在の位置が原因で安全な開始配置に到達できない場合、エラーメッセージが示される。メッセージは、「現在のエンドエフェクタ軌道に沿ってこれ以上アームは戻ることができない。このメッセージを確認することにより、アームは、その現在の位置から、選択したプラン軌道へ移動することができる」と述べる。ユーザは、より短い開始位置が許容されるため、計画した軌道で前方に動くのを選択し得る。より短い開始位置が許容されない場合、新たな軌道が使用され得るか、又は、再度基部を位置決めしなければならない。
【０１１３】
新たな軌道を選択するには、ユーザは、選択した軌道をクリアし、ブレスレットを使用してロボットアームをクリア位置に位置決めする。ブレスレットは、障害物の周りでアームを動かす柔軟性をユーザにもたらす。
【０１１４】
基部を再度位置決めするため、キャスタ上のスタビライザが係合解除され、ステーションが所望の配置まで動かされ、スタビライザが再度係合される。患者の基準（取付器具及びＤＲＢ）は患者に対して動いていないため、位置合わせには影響しない。
【０１１５】
システムソフトウェア
システムソフトウェアは、すべての動き制御機能、ナビゲーション機能、データ記憶、ネットワーク接続性、ユーザ管理、症例管理、及び安全機能を担う。
【０１１６】
トップのナビゲーションバーは、手技の各ステップの個別の画面へユーザを誘導する。
【０１１７】
各ステップのそれぞれのタブは、選択されるとハイライトされ、対応する画面が表示される。各タブで行われるアクティビティは、下記の表に示される。
【０１１８】
【表９】
2019022658.tif 000011
【０１１９】
システムセットアップ
入電
図３０は、電源ボタン、電線電源インジケータ、及びバッテリインジケータを図示する。コントロールパネルの電源ボタンを押して、システムをオンする。システムがオンになると、電源ボタンが点灯する。
【０１２０】
カメラスタンドのアンドックと位置決め
ロボット基部ステーションからカメラスタンドを解除するため、モニタとカメラアームを一緒に保持しているコードを解き、カメラスタンド上に配置された解除ハンドルを引き上げる。カメラスタンドの脚部が基部ステーションから除かれると、それらは自動的に解除し、外向きに移動することになる。図３１は、カメラスタンドのアンドックを図示する。図３１（ａ）は、カメラスタンド上に配置された解除ハンドルを引き上げることを図示する。図３１（ｂ）は、カメラスタンド脚部の脚部を除き、自動的に解除され、外向きに動かすことを図示する。
【０１２１】
コードホルダからカメラコードを解き、基部ステーション上のコネクタパネルに接続する。
【０１２２】
カメラを手術室（Ｏ．Ｒ．）の台に移動させ、ホイール上に配置されたレバーを踏むことによって、ホイールブレーキを係合させる。
【０１２３】
手術野が見えるよう、カメラを合わせる。
【０１２４】
図３２は、基部ステーションのコネクタパネルへのカメラの接続を図示する。図３３は、カメラの位置決めを図示する。
【０１２５】
カメラの位置決めハンドル上に配置されたレーザボタンを押し続け、カメラ合わせレーザを作動させ、レーザポイントが手術野の中心となるよう位置を調節する。図３４は、レーザボタンを押してカメラを合わせることを図示する。
【０１２６】
ドレーピング
専用の外科用ドレープが、ロボットコンピュータシステムのロボット基部ステーション用に設計される。ロボットアーム、モニタ、及び基部ステーション前面を、インストラクションに従ってドレープで覆う。そのインストラクションは、滅菌ドレープと共に提供される添付文書で詳細が述べられている。図３５は、滅菌ドレープがかけられたシステムを図示する。
【０１２７】
ロボット基部ステーションの位置決め
フットペダルをフットペダルバスケットから解き、操作者の足元から快適な距離で、平地に位置決めする。フットペダルはＩＰＸ６８定格であり、液体が発見されやすいエリアでの使用が可能である。フットペダルコードをコネクタパネルに接続する。フットペダルは、下側アームでのブレスレットのアクションと同様に、アクティブ軌道にアームを移動させるのを可能にする。
【０１２８】
ロボット基部ステーションを、外科医から快適な距離で、患者の隣に位置決めする。ブレスレットを使用し、計画した軌道周りでロボットアームを動かし、スタビライザを係合する前に、アームがすべての位置に到達できることを確実にする。図３６は、フットペダルのケーブル接続を図示する。
【０１２９】
コントロールパネルのスタビライザ係合ボタンを押し、スタビライザをキャスタ上で降下させる。スタビライザが係合すると、ボタンが点灯する。図３７は、スタビライザが係合するとき、及び、スタビライザが係合解除されるときに点灯するボタンを図示する。
【０１３０】
エンドエフェクタをロボットアームに取り付ける
エンドエフェクタは、特注ドレープの上でインターフェースプレートを介してロボットアームに接続する。磁力によって支援することにより、エンドエフェクタを位置決めし、自己合わせする一助となる。
【０１３１】
エンドエフェクタは、ドレープを傷つけることなく、手技中に３回までは取り除き、再度取り付けることが可能である、ドレープしやすい（ｄｒａｐｅ‐ｆｒｉｅｎｄｌｙ）クランプを備える。図３８は、エンドエフェクタへ接続するのためのロボットアームインターフェースプレートを図示する。
【０１３２】
図３９は、エンドエフェクタ上のブラケットを開き、Ｖ溝及びアライメント球を合わせることによってインターフェースプレート上にエンドエフェクタを配置することを図示する。
【０１３３】
図４０は、エンドエフェクタの両側でブラケットを絞り、ハンドルを下に押して正しくロックすることを図示する。
【０１３４】
図４１は、正しくロックするためのハンドルを押し下げる際の、正しい位置決め及び正しくない位置決めを図示する。
【０１３５】
エンドエフェクタの取り外し
エンドエフェクタをロボットアームから取り除くには、ハンドルを引き上げてスプリングと側面ブラケットを解除する。図４２は、エンドエフェクタの取り外しを図示する。
【０１３６】
外科用器具アセンブリ
ナビゲーションするための外科用器具を組み付けるため、アレイスリーブの解除ボタンを押して、器具シャフトをそれぞれの器具アレイのスリーブ内へ挿入する。シャフトが正しくクリックするまで、スリーブを通してスライドさせる。器具シャフト上で徐々に引き上げ、それがロックされていることを確認する。図４３は、器具シャフトをアレイスリーブ内へ挿入することを図示する。
【０１３７】
必要な場合、シャフトの近位端上にクイック接続ハンドルを取り付ける。アレイから器具を取り外すには、アレイの中央に配置された解除ボタンを押す。図４４は、外科用器具アセンブリを図示する。図４５は、外科用器具アセンブリのシャフトの近位端上にクイック接続ハンドルを取り付けることを図示する。
【０１３８】
各器具アセンブリの各マーカポストに使い捨て反射マーカを取り付ける。マーカがポストに完全にはまっていることを確実にする。図４６は、器具アセンブリの複数のマーカポストのうちの１つに反射マーカを取り付けることを図示する。図４６（ａ）は、マーカポスト上に反射マーカを降下させることを図示する。図４６（ｂ）は、ポストに完全にはまっているマーカを図示する。
【０１３９】
ログイン
ログインするには、モニタのタッチスクリーンで４桁のピンをタイプする。４桁のピンはシステムをインストールする間に与えられ、テクニカルサポート（Ｔｅｃｈ  Ｓｕｐｐｏｒｔ）に連絡することによって変更することができる。図４７は、モニタに表示されたログイン画面を図示する。
【０１４０】
症例は、外科医の選好や医療画像、及び計画を含み、手技を行うことに関連するデータすべてを網羅する。
【０１４１】
ログイン後、症例選択ページがモニタに表示される。
【０１４２】
既存の症例を選択するには、症例リストから対応する行を選択する。新規の症例を開始するには、新規症例のアイコンをクリックする。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。図４８は、モニタに表示された症例管理画面を図示する。
【０１４３】
アプリケーション
脊椎外科手技はロボットコンピュータシステムによって支持される。図４９は、手技のタイプを表示するのに使用される構成タブを図示する。
【０１４４】
脊椎手技
ロボットコンピュータシステムによって支持される脊椎手術アプリケーションが下記に挙げられる。
【０１４５】
【表１０】
2019022658.tif 000012
【０１４６】
ロボットコンピュータシステムと互換可能であるグローバス製の脊椎移植システムが下記に挙げられる。
【０１４７】
【表１１】
2019022658.tif 000013
【０１４８】
手技セットアップ
構成タブ
症例を選択後、構成タブがモニタに表示される。
【０１４９】
構成タブを使用して、外科医、画像診断法、及び手技タイプを選択する。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。
【０１５０】
事前計画タブ
事前計画タブを使用して、移植システム、所望の椎骨レベル、及び配向を選択し、生体構造的モデル上での所望の移植配置をクリックする。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。図５０は、移植システム、所望の椎骨レベル、及び配向を選択するモニタに表示される事前計画タブを図示する。
【０１５１】
検証タブ
図５１は、可視度、配置、及び事前計画タブで選択した器具の検証ステータスを含む、ナビゲーション詳細を表示する検証タブを図示する。検証は、すべての器具が正確であり、取扱い及び滅菌中に傷ついていないことを確実にするために使用される。操作者は、検証前にすべての器具を組み立てなければならない（外科用器具アセンブリを参照する）。
