(57)【要約】  座標系内において寛骨臼を有する骨盤を骨盤のコンピュータモデルと術中において見当合わせするシステムである。システムは、ａ）追跡装置を含む手術ナビゲーションシステムと、ｂ）手術ナビゲーションシステムとの通信状態にある少なくとも１つの演算装置と、を含むことができる。少なくとも１つの演算装置は、ｉ）寛骨臼の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから第１データポイントを受け取り、第１データポイントは、追跡装置によって収集されており、ｉｉ）骨盤上の第２術中収集ポイントから第２データポイントを受け取り、第２データポイントは、追跡装置によって収集されており、第２データポイントは、コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応しており、且つ、ｉｉｉ）第１データポイントから骨盤との関係における大腿骨の術中回転中心を判定する。
2019524388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標系内において、第１骨と関連する患者データを前記第１骨のコンピュータモデルと術中において見当合わせするシステムであって、前記第１骨は、凹状部分を有し、且つ、凸状部分を有する第２骨との間に関節を形成しており、前記システムは、
ａ）追跡装置と、前記追跡装置によってその運動が追跡されるように構成された少なくとも１つのツールと、を含む手術ナビゲーションシステムと、
ｂ）前記手術ナビゲーションシステムとの通信状態にある少なくとも１つの演算装置であって、前記少なくとも１つの演算装置は、前記座標系内における前記第１骨の前記コンピュータモデルを保存しており、前記少なくとも１つの演算装置は、
ｉ）前記凹状部分の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから前記患者データの第１データポイントを収集するステップであって、前記第１データポイントは、少なくとも１つのツールを使用して収集されており、前記第１データポイントは、前記コンピュータモデル上の第１関節接続領域に場所において対応している、ステップと、
ｉｉ）前記第１骨上の第２術中収集ポイントから第２データポイントを受け取るステップであって、前記第２データポイントは、前記少なくとも１つのツールを使用して収集されており、前記第２データポイントは、前記コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｉｉｉ）前記第１データポイントから術中回転中心を判定するステップであって、前記術中回転中心は、前記第１骨との関係における前記第２骨の物理回転中心に対応している、ステップと、
ｉｖ）前記座標系内において前記術中回転中心を前記コンピュータモデルの仮想回転中心とアライメントするステップと、
ｖ）前記仮想回転中心と前記第２仮想データポイントの間の第１距離と前記術中回転中心と前記第２データポイントの間の第２距離を比較するステップと、
ｖｉ）前記患者データ及び前記コンピュータモデルを位置及び向きとの関係において対応させるように、前記患者データ及び前記コンピュータモデルに伴う変換を実行するステップと、を実行する、前記少なくとも１つの演算装置と、を含むシステム。
【請求項２】
前記第１骨は、腸骨を含み、前記凹状部分は、寛骨臼を含み、且つ、前記第２骨は、大腿骨を含み、且つ、この場合に、前記第２データポイントは、前記寛骨臼の縁部、前記寛骨臼の関節接続表面、又は上前腸骨棘上に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ｖｉｉ）前記第１骨上の第３術中収集ポイントから前記患者データの第３データポイントを受け取るステップであって、前記第３データポイントは、少なくとも１つのツールによって収集されており、前記第３データポイントは、前記第２データポイントとは異なる前記第１骨上の場所において位置し、且つ、前記コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｖｉｉｉ）前記仮想回転中心と前記第３仮想データポイントの間の第３距離と前記術中回転中心と前記第３データポイントの間の第４距離を比較するステップと、を更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１骨は、腸骨を含み、前記凹状部分は、寛骨臼を含み、且つ、前記第２骨は、大腿骨を含み、且つ、この場合に、
前記第２データポイントは、前記寛骨臼の縁部、前記寛骨臼の関節接続表面、又は上前腸骨棘のうちの１つのものの上部に配置され、且つ、
前記第３データポイントは、前記寛骨臼の縁部、前記寛骨臼の関節接続表面、又は上前腸骨棘のうちの１つのものの上部に配置される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１骨は、肩甲骨を含み、前記凹状部分は、関節窩を含み、且つ、前記第２骨は、上腕骨を含み、且つ、この場合に、
前記第２データポイントは、前記関節窩の縁部、前記関節窩の関節接続表面、又は前記肩甲骨の別の部分のうちの１つのものの上部において配置され、且つ、
前記第３データポイントは、前記関節窩の縁部、前記関節窩の関節接続表面、又は前記肩甲骨の別の部分のうちの１つのものの上部において配置される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
ステップｉｉｉ）は、前記第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
球状表面の術中半径を演算するステップであって、前記術中半径は、術中回転中心からほぼ前記第１データポイントまで延在している、ステップを更に含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記術中半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から前記コンピュータモデル上の前記第１関節接続領域まで延在する仮想半径と比較するステップを更に含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記見当合わせは、前記術中半径と前記仮想半径の間の差が約３ｍｍ以下である場合に受け入れ可能である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのツールは、フリーハンドナビゲーションプローブ及び手術ロボットのアームのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
演算システム上においてコンピュータプロセスを実行するコンピュータ実行可能命令を保存する１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体であって、前記コンピュータプロセスは、
ａ）ナビゲーションシステムの追跡装置を使用して第１場所において第１患者骨上においてキャプチャされた患者データポイントの複数の第１データポイントを受け取るステップを含み、前記第１患者骨は、第２患者骨の凸状部分と関節を形成する凹状部分を含み、前記複数の第１データポイントは、前記第１場所における前記第１患者骨の第１仮想表面プロファイルを表している、ステップと、
ｂ）前記追跡装置を使用して第２場所において前記第１患者骨上においてキャプチャされた患者データの第２データポイントを受け取るステップを含み、前記第２場所は、前記第１場所とは異なっている、ステップと、
ｃ）前記複数の第１データポイントから第１回転中心を判定するステップであって、前記第１回転中心は、前記第１患者骨との関係における前記第２患者骨の物理回転中心を表している、ステップと、
ｄ）前記第１回転中心を前記第１患者骨のコンピュータモデルの仮想回転中心と場所的にマッチングするステップであって、前記複数の第１データポイント、前記第２データポイント、前記第１回転中心、前記コンピュータモデル、及び前記仮想回転中心は、共通座標系内に位置している、ステップと、
ｅ）前記患者データポイントを位置及び向きとの関係においてコンピュータモデルと見当合わせするべく、前記第２データポイント及び前記コンピュータモデルの第２仮想データポイントを場所的にマッチングするステップであって、前記第２仮想データポイントは、前記第１患者骨上の前記第２場所に対応する場所において前記コンピュータモデル上において配置されている、ステップとを含む、１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項１３】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを含む、請求項１２に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項１４】
前記第１場所は、関節接続表面を含む、請求項１２に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項１５】
ステップｃ）は、前記複数の第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に含む、請求項１４に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項１６】
前記１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体は、前記球状表面の第１半径を演算するステップであって、前記第１半径は、前記第１回転中心から前記複数の第１データポイントまで延在している、ステップを更に含む、請求項１５に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項１７】
前記１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体は、前記第１半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に含む、請求項１６に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項１８】
ステップｅ）における情報は、前記第２データポイントと前記第１回転中心の間の第１長さを含む、請求項１２に記載の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項１９】
前記第１長さは、前記第２仮想データポイントと前記仮想回転中心の間の仮想距離と比較される、請求項１８に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２０】
前記第２データポイントは、前記凹状部分の縁部又は前記凹状部分の関節接続表面上において配置される、請求項１９に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２１】
前記第２データポイントは、前記凹状部分の縁部又は前記凹状部分の関節接続表面上において配置されており、前記コンピュータプロセスは、
ｆ）前記追跡装置を使用して前記第１患者骨上においてキャプチャされた前記患者データポイントの第３データポイントを受け取るステップであって、前記第３データポイントは、前記コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応しており、前記第３データポイントは、前記第２データポイント及び前記複数の第１データポイントとは異なっている、ステップと、
ｇ）前記第１患者骨を前記コンピュータモデルと見当合わせするべく、前記第３データポイント及び前記第３仮想データポイントを場所的にマッチングするステップと、を更に含む請求項１２に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２２】
前記第３データポイントは、前記関節から離れた解剖構造ランドマークである、請求項２１に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２３】
前記関節から離れたとは、少なくとも１０ｃｍの距離を含む、請求項２２に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２４】
前記第１患者骨は、腸骨であってもよく、且つ、前記解剖構造ランドマークは、上前腸骨棘である、請求項２２に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２５】
ステップｇ）における第２情報は、前記第１回転中心と前記第３データポイントの間において延在する第１ベクトルと前記仮想回転中心と前記第３仮想データポイントの間において延在する第２ベクトルを比較するステップを更に含む、請求項２４に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２６】
前記見当合わせ精度を判定するべく、少なくとも１つのプレーン内における前記第１ベクトルと前記第２ベクトルの間の角度差が使用される、請求項２５に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２７】
前記第３データポイント、前記第２データポイント、及び前記複数のデータポイントは、前記第３データポイント、前記第２データポイント、前記第１回転中心が同一直線状にはない場合に、受け入れ可能である、請求項２１に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２８】
前記コンピュータモデルは、前記第１患者骨の術前画像及び前記第１患者骨の術中データ収集のうちの少なくとも１つから生成される、請求項１２に記載の１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体。
【請求項２９】
座標系内において、第１骨と関連する患者データを前記第１骨のコンピュータモデルと術中において見当合わせするコンピュータ化された方法であって、前記第１骨は、凹状部分を有し、且つ、凸状部分を有する第２骨との間に関節を形成しており、前記コンピュータ化された方法は、
ａ）前記第１骨の前記凹状部分の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから前記患者データの第１データポイントを受け取るステップであって、前記第１データポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップと、
