(57)【要約】  生体内手技を行うための多機能ロボットシステムは、コンピュータプロセッサと、多軸運動のために制御ユニットと通信するロボットアームとを備える制御ユニットを含む。ロボットアームは、内部に複数の通路を有する。プリンタヘッドは、通路のうちの１つに配置され、多次元オブジェクトを生体内で作製するように構成される。ロボットシステムは、通路のうちの１つに配置される測定システムを含む。コンピュータプロセッサは、測定システムから信号を受信するように構成される、及び、測定システムからの信号に基づいてオブジェクトを生体内の場所に位置決めするべくプリンタヘッド及び測定システムを制御するように構成される、実行可能ソフトウェアを有する。【選択図】図９
2021528220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内手技を行うための多機能ロボットシステムであって、前記ロボットシステムは、
コンピュータプロセッサを備える制御ユニットと、
多軸運動のために制御ユニットと通信するロボットアームであって、前記ロボットアームは、内部に複数の通路を有するケーシングを備える、ロボットアームと、
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能であるプリンタヘッドであって、前記プリンタヘッドは、少なくとも１つの多次元オブジェクトを作製するように構成される、プリンタヘッドと、
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、測定システムと、
を備え、
前記コンピュータプロセッサは、前記プリンタヘッド及び前記測定システムと通信し、前記コンピュータプロセッサは、前記測定システムから信号を受信するように構成された実行可能ソフトウェアを備え、前記実行可能ソフトウェアは、前記測定システムからの信号に基づいて、オブジェクトを生体内の場所に位置決めするべく前記プリンタヘッド及び前記測定システムを制御するように構成される、ロボットシステム。
【請求項２】
前記測定システムが、オブジェクトを受け入れるための空洞を生体内で測定し、前記空洞の受入面をマッピングするように構成された撮像システムを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記測定システムが、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、センサシステムを備え、前記センサシステムは、前記受入面及びその近傍の領域の特性を確かめるように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記オブジェクトを位置決めすることが、オブジェクトを生体内で形成することを含む、先行する請求項のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記オブジェクトを位置決めすることが、オブジェクトを生体外で形成することを含む、先行する請求項のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記オブジェクトの少なくとも１つの生体外で形成されたセグメントをさらに備え、前記通路のうちの少なくとも１つが、前記セグメントを前記空洞に移送するためのコンベヤシステムを備える、先行する請求項のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記ケーシングが、体の内腔に収まるように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記撮像システムが、磁気共鳴画像システム、スペクトル撮像システム、及びコンピュータ断層撮影システムのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、コーティング適用システムをさらに備え、前記コーティング適用システムは、オブジェクト及び受入面のうちの少なくとも１つに生物学的に操作された物質を生体内で適用するように構成される、先行する請求項のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項１０】
生物学的に操作された物質をさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）オブジェクトに生体内で適用される、
（ｂ）オブジェクトに生体外で適用される、
（ｃ）流動可能である、
（ｄ）注射可能である、
（ｅ）パテ、
（ｆ）ペースト、
（ｇ）粉末、
（ｈ）オブジェクトの近傍の領域に適用される、
（ｉ）オブジェクトの少なくとも一部を形成する、
（ｊ）プリンタヘッドによりプリント可能である、及び
（ｋ）生体内及び生体外で硬化可能である、
のうちの少なくとも１つである、請求項１０に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）血管新生促進物質、
（ｂ）成長因子物質、
（ｃ）免疫反応抑制物質、
（ｄ）骨再生物質、及び
（ｅ）組織再生物質、
のうちの少なくとも１つを含み、
前記生物学的に操作された物質は、前記コーティング適用システム内に配置され、そこから適用される、請求項１０及び１１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記プリンタヘッドが、オブジェクトを生体内で造形するべく材料を生体内で吐出するための材料吐出ポートを備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記オブジェクトが、受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するべく互いに付加的に形成された材料の複数の層を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置された材料除去システムをさらに備え、前記材料除去システムは、受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するように構成される、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１６】
前記通路のうちの少なくとも１つが組立システムを備え、前記オブジェクトは、それぞれ相互係止システムを有する複数のセグメントを備え、前記組立システムは、前記セグメントを互いに生体内で組み立て、前記隣接するセグメントの相互係止システムを互いに係止するように構成される、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１７】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、光学装置をさらに備え、前記光学装置は、生体内画像をコンピュータプロセッサに送信するべくコンピュータプロセッサと通信する、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１８】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、硬化装置をさらに備え、前記硬化装置は、体腔内に堆積された材料を生体内で硬化するように構成される、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１９】
前記硬化装置が、レーザ、熱源、及び化学反応体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載のロボットシステム。
【請求項２０】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、多軸ポジショナをさらに備え、前記多軸ポジショナは、生体内のプリンタヘッドの動的位置を制御するべくプリンタヘッド及びコンピュータプロセッサと通信する、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボット装置。
【請求項２１】
前記通路のうちの少なくとも１つが、ヒートシンク、材料排出システム、冷却液適用システム、及び断熱システムを備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２２】
前記ロボットアームが、オブジェクトの生体内留置によって引き起こされる感染を軽減するための滅菌境界を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２３】
前記センサシステムが、密度、硬度、及び化学組成のうちの少なくとも１つを確かめるように構成される、請求項３〜２２のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２４】
前記コンピュータプロセッサと通信する少なくとも１つの生体内小型医療機器をさらに備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２５】
前記コンピュータプロセッサと通信する生体内小型医療機器のインタラクティブなグループをさらに備える、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２６】
それぞれ前記コンピュータプロセッサと通信する、位置決め後監視システム及び位置決め後変更システムのうちの少なくとも１つをさらに備え、前記位置決め後監視システムは、受入面に対するオブジェクトの位置を監視するように構成され、前記位置決め後変更システムは、オブジェクトを再配置及び変更するように構成される、先行する請求項のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２７】
前記撮像システム、前記センサシステム、前記位置決め後監視システム、及び前記位置決め後変更システムのうちの少なくとも１つが、オブジェクト内に配置される、請求項２６に記載のロボットシステム。
【請求項２８】
前記プリンタヘッド、前記撮像システム、前記センサシステム、前記位置決め後監視システム、及び前記位置決め後変更システムのうちの少なくとも１つが、生体内構成で少なくとも１つの小型医療機器内に配置される、請求項２６に記載のロボットシステム。
【請求項２９】
生体内留置のためのインプラントであって、前記インプラントは、
体内への生体内留置用に構成された構造部材であって、前記構造部材は、
前記構造部材内に配置された通信システムであって、前記通信システムは、前記構造部材と前記構造部材の外部の場所との間の通信用に構成される、通信システムと、
ｉ．前記構造部材内に配置された測定システムであって、前記測定システムは、前記インプラントを受け入れるための空洞を生体内で測定し、前記インプラントの受入面をマッピングするように構成される、測定システム、
ｉｉ．前記構造部材の特徴を認識するか又は確かめるように構成されたセンサシステムであって、前記センサシステムは前記通信システムと通信する、センサシステム、及び
ｉｉｉ．前記構造部材の特徴を変更するように構成された変更システムであって、前記変更システムは前記通信システムと通信する、変更システム、
のうちの少なくとも１つと、
を備える、構造部材
を備える、インプラント。
【請求項３０】
前記センサシステムが、
ｉ．時間の関数としての前記構造部材の寸法変化を測定するように構成された歪みセンサ、
ｉ．時間の関数としての前記構造部材の応力を測定するように構成された力センサ、
ｉｉ．前記構造部材にかかる圧力を測定するように構成された圧力センサ、
ｉｉｉ．前記撮像センサの外部の環境条件を検出するための撮像センサ、
のうちの少なくとも１つを備える、請求項２９に記載のインプラント。
【請求項３１】
前記通信システムが、前記構造部材の外部に通信を送信するように構成された無線システムを備える、請求項２９〜３０のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項３２】
前記通信システムが、少なくとも１つの生体内小型医療機器と通信する、請求項２９〜３１のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項３３】
前記変更システムが、
（ａ）前記構造部材と合わせ面とのフィット異常を選択的に補償するべく前記構造部材の寸法を変化させるように構成された変形装置、
（ｂ）前記構造部材にかかる外力に応答して張力を選択的に増加及び減少させるように構成された張力調整装置、
（ｃ）前記構造部材の密度を選択的に調整するように構成された密度調整装置、
（ｄ）前記構造部材の一部を選択的に溶解するように構成された反応器システム、及び
（ｅ）前記構造部材と通信する少なくとも１つの生体内小型医療機器、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項３４】
前記構造部材は、前記構造部材が隣接する椎体間に配置されたときに前記インプラントの一部が前記構造部材から椎体の海綿骨に入り込むのを防ぐのに十分な大きさの外径を有する、請求項２９〜３３のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項３５】
前記構造部材が、隣接するサブ区域と相互係止される複数のサブ区域を備える、請求項２９〜３４のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項３６】
前記構造部材が膨張可能及び収縮可能である、請求項２９〜３５のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項３７】
生物学的に操作された物質をさらに備える、請求項２９〜３６のいずれかに記載のインプラント。
【請求項３８】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）オブジェクトに生体内で適用される、
（ｂ）オブジェクトに生体外で適用される、
（ｃ）流動可能である、
（ｄ）注射可能である、
（ｅ）パテ、
（ｆ）ペースト、
（ｇ）粉末、
（ｈ）オブジェクトの近傍の領域に適用される、
（ｉ）オブジェクトの少なくとも一部を形成する、
（ｊ）プリンタヘッドによりプリント可能である、及び
（ｋ）生体内及び生体外で硬化可能である、
のうちの少なくとも１つである、請求項３７に記載のインプラント。
【請求項３９】
前記構造部材の少なくとも一部が、生物学的に操作された物質でコーティングされる、請求項３７に記載のインプラント。
【請求項４０】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）血管新生促進物質、
（ｂ）成長因子物質、
（ｃ）免疫反応抑制物質、
（ｄ）骨再生物質、及び
（ｅ）組織再生物質、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載のインプラント。
【請求項４１】
医療手技を行うためのロボット方法であって、前記方法は、
コンピュータプロセッサを備える制御ユニット、前記制御ユニットと通信するロボットアームであって、前記ロボットアームは、内部に複数の通路を有するケーシングを備える、ロボットアーム、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置されたプリンタヘッド、及び前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置された撮像システムを提供することであって、
前記コンピュータプロセッサは、前記プリンタヘッド及び前記撮像システムと通信し、前記コンピュータプロセッサは実行可能ソフトウェアを備え、
前記実行可能ソフトウェアは、前記撮像システムから信号を受信し、
（ａ）前記撮像システムにより、空洞の測定値を取得するべく、オブジェクトを受け入れるための空洞を生体内で測定すること、及び
（ｂ）前記撮像システムにより、表面マップを取得するべく、オブジェクトを受け入れるための受入面を生体内でマッピングすること、
のうちの少なくとも１つを実行することと、
前記実行可能ソフトウェアは、前記空洞測定値及び前記表面マップのうちの少なくとも１つを分析して、インストールパラメータを生成することと、
前記インストールパラメータに基づいて、前記プリンタヘッドによりオブジェクトを作製することと、
前記インストールパラメータに基づいて、所定の患者に特異的な生体内の場所に前記オブジェクトを位置決めすることと、
を含む、方法。
【請求項４２】
前記オブジェクトを生体外及び生体内のうちの少なくとも１つで作製することを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置されたセンサシステムを提供することと、
前記センサシステムにより、前記受入面及びその近傍の領域の特性を生体内で確かめることと、
前記実行可能ソフトウェアが、前記インストールパラメータを生成するべく、前記空洞測定値、前記表面マップ、及び前記受入面の特性を分析することと、
