JP2001506889A - 整形外科手術時の外科器具の位置決めおよび案内装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置に関する。この装置は、端側に取り付け板（２）を有するプログラム制御される多関節型のロボットーム（１）と、取り付け板に保持された、整形外科手術のための器具（３）と、コンピュータを備えたプログラム制御装置とを具備している。プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するためのセンサがロボットアーム（１）の関節に配置されている。本発明に従い、工業ロボットの器具座標系内で物体を三次元測定するための手動で案内することができる、例えば多関節型触知アーム（４）の形をしたセンサ装置が設けられている。予め設定され前もって到達したロボットアーム（１）の基本位置において、患者の骨上の基準点がこのセンサ装置（４）によって検知可能である。器具座標系に関する基準点の座標から、コンピュータが、その後の外科手術中のロボットアーム（１）の作業位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】 整形外科手術時の外科器具の位置決めおよび案内装置 本発明は、端側に取り付け板を有するプログラム制御される多関節型のロボッ トームを備えた工業ロボットと、 取り付け板に保持された、整形外科手術のための器具と、 コンピュータを備えたプログラム制御装置とを具備し、 プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するためのセ ンサがロボットアームの関節に配置され、ロボットアームがプログラム制御装置 によって外科手術のための作業位置に移動可能である、 整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置に関する。 上記の特徴を有する装置はＶＤＩ報告書、第２９号（１９９４年７月）によっ て知られ、腰骨の手術で使用される。手術の前に、先ず最初に患者の膝と大腿骨 に３本のボルトが植付けられる。ボルトは小さな凹部を備え、この凹部にロボッ トアームに設けられたセンサ（フィーラ）のヘッドが嵌め込まれる。同様に術前 に行われるコンピュータ断層撮影は、プログラム制御に必要な患者のデータを提 供する。外科手術中、患者の大腿部は、工業ロボットの基部に固定連結された無 菌の保持アームに固定される。骨に当てられる測定アームは、起こり得る位置変 化を検出する。外科医は先ず最初に、ロボットアームの端側のセンサを、ボルト の凹部によって定められた基準点に案内する。この基準点の座標がコンピュータ 断層撮影のデータと比較される。このデータから、コンピュータは外科手術のた めのロボットアームの作業位置を算出する。作用位置が算出されると、センサは 器具によって置き換えられ、ロボットアームを送る際に大腿骨はプログラム制御 されて切削される。続いて、外科医は前もって選定された人工補綴を挿入するこ とができる。 公知の装置の使用は、コンピュータ断層撮影装置を使用して、膨大な術前の計 画を必要とする。このコンピュータ断層撮影装置は高価であるだけでなく、手術 時間全体がわずらわしい程長くなる。更に、外科医はプログラム制御される手術 の経過に対して影響を与えることができない。骨の位置が変化したときおよびま たは所定の許容誤差が維持できなくなったときに、装置は安全上の理由からその 作業を直ちに中止する。 本発明の根底をなす課題は、内部手術的に使用可能であり、外科医が手術に影 響を与えることができるように、冒頭に述べた種類の装置を形成することである 。 この課題は冒頭に述べた種類の装置において、本発明に従い、工業ロボットの 器具座標系内で物体を三次元測定するための、手動で案内することができるセン サ装置を備え、プログラム制御装置によって予め設定され前もって到達したロボ ットアームの基本位置において、患者の骨上の基準点がセンサ装置によって検知 可能であり、器具座標系に関する基準点の座標から、コンピュータがロボットア ームの作業位置を算出することによって解決される。理解されるように、ロボッ トアームの作業位置は、一連のロボットアーム位置を含む。