ｂ）前記第１骨上の第２術中収集ポイントから前記患者データの第２データポイントを受け取るステップであって、前記第２データポイントは、前記追跡装置によって収集されており、前記第２データポイントは、前記コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｃ）前記第１データポイントから、前記第１骨との関係における前記第２骨の術中回転中心を判定するステップと、
ｄ）前記座標系内において前記術中回転中心を前記コンピュータモデルの仮想回転中心と場所的にマッチングするステップと、
ｅ）前記仮想回転中心と前記第２仮想データポイントの間の第１距離と前記術中回転中心と前記第２データポイントの間の第２距離を比較するステップと、
を有する、コンピュータ化された方法。
【請求項３０】
前記第２データポイントは、前記凹状部分の縁部、前記凹状部分の関節接続表面、又は前記第１骨の別の部分上において配置されている請求項２９に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３１】
ｆ）前記第１骨上の第３術中収集ポイントから前記患者データの第３データポイントを受け取るステップであって、前記第３データポイントは、前記追跡装置によって収集されており、前記第３データポイントは、前記第２データポイントとは異なる、前記第２骨上の場所に位置しており、且つ、前記コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｇ）前記仮想回転中心と前記第３仮想データポイントの間の第３距離と前記術中回転中心と前記第３データポイントの間の第４距離を比較するステップと、
を更に有する請求項３０に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３２】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを有する請求項２８に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３３】
ステップｃ）は、前記第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に有する請求項２８に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３４】
前記球状表面の術中半径を演算するステップを更に有し、前記術中半径は、前記術中回転中心から前記第１データポイントまで延在している請求項３３に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３５】
前記術中半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に有する請求項３４に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３６】
平行運動及び回転との関係において座標系内において第１患者骨と関連する第１患者データと前記第１患者骨のコンピュータモデルを見当合わせするコンピュータ化された方法であって、前記第１患者骨は、第２患者骨の凸状部分との間において関節を形成する凹状部分を有しており、前記コンピュータ化された方法は、
ｉ）前記第１患者データの複数の第１データポイントを受け取るステップであって、前記複数の第１データポイントは、第１場所において前記第１患者骨上において収集された第１ポイントに対応しており、前記第１ポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップと、
ｉｉ）前記複数の第１データポイントから、前記第１患者骨の前記凹状部分との関係における前記第２患者骨の前記凸状部分の術中回転中心を判定するステップと、
ｉｉｉ）前記座標系内において、前記術中回転中心を前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの仮想回転中心とアライメントするステップと、
により、ａ）前記第１患者データと前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの間の前記平行運動をロックするステップを有する、コンピュータ化された方法。
【請求項３７】
ｉ）前記追跡装置を使用して前記第１患者骨上の前記第１データポイントの第２データポイントをキャプチャするステップであって、前記第２データポイントは、前記複数の第１データポイントとは異なる場所において位置しており、且つ、前記コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｉｉ）前記コンピュータモデルとの間における前記第１データポイントの前記回転をロックするべく、前記第２データポイント及び前記第２仮想データポイントと関連する情報を使用するステップと、
により、ｂ）前記第１データポイントと前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの間の前記回転をロックするステップを更に有する請求項３６に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３８】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節を有する請求項３７に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３９】
前記第１場所は、関節接続表面を有する請求項３７に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項４０】
ステップｃ）は、前記複数の第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に有する請求項３９に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項４１】
前記球状表面の術中半径を演算するステップを更に有し、前記術中半径は、前記術中回転中心から前記複数の第１データポイントまで延在している請求項４０に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項４２】
前記術中半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に有する請求項４１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項４３】
前記第１患者骨は、寛骨臼を有する腸骨を有し、前記第２患者骨は、大腿骨を有し、且つ、前記関節は、股関節を有し、且つ、前記第１場所は、前記寛骨臼の関節接続表面上に位置しており、且つ、前記異なる場所は、前記寛骨臼の縁部、前記寛骨臼の前記関節接続表面、前記腸骨の上前腸骨棘、又は手術対象ではない腸骨の上前腸骨棘上に位置している請求項３７に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項４４】
患者の第１骨と関連する術中データを第１骨のコンピュータモデルと見当合わせすることを伴う見当合わせ手順におけるガイドされたランドマークキャプチャ用のシステムであって、前記システムは、
ａ）追跡装置と、前記追跡装置によってその運動が追跡されるように構成された少なくとも１つのツールと、を含む手術ナビゲーションシステムと、
ｂ）表示装置と、
ｃ）前記表示装置及び前記手術ナビゲーションシステムとの電気通信状態にある少なくとも１つの演算装置であって、前記少なくとも１つの演算装置は、入力、出力、メモリ、並びに、入力、出力、及びメモリとの電気通信状態にある中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）を含み、前記メモリは、グラフィカルユーザーインターフェイス（「ＧＵＩ」）を動作させるためのソフトウェアを含み、前記少なくとも１つの演算装置は、
ｉ）前記ＧＵＩ及び前記第１骨のコンピュータモデルを表示装置上において表示するように構成されており、前記ＧＵＩは、第１骨のコンピュータモデル上において表示された仮想ポイントを含み、前記仮想ポイントは、少なくとも１つのツールによる術中キャプチャのために前記第１骨上の物理ポイントに対応しており、前記ＧＵＩは、仮想ポイントを少なくとも部分的に取り囲むグラフィックを更に含み、前記グラフィックは、半径だけ、仮想ポイントから離隔しており、
ｉｉ）前記少なくとも１つのツールと前記第１骨上の前記物理ポイントの間の距離の変化に基づいて前記グラフィックの半径のサイズを調節するように構成されている、前記少なくとも１つの演算装置と、を含むシステム。
【請求項４５】
前記グラフィックの半径のサイズは、前記距離の変化が減少するのに伴って減少している、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記グラフィックの半径のサイズは、前記距離の変化が増大するのに伴って増大している、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記グラフィックは、矢印及び円のうちの少なくとも１つを含む、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４８】
前記グラフィックは、前記物理ポイントが術中においてキャプチャされる際に色を変化させる、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４９】
前記距離の変化は、前記少なくとも１つのツールの先端と前記第１骨上の前記物理ポイントの間におけるものである、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５０】
前記少なくとも１つのツールは、ナビゲーションプローブ及びロボットアームと結合されたツールの先端のうちの少なくとも１つを含む、請求項４４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年８月３０日付けで出願されると共に「ＩＮＴＲＡ−ＯＰＥＲＡＴＩＶＥ  ＰＥＬＶＩＣ  ＲＥＧＩＳＴＲＡＴＩＯＮ」という名称を有する米国仮特許出願第６２／３８１，２１４号の利益及び優先権を主張するものであり、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【０００２】
本出願は、引用により、「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＧ  ＰＲＯＳＴＨＥＴＩＣ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＦＯＲ  ＣＯＮＳＴＲＡＩＮＩＮＧ  ＭＯＶＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＴＯＯＬ」という名称の２０１０年９月２９日付けで出願された米国特許出願第１２／８９４，０７１号、「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ  ＩＮ  ＪＯＩＮＴ  ＲＥＰＬＡＣＥＭＥＮＴ  ＳＵＲＧＥＲＹ」という名称の２０１１年９月１６日付で出願された米国特許出願第１３／２３４，１９０号、「ＨＡＰＴＩＣ  ＧＵＩＤＡＮＣＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」という名称の２００６年２月２１日付けで出願された米国特許出願第１１／３５７，１９７号、「ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＦＩＲＳＴ  ＡＮＤ  ＳＥＣＯＮＤ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＥＬＥＭＥＮＴＳ」という名称の２００９年１２月２２日付けで出願された米国特許出願第１２／６５４，５１９号、「ＤＥＶＩＣＥ  ＴＨＡＴ  ＣＡＮ  ＢＥ  ＡＳＳＥＭＢＬＥＤ  ＢＹ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ」という名称の２００９年１２月２２日付で出願された米国特許出願第１２／６４４，９６４号、及び「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＶＥＲＩＦＹＩＮＧ  ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＤＥＶＩＣＥ」という名称の２００７年５月１８日付けで出願された米国特許出願第１１／７５０，８０７号という特許出願明細書の内容のすべてを包含する。
【０００３】
本開示は、一般に、整形外科の関節置換手術用の手術システムに関し、且つ、更に詳しくは、術中骨盤見当合わせの方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
ロボットシステムは、しばしば、手術手順又はその他の複雑なタスクなどの、高度な精度及び／又は正確さを必要とする用途において使用されている。このようなシステムは、自律型、遠隔操作型、及び対話型などの、様々なタイプのロボットを含みうる。
【０００５】
術中ロボットシステムは、関節置換手術などの、いくつかのタイプの手術にとって好ましいものとなりうるが、その理由は、これらによれば、外科医が、高度な精度及び／又は正確さを依然として実現しつつ、手術手順の直接的な手動的制御を維持することができるからである。例えば、膝置換手術においては、外科医は、膝インプラントなどの、関節インプラントを受け入れるために骨を削るべく、対話型の触覚的にガイドされたロボットアームを受動的な方式で使用することができる。骨を削るために、外科医は、骨の内部においてポケットを切削するようにロボットアームに結合された切削ツール（例えば、回転バー（ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｂｕｒｒ））を運動させるべく、ロボットアームを手動で把持し且つ操作する。外科医が、予め定義された仮想切削境界、或いは、例えば、触覚オブジェクトによって定義された触覚境界、の内部においてバーの先端を維持している限り、ロボットアームは、外科医が、ロボットアームを基本的に重量を有していないものとして知覚し、且つ、ロボットアームを適宜運動させうるように、低摩擦及び低慣性を伴って自由に運動する。但し、仮想切削境界外において切削するように、外科医がバーの先端を運動させるべく試みた場合には、ロボットアームは、外科医が仮想切削境界を超えてバーの先端を運動させることを妨げる又は防止する触覚フィードバック（例えば、強制された抵抗力）を提供する。この結果、ロボットアームは、非常に正確且つ反復可能な骨の切削を可能にしている。外科医が膝インプラント（例えば、膝蓋大腿骨コンポーネント）を対応する骨の切削部に埋植した際に、インプラントは、一般に、切削された骨と膝インプラントの間の構成及びインターフェイスに起因して、正確にアライメントされることになる。