【０１５２】
検証タブは、カメラビューと器具ステータスを示す。
【０１５３】
カメラビューは、器具の配置を示す色円がついた、カメラの視点からのリアルタイムの視界である。塗りつぶしの色円は、カメラで器具が見えていることを示し、中抜き円は、見えていないことを示す。色円は、器具が物理カメラに近づくにつれて大きくなり、カメラから遠ざかるほど小さくなる。カメラからの理想距離は、約２メートル又は６フィートである。
【０１５４】
器具ステータスは、各器具を特定する、対応する色円で、各器具とその検証ステータスを挙げる。検証ステータスは、検証が成功した場合はチェックマークで、検証が失敗した場合は、Ｘ印で示される。アイコンが現れない場合は、器具が検証されていない。
【０１５５】
器具の検証
次の通り各器具を検証する。検証されることになる器具の端部を、エンドエフェクタ及び適宜その他任意の器具アレイ上配置された検証ディボット内に配置する。両器具が見えており、しっかりと保持されていることを確実にする。検証の進捗を示す検証タブに現れているポップ画面を使用する。図５２は、検証の進捗を示す検証タブに現れているポップ画面を図示する。図５３は、エンドエフェクタに配置された検証ディボットを図示する。
【０１５６】
検証が完了したら、ミリメートル単位で表示される端部エラーと共に検証ステータスが画面に表示される。検証が失敗した場合（赤色の斜線入りの丸印）、検証が成功する（緑色の丸印）まで繰り返さなければならない。
【０１５７】
すべての器具の検証が成功したら、次のタブへ進む。図５４は、検証の成功を示す緑色の丸印を図示する。図５５は、検証の失敗を示す赤色の斜線入りの丸印を図示する。
【０１５８】
患者取付器具
患者取付器具は、手術部位に隣接した硬い骨性の生体構造に固定される。所望の器具を選択する。患者取付器具は、正確性を維持するため、手術部位の中心から１８５ｍｍ未満に配置されるべきである。
【０１５９】
骨クランプは、棘突起、腸骨稜、長骨、又は、安全にクランプすることができる任意の硬い骨性の構造といった、生体構造上にクランプされる。
【０１６０】
クアトロスパイクは、腸骨稜又は長骨内に挿入される。
【０１６１】
ロッド取付は、径４．５ｍｍから６．３５ｍｍの既存の脊椎ロッドに固定される。
【０１６２】
様々な患者取付器具の、推奨される生体構造的配置は、以下の表を参照する。
【０１６３】
【表１２】
2019022658.tif 000014
【０１６４】
動的参照装置の挿入
患者取付器具にわたって動的参照装置（ＤＲＢ）上で圧縮クランプを位置決めし、ノブを締付ける。必要な場合は、ノブをさらに締付けるのにクランプドライバを使用することができる。
【０１６５】
カメラの方向にＤＲＢの反射マーカを位置決めする。手術手技に干渉しないように、最初に患者参照器具を配置する際には注意するべきである。
【０１６６】
ナビゲーションに従って、患者取付器具が取り除かれる。図５６は、動的参照装置を患者取付器具に固定することを図示する。図５７は、動的参照装置にクランプドライバを使用することを図示する。
【０１６７】
監視マーカ
監視マーカが硬い骨性の生体構造に挿入され、ＤＲＢとの相対距離を追跡し、手技中のＤＲＢの望まないずれを特定する。
【０１６８】
監視マーカが腸骨稜又は長骨に挿入されるか、又は、骨クランプを使用して棘突起に取り付けられ得る。クランプが強固に固定されていることを検証する。監視マーカは、動的参照装置から１８５ｍｍ未満に配置されるべきである。推奨する生体構造的配置については以下の表を参照する。
【０１６９】
【表１３】
2019022658.tif 000015
【０１７０】
使い捨て反射マーカを監視マーカのマーカポストに取り付ける。反射マーカ球に嵌合するよう設計されたインパクションキャップを監視マーカ上に取り付ける。手術部位近くの硬い骨性の生体構造内に監視マーカを挿入し、マレットを使用して徐々にインパクトする。インパクションキャップを取り除く。取り外し器具を使用する前に、反射マーカを取り除く。図５８は、動的参照装置（ＤＲＢ）及び監視マーカの配置を図示する。
【０１７１】
マーカと共に骨クランプを使用するには、骨クランプの先端に使い捨てマーカを取り付ける。クランプドライバを使用して骨クランプを固定する。クランプが強固に固定されていることを検証する。
【０１７２】
取り除き
クアトロスパイク及び監視マーカは、手動か、又は取り外し器具を使用して、骨性の生体構造から取り除かれる。クランプドライバでクランプを緩め、取り外し器具を取り付け、骨クランプを上昇させることによって、骨クランプが取り除かれる。図５９は、クアトロスパイクを図示する。図６０は、クアトロスパイク取り外し器具を図示する。図６１は、取り外し器具のついたクアトロスパイクを取り除くことを図示する。
【０１７３】
手術中のＣＴ画像処理ワークフロー
画像タブ
手術中のＣＴ位置合わせ固定具セットアップ
図６２は、位置合わせ固定具を旋回アームに取り付けることを図示する。旋回アームの星型を位置合わせ固定具の星型の上に配置し、９０度回転させ、固定する。底部からロックポストを押し、ロックポストのピンがはまり、固定具を固定するまで、アームを９０度回転させる。
【０１７４】
図６３は、患者取付器具に接続している位置合わせ固定具を図示する。患者取付器具ポスト上に固定具を位置決めし、圧縮クランプノブを締め付ける。必要な場合、ノブをさらに締め付けるためにクランプドライバを使用できる。完成アセンブリは、以下に示される。
【０１７５】
旋回アームを解除するには、固定具上のロックポストを押し、旋回アームを９０度回転させ、引き上げる。
【０１７６】
手術中のＣＴ位置合わせ固定具は、６つの自在度を有し、３つのジョイントのうちの１つが、安定して手術部位の上で停止するよう、その１つを調整することによって固定具が動かされ得る。固定具に埋め込まれた金属基点のみが３Ｄスキャン内にある必要がある（反射マーカではない）。画像取得と生体構造的ランドマークチェック実施の間に手術中のＣＴ位置合わせ固定具が動かないことが重要である。
【０１７７】
画像の取り込み
画像タブは、ＣＴスキャン画像を取り込むために必要なステップを示す。画像は、ＵＳＢドライブ又はハードドライブから取り込むことができる。画像がイーサネット（登録商標）経由で転送される場合は、転送が完了すると、自動的にハードドライブ上に現れる。
【０１７８】
ＵＳＢドライブの画像を見るためには、ＵＳＢドライブをコネクタパネルのＵＳＢポートに挿入する。画像を取り込むには、ハードドライブかＵＳＢドライブのアイコンを選択し、所望の患者の画像を選択する。右矢印をクリックし、患者の画像を取り込み、次のタブへ進む。
【０１７９】
手動による位置合わせ
自動位置合わせは、画像を取り込むときに行われる。図６４は、位置合わせした基点を図示する。このステップが失敗した場合に、手動による位置合わせ画面が示され、下記に記述されるように、手動での位置合わせが可能となる。
【０１８０】
位置合わせ画面の左パネルの画像は、手術中ＣＴ図のフルスキャンである。
【０１８１】
位置合わせ固定具及び７つの基点が、画像の下で見えているべきである。位置合わせされていない基点は、操作者によって調整される必要がある。画面上で、位置合わせされていない基点を選択すると、その画像が右に現れることになる。青色円を、白色の基点マーカを覆うまで画面上で移動させる。右パネルの底部の３つ小さいボックスは、基点のｘ、ｙ、ｚ方向を示し、青色円が中心になるまで、すべてを調整しなくてはならない。手術中の位置合わせ固定具の３Ｄモデルを見ることによって、７つの基点すべてが適切に特定されていることを確認する。基点は、右パネルの削除アイコンを選択することによって削除され得る。右矢印をクリックし、基点が、次のステップに進む前に、適切に特定されたことを確認する。
【０１８２】
ランドマークチェック
位置合わせが完了した後、ランドマークチェックを行い、位置合わせの計算が成功したことを確実にすべきである。検証プローブを使用して、生体構造的ランドマーク又は位置合わせ固定具上の基点にタッチし、対応する配置がシステムモニタ上で示されていることを検証する。２つから３つのランドマークを使用して本プロセスを繰り返す。
【０１８３】
位置合わせ固定具の取り除き
手術中のＣＴ位置合わせ固定具を注意して取り除く。患者取付器具が動かないことを確実にする。
【０１８４】
手術中のＣＴ画像処理ワークフロー
計画タブ
図６５は、ユーザが、患者の画像上ですべてのスクリューの軌道を計画することを可能にする計画タブを図示する。事前計画タブでなされた選択に基づいて、画面右手側にスクリューが事前に取り込まれる。
【０１８５】
プランニングページ上にスクリューを追加するには、所望のスライスにおいて適切なスクリューラベルを画像上にドラッグし、ドロップする。
【０１８６】
アクティブなスクリュープランが緑色で示される。スクリューファミリー、径、長さを含むアクティブなスクリュープランの詳細が画面右下に示される。すべてのスクリューに対してプランが完了したら、右矢印をクリックし、次のタブへ進む。
【０１８７】
【表１４】
2019022658.tif 000016
【０１８８】
【表１５】
2019022658.tif 000017
【０１８９】
手術中のＣＴ画像処理ワークフロープランニング動作
図８０は、ロボット５００から分離し、そのロボット５００に動作的に接続されるか、又は、少なくともその中に部分的に取り込まれ得る、手術移植プランニングコンピュータ６１０を含む外科用システム６００のブロック図を図示する。あるいは、手術移植プランニングコンピュータ６１０について本明細書で開示される動作の少なくとも一部は、コンピュータサブシステム５２０によって、といったように、ロボット５００の構成要素によって行うことができる。
