(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒトの骨盤（１４）の基準面（１２）を決定するための非侵襲的方法、ここで、前記基準面（１２）の３点Ａ、Ｂ、Ｃの位置座標が基準座標系において非侵襲的に決定され、前記基準面（１２）が前記３点Ａ、Ｂ、Ｃの位置座標から計算される、であって、
前記基準面（１２）の第１点Ａの位置座標が、前記骨盤（１４）上の第１特徴点（Ａ）を検出することにより非侵襲的に決定され、ここで、前記第１特徴点（Ａ）は前記基準面（１２）上に位置し、
前記基準面（１２）の第２点（Ｂ、Ｃ）の位置座標が、前記骨盤（１４）の第２特徴点（Ｂ；Ｃ）を検出することにより非侵襲的に決定される、ここで、前記第２特徴点（Ｂ；Ｃ）は、前記基準面（１２）上に位置するが、前記骨盤（１４）の正中面（５８）上に位置しない、
方法において、
前記骨盤（１４）の前記正中面（５８）の前記基準座標系における位置が、非侵襲的に決定されること、及び
前記基準面（１２）の前記第２点（Ｂ；Ｃ）を前記正中面（５８）に関して鏡映することにより、前記基準面（１２）の第３点（Ｃ；Ｂ）の位置座標が計算されること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記基準面（１２）として、骨盤入口面（５６）が決定されること、を特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の方法であって、
前記正中面（５８）を非侵襲的に決定する目的のために、前記骨盤（１４）上の及び／又は前記骨盤（１４）に隣接した骨部分（６４、６６、６８）上の、少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋの、前記基準系における位置座標が、該点を非侵襲的に検出することにより決定されること、ここで、前記少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋは、前記正中面（５８）上に位置する、及び
前記基準系における前記正中面（５８）が、前記少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋの位置座標から計算されること、
を特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記骨盤（１４）上にある、前記少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つが、前記正中面（５８）上と前記基準面（１２）上の双方に位置するような方法で選択されること、を特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、前記第２特徴点（Ｂ；Ｃ）として、前記正中面（５８）から可能な限り遠くに位置する、前記骨盤（１４）の点が選択されること、を特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、前記骨盤（１４）上の及び／又は前記骨盤（１４）に隣接した骨部分（６４、６６、６８）上の前記特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋを検出するプロセスが、ナビゲートされる触診器具（４８）を使用した該骨盤の及び／又は該骨部分の経皮的触診プロセスにより、及び／又は、ナビゲートされる超音波センサ（５４）を使用した超音波走査により、非侵襲的に実行されること、を特徴とする方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の方法であって、少なくとも２つの更なる前記特徴点Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つとして、前記正中面（５８）上に位置するが、前記基準面（１２）上に位置しない、前記骨盤（１４）の特徴点（Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋ）が非侵襲的に検出されること、を特徴とする方法。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１項に記載の方法であって、少なくとも３つの更なる前記特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つとして、前記正中面（５８）上に位置する下部腰椎（６３）の特徴点（Ｆ、Ｇ、Ｈ）が非侵襲的に検出されること、を特徴とする方法。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか１項に記載の方法であって、少なくとも３つの更なる前記特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つとして、２つの後方上側腸骨棘（上後腸骨棘）を接続する線分（７０）の中心に位置する点（Ｋ）が選択されること、を特徴とする方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの外科装置（１８、２０、２２）の空間における位置及び配向を決定するための外科ナビゲーションシステム（１６）を備える、ヒトの骨盤（１４）の基準面（１２）を非侵襲的に決定するための装置（１０）、ここで、前記外科ナビゲーションシステムは、少なくとも２つのマーカ要素（３０、３２、３４）を備えると共に前記少なくとも１つの外科装置（１８、２０、２２）上に配置される又は前記少なくとも１つの外科装置に接続可能である、少なくとも１つの外科基準装置（２４、２６、２８）と、前記マーカ要素（３０、３２、３４）により放出された又は前記マーカ要素（３０、３２、３４）により反射された放射線を検出するための検出装置（３６）と、データ処理ユニット（４０）とを包含する、であって、
前記マーカ要素の、空間における実際のマーカ位置座標が、前記ナビゲーションシステム（１６）により決定可能であり、
該装置（１０）により、前記基準面（１２）の３点Ａ、Ｂ、Ｃの基準座標系における位置座標が非侵襲的に決定可能であり、かつ、前記基準面（１２）が、前記データ処理ユニット（４０）により、前記３点Ａ、Ｂ、Ｃの位置座標から計算可能であり、
前記基準面（１２）の第１点Ａの位置座標を、前記骨盤（１４）上の第１特徴点Ａを検出することにより非侵襲的に決定するための命令が、該装置（１０）により発行可能であり、ここで、前記第１特徴点Ａは前記基準面（１２）上に位置する、