をさらに含む、請求項４１及び４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記センサシステムにより、前記受入面及びその近傍の領域の密度、硬度、圧力、力、温度、及び化学組成のうちの少なくとも１つを確かめることをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
生物学的に操作された物質を提供することをさらに含む、請求項４１〜４４のいずれかに記載のオブジェクト。
【請求項４６】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）オブジェクトに生体内で適用される、
（ｂ）オブジェクトに生体外で適用される、
（ｃ）流動可能である、
（ｄ）注射可能である、
（ｅ）パテ、
（ｆ）ペースト、
（ｇ）粉末、
（ｈ）オブジェクトの近傍の領域に適用される、
（ｉ）オブジェクトの少なくとも一部を形成する、
（ｊ）プリンタヘッドによりプリント可能である、及び
（ｋ）生体内及び生体外で硬化可能である、
のうちの少なくとも１つである、請求項４５に記載のオブジェクト。
【請求項４７】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置されたコーティング適用システムを提供することと、
前記コーティング適用システムが、前記オブジェクト及び受入面のうちの少なくとも１つに生物学的に操作された物質を生体内で適用することと、
をさらに含む、請求項４５及び４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）血管新生促進物質、
（ｂ）成長因子物質、
（ｃ）免疫反応抑制物質、
（ｄ）骨再生物質、及び
（ｅ）組織再生物質、
のうちの少なくとも１つを含み、
前記生物学的に操作された物質を前記コーティング適用システム内に配置することと、
前記生物学的に操作された物質を前記オブジェクト及び受入面のうちの少なくとも１つに適用することと、
を含む、請求項４５〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに硬化装置を提供すること、
前記硬化装置によりオブジェクトを生体内で硬化させることと、
をさらに含む、請求項４１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記コンピュータプロセッサと通信する少なくとも１つの生体内小型医療機器を提供することをさらに含む、請求項４１〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記コンピュータプロセッサと通信する生体内小型医療機器のインタラクティブなグループを提供することをさらに含む、請求項４１〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記方法が単一の手技で行われる、請求項４１〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
それぞれ前記コンピュータプロセッサと通信する、位置決め後監視システム及び位置決め後変更システムのうちの少なくとも１つを提供することと、
前記位置決め後監視システムにより、オブジェクトの生体内位置決め後の受入面に対するオブジェクトの位置を監視することと、
前記オブジェクトの位置を前記コンピュータプロセッサに送信することと、
前記実行可能ソフトウェアにより、前記オブジェクトの位置を評価することと、
前記実行可能ソフトウェアにより、前記オブジェクトの位置の妥当性を判定することと、
前記実行可能ソフトウェアが、前記位置決め後変更システムへのコマンドを生成することと、
前記コマンドに基づいて前記オブジェクトの位置を変更することと、
をさらに含む、請求項４１〜請求項５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記位置のモニタリング、前記位置の送信、前記位置の評価、前記位置の妥当性の判定、前記コマンドの生成、及び前記位置の変更のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの生体内小型医療機器によって達成される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
オブジェクトの少なくとも１つのセグメントを生体外で形成し、前記セグメントを前記通路のうちの少なくとも１つを介して前記空洞に移送することをさらに含む、請求項４１〜５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するべく材料の複数の層を積み重ねることによりオブジェクトを形成することをさらに含む、請求項４１〜５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに材料除去システムを提供することと、
前記空洞に対してオーバーサイズのオブジェクトを形成し、前記材料除去システムにより前記オブジェクトから材料を除去し、これにより前記受入面及びその近傍の領域の特性に基づいて前記オブジェクトの所定のサイズを確立することと、
をさらに含む、請求項４１〜５６のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
前記通路のうちの少なくとも１つに組立システムを提供することと、
それぞれ相互係止システムを有するオブジェクトの複数のセグメントを生体内で形成することと、
前記組立システムを使用して前記セグメントを互いに生体内で組み立てることと、
をさらに含む、請求項４１〜５７のいずれかに記載の方法。
【請求項５９】
（ａ）前記オブジェクトは、前記空洞が隣接する椎体の間に存在し、前記受入面が隣接する椎体上にある状態で、隣接する椎体間に位置決めされる、医療用スキャフォールドを含む、
（ｂ）この方法は、損傷した硬い骨又は軟骨の生体内修復に使用される、
（ｃ）この方法は、硬い骨の表面上に医療用スキャフォールドを生体内で形成及び構築することによって硬い骨を生体内で再形成することを含む、硬い骨の生体内での再建に使用される、
（ｄ）この方法は、損傷した部位を撮像すること及び医療用スキャフォールドのパラメータを決定すること並びに第１の断裂した靱帯の端を第２の断裂した靱帯の端に向けて付勢するべく医療用スキャフォールドが靱帯と共に膨張及び収縮するように医療用スキャフォールドを損傷した部位内に生体内で形成及び構築することを含む、損傷した靱帯部位の生体内修復に使用される、
（ｅ）この方法は、軟組織の生体内修復に使用される、
（ｆ）この方法は、生体内での神経修復に使用される、
（ｇ）この方法は、ヘルニア修復に使用される、及び
（ｈ）この方法は、気管支手技に使用される、
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項４１〜５８のいずれかに記載の方法。
【請求項６０】
前記システムが内視鏡により配置される、請求項１〜２８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】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１８年９月２５日に出願された米国特許仮出願第６２／７３６，２３２号のＰＣＴ出願であり、該出願に基づく優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、医療用スキャフォールドの生体内撮像、感知、及び留置のための多機能ロボットシステムに関し、より具体的には、寸法、輪郭、身体的特徴、及び化学的性質を含む患者に特異的な埋植部位パラメータを取得するための人体内の埋植部位の撮像及び感知、並びに患者に特異的な埋植部位パラメータに対応する医療用スキャフォールドの生体内留置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの整形外科手技で、２つの隣接する骨の間の空隙を埋める、変形を矯正する、又は適切な間隔を維持するために、医師が骨の間にスペーサを埋植する必要がある。目標はこれらの骨が最終的に癒合することである。従来、これらのスペーサは、最初に、変形を矯正するべく病変組織又は損傷組織（例えば、椎間板髄核（軟らかい骨髄））を除去又は骨（例えば、椎間板には椎間板線維輪（骨でできた周囲部）が含まれる）を除去し、次いで、隣接する骨の間にスペーサを埋植することによって挿入される。骨が成長して２つの骨が癒合する間の安定性をもたらすために、２つの骨にまたがるようにプレート及び／又はスクリューが用いられる場合がある。
【０００４】
多くの異なる整形外科手技でスペーサを使用している。スペーサは、多くの整形外科脊椎手術で用いられる。頸椎前方除圧固定術（ＡＣＤＦ）は、ヘルニアの又は変性した椎間板を除去し、その場所にスペーサを挿入する、一般的な頚椎手技である。この手技の目標は、脊椎の全高を（スペーサによって）維持しながら、２つの隣接する骨を癒合させることである。同様の手技が腰椎で行われ、後方アプローチ（後方経路腰椎椎体間固定術、ＰＬＩＦ）又は経椎間孔アプローチ（経椎間孔腰椎椎体間固定術、ＴＬＩＦ）のいずれかを用いる場合がある。
【０００５】
加えて、内側楔状骨の骨切り術のためのスペーサ（Ｃｏｔｔｏｎ  Ｗｅｄｇｅ）、中足骨の延長骨切り術のためのスペーサ（Ｅｖａｎｓ  Ｗｅｄｇｅ）、及び膝の内反変形又は外反変形の矯正のためのスペーサ（高位脛骨骨切り術Ｗｅｄｇｅ(ＨＴＯ  Ｗｅｄｇｅ)）を用いる場合がある。
【０００６】
整形外科手技で用いられるスペーサは、生物適合性材料で作製され、それらにかかる荷重を支えるのに十分な強度が必要とされる。多くの場合、それらはポリマー、金属合金、又は生体組織から製造される。適切なポリマーは、典型的にはポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）ファミリーに属し、スペーサに最も一般的に用いられるポリマーはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である。ポリマー材料には、Ｘ線で見えないように放射線透過性でありながら、応力遮蔽を回避するために骨により類似したヤング率も有するという利点がある。スペーサはまた、一般的にはチタン（ＣＰ−Ｔｉ）及びチタン合金（すなわち、チタン６−アルミニウム４−バナジウム（Ｔｉ−６−４））から製造される。スペーサは、合成骨又は同種移植骨から製造される場合がある。スペーサは、固体（バルク）材料で作製される場合があり、又は多孔性である場合がある。多孔性インプラントは、骨がインプラントの中に成長することを可能にし、また、骨のヤング率に近づくようにより硬い材料のヤング率を低下させるので有利である。
【発明の概要】
【０００７】
これらのインプラントは、２つの骨の間の隙間を埋めるという生物学的要件を満たしているが、固定の既製のサイズに制限される。三次元（３Ｄ）プリント技術が、ウェッジのカスタム製造を可能にするべく進歩したが、医師は手術部位へのアクセスに制限されたままであり、該領域の解剖学的構造全体及びその周りにフィットするウェッジのみを埋植することができ、ウェッジを製造可能にするのに適切なリードタイムが必要とされる。したがって、この技術分野で改善が望まれる。
【０００８】
脊椎インプラントに伴う問題は、椎間板スペースにケージを入れるときにケージが中央（軟らかい髄）にあるのか又は縁部（硬い皮質骨）にあるのかが臨床医にはわからないことを含むがこれに限らない。典型的な埋植プロセスは、Ｘ線のみに依存してインプラントの位置の特定を試みる。椎間板には、椎間板線維輪（骨でできた周囲部）と椎間板髄核（軟らかい骨髄）が含まれる。多くの場合、骨とインプラントとの境界は貧弱であり、結果的に骨の成長が弱くなる又は不十分になる。
【０００９】
２つの骨、例えば、椎骨の間に配置される従来のインプラント、医療用スキャフォールド、及びスペーサは、骨の間に配置されると移動する及びずれることがよくある。移動及びずれは、患者の運動、不適正な配置、及び／又は椎骨と椎骨の表面の輪郭との間の空洞の寸法及び構成に適合しない標準サイズのインプラント又はスペーサの使用に起因して生じることがある。椎骨は、皮質骨（すなわち、緻密な又は硬い骨）に囲まれた中央の海綿骨（すなわち、軟らかい骨）によって形成される。海綿骨は、椎骨の軸方向の両端に露出しており、皮質骨はその周囲に円周方向に延びている。インプラント、医療用スキャフォールド、及びスペーサは、皮質骨によって空洞内で支えられ、海綿骨から離れた状態に維持されなければならない。しかしながら、インプラント、医療用スキャフォールド、及びスペーサの移動及びずれにより、インプラント、医療用スキャフォールド、及びスペーサが海綿骨内に変位することがある。このようなずれは、結果的に椎骨の不適切な間隔をもたらし、患者が痛みに苦しむことになる。したがって、スペーサ又はインプラントの位置を維持するために、この技術に改善が望まれる。
【００１０】
本明細書で開示されるのは、生体内手技を行うための多機能ロボットシステムである。ロボットシステムは、コンピュータプロセッサを有する制御ユニットを含む。多機能ロボットシステムは、多軸運動のために制御ユニットと通信するロボットアームを含む。ロボットアームは、内部に複数の通路を有するケーシングを含む。プリンタヘッドは、複数の通路のうちの１つ以上に配置され、そこから動作可能である。プリンタヘッドは、１つ以上の多次元オブジェクトを作製するように構成される。多機能システムは、複数の通路のうちの１つ以上に配置され、そこから動作可能である、測定システムを含む。コンピュータプロセッサは、プリンタヘッド及び測定システムと通信する。コンピュータプロセッサは、測定システムから信号を受信するように構成された実行可能ソフトウェアを有する。実行可能ソフトウェアは、測定システムからの信号に基づいて、オブジェクトを生体内の場所に位置決めするべくプリンタヘッド及び測定システムを制御するように構成される。
【００１１】
一実施形態では、測定システムは、オブジェクトを受け入れるための空洞を生体内で測定し、空洞の受入面をマッピングするように構成された撮像システムを含む。
【００１２】
一実施形態では、測定システムは、複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、センサシステムを含む。センサシステムは、受入面及びその近傍の領域の特性を確かめるように構成される。一実施形態では、センサシステムは、密度、硬度、及び化学組成のうちの少なくとも１つを確かめるように構成される。
【００１３】
一実施形態では、オブジェクトの位置決めは、オブジェクトを生体内で形成することを含む。
【００１４】
一実施形態では、オブジェクトの位置決めは、オブジェクトを生体外で形成することを含む。
【００１５】
一実施形態では、オブジェクトの１つ以上のセグメントは、生体外で形成され、通路のうちの１つ以上は、セグメントを空洞に移送するためのコンベヤシステムを有する。
【００１６】
一実施形態では、ケーシングは、体の内腔に収まるように構成される。
【００１７】
一実施形態では、撮像システムは、磁気共鳴画像システム、コンピュータ断層撮影システム、又はこれらの組み合わせである。
【００１８】
一実施形態では、コーティング適用システムは、複数の通路のうちの１つ以上に配置され、そこから動作可能である。コーティング適用システムは、生物学的に操作された物質をオブジェクト及び／又は受入面に生体内で適用するように構成される。
【００１９】
一実施形態では、多機能ロボットシステムは、生物学的に操作された物質を使用する。例えば、生物学的に操作された物質は、（ａ）オブジェクトに生体内で適用される、（ｂ）オブジェクトに生体外で適用される、（ｃ）流動可能である、（ｄ）注射可能である、（ｅ）パテ、（ｆ）ペースト、（ｇ）粉末、（ｈ）オブジェクトの近傍の領域に適用される、（ｉ）オブジェクトの少なくとも一部を形成する、（ｊ）プリンタヘッドによりプリント可能である、（ｋ）生体内及び生体外で硬化可能である、及び（ｌ）これらの組み合わせである。生物学的に操作された物質は、（ａ）血管新生促進物質、（ｂ）成長因子物質、（ｃ）免疫反応抑制物質、（ｄ）骨再生物質、（ｅ）組織再生物質、及び９ｅ）これらの組み合わせである。一実施形態では、生物学的に操作された物質は、コーティング適用システム内に配置され、そこから適用される。一実施形態では、生物学的に操作された材料は、ナノフェーズ特徴と生体模倣の性質を有する自己組織化するアルギニンに富むペプチドであり、組織の治癒に用いられる、例えば、未硬化のプラグの形態で用いられ、生体内で硬化する。
【００２０】
一実施形態では、プリンタヘッドは、オブジェクトを生体内で造形するべく材料を生体内で吐出するための材料吐出ポートを含む。
【００２１】
一実施形態では、オブジェクトは、受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するべく互いに付加的に形成された材料の複数の層で構成される。
【００２２】
一実施形態では、材料除去システムは、複数の通路のうちの１つ以上に配置される。オブジェクトは、空洞に対してオーバーサイズの状態に形成される。材料除去システムは、受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するように構成される。