【０１９０】
図８０を参照すると、手術移植プランニングコンピュータ６１０は、ディスプレイ６１２と、少なくとも１つのプロセッサ回路６１４（簡潔にするため、プロセッサとも称される）と、コンピュータ可読プログラムコード６１８を含む少なくとも１つのメモリ回路６１６（簡潔にするため、メモリとも称される）と、少なくとも１つのネットワークインターフェース６２０（簡潔にするため、ネットワークインターフェースとも称される）とを含む。ネットワークインターフェース６２０は、ＣＴ画像スキャナ６３０と、透視画像スキャナ６４０と、医療用画像の画像データベース６５０と、外科用ロボット５００の構成要素と、マーカ追跡カメラ５７０と、及び／又はその他の電子機器に接続するよう構成され得る。
【０１９１】
手術移植プランニングコンピュータ６１０が少なくとも部分的に外科用ロボット５００内で一体化されるとき、ディスプレイ６１２はディスプレイ５２４及び／又はタブレット５９０に相当し得、ネットワークインターフェース６２０はプラットフォームネットワークインターフェース５１２に相当し得、プロセッサ６１４はコンピュータ５２２に相当し得る。
【０１９２】
プロセッサ６１４は、一般的な目的の、及び／又は、例えばマイクロプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサといった特殊な目的のプロセッサといった、１つ又は複数のデータ処理回路を含み得る。プロセッサ６１４は、メモリ６１６においてコンピュータ可読プログラムコード６１８を実行して動作を行うよう構成され、その動作は、手術移植プランニングコンピュータによって行われているよう本明細書に記載される動作のうちのいくつか、又はすべてを含み得る。図８１から図８７は、本開示のいくつかの実施形態において、プロセッサ６１４によって行うことができる、様々な動作を図示する。
【０１９３】
図８０及び図８１を参照すると、７００において、プロセッサ６１４は、ネットワークインターフェース６２０を介してＣＴ画像スキャナ６３０から受信した骨のＣＴ画像をディスプレイ装置に表示する。７０２において、プロセッサ６１４は、ディスプレイ６１２へのタッチ感応式画面のオーバーレイを通して示される、ユーザ選択可能なインディシアをユーザがタッチして選択することなどによって、画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信する。７０４において、プロセッサ６１４は、骨のＣＴ画像へのオーバーレイとして、選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示する。
【０１９４】
７０６において、プロセッサ６１４は、ユーザ入力の受信に応じてＣＴ画像内の骨に対して、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向と配置を制御し、そのユーザの入力は、ユーザがタッチして選択するか、及び／又は、ディスプレイ６１４上で指をタッチしてドラッグすることによって、及び／又は、タッチパッドやジョイスティック、ダイヤル等のユーザインターフェースを介して提供され得る。７０８において、プロセッサ６１４は、キーボード入力を提供するために表示されたインディシアをユーザが選択するといった、画定されたユーザ入力の受信に応じて、例えばメモリ６１６内で、選択した外科用スクリューの表示と、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を手術プランデータ構造に記憶する。下記にさらに詳細が記載されることになるように、７１０において、プロセッサ６１４は、手術プランデータ構造に基づいてロボット５００を制御し、患者に対してロボットアームを動かす。
【０１９５】
７０８において、手術プランデータ構造に記憶された角度方向及び配置は、ＣＴ画像の骨の角度方向及び配置に対する、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を表示するよう構成され得る。７０４における、選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを骨のＣＴ画像上へのオーバーレイとして表示する動作は、グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、グラフィカルスクリューの先端の隣接から軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、骨上の所望の挿入位置に対してグラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることを含み得る。
【０１９６】
７０６における、ユーザ入力の受信に応じてＣＴ画像の骨に対する、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する動作は、タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上で、ユーザがディスプレイ装置６１２のタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることを含むことができる。動作はさらに、タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間は、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び／又は先端の上でタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることを含むことができる。
【０１９７】
あるいは、又はさらには、７０６における、ユーザ入力の受信に応じてＣＴ画像の骨に対して、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する動作は、タッチ感応式画面に沿って計測した距離だけユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、ディスプレイ装置のタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを含むことができる。７０８において、選択した外科用スクリューの長さは、手術プランデータ構造に記憶される。
【０１９８】
７０６における、ユーザ入力の受信に応じて、ＣＴ画像の骨に対する表示されたグラフィカルスクリューの配向及び配置を制御する動作は、ディスプレイ６１２、タッチパッド等で、タッチ感応式スクリーンオーバーレイの上でのユーザの指の動きを追跡することなどによって、入力装置に対するユーザの手の動きを追跡するのに応じて、表示されたグラフィカルスクリューのサイズ及び又は回転角度をＣＴ画像上で修正することを含むことができる。
【０１９９】
手術中のＣＴ画像処理ワークフロー
ナビゲーションタブ
図６６は、ユーザが、ナビゲーション器具の軌道と、患者の生体構造に対して計画した軌道を視覚化できるようにする、ナビゲーションタブを図示する。
【０２００】
ロボットアームが、エンドエフェクタを計画した軌道に正確に合わせる。画面右の所望のスクリューラベルを選択する。スクリューラベルがハイライトされ、ロボットアームがブレスレットによって、又はフットペダルを踏むことによって動かされ得るとき、スクリュープランはアクティブである。ロボットアームは、手術野の障害物をクリアするためまずは上に動き、さらには軌道に沿って下がる。軌道に乗ったら、ロボットアームは軌道に沿って上下に動くことができるが、スクリュープランが選択解除されなければ、軌道から外れて動くことはない。
【０２０１】
リアルタイムの器具／移植物軌道は、計画したスクリューと共に患者の画像上に表示され、それによって、ユーザが所望の軌道を確認することができる。リアルタイムの軌道が容認されない場合、ユーザは計画タブに戻り、別の軌道を選択することができる。リアルタイムの軌道が容認される場合、ユーザは、器具の現在の軌道に従ったスクリューを所望の深さまで挿入する。
【０２０２】
ＧＰＳ器具は、エンドエフェクタを通って前進するよう表示される。器具を誘導している間は、モニタと手術部位を定期的に観察し、触覚とナビゲーションのフィードバックの一致を確実にする。スクリューの配置に関係のない手術アプリケーションのために静止している間は、非ナビゲーションのグローバス製金属器具が、ガイドチューブを通して使用され得る。
【０２０３】
手技中の監視マーカを監視する。監視マーカがＤＲＢの有意な動きを示す場合、生体構造的ランドマークチェックを行う。ランドマークチェックが満たされた場合、監視マーカを再度位置合わせする。ランドマークチェックが不可の場合、患者を再度位置合わせする。
【０２０４】
ナビゲーションタブのアイコンは複数ある。図６６を参照すると、力ゲージ６６１は、エンドエフェクタに加わる力を示す。力ゲージ底部の器具画像は、器具が挿入されていない場合、エンドエフェクタ又はエンドエフェクタ画像におけるアクティブ器具を示す。監視マーカエラーゲージ６６２は、患者基点が監視マーカに対して動いた距離を表示する。目盛りの最大範囲は２ｍｍである。エンドエフェクタアイコン６６３は、動的参照装置の可視度を表示することができる。ＤＲＢがカメラによって見えている場合、背景は緑色である。ＤＲＢがカメラによって見えていない場合、背景は赤色である。
【０２０５】
手術中のＣＴ画像処理ワークフローナビゲーション動作
上記で説明したように、７１０において、手術移植プランニングコンピュータ６１０は、外科用ロボット５００の動作を制御することができる。図８２の動作的実施形態を参照すると、手術移植プランニングコンピュータ６１０のプロセッサ６１４は、８００において、手術プランデータ構造をロボット５００に提供して、ロボット基部に対するロボットアームの動きを制御することによって、７１０において、ロボット５００を制御することができる。