前記基準面（１２）の第２点Ｂ、Ｃの位置座標を、前記骨盤（１４）の第２特徴点（Ｂ；Ｃ）を検出することにより非侵襲的に決定するための命令が、該装置（１０）により発行可能である、ここで、前記第２特徴点（Ｂ；Ｃ）は前記基準面（１２）上に位置するが、前記骨盤の正中面（５８）上に位置しない、
装置において、
前記骨盤（１４）の前記正中面（５８）の前記基準座標系における位置が、該装置（１０）により非侵襲的に決定可能であること、及び
前記基準面（１２）の第３点（Ｃ；Ｂ）の位置座標が、前記基準面（１２）の前記第２点（Ｂ；Ｃ）の位置座標から、決定された前記正中面（５８）に関して鏡映することにより計算可能であるように、前記データ処理ユニット（４０）が構成及びプログラムされること、
を特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記正中面（５８）を非侵襲的なやり方で決定する目的のために、前記骨盤（１４）上の及び／又は前記骨盤（１４）に隣接した骨部分（６４、６６、６８）上の、少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋの、前記基準系における位置座標を、該点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋを非侵襲的に検出することにより決定するための１つ以上の命令が、前記装置（１０）により発行可能であること、ここで、前記少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋは、前記正中面（５８）上に位置する、
前記基準系における前記正中面（５８）が、前記少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋの位置座標から計算されるように、前記データ処理ユニット（４０）が構成及びプログラムされること、
を特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記骨盤（１４）上にある、前記少なくとも３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つが、前記正中面（５８）上と前記基準面（１２）上の双方に位置するように選択されるという命令が、該装置により発行可能であること、を特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の装置であって、前記第２特徴点（Ｂ；Ｃ）として、前記正中面（５８）から可能な限り遠くに位置する、前記骨盤（１４）の点（Ｂ；Ｃ）が選択されるという命令が、該装置により発行可能であること、を特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の装置であって、前記ナビゲーションシステム（１６）と併用することで、前記骨盤（１４）上の及び／又は前記骨盤（１４）に隣接した骨部分（６４、６６、６８）上の前記特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋの位置座標が、非侵襲的に決定可能である、位置検出装置（４７）を特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置であって、少なくとも２つの更なる前記特徴点Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つとして、前記正中面（５８）上に位置するが、前記基準面（１２）上に位置しない、前記骨盤（１４）の特徴点（Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋ）が非侵襲的に検出されるという命令が、該装置により発行可能であること、を特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の装置であって、少なくとも３つの更なる前記特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つとして、前記正中面（５８）上に位置する下部腰椎（６３）の特徴点（Ｆ、Ｇ、Ｈ）が非侵襲的に検出されるという命令が、該装置により発行可能であること、を特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の装置であって、少なくとも３つの更なる前記特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋのうちの１つとして、２つの後方上側腸骨棘（上後腸骨棘）を接続する線分（７０）の中心に位置する点（Ｋ）が、仮想的に決定可能であるようなやり方で、該装置が構成及びプログラムされること、を特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、２つの後方上側腸骨棘を接続する前記線分（７０）の中心に位置する前記点（Ｋ）の位置座標が、前記データ処理ユニット（４０）により、非侵襲的な検出プロセスにより決定される前記２つの後方上側腸骨棘の位置座標から計算されるようなやり方で、該装置が構成及びプログラムされること、を特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒトの骨盤の基準面を決定するための非侵襲的方法、ここで、前記基準面の３点の位置座標が基準座標系において非侵襲的に決定され、前記基準面が前記３点の位置座標から計算される、であって、前記基準面の第１点の位置座標が、前記骨盤上の第１特徴点を検出することにより非侵襲的に決定され、ここで、前記第１特徴点は前記基準面上に位置し、前記基準面の第２点の位置座標が、前記骨盤の第２特徴点を検出することにより非侵襲的に決定される、ここで、前記第２特徴点は、前記基準面上に位置するが、前記骨盤の正中面上に位置しない、方法に関する。
【０００２】
