(57)【要約】  骨組織を切断するための外科用システムは、超音波波形発生器と、制御ユニットと、電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリと、ロボットシステムとを含む。超音波器具アセンブリは、ロボットアームに取り付けられている。その外科用システムは、切断動作中にロボットアームが、骨を進む一定の前送り速度で超音波ブレードを動かし、ピックアップ又はセンサによって監視される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少時に、自動的に前進の動きが減少され、好ましくは停止される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃先を有する、超音波振動エネルギを伝達するように構成された骨切断ブレードと、
前記骨切断ブレードが作動可能に接続された超音波電気機械トランスデューサと、
前記骨切断ブレードが取り付けられたロボットアームと、
前記ロボットアームに作用可能に接続された制御プロセッサと、
超音波の機械的波形エネルギで前記骨切断ブレードを作動させるために、前記超音波電気機械トランスデューサにエネルギを与えるように作動可能に接続された電気波形発生器と、
を含み、前記プロセッサは、切断動作中に前記ロボットアームが、骨組織を進む一定の又は均一な速度で前記骨切断ブレードを動かすようにして前記ロボットアームの動きを制御するように部分的に構成され、前記プロセッサは、前記電気波形発生器に作用可能に接続されて、前記電気波形発生器と共に前記超音波電気機械トランスデューサの負荷を監視するように構成され、前記プロセッサは、負荷又は与えられる電力の減少を感知すると、前記ロボットアームに前記骨切断ブレードの動きを停止させること及び少なくとも前記電気波形発生器の波形エネルギ出力を大幅に減少させることからなる群から選択される制御動作を実行するように更に構成される、外科用システム。
【請求項２】
極めて重要な構造のごく近くで骨組織を切断するための外科用システムであって、該外科用システムは、
超音波波形発生器と、
該超音波波形発生器に作用可能に接続された制御ユニットと、
電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリと、
サーボ機構及び該サーボ機構により移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムと
を含み、前記超音波波形発生器は、前記電気機械トランスデューサにエネルギを与えるために前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続され、負荷センサ又はピックアップ部品が前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続されて、前記超音波波形発生器に含まれ、前記負荷センサ又はピックアップ部品は、前記制御ユニットに作用可能に接続され、前記超音波器具アセンブリは前記ロボットアームに取り付けられ、前記制御ユニットは前記サーボ機構に作用可能に接続されて、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で前記超音波ブレードを動かすように前記ロボットアームを作動させるように構成され、前記制御ユニットは、前記負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答して前記サーボ機構を作動させ、自動的に、骨組織を進む前記超音波ブレードの前進の動きを少なくとも減少させるように更に構成されている、外科用システム。
【請求項３】
極めて重要な構造のごく近くで骨組織を切断するための外科用システムであって、該外科用システムは、
超音波波形発生器と、
該超音波波形発生器に作用可能に接続された制御ユニットと、
電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリと、
サーボ機構及び該サーボ機構により移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムと
を含み、前記超音波波形発生器は、前記電気機械トランスデューサにエネルギを与えるために前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続され、負荷センサ又はピックアップ部品が前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続されて、前記超音波波形発生器に含まれ、前記負荷センサ又はピックアップ部品は、前記制御ユニットに作用可能に接続され、前記超音波器具アセンブリは前記ロボットアームに取り付けられ、前記制御ユニットは前記サーボ機構に作用可能に接続されて、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で前記超音波ブレードを動かすように前記ロボットアームを作動させるように構成され、前記制御ユニットは、前記負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答して前記サーボ機構を作動させ、自動的に少なくとも前記超音波信号発生器の電力出力を大幅に減少させるように更に構成されている、外科用システム。
【請求項４】
超音波電気機械トランスデューサに作動可能に接続された超音波骨切断ブレードを与えることと、