【０２０６】
図８３の代替又は追加動作を参照すると、手術移植プランニングコンピュータ６１０のプロセッサ６１４は、９００において、手術プランデータ構造の内容に応じてコンピュータ５２２及び／又はコントローラ５４６を介して直接的又は間接的にモータ５５０−５５４のうちの選択した１つを制御することによって、７１０においてロボット５００を制御し、患者に対して、ロボットアームに接続されたエンドエフェクタ５４４を位置決めしている間は、ロボットアームの動きを管理することができる。９０２において、プロセッサ６１４はまた、エンドエフェクタ５４４が患者に対して位置決めされている間は、ロボットアームの動きに応じてディスプレイ６１２に表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することができる。
【０２０７】
さらなる実施形態では、９００において、プロセッサ６１４はモータ５５０−５５４のうちの１つ又は複数を直接的又は間接的に制御し、手術プランデータ構造の内容によって画定された軌道に沿った方向にエンドエフェクタ５４４を動かすことができ、９０２において、軌道に沿ったエンドエフェクタ５４４の動きに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの配置を制御することができる。
【０２０８】
さらなる実施形態では、軌道に沿ってエンドエフェクタ５４４を動かしている間は、プロセッサ６１４は、モータ５５０−５５４のうちの１つ又は複数を直接的又は間接的に制御し、別の動作が行われてエンドエフェクタ軌道制約モードがキャンセルされるまでは、軌道に垂直な方向にエンドエフェクタ５４４が動くのを抑制することができる。さらなる実施形態では、エンドエフェクタ軌道制約モードを開始する前に、プロセッサ６１４がモータ５５０−５５４のうちの１つ又は複数を直接的又は間接的に制御し、患者から離れて上向きの方向、さらには患者に向かう軌道に沿った配置に向かった方向にエンドエフェクタ５４４を動かし、軌道に沿った配置に到達する前にエンドエフェクタ軌道制約モードが開始されるのを阻止する。プロセッサは、患者から離れ、さらには軌道に沿った配置に向かったロボットアームの動きに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することができる。
【０２０９】
術前ＣＴ画像処理ワークフロー
画像タブ
画像の取り込み
画像タブは、ＣＴスキャン画像を取り込むために必要となるステップを示す。画像は、ＵＳＢドライブ又はハードドライブから取り込むことができる。画像がイーサネット（登録商標）経由で転送される場合は、転送が完了すると、自動的にハードドライブ上に現れる。
【０２１０】
ＵＳＢドライブの画像を見るためには、コネクタパネルのＵＳＢポートにＵＳＢドライブを挿入する。画像を取り込むには、ハードドライブかＵＳＢドライブのアイコンを選択し、所望の患者の画像を選択する。右矢印をクリックし、患者の画像を取り込み、次のタブへ進む。
【０２１１】
術前ＣＴ画像処理ワークフロー
計画タブ
図６７は、ユーザが、患者の画像上ですべてのスクリュー軌道を計画するのを可能にする計画タブを図示する。スクリューは、事前計画タブでなされた選択に基づいて、画面の右手側に事前に取り込まれる。
【０２１２】
プランニングページにスクリューを追加するには、所望のスライスにおいて画像上に適切なスクリューラベルをドラッグし、ドロップする。アクティブなスクリュープランは緑色で示される。スクリューファミリー、径、長さを含む、アクティブなスクリュープランの詳細は、画面の右下に示される。すべてのスクリューに対して計画が完了したら、右矢印をクリックし、次のタブへ進む。
【０２１３】
【表１６】
2019022658.tif 000018
【０２１４】
【表１７】
2019022658.tif 000019
【０２１５】
術前ＣＴ画像処理ワークフロープランニング動作
手術移植プランニングコンピュータ６１０、さらに特には、プロセッサ６１４によって行うことができる術前ＣＴ画像処理ワークフロープランニング動作は、図８４に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
【０２１６】
図８４を参照すると、１０００において、動作は、骨のＣＴ画像を取り込むことを含むことができ、その骨のＣＴ画像は、画像データベース６５０からネットワークインターフェース６２０を介して、メモリ６１６に受信される。動作は、１００２における、ディスプレイ装置６１２のＣＴ画像を表示することと、１００４における、画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信することを含む。動作は、１００６において、骨のＣＴ画像上へのオーバーレイとして選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示する。動作は、１００８において、ユーザ入力の受信に応じてＣＴ画像の骨に対する、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する。動作は、１０１２において、選択した外科用スクリューの表示と、ユーザ入力に応じて手術プランデータ構造において表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を記憶する。手術プランデータ構造は、本明細書に開示される様々な実施形態におけるロボットアームの動きを制御するロボット５００によって使用するよう構成される。
【０２１７】
１００６において骨のＣＴ画像上へのオーバーレイとして、選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示する動作は、グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、１０１０においてグラフィカルスクリューの先端の隣接から軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが骨上の所望の挿入位置に対してグラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることを含むことができる。
【０２１８】
１００８における、ユーザ入力の受信に応じてＣＴ画像の骨に対する表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する動作は、タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押し続けて配置を動かしている間、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上でディスプレイ装置６１２のタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることを含むことができる。動作は、あるいは、又はさらには、タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、ユーザが、スクリューヘッド及び／又はグラフィカルスクリューの先端の上でタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回させることを含むことができる。
【０２１９】
１００８における、ユーザ入力の受信に応じてＣＴ画像の骨に対する、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する動作は、タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、ディスプレイ装置６１２のタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを含むことができる。
【０２２０】
１０１２において、外科用スクリューの選択した長さは、手術プランデータ構造に記憶される。
【０２２１】
１０１４において、動作は、エンドエフェクタ５４４が患者に対して位置決めされている間、ロボットアームの動きに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することを含むことができる。
【０２２２】
術前ＣＴ画像処理ワークフロー
ナビゲーションタブ
ナビゲーションタブは、ユーザが、スクリュープランに従って、患者の生体構造に関してナビゲーション器具と軌道合わせを視覚化することを可能にする。
【０２２３】
位置合わせセットアップ
図６８は、透視画像が術前ＣＴ画像を位置合わせするために撮られる前に完了すべき３つのステップをハイライトする第１画面を図示する。アニメーションがステップを視覚的に示す。
【０２２４】
図６９は、画像増強管に取り付けられる透視位置合わせ固定具を図示する。
締まるまで時計回りにクランプを回すことによって、透視位置合わせ固定具を、Ｃアーム上の画像増強管に取り付ける。透視装置及び透視位置合わせ固定具をドレープで覆い、新しい反射マーカをドレープの外側に取り付ける。反射マーカがカメラに対向するように固定具を位置決めする。ビデオ撮影ケーブル（黄色ジャック）をＣアームビューイングステーションに取り付ける。ビデオ撮影ＵＳＢケーブルを、ロボットコンピュータシステムのコネクタパネル上の２つのＵＳＢポートのどちらかに接続する。
【０２２５】
Ｃアームの準備が整ったら、カメラから動的参照装置が見えていることを確実にする。
【０２２６】