【００２３】
一実施形態では、通路のうちの１つ以上は、組立システムを含み、オブジェクトは、それぞれ相互係止システムを有する複数のセグメントを有する。組立システムは、セグメントを互いに生体内で組み立て、隣接するセグメントの相互係止システムを互いに係止するように構成される。
【００２４】
一実施形態では、光学装置は、複数の通路のうちの１つ以上に配置され、そこから動作可能である。光学装置は、生体内画像をコンピュータプロセッサに送信するべくコンピュータプロセッサと通信する。
【００２５】
一実施形態では、硬化装置は、複数の通路のうちの１つ以上に配置され、そこから動作可能である。硬化装置は、体腔内に堆積された材料を生体内で硬化するように構成される。
【００２６】
一実施形態では、硬化装置は、レーザ、熱源、化学反応体、又はこれらの組み合わせである。
【００２７】
一実施形態では、多軸ポジショナは、複数の通路のうちの１つ以上に配置され、そこから動作可能である。多軸ポジショナは、生体内のプリンタヘッドの動的位置を制御するべくプリンタヘッド及びコンピュータプロセッサと通信する。
【００２８】
一実施形態では、ヒートシンク、材料排出システム、冷却液適用システム、断熱システム、又はこれらの組み合わせは、複数の通路のうちの１つ以上に配置される。
【００２９】
一実施形態では、ロボットアームは、オブジェクトの生体内留置によって引き起こされる感染を軽減するための滅菌境界を有する。
【００３０】
一実施形態では、１つ以上の生体内小型医療機器は、コンピュータプロセッサと通信する。
【００３１】
一実施形態では、生体内小型医療機器のインタラクティブなグループは、コンピュータプロセッサと通信する。
【００３２】
一実施形態では、位置決め後監視システム及び／又は位置決め後変更システムは、コンピュータプロセッサと通信する。位置決め後監視システムは、受入面に対するオブジェクトの位置を監視するように構成され、位置決め後変更システムは、オブジェクトを再配置及び変更するように構成される。
【００３３】
一実施形態では、測定システム、センサシステム、位置決め後監視システム、及び位置決め後変更システムは、オブジェクト内に配置される。
【００３４】
一実施形態では、プリンタヘッド、測定システム、センサシステム、位置決め後監視システム、及び位置決め後変更システムは、生体内構成で少なくとも１つの小型医療機器内に配置される。
【００３５】
本明細書でさらに開示されているのは、生体内留置のためのインプラントである。インプラントは、体内への生体内留置用に構成された構造部材を含む。構造部材は、構造部材内に配置された通信システムを含む。通信システムは、構造部材と構造部材の外部の場所との間の通信用に構成される。インプラントは、（ａ）撮像システム、（ｂ）センサシステム、及び（ｃ）それぞれ構造部材内に配置される変更システムのうちの１つ以上を含む。撮像システムは、インプラントを受け入れるための空洞を生体内で測定し、インプラントの受入面をマッピングするように構成され、通信システムと通信する。センサシステムは、構造部材の特徴を認識する又は確かめるように構成され、通信システムと通信する。変更システムは、構造部材の特徴を変更するように構成され、通信システムと通信する。
【００３６】
一実施形態では、センサシステムは、（ａ）時間の関数としての構造部材の寸法変化を測定するように構成された歪みセンサ、（ｂ）時間の関数としての構造部材の応力を測定するように構成された力センサ、（ｃ）構造部材にかかる圧力を測定するように構成された圧力センサ、（ｄ）撮像センサの外部の環境条件を検出するための撮像センサ、及び（ｅ）これらの組み合わせを含む。
【００３７】
一実施形態では、通信システムは、構造部材の外部に通信を送信するように構成された無線システムを含む。
【００３８】
一実施形態では、通信システムは、１つ以上の生体内小型医療機器と通信する、又は生体内小型医療機器のうちの１つ以上に含まれる。
【００３９】
一実施形態では、変更システムは、（ａ）構造部材と合わせ面とのフィット異常を選択的に補償するべく構造部材の寸法を変化させるように構成された変形装置、（ｂ）構造部材にかかる外力に応答して張力を選択的に増加及び減少させるように構成された張力調整装置、（ｃ）構造部材の密度を選択的に調整するように構成された密度調整装置、（ｄ）構造部材の一部を選択的に溶解するように構成された反応器システム、（ｅ）構造部材と通信する１つ以上の生体内小型医療機器、及び（ｆ）これらの組み合わせを含む。
【００４０】
一実施形態では、構造部材は、構造部材が隣接する椎体間に配置されたときにインプラントの一部が椎体の海綿骨に入り込むのを防ぐのに十分な大きさの外径を有する。
【００４１】
一実施形態では、構造部材は、隣接するサブ区域又はセグメントと相互係止される複数のサブ区域又はセグメントで構成されている。
【００４２】
一実施形態では、構造部材は、膨張可能及び収縮可能である。
【００４３】
一実施形態では、インプラントは、生物学的に操作された物質を使用する。一実施形態では、生物学的に操作された物質は、（ａ）オブジェクトに生体内で適用される、（ｂ）オブジェクトに生体外で適用される、（ｃ）流動可能である、（ｄ）注射可能である、（ｅ）パテ、（ｆ）ペースト、（ｇ）粉末、（ｈ）オブジェクトの近傍の領域に適用される、（ｉ）オブジェクトの少なくとも一部を形成する、（ｊ）プリンタヘッドによりプリント可能である、（ｋ）生体内及び生体外で硬化可能である、及び（ｌ）これらの組み合わせである。
【００４４】
一実施形態では、構造部材の一部又は全部は、生物学的に操作された物質でコーティングされる。
【００４５】
一実施形態では、生物学的に操作された物質は、（ａ）血管新生促進物質、（ｂ）成長因子物質、（ｃ）免疫反応抑制物質、（ｄ）骨再生物質、（ｅ）組織再生物質、及び（ｆ）これらの組み合わせのうちの１つ以上である。
【００４６】
生体内手技を行うためのロボット方法も本明細書で開示されている。この方法は、コンピュータプロセッサを有する制御ユニットを提供することを含む。ロボットアームは、制御ユニットと通信する。ロボットアームは、内部に複数の通路を有するケーシングを備える。プリンタヘッドは、複数の通路のうちの１つ以上に配置される。撮像システムは、複数の通路のうちの１つ以上に配置される。コンピュータプロセッサは、プリンタヘッド及び撮像システムと通信する。コンピュータプロセッサは、撮像システムから信号を受信する実行可能ソフトウェアを有する。方法は、（ａ）撮像システムにより、空洞の測定値を取得するべく、オブジェクトを受け入れるための空洞を生体内で測定すること、及び／又は、（ｂ）撮像システムにより、表面マップを取得するべく、オブジェクトを受け入れるための受入面を生体内でマッピングすることを含む。実行可能ソフトウェアは、空洞測定値及び／又は表面マップを分析して、インストールパラメータを生成する。プリンタヘッドは、インストールパラメータに基づいて（例えば、生体内又は生体外で、又はこれらの組み合わせで）オブジェクトを作製する。オブジェクトは、インストールパラメータに基づいて、所定の患者に特異的な生体内の場所に位置決めされる。
【００４７】
一実施形態では、方法は、複数の通路のうちの１つ以上に配置されたセンサシステムを提供することと、センサシステムにより、受入面及びその近傍の領域の特性を生体内で確かめることと、実行可能ソフトウェアにより、インストールパラメータを生成するべく、空洞測定値、表面マップ、及び受入面の特性を分析することを含む。
【００４８】
一実施形態では、方法は、センサシステムにより、受入面及びその近傍の領域の密度、硬度、及び／又は化学組成を確かめることを含む。
【００４９】
一実施形態では、方法は、生物学的に操作された物質を提供することを含む。生物学的に操作された物質は、（ａ）オブジェクトに生体内で適用される、（ｂ）オブジェクトに生体外で適用される、（ｃ）流動可能である、（ｄ）注射可能、（ｅ）パテ、（ｆ）ペースト、（ｇ）粉末、（ｈ）オブジェクトの近傍の領域に適用される、（ｉ）オブジェクトの一部又は全部を形成する、（ｊ）プリンタヘッドによりプリント可能である、（ｋ）生体内及び生体外で硬化可能である、及び（ｌ）これらの組み合わせである。
【００５０】
一実施形態では、方法は、複数の通路のうちの１つ以上に配置されたコーティング適用システムを提供することを含み、コーティング適用システムは、生物学的に操作された物質をオブジェクト及び／又は受入面に生体内で適用する。
【００５１】
一実施形態では、生物学的に操作された物質は、（ａ）血管新生促進物質、（ｂ）成長因子物質、（ｃ）免疫反応抑制物質、（ｄ）骨再生物質、（ｅ）組織再生物質、及び（ｆ）これらの組み合わせである。一実施形態では、生物学的に操作された物質は、コーティング適用システム内に配置され、生物学的に操作された物質は、オブジェクト及び／又は受入面に適用される。
【００５２】
一実施形態では、方法は、複数の通路のうちの１つ以上に硬化装置を提供することを含み、オブジェクトは、硬化装置により生体内で硬化される。
【００５３】
一実施形態では、方法は、コンピュータプロセッサと通信する１つ以上の生体内小型医療機器を提供することを含む。
【００５４】
一実施形態では、方法は、コンピュータプロセッサと通信する生体内小型医療機器のインタラクティブなグループを提供することを含む。
【００５５】
一実施形態では、方法は、それぞれコンピュータプロセッサと通信する、位置決め後監視システム及び／又は位置決め後変更システムを提供することを含む。方法は、位置決め後監視システムにより、オブジェクトの生体内位置決め後の受入面に対するオブジェクトの位置を監視することと、オブジェクトの位置をコンピュータプロセッサに送信することと、実行可能ソフトウェアにより、オブジェクトの位置を評価することと、実行可能ソフトウェアにより、オブジェクトの位置の妥当性を判定することを含む。実行可能ソフトウェアは、位置決め後変更システムへのコマンドを生成し、コマンドに基づいてオブジェクトの位置を変更する。
【００５６】
一実施形態では、位置のモニタリング、位置の送信、位置の評価、位置の妥当性の判定、コマンドの生成、及び位置の変更は、１つ以上の生体内小型医療機器によって達成される。
【００５７】
一実施形態では、方法は、オブジェクトの１つ以上のセグメントを生体外で形成し、セグメントを通路のうちの１つ以上を介して空洞に移送することを含む。
【００５８】
一実施形態では、方法は、受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するべく材料の複数の層を積み重ねることによりオブジェクトを形成することを含む。
【００５９】
一実施形態では、方法は、複数の通路のうちの１つ以上に材料除去システムを提供することと、空洞に対してオーバーサイズのオブジェクトを形成することを含む。方法はまた、材料除去システムによりオブジェクトから材料を除去し、これにより受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立することを含む。
【００６０】
一実施形態では、方法は、通路のうちの１つ以上に組立システムを提供することと、それぞれ相互係止システムを有するオブジェクトの複数のセグメントを生体内で形成することを含む。方法は、組立システムを使用してセグメントを互いに生体内で組み立てることを含む。
【００６１】
一実施形態では、方法は、（ａ）空洞は隣接する椎体の間に存在し、受入面は隣接する椎体上にある状態で、隣接する椎体間に位置決めされた医療用スキャフォールド、（ｂ）損傷した硬い骨又は軟骨の生体内修復、（ｃ）硬い骨の表面上に医療用スキャフォールドを生体内で形成及び構築することによって硬い骨を生体内で再形成することを含む、硬い骨の生体内での再建、（ｄ）損傷した部位を撮像すること及び医療用スキャフォールドのパラメータを決定すること並びに第１の断裂した靱帯の端を第２の断裂した靱帯の端に向けて付勢するべく医療用スキャフォールドが靱帯と共に膨張及び収縮するように医療用スキャフォールドを損傷した部位内に生体内で形成及び構築することを含む、損傷した靱帯部位の生体内修復、（ｅ）軟組織の生体内修復、及び（ｆ）生体内での神経修復手技、のうちの１つ以上に使用される。
【００６２】
一実施形態では、（ａ）オブジェクトは、空洞が隣接する椎体の間に存在し、受入面が隣接する椎体上にある状態で、隣接する椎体間に位置決めされる、医療用スキャフォールドである、（ｂ）この方法は、損傷した硬い骨又は軟骨の生体内修復に使用される、（ｃ）この方法は、硬い骨の表面上に医療用スキャフォールドを生体内で形成及び構築することによって硬い骨を生体内で再形成することを含む、硬い骨の生体内での再建に使用される、（ｄ）この方法は、損傷した部位を撮像すること及び医療用スキャフォールドのパラメータを決定すること並びに第１の断裂した靱帯の端を第２の断裂した靱帯の端に向けて付勢するべく医療用スキャフォールドが靱帯と共に膨張及び収縮するように医療用スキャフォールドを損傷した部位内に生体内で形成及び構築することを含む、損傷した靱帯部位の生体内修復に使用される、（ｅ）この方法は、軟組織の生体内修復に使用される、及び／又は（ｆ）この方法は、生体内での神経修復に使用される。
【００６３】
生体内での三次元プリンティングのための装置が本明細書で開示されている。装置は、多軸ロボットアーム、ロボットアームの遠位端に固定された三次元プリンタヘッド、並びにロボットアーム及び三次元プリンタヘッドと通信する制御ユニットを含む。三次元プリンタヘッドは、生体内で三次元プリンティングにより材料を堆積するためにロボットアームの動き及びの三次元プリンタヘッドの動作を制御するべく制御ユニットと協働するように構成される。
【００６４】
一実施形態では、三次元プリンタヘッドは、整形外科手技に用いられるスペーサをプリントするように構成される。
【００６５】
一実施形態では、三次元プリンタヘッドは、２つの隣接する椎骨間にスペーサをプリントするように構成される。
【００６６】
一実施形態では、三次元プリンタヘッドは、ポリエーテル−エーテル−ケトンから構造体をプリントするように構成される。
【００６７】
一実施形態では、三次元プリンタヘッドは、チタン合金から構造体をプリントするように構成される。
【００６８】
一実施形態では、三次元プリンタヘッドは、多孔性オブジェクトをプリントするように構成される。
【００６９】
一実施形態では、制御ユニットは、磁気共鳴画像システム及びコンピュータ断層撮影システムのうちの少なくとも１つと通信し、制御ユニットは、磁気共鳴画像システム及びコンピュータ断層撮影システムのうちの少なくとも１つによって行われる術前スキャンによって生成される患者に特異的なプリントされるモデルを受信するように構成される。
【００７０】
生体内での三次元プリンティングのための装置を提供することを含む、患者に治療を提供する方法も本明細書で開示されている。装置は、多軸ロボットアーム、ロボットアームの遠位端に固定された三次元プリンタヘッド、並びにロボットアーム及び三次元プリンタヘッドと通信する制御ユニットを含む。方法は、ロボットアーム及び三次元プリンタヘッドの動きを制御することと、三次元プリンタヘッドによって生体内で材料を堆積することを含む。
【００７１】
一実施形態では、方法は、整形外科手技でスペーサを生体内でプリントすることを含む。
【００７２】
一実施形態では、方法は、２つの隣接する椎骨間にスペーサを生体内でプリントすることを含む。
【００７３】
一実施形態では、方法は、ポリエーテル−エーテル−ケトン材料から構造体を生体内でプリントすることを含む。
【００７４】
一実施形態では、方法は、チタン合金から構造体を生体内でプリントすることを含む。
【００７５】
一実施形態では、方法は、多孔性オブジェクトを生体内でプリントすることを含む。
【００７６】
一実施形態では、方法は、制御ユニットと磁気共鳴画像システム及びコンピュータ断層撮影システムのうちの少なくとも１つとの間の通信を確立することと、磁気共鳴画像システム及びコンピュータ断層撮影システムのうちの少なくとも１つによって行われる術前スキャンを生成することと、制御ユニットによって患者に特異的なプリントされるモデルを受信することを含む。
【００７７】
図面は、本発明を例示する目的で、開示された主題の実施形態を示す。しかしながら、本出願は、図面に示された正確な配置及び手段に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１Ａ】本発明に従って形成された代表的な頚椎前方スペーサを例示する図である。
【図１Ｂ】本発明に従って形成された代表的な後方経路腰椎椎体間スペーサを例示する図である。
【図１Ｃ】本発明に従って形成された代表的な経椎間孔腰椎椎体間スペーサを例示する図である。
【図２Ａ】本発明に従って形成された代表的なＣｏｔｔｏｎ  Ｗｅｄｇｅスペーサを例示する図である。
【図２Ｂ】本発明に従って形成された代表的なＥｖａｎｓ  Ｗｅｄｇｅスペーサを例示する図である。
【図３Ａ】代表的な頸椎前方除圧固定術のインプラント構成を例示する図である。
【図３Ｂ】代表的な後外側椎体間固定術のインプラント構成を例示する図である。