取り付け板上に設け られた、外科手術を行うための器具を最適に案内および位置決めするために、ロ ボットアームはこの一連の位置に達しなければならない。センサ装置の機器技術 的な実施とは関係なく、センサ装置とロボットアームの間の連結により、工業ロ ボットの器具座標系において、プログラム制御装置で定められる基準点の座標を 検出することが本発明にとって重要である。このセンサ装置は次に詳しく述べる ように、異なるように形成可能である。 センサ装置は、ロボットアームの作業位置を算出するために充分な数の、外科 手術を行う骨上の良好に識別可能な基準点を検知することができる。この基準点 の受信中、ロボットアームはその前に到達した知られている基本位置に止まる。 基本位置の座標と基準点の座標によって、続いて外科手術のときにロボットアー ムが占める作業位置が正確に算出される。外科手術の種類に依存して、１つの作 業位置または一連の作業位置が算出される。本発明による装置は、内部手術的な 適用を可能にする。例えばレントゲン撮影またはコンピュータ断層撮影に基づく 術前の計画は、原理的には不要である。更に、外科医がセンサ装置によって、手 術の途中で露出する骨上に、他の特徴的な点を手術中に検出できるように、プロ グラム制御装置が構成されている。この特徴的な点はその後、ロボットアームの 作業位置を補正するためおよびまたは手術の進行時にロボットアームが占める一 連の作業位置を決定するために加工処理される。 本発明では、いろいろな測定原理に基づくセンサ装置を使用することができる 。或る実施形では、ロボットアームの取り付け板に、手で動かすことができる多 関節の触知アームが接続されている。この場合、ロボットの器具座標系に対する 連結は、剛性のある機械的連結によって行われる。この場合、取り付け板上にお ける触知アームの固定は、正確に定めた位置で正確に行わなければならない。触 知アームは関節位置を検出するためにセンサを有する関節を備えている。ロボッ トアームがプログラム制御装置によって設定された、その前に到達した基本位置 にあるときに、触知アームを手動で案内することにより、患者の骨上の基準点を 検知可能である。この基準点の座標はコンピュータに供給される。コンピュータ はこの座標からロボットアームの作業位置を算出する。触知アームは好ましくは ６個の関節を備えている。 関節位置を検知するためのセンサを備えた多関節型触知アーム自体は知られて いる。触知アームは専ら手動で案内することができる受動式の測定機器である。 この測定機器は公知の手段の範囲内で、工作物を測定するための携帯可能な機器 として使用される。本発明による認識では、プログラム制御される能動式のロボ ットアームに多関節型触知アームを端側で接続することにより、外科手術の際に 利用可能なかなりの利点が生じる。本発明にとって、取り付け板上に配置された 触知アームが器具によって置き換えられず、外科手術中いつも外科医に供される ことが重要である。 本発明の他の実施形では、センサ装置がコンピュータに接続された多関節型触 知アームからなり、この触知アームが定置されて配置され、それによって患者の 検知すべき骨と、基本位置に移動したロボットアームの取り付け板が、触知アー ムによって検知可能な作業空間内にあり、取り付け板上の少なくとも１つの基準 点が触知アームによって検知可能であり、取り付け板の位置および方向と患者の 骨上の検知された基準点が、触知アームによって、空間的に固定された三次元座 標系内で算出され、コンピュータが算出された空間座標を器具座標系の座標に変 換する。取り付け板上には複数の点を設けることができる。この点の位置は正確 に決定され、器具座標系に関して定められる。他の方法では、ロボットアームが １つの基本位置だけでなく、複数の、少なくとも３つの基本位置に順々に動かさ れる。この各々の基本位置でその都度、取り付け板上に定められた１つの点が触 知アームによって検知される。触知装置の空間座標系では、この点はロボットア ームの基本位置の各々について異なる材料を有する。この座標を認識した上で、 その後で検知される、骨上の基準点の空間座標を、器具座標系に変換することが できる。 センサ装置を実施するたの他の方法では、三次元の位置突き止め装置が使用さ れる。この位置突き止め装置は送信器要素／受信器要素の交互作用によって物体 の位置測定を行う。