器具を、接触することなく監視マーカの反射球近くに配置することによって、監視マーカを位置合わせする。それが作動されると、ボックスが緑色になる。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。
【０２２７】
術前ＣＴ画像処理ワークフローナビゲーション動作
手術移植プランニングコンピュータ６１０、より詳しくはプロセッサ６１４によって行うことができる術前ＣＴ画像処理ワークフローナビゲーション動作は、図８５に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
【０２２８】
図８５を参照すると、動作は、１１００において、マーカ追跡カメラ５７０が透視位置合わせ固定具（例えば、透視画像装置６４０に接続されている透視位置合わせ固定具）上にある反射マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第１条件の発生を判断することと、さらには、マーカ追跡カメラ５７０が、ロボットアーム及び／又はロボットアームに接続されたエンドエフェクタ５４４に取り付けられた動的参照装置マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第２条件の発生を決定することを含む、位置合わせ設定モードを行うことを含むことができる。１１０２において、動作は、ディスプレイ装置６１２に、第１及び第２条件の両方が発生するときを表示し、第１及び第２条件の少なくとも両方が発生すると判断されるときは、位置合わせ設定モードは満たされているとマークされることが可能であることを判断する。
【０２２９】
位置合わせ
計画した各レベルに対し、１つのＡＰと１つの横向きの、手術中の透視画像を取得する。同一画像が、複数のレベルに使用され得る。
【０２３０】
画像取得前に以下３つの条件が満たされなければならない。
（１）カメラからＤＲＢが見えていること
（２）カメラから透視位置合わせ固定具が見えていること
（３）有効な透視画像が撮られたこと
図７０は、ナビゲーションタブ内の横方向画像を図示する。図７０を参照する。画面左にある３つの画像がそれぞれ、画像撮影の準備ができると緑色になる。３つの条件がすべて満たされると、手術中の透視画像を取得し、さらに、撮影ボタンを選択して画像をシステムに転送する。両画像の撮影が成功すると、画面右側の脊椎レベルが、チェックマークを表示する。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。
【０２３１】
図７１は、所望のレベルを選択することを図示する。そうするためには、ユーザは、透視画像上に計画したスクリューをドラッグし、ドロップする。円制御点を使用し、椎骨体内でのスクリューを大体位置決めする。スクリューシャンクが正確に位置決めされていること、及びスクリューのヘッドとテールが所望の方向にあり、左右が正しく配向されていることを確実にする。完了したら位置合わせボタンをクリックし、位置合わせを許可する。
【０２３２】
図７２は、アクティブレベルの次に示されている、チェックマークのついた位置合わせの成功を図示する。位置合わせが完了したら、右矢印をクリックする。
【０２３３】
術前ＣＴ画像処理ワークフローナビゲーション動作
さらに図８５を参照すると、１１０４において、手術移植プランニングコンピュータ６１０による動作はさらに、１１０４において第１及び第２条件の両方が引き続き発生すると判断されている間は動作し、第１面に沿った患者の第１の手術中の透視画像を取得し、その第１面に垂直な第２面に沿った患者の第２の手術中の透視画像を取得するよう、動作を行うことを可能にすることを含むことができる。動作は、第１及び第２の手術中の透視画像が取得されたら、位置合わせモードが満たされたとマークされることができることを判断する。
【０２３４】
さらに図８５を参照すると、手術移植プランニングコンピュータ６１０による動作はさらに、１１０６において、第１及び第２の手術中の透視画像をディスプレイ装置６１２に表示することを含むことができる。動作は、１１０８において、第１及び第２の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとしてグラフィカルスクリューを表示する。動作は、１１１０において、ユーザ入力の受信に応じて、第１及び第２の手術中の透視画像の骨に対する、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する。
【０２３５】
動作は、１１１２において、第１及び第２の手術中の透視画像における骨に対する、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置が、手術プランデータ構造内の表示されたグラフィカルスクリューの、対応する角度方向及び配置のための位置合わせルールを満たしているときを判断することと、さらに、その位置合わせルールが満たされたときの表示をディスプレイ装置６１２に反応的に表示することを、代替的又は追加的に含み得る。
【０２３６】
さらに図８５を参照すると、手術移植プランニングコンピュータ６１０による動作はさらに、位置合わせルールが満たされたと判断されることに基づいて、１１１４において、患者に対してエンドエフェクタ５４４を位置決めしている間は、手術プランデータ構造の内容に応じてモータ５５０−５５４のうちの１つ又は複数を制御し、ロボットアームの動きを管理することを含むことができる。動作はさらに、１１１４において、エンドエフェクタ５４４が患者に対して位置決めされている間は、ロボットアームの動きに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することができる。
【０２３７】
ランドマークチェック
位置合わせが完了したら、位置合わせの計算が成功したことを確実にするため、ランドマークチェック又は検証を行うべきである。検証プローブを使用して、生体構造的ランドマークにタッチし、対応する配置がシステムモニタに示されていることを検証する。２つから３つのランドマークを使用して、本プロセスを繰り返す。
【０２３８】
位置合わせ固定具の取り除き
所望の場合、透視位置合わせ固定具を注意して取り除く。
【０２３９】
ナビゲーション
ロボットアームは、計画した軌道上に正確にエンドエフェクタを合わせる。画面右で所望のスクリューラベルを選択する。
【０２４０】
スクリューラベルがハイライトされ、ロボットアームをブレスレットによって、又はフットペダルを踏むことによって動かすことができるとき、スクリュープランはアクティブである。ロボットアームは、手術野の障害物をクリアするため、まずは上に動き、さらに軌道に沿って下に動く。軌道に乗ったら、ロボットアームは軌道に沿って上下に動くことができるが、スクリューが選択解除されなければ、軌道から外れて動くことはない。
【０２４１】
図７３は、リアルタイムの器具／移植物軌道が計画したスクリューと共にどのように患者の画像上に表示され、ユーザが所望の軌道を確認することを可能にするのかを図示する。リアルタイムの軌道が容認されない場合、ユーザは計画タブに戻り、別の軌道を選択することができる。リアルタイムの軌道が容認される場合、ユーザは、器具の現在の軌道に従ったスクリューを所望の深さまで挿入する。
【０２４２】
ＧＰＳ器具は、それらがエンドエフェクタを通って前進するよう表示される。器具を誘導している間、モニタ及び手術部位を定期的に確認し、触覚とナビゲーションフィードバックの一致を確実にする。
【０２４３】
スクリューの配置に関係のない手術アプリケーションのためにガイドチューブが静止している間は、非ナビゲーションのグローバス製金属器具はガイドチューブを通って使用され得る。
【０２４４】
手技中に監視マーカを監視する。監視マーカがＤＲＢの有意な動きを示す場合、生体構造的ランドマークチェックを実施する。ランドマークチェックが満たされた場合、監視マーカを再度位置合わせする。ランドマークチェックが不可の場合、患者を再度位置合わせする。
【０２４５】
複数のナビゲーションタブアイコンがある。図７３を参照すると、力ゲージ７３１は、エンドエフェクタに加わる力を示す。力ゲージ底部の器具の画像は、器具が挿入されていない場合、エンドエフェクタ又はエンドエフェクタ画像におけるアクティブな器具を示す。監視マーカエラーゲージ７３２は、患者基点が監視マーカに対して動いた距離を表示する。目盛りの最大範囲は２ｍｍである。エンドエフェクタアイコン７３３は、動的参照装置の可視度を表示する。カメラからＤＲＢが見えている場合、背景は緑色である。カメラからＤＲＢが見えていない場合、背景は赤色である。
【０２４６】
透視画像処理ワークフロー
画像タブ
位置合わせセットアップ
図６８を参照すると、第１画面は透視画像が患者を位置合わせするために撮られる前に完了すべき３つのステップをハイライトする。アニメーションがステップを視覚的に示す。
【０２４７】
図６９を参照し、締まるまで時計回りにクランプを回すことによって、透視位置合わせ固定具を、Ｃアーム上の画像増強管に取り付ける。透視装置及び透視位置合わせ固定具をドレープで覆い、新しい反射マーカをドレープの外側に取り付ける。反射マーカがカメラに対向するように、固定具を位置決めする。ビデオ撮影ケーブル（黄色ジャック）をＣアームビューイングステーションに取り付ける。ビデオ撮影ＵＳＢケーブルを、ロボットコンピュータシステムのコネクタパネル上の２つのＵＳＢポートのどちらかに接続する。
【０２４８】
Ｃアームの準備が整ったら、カメラから動的参照装置が見えていることを確実にする。
【０２４９】
器具を、接触することなく監視マーカの反射球近くに配置することによって、監視マーカを位置合わせする。それが作動されると、ボックスが緑色になる。右矢印をクリックして、次のタブへ進む。