更に、本発明は、少なくとも１つの外科装置の空間における位置及び配向を決定するための外科ナビゲーションシステムを備える、ヒトの骨盤の基準面を非侵襲的に決定するための装置、ここで、前記外科ナビゲーションシステムは、少なくとも２つのマーカ要素を備えると共に前記少なくとも１つの外科装置上に配置される又は前記少なくとも１つの外科装置に接続可能である、少なくとも１つの外科基準装置と、前記マーカ要素により放出された又は前記マーカ要素から反射された放射線を検出するための検出装置と、データ処理ユニットとを包含する、であって、前記マーカ要素の、空間における実際のマーカ位置座標が、前記ナビゲーションシステムにより決定可能であり、前記装置により、前記基準面の３点の基準座標系における位置座標が非侵襲的に決定可能であり、かつ、前記基準面が、前記データ処理ユニットにより、前記３点の位置座標から計算可能であり、前記基準面の第１点の位置座標を、前記骨盤上の第１特徴点を検出することにより非侵襲的に決定するための命令が、前記装置により発行可能であり、ここで、前記第１特徴点は前記基準面上に位置する、前記基準面の第２点の位置座標を、前記骨盤の第２特徴点を検出することにより非侵襲的に決定するための命令が、前記装置により発行可能である、ここで、前記第２特徴点は前記基準面上に位置するが、前記骨盤の正中面上に位置しない、装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
これまで、外科の分野では、特にインプラントを挿入する時やその他の手術の過程で、外科医を補助するために、ナビゲーションシステムが用いられてきた。これにより、通常、解剖学的条件を数学モデルの形態で捕捉するために、解剖学的条件を抽象的な方法で記述することが必要である。これに関連して、例えば、外科医が最適な大きさのインプラントを選択し、このインプラントを患者の体内に正しい位置及び正しい配向で挿入することを補助するために、解剖学的条件をナビゲーションシステムにより記録し、このやり方で得られたデータをデータ処理システムの助けをかりて処理することができる。
【０００４】
例えばDE 20 2005 003 317 A1から、骨盤骨を、骨盤入口面として規定される基準面により記述することが知られている。これにより、骨盤入口面は、その特徴点とも称される骨盤骨の３つの隆起点、つまり以下の点：
点Ａ：  恥骨（恥骨結合）、
点Ｂ：  右前方腸骨棘（右上前腸骨棘）、
点Ｃ：  左前方上側腸骨棘（左上前腸骨棘）、
により規定される。
【０００５】
これらの特徴点は、例えば経皮的に感じることができるが、画像形成方法により決定することもできる。
【０００６】
一方で、前述の特徴点が決定される方法に関わらず、これらの特徴点は骨盤入口面を記述するために使用することができ、骨盤入口面は、例えばインプラントの選択やインプラントの骨盤骨に対する位置決め及び配向に関して、後続の計算において骨盤骨の位置を計算するための基準面として使用することができる。
【０００７】
一方で、この方法の必要条件として、例えば経皮的接触により又は画像形成方法の利用により、好ましくは、ナビゲートされる超音波センサを用いて骨盤骨を表現することにより、基準面上に位置する少なくとも３つの特徴点も確定可能であるべきである。しかしながら、基準面上に位置する３点が確定可能であることを全ての手術において、特に、患者が手術台上で横向きに置かれる時に確実にすることができない。このような横臥位の場合には、左前方上側腸骨棘又は右前方上側腸骨棘のいずれかにのみ到達することができる。
【０００８】
患者が手術台上で横向きに置かれ、２つの前方上側腸骨棘のうちの１つのみが検出可能である場合における、骨盤骨の骨盤入口面を決定するための方法が、DE 10 2007 049 671 A1で既に提案されている。この方法は、骨盤の更なる２つの特徴点間、つまり２つの後方上側腸骨棘間の距離ベクトルを決定し、アクセス可能な前方上側腸骨棘からこのベクトルを出発させる、具体的には、前記ベクトルを規定の係数だけ更に延長する、ことにより、アクセス不能な前方上側腸骨棘を仮想的なやり方で決定することを構想する。しかしながら、この規定の係数又はアスペクト比の係数は患者によって著しく変化し得るものである。特に、この値には男女間で差がある。前記方法を実際に実施するためには、後方上側腸骨棘間で規定されたベクトルを延長するためのアスペクト比の係数の初期値を提供するのに役立つ経験的データ項目を有することがここでは特に必要である。従って、このようなデータがなければ、方法の精度が問題になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】DE 20 2005 003 317 A1
【特許文献２】DE 10 2007 049 671 A1 (US 2009/0101158 A1, US 8,126,532 B2)
【特許文献３】DE 10 2007 049 668 B3 (US 2009/0105714 A1)
【特許文献４】DE 10 2005 003 317 A1
【特許文献５】US 2004/0254584 A1
【特許文献６】US 2010/0030231 A1
【特許文献７】EP 1 579 803 A1 (US 2006/0036397 A1)
【特許文献８】US 2008/0132783 A1
【特許文献９】US 2006/0084889 A1
【特許文献１０】US 2008/0056433 A1
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】NAGAMUNE, K., et. al.: Estimation system of affection due to pointing error in navigation System of total hip arthroplasty.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、上述した種類の方法及び装置を、ヒトの前記骨盤の基準面が高い精度で、特に、追加の経験的データなしに決定可能であるような方法で、改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、この目的は、上述した種類の方法の場合、前記骨盤の前記正中面の前記基準座標系における位置が、非侵襲的に決定され、前記基準面の前記第２点を前記正中面に関して鏡映することにより、前記基準面の第３点の位置座標が計算される、という点で達成される。
【００１３】