このような装置は原理的に知られており、光学的方法、誘導 式方法または超音波方法に基づいている。この場合、本発明では、センサ装置は 遠隔データ伝送を行う測定装置を備え、この測定装置は定置された受信器と、第 １の送信器と取り付け板に設けられた第２の送信器を有する触知ピンを備え、送 信器は複数の信号発信器を備え、この信号発信器が予め定められて動かぬように 空間的に配置され、かつ受信器によって受信した位置測定信号を発信し、位置測 定信号から、触知ピンと取り付け板の位置と方向が、空間的に固定された三次元 座標系で算出され、触知ピンと取り付け板の算出された空間座標がコンピュータ に供給され、コンピュータが触知ピンの空間座標を器具座標系の座標に変換する 。 更に、本発明の範囲内では、センサ装置として遠隔データ伝送を行う測定装置 が使用され、この測定装置が定置された受信器と、送信器を有する触知ピンを備 え、送信器は複数の信号発信器を備え、この信号発信器は予め定められて動かぬ ように空間的に配置され、かつ受信器によって受信した位置測定信号を発信し、 触知ピンによって、基本位置に動かされたロボットアームの取り付け板の少なく とも１つの基準点が検知可能であり、触知ピンによって、取り付け板の位置と方 向および患者の骨上で検知された基準点が、空間的に固定された三次元座標系で 算出され、コンピュータが算出された空間座標を器具座標系の座標に変換する。 本発明の範囲内では、コンピュータが、触知アームまたは位置突き止め装置に よって測定された基準点の座標から、進行し得るロボットプログラムを形成する 。このロボットプログラムはプログラム制御装置でダビングされる。この場合、 骨の加工はプログラム制御されてロボットアームの運動によって行われる。本発 明の好ましい実施形では、外科手術のための器具が、同様に取り付け板に固定さ れた、特に取り付け板に対して垂直に向いたキャリッジ上で軸方向に移動可能に 案内されている。本発明のこの実施形の場合、外科器具が本発明による装置によ って手術に最適な位置および最適な方向にもたらされた後で、外科器具の送りは 手動であるいはロボットアームの動きとは関係なく動力送り装置により、外科医 によって行うことができる。この場合、それにもかかわらず、実施すべき切断は 非常に正確に実施可能である。というのは、器具が本発明による装置によって最 適に保持および案内されるからである。 本発明の他の実施形では、装置が手術中の患者の空間的な位置を検出するため の付加的な監視装置を備えている。この監視装置の技術的な形成は、使用される 位置突き止め装置に依存する。触知アームを備えた実施形の場合には、カメラが 使用される。このカメラは外科手術の前に当該の骨内に挿入され、ロボットアー ムの作業位置を測定する際にカメラの座標が触知アームによって検知される。こ の場合、カメラによって検知されたマークピンの位置変化はコンピュータで処理 され、ロボットアームの作業位置の補正がプログラム制御装置によって行われる 。送信要素と受信要素を備えたセンサ装置を使用する場合、監視装置は好ましく は少なくとも１個の基準ピンを備えている。この基準ピンは外科手術の前に患者 の当該の骨に固定可能であり、第３の送信器を備えている。この場合、基準点の 送信器は触知ピンと同様に複数の信号発信器を備えている。この信号発信器は受 信器によって受信された位置測定信号を発信する。骨は正確に位置が突き止めら え、その位置は正確に演算される。骨の位置が変化したときには、ロボットアー ムと、このロボットアームに接続された外科器具の位置が自動的に補正される。 その際、場合によっては、外科医によって開始しなければならない。 次に、実施の形態を示す図に基づいて本発明を説明する。 図１は、整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置の 部分平面図、 図２は図１のＡ方向から見た側面図、 図３は図１のＢ方向から見た側面図、 図４，５は本発明による装置の他の実施の形態を示す図である。 装置の基本的な構造に工業ロボットが属する。この工業ロボットは端側に取り 付け板を有する、プログラム制御される多関節型ロボットアームと、コンピュー タを有するプログラム制御装置を備えている。ロボットアームの関節には、関節 位置を検出するためのセンサが設けられている。