【図３Ｃ】代表的な経椎間孔椎体間固定術のインプラント構成を例示する図である。
【図４Ａ】本発明に従って形成された代表的なロボットアームを例示する図である。
【図４Ｂ】本発明に従って形成された代表的なロボットアームを例示する図である。
【図５】本発明に従って形成された代表的な３Ｄプリンタヘッドを例示する図である。
【図６】本発明に従って形成された生体内ロボット３Ｄプリンタのための代表的なワークフローを例示する図である。
【図７】２つの隣接する椎骨間にスペーサをプリントする代表的な生体内ロボット３Ｄプリンタを例示する図である。
【図８】スペーサを骨に固定するための代表的な嵌合機構を例示する図である。
【図９】本発明の多機能ロボットシステムの概略図である。
【図１０Ａ】図９の詳細１０Ａの拡大部分切取図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａのプリンタヘッドの正面図である。
【図１０Ｃ】多軸ポジショナを例示する図１０Ｂの多機能ヘッドの拡大部分切取図である。
【図１１】滅菌境界を例示する図１０Ｂの多機能ヘッドの概略図である。
【図１２Ａ】小型ロボット医療機器の概略図である。
【図１２Ｂ】体の内腔内に示された図１２Ａの小型ロボット医療機器の概略図である。
【図１３】図１２Ａの小型ロボット医療機器のインタラクティブなグループの概略図である。
【図１４Ａ】歪みゲージ及び力センサと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｂ】圧力センサと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｃ】撮像センサと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｄ】無線通信システムと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｅ】医療用スキャフォールドを選択的に変形させるための装置と共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｆ】医療用スキャフォールドの硬度、組成、及び／又は密度を選択的に変化させるための装置と共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｇ】医療用スキャフォールドの一部又は全部を選択的に溶解するように構成されたモジュールと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｈ】異なる密度の層と共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１５Ａ】サイズ設定前の、２つの椎骨間に位置決めされている本発明の医療用スキャフォールドの前駆状態の概略的な冠状面図である。
【図１５Ｂ】サイズ設定後の、２つの椎骨間に位置決めされている本発明の医療用スキャフォールドの概略的な冠状面図である。
【図１６Ａ】収縮した状態の、本発明の医療用スキャフォールドの一実施形態の概略図である。
【図１６Ｂ】膨張した状態の、図１６Ａの医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１７Ａ】本発明のセグメント化された医療用スキャフォールドの軸方向の分解図である。
【図１７Ｂ】共に使用する相互係止特徴を示している、図１７Ａの医療機器のセグメントのうちの１つの斜視図である。
【図１８】固体非血管新生ゾーン及び血管新生ゾーンと共に示される本発明の医療用スキャフォールドの冠状面図である。
【図１９Ａ】部分的な裂傷を伴う靱帯の軸方向の図である。
【図１９Ｂ】裂傷の中に本発明の医療用スキャフォールドが配置されている、図１９Ａの靱帯の軸方向の図である。
【図１９Ｃ】断裂した靱帯部位に配置された医療用スキャフォールドの冠状面図である。
【図２０】医療用スキャフォールドが留置されている、骨折した骨の概略図である。
【図２１】周囲に管状の医療用スキャフォールドが配置されている、断裂した神経の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
図１Ａ〜図１Ｃは、隣接する椎骨の癒合を支援するのに用いられる例示的な脊椎スペーサ５を示す。図１Ａは、隣接する椎骨の癒合を支援するのに用いられる頚椎スペーサ１０を例示する。このスペーサは、頚椎前方除圧固定術手技の一部として用いられる。図１Ｂは、後方経路腰椎椎体間固定術に用いられるスペーサ２０を例示する。図１Ｃは、経椎間孔腰椎椎体間固定術に用いられるスペーサ２５を例示する。スペーサ１０、２０、及び２５は、骨成長を可能にするために中空の内部領域１５を有し得る。中空の領域１５には、骨成長を刺激するために骨補填材又は当該技術分野では公知の他の材料が充填され得る。スペーサ１０、２０、及び２５はＰＥＥＫポリマーから製造されたものが示されているが、これらのインプラントは、チタン合金を含むがこれに限らない他の適切な生物適合性材料から製造されてもよいことを理解されたい。
【００８０】
図２Ａ及び図２Ｂは、整形外科の四肢手術に用いられる例示的なスペーサを示す。図２Ａは、内側楔状骨の骨切り術に用いられるＣｏｔｔｏｎ  Ｗｅｄｇｅと呼ばれるスペーサ３０を例示する。図２Ｂは、中足骨の延長骨切り術に用いられるＥｖａｎｓ  Ｗｅｄｇｅと呼ばれるスペーサ３５を例示する。スペーサ３０及び３５は、骨成長を可能にするために中空の内部領域１５を有し得る。中空の領域１５には、骨成長を刺激するために骨補填材又は当該技術分野では公知の他の材料が充填され得る。スペーサ３０及び３５は多孔性チタン合金から製造されたものが示されているが、これらのインプラントは、他の適切な生物適合性材料から製造されてもよいことを理解されたい。
【００８１】
図３Ａは、代表的な頸椎前方除圧固定術のインプラント構成を例示する。椎骨の間隔を維持し、頚椎の隣接する椎骨３６の癒合を支援するために、２つのスペーサ１０が用いられる。椎骨を定位置に固定し、骨癒合が起こることを可能にするべく隆起した構造を作製するために、プレート３７Ａが用いられ得る。プレート３７Ａは、スクリュー３７Ｂを使用して椎骨３６に固定される。図３Ｂは、代表的な後方経路腰椎椎体間固定術手技を例示する。椎骨の間隔を維持し、腰椎の隣接する椎骨３８の癒合を支援するために、２つのスペーサ２０が用いられる。構造を補強するために椎弓根スクリュー３９Ａ及びロッド３９Ｂが用いられる。図３Ｃは、代表的な経椎間孔腰椎椎体間固定術手技を例示する。椎骨の間隔を維持し、腰椎の隣接する椎骨３８の癒合を支援するために、スペーサ２５が用いられる。構造体を補強するために椎弓根スクリュー３９Ａ及びロッド３９Ｂが用いられる。図示したスクリュー及びロッドは３Ｄプリントすることができ、又は既製のスクリュー及びロッドを使用して、３Ｄプリントされたスキャフォールドを補うことができる。
【００８２】
図４Ａは、３Ｄプリンタヘッドを制御するのに用いることができる例示的なロボットアーム４０を示す。このロボットアーム４０は、内視鏡により配置されるように構成することができる。動きが３つの基本的なｘ、ｙ、及びｚ軸に制限される従来の３Ｄプリンタとは異なり、ロボットアーム４０は、ロボットがスペーサ、スキャフォールド、又はインプラントなどのオブジェクトをプリントするために必要な領域にアクセスするのに十分な自由度を有することを可能にするべく多くの軸を有し得る。
【００８３】
ロボットアーム４０は、６軸ロボットアームであり得る。ファナックＪ１軸としても知られるＳ軸４５は、ロボットベース８０に存在し、ロボットアームが左から右に回転することを可能にする。この動きにより、作業領域がアームの両側と後ろの領域を含むように拡張され、したがって、アームを患者の周りの多くの位置に位置決めすることが可能となる。この軸により、ロボットはその中心点で全回転まで回転することができる。Ｌ軸は、ロボットの下側アーム８５が前方及び後方に延びることを可能にする。これは、下側アーム全体の動きをもたらす軸である。この軸は、ファナックＪ２軸としても知られる。Ｕ軸５５は、ロボットの垂直リーチを拡張する。これは、上側アーム９０が体の後ろまで届くことを可能にし、作業範囲をさらに拡大する。この軸は、上側アーム９０に解剖学的構造領域へのより良好なアクセスを提供し、ファナックＪ３軸とも呼ばれる。Ｒ軸６０は、エンドエフェクタ（この例では３Ｄプリンタヘッド）の位置決めを支援するべくＢ軸６５と協働する。リストロールとして知られるこの軸は、上側アーム９０を円運動で回転させる。この軸は、ファナックＪ４軸としても知られる。Ｂ軸６５により、リスト７０を上下に傾けることができる。この軸は、ピッチとヨーの動きを担う。この軸は、ファナックＪ５軸としても知られる。Ｔ軸７０は、ロボットアームのリストである。これは、ねじり運動を担い、ロボットが円運動で自由に回転することを可能にする。これはファナックＪ６としても知られる。Ｔ軸７０に取り付けられているのは、３Ｄプリンタヘッド９５（図５）を取り付けるためのマウンティングプレート７５である。
【００８４】
代替的に、図４Ｂは、例示的な可撓性ロボットアーム８５を示す。可撓性ロボットアーム８５は、それぞれ複数の自由度を可能にする多くの個々のジョイント９０で構成されている。ロボットアーム８５は、ベース８０に取り付けることができ、３Ｄプリンタヘッド９５（図５）を取り付けるためのマウント７５を端に有する。制御ユニット（例えば、図９の制御ユニット２１０）は、ロボットアーム８５及び３Ｄプリンタヘッド９５の正確な位置決め及び機能を可能にするべくこれらと通信する。
【００８５】
図５は、例示的なプリンタヘッド９５を示す。プリンタヘッド９５は、プリント用の材料を押し出すためのオリフィス１００を有する。材料供給ライン１０５は、プリントに用いるための原材料をプリンタヘッドに移送する。プリンタヘッドを制御し、プリント部分に冷却を提供するための追加のライン１１０が存在し得る。
【００８６】
プリンタヘッド９５は、以下の３Ｄプリント技術のいずれかと適合性があり得る：光造形法（ＳＬＡ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）、電子ビーム溶融法（ＥＢＭ）、及び薄膜積層法（ＬＯＭ）。要約すれば、これらの技術は、構造体を造形するべく複数の薄い層を互いに溶着させることによって材料を層状にプリントする。３Ｄプリントされたオブジェクトは、完全に固体、完全に多孔性とすることができ、又は、固体構造と多孔性構造との両方の領域を有し得る。
【００８７】
これらのプリント技術を使用して多くの異なるポリマー、金属合金、セラミックス、及び複合材を３Ｄプリントすることができる。適切なポリマーとしては、ポリアリール−エーテル−ケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテル−エーテル−ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（グリコール酸）（ＰＧＡ）、及びポリ（乳酸）（ＰＬＡ）が挙げられる。さらに、これらの技術を使用して多くの異なる金属合金を３Ｄプリントすることができる。適切な金属合金としては、チタン６−アルミニウム４−バナジウム（Ｔｉ−６−４）、工業用純チタン（ＣＰ−Ｔｉ）、コバルト−クロム−モリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）、及び３１６ステンレス鋼（３１６ＳＳ）が挙げられる。適切なセラミックスとしては、酸化アルミニウム材料及びリン酸カルシウム材料（リン酸三カルシウム、カルシウムヒドロキシアパタイトなどを含む）が挙げられる。適切な複合材としては、炭素繊維材料が挙げられる。これらは例示的な生物適合性材料を表し、すべての適合性がある材料の網羅的なリストを意味するものではないことを理解されたい。プリントされる材料に応じて、押出しノズルが材料を十分に加熱することで材料をプリント可能にし得る。これは、熱抵抗加熱法又は超音波エネルギーで達成され得る。金属合金（及びポリマーのサブセット）の場合、材料を加熱及び溶着するのにレーザが用いられ得る。さらに、３Ｄプリンティングのために光硬化性ポリマーが使用され得る。光硬化性ポリマーを使用するとき、プリンタヘッドは、ポリマーを硬化させるのに十分な波長及び出力の光源と、光硬化性ポリマーを押し出すためのオリフィスとの両方を有する。
【００８８】
図６は、生体内ロボット３Ｄプリンティングのための代表的なワークフローを例示する。手術の前に、病変組織又は損傷組織を含む解剖学的構造のコンピュータモデルを生成するために、患者は術前のＣＴ／ＭＲＩスキャン１１５を受ける場合がある。このコンピュータモデルは、手術計画及びプリントするオブジェクトの３Ｄコンピュータモデルを生成するために患者の年齢、身長、体重、隣接する解剖学的構造、及び他の生理学を考慮に入れてコンピュータ１２０を通じて実行することができる。次いで、このモデルは、プリントするためにロボット３Ｄプリンタ１２５に送信される。
【００８９】
図７は、頚椎前方除圧固定術に用いるための頸部スペーサの生体内ロボット３Ｄプリンティングを例示する。この手技では、椎間板スペースを露出させるために最初に切開がなされる。椎間板の変性した部分が除去され、スペーサのために椎骨の終板を準備するのに座金が用いられる。椎間板スペースを露出し、椎間板の変性した部分を除去するプロセスは、ロボットアーム及び適切な付属装置（すなわち、外科用メス、高速座金）を用いて達成することができることを理解されたい。変性した椎間板が除去され、終板の準備ができると、ロボット３Ｄプリンタは、２つの椎骨間に直接、患者に特異的なスペーサ５をプリントすることができる。
【００９０】
図７に示すように、外科的手技中に整形外科インプラントを生体内で作製するためのシステムは、ヘッド９５、オリフィス１００、及び／又はスペーサ５などのオブジェクトと通信する熱放散システム１５０及び副産物及び廃棄物除去システム１５１を含む。熱放散システム１５０及び副産物及び廃棄物除去システム１５１は、スペーサ５と周囲の骨及び組織の温度を制御し、必要に応じて熱を放出する又は加えるために、ヘッド９５内に又は本体の外部に配置された１つ以上の熱交換器１５４、１５４’及び貯蔵システム１５５、１５５’と連通する。副産物及び廃棄物除去システム１５１は、プリントプロセス中に生じた廃棄物を排出するように構成され、プリント領域に材料を供給するのに用いることができる。外科的手技中に整形外科インプラントを生体内で作製するためのシステムは、インプラントが形成されている際に及び硬化した後にインプラント（例えば、スペーサ５）のサイズ、硬度、形状をリアルタイムで測定し、場合によっては、インプラントの画像を記録し、このような画像及び測定値をヘッド９５内に及び／又は本体の外部に配置されたコンピュータプロセッサ１５３、１５３’にリアルタイムで送信するための撮像システム１５２をさらに含む。
【００９１】
椎骨の終板を準備している間に、椎骨間にスペーサを嵌合するための溝、穴、又は他の機構を作製することができることを理解されたい。図８は、スペーサ５を隣接する椎骨３６、３８に固定するための代表的な嵌合機構を例示する。３Ｄプリンティングを開始する前に、終板１３５に凹嵌合機構１３０を切り込むことができる。スペーサ５がプリントされると、凹嵌合機構１３０を埋めるべく凸嵌合機構１４０がプリントされる。したがって、スペーサは、プリントされるときに両方の椎骨内にしっかりと係合する。
【００９２】
図９に示すように、生体内手技を行うための多機能ロボットシステムは、概して参照符号２００で示される。システム２００は、内視鏡により配置されるように構成することができる。多機能ヘッド２９５は、標的部位を調査し、それに応じて該部位を準備するように構成される。例えば、多機能ヘッド２９５は、損傷組織又は病変組織などの材料を除去するように構成される材料排出システムを含む。多機能ロボットシステム２００は、手技全体にわたって直接の可視化及び即時のフィードバックを使用する。臨床医は、直接の可視化とフィードバックを使用して、椎間板髄核スペースを清浄にし、可撓性器具で軟らかい骨髄を除去する。例えば、臨床医は、本明細書で説明されるように、レーザスキャナを使用して空洞を可視化し、その清浄度を判定し、空洞の画像を取得し、骨のどこに医療用スキャフォールド２０５を留置するかを決定する。どれが骨でどれが軟らかい骨髄かを区別するために骨の密度を判定するのにセンサ又は他のツールが用いられる。
【００９３】
ロボットシステム２００は、コンピュータプロセッサ２１２を内部に有する制御ユニット２１０を含む。コンピュータプロセッサ２１２は、本明細書で説明されるように実行可能ソフトウェア２１４と共に構成される。ロボットシステム２００は、ベース２８０にピボット運動可能にマウントされたロボットアーム２４０を含む。ベース２８０は、信号導体２１０Ａを介して制御ユニット２１０と通信する制御モジュール２８１を含む。ロボットアーム２４０は、図４Ａ及び図４Ｂに関して本明細書で説明されるように、多軸運動用に構成される。多機能ロボットシステム２００は生体内手技に用いられるものとして説明されるが、多機能ロボットシステム２００は、生体外手技、生体内手技と生体外手技の組み合わせに用いることができ、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して本明細書で説明されるように１つ以上の小型医療機器５０５と協働し得るので、本発明はこれに関して限定されない。