【０００６】
又、上述の対話型ロボットシステムは、様々な機能（例えば、リーミング、埋伏）、様々な構成（例えば、ストレート型、オフセット型）、及び様々な重量を有する複数の手術ツールの使用を必要としうる股関節置換手術において使用することもできる。「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＧ  ＰＲＯＳＴＨＥＴＩＣ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＦＯＲ  ＣＯＮＳＴＲＡＩＮＩＮＧ  ＭＯＶＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＴＯＯＬ」という名称の２０１０年９月２９日付で出願された（特許文献１）には、様々なツールに対応するように設計されたシステムについて記述されており、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【０００７】
股関節置換手術のみならず、その他のロボット支援型の又は完全自律型の手術手順においては、患者の骨は、実際の物理的な骨のポーズ（即ち、位置及び回転の向き）を仮想的な骨モデルと相関させるように、対応する仮想又はコンピュータ骨モデルとの間において術中に見当合わせされている。又、患者の骨（物理空間）は、少なくとも１つの自由度（例えば、回転バー）により、手術ロボット、触覚装置、又は手術ツールとの関係において追跡されている。この結果、患者の骨（物理空間）に対して機能している際に、触覚装置が、その物理的運動（例えば、バー加工（ｂｕｒｒｉｎｇ））において制約されるように、コンピュータを介して仮想的な骨モデル上において制御及び定義された仮想的切削又は触覚的境界を患者の骨（物理空間）に適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第１２／８９４，０７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
骨盤の術中見当合わせは、骨盤の複雑な形状と、特に、寛骨臼の凹状の特性と、に起因し、困難なものになりうる。当技術分野においては、患者の骨盤の見当合わせのための特定の方法が存在しているが、当技術分野には、見当合せ時間を低減しつつ精度を向上させる見当合せ方法に対するニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の態様は、座標系内において第１骨の術中収集患者データを第１骨のコンピュータモデルと見当合わせするシステムを伴いうる。第１骨は、凸状部分を含みうる第２骨との間において関節を形成する凹状部分を含みうる。システムは、ａ）追跡装置と、追跡装置によってその運動が追跡されるように構成された少なくとも１つのツールと、を含みうる手術ナビゲーションシステムを含むことができる。システムは、ｂ）手術ナビゲーションシステムとの通信状態にある少なくとも１つの演算装置を更に含んでいてもよく、少なくとも１つの演算装置は、座標系内における第１骨のコンピュータモデルを保存している。少なくとも１つの演算装置は、ｉ）凹状部分の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから患者データの第１データポイントを収集するステップであって、第１データポイントは、少なくとも１つのツールを使用して収集されており、第１データポイントは、コンピュータモデル上の第１関節接続領域に場所において対応している、ステップと、ｉｉ）第１骨上の第２術中収集ポイントから第２データポイントを受け取るステップであって、第２データポイントは、少なくとも１つのツールを使用して収集されており、第２データポイントは、コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、ｉｉｉ）第１データポイントから術中回転中心を判定するステップであって、術中回転中心は、第１骨との関係における第２骨の物理回転中心に対応している、ステップと、ｉｖ）座標系内において術中回転中心をコンピュータモデルの仮想回転中心とアライメントするステップと、ｖ）仮想回転中心と第２仮想データポイントの間の第１距離と術中回転中心と第２データポイントの間の第２距離を比較するステップと、ｖｉ）患者データ及びコンピュータモデルを位置及び向きとの関係において対応させるように、患者データ及びコンピュータモデルに伴う変換を実行するステップと、というステップを実行することができる。
【００１１】
特定の例においては、第１骨は、腸骨を含んでいてもよく、凹状部分は、寛骨臼を含んでいてもよく、且つ、第２骨は、大腿骨を含んでいてもよく、且つ、この場合に、第２データポイントは、寛骨臼の縁部、寛骨臼の関節接続表面、又は上前腸骨棘上に配置されていてもよい。
【００１２】
特定の例においては、システムは、ｖｉｉ）第１骨上の第３術中収集ポイントから患者データの第３データポイントを受け取るステップであって、第３データポイントは、少なくとも１つのツールによって収集されており、第３データポイントは、第２データポイントとは異なる第１骨上の場所において位置し、且つ、コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、ｖｉｉｉ）仮想回転中心と第３仮想データポイントの間の第３距離と術中回転中心と第３データポイントの間の第４距離を比較するステップと、を更に含むことができる。
【００１３】
特定の例においては、第１骨は、腸骨を含んでいてもよく、凹状部分は、寛骨臼を含んでいてもよく、且つ、第２骨は、大腿骨を含んでいてもよく、且つ、この場合に、第２データポイントは、寛骨臼の縁部、寛骨臼の関節接続表面、又は上前腸骨棘のうちの１つのものの上部に配置されていてもよく、且つ、第３データポイントは、寛骨臼の縁部、寛骨臼の関節接続表面、又は上前腸骨棘のうちの１つのものの上部に配置されていてもよい。
【００１４】
特定の例においては、第１骨は、肩甲骨を含んでいてもよく、凹状部分は、関節窩を含んでいてもよく、且つ、第２骨は、上腕骨を含んでいてもよく、且つ、この場合に、第２データポイントは、関節窩の縁部、関節窩の関節接続表面、又は肩甲骨の別の部分のうちの１つのものの上部において配置されていてもよく、且つ、第３データポイントは、関節窩の縁部、関節窩の関節接続表面、又は肩甲骨の別の部分のうちの１つのものの上部において配置されていてもよい。
【００１５】
特定の例においては、ステップｉｉｉ）は、第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に含むことができる。
【００１６】
特定の例においては、システムは、球状表面の術中半径を演算するステップであって、術中半径は、術中回転中心からほぼ第１データポイントまで延在している、ステップを更に含むことができる。
【００１７】
特定の例においては、システムは、術中半径をコンピュータモデルの仮想回転中心からコンピュータモデル上の第１関節接続領域まで延在する仮想半径と比較するステップを更に含むことができる。
【００１８】
特定の例においては、見当合わせは、術中半径と仮想半径の間の差が約３ｍｍ以下である場合に受け入れ可能でありうる。
【００１９】
特定の例においては、少なくとも１つのツールは、フリーハンドナビゲーションプローブ及び手術ロボットのアームのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００２０】
特定の例においては、関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを含んでいてもよい。
【００２１】
本開示の態様は、演算システム上においてコンピュータプロセスを実行するコンピュータ実行可能命令を保存する１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体を伴いうる。コンピュータプロセスは、ａ）ナビゲーションシステムの追跡装置を使用して第１場所において第１患者骨上においてキャプチャされた患者データポイントの複数の第１データポイントを受け取るステップを含んでいてもよく、第１患者骨は、第２患者骨の凸状部分と関節を形成する凹状部分を含んでいてもよく、複数の第１データポイントは、第１場所における第１患者骨の第１仮想表面プロファイルを表している。コンピュータプロセスは、ｂ）追跡装置を使用して第２場所において第１患者骨上においてキャプチャされた患者データの第２データポイントを受け取るステップを更に含んでいてもよく、第２場所は、第１場所とは異なっている。コンピュータプロセスは、ｃ）複数の第１データポイントから第１回転中心を判定するステップであって、第１回転中心は、第１患者骨との関係における第２患者骨の物理回転中心を表している、ステップを更に含んでいてもよい。コンピュータプロセスは、ｄ）第１回転中心を第１患者骨のコンピュータモデルの仮想回転中心と場所的にマッチングするステップであって、複数の第１データポイント、第２データポイント、第１回転中心、コンピュータモデル、及び仮想回転中心は、共通座標系内に位置している、ステップを更に含んでいてもよい。コンピュータプロセスは、ｅ）患者データポイントを位置及び向きとの関係においてコンピュータモデルと見当合わせするべく、第２データポイント及びコンピュータモデルの第２仮想データポイントを場所的にマッチングするステップであって、第２仮想データポイントは、第１患者骨上の第２場所に対応する場所においてコンピュータモデル上において配置されている、ステップを更に含んでいてもよい。
【００２２】
特定の例においては、関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを含んでいてもよい。
【００２３】
特定の例においては、第１場所は、関節接続表面を含んでいてもよい。
【００２４】
特定の例においては、ステップｃ）は、複数の第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に含んでいてもよい。
【００２５】
特定の例においては、１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体は、球状表面の第１半径を演算するステップであって、第１半径は、第１回転中心から複数の第１データポイントまで延在している、ステップを更に含んでいてもよい。
【００２６】
特定の例においては、１つ又は複数の有体のコンピュータ可読ストレージ媒体は、第１半径をコンピュータモデルの仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に含んでいてもよい。
【００２７】
特定の例においては、ステップｅ）における情報は、第２データポイントと第１回転中心の間の第１長さを含んでいてもよい。
【００２８】
特定の例においては、第１長さは、第２仮想データポイントと仮想回転中心の間の仮想距離と比較されてもよい。
【００２９】
特定の例においては、第２データポイントは、凹状部分の縁部又は凹状部分の関節接続表面上において配置されていてもよい。
【００３０】
特定の例においては、第２データポイントは、凹状部分の縁部又は凹状部分の関節接続表面上において配置されていてもよく、コンピュータプロセスは、ｆ）追跡装置を使用して第１患者骨上においてキャプチャされた患者データポイントの第３データポイントを受け取るステップであって、第３データポイントは、コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応しており、第３データポイントは、第２データポイント及び複数の第１データポイントとは異なっている、ステップと、ｇ）第１患者骨をコンピュータモデルと見当合わせするべく、第３データポイント及び第３仮想データポイントを場所的にマッチングするステップと、を更に含んでいてもよい。
【００３１】
特定の例においては、第３データポイントは、関節から離れた解剖構造ランドマークであってもよい。
【００３２】
特定の例においては、「関節から離れた」という表現は、少なくとも１０ｃｍの距離を含んでいてもよい。
【００３３】
特定の例においては、第１患者骨は、腸骨であってもよく、且つ、解剖構造ランドマークは、上前腸骨棘であってもよい。
【００３４】
特定の例においては、ステップｇ）における第２情報は、第１回転中心と第３データポイントの間において延在する第１ベクトルと仮想回転中心と第３仮想データポイントの間において延在する第２ベクトルを比較するステップを更に含んでいてもよい。
【００３５】
特定の例においては、見当合わせ精度を判定するべく、少なくとも１つのプレーン内における第１ベクトルと第２ベクトルの間の角度差が使用されてもよい。
【００３６】
特定の例においては、第３データポイント、第２データポイント、及び複数のデータポイントは、第３データポイント、第２データポイント、第１回転中心が同一直線状にはない場合に、受け入れ可能である。
【００３７】
特定の例においては、コンピュータモデルは、第１患者骨の術前画像及び第１患者骨の術中データ収集のうちの少なくとも１つから生成されてもよい。
【００３８】
本開示の態様は、座標系内において第１骨と関連する患者データを第１骨のコンピュータモデルと術中において見当合わせするコンピュータ化された方法を伴いうる。第１骨は、凹状部分を含みうる第２骨との間において関節を形成する凸状部分を含みうる。コンピュータ化された方法は、ａ）第１骨の凹状部分の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから患者データの第１データポイントを受け取るステップであって、第１データポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップを含んでいてもよい。コンピュータ化された方法は、ｂ）第１骨上の第２術中収集ポイントから患者データの第２データポイントを受け取るステップであって、第２データポイントは、追跡装置によって収集されており、第２データポイントは、コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップを更に含んでいてもよい。コンピュータ化された方法は、ｃ）第１データポイントから第１骨との関係における第２骨の術中回転中心を判定するステップを含んでいてもよい。コンピュータ化された方法は、ｄ）座標系内において術中回転中心をコンピュータモデルの仮想回転中心と場所的にマッチングするステップを更に含んでいてもよい。コンピュータ化された方法は、ｅ）仮想回転中心と第２仮想データポイントの間の第１距離と術中回転中心と第２データポイントの間の第２距離を比較するステップを更に含んでいてもよい。