本発明により提案される前記方法は、ヒトの骨盤が略対称であることを利用する。前記骨盤の少なくとも１つの特徴点、ただしこの特徴点は、前記正中面上に位置せず、前記骨盤骨の鏡面を規定する前記正中面から離間されている、が決定されると、前記骨盤が対称であることに起因して、決定された前記特徴点、つまり、例えば上で規定された骨盤の前記第２特徴点が、非侵襲的に決定された前記正中面に関して鏡映され、前記基準面の第３点が仮想的に計算される、という点で、少なくとも理想的な事例においては、前記基準面上に同様に位置する点を容易に計算することができる。ここでの特別な特徴は、前記正中面上に位置する点の位置座標を決定することにより前記正中面が直接決定されると、人間の骨盤骨に関する経験的データを活用する必要がない、ということである。従って、前記骨盤の前記基準面、例えば上述した前記骨盤入口面を、非常に高い精度で決定することができる。このため、本発明により提案される前記方法は、DE 10 2007 049 671 A1から知られている前記方法よりも実施が簡単であるだけでなく、それに加えて、著しく正確でもある。
【００１４】
前記骨盤入口面が前記基準面として選定されると好都合である。このようにして、本発明により提案される前記方法により決定される値を、他の方法により決定された前記骨盤入口面を規定する値と比較することができる。
【００１５】
前記正中面を非侵襲的に決定するために、前記骨盤上の及び／又は前記骨盤に隣接した骨部分上の、少なくとも３つの特徴点の、前記基準系における位置座標が、これらの点を非侵襲的に検出することにより決定され、ただし、前記少なくとも３つの特徴点は、中間面上に位置する、前記基準系における前記正中面が、前記少なくとも３つの特徴点の位置座標から計算されると有利である。このようにして、前記正中面は特に、前記骨盤の対称的構造に起因して、それ自体前記正中面上に位置する３つの隆起点を検出することにより直接決定することができる。これにより、前記正中面を決定する目的のために「複雑な」計算や経験的観察は不要となる。
【００１６】
前記骨盤上にある、前記少なくとも３つの特徴点のうちの１つが、前記正中面上と前記基準面上の双方に位置するような方法で選択されると、前記方法は実施が特に簡単になる。この手法により、検出点を合計で５つだけ使用して、前記基準面と前記正中面の双方を非侵襲的に決定することが可能になる。
【００１７】
好都合なことに、前記第１特徴点は、前記骨盤上の前記少なくとも３つの特徴点のうちの前記１つを成すような方法で選択される。例えば、この第１特徴点又は隆起点が検出されると、前記基準面の１つの点及び前記正中面の１つの点は、単一の検出プロセスで既に決定されている。
【００１８】
前記基準面を特に高い精度で決定できるようにするために、前記第２特徴点として、前記正中面から可能な限り遠くに位置する、前記骨盤の点が選択されることが有利である。
【００１９】
原則として、前記骨盤の前記特徴点の位置座標を決定することは、任意の座標系において、例えば前記方法が実行されている空間の好適な系において可能であろう。特に外科的介入の場合、患者が移動する可能性を除外することができない以上、前記基準座標系として、前記骨盤に対して固定される座標系が選択されることが好都合である。この場合、患者のベッドが完全に変更されること、即ち、特に別の場所に移動することも可能であるが、それにもかかわらず、前記基準座標系は同じままである。
【００２０】
固定される前記座標系が、前記骨盤に固定される基準要素により規定される場合、基準座標系を特に簡単な方法で提供することができる。例えば、前記ナビゲーションシステムにより検出可能である基準要素を、侵襲的又は非侵襲的なやり方で前記骨盤に固定することができる。その際、例えば、前記ナビゲーションシステムの助けをかりて決定された前記特徴点の全ての位置座標を、前記骨盤に固定された局所的な前記基準要素を参照して表現することができる。
【００２１】
前記骨盤上の及び／又は前記骨盤に隣接した骨部分上の前記特徴点を検出するプロセスが、ナビゲートされる触診器具を使用した該骨盤の及び／又は該骨部分の経皮的触診プロセスによって、及び／又は、ナビゲートされる超音波センサを使用した超音波走査により、非侵襲的に実行されると好都合である。例えば、前記ナビゲートされる超音波センサは、前記超音波センサにより検出される骨構造が画像形成プロセスによって呈示可能かつ測定可能である、超音波機器の超音波ヘッドとすることができる。この場合、「ナビゲートされる」とは、特に、前記特徴点を検出する目的で、前記ナビゲートされる触診器具及び／又は前記超音波センサが、空間におけるその位置及び配向がナビゲーションシステムにより決定可能である基準要素を装備すること、或いは、装備するように配置されることを意味する。従って、例えば、前記特徴点の位置座標は、超音波画像から、又は、前記触診器具によりサンプリングされた、例えば前記触診器具の先端により規定される点から、非常に正確に決定することができる。
【００２２】
好ましくは、前記第１特徴点として、恥骨（恥骨結合）が検出される。前記恥骨は、定義上、前記骨盤の前記正中面上に位置する。特に前記骨盤入口面の場合、前記恥骨は骨盤入口面上にも位置するので、前記恥骨の前記位置を検出することにより、前記基準面の１つの点及び前記正中面の１つの点が既に確定される。
【００２３】
前記基準面を規定する前記３つの特徴点が可能な限り離れて位置することが好都合である。従って、前記第２特徴点として、腸骨稜上の特徴点が非侵襲的に検出されると好都合である。
【００２４】
この腸骨稜上の特徴点が、２つの前方上側腸骨棘（上前腸骨棘）のうちの１つとして非侵襲的に検出されると有利である。このマークされた点は、特に確実かつ容易なやり方で検出することができる。概して、患者が横向きに寝ている時は、これら２つの前方上側腸骨棘のうちの１つのみを検出することができる。
【００２５】
前記２つの前方上側腸骨棘のうちの他方は、この横臥位のときに検出可能でないが、それでもやはり、前記基準面の最適な決定のために使用されるべきである以上、他方の触診されない前方上側腸骨棘（上前腸骨棘）が、前記基準面の前記第３点として選択され、前記第３点の位置座標が計算されることが有利である。前記計算は、本発明に従い記載したやり方で、触診された前方上側腸骨棘の位置座標を前記正中面に関して鏡映することにより行われる。このようにして、触診されない前方上側腸骨棘を、或いは、より正確に述べるとその位置座標を、仮想的なやり方で決定することができる。
【００２６】
少なくとも２つの更なる前記特徴点のうちの１つとして、前記正中面上に位置するが、前記基準面上に位置しない、前記骨盤の特徴点が非侵襲的に検出されると有利である。好ましくは、前記基準面上に位置しない、検出されるべき前記正中面の前記点が、前記第１特徴点から可能な限り遠くに位置する。