前記超音波骨切断ブレード及び前記超音波電気機械トランスデューサをロボットアームに取り付けることと、
複数のサーボ機構により、外科的な切断動作中に骨組織を進む一定の又は均一な速度で前記超音波骨切断ブレードを動かすために前記ロボットアームを作動させることと、
前記外科的な切断動作中に前記電気波形発生器を作動させて前記超音波電気機械トランスデューサにエネルギを与えて、前記超音波骨切断ブレードを超音波周波数で振動させることと、ここで前記電気波形発生器の作動は、前記超音波骨切断ブレードの一定の振動振幅を維持するために、その電力出力を調整することを含み、
前記電気波形発生器の負荷又は電力出力を自動的に監視することと、
負荷又は与えられる電力の減少を感知すると、前記サーボ機構を作動させて前記超音波骨切断ブレードの動きを停止させるように前記ロボットアームを動作させること及び少なくとも前記電気波形発生器の波形エネルギ出力を大幅に減少させることからなる群から選択される制御動作を実行することと
を含む、外科的方法。
【請求項５】
前記超音波骨切断ブレードの一定の振動振幅を維持するための前記電気波形発生器の前記電力出力の調整は、該電力出力の電圧を調整して作動電流及び位相角を一定に維持することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
極めて重要な構造のすぐ近くで骨組織を切断するための関連する外科的方法であって、該方法は、
超音波波形発生器を作動させて予め選択された周波数の超音波波形信号を出力させることと、
前記超音波波形信号を、超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリの電気機械トランスデューサに与えることと、
前記超音波ブレードを含む前記超音波器具アセンブリで超音波定在波を生成することと、
サーボ機構及び該サーボ機構によって移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムを制御して、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で前記超音波ブレードを移動させることと、ここで前記超音波器具アセンブリは、前記ロボットアームに取り付けられており、
荷重センサ又はピックアップ部品によって検出される荷重又は与えられる電力の減少に応答して、骨組織での前記超音波ブレードの前進の動きを停止させるように前記ロボットサブシステムを制御することと
を含む、方法。
【請求項７】
前記超音波波形発生器の作動が、前記超音波ブレードの一定の振動振幅を維持するように前記超音波波形発生器の電力出力を調整することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記超音波ブレードの一定の振動振幅を維持するように前記超音波波形発生器の電力出力を調整することは、電力出力の電圧を調整して、作動電流及び位相角を一定に維持することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ロボットサブシステムの制御は、前記サーボ機構に作用可能に接続された制御ユニットのデジタルプロセッサを作動させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
極めて重要な構造のすぐ近くで骨組織を切断するための関連する外科的方法であって、該方法は、
超音波波形発生器を作動させて予め選択された周波数の超音波波形信号を出力させることと、
前記超音波波形信号を、超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリの電気機械トランスデューサに与えることと、
前記超音波ブレードを含む前記超音波器具アセンブリで超音波定在波を生成することと、
サーボ機構及び該サーボ機構によって移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムを制御して、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で前記超音波ブレードを移動させることと、ここで前記超音波器具アセンブリは、前記ロボットアームに取り付けられており、
荷重センサ又はピックアップ部品によって検出される荷重又は与えられる電力の減少に応答して、自動的に少なくとも前記超音波波形発生器の電力出力を大幅に減少させるように前記超音波波形発生器を制御することと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記超音波波形発生器の作動が、前記超音波ブレードの一定の振動振幅を維持するように前記超音波波形発生器の電力出力を調整することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記超音波ブレードの一定の振動振幅を維持するように前記超音波波形発生器の電力出力を調整することは、電力出力の電圧を調整して、作動電流及び位相角を一定に維持することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ロボットサブシステムの制御は、該ロボットサブシステムに作用可能に接続された制御ユニットのデジタルプロセッサを作動させることを含み、前記超音波波形発生器の制御が、前記デジタルプロセッサを作動させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波外科用システムに関し、特に脊椎の骨組織の切断において有用な超音波外科用システムに関する。本発明はまた、関連する外科的方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去３０年に亘って、外科手術で組織の切除又は切断に用いることができるいくつかの超音波道具が発明されてきた。特許文献１、２は、そのような装置を開示している。
