(57)【要約】  本開示は、患者の解剖学的構造から骨物質を除去するためのロボットシステムに関するものであり、ロボットシステムは、  基部（４）と、  外科用ツール（１）を保持するように構成されたエンドエフェクタ（２）と、  少なくとも１つの供給軸線（Ａ）に沿って基部に対してエンドエフェクタを並進させるように構成された作動ユニット（３）と、  作動ユニット（３）に連結され、ツール（１）をオフにし、ツールがオフにされている間にエンドエフェクタ（２）を供給軸線（Ａ）に沿って並進させるように作動ユニット（３）に命令するように構成された制御ユニットであって、  エンドエフェクタ（２）の前記並進の間に前記外科用ツール（１）によって前記解剖学的構造上に及ぼされる力を測定し、測定された力に基づいて、前記ツールと前記解剖学的構造の前記骨物質との接触を検出するように構成されたフィードバックユニットを備える、制御ユニットと、を備えるロボットシステム。
2021525570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の解剖学的構造から骨物質を除去するためのロボットシステムであって、
基部（４）と、
外科用ツール（１）を保持するように構成されたエンドエフェクタ（２）と、
少なくとも１つの供給軸線（Ａ）に沿って前記基部に対して前記エンドエフェクタを並進させるように構成された作動ユニット（３）と、
前記作動ユニット（３）に連結され、前記ツール（１）をオフにし、前記ツールがオフにされている間に前記エンドエフェクタ（２）を前記供給軸線（Ａ）に沿って並進させるよう前記作動ユニット（３）に命令するように構成された制御ユニットであって、
前記エンドエフェクタ（２）の前記並進の間に前記外科用ツール（１）によって前記解剖学的構造上に及ぼされる力を測定し、測定された前記力に基づいて、前記ツールと前記解剖学的構造の前記骨物質との接触を検出するように構成されたフィードバックユニットを備える、制御ユニットと、を備えるロボットシステム。
【請求項２】
前記供給軸線に沿った前記解剖学的構造内の骨物質の存在に関する情報を表示するように構成されたユーザーインターフェースを更に備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記フィードバックユニットが前記ツールと骨物質とのいかなる接触も検出しない場合に、前記外科用ツールをオンにするのを防止するように構成されている、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記フィードバックユニットが前記ツールと骨物質とのいかなる接触も検出しない場合に、警報を生成するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記ツールをオフにし、所定の時間又は距離間隔で前記エンドエフェクタを前記供給軸線に沿って移動させるよう前記作動ユニットに命令するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記フィードバックユニットは、前記作動ユニットに電力供給する電流の強度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサを備え、前記フィードバックユニットは、前記エンドエフェクタ（２）の前記並進の間に前記強度の経時的な変動を監視し、前記強度が所定の閾値を超えた場合に前記ツール（１）と前記解剖学的構造の骨物質との接触を検出するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記基部（１）に接続された支持ユニット（５）を更に備え、前記支持ユニット（５）は、前記ツール（１）と前記解剖学的構造との間の部分的な機械的リンクを提供するために、前記解剖学的構造又は前記患者の身体のうちの前記解剖学的構造に隣接する領域と接触するように設計された少なくとも１つの要素を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記基部（４）に強固に取り付けられた一方の端部（６０）と、前記患者に対して固定された構造体（８）に取り付けられるように構成された反対側の端部と、を有する保持アーム（６）を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記エンドエフェクタに強固に取り付けられ、かつ定位化システム（７）によって定位化されるように適合されたトラッカー（７０）を更に備え、前記フィードバックユニットは、前記トラッカー（７０）の定位化データを考慮して前記ツール（１）と前記解剖学的構造の骨物質との間の接