【００９４】
図１０Ａに示すように、ロボットアーム２４０は、内部に複数の通路２４０Ｐを有するケーシング２４０Ｃを備える。ケーシング２４０Ｃは、ヒトなどの生きている生物の体の内腔、或いは組織、筋、又は脂肪内に収まるように構成される。例として、ケーシングは、約２５ｍｍ以下の直径、又はアーム２４０を治療部位に内視鏡により配置することができるような直径を有することができる。
【００９５】
通路２４０Ｐは、管状であり、電線管、信号ケーブル、及びサブチューブアセンブリを収容し得る。多機能ヘッド２９５は、ロボットアーム２４０の遠位端に固定される。図９に示すように、通路２４０Ｐは、制御モジュール２８１及び多機能ヘッド２９５と連通する。
【００９６】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、多機能ヘッド２９５は、複数の通路２４０Ｐのそれぞれ１つと連通する７つの開口部２４１Ａ、２４１Ｂ、２４１Ｃ、２４１Ｄ、２４１Ｅ、２４１Ｆ、及び２４１Ｇを有する。開口部２４１Ａ、２４１Ｂ、２４１Ｃ、２４１Ｄ、２４１Ｅ、２４１Ｆ、及び２４１Ｇは、多機能ヘッド２９５の軸方向面２９５Ｆ上にあるものとして例示される。しかしながら、開口部２４１Ａ、２４１Ｂ、２４１Ｃ、２４１Ｄ、２４１Ｅ、２４１Ｆ、及び２４１Ｇは、多機能ヘッド２９５の周方向表面２９５Ｃなどの多機能ヘッド２９５の他の表面上に存在してもよく、７つより多くの又は少ない開口部を含み得る。多機能ヘッド２９５は、円筒形として例示されているが、球形の形状などの他の適切な形状が使用され得るので、本発明はこれに関して限定されない。
【００９７】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、プリンタヘッド２４２Ｅは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｅに配置され、そこから動作可能である。プリンタヘッド２４２Ｅは、図５のプリンタヘッド９５を参照して本明細書で説明されるように１つ以上の多次元オブジェクト２０５（例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ、及び図２Ｂを参照して本明細書で説明される医療用スキャフォールド、インプラント、及びスペーサ５、１０、２０、２５、３０、３５）を生体内で作製するように構成される。プリンタヘッド２４２Ｅは、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド）を生体内で造形するべく材料（例えば、ポリマー）を生体内で吐出するための材料吐出ポート２４２ＥＰを含む。
【００９８】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、多機能ロボットシステム２００は、撮像システム２４２Ａ及び／又はセンサシステム２４２Ｂを含む測定システムを含む。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、撮像システム２４２Ａは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ａに配置され、そこから動作可能である。撮像システム２４２Ａは、図９に示すように、オブジェクト２０５を受け入れるための空洞２５０Ｃを生体内で測定し、身体部分２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ（例えば、椎骨）の受入面２６０Ｆをマッピングするように構成することができる。例えば、軟組織及び硬組織の場所を含む受入面２６０Ｆの輪郭及び寸法が、撮像システム２４２Ａにより得られ、実行可能ソフトウェア２１４による分析のためにコンピュータプロセッサ２１２に送信される。コンピュータプロセッサ２１２によって輪郭及び寸法の画像及び数値が表示され、記憶される。一実施形態では、撮像システム２４２Ａは、光学的可視化システムである。コンピュータプロセッサ２１２は、空洞２５０Ｃ及び受入面２６０Ｆの三次元画像を表示し、オブジェクト２０５の適正なサイズを検証するべくオブジェクト２０５の画像をオーバーレイするように構成されたディスプレイを含む。撮像システム２４２Ａは、光学的可視化システムとして説明されているが、コンピュータ断層撮影システム、Ｘ線光学系、超音波システム、ソナーシステム、スペクトルベースの撮像システム、及び／又は磁気共鳴撮像法も使用することができるので、本発明はこれに関して限定されない。
【００９９】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、センサシステム２４２Ｂは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｂに配置され、そこから動作可能である。センサシステム２４２Ｂは、オブジェクトと身体部分２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃの受入面２６０Ｆ及びその近傍の領域の密度、硬度、解剖学的構造、振動、力、圧力、温度、及び／又は化学組成を含む特性を生体内で確かめるように構成することができる。
【０１００】
コンピュータプロセッサ２１２は、ロボットアーム、制御モジュール２８１、多機能ヘッド２９５、プリンタヘッド２４２Ｅ、撮像システム２４２Ａ、及びセンサシステム２４２Ｂと通信する。実行可能ソフトウェア２１４は、測定システムから信号を受信するように構成され、実行可能ソフトウェアは、測定システムからの信号に基づいて、オブジェクトを生体内の場所に位置決めするべくプリンタヘッド及び測定システムを制御するように構成される。
【０１０１】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、コーティング適用システム２４２Ｃは、複数の通路１４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｃ内に配置され、そこから動作可能である。コーティング適用システム２４２Ｃは、生物学的に操作された物質を貯蔵し、オブジェクト２０５及び／又は受入面２６０Ｆに適用するように構成することができる。生物学的に操作された物質は、コーティング適用システム２４２Ｃ（以下でより詳細に説明されるように開口部２４１Ｃ内又は医療機器５０５内のいずれかにある）により、オブジェクト２０５に生体内で適用することができる。代替的に、生物学的に操作された物質は、コーティング適用システム２４２Ｃ又は別の適切なコーティングシステムによりオブジェクト２０５に生体外で適用することができる。一実施形態では、生物学的に操作された物質は、コーティング適用システム２４２Ｃ内に配置され、そこからオブジェクト２０５に適用され、生物学的に操作された物質は、オブジェクト２０５をコーティングする、或いはオブジェクト２０５の中又は周囲に、例えば、オブジェクトの近傍の領域に注入できることが企図される。別の実施形態では、オブジェクト２０５は、生物学的に操作された物質から作製され、例えば、生体外で作製され、次いで、患者に埋植される、或いはプリンタヘッド２４２Ｅにより患者の生体内で３Ｄプリントされる。
【０１０２】
生物学的に操作された物質は、（ａ）血管新生促進物質、（ｂ）成長因子物質、（ｃ）免疫反応抑制物質、（ｄ）骨再生物質、及び（ｅ）組織再生物質を含むがこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、物質はナノ材料を含む。生物学的に操作された物質は、例えば、パテ、ペースト、粉末、又は液体などの任意の形態とすることができる。生物学的に操作された物質は、流動可能及び／又は注射可能とすることができる。
【０１０３】
骨再生及び組織再生物質は、オブジェクト２０５への特定の細胞の成長及び付着を促進することができるポリペプチド官能化ナノチューブを有する組成物を含むがこれに限定されない。組成物は、選択された部位又は領域に配置又は位置決めし、次いで、固化した状態に硬化させることができるように、流動可能又は成形可能とすることができる。組成物中のナノチューブは、長さにおいて約１ｎｍと約９９９ミクロンとの間に及び、ナノチューブの機能は、異なる機能がオブジェクト２０５への異なる細胞の成長及び付着を促進するように、組成物内で変化し得ることが想定される。このような組成物及びナノチューブは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，７９５，６９１号で説明されている。骨再生及び組織再生物質は、オブジェクト２０５をコーティングする及び／又はオブジェクト２０５の中及び周囲に注入することができる、又はオブジェクト自体とすることができることが企図される。オブジェクト２０５が骨再生及び組織再生物質から作製されるとき、物質は、注入又は３Ｄプリントし、生体内で硬化させることができる。代替的に、オブジェクト２０５が骨再生及び組織再生物質から作製されるとき、オブジェクトは、生体外で形成し、硬化させ、次いで、患者に埋植する、又は生体内で形成及び埋植することができる。
【０１０４】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、光学装置２４２Ｄは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｄに配置され、そこから動作可能である。光学装置２４２Ｄは、生体内画像をコンピュータプロセッサ２１２に送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信する。光学装置は、ロボットアーム２４０に近接する異なる組織を区別するために、光学及びスペクトルを切り替える能力を有するように、すなわちラマン分光法で構成される。
【０１０５】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、硬化装置２４２Ｆは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｆに配置され、そこから動作可能である。硬化装置２４２Ｆは、体腔内に堆積された材料２０５を生体内で硬化及び脱硬化させるように構成される。硬化装置２４２Ｆは、レーザ、熱源、及び／又は化学反応体を含む。
【０１０６】
図１０Ｃに示すように、多軸ポジショナ２５９Ｐは、多機能ヘッド２９５内に配置され、撮像システム２４２Ａ、センサシステム２４２Ｂ、コーティング適用システム２４２Ｃ、光学装置２４２Ｄ、プリンタヘッド２４２Ｅ（例えば、生体内のプリントヘッドの動的位置）、及び硬化装置２４２Ｆを生体内で制御及び位置決めするべく、撮像システム２４２Ａ、センサシステム２４２Ｂ、コーティング適用システム２４２Ｃ、光学装置２４２Ｄ、プリンタヘッド２４２Ｅ、硬化装置２４２Ｆ、及びコンピュータプロセッサ２１２と通信する。
【０１０７】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、開口部２４１Ｇは、ヒートシンク、材料除去／排出システム２４２Ｍ、冷却液適用システム、及び断熱システムのうちの１つ以上を含み、これらはすべて、その制御及び位置決めのために多軸ポジショナ２５９Ｐと通信する。
【０１０８】
図１１に示すように、オブジェクト２０５の生体内留置によって引き起こされる感染を軽減するために、通路２４０Ｐのそれぞれについて、ロボットアーム２４０と多機能ヘッド２９５との間に滅菌境界２６１が設けられる。
【０１０９】
一実施形態では、図９に示すように、複数の生体内小型医療機器５０５が患者の内腔に留置され、多機能ロボットシステム２００と併せて又は独立して用いられる。いくつかの実施形態では、医療機器５０５は、様々な機能を実行するために留置し、その後、システム２００により除去することができる。いくつかの実施形態では、医療機器５０５は、例えば、体による再吸収時に、治療部位に永久的に又は半永久的にとどまることができる。これらの実施形態では、１つ以上の医療機器５０５は、スキャフォールド自体とすることができる。このような医療機器５０５は、参照により本明細書に組み込まれる関連するＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／２４２４７に記載されている。図１２Ａ及び１２Ｂに示すように、例示的な体内で制御可能な医療機器（以下「医療機器」）５０５が示される。一実施形態では、医療機器５０５はカプセル形状である。医療機器５０５は、遠位端５１０、近位端５１５、及び遠位端５１０と近位端５１５を接続する本体５２０を有する。一実施形態では、制御ユニット、電源システム、機器内貯蔵システム、撮像システム、治療システム、サンプル及びデータ収集システム、及び物質分与システムは、本明細書で説明されるように医療機器５０５の本体５２０内に存在し得る。一実施形態では、医療機器５０５は、多機能ヘッド２９５に関連して前述したタスク及び機能を実行することによって、多機能ロボットシステム２００の一部と協調して動作する。例えば、一実施形態では、医療機器５０５はその本体５２０に、撮像システム２４２Ａ、センサシステム２４２Ｂ、コーティング適用システム２４２Ｃ、光学装置２４２Ｄ、プリンタヘッド２４２Ｅ、及び硬化装置２４２Ｆのうちの１つ以上を含む。医療機器５０５に含まれていない機能（すなわち、測定、感知など）は、多機能ヘッド２９５で維持される。前述の機能に加えて、医療機器５０５は、物質分与又は送達、及びサンプル収集などの他の機能も実行できることがさらに企図される。物質分与又は送達及び／又はサンプル収集は、医療機器５０５が多機能であるように前述の機能に加えて行うことができ、又は前述の機能とは独立して行うことができ、例えば、多機能ヘッド２９５は測定、感知などを含み、一方、医療機器は、医薬品、骨成長材料、オブジェクトを設置するためのハードウェアなどを送達する。
【０１１０】
本明細書に例示していないが、複数の医療機器５０５が患者内に留置されるとき、複数の医療機器は、撮像システム２４２Ａを有する第１の医療機器、センサシステム２４２Ｂを有する第２の医療機器、コーティング適用システム２４２Ｃを有する第３の医療機器、光学装置２４２Ｄを有する第４の医療機器、プリンタヘッド２４２Ｅを有する第５の医療機器、及び硬化装置２４２Ｆを有する第６の医療機器、のうちの２つ以上の組み合わせを含むことが企図される。医療機器５０５に含まれていない機能（すなわち、測定、感知など）は、多機能ヘッド２９５で維持される。
【０１１１】
前述の機能に加えて、複数の医療機器における医療機器５０５のそれぞれは、物質分与又は送達及びサンプル収集などの他の機能も実行できることがさらに企図される。物質分与又は送達及びサンプル収集は、医療機器５０５が多機能であるように前述の機能に加えて行うことができ、又は前述の機能とは独立して行うことができ、例えば、多機能ヘッド２９５又は１つ以上の他の医療機器５０５は、治療部位の様々な態様を測定する、例えば、撮像する及び／又は感知することを含む。一実施形態では、医療機器５０５は、本明細書で開示される生物学的に操作された物質、医薬品、骨成長材料、オブジェクトを設置するためのハードウェアを送達し、サンプルを収集する。一実施形態では、医療機器５０５は、多機能ヘッド２９５を介して多機能ロボットシステム２００によって生体内留置される。
【０１１２】
体内で制御可能な医療機器５０５は、ナビゲートする必要のある解剖学的構造、及びこれを送達するのに用いられる方法に応じて寸法設定される。例えば、消化管内で動作する医療機器の全体寸法は、直径約２５ｍｍ、長さ約７５ｍｍであり得る。
【０１１３】
図１２Ｂに示すように、医療機器５０５は、内部領域５２０Ａを有する本体５２０を含む。第１の推進システム５３０Ａ及び第２の推進システム５３０Ｂ（例えば、スプロケット及びトラックシステム）は、ホスト構造体３２０に接続される。第１の推進システム５３０Ａ及び第２の推進システム５３０Ｂが示され説明されているが、本発明の広い態様から逸脱することなく１つだけの推進システム又は２つよりも多い推進システムが使用され得るので、本発明はこれに関して限定されない。第１の推進システム５３０Ａと第２の推進システム５３０Ｂは、ヒトなどの生きている生物の内腔５００（又は組織、筋、又は脂肪）に収まるように適合された小型サイズの周囲境界５２３（例えば、表皮又は外面）をなすように構成可能である。一実施形態では、医療機器５０５は、骨内の骨髄の中をナビゲートするように構成される。一実施形態では、後退可能な、取り外し可能な、又はピボット運動可能な部材５２４（例えばドア、ウィンドウ、又はフラップ）が開口部５２２を選択的に覆う。推進システム５３０Ａ及び５３０Ｂは、内腔５００内で機器５０５を移動させるために用いられ得る。加えて、推進システム５３０Ａ及び５３０Ｂは、向き制御装置５３１Ａ及び５３１Ｂとして用いられ得る。推進システムは、内腔５００内の機器の位置を維持するべくより小さい及び／又は細かい移動を生み出すことができ、内腔５００、組織、筋、又は脂肪内の機器の向きを変えるために用いることができる。内腔５００、組織、筋、又は脂肪内の医療機器５０５の向きの制御は、機器内貯蔵システム、撮像システム、治療システム、サンプル及びデータ収集システム、及び／又は物質分与システムが、内腔、組織、筋、骨髄、又は脂肪内の関心領域に隣接することを可能にする。