プログラム制御装置により、ロ ボットアームは外科手術のための作業位置に移動可能である。 図１〜３にはロボットアーム１の自由端だけが示してある。ロボットアームは 端側の取り付け板２を備えている。この取り付け板には、整形外科手術用器具３ と、手で動かすことができる多関節型の触知アーム（センサアーム）４が接続さ れている。図１と図２の比較考察から判るように、触知アームは少なくとも３個 の関節５を備えている。特に６個の関節が設けられている。関節５内には、関節 位置を検出するために、センサ、例えばポテンショメータ、インクリメンタル型 トランスデューサ、レゾルバ等の形をしたセンサが装着されている。プログラム 制御装置によって設定されたロボットアーム１の基本位置において触知アーム４ を手動で案内することにより、患者の骨の基準点を検知することができる。この 基準点の座標はコンピュータ（図示していない）に供給される。コンピュータは 座標から、その後の外科手術の際にロボットアーム１が占める作業位置を検出す る。図１と図３の比較考察から判るように、器具３は同様に取り付け板２に固定 されたキャリッジ６によって軸方向に移動可能に案内されている。キャリッジ６ は取り付け板２に対して垂直に配置されている。器具３の送りはロボットアーム １の動きと関係なく、手動であるいは動力による送り駆動装置によって行うこと ができる。 図４に示した本発明による装置の実施の形態の場合には、触知アーム４はロボ ットアーム１の取り付け板２に配置されていないで、定置されて位置決めされ、 コンピュータ１２に接続されている。多関節型触知アーム４の位置は、触知すべ き骨と、基本位置に移動したロボットアーム１の取り付け板２が、触知アーム４ によって触知可能な作業空間内に位置するように選定されている。触知アームに よって、取り付け板２上の少なくとも１つの基準点を触知することができる。触 知アーム４によって、取り付け板２の位置および方向と、患者の骨上で触知され た基準点が、空間的に固定された三次元の座標系で検出される。コンピュータ１ ２は検出された空間座標を器具座標系に変換する。この方法は、触知アーム５に よって取り付け板２上の複数の点が触知され、器具座標系におけるこの点の位置 が正確に定められるように実施可能である。他の方法では、ロボットアーム１が １つの基本位置ではなく、少なくとも３つの基本位置に順々に移動させられる。 この各々の基本位置でその都度、取り付け板２上の知られていて定められた正確 な位置を有する１点だけが、触知アーム４によって感知される。触知装置の空間 座標系において、この点はロボットアーム１の基本位置で異なる座標を有する。 この座標から、所望の座標変換を行うための数学的な規則を導き出すことができ る。骨上の基準点の触知は、この数学的な規則が決定された後で初めて行われる 。 図５に示した本発明による装置の実施の形態は、ロボットアームの器具座標系 内での三次元的な物体測定のための、手動で案内することができるセンサ装置を 備えている。このセンサ装置は遠隔データ伝送を行う測定装置４’を備えている 。この測定装置は定置された受信器７と、第１の送信器９を備えた触知ピン８と 、取り付け板２上に配置された第２の送信器１０を備えている。送信器９，１０ は空間的に動かぬように定められた複数の信号発信器１１を備えている。この信 号発信器は受信器７によって受信された位置測定信号を発信する。位置測定信号 から、触知ピン８と取り付け板２の位置と方向が、空間的に固定された三次元座 標系で算出される。触知ピン８と取り付け板２の算出された空間座標はコンピュ ータ１２に供給可能であり、このコンピュータは触知ピンの空間座標を器具座標 系の座標に変換する。この器具座標系はプログラム制御に用いられる。 データ伝送を行う測定装置を備えた位置決定系は原理的には知られており、光 学的方法、誘導式方法または超音波方法に基づいている。触知ピンは例えば小さ な板を備え、この板の角に、４〜６個の赤外線発光ダイオード１１が信号発信器 として配置されている。この赤外線発光ダイオードから出た光パルスは、空間内 に定置された受信器７によって検出可能である。この受信器はレンズと光感知セ ンサからなる別々の３個の受信要素１３を備えている。