【０００３】
超音波外科装置は、概ね２つの種類に分類される。１つは、振幅が最大３００μｍ以上で、２０ｋｃ〜１００ｋｃの周波数で振動する先端が尖っていない中空プローブである。このような装置は、細胞を内破及び粉砕するキャビテーション気泡の生成、組織の圧迫及び応力の緩和（「ジャックハンマー効果（ｊａｃｋｈａｍｍｅｒ  ｅｆｆｅｃｔ）」とも呼ばれる）、又は組織基質での気泡のマイクロストリーミングなどの他の力のいずれかによって、組織を除去する。その効果は、組織が液化されて分離されることである。そして、組織は洗浄液で乳化される。次いで、生じた乳濁液をその部位から吸引する。組織の大量切除は、望ましくない腫瘍の周り及び下側にエネルギを与えて組織を周囲構造から分離することによって可能となる。次いで外科医は、鉗子などの一般的な道具で組織を取り出すことができる。
【０００４】
第２の種類の超音波装置は、尖っていない中空プローブに代えて鋭いブレードを使用する。ここでは、切断動作が起こる。そのような鋭い超音波ブレードは、特許文献３の対象である。そこで開示されるように、ブレードの形状は、遠位部で半円であり、縦軸に平行な、振動プローブと接する肩部まで後方に延びる２つの直線の側部を備える。プローブとブレードの端の肩部とのしっかりとした密接を可能にするために、プローブ（又はトランスデューサ）の雌ねじが付けられたソケットと結合する雄ねじが示されている。その２つにトルクを与えて１つにした時に、それらはトランスデューサと発生器との結合体と同調して振動する単一の共振体を形成する。ブレードの遠位端は、プローブ及び先端形状での機械的増幅と、トランスデューサと発生器との結合体によって与えられる入力振幅とによって設定された振幅で振動する。この動きは、問題となる組織での切断動作を提供する。
【０００５】
特許文献３のブレードでは、外科的用途での骨又は類似の硬組織の切断若しくは除去が意図された。そのブレードは、硬組織の切断でより有効である。軟組織はそのブレードを跳ね返す。そのブレードと硬い表面の間に挟まれた脊髄などの軟組織は、傷つけられることがある。副鼻腔組織又は脳を露出させるために頭蓋骨の前部で開口部を切り取るが、その骨組織の真下にある膜を直接切らないことを目的とするサイナスリフト手術又は開頭術などの繊細な手術では、硬組織及び軟組織に関するこの違いは非常に重要である。それはまた、硬膜などの、下にある軟組織への損傷を最小にして骨組織を切断しなければならない脊椎及び脳の手術においても重要である。生体外試験での初期に、そのブレードは、骨皮質に急に突き刺さった場合に、膜に穴を開け又は膜を破くことがあることが分かった。いくらかの経験の後に、優秀な外科医は技術を習得することができたが、習得は困難だった。
【０００６】
２０１４年３月１４日に出願された特許文献４は、約０.０００５インチ〜約０.０２０インチの刃先厚さを有するブレードを備えた超音波手術器具を用いた外科的方法を開示している。この方法は、ブレードを患者の骨組織に手動で挿入することと、挿入中にブレードを超音波振動させることとを含む。処置の要件により、刃先の最遠位部分は患者の体内にあるので、外科医はブレードの挿入中に刃先の少なくとも最遠位部分を見られない。外科医は、軟組織との接触を示すブレードの前進に対する抵抗の変化を触覚により感じ取ると、手動でブレードの挿入を止める。この手法は習得が容易であるが、保証された安全性と有効性を備えた改善された外科的方法が依然として必要である。これは、脊柱内の脊髄に外傷を与えないようにすることが極めて重要である脊椎手術の場合に特にそうである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４２２３６７６号明細書
【特許文献２】米国特許第５１８８１０２号明細書
【特許文献３】米国特許第６３７９３７１号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１４／２１１５８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、脊椎などの極めて重要な構造のすぐ近くで骨組織を切断するための外科用システムを提供することである。
【０００９】
本発明のより具体的な目的は、近くの繊細な軟組織に対する外傷のリスクを最小化しながら、好ましくは排除しながら、骨組織を選択的に切断するような外科用システムを提供することである。
【００１０】