【００２７】
このような点として、仙骨の少なくとも１つの結節が非侵襲的に検出される場合、前記骨盤のこのような特徴点は、特に簡単かつ確実なやり方で検出することができる。結節の意味は、以下で、例えば仙骨又は腰椎の椎骨棘突起の同義語として使用される。
【００２８】
仙骨は普通、患者が手術台に横臥位で寝ている場合であっても容易に接近可能である以上、前記骨盤の２つの特徴点として、仙骨の２つの結節が非侵襲的に検出されると有利である。前記骨盤自体の形状に起因して、これらの結節は前記正中面上に位置する。特に、上で規定された骨盤入口面が前記基準面として指定されることが意図されていると、仙骨の前記２つの結節又は椎骨棘突起は前記基準面上に位置しないことが非常に高い確率で保証される。もしそうでなければ、このことは無意味なものにもなるであろう。
【００２９】
更に、横臥位であっても下部腰椎と仙骨との間にほとんど側方変位がないと仮定すれば、少なくとも３つの更なる前記特徴点のうちの１つとして、前記正中面上に位置する下部腰椎の特徴点が非侵襲的に検出されると好都合であり得る。
【００３０】
前記下部腰椎の前記特徴点として、最初の３つの腰椎のうちの１つの上にある、少なくとも１つの結節が非侵襲的に検出されると、これらの特徴点のうちの１つを特に簡単かつ確実なやり方で検出することができる。このような結節は、特に腰椎から後方に突出する椎骨棘突起の形態の隆起した突出物として規定することができる。特に、前記検出プロセスは、腰椎Ｌ５上、Ｌ４上、及びＬ３上で行うことができる。
【００３１】
更に、少なくとも３つの更なる前記特徴点のうちの１つとして、２つの後方上側腸骨棘（上後腸骨棘）を接続する線分の中心に位置する点が選択されると有利であり得る。理想的には、前記後方上側腸骨棘は前記正中面に関して対称的に配置されるため、これら後方上側腸骨棘の間で中心に位置する前記点は、必然的に前記正中面上に位置する。
【００３２】
しかしながら、一般に、この点は直接検出可能でない。従って、前記２つの後方上側腸骨棘を接続する前記線分の中心に位置する前記点の位置座標が、非侵襲的な検出プロセスにより決定された前記２つの後方上側腸骨棘の位置座標から計算されると有利である。例えば、前記点は、左後方上側腸骨棘から右後方上側腸骨棘への位置ベクトルが決定され、前記２つの後方上側腸骨棘のうちの１つを起点に、このようにして決定された前記ベクトルの半分の長さが、この腸骨棘の位置ベクトルに加えられる、というようにして決定することができる。このようにして決定された前記点は、この骨盤の非侵襲的に検出可能な２つの隆起点又は特徴点により規定される、前記骨盤の仮想的な点に準ずるものである。
【００３３】
更に、本発明によれば、上で提示した前記目的は、上述した種類の装置により、前記骨盤の前記正中面の前記基準座標系における位置が、該装置により非侵襲的に決定可能であり、前記基準面の第３点の位置座標が、前記基準面の前記第２点の位置座標から、決定された前記正中面に関して鏡映することにより計算可能であるようなやり方で、前記データ処理ユニットが構成及びプログラムされるという点で、達成される。
【００３４】
上で既に詳細に表したように、このような装置の助けをかりて、例えば上で規定された骨盤入口面等、ヒトの骨盤の基準面を簡単なやり方で決定することが可能である。前記ナビゲーションシステムの助けをかりて、前記正中面を決定するために必要な点は全て検出することができ、前記正中面は計算することができ、例えばヒトが横向きに置かれる時に、ヒトの位置が原因で直接的な決定プロセスでは接近できない第３特徴点を、確定された前記特徴点のうちの１つの位置座標を計算された前記正中面に関して鏡映することにより、仮想的に計算することができる。
【００３５】
前記基準面として、骨盤入口面が決定されるようなやり方で、前記装置が構成されると有利である。この手法は、本発明に係る前記装置により決定された前記骨盤入口面と、他の方法によって決定された前記骨盤入口面とを比較するという選択肢を与え、従って、例えば前記方法の精度を立証する。
【００３６】
本発明の更なる好適な実施形態によれば、前記正中面を非侵襲的なやり方で決定する目的のために、前記骨盤上の及び／又は前記骨盤に隣接した骨部分上の、少なくとも３つの特徴点の、前記基準系における位置座標を、前記点を非侵襲的に検出することにより決定するための１つ以上の命令が、前記装置により発行可能であり、ただし、前記少なくとも３つの特徴点は、前記正中面上に位置する、前記基準系における前記正中面が、前記少なくとも３つの特徴点の位置座標から計算されるように、前記データ処理ユニットが構成及びプログラムされる、ようにしてもよい。従って、上述した前記方法を実施する時、前記装置は、ヒトを誘導し、前記基準面の計算に必要な前記特徴点が検出された後、まず前記正中面を計算し、次にこの正中面により前記基準面をも計算することを可能にする。
【００３７】
前記骨盤上にある、前記少なくとも３つの特徴点のうちの１つが、前記正中面上と前記基準面上の双方に位置するような方法で選択されるという命令が、前記装置により発行可能であると好都合である。このような点を選ぶことにより、前記正中面と前記基準面の双方を決定するために、特徴点が合計で５つだけ検出されればよい以上、このことは、前記基準面の決定を著しく簡単にする。
【００３８】
好ましくは、前記第１特徴点が、前記骨盤上の前記少なくとも３つの特徴点のうちの前記１つを成すような方法で選択されるという命令が、前記装置により発行可能である。換言すれば、このことは、前記基準面上に位置する前記第１特徴点が、同時に、前記正中面上にも位置すべきであることを意味する。従って、たった１つの点だけを検出することにより、２つの平面、即ち前記正中面及び前記基準面の１つの点が自動的に決定される。
【００３９】
前記第２特徴点として、前記正中面から可能な限り遠くに位置する、前記骨盤の点が選択されるという命令が、前記装置により発行可能であると好都合である。このような点を選ぶことは、特に、前記基準面が非常に高い精度で決定可能である、という利点を有することができる。
【００４０】
本発明の更なる好適な実施形態によれば、前記基準座標系として、前記骨盤に対して固定される座標系が選択されるように、前記ナビゲーションシステムが構成及びプログラムされるようにしてもよい。このような装置の助けをかりて、骨盤の被測定者が、前記特徴点を検出するプロセス中に移動すべきであっても、前記骨盤入口面は確実かつ高精度なやり方で決定することができる。