送信要素１１と受信要素 １３の正確に知られている幾何学的な配置を利用して、すべての受信信号を数学 的に評価することにより、空間的に定められた座標系内での触知ピン８の位置と 方向を算出することができる。本発明では、ロボットアーム１の取り付け板２に 、送信要素１１を有する小さな板１０が固定されている。これにより、触知ピン ８と取り付け板２が測定されるので、数学的な換算によって、触知ピンによって 検知された骨上の基準点の空間座標が、プログラム制御に用いられる工業ロボッ トの器具座標系に変換することが可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月２２日（１９９８．１２．２２） 【補正内容】 明細書 整形外科手術時の外科器具の位置決めおよび案内装置 本発明は、端側に取り付け板を有するプログラム制御される多関節型のロボッ トームを備えた工業ロボットと、 取り付け板に保持された、外科手術のための器具と、 コンピュータを備えたプログラム制御装置と、 患者の骨上の基準点を検知するためのセンサ装置とを具備し、 プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するためのセ ンサがロボットアームの関節に配置され、ロボットアームがプログラム制御装置 によって外科手術のための作業位置に移動可能である、 整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置に関する。 上記の特徴を有する装置はヨーロッパ特許出願公開第０４５６１０３号公報に よって知られている。物体を測定するために、外科器具は触知要素によって置き 換えられ、ロボットアームが患者に近づけられる。このロボットアームの接近は 、ロボットアームのサーボ駆動装置を手動機器によってあるいはロボットアーム の手動案内時に応答する圧力センサによって操作することにより行われる。運動 が動力で制御されるので、患者を危険にさらさないようにするために、運動は非 常にゆっくり行わなければならない。従って、基準点の検知は長い時間を必要と する。これは手術時間に不利に作用する。 類似の装置がＶＤＩ報告書、第２９号（１９９４年７月）によって知られ、腰 骨の手術で使用される。手術の前に、先ず最初に患者の膝と大腿骨に３本のボル トが植付けられる。ボルトは小さな凹部を備え、この凹部にロボットアームに設 けられたセンサ（フィーラ）のヘッドが嵌め込まれる。同様に術前に行われるコ ンピュータ断層撮影は、プログラム制御に必要な患者のデータを提供する。外科 手術中、患者の大腿部は、工業ロボットの基部に固定連結された無菌の保持アー ムに固定される。骨に当てられる測定アームは、起こり得る位置変化を検出する 。外科医は先ず最初に、ロボットアームの端側のセンサを、ボルトの凹部によっ て定められた基準点に案内する。この基準点の座標がコンピュータ断層撮影のデ ータと比較される。このデータから、コンピュータは外科手術のためのロボット アームの作業位置を算出する。作用位置が算出されると、センサは器具によって 置き換えられ、ロボットアームを送る際に大腿骨はプログラム制御されて切削さ れる。続いて、外科医は前もって選定された人工補綴を挿入することができる。 公知の装置の使用は、コンピュータ断層撮影装置を使用して、膨大な術前の計 画を必要とする。このコンピュータ断層撮影装置は高価であるだけでなく、手術 時間全体がわずらわしい程長くなる。更に、外科医はプログラム制御される手術 の経過に対して影響を与えることができない。骨の位置が変化したときおよびま たは所定の許容誤差が維持できなくなったときに、装置は安全上の理由からその 作業を直ちに中止する。 本発明の根底をなす課題は、外科器具の作業位置を迅速かつ正確に測定するこ とができる、冒頭に述べた種類の装置を提供することである。この装置は内部手 術的に使用可能であり、外科医が手術に影響を与えることができるように形成す べきである。 この課題は本発明に従い、請求項１，２，４，５によって解決される。異なる 機器技術的な実施形の場合、共通の解決策原理は次の点にある。すなわち、ロボ ットアームの位置と関係なく手動で案内することができる、工業ロボットの器具 座標系内で物体を三次元測定するためのセンサ装置が設けられている点にある。 