本発明のこれら及び他の目的は、図面及びその説明から当業者には明らかであろう。それぞれの目的は本発明の少なくとも１つの実施形態によって達成されるが、実施形態は必ずしもすべての目的を満たす必要はない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、脊椎のような極めて重要な構造のごく近くで骨組織を切断するための外科用システムに関する。このシステムは、主要な構成要素又はサブシステムとして、超音波波形発生器と、制御ユニットと、電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリと、ロボットシステムとを有する。超音波器具アセンブリは、ロボットアームに取り付けられている。安全な作動を確保するために、貫通地点、すなわち切断される骨の遠位側をブレードがちょうど貫通する地点で、その器具の貫通速度が急上昇してはならない。本発明によれば、外科用システムは、ロボットアームが切断動作中に骨を通る一定の前送り速度で超音波ブレードを動かし、ピックアップ又はセンサによって監視される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少時に、自動的に、前進の動きが減少され、好ましくは停止されるように構成される。あるいは又は加えて、波形発生器を通じてトランスデューサに与えられる電力が減らされるか又は遮断されてもよい。
【００１２】
ロボットアームのサーボ制御により、一定の送り速度が維持される。負荷変動ピックアップは、超音波電力供給構成要素（制御ユニット、波形発生器、トランスデューサ）のフィードバックループ、より正確に言えば、負荷に応じた駆動電圧の変動に基づいている。一定の運動振幅を維持するために、超音波制御は、増加及び減少する負荷に応じて超音波の電圧を選択的に増減して、一定の作動電流と位相角を維持する。貫通地点では、負荷の減少に関連する電圧降下が、サーボ駆動運動を停止させるためのサーボ制御への入力として使用される。更に、超音波波形発生器の電力出力は、少なくとも大幅に減少されてもよく、又は中断されてもよい。
【００１３】
本発明によれば、外科用システムは、骨切断ブレードと、超音波電気機械トランスデューサと、ロボットアームと、制御プロセッサと、電気波形発生器とを含む。骨切断ブレードは、刃先を有し、超音波振動エネルギを伝達するように構成され、超音波電気機械トランスデューサに作動可能に接続され、そしてロボットアームに取り付けられる。制御プロセッサは、ロボットアームに作用可能に接続されて、切断動作中にロボットアームが、骨組織を進む一定の又は均一な速度で骨切断ブレードを動かすようにしてロボットアームの動きを制御するように部分的に構成される。電気波形発生器は、超音波電気機械トランスデューサにエネルギを与えて骨切断ブレードに超音波機械波形エネルギを与えるために、超音波電気機械トランスデューサに作用可能に接続される。プロセッサは、電気波形発生器に作用可能に接続され、電気波形発生器と共に超音波電気機械トランスデューサの負荷を監視するように構成されている。プロセッサは更に、負荷又は与えられる電力の減少を感知すると、ロボットアームに骨切断ブレードの動きを停止させること及び少なくとも波形発生器の波形エネルギ出力を大幅に減少させることからなる群から選択される制御動作を実行するように構成されている。
【００１４】
関連する外科的方法は、超音波電気機械トランスデューサに作動可能に接続された超音波骨切断ブレードを与えることと、超音波骨切断ブレード及び超音波電気機械トランスデューサをロボットアームに取り付けることと、複数のサーボ機構により、外科的な切断動作中に骨組織を進む一定の又は均一な速度で超音波骨切断ブレードを動かすためにロボットアームを作動させることとを含む。この方法はまた、外科的な切断動作中に電気波形発生器を作動させて超音波電気機械トランスデューサにエネルギを与えて、超音波骨切断ブレードを超音波周波数で振動させることを含む。電気波形発生器の作動は、超音波骨切断ブレードの一定の振動振幅を維持するために、その電力出力を調整することを含む。更に、この方法は、電気波形発生器の負荷又は電力出力を自動的に監視し、負荷又は与えられる電力の減少を感知すると、サーボ機構を作動させて超音波骨切断ブレードの動きを停止させるようにロボットアームを動作させ、任意で少なくとも波形発生器の波形エネルギ出力を大幅に減少させる。
【００１５】
本発明によれば、極めて重要な構造のすぐ近くで骨組織を切断するための外科用システムは、超音波波形発生器と、超音波波形発生器に作用可能に接続された制御ユニットと、電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリとを含む。超音波波形発生器は、トランスデューサにエネルギを与えるためにトランスデューサに作用可能に接続されている。そのシステムは更に、サーボ機構及びサーボ機構によって移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムを含む。負荷センサ又はピックアップ部品は、電気機械トランスデューサに作用可能に接続されて、超音波波形発生器に含まれ、その負荷センサ又はピックアップ部品は、制御ユニットに作用可能に接続される。超音波器具アセンブリはロボットアームに取り付けられ、一方で制御ユニットはサーボ機構に作用可能に接続されて、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で超音波ブレードを動かすようにロボットアームを作動させるよう構成されている。制御ユニットは、負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答してサーボ機構を作動させ、自動的に、骨組織を進む超音波ブレードの前進の動きを少なくとも減少させるように更に構成されている。任意で、制御ユニットは、負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答して、自動的に少なくとも超音波信号発生器の電力出力を大幅に減少させるように更に構成される。
【００１６】