【００３９】
特定の例においては、第２データポイントは、凹状部分の縁部、凹状部分の関節接続表面、又は第１骨の別の部分上に配置されていてもよい。
【００４０】
特定の例においては、コンピュータ化された方法は、ｆ）第１骨上の第３術中収集ポイントから患者データの第３データポイントを受け取るステップであって、第３データポイントは、追跡装置によって収集されており、第３データポイントは、第３データポイントとは異なる第１骨上の場所において位置し、且つ、コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、ｇ）仮想回転中心と第３仮想データポイントの間の第３距離と術中回転中心と第３データポイントの間の第４距離を比較するステップと、を更に含んでいてもよい。
【００４１】
特定の例においては、関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを含んでいてもよい。
【００４２】
特定の例においては、ステップｃ）は、第２データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に含んでいてもよい。
【００４３】
特定の例においては、コンピュータ化された方法は、球状表面の術中半径を演算するステップであって、術中半径は、術中回転中心から第１データポイントまで延在している、ステップを更に含んでいてもよい。
【００４４】
特定の例においては、コンピュータ化された方法は、術中半径をコンピュータモデルの仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップ更に含んでいてもよい。
【００４５】
本開示の態様は、平行運動及び回転との関係において座標系内において第１患者骨と関連する第１患者データと第１患者骨のコンピュータモデルを見当合わせするコンピュータ化された方法を伴いうる。第１患者骨は、第２患者骨の凸状部分との間において関節を形成する凹状部分を含んでいてもよい。コンピュータ化された方法は、ａ）ｉ）第１患者データの複数の第１データポイントを受け取るステップであって、複数の第１データポイントは、第１場所において第１患者骨上において収集された第１ポイントに対応しており、第１ポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップと、ｉｉ）複数の第１データポイントから、第１患者骨の凹状部分との関係における第２患者骨の凸状部分の術中回転中心を判定するステップと、ｉｉｉ）座標系内において術中回転中心を第１患者骨のコンピュータモデルの仮想回転中心とアライメントするステップと、により、第１患者データと第１患者骨のコンピュータモデルの間の平行運動をロックするステップを含んでいてもよい。
【００４６】
特定の例においては、コンピュータ化された方法は、ｂ）ｉ）追跡装置を使用して第１患者骨上の第１データポイントの第２データポイントをキャプチャするステップであって、第２データポイントは、複数の第１データポイントとは異なる場所において位置し、且つ、コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、ｉｉ）コンピュータモデルとの間における第１データポイントの回転をロックするべく、第２データポイント及び第２仮想データポイントと関連する情報を使用するステップと、により、第１データポイントと第１患者骨のコンピュータモデルの間の回転をロックするステップを更に含んでいてもよい。
【００４７】
特定の例においては、関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節を含んでいてもよい。
【００４８】
特定の例においては、第１場所は、関節接続表面を含んでいてもよい。
【００４９】
特定の例においては、ステップｃ）は、複数の第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に含んでいてもよい。
【００５０】
特定の例においては、コンピュータ化された方法は、球状表面の術中半径を演算するステップであって、術中半径は、術中回転中心から複数の第１データポイントまで延在している、ステップを更に含んでいてもよい。
【００５１】
特定の例においては、コンピュータ化された方法は、術中半径をコンピュータモデルの仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に含んでいてもよい。
【００５２】
特定の例においては、第１患者骨は、寛骨臼を有する腸骨を含んでいてもよく、第２患者骨は、大腿骨を含んでいてもよく、且つ、関節は、股関節を含んでいてもよく、且つ、この場合に、第１場所は、寛骨臼の関節接続表面上に位置していてもよく、且つ、異なる場所は、寛骨臼の縁部、寛骨臼の関節接続表面、腸骨の上前腸骨棘、又は手術対象ではない腸骨の上前腸骨棘の上部に位置していてもよい。
【００５３】
本開示の態様は、患者の第１骨と関連する術中データを第１骨のコンピュータモデルと見当合わせすることを伴う見当合わせ手順におけるガイドされたランドマークキャプチャ用のシステムを伴いうる。システムは、ａ）追跡装置と、追跡装置によってその運動が追跡されるように構成された少なくとも１つのツールと、を含みうる手術ナビゲーションシステムを含んでいてもよい。システムは、ｂ）表示装置を更に含んでいてもよい。システムは、ｃ）表示装置及び手術ナビゲーションシステムとの電気通信状態にある少なくとも１つの演算装置を更に含んでいてもよく、少なくとも１つの演算装置は、入力、出力、メモリ、並びに、入力、出力、及びメモリとの電気通信状態にある中央処理ユニット（「ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ」）を含んでいてもよく、メモリは、グラフィカルユーザーインターフェイス（「ＧＵＩ：Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」）を動作させるためのソフトウェアを含んでいてもよく、少なくとも１つの演算装置は、ｉ）ＧＵＩ及び第１骨のコンピュータモデルを表示装置上において表示するように構成されており、ＧＵＩは、第１骨のコンピュータモデル上において表示された仮想ポイントを含んでいてもよく、仮想ポイントは、少なくとも１つのツールによる術中キャプチャのために第１骨上の物理ポイントに対応しており、ＧＵＩは、仮想ポイントを少なくとも部分的に取り囲むグラフィックを更に含んでいてもよく、グラフィックは、半径だけ、仮想ポイントから離隔している。ＧＵＩは、ｉｉ）少なくとも１つのツールと第１骨上の物理ポイントの間の距離の変化に基づいてグラフィックの半径のサイズを調節するように更に構成されていてもよい。
【００５４】
特定の例においては、グラフィックの半径のサイズは、距離の変化が減少するのに伴って減少している。
【００５５】
特定の例においては、グラフィックの半径のサイズは、距離の変化が増大するのに伴って増大している。
【００５６】
特定の例においては、グラフィックは、矢印及び円のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００５７】
特定の例においては、グラフィックは、物理ポイントが術中においてキャプチャされうる際に色を変化させている。
【００５８】
特定の例においては、距離の変化は、少なくとも１つのツールの先端と第１骨上の物理ポイントの間におけるものであってもよい。
【００５９】
特定の例においては、少なくとも１つのツールは、ナビゲーションプローブ及びロボットアームと結合されたツールの先端のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】大腿骨及び骨盤の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの大腿骨及び骨盤によって形成された股関節の斜視図である。
【図２Ａ】股関節全置換手順用の大腿骨コンポーネント及び寛骨臼コンポーネントの分解斜視図である。
【図２Ｂ】それぞれ、図１Ａの大腿骨及び骨盤との関係における図２Ａの大腿骨コンポーネント及び寛骨臼コンポーネントの配置を示す斜視図である。
【図３Ａ】手術システムの一実施形態の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの手術システムのロボットアームの一実施形態の斜視図である。
【図４】手術手順において使用されるコンピュータディスプレイの一実施形態を示す。
【図５】股関節置換手順のステップの一実施形態を示す。
【図６】表示画面上において示された骨盤見当合せ方法の一実施形態を示す。
【図７】表示画面上において示された骨盤見当合せ方法の一実施形態を示す。
【図８Ａ】骨盤見当合わせ方法のステップの一実施形態を示す。
【図８Ｂ】図８Ａの骨盤見当合せ方法のステップのうちの多くものの様々な特性を示す表を示す。
【図９Ａ】寛骨臼の関節接続表面に沿って強調表示された帯域を示す患者の骨盤の三次元骨モデルの側部図である。
【図９Ｂ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が寛骨臼の関節接続表面上のポイントに接触している。
【図９Ｃ】左側においては、寛骨臼の関節接続表面上のキャプチャされたポイントによって生成された球体を示し、且つ、右側においては、球体の半径を示すべく球体の３／４セグメントを示す。
【図９Ｄ】三次元骨モデルの後の図を示しており、回転中心のポイントが、患者の骨盤の医療撮像から術中において判定されている。
【図１０Ａ】三次元骨モデルの前部−側部図であり、ポイントが、前部寛骨臼縁部上において強調表示されている。
【図１０Ｂ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が、前部寛骨臼縁部上のポイントと接触している。
【図１０Ｃ】三次元骨モデルの前部−側部図であり、ポイントが、寛骨臼の後部関節接続表面上において強調表示されている。
【図１０Ｄ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が、寛骨臼の後部関節接続表面上のポイントと接触している。
【図１０Ｅ】三次元骨モデルの後部−側部図であり、ポイントが、後部寛骨臼縁部上において強調表示されている。
【図１０Ｆ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が、後部寛骨臼縁部上のポイントと接触している。
【図１０Ｇ】三次元骨モデルの後部−側部図であり、ポイントが、寛骨臼の前部関節接続表面上において強調表示されている。
【図１０Ｈ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が、寛骨臼の前部関節接続表面上のポイントと接触している。
【図１１Ａ】三次元骨モデルの前部−側部図であり、ポイントが、上前腸骨棘上において強調表示されている。
【図１１Ｂ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が、ＡＳＩＳ上のポイントと接触している。
【図１１Ｃ】三次元骨モデルの側部図であり、寛骨臼プレーンとの関係における角度向きを計測するべく、ベクトルのペアを描いている。
【図１２Ａ】患者の骨盤の三次元骨モデルの側部図であり、強調表示された帯域が、寛骨臼縁部の前部及び上部側面上に位置している。
【図１２Ｂ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が、寛骨臼縁部の前部側面上のポイントに接触している。
【図１２Ｃ】患者の骨盤の三次元骨モデルの側部図であり、強調表示された帯域が、寛骨臼縁部の後部及び上方側面上に位置している。
【図１２Ｄ】術中の患者の骨盤の側部図であり、ナビゲーションプローブの遠位先端が、寛骨臼縁部の後部側面上のポイントと接触している。
【図１３Ａ】三次元骨モデルの前部図であり、寛骨臼プレーンに垂直のプレーンを中心とした傾斜を計測するべく、ベクトルのペアを描いている。
【図１３Ｂ】三次元骨モデルの前部−側部図であり、ポイントが後部寛骨臼縁部上において強調表示され、且つ、グラフィックの第１実施形態がポイントを取り囲んでおり、この場合に、グラフィックは、第１半径だけ、ポイントから離隔している。
【図１３Ｃ】三次元骨モデルの後部−側部図であり、ポイントが後部寛骨臼縁部上において強調表示され、且つ、グラフィックの第１実施形態がポイントを取り囲んでおり、この場合に、グラフィックは、第２半径だけ、ポイントから離隔している。
【図１３Ｄ】三次元骨モデルの後部−側部図であり、ポイントが後部寛骨臼縁部上において強調表示され、且つ、グラフィックの第２実施形態がポイントを取り囲んでおり、この場合に、グラフィックは、第１半径だけ、ポイントから離隔している。
【図１３Ｅ】三次元骨モデルの後部−側部図であり、ポイントが後部寛骨臼縁部上において強調表示され、且つ、グラフィックの第２実施形態がポイントを取り囲んでおり、この場合に、グラフィックは、第２半径だけ、ポイントから離隔している。
【図１４】本明細書において記述されている様々なシステム及び方法を実装しうる１つ又は複数の演算ユニットを有する例示用の演算システムである。
【図１５Ａ】膝関節の後部図である。
【図１５Ｂ】肩関節の前部−側部図である。
【図１５Ｃ】肘関節の前部−側部図である。
【図１５Ｄ】足首関節の内側図である。
【図１６Ａ】上後腸骨棘と遠位仙骨の間の幾何学的関係を示す骨盤の後部図である。
【図１６Ｂ】最遠位関節と最近位関節の間の幾何学的関係を示す脊柱の後部図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
Ｉ．概要
股関節は、大腿骨と骨盤の間の関節であり、且つ、主には、静的（例えば、起立）及び動的（例えば、歩行）姿勢において体重を支持するべく機能している。図１Ａは、股関節１０の手術対象の側の骨を示しており、これらの骨は、左骨盤又は腸骨１２と、左大腿骨１４の近位端部と、を含む。図１Ａには、右骨盤及び右大腿骨の近位端部が示されていないが、本明細書における説明は、制限を伴うことなしに、右及び左大腿骨及び骨盤の両方に適用可能である。継続すれば、大腿骨１４の近位端部は、大腿骨頸部１８上において配設された大腿骨頭１６を含む。大腿骨頸部１８は、大腿骨頭１６を大腿骨骨幹部２０に接続している。図１Ｂに示されているように、大腿骨頭１６は、寛骨臼２２と呼称される骨盤１２内の凹状ソケット内にフィットし、これにより、股関節１０を形成している。寛骨臼２２及び大腿骨頭１６は、いずれも、衝撃を吸収すると共に関節１０の関節接続を促進する関節接続軟骨によってカバーされている。