【０１１４】
図１２Ｂに示すように、第１の電源５４０Ａ及び第２の電源５４０Ｂが、（例えば、５１１Ｐとマークされた破線で概して示される電源導体又は伝送線路又はチャネルを介して）第１の推進システム５３０Ａ及び第２の推進システム５３０Ｂと通信する。第１の電源５４０Ａ及び第２の電源５４０Ｂは、第１の推進システム５３０Ａ及び第２の推進システム５３０Ｂと通信するものとして図示及び説明されているが、１つだけの電源又は２つよりも多い電源を使用することができ、電源のいずれか（例えば、５３０Ａ又は５３０Ｂ）が１つ以上の推進システム（例えば、５４０Ａ又は５４０Ｂ）と通信することができるので、本発明はこれに関して限定されない。
【０１１５】
図１２Ｂに示すように、制御ユニット５５０が、（例えば、５１１Ｓとマークされた破線で概して示される信号伝送線路、配線、又は無線チャネルを介して）第１の推進システム５３０Ａ、第２の推進システム５３０Ｂ、第１の電源５４０Ａ、及び第２の電源５４０Ｂと通信する。制御ユニット５５０は、ホスト構造体５２０、第１の推進システム５３０Ａ、第２の推進システム５３０Ｂ、及び制御ユニット５５０が内腔５００内で自己操作可能であるようにホスト構造体５２０、第１の推進システム５３０Ａ、及び第２の推進システム５３０Ｂを内腔５００内で移動させるべく第１の推進システム５３０Ａ、第２の推進システム５３０Ｂを制御するように構成された、コンピュータプロセスコントローラ５５５を含む。
【０１１６】
図１２Ｂに示すように、追跡装置５５１、信号送信器５５２、及び信号受信器５５３が、内腔５００内の医療機器５０５を追跡及びガイドするために信号線５１１Ｓを介して制御ユニット５５０と通信する。
【０１１７】
図１３に示すように、一実施形態では、医療機器５０５のインタラクティブなグループは、コンピュータプロセッサ２１２と通信する。
【０１１８】
図１３に示すように、機器のインタラクティブなグループは、互いに及び／又は外部のコンピュータベースの制御システムと通信する２つ以上の機器５０５を含む。２つ以上の医療機器５０５は、医療機器がグループとして一緒に動作して、意図された機能動作を達成し、そうでなければ内腔内に収まらないものよりも小さいサイズの個々の医療機器５０５を使用できるように、電源、医療機器、貯蔵コンパートメント、及び補助装置などのコンポーネントを医療機器間で分担するべく互いに協働するように構成される。医療機器５０５のインタラクティブなグループは、さらなる機能を提供するべく複数の医療機器５０５の群れとして一団となって動作するように構成することができる。医療機器５０５のインタラクティブなグループは、内腔を通る医療機器５０５の推進を支援するべく、医療機器間に繋留装置５７０又は牽引装置（例えば、ウィンチ）を含む。加えて、医療機器５０５は、機器間で無線通信５６５し得る。医療機器５０５は、体２９０の外部に配置された受信器又はコントローラ５８０と通信し得る。医療機器５０５は、同じ室内にいる又は患者とは異なる場所にいるオペレータと通信し、該オペレータによって制御される、ドローンのように動作し得る。さらに、機器の群れを考えるときに、２つ以上の制御可能な医療機器５０５が留置され得る。第１の医療機器５０５は、群れのグループを離れて、関心領域にナビゲートされ得る。この機器５０５は、第１のタスクを行い、群れの中の他の機器に通信を返し、第１の機器５０５へナビゲートするべく第２の機器５０５に指示することができる。第２の機器５０５は、その特定の能力のために群れの中のいくつかの機器から選択され得る（例えば、第２の機器５０５は、追加のバッテリ、撮像システム、治療システム、サンプル及びデータ収集システム、及び／又は物質分与システムを有し得る）。第２の機器５０５は、能力を第１の機器５０５に伝達することができ、又は第２の機器５０５は、その特定の能力に関連したタスクを行うことができる。この群れからの機器のシリアル通信及び留置は、所望の手技が完了するまで続けることができる。
【０１１９】
図９に示すように、位置決め後監視システム２７７Ａ及び位置決め後変更システム２７７Ｂは、それぞれコンピュータプロセッサ２１２と通信する。一実施形態では、位置決め後監視システム２７７Ａは、生体内（例えば、体２９０の内部）に存在し、別の位置決め後監視システム２７７Ａは、体２９０の外部に存在する。生体内位置決め後監視システム２７７Ａ、及び／又は生体内位置決め後変更システム２２７Ｂは、１つ以上の医療機器５０５内に配置できることが企図される。位置決め後監視システム２７７Ａは、受入面２６０Ｆに対するオブジェクト２０５の位置を監視するように構成される。位置決め後変更システム２７７Ｂは、生体内（例えば、体２９０の内部）に存在し、実行可能ソフトウェア２１４から受信したコマンドに基づいてオブジェクト２０５を再配置及び変更するように構成される。
【０１２０】
図１４Ａ〜図１４Ｇに示される例示的な実施形態に示すように、撮像システム、センサシステム、位置決め後監視システム、及び／又は位置決め後変更システムは、本明細書で説明されるようにオブジェクト２０５内に配置される。
【０１２１】
図１４Ａに示すように、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド、インプラント）は、オブジェクト２０５のフィット及び時間の関数としてのフィットの変化を測定するために、それに取り付けられた歪みゲージ及び力センサのネットワーク２８８Ａを有する。ネットワーク２８８Ａは、ネットワーク２８８Ａによって収集された信号及びデータをコンピュータプロセッサ２１２に送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信する。歪みゲージ及び力センサのネットワーク２８８Ａは、医療機器５０５のうちの１つ以上と通信することが企図される。
【０１２２】
図１４Ｂに示すように、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド、インプラント）は、椎骨２０５（図９参照）によってオブジェクト２０５にかかる圧力などのオブジェクト２０５の周りの外部環境の変化を監視するためにオブジェクト２０５内に配置された（例えば、組み込まれた）圧力センサのネットワーク２８８Ｂを有する。ネットワーク２８８Ｂは、ネットワーク２８８Ｂによって収集された信号及びデータをコンピュータプロセッサ２１２に送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信する。圧力センサのネットワーク２８８Ｂは、医療機器５０５のうちの１つ以上と通信できることが企図される。
【０１２３】
図１４Ｃに示すように、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド、インプラント）は、オブジェクト２０５の周りの外部環境の変化を監視するためにオブジェクト２０５内に配置された（例えば、組み込まれた）（例えば、Ｘ線撮影法、磁気共鳴撮像法、医療超音波検査法又は超音波、共焦点顕微鏡法、エラストグラフィ、光干渉断層撮影法、触覚撮像、サーモグラフィ、スペクトル撮像、及び医用デジタル写真の）撮像センサのネットワーク２８８Ｃを有する。ネットワーク２８８Ｃは、ネットワーク２８８Ｃによって収集された信号及びデータをコンピュータプロセッサ２１２に送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信する。撮像センサのネットワーク２８８Ｃは、医療機器５０５のうちの１つ以上と通信できることが企図される。
【０１２４】
図１４Ｄに示すように、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド、インプラント）は、ネットワーク２８８Ｃによって収集された信号及びデータをコンピュータプロセッサ２１２に送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信するために、オブジェクト２０５内に配置された（例えば、組み込まれた）無線通信システム（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ／ｗｉｆｉ、又は任意の公知の無線通信システム）を備えるネットワーク２８８Ｄを有する。撮像センサのネットワーク２８８Ｄは、医療機器５０５のうちの１つ以上と通信できることが企図される。
【０１２５】
図１４Ｅに示すように、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド、インプラント）は、空洞２５０Ｃ内のオブジェクト２０５のフィットを調整するためにオブジェクト２０５内に配置された（例えば、組み込まれた）オブジェクトを選択的に変形させる（例えば、矢印Ｄ１の方向に膨張させる又は矢印Ｄ２の方向に収縮させる）ための装置２８８Ｅを有する（図９参照）。装置２８８Ｅは、オブジェクト２０５の選択的変形のための信号を装置２８８Ｅに送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信する。装置２８８Ｅは、医療機器５０５のうちの１つ以上と通信できることが企図される。
【０１２６】
図１４Ｆに示すように、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド、インプラント）は、空洞２５０Ｃ内のオブジェクト２０５のフィットを調整するためにオブジェクト２０５内に配置された（例えば、組み込まれた）オブジェクトの硬度、組成、及び／又は密度（例えば、緊張又は弛緩）を選択的に変化させるための装置２８８Ｆを有する（図９参照）。装置２８８Ｆは、オブジェクト２０５の硬度、組成、及び／又は密度を選択的に変化させるための装置２８８Ｆに信号を送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信する。装置２８８Ｆは、医療機器５０５のうちの１つ以上と通信できることが企図される。
【０１２７】
図１４Ｇに示すように、オブジェクト２０５（例えば、医療用スキャフォールド、インプラント）は、空洞２５０Ｃ（図９参照）内のオブジェクト２０５のフィットを調整するためにオブジェクト２０５内に配置された（例えば、組み込まれた）オブジェクト２０５の一部又は全部を選択的に溶解するように構成されたモジュール２８８Ｇを含む。装置２８８Ｇは、オブジェクトの選択的変形のための信号を装置２８８Ｇに送信するべくコンピュータプロセッサ２１２と通信する。モジュール２８８Ｇは、医療機器５０５のうちの１つ以上と通信できることが企図される。
【０１２８】
図１４Ｈに示すように、オブジェクト２０５は、異なる密度の層Ｄ３及びＤ４を含む。
【０１２９】
前述のように、一実施形態では、プリンタヘッド２４２Ｅ、撮像システム２４２Ａ、センサシステム２４２Ｂ、位置決め後監視システム２７７Ａ、及び／又は位置決め後変更システム２７７Ｂは、例えば図１２Ａ、図１２Ｂ、及び図１３に例示されるように、生体内構成で１つ以上の小型医療機器５０５内に存在する。位置決め後監視システム２７７Ａは、体２９０内へのオブジェクト２０５の最初の設置後に留置され、受入面２６０Ｆに対するオブジェクト２０５のフィットを示す条件パラメータを取得し、条件パラメータをコンピュータプロセッサ２１２に送信する。実行可能ソフトウェアは、条件パラメータを分析し、オブジェクト２０５への変更を実施するべく位置決め後変更システム２７７Ｂへの信号を生成する。
【０１３０】
図１５Ａに示すように、一実施形態では、医療用スキャフォールド２０５は、ネガティブ技術を使用して形成される。例えば、医療用スキャフォールド２０５’は、空洞２５０Ｃ又はその近傍の領域に材料を注入するためにプリンタヘッド２４２Ｅを使用して空洞２５０Ｎ内で及び／又は空洞２５０Ｃの近傍の領域内でオーバーサイズ（例えば、空洞２５０Ｃに対してオーバーサイズ）の状態に生体内で形成される。図９に示すように、多機能ヘッド２９５は、１つ以上の開口部２４１Ａ、２４１Ｂ、２４１Ｃ、２４１Ｄ、２４１Ｅ、２４１Ｆ、及び２４１Ｇに及び／又は通路２４０Ｐのうちの１つ以上に配置された材料除去システム２４２Ｍ（例えば、機械加工システム、スクレーパ、真空、及び／又は溶解システム）を含む。図１５Ｂに示すように、受入面２６０Ｆ及びその近傍の領域の特性に基づいて所定の適正に寸法設定された医療用スキャフォールド２０５を作製するべくオーバーサイズの医療用スキャフォールド２０５’から材料を除去するために生体内で材料除去システム２４２Ｍが使用される。オーバーサイズの医療用スキャフォールド２０５’から除去された材料は、吸引システムにより廃棄される及び／又は生体内で溶解される。適正に寸法設定された医療用スキャフォールド２０５（例えば、インプラント）は、図１５Ｂに示すように、椎骨２２０Ａの硬い骨ＨＢの上に着座し、椎骨２２０Ａの軟組織ＳＴから離して配置されるように寸法設定される。いくつかの実施形態では、医療用スキャフォールド２０５は、空洞に対して特定のサイズに形成することができ、その後、材料除去システム２４２Ｍが、スキャフォールド２０５に孔又は空隙を作製するべくスキャフォールド２０５の１つ以上の部分を除去することができる。いくつかの実施形態では、孔又は空隙の中に、１つ以上の物質、例えば、スキャフォールド２０５の周りの細胞付着及び成長を促進する物質を注入することができる。
【０１３１】
図１５Ｃに示すように、医療用スキャフォールド２０５は、生体内又は生体外でプリンタヘッド２４２Ｅによって層２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ、２０６Ｄ、２０６Ｅ、２０６Ｆ、２０６Ｇ、及び２０６Ｈを互いに連続的に適用することにより付加的に形成される複数の層２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ、２０６Ｄ、２０６Ｅ、２０６Ｆ、２０６Ｇ、及び２０６Ｈを有する。層２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ、２０６Ｄ、２０６Ｅ、２０６Ｆ、２０６Ｇ、及び２０６Ｈは、軸方向に、半径方向に、周方向に、及びその組み合わせで形成される。層２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ、２０６Ｄ、２０６Ｅ、２０６Ｆ、２０６Ｇ、及び２０６Ｈの数及びサイズは、適正に寸法設定された医療用スキャフォールド２０５を作製するべく実行可能ソフトウェア２１４によって決定される。互いに付加的に形成された材料の層２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ、２０６Ｄ、２０６Ｅ、２０６Ｆ、２０６Ｇ、及び２０６Ｈは、受入面２６０Ｆ及びその近傍の領域の特性に基づいて医療用スキャフォールド２０５の所定のサイズを確立する。
【０１３２】
医療用スキャフォールド２０５は、２つの椎骨２２０Ａ及び２２０Ｂの間に位置決めされるものとして図示及び説明されるが、医療用スキャフォールド２０５は、限定はされないが骨、軟組織、及び靱帯を含む体の他の部分に内部的に又は外部的に位置決めされ得るので、本発明はこれに関して限定されない。
【０１３３】
図１６Ａ及び１６Ｂに示すように、オブジェクト２０５は、流体（例えば、ガス、液体、又はゲル）をそれぞれ注入又は回収することによって選択的に膨張可能及び収縮可能である。収縮したオブジェクト２０５’が図１６Ａに例示されており、膨張したオブジェクト２０５が図１６Ｂに示されている。膨張した状態では、オブジェクト２０５は、２つの隣接する椎骨間などの所定の空洞内に収まるように適正に寸法設定される。
【０１３４】
図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、オブジェクト２０５は、ラッチ２０６とスロット２０７の構成などの相互係止システムを介して隣接するサブ区域又はセグメントと相互係止される、複数のサブ区域又はセグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒを含む。通路２４０Ｐのうちの１つ以上は、内部に組立システム２４２Ｎを有する。組立システム２４２Ｎは、セグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒを互いに生体内で組み立て、隣接するセグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒの相互係止システムを互いに係止するように構成される。組立システム２４２Ｎは、組立プロセスを制御するために、実行可能ソフトウェア２１４と通信し、コマンドを受信する。セグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒは、プリンタヘッド２４２Ｅにより生体内で形成される。いくつかの実施形態では、セグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒのうちの１つ以上は、生体外で形成される。いくつかの実施形態では、通路２４０Ｐのうちの１つ以上は、セグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒを空洞２５０Ｃに移送するためにその中に配置されたコンベヤシステム２４３Ｃ（図９参照）を有する。一実施形態では、コンベヤシステム２４３Ｃは、液体又はガスなどの流体により通路２４０Ｐ内のセグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒを空洞２５０Ｃに移送するために通路２４０Ｐと連通する流体加圧及び減圧源２４３Ｄを含む。通路２４０Ｐ内のセグメント２０５Ｌ、２０５Ｍ、２０５Ｎ、２０５Ｐ、２０５Ｑ、及び２０５Ｒを空洞２５０Ｃに移送するために、機械的コンベヤシステム（例えば、ラニヤード、トラック、又は磁気装置）も使用され得る。