触を検出するように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記エンドエフェクタに強固に取り付けられた、前記解剖学的構造から骨物質を除去するように構成された外科用ツール（１）を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記外科用ツール（１）はバー、好ましくは丸みを帯びたバーである、請求項１０に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記制御ユニットが、骨塩密度に関連付けられる前記ロボットシステムの少なくとも１つの物理的パラメータを記録するように構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解剖学的構造から骨物質を除去するためのロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膝関節形成術の間、外科医は、大腿骨及び脛骨から骨物質を除去して、それをプロテーゼと置換する必要がある。
【０００３】
そのため、外科医は、バーなどの外科用ツールを使用する。
【０００４】
しかしながら、脛骨Ｔの後方部分に隣接する膝の領域は特に、大腿動脈ＦＡと、滑液（図１を参照）を含有する関節包ＡＣとを含み、これらはツールによって損傷されてはならないため、脛骨の後方部分を切断するのは難しい手術である。矢印は、一般的な切断方向を示す。
【０００５】
したがって、外科医は、骨のみを除去することを確実にする必要があり、またこの領域の他の構造に当る前に切断作業を停止する必要がある。
【０００６】
しかしながら、このことは、骨の後方部分が切断中に外科医の直接的な視界の中にないため、困難な課題となり得る。実際に、他の骨部分、軟組織、様々な流体、又は切断ツール自体が一般に、後方部位を隠すことになる。
【０００７】
ナビゲート付きの画像ベース手術の場合、外科医は、手術前に取得された領域の３Ｄ画像を利用することにより、骨のモデルに対する切断ツールの位置を可視化することが可能である。このような術前画像は、骨のモデルのみを提供するものであり、骨を取り囲み、外科的介入中に変形し得る軟構造体のモデルを提供するものではない。このモデルは、外科医が切断工具を適正な深さで停止させるのを助け得るが、骨モデルと実際の解剖学的構造との位置合わせが正確であることを想定したものである。
【０００８】
ナビゲート付きの画像なしの手術の場合、切断前に（典型的には局所的なポインターツールを用いて）外科医によってデジタル化され得る骨部分のみが可視化され得る。
【０００９】
外科的介入の開始時に、骨の後方部分は容易にアクセスできず、したがって、デジタル化は多くの場合、困難であり、領域のモデリングは潜在的に不正確である。後に、全ての骨物質が除去されたか否かを検知するために、この領域を繰り返し触診するように外科医に要求することは、適切でない場合もある。頻繁な触診は、外科的介入の継続時間を大幅に増加させ得る。
【００１０】
外科医の手はツールを保持することができず、アクティブロボットシステムが保持することができるという事実、つまり、外科医がツールの操作を直接的に制御しないという事実に起因して、別の問題が生じ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示は、解剖学的構造が目視検査又は触診のためにアクセスできない場合であっても、外科用ツールによって切断されている解剖学的構造内に骨物質が残存しているか否かを容易に検出するための解決策を発見することによって、上記の問題を是正しようと試みるものである。
【００１２】
そのため、本明細書に開示されるシステム及び方法の目的は、患者の解剖学的構造から骨物質を除去するためのロボットシステムを設計することであり、本ロボットシステムは、
−ベースと、
−外科用ツールを保持するように構成されたエンドエフェクタと、
−少なくとも１つの供給軸線に沿って基部に対してエンドエフェクタを並進させるように構成された作動ユニットと、
−作動ユニットに連結され、ツールをオフにし、ツールがオフにされている間にエンドエフェクタを供給軸線に沿って並進させるよう作動ユニットに命令するように構成された制御ユニットであって、
エンドエフェクタの当該並進の間に外科用ツールによって解剖学的構造上に及ぼされる力を測定し、その測定された力に基づいて、ツールと解剖学的構造の骨物質との接触を検出するように構成されたフィードバックユニットを備える制御ユニットと、を備える。
【００１３】
ある実施形態によれば、当該ロボットシステムは、供給軸線に沿った解剖学的構造内の骨物質の存在に関する情報を表示するように構成されたユーザーインターフェースを更に備える。