【０２５０】
画像取得
１つはＡＰであり、１つは横方向の、手術中の透視画像を取得する。
【０２５１】
画像取得前に次の３つの条件が満たされなければならない。（１）カメラからＤＲＢが見えていること（２）カメラから透視位置合わせ固定具が見えていること（３）有効な透視画像が撮られたこと
図７４は、ナビゲーションタブ内の横方向画像を図示する。図７４を参照すると、画面左にある３つの画像のそれぞれは、画像撮影の準備ができると緑色になる。３つの条件がすべて満たされると、手術中の透視画像を取得し、さらに、撮影ボタンを選択して画像をシステムに転送する。両画像の撮影が成功すると、画面右側のレベルが、チェックマークを表示する。適切な画像が取り込まれ、選択されたら、右矢印をクリックして進む。
【０２５２】
ランドマークチェック
位置合わせが完了したら、位置合わせの計算が成功したことを確実にするため、ランドマークチェック又は検証を実施するべきである。誘導された検証プローブを使用して、生体構造的ランドマークにタッチし、対応する配置がシステムモニタに示されていることを検証する。２つから３つのランドマークを使用して、本プロセスを繰り返す。
【０２５３】
位置合わせ固定具の取り除き
所望の場合、注意して透視位置合わせ固定具を取り除く。
【０２５４】
透視画像処理ワークフロー動作
手術移植プランニングコンピュータ６１０、さらに特には、プロセッサ６１４によって行うことができる透視画像処理ワークフロー動作は、図８６に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
【０２５５】
図８６を参照すると、動作は、１２００において、マーカ追跡カメラ５７０が透視画像装置６４０の透視位置合わせ固定具上にある反射マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第１条件の発生を判断することと、マーカ追跡カメラ５７０が、ロボットアーム及び／又はロボットアームに接続されたエンドエフェクタ５４４に取り付けられた動的参照装置マーカを追跡するのを観察することができることを示す、第２条件の発生を判断することを含む、位置合わせ設定モードのための動作を行うことを含むことができる。１２０４において、第１及び第２条件が引き続き発生すると判断されている間は、プロセッサ６１４によって第１面に沿った患者の第１の手術中の透視画像を取得し、その第１面に垂直な第２面に沿った患者の第２の手術中の透視画像を取得するよう、動作を行うことができる。１２０２において、動作は、条件の両方が発生するときの表示を、ディスプレイ装置６１２に表示し得る。第１及び第２の手術中の透視画像が取得される前に、一方又は両方の条件が満たされなくなった場合、システムは、第１及び第２の手術中の未完の透視画像をさらに取得するのを阻止し、ユーザへの通知を生成し得る。
【０２５６】
動作はさらに、１２０６において、第１及び第２の手術中の透視画像をディスプレイ装置６１２に表示することを含むことができる。動作は、１２０８において、画定された外科用スクリュー一式の中からユーザが選択した外科用スクリューを受信し、１２１０において、第１及び第２の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することができる。動作は、１２１２において、ユーザ入力の受信に応じて第１及び第２の手術中の透視画像に示される骨に対する、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御し、１２１４において、画定されたユーザ入力の受信に応じて手術プランデータ構造に表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置の表示を記憶することができる。
【０２５７】
透視画像処理ワークフロー
計画タブ
図７５は、ユーザが、患者の画像上でスクリュー軌道全てを計画することを可能にする、計画タブを図示する。図７５を参照すると、事前計画タブでなされた選択に基づいて、スクリューが画面右側に事前に取り込まれる。
【０２５８】
プランニングページ上にスクリューを追加するには、所望のスライスにおいて、画像上に適切なスクリューラベルをドラッグし、ドロップする。
【０２５９】
アクティブなスクリュープランは緑色で示される。スクリューファミリー、径、長さを含む、アクティブなスクリュープランの詳細は画面右下に示される。すべてのスクリューに対して計画が完了したら、右矢印をクリックし、次のタブへ進む。
【０２６０】
【表１８】
2019022658.tif 000020
【０２６１】
【表１９】
2019022658.tif 000021
【０２６２】
透視画像処理ワークフロープランニング動作
手術移植プランニングコンピュータ６１０、さらに特には、プロセッサ６１４によって行うことができるプランニングのための透視画像処理ワークフロー動作は、図８７に示される実施形態の内容において、ここに記載される。
【０２６３】
図８７を参照すると、第１及び第２の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示する動作は、１３００において、グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定することと、グラフィカルスクリューの先端の隣接から軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、骨上の所望の挿入位置に対してグラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることを含むことができる。
【０２６４】
ユーザ入力の受信に応じた第１及び第２の手術中の透視画像に示される骨に対して、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する動作は、１３０２において、タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリュー本体の上でディスプレイ装置６１２のタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの配置を並進させることを含むことができる。動作はさらに、１３０４において、タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら配置を動かしている間、ユーザがグラフィカルスクリューのスクリューヘッド及び／又は先端の上でタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、表示されたグラフィカルスクリューを斜めに旋回することを含むことができる。
【０２６５】
ユーザ入力の受信に応じた第１及び第２の手術中の透視画像に示される骨に対して、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御する動作は、１３０６において、
タッチ感応式画面に沿ってユーザが継続的に押しながら計測された距離だけ配置を動かしている間、ユーザが、グラフィカルスクリューのスクリュー先端又はスクリューヘッドの上で、ディスプレイ装置６１２のタッチ感応式画面を押したと判断することに応じて、外科用スクリュー用に画定された一式の長さの中から表示されたグラフィカルスクリューの長さを選択することを含むことができる。選択した長さは、１３０８において、手術プランデータ構造に記憶される。
【０２６６】
透視画像処理ワークフロー
ナビゲーションタブ
図７６は、ユーザが、ナビゲーション器具の軌道と、患者の生体構造に対して計画した軌道とを視覚化することができる、ナビゲーションタブを図示する。
【０２６７】
ロボットアームは、エンドエフェクタを計画した軌道に正確に合わせる。図７６を参照すると、画面右の所望のスクリューラベルを選択する。
【０２６８】
スクリューラベルがハイライトされ、ロボットアームをブレスレットによって、又はフットペダルを踏むことによって動かすことができるとき、スクリュープランはアクティブである。ロボットアームは、手術野の障害物をクリアするためまずは上に動き、さらに軌道に沿って下に動く。軌道に乗ったら、ロボットアームは軌道に沿って上下に動くことができるが、スクリュープランが選択解除されなければ、軌道から外れて動くことはない。
【０２６９】
リアルタイムの器具／移植物軌道は、計画したスクリューと共に患者の画像上に表示され、それによって、ユーザは所望の軌道を確認することができる。リアルタイムの軌道が容認されない場合、ユーザは計画タブに戻り、別の軌道を選択することができる。リアルタイムの軌道が容認される場合、ユーザは、器具の現在の軌道に従ったスクリューを所望の深さまで挿入する。
【０２７０】
ＧＰＳ器具は、それらがエンドエフェクタを通って前進するよう、表示される。器具を誘導している間、モニタ及び手術部位を定期的に確認し、触覚とナビゲーションフィードバックの一致を確実にする。
【０２７１】
スクリューの配置に関係のない手術アプリケーションのためにガイドチューブが静止している間は、非ナビゲーションのグローバス製金属器具がガイドチューブを通って使用され得る。
【０２７２】
手技中に監視マーカを監視する。監視マーカがＤＲＢの有意な動きを示す場合、生体構造的ランドマークチェックを実施する。ランドマークチェックが満たされた場合、監視マーカを再度位置合わせする。ランドマークチェックが不可の場合、患者を再度位置合わせする。
【０２７３】