極めて重要な構造のすぐ近くで骨組織を切断するための関連する外科的方法は、超音波波形発生器を作動させて予め選択された周波数の超音波波形信号を出力させることと、その超音波波形信号を、超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリの電気機械トランスデューサに与えることと、超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリで超音波定在波を生成することと、サーボ機構及びサーボ機構によって移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムを制御して、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で超音波ブレードを移動させることとを含み、超音波器具アセンブリはロボットアームに取り付けられている。荷重センサ又はピックアップ部品によって検出される荷重又は与えられる電力の減少に応答して、ロボットサブシステムは、骨組織での超音波ブレードの前進の動きを停止させるように制御される。
【００１７】
本発明の別の特徴によれば、超音波波形発生器の作動は、その電力出力を調整して超音波ブレードの一定の振動振幅を維持することを含む。好ましくは、これは超音波波形発生器の電力出力の電圧を調整して、作動電流及び位相角を一定に維持することによって達成される。
【００１８】
ロボットサブシステムの制御は、好ましくは、サーボ機構に作用可能に接続された制御ユニットのデジタルプロセッサを作動させることを含む。
【００１９】
負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される負荷又は与えられる電力の減少に応答して、超音波波形発生器は、自動的に少なくともその電力出力を大幅に減少させるように制御されてもよい。超音波波形発生器の電力出力を減少させるためのロボットサブシステムの制御は、ロボットサブシステムに作用可能に接続された制御ユニットのデジタルプロセッサを作動させることを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図面でのただ一つの図は、本発明の外科用システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
脊椎などの極めて重要な構造のごく近くで骨組織を切断するための外科用システムは、主要な構成要素又はサブシステムとして、超音波波形発生器１０と、デジタルプロセッサ１２の形態の制御ユニットと、電気機械トランスデューサ１６及び超音波ブレード１８を含む超音波器具アセンブリ１４と、ロボットシステム２０とを有する。超音波器具アセンブリ１４は、システム２０のロボットアーム２２に取り付けられている。ブレード１８は、シャンクと、プローブ又はツール２４を電気機械トランスデューサ１６に結合するねじ接続部（いずれも個別に図示されない）とを含むプローブ又はツール２４との一体的な部分又はプローブ又はツール２４との単一部分である。
【００２２】
外科用システムの安全な作動を確保するために、貫通地点、すなわち切断される骨の遠位側をブレード１８がちょうど貫通する時点で、ブレード１８の貫通速度が急上昇してはならない。外科用システムは、ロボットアーム２２が切断動作中に骨を通る一定の前送り速度で超音波ブレード１８を動かすように構成される。デジタルプロセッサ又は制御ユニット１２は、器具の制御に必要な自由度を実装する複数の並進サーボ機構２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び複数の回転サーボ機構２８ａ、２８ｂ、２８ｃに接続されている。デジタルプロセッサ又は制御ユニット１２は、ピックアップ又は負荷センサ３０によって監視される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力が減少すると、自動的に、予め選択された手術部位の骨組織を進むブレード１８の前進の動きを減少させ、好ましくは前進の動きを停止させる。あるいは又は加えて、波形発生器１０によってトランスデューサ１６に与えられる電力が減らされてもよく、又は遮断されてもよい。
【００２３】
負荷センサ３０は、波形生成サブシステム３２の一部であってもよく、実際には波形発生器１０にその一部として含まれてもよい。デジタルプロセッサ１２の波形生成制御部分、及び波形生成サブシステム３２は、米国特許第８６５９２０８号及び第９０７０８５６号に記載されるような形態を取ることができ、それらの開示は参照により本明細書に援用される。
【００２４】
ブレード１８の一定の送り速度は、デジタルプロセッサ又は制御ユニット１２によるサーボ機構２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２８ａ、２８ｂ、２８ｃの選択的作動によりロボットアーム２２によって維持される。負荷センサ３０によって検出される負荷変化ピックアップは、超音波電力供給構成要素（制御ユニット１２、波形発生器１０、トランスデューサ１６）のフィードバックループ、より正確に言えば、負荷に応じた駆動電圧の変動で実装される。米国特許第８６５９２０８号及び第９０７０８５６号を参照。一定の運動振幅を維持するために、超音波制御は、増加及び減少する負荷に応じて超音波の電圧を選択的に増減して、一定の作動電流と位相角を維持する。貫通地点では、負荷の減少に関連する電圧降下が、サーボ機構２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２８ａ、２８ｂ、２８ｃの作動を停止又は中断するためのサーボ制御（デジタルプロセッサ１２）への入力として使用される。更に、超音波波形発生器１０の電力出力は、少なくとも大幅に減少されてもよく、又は中断されてもよい。