【００１４】
ある実施形態によれば、制御ユニットは、フィードバックユニットがツールと骨物質とのいかなる接触も検出しない場合に、外科用ツールをオンにするのを防止するように構成されている。
【００１５】
制御ユニットは更に、フィードバックユニットがツールと骨物質とのいかなる接触も検出しない場合に警報を生成するように構成されてもよい。
【００１６】
ある実施形態によれば、制御ユニットは、ツールをオフにし、所定の時間又は距離間隔でエンドエフェクタを供給軸線に沿って移動させるよう作動ユニットに命令するように構成されている。
【００１７】
ある実施形態によれば、フィードバックユニットは、作動ユニットに電力供給する電流の強度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサを備え、フィードバックユニットは、エンドエフェクタの並進の間に当該強度の経時的な変動を監視し、当該強度が所定の閾値を超えた場合にツールと解剖学的構造の骨物質との接触を検出するように構成されている。
【００１８】
当該ロボットシステムは、基部に接続された支持ユニットを更に備え、支持ユニットは、ツールと解剖学的構造との間の部分的な機械的リンクを提供するために、解剖学的構造又は患者の身体のうちの当該解剖学的構造に隣接する領域と接触するように設計された少なくとも１つの要素を備える。
【００１９】
当該ロボットシステムは、基部に強固に取り付けられた一方の端部と、患者に対して固定された構造体に取り付けられるように構成された反対側の端部と、を有する保持アームを更に備えてもよい。
【００２０】
ある実施形態によれば、当該ロボットシステムは、エンドエフェクタに強固に取り付けられ、かつ定位化システムによって定位化されるように適合されたトラッカーを更に備え、フィードバックユニットは、トラッカーの定位化データを考慮してツールと解剖学的構造の骨物質との間の接触を検出するように構成されている。
【００２１】
当該ロボットシステムは、エンドエフェクタに強固に取り付けられた解剖学的構造から骨物質を除去するように構成された外科用ツールを更に備えてもよい。
【００２２】
有利には、外科用ツールはバーであり、好ましくは丸みを帯びたバーである。
【００２３】
ある実施形態によれば、制御ユニットは、骨塩密度に関連付けられるロボットシステムの少なくとも１つの物理的パラメータを記録するように構成されている。
【００２４】
ロボットシステムは以下の手順に従って操作され得るが、その手順とは、
−ツールをエンドエフェクタ上に装着し、
−ツールをオンにし、作動ユニットによって移動させて解剖学的構造を部分的に切断し、
−次いでツールをオフにし、エンドエフェクタを供給軸線に沿って並進させ、
−エンドエフェクタの当該並進運動中に外科用ツールによって解剖学的構造に及ぼされる力をフィードバックユニットによって測定し、
−測定された力に基づいて、ツールと解剖学的構造の骨物質との接触を検出し得る、ことである。
【００２５】
次いで、骨物質が検出された場合、ツールは再びオンにされ、作動ユニットによって移動されて、引き続き解剖学的構造を切断し得る。
【００２６】
反対に、骨物質が検出されない場合、ツールをオンにすることは、制御ユニットによって防止され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本明細書に開示されるシステム及び方法の更なる特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明において明らかとなろう。
【図１】膝関節の概略側断面図である。
【図２】残りの骨の存在を検出する原理の実施形態を概略的に示す。
【図３Ａ】ロボットシステムの様々な使用工程である。
【図３Ｂ】ロボットシステムの様々な使用工程である。
【図３Ｃ】ロボットシステムの様々な使用工程である。
【図４】切断される骨との部分的な機械的リンクを作り出す支持ユニットを含むロボットシステムの実施形態である。
【図５】基部が保持アームによって保持されるロボットシステムの実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下の説明は、外科用バーを使用して脛骨の後方部分をミリングすることに関するものであるが、この説明はまた、脊椎手術（例えば、除圧術、椎弓切除術など）などの他の外科的介入にも当てはまり得る。切断プロセスは好ましくは、（限定するものではないが）骨をミリングすることで構成され、切断プロセスは、骨をドリリング又はソーイングすることを含んでもよい。
【００２９】