【００６２】
時間の経過に伴って、股関節１０は、（例えば、変形性関節症に起因して）劣化し、その結果、痛みと機能の低下をもたらす。この結果、全股関節形成術又は股関節表面再建などの、股関節置換手順が必要となりうる。股関節置換の際には、外科医は、患者の股関節１０の一部分を人工コンポーネントによって置換する。全股関節形成術においては、外科医は、大腿骨頭１６及び頸部１８を除去し、且つ、本来の骨を（図２Ａに示されている）頭部２６ａ、首部２６ｂ、及びステム２６ｃを有する大腿骨補綴コンポーネント２６によって置換する。図２Ｂに示されているように、大腿骨コンポーネント２６のステム２６ｃは、大腿骨１４の髄内管内に外科医が生成する空洞内において係留される。或いは、この代わりに、疾病が大腿骨頭１６の表面に閉じ込められている場合には、外科医は、大腿骨頸部が（例えば、円筒形リーマーを使用して）表面再建され、且つ、次いで、大腿骨頭の補綴カップ（図示されてはいない）と結合される、相対的に侵襲性の低い方式を選択することができる。同様に、骨盤１２の天然の寛骨臼２２が損耗しているか又は罹病している場合には、外科医は、リーマーを使用して寛骨臼２２を表面再建し、且つ、ライナ２８ｂを含みうる（図２Ａに示されている）半球形状のカップ２８ａを有する寛骨臼補綴コンポーネント２８により、天然の表面を置換する。寛骨臼コンポーネント２８を設置するべく、外科医は、カップ２８ａをインパクタツールの遠位端部に接続し、且つ、木槌によってインパクタツールの近位端部を反復的に打撃することにより、リーミングされた寛骨臼２２内にカップ２８ａを埋植する。寛骨臼コンポーネント２８がライナ２８ｂを含んでいる場合には、外科医は、カップ２８ａを埋植した後に、ライナ２８ｂをカップ２８ａ内にスナップ挿入する。外科医が手術のために患者を配置する位置に応じて、外科医は、寛骨臼２２をリーミングするべく、ストレート型又はオフセット型のリーマーを使用することができると共に、寛骨臼カップ２８ａを埋植するべく、ストレート型又はオフセット型のインパクタを使用することができる。例えば、後部−側部方式を使用する外科医は、ストレート型のリーミング及び埋伏を選好しうる一方で、前部−側部方式を使用する外科医は、オフセット型のリーミング及びイ埋伏を選好しうる。
【００６３】
ＩＩ．例示用のロボットシステム
本明細書において記述されている手術システムは、股関節置換のみならず、その他の手術手順をも実行するべく、利用することができる。図３Ａに示されているように、本開示による手術用途用の手術システム５の一実施形態は、コンピュータ支援型のナビゲーションシステム７と、追跡装置８と、コンピュータ１５と、１つの表示装置９（或いは、複数の表示装置９）と、ロボットアーム３０と、を含む。
【００６４】
外科医は、股関節置換手順などの、手術手順を患者に対して実行するべく、ロボットアーム３０を対話型の方式によって使用することができる。図３Ｂに示されているように、ロボットアーム３０は、ベース３２と、関節接続されたアーム３４と、フォースシステム（図示されてはいない）と、コントローラ（図示されてはいない）と、を含む。手術ツール５８（例えば、図３Ａにおいて観察される回転式バー加工装置、図３Ｂにおいて観察される動作部材を有するエンドエフェクタ４０）が、関節接続されたアーム３４の一端に結合され、且つ、外科医が、関節接続されたアーム３４及び／又は手術ツールを把持し、且つ、手動で運動させることにより、手術ツール５８を操作する。
【００６５】
フォースシステム及びコントローラは、手術ツールの操作の際に外科医に制御及びガイダンスを提供するように構成されている。フォースシステムは、関節接続されたアーム３４を介して、少なくともある程度の力を手術ツールに提供するように構成されており、且つ、コントローラは、フォースシステムを制御するための制御信号を生成するようにプログラミングされている。一実施形態においては、フォースシステムは、アクチュエータと、外科医が、例えば、２００６年２月２１日付けで出願された米国特許出願第１１／３５７，１９７号（米国特許出願公開第２００６／０１４２６５７号）明細書及び２００９年１２月２２日付で出願された米国特許出願第１２／６５４，５１９号明細書に記述されているように、触覚オブジェクトによって定義された予め定義された仮想境界を超えて手術ツールを手動で運動させることを制約又は禁止するべく触覚（又は、フォース）フィードバックを提供するバックドライブ可能なトランスミッションと、を含んでおり、これらの特許文献のそれぞれは、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。特定の実施形態においては、手術システムは、ＭＡＫＯ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．  ｏｆ  Ｆｏｒｔ  Ｌａｕｄｅｒｄａｌｅ，  Ｆｌａ．によって製造されるＲＩＯ（商標）  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ａｒｍ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍである。フォースシステム及びコントローラは、好ましくは、ロボットアーム３０内に収容されている。
【００６６】
追跡装置８は、手術ツール５８（ロボットアーム３０に結合されている）及び患者の解剖構造の相対的な場所を追跡するように構成されている。手術ツール５８は、追跡装置８により、直接的に追跡することができる。或いは、この代わりに、手術ツールのポーズは、ロボットアーム３０のベース３２の場所を追跡すると共にロボットアーム３０のジョイントからのジョイントエンコーダデータ及び手術ツールとロボットアーム３０の間の既知の幾何学的関係に基づいて手術ツール５８のポーズを算出することにより、判定することもできる。具体的には、追跡装置８（例えば、光学的、機械的、電磁的、又はその他の、既知の追跡システム）は、ナビゲーションシステム７がツールと解剖構造の間の相対的な関係を知るように、手術ツール及び患者の解剖構造のポーズ（即ち、位置及び向き）を追跡している（或いは、その判定を可能にしている）。
【００６７】
動作の際に、ユーザー（例えば、外科医）は、手術ツール５８（例えば、回転式バー加工装置、動作部材を有するエンドエフェクタ４０）を操作して骨の切削又はインプラントの設置などの手術タスクを患者に対して実行するべく、ロボットアーム３０を手動で運動させる。外科医がツール５８を操作するのに伴って、追跡装置８が手術ツールの場所を追跡することにより、且つ、ロボットアーム３０が、患者の解剖構造に対して見当合わせ（又は、マッピング）された予め定義された仮想境界を超えてツール５８を運動させる外科医の能力を制限するべく、触覚（又は、フォース）フィードバックを提供することにより、高度な精度及び反復可能な骨の切削及び／又はインプラントの配置が結果的に得られる。ロボットアーム３０は、受動的な方式によって動作し、且つ、外科医が仮想境界を超えて手術ツール５８を運動させるべく試みた際に、触覚フィードバックを提供する。触覚フィードバックは、ロボットアーム３０内の１つ又は複数のアクチュエータ（例えば、モーター）によって生成され、且つ、ケーブル駆動トランスミッションなどの、曲がりやすいトランスミッションを介して外科医に伝達される。ロボットアーム３０が触覚フィードバックを提供していない際には、ロボットアーム３０は、外科医によって自由に運動可能であり、且つ、好ましくは、外科医によって適宜作動させられうる仮想的なブレーキを含む。手術手順において、ナビゲーションシステム７は、表示装置９のうちの一方又は両方上において、手術手順に関係する画像を表示する。
【００６８】
システム内の様々な装置の追跡を支援するべく、ロボットアーム３０は、ロボットアーム３０のグローバルな又は概略的な位置を追跡するための装置マーカー４８と、関節接続アーム３４の遠位端部を追跡するためのツール端部マーカー５４と、見当合わせプロセスにおいて使用されるフリーハンドナビゲーションプローブ５６と、を含むことができる。（その他のものに加えて、患者の骨の内部において位置決めされたナビゲーションマーカーなどの）これらのマーカー４８、５４、５６のそれぞれは、例えば、光学カメラを有する追跡装置８によって追跡可能である。
【００６９】
コンピュータ１５は、ディスプレイと、入力装置（例えば、キーボード、マウス）と、を含んでいてもよく、且つ、ナビゲーションシステム７、追跡装置８、システム内の様々な表示装置９、及びロボットアーム３０と通信するように構成されている。更には、コンピュータ１５は、特定の手術手順に関係する情報を受け取ることができると共に、手術手順の実行に関係する様々な機能を実行することができる。例えば、コンピュータ１５は、画像分析、手術計画、見当合わせ、ナビゲーション、画像ガイダンス、及び触覚ガイダンスに関係する機能を実行するべく必要とされるソフトウェアを有することができる。本明細書において記述されている様々なシステム及び方法を実装しうる１つ又は複数の演算ユニットを有する例示用の演算システムの更に詳細な分析については、図１４を参照して後述する。
【００７０】
図３Ｂは、ロボット支援型の股関節形成術において使用するのに特に適したエンドエフェクタ４０を示している。エンドエフェクタ４０は、ロボットアーム３０の一端に取り付けられるように構成されている。エンドエフェクタ４０は、取付部分５０と、ハウジングと、結合装置と、解放部材と、を含む。エンドエフェクタ４０は、ロボットアーム３０との関係において複数の動作部材を個々に且つ相互交換可能に支持すると共に正確に位置決めするように構成されている。図３Ｂにおいて観察されるように、エンドエフェクタ４０は、動作部材１００に結合されている。エンドエフェクタ４０及び関係するツール、システム、及び方法については、２０１０年９月２９日付けで出願された米国特許出願第１２／８９４，０７１号明細書に記述されており、この特許文献は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【００７１】
好ましくは、取付部分（或いは、マウント）５０がエンドエフェクタ４０をロボットアーム３０に結合している。具体的には、取付部分５０は、ハウジングから延在しており、且つ、取付部分が相互の関係において固定されるように、例えば、機械的な留め具を使用してエンドエフェクタ４０をロボットアーム３０の対応する取付部分３５に結合するように構成されている。取付部分５０は、ハウジングに装着することが可能であり、或いは、ハウジングと一体的に形成することも可能であり、且つ、エンドエフェクタ４０をロボットアーム３０との関係において正確且つ反復可能に位置決めするように構成されている。一実施形態においては、取付部分５０は、２００８年１２月２２日付けで出願された米国特許出願第１２／６４４、９６４号明細書において記述されているセミキネマティックマウントであり、且つ、この特許文献は、引用により、すべてが本明細書に包含される。
【００７２】
図３Ｂのエンドエフェクタ４０は、手術ロボットアーム３０によって追跡及び使用されうる手術ツールの一例である。所与の手術手順のために、当技術分野において既知のその他のツール（例えば、ドリル、バー）をロボットアームに装着することができる。
【００７３】
ＩＩＩ．手術手順の術前計画
手術手順の前に、患者の骨盤１２及び大腿骨１４の術前ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャンが医療撮像装置によって生成される。以下の説明は、ＣＴスキャンに合焦することになるが、その他の撮像モード（例えば、ＭＲＩ）が同様に利用されてもよい。これに加えて、且つ、この代わりに、ＣＴに基づいたモデルとは異なる実際のＸ線画像を使用したインプラント配置の計画に習熟している外科医にとっては有用でありうる手術計画のために、ＣＴスキャンから導出されたＸ線画像及び／又は三次元モデル５１２、５１４を使用することもできる。ＣＴスキャンは、外科医により、或いは、独立した撮像施設において、実行されてもよい。これに加えて、又はこの代わりに、患者の骨モデルを生成するべく、術中撮像方法を利用することもできる。例えば、対象の表面の表面プロファイルを生成するべく、追跡されているプローブにより、対象の様々な骨表面をプロービングすることができる。この表面プロファイルは、患者の骨モデルとして使用されてもよい。従って、本開示は、患者の骨モデル又はその一部分を生成するすべての方法に対して適用可能である。
【００７４】
図４に示されているように、ＣＴスキャン又はＣＴスキャンからのデータは、骨盤１２の三次元モデル５１２及び大腿骨１４の三次元モデル５１４を取得するべく、セグメント化されている。三次元モデル５１２、５１４は、手術計画を構築するべく、外科医によって使用される。外科医は、患者の解剖構造のモデル５１２、５１４との関係において寛骨臼コンポーネント及び大腿骨コンポーネントの望ましいポーズ（即ち、位置及び向き）を指定することにより、手術計画を生成する。例えば、寛骨臼カップの計画されたポーズ５００は、表示装置９などの、コンピュータディスプレイ上において指定することができると共に表示することができる。手術手順においては、物理空間内における患者の解剖構造及び手術ツールの動きが追跡装置８によって追跡され、且つ、これらの追跡されているオブジェクトが、ナビゲーションシステム７（画像空間）内において、対応するモデルに見当合せされる。この結果、物理空間内のオブジェクトが、画像空間内の対応するモデルに対して相関される。従って、手術システム５は、患者の解剖構造及び計画されたポーズ５００との関係における手術ツールの実際の位置を知っており、且つ、この情報は、手術手順の際に、表示装置９上においてグラフィカルに表示される。
【００７５】
特定の実施形態においては、モデル５１２、５１４は、それぞれ、完全な骨表面１２、１４のものであってもよい。特定の実施形態においては、モデル５１２、５１４は、寛骨臼２２及び大腿骨頭１６などの対象の重要な領域のみを提供する、トリミングされた三次元モデルであってもよい。即ち、トリミングされた三次元モデルは、完全な骨モデル５１２、５１４の一部分のみを表している。特定の例においては、モデル５１２、５１４は、複数のモデルの組合せであってもよい。例えば、モデル５１２は、手術対象の骨盤、手術対象ではない骨盤、及び脊柱の個々の三次元モデルの組合せであってもよい。