ナビゲーションタブのアイコンは複数ある。図７６を参照すると、力ゲージ７６１は、エンドエフェクタに加わる力を表示する。力ゲージ底部の器具の画像は、器具が挿入されていない場合、エンドエフェクタ又はエンドエフェクタ画像におけるアクティブな器具を示す。監視マーカエラーゲージ７６２は、患者基点が監視マーカに対して動いた距離を表示する。目盛りの最大範囲は２ｍｍである。エンドエフェクタアイコン７６３は、動的参照装置の可視度を表示する。カメラからＤＲＢが見えている場合、背景は緑色である。カメラからＤＲＢが見えていない場合、背景は赤色である。
【０２７４】
ナビゲーションのみの手技
図７７は、ロボットコンピュータシステムが、ロボットアーム及びエンドエフェクタなしでのナビゲーションに、どのように使用され得るのかを図示する。手術前のプランニングは任意である。図７７を参照すると、カメラの視界内で動く場合は、検証されたＧＰＳ器具はすべて、取り込まれた患者の画像上で見ることができる。器具が患者に対して表示される。
【０２７５】
画像診断法（術前ＣＴ、手術中ＣＴ，又は透視）のための、対応するアプリケーションおよび画像処理ワークフローを参照する。
【０２７６】
画像タブを使用して、所望の患者の画像を取り込む。
【０２７７】
器具の位置合わせが完了したら、位置合わせの計算が成功したことを確実にするため、ランドマークチェック又は検証を実施するべきである。誘導された検証プローブを使用して、生体構造的ランドマークにタッチし、対応する配置がシステムモニタ上に示されていることを検証する。２つから３つのランドマークを使用して、本プロセスを繰り返す。
【０２７８】
所望の場合、計画タブを使用して、スクリューの配置を計画する。画面右の所望のスクリューラベルを選択し、スクリュープランを選ぶ。
【０２７９】
ナビゲーションタブを使用し、手技中スクリュー及びのナビゲーション器具を表示する。
【０２８０】
手技中に監視マーカを監視する。監視マーカがＤＲＢの有意な動きを示す場合、生体構造的ランドマークチェックを実施する。ランドマークチェックが満たされた場合、監視マーカを再度位置合わせする。ランドマークチェックが不可の場合、患者を再度位置合わせする。
【０２８１】
軌道のみの手技
図７８は、ロボットコンピュータシステムが、ナビゲーション器具のないロボットアームを使用した軌道ガイダンスにどのように使用され得るのかを図示する。図７８を参照すると、ガイドチューブは、手術野内で動かすことができるか、又は、自動又は手動で軌道に合わせることがきる、剛性リトラクタとして機能する。
【０２８２】
画像診断法（術前ＣＴ、手術中ＣＴ、又は透視）のため、対応するアプリケーション及び画像処理ワークフローを参照する。画像タブを使用して、所望の患者の画像を取り込む。
【０２８３】
位置合わせの計算が成功したことを確実にするため、ランドマークチェック又は検証を実施するべきである。ナビゲーションされる検証プローブを使用して、生体構造的ランドマークにタッチし、対応する配置がシステムモニタに示されていることを検証する。２つから３つのランドマークを使用して、本プロセスを繰り返す。
【０２８４】
計画タブを使用して、スクリューの配置を計画する。画面右の所望のスクリューラベルを選択する。スクリューラベルがハイライトされ、ロボットアームをブレスレットによって、又はフットペダルを踏むことによって動かすことができるとき、スクリュープランはアクティブである。ロボットアームは、手術野の障害物をクリアするためまずは上に動き、さらに軌道に沿って下に動く。軌道に乗ったら、ロボットアームは軌道に沿って上下に動くことができるが、スクリューが選択解除されなければ、軌道から外れて動くことはない。
【０２８５】
Ｋワイヤを使用する場合、カニューレを挿入されたきりを使用し、開始穴を準備し、ガイドチューブを通して所望の軌道において骨の中にＫワイヤを配置する。エンドエフェクタは軌道から離れて動かされるべきであるため、Ｋワイヤのガイダンスによってスクリューを配置することができる（スクリュープランは選択解除される）。
【０２８６】
ガイドチューブ径を通って嵌合する、非ナビゲーションの金属外科用器具を使用して、外科的手技を行う。
【０２８７】
手技中に監視マーカを監視する。監視マーカがＤＲＢの有意な動きを表示する場合、生体構造的ランドマークチェックを実施する。ランドマークチェックが満たされた場合、監視マーカを再度位置合わせする。ランドマークチェックが不可の場合、患者を再度位置合わせする。
【０２８８】
透視画像処理ワークフロープランニング動作
上記説明の通り、手術移植プランニングコンピュータ６１０によってプランニングされる、透視画像処理ワークフロー動作は、第１及び第２の手術中の透視画像の両方へのオーバーレイとして、選択した外科用スクリューを表すグラフィカルスクリューを表示することを含むことができる。動作は、１３００において、グラフィカルスクリューの軸に沿って軌道を決定し、グラフィカルスクリューの先端の隣接から軌道に沿って延在する軌道ラインを表示し、ユーザが、骨上の所望の挿入位置に対してグラフィカルスクリューを視覚的に配向し、位置決めしやすくすることができる。
【０２８９】
動作はさらに、患者に対してエンドエフェクタ５４４を位置決めする間は、例えばコンピュータ５２２及び／又はコントローラ５４６を介して、手術プランデータ構造の内容に応じてモータ５５０−５５４のうちの１つ又は複数を直接又は間接的に制御し、ロボットアームの動きを管理することを含み得る。動作は、（例えば、図８６の１２１２において）エンドエフェクタ５４４が患者に対して位置決めされている間は、ロボットアームの動きに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御するを制御することができる。
【０２９０】
動作はさらに、例えばコンピュータ５２２及び／又はコントローラ５４６を介して、モータ５５０−５５４を直接的又は間接的に制御し、手術プランデータ構造の内容によって画定された軌道に沿った方向にエンドエフェクタ５４４を動かすことを含むことができる。動作はさらに、（例えば、図８６の１２１２において）軌道に沿ったエンドエフェクタ５４４の動きに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの配置を制御することを含むことができる。
【０２９１】
動作はさらに、軌道に沿ってエンドエフェクタ５４４を動かしている間、別の動作が行われてエンドエフェクタ軌道制約モードがキャンセルされるまで、モータ５５０−５５４を直接的又は間接的に制御し、軌道に垂直な方向にエンドエフェクタ５４４が動くのを抑制することを含むことができる。
【０２９２】
動作はさらに、エンドエフェクタ軌道制約モードを開始する前に、モータ５５０−５５４を直接的又は間接的に制御し、患者から離れて上向きの方向、さらには軌道に沿った配置に向かった方向にエンドエフェクタ５４４を動かすことができることと、軌道に沿った配置に到達する前にエンドエフェクタ軌道制約モードが開始されるのを阻止することを含むことができる。動作は、患者から離れて、さらには軌道に沿った配置に向かったロボットアームの動きに応じて、表示されたグラフィカルスクリューの角度方向及び配置を制御することを含むことができる。
【０２９３】
システムは、ポップアップメッセージを介して操作者にエラーを警告する。以下のリストは、起こり得るすべてのエラーと、それらを修正する対策を記載する。
【０２９４】
【表２０】
2019022658.tif 000022
【０２９５】
【表２１】
2019022658.tif 000023
【０２９６】
【表２２】
2019022658.tif 000024
【０２９７】
さらなる定義と実施形態
本開示の様々な実施形態の上述において、本開示の様態は、任意の新規かつ有意なプロセス、機械、製造物、合成物、又はそれらの任意の新規かつ有意な改良物を含む、任意の数の特許可能なクラス又はコンテンツにおいて、本明細書に図示及び記載され得る。従って、本開示の態様は、完全にハードウェア、完全にソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、又はソフトウェアとハードウェアとを組み合わせて実施することができ、これら全てを一般的に「回路」、「モジュール」、「構成要素」、又は「システム」と呼ぶことがある。さらに、本開示の態様は、中に埋め込まれたコンピュータ可読プログラムコードを有する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
【０２９８】
１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。コンピュータ可読信号媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁、または半導体のシステム、機器、又は装置、又はこれらの任意の好適な組み合わせとすることができるが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（限定的なリスト）は、携帯可能コンピュータ・ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、リピータを有する適切な光ファイバ、携帯可能コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、磁気記憶装置、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含む。本文書の文脈においては、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、機器、又は装置により又はこれらとの関連で用いられるプログラムを含むか又は記憶することができる任意の有形媒体とすることができる。
【０２９９】