ロボットシステムは、切断プロセスを実行するように構成されてもよい。図２〜図５の全体を通じて、同じ要素を示すために同じ参照符号が用いられている。
【００３０】
ロボットシステムは、バー、ドリル、又はソーなどの外科用ツール１を保持するように構成されたエンドエフェクタ２を備える。外科用ツールは、既製のツールであってもよく、したがって、更に詳細には説明されない。
【００３１】
好ましい実施形態によれば、外科用ツールはバーである。
【００３２】
ロボットシステムは、ユーザーによって保持され得る基部４を備える。以下で更に詳細に説明されるように、基部は、手のみによって取り扱われなくてもよいが、関節運動型保持アームによって保持されてもよく、かつ／又は支持ユニットによって脛骨に接続されてもよい。
【００３３】
ロボットシステムは、エンドエフェクタ２を基部４に対して移動させるように構成された作動ユニット３を更に備える。その目的のために、作動ユニットは、少なくとも１つの自由度に従ってエンドエフェクタを移動させることが可能な１つ又は複数のモータを備えてもよい。少なくとも１つの自由度は、供給軸線に沿ったエンドエフェクタの並進運動からなる。
【００３４】
切断動作中、バーは、それ自体の長手方向軸線に沿って回転する。
【００３５】
ロボットシステムは、作動ユニットに連結される制御ユニットを更に備えている。制御ユニットは、ツールをオン及びオフにする（すなわち、バーの回転を引き起こすか又は引き起こさない）ように構成されている。加えて、制御ユニットは、作動ユニットに命令してエンドエフェクタを移動させるように構成されている。
【００３６】
本開示によれば、ロボットシステムは、バーの前、特に脛骨の後方領域内の骨材料の存在を検出するように構成される。
【００３７】
その目的のために、制御ユニットは、オフ状態にあるツールの並進と、この並進の間にツールの端部と遭遇する任意の物質の機械的抵抗の評価とを含む試験手順を実施するフィードバックユニットを含んでいる。
【００３８】
このような並進は、供給軸線が、典型的には平面である、既に切断された骨の表面に対して実質的に平行である場合、作動ユニットの１つのモータのみを必要とし得る。しかしながら、そうでない場合、切断平面に対して実質的に平行にツールを方向付けるために、作動ユニットのいくつかのモータが組み合わされてもよい。
【００３９】
検出は、エンドエフェクタの並進中（ツールはオフにされている）にツールによって及ぼされた力を測定することによって、また、測定された力に基づいて、ツールが骨材料と接触しているか否かを判定することによって実現される。
【００４０】
その力は特に、ツールを供給軸線に沿って骨に向かって並進させるためにモータに供給することが必要となる電流の強度に関連付けられる。実際に、ツールが解剖学的組織と接触している場合、ツールを供給軸線に沿って更に押し込むのに必要な電流の強度が増加する。
【００４１】
その目的のため、ロボットシステムは、この強度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサを備え、フィードバックユニットは、センサによって測定される電流の変動を監視するように、また測定された強度を所定の閾値と比較するように構成されている。
【００４２】
当該閾値は、例えば、ロボットシステムの構成の前に測定され得る平均値に基づいて、任意に固定されてもよい。
【００４３】
あるいは、閾値は、その場で決定されてもよく、したがって治療される患者に特異的であってもよい。このようにして、フィードバックは、特に骨粗鬆症の場合に、患者ごとの骨密度の変動をより正確に考慮することになる。その目的のため、試験手順に先行する切断プロセス中に測定された電流の強度が、患者に適合された閾値を推定するために用いられ得る。そうでなければ、外科医は、患者の１つ又は複数の骨領域に対して試験手順を実施することによって、外科的介入を開始する前にシステムを較正することを要求され得る。
【００４４】
任意選択的に、ロボットシステムは、測定された力及び／又は骨物質の存在に関する情報を表示するように構成されたユーザーインターフェース（図示せず）を備えてもよい。ユーザーインターフェースは、例えば、制御ユニットに連結された画面を備えてもよい。
【００４５】
任意選択的に、制御ユニットは、骨物質が検出されない場合にユーザーに警告する警報（例えば、視覚又は可聴）を生成するように構成されてもよい。
【００４６】
制御ユニットは、切断工程中に、決定された時間間隔又は距離間隔（例えば、１ｃｍごとに）で試験手順を始動するようにプログラムされてもよい。そうでない場合、制御ユニットは、切断工程の終了時に試験手順を始動するように構成されてもよい。代替的に、試験手順は、例えば、ロボットシステム上の専用のスイッチを利用することによって、ユーザー自身によって始動されてもよい。