【００７６】
ＩＶ．術中手順
Ａ．
図５は、股関節全置換を実行する術中ステップの一実施形態を示している。この実施形態においては、ステップＳ１〜Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１１、及びＳ１２は、ロボットの支援を伴って又は伴うことなしに、実行することができる。その他の実施形態においては、Ｓ１〜Ｓ２は、不要であってもよく、Ｓ３〜Ｓ５は、Ｓ１〜Ｓ２の前に実行することが可能であり、且つ、Ｓ７は、Ｓ８の前の任意の時点において実行することができよう。ステップＳ８及び図１０は、好ましくは、ロボットアーム３０を使用して実行される。例えば、ステップＳ８（リーミング）は、動作部材１００に結合されたエンドエフェクタ４０により、図３のロボットアーム３０を使用して実行することが可能であり、且つ、ステップＳ１０（埋伏）は、別の動作部材に結合されたエンドエフェクタ４０により、ロボットアーム３０を使用して実行することができる。
【００７７】
手術手順のステップＳ１においては、追跡装置８が大腿骨１４の動きを追跡することができるように、追跡アレイが大腿骨１４に装着されている。ステップＳ２においては、大腿骨１４のポーズ（物理空間）をナビゲーションシステム７内の大腿骨１４の三次元モデル５１４（画像空間）と相関させるべく、大腿骨１４が（任意の既知の見当合わせ技法を使用して）見当合せされている。これに加えて、大腿骨チェックポイントも装着されている。ステップＳ３においては、ナビゲーションされた大腿骨ブローチを使用して大腿骨インプラント（例えば、大腿骨コンポーネント２６）を受け入れるように、大腿骨１４が準備されている。
【００７８】
Ｂ．骨盤の追跡及び見当合わせ
１．概要
図５のステップＳ４においては、追跡装置８が骨盤１２の動きを追跡することができるように、寛骨臼追跡アレイが骨盤１２に装着されている。ステップＳ５においては、寛骨臼追跡アレイが骨盤１２との関係において運動していないことを検証するべく手術手順において使用されるチェックポイントが、骨盤１２に装着されている。チェックポイントは、例えば、２００７年５月１８日付で出願された米国特許出願第１１／７５０，８０７号（米国特許出願公開第２００８／０００４６３３号）明細書において記述されているチェックポイントであってもよく、且つ、この特許文献は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【００７９】
ステップＳ６において、骨盤１２のポーズ（物理空間）をナビゲーションシステム７内の骨盤１２の三次元モデル５１２（画像空間）と相関させるべく、骨盤１２が見当合わせされている。特定の実施形態においては、図６に示されているように、見当合わせは、骨盤１２（物理空間）上のポイントを収集するべく、追跡されているナビゲーションプローブ５６を使用して実現されており、これらのポイントは、骨盤１２の三次元モデル５１２（画像空間）上の対応するポイントに後からマッチングされる。特定の実施形態においては、見当合わせは、ロボットアーム３０のエンドエフェクタ４０に結合されたツールを使用して実現されてもよい。特定の実施形態においては、見当合わせは、ナビゲーションシステム７によって追跡されている任意のツール又は装置によって実現されてもよい。本出願の以下の節においては、骨盤の三次元モデル５１２（画像空間）及び骨盤１２（物理空間）を見当合わせする２つの方法について説明する。
【００８０】
２．第１の骨盤見当合せ方法
図６に示されているように、表示装置９は、１つ又は複数の見当合せポイント５１６を含む骨盤１２の表現５１２を表示することができる。見当合せポイント５１６は、追跡されているプローブによってポイントを収集するべき実際の解剖構造上の場所について外科医が理解することを支援している。外科医を更に支援するべく、見当合わせポイント５１６をカラーコード化することができる。例えば、追跡されているプローブによって次に収集されるべき骨盤１２上の見当合せポイント５１６を黄色に着色することが可能である一方で、既に収集済みである見当合せポイント５１６は、緑色に着色することが可能であり、且つ、後から収集されることになる見当合せポイント５１６は、赤色に着色することができる。見当合わせの後に、表示装置９は、見当合わせアルゴリズムが、物理的に収集されたポイントを骨盤１２の表現５１２に対してどの程度良好にフィットしているかを外科医に対して示すことができる。
【００８１】
例えば、図７に示されているように、どの程度のエラーが、表現５１２の表面と物理的な骨盤１２の対応する表面の間の見当合わせに存在しているのかを示すべく、エラーポイント５１８を表示することができる。一実施形態においては、例えば、最小限のエラーを表すエラーポイント５１８が緑色において表示され、且つ、増大する量のエラーを表すエラーポイント５１８が青色、黄色、及び赤色において表示される状態において、エラーポイント５１８をカラーコード化することができる。カラーコード化の代替肢として、異なるエラーの程度を表すエラーポイント５１８は、異なる形状又はサイズを有しうるであろう。又、検証ポイント５１９を表示することもできる。検証ポイント５１９は、見当合せを検証するべく、追跡されているプローブによってポイントを収集するべき場所を外科医に対して示している。見当合わせポイント５１９が収集された際に、ナビゲーションシステム７のソフトウェアは、解剖構造上の収集された実際のポイントと物理空間内における表現５１２の見当合せされた場所の間のエラー（例えば、数値的にミリメートルを単位しているもの）を表示する。見当合せエラーが過大である場合には、外科医は、ステップＳ６の見当合わせプロセスを反復することにより、骨盤１２の再見当合わせを実行する。
【００８２】
このタイプの見当合わせ方法は、外科医が、正確なポイントを収集するべく、１つ又は複数の見当合せポイント５１６を含む骨盤１２の表現５１２を示す表示装置９から、患者の物理的な骨盤１１２に、自身の焦点を継続的に切り替えることを必要としている。焦点の切り替えには、時間を所要し、且つ、見当合わせポイント５１６が患者の物理的な骨盤１２上に位置している場所の正確な推定には、更に大きな時間を所要する。本節において記述されているこのような見当合わせ方法においては、正確な見当合わせを完了するために、少なくとも４３個のポイントを所要しうる。
【００８３】
３．第２の骨盤見当合せ方法
本節においては、追跡されているプローブ５６又はその他のツール（例えば、ロボットアーム３０の端部）を使用して患者の骨盤１２（物理空間）を骨盤１２の三次元モデル５１２（画像空間）と見当合わせする別の見当合せ方法について説明する。本節において記述されている方法は、上述の見当合せ方法との比較において、収集されるポイントの合計数を低減することができる。例えば、本節において記述されている方法によれば、外科医は、３２個以下のポイントにより、正確な見当合わせを完了することができる。これに加えて、本節において記述されている見当合わせの大部分は、ポイントに基づいたポイント収集とは対照的に、領域に基づいたポイント収集である。領域に基づいたポイント収集においては、外科医は、三次元の骨モデル５１２上において識別される正確なポイントとは対照的に、患者の骨の領域内においてポイントを収集することが許容されている。この結果、外科医は、自身の焦点を表示画面９に切り替えると共に患者の物理的骨盤１２に戻す必要性を伴うことなしに、患者の解剖構造に合焦することができる共に骨の上部の許容された領域内においてポイントを収集することができる。外科医が、許容可能なポイントの多くの可能な場所を包含する領域内においてポイントを収集することは、容易であることから、許容された領域内におけるポイントの収集は、単一の許容可能なポイントとの比較において、精度を向上させる。
【００８４】
患者の骨盤１２は、「物理空間」内にあると記述されているが、その理由は、患者の骨盤１２に術中において接触するべく、外科医が、追跡されているプローブ５６を物理的に使用しているからであり、この場合に、プローブ５６の位置及び向きは、既知であり、且つ、追跡装置８及びナビゲーションシステム７によって追跡されている。骨盤１２の三次元モデル５１２は、「画像空間」内にあると記述されているが、その理由は、モデル５１２が、骨盤１２の演算された表現であるからであり、この表現は、特定の実装形態においては、患者の骨盤１２の術前医療画像（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ）から取得することができる。上述のように、特定の実装形態においては、骨盤のモデル５１２は、骨の表面プロファイルを生成するための骨の表面上における骨盤の術中追跡を介したものなどのように、その他の方法によって生成されてもよく、且つ、いくつかの実施形態においては、汎用骨盤モデルが提示されてもよい。
【００８５】
要すれば、「物理空間」及び「画像空間」という用語の使用は、本明細書においては、それぞれ、患者の物理的な骨盤１２を参照しているのか、或いは、三次元画像として提供される患者の骨盤１２の表現である三次元骨モデル５１２を参照しているのか、を明瞭化するべく、利用されている。
【００８６】
図８Ａを参照すれば、この図は、骨盤見当合せ方法８００のフローチャートを示している。方法８００は、位置及び向きとの関係における三次元モデル５１２（画像空間）との間における患者の骨盤１２（物理空間）の初期マッピングを提供するための初期見当合わせ８０２を含むことができる。又、方法８００は、位置及び向きの微細チューニングのための微細見当合わせ８１６を含むこともできる。
【００８７】
ｉ．初期見当合わせ
図８Ａにおいて観察されるように、初期見当合わせ８０２は、回転中心をキャプチャするステップ８０４と、寛骨臼ランドマークをキャプチャするステップ８０８と、離れた基準ポイントをキャプチャするステップ８１４と、を含む。寛骨臼ランドマークをキャプチャするステップ８０８は、寛骨臼縁部上のポイントをキャプチャするステップ８１０と、寛骨臼の表面上のポイントをキャプチャするステップ８１２と、を含むことができる。
【００８８】
見当合わせ方法８００のそれぞれのステップの説明においては、図８Ｂを参照することとするが、この図は、初期及び微細見当合わせのステップ８０２、８１６をそれぞれのステップと関連する特性の概要と共に示すチャートである。ランドマーク／領域列は、方法８００のそれぞれのステップの対象である骨盤の部分を示している。キャプチャ方法列は、ポイント又はデータをキャプチャする方法が、ポイントに基づいた収集方法であるのか、或いは、領域に基づいた収集方法であるのか、を通知している。２つの方法の間の相違点については、後述することとする。使用先（Ｕｓｅｄ  Ｂｙ）列は、方法８００の特定のステップが、初期又は微細見当合わせ８０２、８１６のいずれにおいて使用されうるのかを通知している。方式依存性列は、システム５が特定の手術方式に基づいて手順を変更することになるかどうかを示している。例えば、ステップ８１０は、寛骨臼縁部上のポイントのキャプチャが方式依存性を有していることを示している。即ち、システム５は、選択された手術方式（例えば、直接前部、前部−側部、後部−側部）に固有の初期見当合わせの際にキャプチャするべきポイントを示すことができる。例えば、直接前部方式においては、システム５は、前部寛骨臼縁部上においてキャプチャするべきポイントを識別してもよく、その理由は、この寛骨臼の特定のエリアが、後部寛骨臼縁部などのその他のものよりもアクセス可能であるからである。
【００８９】
最後に、キャプチャ先列は、ポイントがキャプチャされる場所及び時期を通知している。それぞれの行は、「術前／術中見当合わせ」を示している。方法８００のすべてステップは、患者の骨盤（物理空間）上における術中見当合わせにおいて実行されるが、患者の骨盤１２（物理空間）を患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）と方向付け又は見当合わせするべく、術中見当合わせにおいてキャプチャされたポイントを術中においてキャプチャされたポイントに対応する術前に識別されたランドマークと比較しなければならない。従って、ランドマーク／領域列内のランドマークのそれぞれが、患者の骨盤１２の術前画像（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ）に基づいて生成された三次元骨モデル５１２内において識別される。見当合わせプロセスの精度を判定するべく、これらの相互の関係における術前ランドマークの場所が、術中に見当合せされたポイントの場所と比較される。
【００９０】
次に、説明は、初期見当合わせのステップ８０２と、具体的には、回転中心の見当合わせのステップ８０４と、に合焦することとする。これを目的として、それぞれ、骨盤１２の三次元モデル５１２の側部図及び骨盤１２（物理空間）の側部図を示している図９Ａ〜図９Ｂを参照されたい。図９Ａにおいて観察されるように、表示画面９上において観察される骨盤１２の三次元モデル５１２は、寛骨臼２２の関節接続又は三日月状表面８２６上において、強調表示された帯域８２４を含む。関節接続表面８２６は、形状が三日月形であり、且つ、通常は、関節接続軟骨によってカバーされているが、これは、三次元モデル５１２において図示されてはいない。寛骨臼２２の非関節接続エリアは、寛骨臼窩８２８である。寛骨臼２２の関節接続表面８２６は、形状が半球であり、且つ、大腿骨頭（図示されてはいない）と当接しており、且つ、大腿骨頭が寛骨臼２２内において回転することを許容している。
【００９１】
回転中心を見当合わせするために８０４、図８において観察されるように、外科医は、骨盤１２の三次元モデル５１２上の強調表示された帯域８２４に対応する寛骨臼２２の関節接続表面８２６に沿った複数のポイントにおいて、図９Ｂにおいて観察されるように、患者の骨盤１２（物理空間）上のデータポイント（患者データと呼称される）をキャプチャ、収集、又は記録するべく、ナビゲーションプローブ５６を使用することができる。代替実施形態は、寛骨臼２２内において回転することによって回転中心８０４を表すデータセットを外科医が確立することを許容するナビゲーションプローブ５６又は追跡されている大腿骨１４を使用することができよう。データポイントのキャプチャ、収集、又は記録は、システム５（例えば、コンピュータ１５）が、共通座標系内における相互の関係におけるポイントの場所を保存することを意味している。次いで、アルゴリズムは、患者の骨盤１２（物理空間）をモデル５１２と見当合わせ又はアライメントするために、キャプチャされたポイントを三次元骨モデル５１２の座標系内に統合するべく使用される。この結果、且つ、見当合わせの完了の際に、実際の患者の骨盤１２（物理空間）との関係において手術ツール５８の遠位端部の物理的場所及び向きに適切に対応する方式により、手術システム５のロボットアーム３０の手術ツール５８の遠位端部の表現を三次元骨モデル５１２との関係においてディスプレイ９上に表示することができる。