【００４１】
有利なことに、前記装置は、空間における位置が前記ナビゲーションシステムにより検出可能であると共に、例えば骨ねじの形態である、前記骨盤に又は固定要素に固定可能な、基準要素を備える。このような基準要素により、前記骨盤に対して固定される座標系を簡単なやり方で規定することが可能になる。その結果、検出された前記特徴点の位置座標は全て、前記骨盤に対して固定されるこの座標系において、前記ナビゲーションシステムにより決定することができる。
【００４２】
前記装置が、前記ナビゲーションシステムと併用することで、前記骨盤上の及び／又は前記骨盤に隣接した骨部分上の前記特徴点の位置座標が、非侵襲的なやり方で決定可能である、位置検出装置を備えると更に好都合である。前記位置検出装置は、特に、少なくとも２つのマーカ要素を備えた基準装置を担持する又はこのような基準装置に接続可能である、外科装置としてもよい。その結果、例えば、前記位置検出装置の前記基準座標系における位置及び配向を、前記ナビゲーションシステムにより決定することができる。
【００４３】
前記位置検出装置の、空間における位置及び配向を測定することにより決定されるべき前記特徴点の位置座標を間接的に決定するために、前記位置検出装置が、例えば、ナビゲート可能な触診器具の形態、及び／又は、ナビゲート可能な超音波センサの形態であり、前記触診器具と前記超音波センサの双方が、空間における位置及び配向が前記ナビゲーションシステムにより決定可能である基準要素を担持することができる、或いは、このような要素に接続可能であると、前記特徴点は、記載した方法で、特に簡単かつ確実なやり方で検出することができる。
【００４４】
前記第１特徴点として、恥骨（恥骨結合）が検出されるという命令が、前記装置により発行可能であると好都合である。従って、前記骨盤の第１特徴点の位置座標を決定するために、前記装置により操作者を誘導し、前記骨盤の第１特徴点を検出することができる。
【００４５】
更に、前記第２特徴点として、２つの前方上側腸骨棘（上前腸骨棘）のうちの１つが非侵襲的に検出されるという命令が、前記装置により発行可能であると好都合であり得る。特に、検出されるのは操作者に面した前方上側腸骨棘であるというメッセージを送信することができる。特に患者が横向きに置かれる時、操作者から遠く離れた前方上側腸骨棘は、通常、接近不能である。この点は、本発明に係る前記装置により、操作者に面した前方上側腸骨棘を前記正中面に関して鏡映することで、仮想的に決定することができる。
【００４６】
検出された前方上側腸骨棘（上前腸骨棘）の位置座標を、計算された前記正中面に関して鏡映することで、検出されない他方の前方上側腸骨棘の位置座標を計算するプロセスにより、該他方の前方上側腸骨棘が、前記基準面の前記第３点として、前記データ処理ユニットにより仮想的に決定可能であるように、前記装置が構成及びプログラムされると特に有利である。前記第１特徴点及び第２特徴点並びに前記正中面の決定に必要な点を検出した後、このようなやり方で決定された前記基準面の前記第３点の助けをかりて、前記基準面の前記第３点を仮想的に決定することができ、従って、前記基準座標系、例えば前記骨盤の固定座標系における前記基準面の位置をも決定することができる。
【００４７】
少なくとも２つの更なる前記特徴点のうちの１つとして、前記正中面上に位置するが、前記基準面上に位置しない、前記骨盤の特徴点が非侵襲的に検出されるという命令が、前記装置により発行可能であると好都合である。前記装置をこのようなやり方で構成することは、前記正中面に広がる３つの特徴点のうちの少なくとも１つが前記基準面上に位置しないことをこのようにして確実にすることができる、という利点を有する。従って、前記正中面は、決定されるべき前記基準面を更に計算する際に使用されるようにするために、明確なやり方で決定することができる。
【００４８】
前記骨盤の特徴点として、仙骨の少なくとも１つの結節が非侵襲的に検出されるという命令が、前記装置により発行可能であると有利である。従って、仙骨の結節の前記正中面上における位置に起因して、その特徴点は簡単なやり方で検出することができる。
【００４９】
更に、前記骨盤の２つの特徴点として、仙骨の２つの結節が非侵襲的に検出されるという命令が、前記装置により発行可能であると好都合であり得る。仙骨の結節は、患者が横臥位であっても、通常は容易に接近可能であり、前記正中面上に位置する、検出された前記骨盤上の更なる点と併せることで、前記基準座標系における前記正中面の位置を直接決定することを可能にする。
【００５０】
好ましくは、前記下部腰椎の特徴点として、最初の３つの腰椎のうちの１つの上にある、少なくとも１つの結節が非侵襲的に検出されるという命令が、前記装置により発行可能である。例えば、この結節は、横臥位であっても自由に接近可能である第１腰椎の特徴点とすることができる。例えば、この結節は、腰椎Ｌ５、Ｌ４、又はＬ３の椎骨棘突起上の特徴的突出物又は隆起突出物としてもよい。この点で更に、前記正中面を決定する目的のために、前記骨盤上の及び／又は前記隣接した腰椎上の３つより多い数の特徴点又は隆起点を検出することができることに留意すべきである。確かに、４つ以上の点を検出することにより、前記正中面は過剰に特定されることになるが、検出された全ての前記点から最も距離の小さい最適な前記正中面を適合させることにより、個々の点の検出におけるいかなる不正確さも回避することができる。
【００５１】
更に、本発明の更なる好適な実施形態によれば、少なくとも３つの前記更なる特徴点のうちの１つとして、２つの後方上側腸骨棘（上後腸骨棘）を接続する線分の中心に位置する点が、仮想的に決定可能であるようなやり方で、前記装置が構成及びプログラムされるようにしてもよい。前記骨盤が前記正中面に関して対称であることを考慮すると、記載した点も同様に前記正中面上に位置する。従って、この点は、前記正中面に関して互いに鏡面対称であるように位置する、前記骨盤の２つの特徴点を検出することにより計算することができる。更に、前記正中面を決定するための更なる選択肢は、２つの後方上側腸骨棘を接続する前記線分の中心にあるこの特徴点に加えて、前記正中面上に位置する更なる点がただ１つだけ決定され、計算されるべき前記正中面が、２つの後方上側腸骨棘を接続する前記線分に対して垂直に、この線分の中心及び前記正中面の決定された前記更なる点を通って置かれる、ということにある。ここでもやはり、この手法の結果として、過剰の特定がなされることになる。原則として、前記正中面を、２つの後方上側腸骨棘を接続する前記線分の中心にある点を通って垂直に且つ前記接続線に対して垂直にすることで十分であろう。従って、前記正中面が決定される精度を増すために、追加の点の検出を利用することができることになる。