【００４７】
図２は、脛骨の後方部分上に残留する骨の存在の検出原理の実施形態を概略的に示す。
【００４８】
バー１のヘッド１０は、有利には、球形状、又は任意の他の丸みを帯びた形状を呈する。好ましくは、ヘッドは、バーによって骨に圧力が及ぼされたときに、この圧力を増加させる代わりに、骨の中へのヘッドのいかなる侵入をも回避するために、尖った形状を有さない。ツールが、骨の中へと侵入する可能性がある先端又は歯を含む場合（例えば、ドリル又は鋸）、供給軸線は、有利には、当該先端又は歯の方向と一致しない。
【００４９】
バー１は、エンドエフェクタ２に装着される。
【００５０】
作動ユニット３は、簡略化された方式で表現されており、モータ３０は、モータが回転するときにエンドエフェクタを供給軸線Ａに沿って並進させる機械的接続部３１によって、エンドエフェクタ２に連結されている。作動ユニットは、より複雑であってもよく、具体的には、２つ以上のモータを含んでもよく、エンドエフェクタとの機械的接続は異なる種類であってもよいことに留意されたい。センサは、各関連モータに提供される電流を測定するように構成される。以下の説明では、１つのモータでも、ツールを並進させるのに十分であり、このモータに提供される電流のみが測定されると想定されている。しかしながら、いくつかのモータが関与する場合、各モータに提供される電流を測定すること、及びそれらの測定値を組み合わせてツール端部によって及ぼされる力を決定することが可能である。
【００５１】
図２の下の曲線は、作動ユニットのモータに供給される電流の強度Ｉを時間ｔの関数として示している。
【００５２】
外科的介入の間、バー１０は、切断平面（図２には示さず）に従って脛骨を切断するために、作動ユニット３によって回転及び移動される。
【００５３】
脛骨の後方部分に骨物質が残存しているか否かを確認することが望まれる場合、制御ユニットは、バーをオフにし、作動ユニットを停止する。代替的に、ユーザー自身がバーをオフにし、試験手順を始動してもよい。
【００５４】
試験手順の開始時に、作動ユニット３は停止され、モータ３０に電流は提供されない（図２の左側の図形）。したがって、センサによって測定される強度Ｉはゼロである。
【００５５】
試験手順が開始されると、モータ３０には、バーヘッド１０が解剖学的構造に全く接触しない限り、強度が実質的に一定である電流が供給される（図２の中央の図形）。
【００５６】
バーヘッド１０が解剖学的構造Ｂの表面に接触すると、モータに提供される電流の強度が著しく増大する（図２の右側の図形）。軟組織の場合、強度は、骨物質の場合よりもゆっくりと増大する。強度が所定の閾値に達した場合、制御ユニットは、骨物質の存在を判定し、作動ユニットの動作が停止される。
【００５７】
次いで、制御ユニットは、ロボットシステムが再びバーを回転させて切断動作を継続することを可能にし得る。
【００５８】
指定された距離にわたってバーが移動した後に、強度が所定の閾値に達しない場合、制御ユニットは、脛骨の後方領域に骨物質が存在しないと判定する。結果として、制御ユニットは、大腿動脈及び／又は関節包を損傷する可能性を低減するために、この領域における切断ツールの更なる動作を妨げ得る。
【００５９】
図３Ａ〜図３Ｃは、ロボットシステムの様々な使用工程を示す。
【００６０】
図３Ａは、切断される脛骨Ｔの側断面図である。脛骨の前方部分は図の右側にあり、脛骨の後方部分は図の左側にある。
【００６１】
図３Ｂは、脛骨プラトーの相当な部分が取り除かれて切断平面Ｐが画定された後の図３Ａの脛骨を概略的に示している。しかしながら、一定量の骨Ｂが脛骨の後方領域に残存している。この残存量を検出するために、上述した試験手順が実施される。その目的のため、球状ヘッド１０を有するバー１は、ヘッドと骨Ｂの表面との接触が検出されるまで、矢印によって示される方向に沿って、切断平面Ｐに対して実質的に平行に並進される。
【００６２】
図３Ｃは、脛骨プラトーのうちの相当な部分を切断した後に生じ得る別の状況を示す。場合によっては、脛骨の後方領域に残存する一定量の骨Ｂの形状は、バーヘッドが表面と当接することを確実にしないような形状である。例えば、図３Ｃに示される例では、切断面Ｐの上方に延在する骨物質の高さは、バーヘッドを遮断するには小さすぎる。その結果、バーヘッドは表面に沿って摺動し、したがって残りの骨物質の上を通過し得る（歪んだ矢印によって表される軌道）。そのような場合、試験手順は正確な結果を提供しないことがある。
【００６３】