この場合、プログラム制御装置によって予め設定され前もって到達したロボット アームの基本位置において、患者の骨上の基準点がセンサ装置によって検知可能 であり、器具座標系に関する基準点の座標から、コンピュータがロボットアーム の作業位置を算出することによって解決される。理解されるように、ロボットア ームの作業位置は、一連のロボットアーム位置を含む。取り付け板上に設けられ た、外科手術を行うための器具を最適に案内および位置決めするために、ロボッ トアームはこの一連の位置に達しなければならない。センサ装置の機器技術的な 実施とは関係なく、センサ装置とロボットアームの間の連結により、工業ロボッ トの器具座標系において、プログラム制御装置で定められる基準点の座標を検出 することが本発明にとって重要である。このセンサ装置は次に詳しく述べるよう に、異なるように形成可能である。 センサ装置は、ロボットアームの作業位置を算出するために充分な数の、外科 手術を行う骨上の良好に識別可能な基準点を検知することができる。この基準点 の受信中、 請求の範囲 １．端側に取り付け板を有するプログラム制御される多関節型のロボットームを 備えた工業ロボットと、 取り付け板に保持された、外科手術のための器具と、 コンピュータを備えたプログラム制御装置と、 患者の骨上の基準点を検知するためのセンサ装置とを具備し、 プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するための センサがロボットアームの関節に配置され、ロボットアームがプログラム制御 装置によって外科手術のための作業位置に移動可能である、 整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置において 、 センサ装置が取り付け板に固定された多関節の触知アーム（４）からなり、 この触知アームが手動で案内可能な受動式測定機器として形成され、かつ関節 位置を検知するためのセンサを備え、手術中にも外科医がこの触知アームを自 由に使用可能であり、ロボット制御装置によって設定され前もって到達したロ ボットアーム（１）の基本位置において、患者の骨上の基準点が触知アーム（ ４）の運動によって検知可能であり、触知アーム（４）のセンサによって出力 された位置データと、器具座標系で測定されたロボットアームセンサの位置デ ータから、コンピュータが外科手術のためのロボットアーム（１）の作業位置 を算出することを特徴とする装置。 ２．端側に取り付け板を有するプログラム制御される多関節型のロボットームを 備えた工業ロボットと、 取り付け板に保持された、外科手術のための器具と、 コンピュータを備えたプログラム制御装置と、 患者の骨上の基準点を検知するためのセンサ装置とを具備し、 プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するための センサがロボットアームの関節に配置され、ロボットアームがプログラム制御 装置によって外科手術のための作業位置に移動可能である、 整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置において 、 センサ装置がコンピュータ（１２）に接続された多関節型触知アーム（４） からなり、この触知アームが手動で案内可能な受動式測定機器として形成され 、かつ関節位置を検知するためのセンサを備え、触知アームが定置されて配置 され、それによって患者の検知すべき骨と、基本位置に移動したロボットアー ム（１）の取り付け板（２）が、触知アーム（４）によって検知可能な作業空 間内にあり、触知アーム（４）によって、患者の骨上の検知された基準点と取 り付け板（２）の少なくとも１つの基準点が検知可能であり、コンピュータ（ １２）が触知アームによって空間的に固定された三次元座標系内で検出された 基準点の空間座標を器具座標系の座標に変換することを特徴とする装置。 ３．カメラによって手術中に患者の空間的な位置を検出するために付加的な監視 装置を備え、このカメラがマークピンの位置を検出し、このマークピンが外科 手術の前に骨に挿入され、マークピンの座標が、ロボットアーム（１）の作業 位置を調整する際に触知アーム（４）によって検知可能であり、カメラによっ て検出されたマークピンの位置変化がコンピュータで処理され、ロボットアー ム（１）の作業位置の補正がプログラム制御装置によって行われることを特徴 とする請求項１または２記載の装置。 ４．端側に取り付け板を有するプログラム制御される多関節型のロボットームを 備えた工業ロボットと、 取り付け板に保持された、外科手術のための器具と、 コンピュータを備えたプログラム制御装置と、 患者の骨上の基準点を検知するためのセンサ装置とを具備し、 プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するための センサがロボットアームの関節に配置され、ロボットアームがプログラム制御 装置によって外科手術のための作業位置に移動可能である、 整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置において 、 センサ装置が遠隔データ伝送を行う測定装置（４’）を備え、この測定装置 が定置された受信器（７）と、第１の送信器（９）と取り付け板（２）に設け られた第２の送信器（１０）を有する触知ピン（８）を備え、送信器（９，１ ０）が複数の信号発信器（１１）を備え、この信号発信器が予め定められて動 かぬように空間的に配置され、かつ受信器（７）によって受信した位置測定信 号を発信し、コンピュータ（１２）が位置測定信号から算出された触知ピン（ ８）の空間座標を、同様に位置測定信号から算出された取り付け板の空間座標 と共に、器具座標系の座標に変換することを特徴とする装置。 ５．端側に取り付け板を有するプログラム制御される多関節型のロボットームを 備えた工業ロボットと、 取り付け板に保持された、外科手術のための器具と、 コンピュータを備えたプログラム制御装置と、 患者の骨上の基準点を検知するためのセンサ装置とを具備し、 プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するための センサがロボットアームの関節に配置され、ロボットアームがプログラム制御 装置によって外科手術のための作業位置に移動可能である、 整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置において 、 センサ装置が遠隔データ伝送を行う測定装置（４’）を備え、この測定装置 が定置された受信器（７）と、送信器（９）を有する触知ピン（８）を備え、 送信器（９）が複数の信号発信器（１１）を備え、この信号発信器が予め定め られて動かぬように空間的に配置され、かつ受信器（７）によって受信した位 置測定信号を発信し、触知ピン（４）によって患者の骨上の基準点と取り付け 板（２）の少なくとも１つの基準点が検知可能であり、コンピュータが位置測 定信号から算出された触知ピン（８）の空間座標を、同様に位置測定信号から 算出された取り付け板の空間座標と共に、器具座標系の座標に変換することを 特徴とする装置。 ６．少なくとも１個の基準ピンによって手術中の患者の空間的な位置を検出する ための付加的な監視装置を備え、この基準ピンが外科手術の前に患者の骨に固 定可能であり、かつ第３の送信器を備え、同様に複数の信号発信器を備えた基 準ピンの送信器が受信器によって受信された位置測定信号を発信することを特 徴とする請求項４または５記載の装置。 ７．器具（３）が取り付け板（２）に固定されたキャリッジ上で軸方向に移動可 能に案内されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装 置。 ８．キャリッジ（６）が取り付け板（２）に対して一定の角度で、好ましくは垂 直に配置されていることを特徴とする請求項７記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．端側に取り付け板を有するプログラム制御される多関節型のロボットームを 備えた工業ロボットと、 取り付け板に保持された、整形外科手術のための器具と、 コンピュータを備えたプログラム制御装置とを具備し、 プログラム制御装置で定められた器具座標系内で関節位置を検知するための センサがロボットアームの関節に配置され、ロボットアームがプログラム制御 装置によって外科手術のための作業位置に移動可能である、 整形外科手術の際に外科器具を位置決めおよび案内するための装置において 、 工業ロボットの器具座標系内で物体を三次元測定するための、手動で案内す ることができるセンサ装置（４，４’）を備え、プログラム制御装置によって 予め設定され前もって到達したロボットアーム（１）の基本位置において、患 者の骨上の基準点がセンサ装置（４，４’）によって検知可能であり、器具座 標系に関する基準点の座標から、コンピュータがロボットアーム（１）の作業 位置を算出することを特徴とする装置。 ２．センサ装置が取り付け板（２）に接続された多関節の触知アーム（４）を備 え、この触知アームが関節位置を検知するためのセンサを有する関節（５）を 備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．触知アーム（４）が６個の関節を備えていることを特徴とする請求項２記載 の装置。 ４．センサ装置がコンピュータ（１２）に接続された多関節型触知アーム（４） からなり、この触知アームが定置されて配置され、それによって患者の検知す べき骨と、基本位置に移動したロボットアーム（１）の取り付け板（２）が、 触知アーム（４）によって検知可能な作業空間内にあり、取り付け板（２）の 位置および方向と患者の骨上の検知された基準点が、触知アーム（４）によっ て、空間的に固定された三次元座標系内で算出され、コンピュータ（１２）が 算出された空間座標を器具座標系の座標に変換することを特徴とする請求項１ 記載の装置。 ５．カメラによって手術中に患者の空間的な位置を検出するために付加的な監視 装置を備え、このカメラがマークピンの位置を検出し、このマークピンが外科 手術の前に骨に挿入され、マークピンの座標が、ロボットアーム（１）の作業 位置を調整する際に触知アーム（４）によって検知され、カメラによって検出 されたマークピンの位置変化がコンピュータで処理され、ロボットアーム（１ ）の作業位置の補正がブログラム制御装置によって行われることを特徴とする 請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。 ６．センサ装置が遠隔データ伝送を行う測定装置（４’）を備え、この測定装置 が定置された受信器（７）と、第１の送信器（９）と取り付け板（２）に設け られた第２の送信器（１０）を有する触知ピン（８）を備え、送信器（９，１ ０）が複数の信号発信器（１１）を備え、この信号発信器が予め定められて動 かぬように空間的に配置され、かつ受信器（７）によって受信した位置測定信 号を発信し、位置測定信号から、触知ピン（８）と取り付け板（２）の位置と 方向が、空間的に固定された三次元座標系で算出され、触知ピン（８）と取り 付け板（２）の算出された空間座標がコンピュータ（１２）に供給され、コン ピュータが触知ピン（８）の空間座標を器具座標系の座標に変換することを特 徴とする請求項１記載の装置。 ７．センサ装置が遠隔データ伝送を行う測定装置（４’）を備え、この測定装置 が定置された受信器（７）と、送信器（９）を有する触知ピン（８）を備え、 送信器（９）が複数の信号発信器（１１）を備え、この信号発信器が予め定め られて動かぬように空間的に配置され、かつ受信器（７）によって受信した位 置測定信号を発信し、位置測定信号から、触知ピン（８）の位置と方向が、空 間的に固定された三次元座標系で算出され、触知ピン（８）によって取り付け 板の少なくとも１つの基準点が検知可能であり、触知ピン（８）によって、取 り付け板（２）の位置と方向および患者の骨上で検知された基準点が、空間的 に固定された三次元座標系で算出され、コンピュータが算出された空間座標を 器具座標系の座標に変換することを特徴とする請求項１記載の装置。 ８．少なくとも１個の基準ピンによって手術中の患者の空間的な位置を検出する ための付加的な監視装置を備え、この基準ピンが外科手術の前に患者の骨に固 定可能であり、かつ第３の送信器を備え、同様に複数の信号発信器を備えた基 準ピンの送信器が受信器によって受信された位置測定信号を発信することを特 徴とする請求項６または７記載の装置。 ９．器具（３）が取り付け板（２）に固定されたキャリッジ上で軸方向に移動可 能に案内されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の装 置。 10．キャリッジ（６）が取り付け板（２）に対して一定の角度で、好ましくは垂 直に配置されていることを特徴とする請求項９記載の装置。