【００２５】
骨切断ブレード１８は、遠位端に刃先３４を備えて形成され、米国特許第６３７９３７１号及び第６４４３９６９号に示される形態を取ることができる。ブレード１８は、超音波振動エネルギを伝達するように構成され、より具体的には、プローブ２４及びトランスデューサ１６は、所望の周波数、例えば２２．５ＫＨｚの超音波定在波を伝える寸法にされる。上述のように、制御ユニット又はプロセッサ１２は、ロボットアーム２２に作用可能に接続され、ロボットアーム２２が切断作業中に骨組織を進む一定の又は均一な速度（速さ）で骨切断ブレード１８を移動させるよう、ロボットアームの動きを制御するように部分的に構成される。電気又は超音波波形発生器１０は、エネルギを与えるために超音波電気機械トランスデューサ１６に作用可能に接続され、予め選択された（設計された）超音波周波数で骨切断ブレード１８を振動させる。プロセッサ１２は、電気波形発生器に作用可能に接続され、電気波形発生器と共に超音波電気機械トランスデューサ１６での負荷を監視するように構成されている。プロセッサ１２は、負荷又は与えられる電力の減少を感知すると（負荷センサ３０からの入力により）、ロボットアーム２２に骨切断ブレード１８の動きを停止させる及び／又は少なくとも超音波電気機械トランスデューサ１６の波形エネルギ出力を大幅に減少させる制御動作を実行するように構成されている。
【００２６】
図示の外科用システムを用いた関連する外科的方法は、典型的には、超音波骨切断ブレード１８及び超音波電気機械トランスデューサ１６をロボットアーム２２に取り付けることと、サーボ機構２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２８ａ、２８ｂ、２８ｃによってロボットアームを作動させて、外科的な切断動作中に骨組織を進む一定の又は均一な速度で切断ブレードを動かすこととを含む。電気波形発生器１０は、電気機械トランスデューサ１６にエネルギを与えて、外科的な切断動作中に超音波周波数（例えば、２２．５ｋＨｚ）でブレード１８を振動させるように作動される。波形発生器１０の作動は、米国特許第８６５９２０８号及び第９０７０８５６号に開示されているように、超音波骨切断ブレードの一定の振動振幅を維持するために波形発生器１０の電力出力を調整することを含む。この方法は、波形発生器１０の負荷又は電力出力を自動的に監視し、負荷又は与えられる電力の減少を感知すると、サーボ機構２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２８ａ、２８ｂを作動させて、ブレード１８の動きを停止させるようにロボットアーム２２を動作させ、任意で少なくとも波形発生器１０の波形エネルギ出力を大幅に減少させることを含む。
【００２７】
電気又は超音波波形発生器１０の作動は、超音波ブレード１８の一定の振動振幅を維持するためにその電力出力を調整することを含む。好ましくは、これは超音波波形発生器１０の電力出力の電圧を調整して、作動電流及び位相角を一定に維持することによって達成される。米国特許第８６５９２０８号及び第９０７０８５６号を参照。
【００２８】
本発明を特定の実施形態及び用途について説明したが、当業者は、この教示を踏まえて、本発明の趣旨から逸脱することなく、又は特許請求の範囲を超えることなく、追加の実施形態及び修正をもたらし得る。したがって、図面及び本明細書の説明は、本発明の理解を容易にするために例として提示されており、その範囲を限定するものと解釈されるべきでないことが理解される。
【符号の説明】
【００２９】
１０    超音波波形発生器
１２    デジタルプロセッサ
１４    超音波器具アセンブリ
１６    超音波電気機械トランスデューサ
１８    超音波骨切断ブレード
２０    ロボットシステム
２２    ロボットアーム
２４    超音波プローブ又はツール
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ    並進サーボ機構
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ    回転サーボ機構
３０    ピックアップ又は負荷センサ
３２    波形生成サブシステム
３４    刃先
【図１】
2021511115.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月15日(2020.9.15)
【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】
刃先を有する、超音波振動エネルギを伝達するように構成された骨切断ブレードと、
前記骨切断ブレードが作動可能に接続された超音波電気機械トランスデューサと、
前記骨切断ブレードが取り付けられたロボットアームと、
前記ロボットアームに作用可能に接続された制御プロセッサと、
超音波の機械的波形エネルギで前記骨切断ブレードを作動させるために、前記超音波電気機械トランスデューサにエネルギを与えるように作動可能に接続された電気波形発生器と、