検出の精度を向上させるために、ナビゲーションシステムが使用されてもよい。その目的のため、トラッカー７０が、エンドエフェクタ２に強固に取り付けられている。当該トラッカーは、定位化システム７によって定位化され、これにより、バーヘッドの位置を決定することが可能になる。
【００６４】
定位化システムによって決定されたバーヘッドの位置と予想される残存骨物質の位置とを比較することによって、バーヘッドが所定の経路を辿って残存する骨に到達したか否かを判定すること、並びに、それによって骨物質の有無、又は試験手順及びその結果の妥当性を推定することが可能となる。
【００６５】
定位化データは、冗長情報を提供するために、単独で（すなわち、モータに提供される電流の強度のいかなる測定値も伴わずに）使用されても、当該測定値と組み合わせて使用されてもよい。
【００６６】
本明細書に開示される実施形態は、骨とエンドエフェクタとの間に機械的リンクが存在するとき、より正確な結果を提供し得る。この機械的リンクは、ロボットデバイスの基部を脛骨に接続する支持ユニット（図４参照）によって、及び／又はロボットデバイスの基部を手術室の固定要素に強固に接続する関節運動型保持アーム（図５参照）によって提供され得る。
【００６７】
図４を参照すると、骨を取り囲む軟組織を圧縮するために、ストラップ５０が、脚部の一部分の周囲に配置されている。２つのＶ字型ピン５が、ロボットシステムの基部４及びストラップ５０から延在しており、これにより、ツールと骨との間に部分的な機械的リンクが形成されている。当然のことながら、特に国際公開第２０１４／１９８７８４号及び同第２０１４／１９８７９６号に記載されている他の支持ユニットが使用されてもよい。
【００６８】
図５を参照すると、ロボットシステムは保持アーム６によって保持され得る。アームは、動作テーブル８などの固定構造に強固に取り付けられた一方の端部と、基部４に強固に接続された反対側の端部６０とを備える。保持アームは、いくつかの自由度で関節運動され、また、基部４が外科的介入に適した位置に位すると、その位置を制動又は固定することを可能にするスイッチを含む。様々な技術が採用され得る（空気圧アーム、油圧アーム、メカニカルアーム、ブレーキ付きアームなど）。
【００６９】
上記の検出手順はまた、別の目的でも有利に用いられ得る。外科的介入の間、エンドエフェクタを患者に対して定位化するために、少なくとも１つの第１のトラッカーが患者に（例えば、切断されるべき骨又は隣接する骨に）固定され、少なくとも１つの第２のトラッカーがロボットシステム、例えばエンドエフェクタに固定される。第１のトラッカーは、外科的介入全体にわたって患者に強固に固定されると想定されるが、しかしながら、場合によっては、特にトラッカーに衝撃が加えられたとき、トラッカーが患者に対して移動し、結果として、切断される骨に対してエンドエフェクタが誤って位置決めされることになり得る。このような状況を検出するために、ユーザーは、切断プロセスを開始する前にロボットシステムを初期位置に配置するように要求されることがあり、また、制御ユニットは、（骨の数値モデルに基づいて）骨物質を含むと想定されるいくつかの領域に外科用ツールを運ぶように作動ユニットに命令することによって、骨検出手順を始動し得る。フィードバックユニットが、各予想位置において骨物質の存在を検出した場合、骨の数値モデルが正しいと考えられ、また、ロボットシステムと骨との相対位置が正しいと考えられ得る。反対に、フィードバックユニットが、そのような骨物質が予想されなかった領域に骨物質を検出した場合、又はフィードバックユニットが骨物質が存在するべき領域に骨物質を検出しなかった場合、骨の数値モデルが不正確であるか、又は骨に対するロボットシステムの位置が誤っていると結論付けられ得る。そのような場合、制御ユニットは、警報を生成すること及び／又は外科用ツールの任意の作動を妨害することができる。
【００７０】
ある実施形態によれば、制御ユニットは、骨塩密度（ＢＭＤ）に関連付けられるロボットシステムの少なくとも１つの物理的パラメータを記録してもよい。このようなパラメータは、上述のような切断ツールの変位に使用される電流、又は切断ツール自体を作動させるために使用される電流（例えば、バーの回転に必要とされる電流）のレベルであり得る。この記録は、異なる点において切断表面をツールで押圧することによって、通常の骨切断プロセスの間に連続的に行われても、あるいは切断後に行われてもよい。したがって、制御ユニットは、記録された電流値のマップ、又はいくつかの電流レベルに基づいた計算結果を作成及び表示することができ、切断平面の様々な位置における記録の可視化を可能にする。このマップは次いで、別のアプリケーションのための入力として使用され得る「骨密度マップ」として解釈され得る。例えば、変位負荷が一方向とその反対方向とで異なり得るが、バーは常に同じ方向に回転していることを考慮して、あるいは、切断ツールが処置中に摩耗することもあり、それによって電流レベルが影響を受け得ることを考慮して、データを解釈及び修正するためには、アルゴリズムが必要とされ得る。