【００５２】
２つの後方上側腸骨棘を接続する前記線分の中心に位置する前記点の位置座標が、前記データ処理ユニットにより、非侵襲的な検出プロセスにより決定される２つの後方腸骨棘の位置座標から計算されるようなやり方で、前記装置が構成及びプログラムされると有利である。従って、前記基準座標系における前記正中面の位置は、前記正中面上に位置する前記骨盤の特徴点の位置座標の助けをかりて、場合によっては決定された更なる位置座標の助けをかりて、前記データ処理ユニットにより計算することができる。
【００５３】
更に、導入部で説明した前記目的は、コンピュータプログラム製品であって、コンピュータ読取可能媒体と、前記コンピュータ読取可能媒体に保存されたコンピュータプログラムとを備え、前記コンピュータプログラムが、ナビゲーションシステムのコンピュータ上で該コンピュータプログラムが動作している時に上述した方法のうちの１つを実施することに適している、プログラムコード手段を包含する、コンピュータプログラム製品により達成される。これに関連して、好ましくは、前記ナビゲーションシステムの前記コンピュータにより、決定されるべき前記点を検出するための命令が発行されるように、前記プログラムが構成されることに留意するべきである。本事例において及び上述の全ての方法において、検出されるべき前記点が決定されるシーケンスは関係ない。
【００５４】
更に、導入部で説明した前記目的は、コンピュータプログラムであって、ナビゲーションシステムのコンピュータ上で該コンピュータプログラムが動作している時に上述した方法のうちの１つを実施することに適している、プログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムにより達成される。ここでも、好ましくは、前記コンピュータプログラムが、上述した方法を実行する時に操作者を誘導するための命令を発行するように前記ナビゲーションシステムの前記コンピュータを制御することに留意されるべきである。
【００５５】
本発明の好適な実施形態の以下の記載は、図面と併せて考慮すれば、より詳細な説明を提供するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ヒトの骨盤の基準面を非侵襲的に決定するための装置の略図。
【図２】骨盤入口面に広がる３つの特徴点を備えたヒトの骨盤の略図。
【図３】正中面上に位置する仙骨及び下部腰椎上の特徴点に印を付けた、脊柱の下部領域の略図。
【図４】骨盤骨の隆起点に印を付けた、骨盤骨の略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１に、ヒトの骨盤１４の基準面１２を非侵襲的に決定するための装置１０を例示的なやり方で示す。この装置は、外科装置１８、２０、及び２２の、空間における位置及び配向を決定するための外科ナビゲーションシステム１６を備える。これらの装置１８、２０、及び２２は各々、少なくとも２つの、特に３つ、４つ、又はそれ以上の受動的マーカ要素３０或いは少なくとも２つの能動的マーカ要素３２及び３４を各々含むそれぞれの基準装置２４、２６、及び２８を担持する。これにより、能動的基準装置２６、２８のうちの１つを形成するために、好ましくは、３つ、４つ、５つ、又は６つのマーカ要素が設けられる。
【００５８】
更に、ナビゲーションシステム１６は、マーカ要素３０、３２、３４から反射される又はこれらのマーカ要素により放出される放射線を検出するための検出装置３６を含む。この目的で、特に、電磁放射線、特に赤外放射線、又は超音波放射線を選択的に検出することができるステレオカメラ３８を設けてもよい。更に、ナビゲーションシステム１６は、例えばキーボード４２又はマウス４４の形態である従来の入力装置を介して作動される、１つ以上のコンピュータの形態のデータ処理ユニット４０を含む。データ及び命令を操作者に表示するために、モニタの形態の表示装置４６がコンピュータに結合される。ナビゲーションシステム１６により、マーカ要素３０、３２、及び３４の、空間における位置の実際のマーカ座標を、既知のやり方で決定することができる。
【００５９】
例示的に示して記載した外科装置１８、２０、及び２２は、異なる種類である。外科装置１８は、プローブチップ５０を備える触診器具４８の形態である。ナビゲーションシステム１６により受動的マーカ要素３０の位置が決定されると、空間におけるそれらの位置及び配向からプローブチップ５０の位置を計算することができる。このようにして、空間における点をプローブチップ５０を用いて走査することが可能であり、例えば人体の骨上の特徴点を、触診プロセスによって、特にプローブチップ５０を用いてこれらの点に経皮的に接触することにより、走査することが可能である。自明であるが、触診器具４８が、受動的基準装置２４の代わりに、能動的基準装置２６又は２８を装備することも、或いは触診器具を能動的基準装置とすることもできよう。
【００６０】
外科装置２０の場合、基準装置は、着脱可能なやり方で特に骨ねじに接続可能な能動的基準装置２６である。特に、基準装置２６は基準座標系を規定するように働く。基準座標系は、全ての検出点をこの基準座標系の座標において特定するために規定される。例えば、図１及び図２に概略的に示すように、基準装置２６が骨盤１４に一時的に固定されると、骨盤１４に対して固定される座標系をこのようにして規定することができ、決定されるべき全ての点はこの固定座標系において特定される。
【００６１】
外科装置２２は、例えば超音波で患者の身体を走査することのできる、基準装置２８を担持する超音波センサ５４を備える。これにより生成される超音波画像は、特に、表示装置４６に表示することができる。
【００６２】
上で既に述べたように、装置１０は、特に、人工関節の移植等の外科処置を準備する時に使用される。例えば、人工股関節を埋め込む時、移植手術の成功後に関係する部材の自然な動きが確実に再確立されるようにするために、股関節内補綴物のソケット及びシャフトが骨盤１４に対して所望の位置に整列されることが重要である。ここで、骨盤１４に対する角度位置を規定の方法で確立されることを可能にするために、とりわけ、基準面１２が基準要因として使用される。