を含み、前記プロセッサは、切断動作中に前記ロボットアームが、骨組織を進む一定の又は均一な速度で前記骨切断ブレードを動かすようにして前記ロボットアームの動きを制御するように部分的に構成され、前記プロセッサは、前記電気波形発生器に作用可能に接続されて、前記電気波形発生器と共に前記超音波電気機械トランスデューサの負荷を監視するように構成され、前記プロセッサは、負荷又は与えられる電力の減少を感知すると、前記ロボットアームに前記骨切断ブレードの動きを停止させること及び少なくとも前記電気波形発生器の波形エネルギ出力を大幅に減少させることからなる群から選択される制御動作を実行するように更に構成される、外科用システム。
【請求項２】
極めて重要な構造のごく近くで骨組織を切断するための外科用システムであって、該外科用システムは、
超音波波形発生器と、
該超音波波形発生器に作用可能に接続された制御ユニットと、
電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリと、
サーボ機構及び該サーボ機構により移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムと
を含み、前記超音波波形発生器は、前記電気機械トランスデューサにエネルギを与えるために前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続され、負荷センサ又はピックアップ部品が前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続されて、前記超音波波形発生器に含まれ、前記負荷センサ又はピックアップ部品は、前記制御ユニットに作用可能に接続され、前記超音波器具アセンブリは前記ロボットアームに取り付けられ、前記制御ユニットは前記サーボ機構に作用可能に接続されて、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で前記超音波ブレードを動かすように前記ロボットアームを作動させるように構成され、前記制御ユニットは、前記負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答して前記サーボ機構を作動させ、自動的に、骨組織を進む前記超音波ブレードの前進の動きを少なくとも減少させるように更に構成されている、外科用システム。
【請求項３】
極めて重要な構造のごく近くで骨組織を切断するための外科用システムであって、該外科用システムは、
超音波波形発生器と、
該超音波波形発生器に作用可能に接続された制御ユニットと、
電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリと、
サーボ機構及び該サーボ機構により移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムと
を含み、前記超音波波形発生器は、前記電気機械トランスデューサにエネルギを与えるために前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続され、負荷センサ又はピックアップ部品が前記電気機械トランスデューサに作用可能に接続されて、前記超音波波形発生器に含まれ、前記負荷センサ又はピックアップ部品は、前記制御ユニットに作用可能に接続され、前記超音波器具アセンブリは前記ロボットアームに取り付けられ、前記制御ユニットは前記サーボ機構に作用可能に接続されて、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で前記超音波ブレードを動かすように前記ロボットアームを作動させるように構成され、前記制御ユニットは、前記負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答して前記サーボ機構を作動させ、自動的に少なくとも前記超音波波形発生器の電力出力を大幅に減少させるように更に構成されている、外科用システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明によれば、極めて重要な構造のすぐ近くで骨組織を切断するための外科用システムは、超音波波形発生器と、超音波波形発生器に作用可能に接続された制御ユニットと、電気機械トランスデューサ及び超音波ブレードを含む超音波器具アセンブリとを含む。超音波波形発生器は、トランスデューサにエネルギを与えるためにトランスデューサに作用可能に接続されている。そのシステムは更に、サーボ機構及びサーボ機構によって移動可能なロボットアームを含むロボットサブシステムを含む。負荷センサ又はピックアップ部品は、電気機械トランスデューサに作用可能に接続されて、超音波波形発生器に含まれ、その負荷センサ又はピックアップ部品は、制御ユニットに作用可能に接続される。超音波器具アセンブリはロボットアームに取り付けられ、一方で制御ユニットはサーボ機構に作用可能に接続されて、切断動作中に骨組織を進む一定の前送り速度で超音波ブレードを動かすようにロボットアームを作動させるよう構成されている。制御ユニットは、負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答してサーボ機構を作動させ、自動的に、骨組織を進む超音波ブレードの前進の動きを少なくとも減少させるように更に構成されている。任意で、制御ユニットは、負荷センサ又はピックアップ部品によって検出される単位時間当たりの負荷又は与えられる電力の減少に応答して、自動的に少なくとも超音波波形発生器の電力出力を大幅に減少させるように更に構成される。
【国際調査報告】
2021511115.tif 000004