【００７１】
〔実施の態様〕
（１）  患者の解剖学的構造から骨物質を除去するためのロボットシステムであって、
基部（４）と、
外科用ツール（１）を保持するように構成されたエンドエフェクタ（２）と、
少なくとも１つの供給軸線（Ａ）に沿って前記基部に対して前記エンドエフェクタを並進させるように構成された作動ユニット（３）と、
前記作動ユニット（３）に連結され、前記ツール（１）をオフにし、前記ツールがオフにされている間に前記エンドエフェクタ（２）を前記供給軸線（Ａ）に沿って並進させるよう前記作動ユニット（３）に命令するように構成された制御ユニットであって、
前記エンドエフェクタ（２）の前記並進の間に前記外科用ツール（１）によって前記解剖学的構造上に及ぼされる力を測定し、測定された前記力に基づいて、前記ツールと前記解剖学的構造の前記骨物質との接触を検出するように構成されたフィードバックユニットを備える、制御ユニットと、を備えるロボットシステム。
（２）  前記供給軸線に沿った前記解剖学的構造内の骨物質の存在に関する情報を表示するように構成されたユーザーインターフェースを更に備える、実施態様１に記載のロボットシステム。
（３）  前記制御ユニットは、前記フィードバックユニットが前記ツールと骨物質とのいかなる接触も検出しない場合に、前記外科用ツールをオンにするのを防止するように構成されている、実施態様１又は２に記載のロボットシステム。
（４）  前記制御ユニットは、前記フィードバックユニットが前記ツールと骨物質とのいかなる接触も検出しない場合に、警報を生成するように構成されている、実施態様１〜３のいずれかに記載のロボットシステム。
（５）  前記制御ユニットは、前記ツールをオフにし、所定の時間又は距離間隔で前記エンドエフェクタを前記供給軸線に沿って移動させるよう前記作動ユニットに命令するように構成されている、実施態様１〜４のいずれかに記載のロボットシステム。
【００７２】
（６）  前記フィードバックユニットは、前記作動ユニットに電力供給する電流の強度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサを備え、前記フィードバックユニットは、前記エンドエフェクタ（２）の前記並進の間に前記強度の経時的な変動を監視し、前記強度が所定の閾値を超えた場合に前記ツール（１）と前記解剖学的構造の骨物質との接触を検出するように構成されている、実施態様１〜５のいずれかに記載のロボットシステム。
（７）  前記基部（１）に接続された支持ユニット（５）を更に備え、前記支持ユニット（５）は、前記ツール（１）と前記解剖学的構造との間の部分的な機械的リンクを提供するために、前記解剖学的構造又は前記患者の身体のうちの前記解剖学的構造に隣接する領域と接触するように設計された少なくとも１つの要素を備える、実施態様１〜６のいずれかに記載のロボットシステム。
（８）  前記基部（４）に強固に取り付けられた一方の端部（６０）と、前記患者に対して固定された構造体（８）に取り付けられるように構成された反対側の端部と、を有する保持アーム（６）を更に備える、実施態様１〜６のいずれかに記載のロボットシステム。
（９）  前記エンドエフェクタに強固に取り付けられ、かつ定位化システム（７）によって定位化されるように適合されたトラッカー（７０）を更に備え、前記フィードバックユニットは、前記トラッカー（７０）の定位化データを考慮して前記ツール（１）と前記解剖学的構造の骨物質との間の接触を検出するように構成されている、実施態様１〜８のいずれかに記載のロボットシステム。
（１０）  前記エンドエフェクタに強固に取り付けられた、前記解剖学的構造から骨物質を除去するように構成された外科用ツール（１）を更に備える、実施態様１〜９のいずれかに記載のロボットシステム。
【００７３】
（１１）  前記外科用ツール（１）はバー、好ましくは丸みを帯びたバーである、実施態様１０に記載のロボットシステム。
（１２）  前記制御ユニットが、骨塩密度に関連付けられる前記ロボットシステムの少なくとも１つの物理的パラメータを記録するように構成されている、実施態様１〜１１のいずれかに記載のロボットシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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