コンピュータ可読信号媒体は、ベースバンドにおいて又は搬送波の一部として、コンピュータ可読プログラムコードが具体化された伝搬データ信号を含むことができる。そのような伝搬信号は、電磁気、光、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含むが、これらに限定されない、様々な形式のいずれかを取ることができる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、機器、又は装置により又はこれらとの関連で使用されるプログラムを通信し、伝搬し、又は搬送することができる、任意のコンピュータ可読媒体とすることができる。コンピュータ可読信号媒体上に具体化されたプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含むが、これらに限定されない、任意の好適な媒体を用いて送信することができる。
【０３００】
本開示の態様についての動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｃａｌａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｅｉｆｆｅｌ、ＪＡＤＥ、Ｅｍｅｒａｌｄ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＶＢ．ＮＥＴ、Ｐｙｔｈｏｎ等のオブジェクト志向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ  ２００３、Ｐｅｒｌ、ＣＯＢＯＬ  ２００２、ＰＨＰ、ＡＢＡＰといった従来の手続き型言語、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒｕｂｙ、Ｇｒｏｏｖｙといった動的プログラミング言語、又は、その他のプログラミング言語を含む、１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述することができる。プログラムコードは、全体をユーザのコンピュータ上で実行するか、一部をユーザのコンピュータ上で実行するか、独立型ソフトウェアパッケージとして実行するか、一部をユーザのコンピュータ上で実行し一部をリモートコンピュータ上で実行するか、又は、全体をリモートコンピュータ又はサーバ上で実行することができる。後者のシナリオにおいては、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを通して、ユーザのコンピュータに接続することができ、又は（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを通して）外部コンピュータに接続することができるか、又は、クラウドコンピューティング環境において、又は、Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ａｓ  ａ  Ｓｅｒｖｉｃｅ（「ＳａａＳ」）といったサービスとして提供され得る。
【０３０１】
本開示の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品の流れ図及び／又はブロック図を参照して、本明細書において説明される。流れ図及び／又はブロック図の各ブロック、及び流れ図及び／又はブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令により実装できることが理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに与えられてマシンを生成し、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令が、流れ図及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて特定される機能／動作を実装するためのメカニズムを生成するようにすることができる。
【０３０２】
これらのコンピュータプログラム命令を、実行すると特定の方法で機能するようにコンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他の装置に向けることができる、コンピュータ可読媒体に記憶させて、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、実行されるとコンピュータに流れ図及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて特定される機能／動作を実装させる命令を含む製品を生成するようにすることができる。コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他の装置に一連の動作ステップを実施させるように、コンピュータプログラム命令をコンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他の装置にロードして、コンピュータ実装プロセスを生成し、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上で実行される命令が、流れ図及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて特定される機能／動作を実装するためのプロセスを提供するようにすることができる。
【０３０３】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのみのものであり、本発明を限定することを意図するものではないことを理解すべきである。別に限定されない以上、本明細書で使用される（技術及び科学用語を含む）全ての用語は、本開示が属する当業者に共通して理解される同一の意味を有する。一般的に使用される辞典に定義されているような用語は、本説明及び関連技術が文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において明確に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されないことがさらに理解されるだろう。
【０３０４】
図面における流れ図及びブロック図は、本開示の様々な実施形態によるシステム、方法及びコンピュータプログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能及び動作を示す。この点において、流れ図又はブロック図の各ブロックは、特定の論理機能を実装するための１つ又は複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、又はコードの一部を表し得る。また、いくつかの代替的実装においては、ブロックに記された機能は、図に記された順序以外の順序で行われる場合があることに留意されたい。例えば、関連する機能に応じて、連続して示された２つのブロックが、実際には、実質的に同時に実行される場合があり、又は、ブロックが逆順で実行される場合もある。ブロック図及び／又は流れ図の各ブロック、及び、ブロック図及び／又は流れ図におけるブロックの組み合わせは、特定の機能又は動作を行う専用ハードウェアベースのシステムによって、又は、専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって、実装することができる。
【０３０５】
本明細書に使用される用語は、特定の態様の説明のみを目的とするものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数表現「１つの（ａ、ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、複数形も同様に含むことを意図している。さらに、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書に使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は成分の存在を明示するものであるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、成分、及び／又は、それらの群の存在または付加を排除するものではないことも理解されよう。本明細書で使用する場合、用語「及び／又は」は、列挙されている項目の１つ又は全て、あるいは、列挙されている要素の任意の組み合わせを含む。同一の参照番号は、図面の記載を通して、同一の要素を指す。
【０３０６】
以下の請求項における任意の手段又はステッププラス機能要素の対応する構造物、材料、作用、及びその均等物は、明確に特許請求された他の特許請求の要素と組合せて機能を実行する、任意の構造物、材料又作用を含むことを意図している。本開示の記載は、例示及び説明の目的で示してきたが、本開示を開示の形態のみを包含するものとすること又はその形態に限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び思想から逸脱せずに、多くの修正及び変更を行えることは、当業者には明らかであろう。本開示の態様は、本開示の原理及び実施可能な用途を最も良く説明するように、及び、企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な本開示を当業者が理解するのを可能にするように、選択しかつ説明してきた。
【図１】
2019022658.tif 000025
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【外国語明細書】
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