【０１３５】
図１８に示すように、半月板又は他の軟骨用途では、医療用スキャフォールド２０５は、固体部分２０５Ｈと、その中に選択的に形成された複数の血管通路２０５Ｑを有する血管新生部分２０５Ｖとを含む。
【０１３６】
図１９Ａに示すように、部分的な裂傷２９２Ｔ（例えば、半月板裂傷）を伴う軟骨２９２が軸方向の図で示されている。医療用スキャフォールド２０５は、裂傷２９２Ｔの中に配置された状態で示される。図１９Ｂに示すように、医療用スキャフォールドは、損傷した軟骨部位内に位置決めされた状態で示されている。医療用スキャフォールド２０５は、損傷した部位の事前の撮像及びマッピングに基づいて、生体内で形成し、損傷した部位内に構築することができる。軟骨２９２の血管新生及び成長を促進するために生物学的に操作された物質が使用され得る。
【０１３７】
図１９Ｃを参照すると、断裂した靱帯２９７（例えば、断裂した前十字靱帯（ＡＣＬ）又は断裂した内側膝蓋大腿靭帯（ＭＰＦＬ））が示されている。医療用スキャフォールド２０５は、断裂した靱帯の一方の部分の第１の端２９７Ａ’に固定され、断裂した靱帯２９７の他方の部分２９７Ｂの第２の端２９７Ｂ’にも固定される。医療用スキャフォールド２０５は、断裂した靱帯の硬化及び治癒を促進するべく第１の断裂した靱帯の端２９７Ａ’を第２の断裂した靱帯の端２９７Ｂ’に向けて付勢するテンショナ２０５Ｔを含む。したがって、医療用スキャフォールド２０５は、靱帯２９７と共に変形、屈曲、膨張、及び収縮する。断裂した靱帯２９７は、医療用スキャフォールド２０５のうちの１つ以上により、１つ以上の隣接する健康な靱帯２９７及び組織と架橋される。靱帯２９７の血管新生及び成長を促進するために生物学的に操作された物質が使用され得る。
【０１３８】
図２０に示すように、骨２９９が、骨折部２９９Ｆ及び限局性骨病変２９９Ｌと共に示されている。内部医療用スキャフォールド２０５Ｉは、骨２９９の髄腔内に生体内留置され、外部医療用スキャフォールド２０５Ｅは、骨２９９及び骨折部２９９Ｆの外側を囲むことによって留置される。いくつかの実施形態では、医療用スキャフォールド２０５は、骨折部２９９Ｆを互いに癒合、接合、又は融合させるために使用される。別の医療用スキャフォールド２０５Ｌは、限局性骨病変２９９Ｌ内及びその周辺に生体内留置される。骨２９９は、その上の骨摩耗面２９９Ｗと共に示されている。表面にマウントされた医療用スキャフォールド２０５Ｗは、骨２９９の摩耗面２９９Ｗ上に生体内留置され、骨摩耗面２９９Ｗ、合わせ面、及びその近傍の領域のマッピング及び撮像で確認される。本明細書で説明されるように、内部医療用スキャフォールド２０５Ｉ、外部医療用スキャフォールド２０５Ｅ、及び表面にマウントされた医療用スキャフォールド２０５Ｗと協働して血管新生、骨成長、及び組織成長を促進するために生物学的に操作された物質が使用される。
【０１３９】
図２１に示すように、神経２９１が、損傷した神経部位を画定する骨折端２９１Ｆと共に示されている。管状の医療用スキャフォールド２０５が、その内部領域内に神経２９１の一部及び骨折端２９１Ｆを収容するように、損傷した神経部位の周りに留置される。損傷した神経部位を生体内で撮像、測定、及びマッピングし、管状の医療用スキャフォールド２０５のパラメータを決定するために、撮像システム２４２Ａ及びセンサシステム２４２Ｂが使用される。管状の医療用スキャフォールドは、損傷した神経部位の周りに生体内で形成される。本明細書で開示される生物学的に操作された物質は、例えば、骨折神経端２９１Ｆを再接合するべく管状の医療用スキャフォールド２０５の中に神経を成長させるために、生物学的に操作された物質を管状の医療用スキャフォールド２０５の内面に適用することによって使用される。
【０１４０】
生体内手技を行うための方法は、例えば内視鏡で標的部位にアクセスし、標的部位の材料の密度を可視化することと、コンピュータディスプレイ上に画像を表示することと、医療用スキャフォールドを最適に配置できる場所を評価することを含む。加えて、方法は、例えば脊椎手技の場合、２つの椎骨間の組織欠損部に（いくつかの実施形態では、プレート、スクリュー、及びロッドなどの付加的な材料を必要とせずに）、例えばオブジェクト、例えば医療用スキャフォールドを３Ｄプリントすることを含み、この場合、スキャフォールドは、患者に合わせてカスタマイズされる。手技には、本明細書で開示されるように生物学的に操作された物質などの材料を用いることができ、生物学的に操作された物質を医療用スキャフォールド内及び／又はその周囲に留置する（例えば、流す、注入する、貼る）ことができる。随意的に、方法はさらに、隣接する組織、例えば、脊椎の場合、隣接する椎骨に空隙を作製することと、さらなる安定性を提供するべく空隙に物質を適用することを含むことができる。いくつかの実施形態では、スキャフォールドは、生体外で作製し、その後、埋植することができる。いくつかの実施形態では、方法は、単一の手技で行うことができる。
【０１４１】
生体内手技を行うための方法が本明細書で開示されている。方法は、コンピュータプロセッサ２１２を有する制御ユニット２１０、及び制御ユニット２１２と通信するロボットアーム２４０を提供することを含む。ロボットアーム２４０は、内部に複数の通路２４０Ｐを有するケーシングを備える。プリンタヘッド２４２Ｅは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４２Ｅに配置される。撮像システム２４２Ａは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２１４Ａに配置される。センサシステム２４２Ｂは、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｂに配置される。コンピュータプロセッサ２１２は、プリンタヘッド２４２Ｅ、撮像システム２４２Ａ、及びセンサシステム２４２Ｂと通信する。コンピュータプロセッサ２１２は、撮像システム２４２Ａ及びセンサシステム２４２Ｂから信号を受信するように構成される実行可能ソフトウェア２１４を格納する。
【０１４２】
方法は、撮像システム２４２Ａにより、空洞２５０Ｃの測定値を取得するべく、オブジェクト２０５を受け入れるための空洞２５０Ｃを生体内で測定することを含む。方法は、撮像システム２４２Ａにより、表面マップを取得するべく、オブジェクト２０５を受け入れるための受入面２６０Ｆを生体内でマッピングすることを含む。方法はまた、センサシステム２４２Ｂにより、受入面２６０Ｆ及びその近傍の領域の特性を生体内で確かめることを含む。方法は、センサシステム２４２Ｂにより、受入面２６０Ｆ及びその近傍の領域の密度、硬度、及び／又は化学組成を確かめることを含む。実行可能ソフトウェア２１４は、空洞測定値、表面マップ、並びに受入面２６０Ｆ及びその近傍の領域の特性を相関させて、インストールパラメータを生成する。方法は、インストールパラメータに基づいて、プリンタヘッド２４２Ｅによりオブジェクト２０５を生体内で作製することをさらに含む。オブジェクト２０５は、インストールパラメータに基づいて、所定の患者に特異的な生体内の場所に位置決めされる。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、方法は、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｃに配置されたコーティング適用システム２４２Ｃを提供することを含む。方法は、コーティング適用システムに、生物学的に操作された物質をオブジェクト２０５及び／又は受入面２６０Ｆに生体内で適用させることを含む。生物学的に操作された物質は、以下のうちの１つ以上を含むことができる：（ａ）血管新生促進物質、（ｂ）成長因子物質、（ｃ）免疫反応抑制物質、（ｄ）骨再生物質、及び／又は組織再生物質。方法は、生物学的に操作された物質をコーティング適用システム２４２Ｃ内に配置することと、生物学的に操作された物質をオブジェクト２０５及び受入面２６０Ｆに適用することを含むことができる。
【０１４４】
方法は、複数の通路２４０Ｐのうちの１つの開口部２４１Ｄに硬化装置２４２Ｄを提供することと、硬化装置２４２Ｄにより、例えば紫外システム及び／又はレーザシステムを使用して、オブジェクト２０５を生体内で硬化及び／又は軟化させることを含む。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、方法は、それぞれコンピュータプロセッサ２１２と通信する、位置決め後監視システム２７７Ａ及び位置決め後変更システム２７７Ｂを提供することを含む。方法は、位置決め後監視システム２７７Ａにより、オブジェクト２０５の生体内位置決め後の受入面２６０Ｆに対するオブジェクト２０５の位置を監視することを含む。方法は、コンピュータプロセッサ２１２にオブジェクト２０５の位置を送信すること、実行可能ソフトウェア２１４によりオブジェクト２０５の位置を評価すること、及び実行可能ソフトウェア２１４によりオブジェクト２０５の位置の妥当性を判定することをさらに含む。実行可能ソフトウェア２１４は、位置決め後変更システム２７７Ｂへのコマンドを生成し、コマンドに基づいてオブジェクト２０５の位置が変更される。
【０１４６】
例として、この方法は、隣接する椎体２２０Ａ間に存在する空洞２５０Ｃ内で隣接する椎体２２０Ａ間に位置するオブジェクト２０５を形成するために使用することができる。一実施形態では、受入面２６０Ｆは、隣接する椎体２２０Ａ上にある。一実施形態では、この方法は、損傷した硬い骨又は軟骨の生体内修復に使用される。一実施形態では、この方法は、硬い骨の表面上に医療用スキャフォールドを生体内で形成及び構築することによって硬い骨を生体内で再形成することを含む、硬い骨の生体内での再建に使用される。一実施形態では、この方法は、損傷した部位を撮像すること及び医療用スキャフォールドのパラメータを決定すること並びに第１の断裂した靱帯の端を第２の断裂した靱帯の端に向けて付勢するべく医療用スキャフォールドが靱帯と共に膨張及び収縮するように損傷した部位内に医療用スキャフォールドを生体内で形成及び構築することを含む、損傷した靱帯部位の生体内修復に使用される。一実施形態では、この方法は、軟組織の生体内修復に使用される。一実施形態では、この方法は、生体内での神経修復に使用される。
【０１４７】
本明細書のシステム及び方法は、主として脊椎用途について説明してきたが、これらは、様々な硬組織及び軟組織用途に適用することができる。硬組織用途でのオブジェクトとしては、生物学的に操作された物質などの骨の成長を促す材料が添加された（例えば、半月板用途での）いくつかの又はすべてのスキャフォールドの選択的に血管新生する能力及び例えば留置の後の時点での硬化／軟化によりスキャフォールドを調整する能力を有する硬い骨のようなオブジェクトが挙げられる。例示的な用途としては、（１）軟骨のような特性を有する医療用スキャフォールド２０５を留置し、図１９Ａ及び図１９Ｂを参照して本明細書で説明したようにその中に選択的に形成された複数の血管通路２０５Ｑを有する医療用スキャフォールド２０５の血管新生部分２０５Ｖを選択的に作製することを含む、断裂した半月板の修復などの軟骨修復、（２）図２０に示すように骨２９９の髄腔内に内部医療用スキャフォールド２０５Ｉを及び／又は骨２９９及び骨折部２９９Ｆの外側を囲むように外部医療用スキャフォールド２０５Ｅを生体内留置すること、及び限局性骨病変２９９Ｌ内及びその周辺に別の医療用スキャフォールド２０５Ｌを生体内留置することと、本明細書で説明されるように血管新生、骨成長、及び組織成長を促進するために生物学的に操作された物質を使用することを含む、骨２９９の骨折部２９９Ｆ及び／又は限局性骨病変２９９Ｌの修復、（３）図２０に示すように骨摩耗面２９９Ｗ、合わせ面、及びその近傍の領域のマッピング及び撮像で確認するために骨２９９の表面上に表面マウント医療用スキャフォールド２０５Ｗを生体内留置することと、本明細書で説明されるように血管新生、骨成長、及び組織成長を促進するために生物学的に操作された物質を使用することを含む、骨摩耗面２９９Ｗの再形成（例えば、股関節又は膝の骨の再形成、顔面の骨の再建、鼻の骨の再形成、頬と顎の骨の再形成、及び顎の再形成）、（４）骨適合性接着剤で固定される支柱を配置するためにドリルで骨に穴をあけることなどにより骨に支柱部位を形成すること、（５）椎骨を互いに癒合すること、及び（６）スキャフォールドの留置後の微動を排除することが挙げられる。
【０１４８】
軟組織用途でのオブジェクトは、例えばコーティングによるいくつかの又はすべてのスキャフォールドの選択的に血管新生する能力、例えば留置の後の時点での硬化／軟化によるスキャフォールドを調整する能力を有する、軟らかい、例えば、構造的に安定でありながら隣接する解剖学的構造と共に動く変形可能なスキャフォールドとすることができる。これらのタイプのスキャフォールドの例が図１４Ａ〜図１４Ｇに示されている。例示的な用途としては、（１）図１９Ｃに関して本明細書で説明されるように断裂した靱帯の治癒及び硬化を促進するために２つの端２９７Ａ’及び２９７Ｂ’を相互に付勢するべくテンショナ２０５Ｔを備えた医療用スキャフォールド２０５が断裂した靱帯２９７の２つの端２９７Ａ’及び２９７Ｂ’の間に固定され、本明細書で説明されるように２つの端２９７Ａ’の２９７Ｂ’の相互の再接合を促進するべく血管新生及び組織成長を促進するために生物学的に操作された物質が使用される、断裂した靱帯（例えば、断裂した前十字靱帯（ＡＣＬ）又は断裂した内側膝蓋大腿靭帯（ＭＰＦＬ））の靱帯修復２９７、（２）熱傷及び壊死した皮膚の治療、及び皮膚の弾力性を保持し、組織及び筋に対する構造的支持を提供するためのコラーゲンベースのスキャフォールドの使用を含む、皮膚修復、（３）標的領域をマッピング及び撮像し、マッピング及び撮像に基づいて所定の位置に医療用スキャフォールド２０５を生体内で形成することによって組織及び骨の体積損失を軽減する、脂肪修復（例えば、乳房再建、脂肪消失の再建、及び癌による組織喪失の再建）、（４）生体内撮像システム及び生体内プリンタヘッドを提供することと、管状の医療用スキャフォールドのパラメータを決定するべく生体内撮像システムを使用して神経の損傷した部位を撮像することと、損傷した部位の周囲に管状の医療用スキャフォールドを生体内で形成及び構築することと、生物学的に操作された物質を使用すること、例えば図２１を参照して本明細書で説明されるように神経を管状の医療用スキャフォールドの中に成長させるために管状の医療用スキャフォールドの内面に生物学的に操作された物質を適用することを含む、末梢神経手術、（５）生体外又は生体内のいずれかでメッシュを形成するために多機能ロボットシステム２００を使用することと、メッシュを体内に留置することを含む、腹部又は陰嚢ヘルニア修復、（６）医療用スキャフォールドが生体内撮像及びセンシングに基づいて患者に特異的な気管支の解剖学的構造に収まる及び一致するサイズにカスタマイズされ、医療用スキャフォールドは可撓性であり、患者の咳に応答して拡張するように構成される、気管支修復手技、及び（７）医療用スキャフォールド及びそれに接続された身体部分の生体内での動きを追跡するための電磁システムの使用を含む、外科的手技のリアルタイム追跡が挙げられる。
【０１４９】
本明細書のシステム及び方法は、オブジェクトを生体内でプリントすることを説明しているが、オブジェクトは、生体外でプリントし、その後、埋植することもできる。
【０１５０】
本発明は、その詳細な実施形態に関して示され説明されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、その要素を均等物に置き換えることができることが当業者には理解されるであろう。加えて、特定の状況又は材料をその本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に適合させるために修正を加えることができる。さらに、本明細書で開示される実施形態は、任意の組み合わせで互いに組み合わせることができ、又は単独とすることができる。したがって、本発明は、上記の詳細な説明で開示された特定の実施形態に限定されないが、本発明は、付属の請求項の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図される。
【０１５１】