【００６３】
好ましくは、基準面１２は、図２に概略的に示す３点Ａ、Ｂ、及びＣが広がる骨盤入口面５６である。点Ａは恥骨（恥骨結合）であり、点Ｂは右前方上側腸骨棘（右上前腸骨棘）であり、最後に点Ｃは左前方上側腸骨棘（左上前腸骨棘）である。点Ｂ及び点Ｃは、腸骨稜７２の隆起点である。前述の３点Ａ、Ｂ、Ｃは、触診器具４８によって経皮的に、或いは、ナビゲートされる超音波センサ５４により、選択的に検出することのできる、骨盤１４の隆起点又は特徴点である。触診プロセスの過程で、隆起点Ａ、Ｂ、Ｃは、例えば操作者により表示装置４６上で選択し確認することができる。
【００６４】
患者が逆さまの位置で寝ていると、原則として、前述の３点Ａ、Ｂ、及びＣは直接接近可能である。しかしながら、図１に概略的に示すように、患者が、手術台上で横向きに置かれるように寝ていると、前方上側腸骨棘のうちの１つのみ接近可能である。図１に示す状況の場合、これは点Ｂである。点Ｃは、ここで使用可能な触診器具４８によっても超音波センサ５４によっても直接検出することができない。
【００６５】
本発明に従い提案されているように、接近不能であり従って直接検出不能である点Ｃが、或いはより正確に表現すればその位置座標が、計算される。このために、骨盤１４の正中面５８が最初に決定される。この目的のために例えば、正中面５８上に位置する特徴点が３つだけ、触診器具４８又は超音波センサ５４を用いて検出されなければならない。これらの特徴点は、例えば、骨盤１４の又は骨盤１４に隣接した骨部分、特に脊柱６０の腰椎６３の、点Ａ或いは更なる点としてもよい。特に、考慮に入れるのは、点Ｄつまり椎骨棘突起とも称される仙骨６２の第１結節（仙骨結節）、点Ｅつまり仙骨６２の第２結節（仙骨結節）、点Ｆつまり後方を向く第５腰椎６４の椎骨棘突起６５、点Ｇつまり後方を向く第４腰椎６６の結節６７、及び点Ｈつまり後方を向く第３腰椎６８の椎骨棘突起６９である。前述の点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは全て、骨盤１４の鏡面上に、従って又、患者の身体全体の鏡面上に位置する。この鏡面は正中面５８により規定される。
【００６６】
前述の点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、及びＨのうちの３つが、記載した方法で選択的に検出されると、これらの３つの検出点の位置座標から、正中面５８を簡単なやり方で計算することができる。
【００６７】
しかも、正中面５８上に位置する更なる点を決定することができる。これに関連して、この更なる点は、図４に概略的に描かれる点Ｋであり、点Ｉつまり右後方上側腸骨棘（右上前腸骨棘）と、点Ｊつまり左後方上側腸骨棘（左上前腸骨棘）とを接続する線分７０の中心に位置する。概して、後方上側腸骨棘は、患者が横臥位であっても、直接、容易に検出可能である。
【００６８】
正中面を決定する別の可能性として、点Ｋを決定するプロセスの後に、接続線分７０に対して垂直な、点Ａと点Ｋを通る平面を位置決めするということがある。
【００６９】
正中面５８を決定すること自体が目的でない。骨盤１４が極めて対称的な性質であることを考慮すると、検出点Ｂを正中面５８に関して鏡映することにより、点Ｃを計算することができる。別法として、点Ｃが検出された後、点Ｃの位置座標を正中面５８に関して鏡映することにより、点Ｂを計算することができる。仮想的な特徴点Ｃ、又は、特徴点Ａ及びＢと共にこのような方法で計算された点は、更なる計算のための基準面１２として、外科医が関節内補綴物を選択し移植することを補助するために役立つ骨盤入口面５６に広がる。
【００７０】
上述した既知の方法の場合と異なり、提案した方法では、骨盤１４が対称の形状であることに起因して正中面上に位置する３つの特徴点Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｋを検出することにより、正中面５８が直接決定されることが今や可能である。
【００７１】
この方法を実行する目的のために、ナビゲーションシステム１６は、好ましくは、正中面５８並びに基準面１２を決定する目的で検出されるべき特徴点を操作者が探索するように要求されるようなやり方で、プログラムされる。このことは、走査リクエストの形態の適切な命令を表示装置４６上に表示することにより行うことができる。記載したやり方で触診器具４８又は超音波センサ５４を使用する検出プロセスにより、各点の位置座標の捕捉が従来のやり方で行われ、これにより、操作者は、好ましくは、キーボード４２又はマウス４４或いはその他の入力装置へ適切に入力することで、検出されるべき特徴点が、確認の瞬間に所望のやり方で走査中であること或いは可視であることを確かめる。この入力リクエストは、正中面５８を、更には基準面１２をも決定するために必要な最小数の特徴点の検出が少なくとも完了する時点まで、ナビゲーションシステム１６により反復される。
【００７２】
任意で、ナビゲーションシステム１６は、各平面、特に正中面５８を、過剰に決定するような方法で計算できるように、即ち３つより多い数の特徴点が検出され、これらの特徴点から、最も良好に適合する正中面５８、ただし、この正中面は、決定された全ての特徴点から最も小さい距離のところにある、が決定されるように、構成及びプログラムすることもできる。もっとも、好ましくは、正中面５８は、点Ａが常に上に位置するような方法で選択される。
【００７３】
更に、上述した方法及びその有利な実施形態は、コンピュータ読取可能媒体と、このコンピュータ読取可能媒体に保存されたプログラムコード手段を包含するコンピュータプログラムとを備える、コンピュータプログラム製品において具現化することもできる。基準面１２を計算するために必要とされる骨盤１４上の又は腰椎６４、６６、及び６８等の隣接した骨部分上の全ての特徴点の位置座標を検出するために、プログラムコード手段は、本発明に係る方法を実施する時点でこの方法の実施に必要なステップを実行できるように、操作者に指示し誘導することに適している。コンピュータ読取可能媒体は、特に、ＣＤや、その他、例えばＵＳＢメモリ等の不揮発性記憶媒体の形態とすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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