【００９２】
強調表示された帯域８２４内におけるデータポイント又は患者データのキャプチャは、ポイントに基づいた収集ではなく、領域に基づいたポイント収集と呼称されてもよく、その理由は、受け入れ可能なポイントが、強調表示された帯域８２４に対応する関節接続表面８２６の全体を通じてキャプチャされうるからである。ポイントに基づいた収集システムにおいては、特定のポイントが骨盤１２の三次元モデル５１２上において描かれてもよく、且つ、外科医は、三次元モデル５１２上の特定のポイントに対応する患者の骨盤１２（物理空間）上の特定のポイントにおいてデータポイントをキャプチャするように、クエリされてもよい。
【００９３】
特定の実施形態においては、システム５は、任意の２つのポイント８３０の間の距離が、特定の量だけ、互いに離隔することを必要としてもよい。システム５は、任意の２つのポイント８３０の間の距離が５ｍｍ超となることを必要としてもよい。システム５は、任意の２つのポイント８３０の間の距離が、８０ｍｍ未満となることを必要としてもよい。システム５は、その他の入力（例えば、寛骨臼２２又は寛骨臼コンポーネント２８）に基づいて任意の２つのポイント８３０の間の必要とされる距離を定義するアルゴリズムを有していてもよい。システム５は、ポイントキャプチャの際に任意の２つのポイント８３０の間の距離を変更してもよい。このような要件は、すべてのポイント８３０が、例えば、関節接続表面８２６の１つの領域内においてキャプチャされないように、キャプチャされるポイント８３０の分散を促進することができる。特定の実施形態においては、システム５は、ポイント８３０の間の定義された距離間隔を必要としていないものであってもよい。特定の実施形態においては、最小離隔距離要件を充足してない収集されたポイント８３０は、異常値として拒絶されてもよく、或いは、微細見当合わせ８１６におけるポイント−モデル表面マッチングのために、依然として使用されてもよい。
【００９４】
特定の実施形態においては、システム５は、最大及び／又は最小数のポイント８３０が関節接続表面８２６上において収集されることを必要としてもよい。システム５は、少なくとも１０個のポイント８３０がキャプチャされることを必要としてもよい。これに加えて、又はこの代わりに、システム５は、２０個未満のポイント８３０がキャプチャされることを必要としてもよい。
【００９５】
図９Ｃを参照すれば、システム５は、中心ポイント８４０及び半径８３４を有する球体８３２を定義するべく、強調表示された帯域８２４上のキャプチャされたポイント８３０を使用することが可能であり、その理由は、寛骨臼２２の関節接続表面８２６が球状であるからである。換言すれば、システム５は、キャプチャされたポイント８３０の場所を使用して球体８３２を生成することが可能であり、その理由は、ポイント８３０の最良フィット計算により、相互の関係におけるそれぞれの場所を球体８３２に対してフィットすることができるからである。球体８３２のサイズから、半径８３４（或いは、直径、容積など）を判定することができる。
【００９６】
図９Ｃの左側の球体８３２が、球体８３２の球状表面上の強調表示された帯域及びポイント８３０を示していることに留意されたい。右側の球体８３２は、半径８３４を示すべく、球体８３２の３／４のセグメントを示している。
【００９７】
特定の実施形態においては、システム５は、ポイント８３０が、ポイント８３０の最小数を上回っているが、ポイント８３０の最大数を下回っている際に、ポイント８３０の収集を停止することにより、ポイント８３０の数を最適化することができる。システム５は、１つ又は複数の停止基準を判定するべく、収束メトリックなどのアルゴリズムを使用することができる。特定の一実施形態においては、収束メトリックは、Ｎ個の収集されたポイント８３０を使用して算出された半径８３４と、Ｎ−１個の収集されたポイント８３０などの、収集されたポイント８３０のサブセットを使用して算出された半径８３４の間の差であってもよい。２つの半径８３４の間の差が、予め定義された閾値未満である場合に、システム５は、ポイント８３０がポイント８３０の最大数に到達するよりも早期にポイント８３０収集を終了させる。特定の一実施形態においては、収束メトリックは、新しいポイント８３０が収集される際に毎回算出することができる。
【００９８】
図９Ｄにおいて観察されるように、骨盤１２の三次元骨モデル５１２に基づいて回転中心ポイント８３６を術前に判定することができる。次いで、回転中心ポイント８３６から寛骨臼の関節接続表面８２６までにおいて、半径８３８を判定することができる。回転中心ポイント８３６は、患者の骨盤１２及び大腿骨頭１６の術前スキャンに基づいて判定されてもよい。
【００９９】
球体８３２のサイズ、即ち、更に詳しくは、図９Ｃにおけるポイント８３０の術中のキャプチャ又は患者データ（物理空間）から判定される球体８３２の半径８３４を図９Ｄにおいて観察される三次元骨モデル５１２（画像空間）から判定される回転中心ポイント８３６からの半径８３８と比較することができる。即ち、その間の変動を判定するべく、術中に収集された患者データ（例えば、図９Ｃの球体８３２及び半径８３４）を術前に判定された値（例えば、図９Ｄの半径８３８）と比較することができる。
【０１００】
更に詳しくは、システム５は、システム５が初期見当合わせ８０２のステップ８０４を超えて継続しうる前に、２つの半径８３４、８３８の間の特定の最小差を必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、半径８３４、８３８が互いに５ｍｍ未満だけ異なっていることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、半径８３４、８３８が互いに４ｍｍ未満だけ異なっていることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、半径８３４、８３８が互いに３ｍｍ未満だけ異なっていることを必要してもよい。特定の実施形態においては、システム５は、半径８３４、８３８が互いに２ｍｍ未満だけ異なっていることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、半径８３４、８３８が互いに１ｍｍ未満だけ異なっていることを必要としてもよい。
【０１０１】
半径８３４、８３８の間の差が許容可能な許容値以内である場合に、システム５（例えば、コンピュータ１５）は、ポイント８３０の術中キャプチャから判定された球体８３２の中心ポイント８４０の場所を三次元骨モデル８１２から判定された回転中心ポイント８３６とマージすることができる。この結果、共通座標系内への骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）との間における患者の骨盤１２（物理空間）の見当合わせの平行運動の向き又は側面が、所定の場所に固定又はロックされる。換言すれば、回転中心ポイント８３６との間における球体８３２の中心ポイント８４０のマージの際に、３つの自由度（即ち、ｘ、ｙ、及びｚ方向における平行運動）が固定されてもよく、或いは、予備的に判定されてもよい。従って、３つの自由度（ｘ、ｙ、及びｚ方向を中心とした回転）が、いまだ未知である。
【０１０２】
一般に、システム５は、ＣＴスキャンに基づいた解剖構造を患者固有の幾何学的特徴に単純化することができる。そして、次いで、システム５は、キャプチャされたポイントから患者データに基づいた類似の形状を生成する。次いで、ＣＴに基づいた患者固有の幾何学的特徴が、術中にキャプチャされた幾何学的特徴と比較される。比較の結果は、ポイントのキャプチャ及び骨の見当合わせの品質を反映している。
【０１０３】
見当合わせプロセスの後続のステップは、システム５のロボットアーム３０が、それぞれ、骨盤の骨モデル５１２及び患者の骨盤との関係において画像空間及び物理空間内において同様に方向付けされるように、骨盤の三次元骨モデル５１２（画像空間）との関係において患者の骨盤１２（物理空間）の回転の向きを判定している。
【０１０４】
回転中心が算出又はキャプチャされたら８０４、図８に示されているように、寛骨臼ランドマークなどの、患者データの様々なその他のポイントをキャプチャすることができる８０８。上述のように、寛骨臼ランドマークのキャプチャ８０８は、骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）との間における骨盤１２（物理空間）の回転の向きを判定するべく、使用することができる。そして、物理空間と画像空間の間の平行運動の関係が、回転中心ポイント８３６において固定されることにより、判明することから、ランドマークと回転中心ポイント８３６の間の距離をチェックするべく、ステップ８０８においてキャプチャされた様々な寛骨臼ランドマークを使用することができる。
【０１０５】
ステップ８０８における寛骨臼ランドマーク上のポイントとしての患者データのキャプチャは、ポイントに基づいたものであり、且つ、方式依存性を有しうる。上述のように、ポイントに基づいたデータキャプチャは、ポイントが骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）上において識別され（例えば、点印によって強調表示され）、且つ、外科医が、ナビゲーションプローブ５６によって患者の骨盤（物理空間）上において対応するポイントを選択するようにクエリされることを意味している。次いで、システム５（例えば、コンピュータ１５）は、例えば、回転中心ポイント８３６と三次元骨モデル５１２上の強調表示されたポイントの間の距離と球体８３２の中心８４０と術中にキャプチャされたポイントの間の距離を比較することができる。
【０１０６】
ステップ８０８における寛骨臼ランドマークのキャプチャの説明を始めれば、第１のものは、図１０Ａ〜図１０Ｄにおける、ステップ８１０及び８１２における寛骨臼縁部及び関節接続表面上においてポイントをキャプチャする前部−側部及び直接前部方式の説明である。第２のものは、図１０Ｅ〜図１０Ｈにおいて示されている、ステップ８１０及び８１２における寛骨臼縁部及び関節接続表面上においてポイントをキャプチャする後部−側部方式の説明である。記述されてはいないが、本明細書における方法は、図１５Ａ〜図１５Ｄに示されているように、その他の股関節手術方式（例えば、直接上部）に対して、或いは、その他の関節（例えば、肩、肘、膝、足首）を見当合わせするためのランドマークのキャプチャに対して、適用されてもよい。
【０１０７】
図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すれば、これらの図は、それぞれ、患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の前部−側部図及び患者の骨盤１２（物理空間）の側部図である。図１０において観察されるように、システム５は、患者の骨盤の三次元骨モデル５１２（画像空間）上において寛骨臼２２の外側エッジを形成している寛骨臼縁部８４４の前部側面上において１つ又は複数のポイント８４２を識別（例えば、強調表示）することができる。次いで、システム５は、図１０Ｂにおいて観察されるように、ポイント８４２に圧接状態においてナビゲーションプローブ５６の遠位端部を接触させると共にポイント８４２の位置をシステム５内において患者データとして記録、収集、又はキャプチャすることにより、患者の骨盤１２（物理空間）上において対応する１つ又は複数のポイント８４２をキャプチャするように、外科医にクエリすることができる。図１０Ｂにおいて観察されるように、寛骨臼縁部８４４の前部側面上のポイント８４２は、直接前部方式又は前部−側部方式において、外科医がアクセス可能である。
【０１０８】
次いで、システム５によって識別された、且つ、外科医によってキャプチャされた、それぞれのポイント８４２ごとに、システム５は、図９Ｄ及び図１０Ａにおいて観察される識別されたポイント８４２と回転中心ポイント８３６（画像空間）の間の距離を図９Ｃ及び図１０Ｂのキャプチャされたポイント８４２と球体８３２の中心ポイント８４０の間の術中に収集された距離と比較することができる。
【０１０９】
特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の前部側面上の単一のポイント８４２を識別してもよく、且つ、これをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の前部側面上において２つのポイント８４２を識別してもよく、且つ、これをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の前部側面上において５つのポイント８４２を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の前部側面上において１０個のポイント８４２を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の前部側面上において１５個のポイント８４２を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の前部側面上において別の数のポイントを識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。
【０１１０】
特定の実施形態においては、システム５は、システム５が三次元骨モデル５１２上において別のポイント８４２を表示する前に、三次元骨モデル５１２上において一度に１つのポイント８４２を表示してもよく、且つ、外科医が、患者の骨盤１２（物理空間）上の対応するポイント８４２をキャプチャすることを必要としてもよい。その他の実施形態においては、システム５は、骨盤の三次元骨モデル５１２上においてすべてのポイント８４２（例えば、１つ、２つ、５つ、１０個、１５個）を表示してもよく、且つ、外科医が、自身が選択した任意の順序において対応するポイントをキャプチャすることを許容してもよい。
【０１１１】