本発明はその特定の実施形態を参照して開示及び説明されているが、他の変形及び修正がなされてもよく、以下の請求項は、本発明の真の範囲内の変形及び修正を包含することが意図されることに留意されたい。
【図１Ａ】
2021528220.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
2021528220.tif 000028
【図１４Ｅ】
2021528220.tif 000029
【図１４Ｆ】
2021528220.tif 000030
【図１４Ｇ】
2021528220.tif 000031
【図１４Ｈ】
2021528220.tif 000032
【図１５Ａ】
2021528220.tif 000033
【図１５Ｂ】
2021528220.tif 000034
【図１５Ｃ】
2021528220.tif 000035
【図１６Ａ】
2021528220.tif 000036
【図１６Ｂ】
2021528220.tif 000037
【図１７Ａ】
2021528220.tif 000038
【図１７Ｂ】
2021528220.tif 000039
【図１８】
2021528220.tif 000040
【図１９Ａ】
2021528220.tif 000041
【図１９Ｂ】
2021528220.tif 000042
【図１９Ｃ】
2021528220.tif 000043
【図２０】
2021528220.tif 000044
【図２１】
2021528220.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月14日(2021.5.14)
【手続補正１】
【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】
生体内手技を行うための多機能ロボットシステムであって、前記ロボットシステムは、
コンピュータプロセッサを備える制御ユニットと、
多軸運動のために制御ユニットと通信するロボットアームであって、前記ロボットアームは、内部に複数の通路を有するケーシングを備える、ロボットアームと、
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能であるプリンタヘッドであって、前記プリンタヘッドは、少なくとも１つの多次元オブジェクトを作製するように構成される、プリンタヘッドと、
前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、測定システムと、
を備え、
前記コンピュータプロセッサは、前記プリンタヘッド及び前記測定システムと通信し、前記コンピュータプロセッサは、前記測定システムから信号を受信するように構成された実行可能ソフトウェアを備え、前記実行可能ソフトウェアは、前記測定システムからの信号に基づいて、オブジェクトを生体内の場所に位置決めするべく前記プリンタヘッド及び前記測定システムを制御するように構成される、ロボットシステム。
【請求項２】
前記測定システムが、オブジェクトを受け入れるための空洞を生体内で測定し、前記空洞の受入面をマッピングするように構成された撮像システムを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記測定システムが、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、センサシステムを備え、前記センサシステムは、前記受入面及びその近傍の領域の特性を確かめるように構成される、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記オブジェクトを位置決めすることが、オブジェクトを生体内で形成することを含む、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】
前記オブジェクトを位置決めすることが、オブジェクトを生体外で形成することを含む、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】
前記ロボットシステムが、前記オブジェクトの少なくとも１つの生体外で形成されたセグメントをさらに備え、前記通路のうちの少なくとも１つが、前記セグメントを前記空洞に移送するためのコンベヤシステムを備える、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】
前記ケーシングが、体の内腔に収まるように構成される、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】
前記撮像システムが、磁気共鳴画像システム、スペクトル撮像システム、及びコンピュータ断層撮影システムのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記ロボットシステムが、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、コーティング適用システムをさらに備え、前記コーティング適用システムは、オブジェクト及び受入面のうちの少なくとも１つに生物学的に操作された物質を生体内で適用するように構成される、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】
生物学的に操作された物質をさらに備える、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】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）オブジェクトに生体内で適用される、
（ｂ）オブジェクトに生体外で適用される、
（ｃ）流動可能である、
（ｄ）注射可能である、
（ｅ）パテ、
（ｆ）ペースト、
（ｇ）粉末、
（ｈ）オブジェクトの近傍の領域に適用される、
（ｉ）オブジェクトの少なくとも一部を形成する、
（ｊ）プリンタヘッドによりプリント可能である、及び
（ｋ）生体内及び生体外で硬化可能である、
のうちの少なくとも１つである、請求項１０に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記生物学的に操作された物質は、
（ａ）血管新生促進物質、
（ｂ）成長因子物質、
（ｃ）免疫反応抑制物質、
（ｄ）骨再生物質、及び
（ｅ）組織再生物質、
のうちの少なくとも１つを含み、
前記生物学的に操作された物質は、前記コーティング適用システム内に配置され、そこから適用される、請求項１０又は１１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記プリンタヘッドが、オブジェクトを生体内で造形するべく材料を生体内で吐出するための材料吐出ポートを備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記オブジェクトが、受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するべく互いに付加的に形成された材料の複数の層を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記ロボットシステムが、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置された材料除去システムをさらに備え、前記材料除去システムは、受入面及びその近傍の領域の特性に基づいてオブジェクトの所定のサイズを確立するように構成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１６】
前記通路のうちの少なくとも１つが組立システムを備え、前記オブジェクトは、それぞれ相互係止システムを有する複数のセグメントを備え、前記組立システムは、前記セグメントを互いに生体内で組み立て、前記隣接するセグメントの相互係止システムを互いに係止するように構成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１７】
前記ロボットシステムが、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、光学装置をさらに備え、前記光学装置は、生体内画像をコンピュータプロセッサに送信するべくコンピュータプロセッサと通信する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１８】
前記ロボットシステムが、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、硬化装置をさらに備え、前記硬化装置は、体腔内に堆積された材料を生体内で硬化するように構成される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１９】
前記硬化装置が、レーザ、熱源、及び化学反応体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載のロボットシステム。
【請求項２０】
前記ロボットシステムが、前記複数の通路のうちの少なくとも１つに配置され、そこから動作可能である、多軸ポジショナをさらに備え、前記多軸ポジショナは、生体内のプリンタヘッドの動的位置を制御するべくプリンタヘッド及びコンピュータプロセッサと通信する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２１】
前記通路のうちの少なくとも１つが、ヒートシンク、材料排出システム、冷却液適用システム、及び断熱システムを備える、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２２】
前記ロボットアームが、オブジェクトの生体内留置によって引き起こされる感染を軽減するための滅菌境界を備える、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２３】
前記センサシステムが、密度、硬度、及び化学組成のうちの少なくとも１つを確かめるように構成される、請求項３〜２２のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２４】
前記コンピュータプロセッサと通信する少なくとも１つの生体内小型医療機器をさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２５】
前記コンピュータプロセッサと通信する生体内小型医療機器のインタラクティブなグループをさらに備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２６】
前記ロボットシステムが、それぞれ前記コンピュータプロセッサと通信する、位置決め後監視システム及び位置決め後変更システムのうちの少なくとも１つをさらに備え、前記位置決め後監視システムは、受入面に対するオブジェクトの位置を監視するように構成され、前記位置決め後変更システムは、オブジェクトを再配置及び変更するように構成される、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項２７】
前記撮像システム、前記センサシステム、前記位置決め後監視システム、及び前記位置決め後変更システムのうちの少なくとも１つが、オブジェクト内に配置される、請求項２６に記載のロボットシステム。
【請求項２８】
前記プリンタヘッド、前記撮像システム、前記センサシステム、前記位置決め後監視システム、及び前記位置決め後変更システムのうちの少なくとも１つが、生体内構成で少なくとも１つの小型医療機器内に配置される、請求項２６に記載のロボットシステム。
【請求項２９】
前記システムが内視鏡により配置される、請求項１〜２８のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月26日(2021.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
【図１Ａ】本発明に従って形成された代表的な頚椎前方スペーサを例示する図である。
【図１Ｂ】本発明に従って形成された代表的な後方経路腰椎椎体間スペーサを例示する図である。
【図１Ｃ】本発明に従って形成された代表的な経椎間孔腰椎椎体間スペーサを例示する図である。
【図２Ａ】本発明に従って形成された代表的なＣｏｔｔｏｎ  Ｗｅｄｇｅスペーサを例示する図である。
【図２Ｂ】本発明に従って形成された代表的なＥｖａｎｓ  Ｗｅｄｇｅスペーサを例示する図である。
【図３Ａ】代表的な頸椎前方除圧固定術のインプラント構成を例示する図である。
【図３Ｂ】代表的な後外側椎体間固定術のインプラント構成を例示する図である。
【図３Ｃ】代表的な経椎間孔椎体間固定術のインプラント構成を例示する図である。
【図４Ａ】本発明に従って形成された代表的なロボットアームを例示する図である。
【図４Ｂ】本発明に従って形成された代表的なロボットアームを例示する図である。
【図５】本発明に従って形成された代表的な３Ｄプリンタヘッドを例示する図である。
【図６】本発明に従って形成された生体内ロボット３Ｄプリンタのための代表的なワークフローを例示する図である。
【図７】２つの隣接する椎骨間にスペーサをプリントする代表的な生体内ロボット３Ｄプリンタを例示する図である。
【図８】スペーサを骨に固定するための代表的な嵌合機構を例示する図である。
【図９】本発明の多機能ロボットシステムの概略図である。
【図１０Ａ】図９の詳細１０Ａの拡大部分切取図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａのプリンタヘッドの正面図である。
【図１０Ｃ】多軸ポジショナを例示する図１０Ｂの多機能ヘッドの拡大部分切取図である。
【図１１】滅菌境界を例示する図１０Ｂの多機能ヘッドの概略図である。
【図１２Ａ】小型ロボット医療機器の概略図である。
【図１２Ｂ】体の内腔内に示された図１２Ａの小型ロボット医療機器の概略図である。
【図１３】図１２Ａの小型ロボット医療機器のインタラクティブなグループの概略図である。
【図１４Ａ】歪みゲージ及び力センサと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｂ】圧力センサと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｃ】撮像センサと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｄ】無線通信システムと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｅ】医療用スキャフォールドを選択的に変形させるための装置と共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｆ】医療用スキャフォールドの硬度、組成、及び／又は密度を選択的に変化させるための装置と共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｇ】医療用スキャフォールドの一部又は全部を選択的に溶解するように構成されたモジュールと共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１４Ｈ】異なる密度の層と共に例示される本発明の医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１５Ａ】サイズ設定前の、２つの椎骨間に位置決めされている本発明の医療用スキャフォールドの前駆状態の概略的な冠状面図である。
【図１５Ｂ】サイズ設定後の、２つの椎骨間に位置決めされている本発明の医療用スキャフォールドの概略的な冠状面図である。
【図１５Ｃ】本開示の態様に従う、複数の層を有する医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１６Ａ】収縮した状態の、本発明の医療用スキャフォールドの一実施形態の概略図である。
【図１６Ｂ】膨張した状態の、図１６Ａの医療用スキャフォールドの概略図である。
【図１７Ａ】本発明のセグメント化された医療用スキャフォールドの軸方向の分解図である。
【図１７Ｂ】共に使用する相互係止特徴を示している、図１７Ａの医療機器のセグメントのうちの１つの斜視図である。
【図１８】固体非血管新生ゾーン及び血管新生ゾーンと共に示される本発明の医療用スキャフォールドの冠状面図である。
【図１９Ａ】部分的な裂傷を伴う靱帯の軸方向の図である。
【図１９Ｂ】裂傷の中に本発明の医療用スキャフォールドが配置されている、図１９Ａの靱帯の軸方向の図である。
【図１９Ｃ】断裂した靱帯部位に配置された医療用スキャフォールドの冠状面図である。
【図２０】医療用スキャフォールドが留置されている、骨折した骨の概略図である。
【図２１】周囲に管状の医療用スキャフォールドが配置されている、断裂した神経の概略図である。
【国際調査報告】
2021528220.tif 000046
2021528220.tif 000047
2021528220.tif 000048
2021528220.tif 000049
2021528220.tif 000050