又、寛骨臼ランドマークのキャプチャに伴って継続すれば、外科医は、図８のステップ８１２において、寛骨臼関節接続表面上において１つ又は複数のポイントをキャプチャしてもよい。患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の前部−側部図である、図１０Ｃにおいて観察されるように、１つ又は複数のポイント８４６が、患者の骨盤の三次元骨モデル５１２（画像空間）の寛骨臼２２の関節接続表面８２６の後部側面上において識別（例えば、強調表示）されてもよい。システム５は、患者の骨盤１２（物理空間）の側部図である、図１０Ｄにおいて観察されるように、１つ又は複数のポイント８４６に圧接状態においてナビゲーションプローブ５６の遠位端部を接触させると共に１つ又は複数のポイント８４６の位置をシステム５内において患者データとして記録、収集、又はキャプチャすることにより、患者の骨盤１２（物理空間）の後部側面上において対応する１つ又は複数のポイント８４６をキャプチャするように、外科医にクエリしてもよい。図１０Ｄにおいて観察されるように、寛骨臼２２の後部側面上のポイントは、直接前部方式又は前部−側部方式において、外科医がアクセス可能である。
【０１１２】
次いで、システム５によって識別された、且つ、外科医によってキャプチャされた、それぞれのポイント８４６ごとに、システム５は、図９Ｄ及び図１０Ｃにおいて観察される識別されたポイント８４６と回転中心ポイント８３６の間の距離（画像空間）を図９Ｃ及び図１０Ｄのキャプチャされたポイント８４６と球体８３２の中心ポイント８４０の間の術中に収集された距離と比較することができる。
【０１１３】
特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼２２の後部側面上において単一のポイント８４６を識別してもよく、且つ、これをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼２２の後部側面上において２つのポイントを識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼２２の後部側面上において５つのポイント８４６を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼２２の後部側面上において１０個のポイント８４６を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼２２の後部側面上において１５個のポイント８４６を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼２２の後部側面上において任意の数のポイント８４６を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。
【０１１４】
特定の実施形態においては、システム５は、システム５が三次元骨モデル５１２上において別のポイント８４６を表示する前に、三次元骨モデル５１２上において一度に１つのポイント８４６を表示してもよく、且つ、外科医が患者の骨盤１２（物理空間）上において対応するポイント８４６をキャプチャすることを必要としてもよい。その他の実施形態においては、システム５は、骨盤の三次元骨モデル５１２上においてすべてのポイント８４６（例えば、１つ、２つ、５つ、１０個、１５個）を表示してもよく、且つ、外科医が、自身が選択した任意の順序において対応するポイントをキャプチャすることを許容してもよい。
【０１１５】
以下は、ステップ８１０及び８１２において寛骨臼縁部及び関節接続表面上のポイントをキャプチャするための後部−側部方式の説明である。寛骨臼縁部８４４上においてポイントをキャプチャする図１０Ｅ〜図１０Ｆと、寛骨臼２２の関節接続表面８２６上においてポイントをキャプチャする図１０Ｇ〜図１０Ｈと、を参照されたい。
【０１１６】
表示画面９上において表示された骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の後部−側部図である、図１０Ｅにおいて示されているように、１つ又は複数のポイント８４８が、患者の骨盤の三次元骨モデル５１２（画像空間）の寛骨臼２２の寛骨臼縁部８４４の後部側面上において識別（例えば、強調表示）されてもよい。システム５は、１つ又は複数のポイント８４８に圧接状態においてナビゲーションプローブ５６の遠位端部を接触させると共に１つ又は複数のポイント８４８の位置をシステム５内の患者データとして記録、収集、又はキャプチャすることにより、患者の骨盤１２（物理空間）の側部図である、図１０Ｆにおいて観察されるように、患者の骨盤１２（物理空間）の寛骨臼縁部８４４の後部側面上において対応する１つ又は複数のポイント８４８をキャプチャするように、外科医にクエリしてもよい。図１０Ｆにおいて観察されるように、寛骨臼縁部８４４の後部側面上のポイント８４８は、後部−側部方式において、外科医がアクセス可能である。
【０１１７】
次いで、システム５によって識別された、且つ、外科医によってキャプチャされた、それぞれのポイント８４８ごとに、システム５は、図９Ｄ及び図１０Ｅにおいて観察される識別されたポイント８４８と回転中心ポイント８３６（画像空間）の間の距離を図９Ｃ及び図１０Ｆのキャプチャされたポイント８４８と球体８３２の中心ポイント８４０の間の術中に収集された距離と比較してもよい。
【０１１８】
特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の後部側面上において単一のポイント８４８識別してもよく、且つ、これをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の後部側面上において２つのポイント８４８を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の後部側面上において５つのポイント８４８を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の後部側面上において１０個のポイント８４８を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の後部側面上において１５個のポイント８４８を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、寛骨臼縁部８４４の後部側面上において別の数のポイント８４８を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。
【０１１９】
特定の実施形態においては、システム５は、システム５が三次元骨モデル５１２上において別のポイント８４８を表示する前に、三次元骨モデル５１２上において一度に１つのポイント８４８を表示してもよく、且つ、外科医が、患者の骨盤１２（物理空間）上において対応するポイント８４８をキャプチャすることを必要としてもよい。その他の実施形態においては、システム５は、骨盤の三次元骨モデル５１２上においてすべてのポイント８４８（例えば、１つ、２つ、５つ、１０個、１５個）を表示してもよく、且つ、外科医が、自身が選択した任意の順序において対応するポイントをキャプチャすることを許容してもよい。
【０１２０】
次に、説明は、図８のステップ８１２における前部寛骨臼ランドマークのキャプチャに合焦することとする。表示画面９上において表示された骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の後部−側部図である、図１０Ｇにおいて観察されるように、１つ又は複数のポイント８５０が、患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の寛骨臼２２の前部表面８２６の前部側面上において識別（例えば、強調表示）されてもよい。システム５は、患者の骨盤１２（物理空間）の側部図である、図１０Ｈにおいて観察されるように、１つ又は複数のポイント８５０に圧接状態においてナビゲーションプローブ５６の遠位端部を接触させると共に１つ又は複数のポイント８５０の位置をシステム内において患者データとして記録、収集、又はキャプチャすることにより、患者の骨盤１２（物理空間）の寛骨臼２２の関節接続表面８２６の前部側面上において対応する１つ又は複数のポイント８５０をキャプチャするように、外科医にクエリしてもよい。図１０Ｈにおいて観察されるように、寛骨臼２２の関節接続表面８２６の前部側面ト上のポイント８５０は、後部−側部方式において、外科医がアクセス可能である。
【０１２１】
次いで、システム５によって識別された、且つ、外科医によってキャプチャされた、それぞれのポイント８５０ごとに、システム５は、図９Ｄ及び図１０Ｇにおいて観察される識別されたポイント８５０と回転中心ポイント８３６（画像空間）の間の距離を図９Ｃ及び図１０Ｈのキャプチャされたポイント８５０と球体８３２の中心ポイント８４０の間の術中に収集された距離と比較してもよい。
【０１２２】
特定の実施形態においては、システム５は、関節接続表面８２６の前部側面上において単一のポイント８５０を識別してもよく、且つ、これをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、関節接続表面８２６の前部側面上において２つのポイント８５０を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、関節接続表面８２６の前部側面上において５つのポイント８５０を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、関節接続表面８２６の前部側面上において１０個のポイント８５０を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、関節接続表面８２６の前部側面上において１５個のポイント８５０を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、関節接続表面８２６の前部側面上において別の数のポイント８５０を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。
【０１２３】
特定の実施形態においては、システム５は、システム５が三次元骨モデル５１２上において別のポイント８５０を表示する前に、三次元骨モデル５１２上において一度に１つのポイントを表示してもよく、且つ、外科医が、患者の骨盤１２（物理空間）上において対応するポイント８５０をキャプチャすることを必要としてもよい。その他の実施形態においては、システム５は、骨盤の三次元骨モデル５１２上においてすべてのポイント（例えば、１つ、２つ、５つ、１０個、１５個）を表示してもよく、且つ、外科医が、自身が選択した任意の順序において対応するポイントをキャプチャすることを許容してもよい。
【０１２４】
外科医は、図８のステップ８０８における、寛骨臼ランドマークをキャプチャするステップが、選択された手術方式についてのみ、表示されるように、システム５内において手術方式のタイプを選択しうることに留意されたい。この結果、図１０Ａ〜Ｄにおいて観察される、直接前部又は前部−側部手術方式の場合には、システム５は、寛骨臼２２上の前部寛骨臼縁部８４４のポイント８４２及び後部関節接続表面８２６のポイント４６のみを表示することができる。同様に、図１０Ｅ〜図１０Ｈにおいて観察される、後部−側部方式の場合には、システム５は、寛骨臼２２上の後部寛骨臼縁部８４４のポイント８４８及び前部関節接続表面８２６のポイント８５０のみを表示することができる。
【０１２５】
図８による、初期見当合わせ８０２における次のステップは、離れた基準ポイント８１４をキャプチャする、というものである。このステップ８１４については、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照されたい。表示画面９上において表示された患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の前部−側部図である、図１１Ａにおいて観察されるように、ポイント８５２が、上前腸骨棘（「ＡＳＩＳ」）８５４などの、離れた基準ポイント又はマーカー上において識別（例えば、強調表示）されてもよい。特定の実施形態においては、離れた基準ポイントは、寛骨臼２２から離隔した、腸骨棘稜又はその他のランドマークであってもよい。特定の実施形態においては、離れた基準ポイントは、切込み内の別のランドマークであってもよい。特定の実施形態においては、離れた基準ポイントは、骨盤１２の手術対象ではない側のＡＳＩＳ又は患者の手術対象ではない側の別のランドマークであってもよい。
【０１２６】
患者の骨盤１２（物理空間）の側部図である、図１１Ｂにおいて観察されるように、システム５は、１つ又は複数のポイント８５２に圧接状態においてナビゲーションプローブ５６の遠位端部を接触させると共に１つ又は複数のポイント８５２の位置をシステム５内において患者データとして記録、収集、又はキャプチャすることにより、患者の骨盤１２（物理空間）のＡＳＩＳ８５４上の対応するポイント８５２をキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。図１１Ｂにおいて観察されるように、寛骨臼２２のＡＳＩＳ８５４上のポイント８５２は、複数の手術方式において、外科医がアクセス可能であり、その理由は、ＡＳＩＳは、患者の身体内への切込みを伴うことなしに、識別（例えば、触診）されうるからである。腸骨棘稜を使用するシステム５のケースにおいては、腸骨棘稜上においてポイント８５２をキャプチャするべく、骨ピン切込みが生成されてもよい。
【０１２７】
特定の実施形態においては、システム５は、単一のポイント８５２（例えば、ＡＳＩＳ）を識別してもよく、且つ、これをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのポイント８５２（例えば、ＡＳＩＳ、腸骨棘稜）を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、５つのポイント８５２を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、１０個のポイント８５２を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、１５個のポイント８５２を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、別の数のポイント８５２を識別してもよく、且つ、これらをキャプチャするように外科医にクエリしてもよい。
【０１２８】
特定の実施形態においては、システム５は、システム５が別のポイント８５０を三次元骨モデル５１２上において表示する前に、三次元骨モデル５１２上において一度に１つのポイント８５２を表示してもよく、且つ、外科医が患者の骨盤１２（物理空間）上において対応するポイント８５２をキャプチャすることを必要としてもよい。その他の実施形態においては、システム５は、骨盤の三次元骨モデル５１２上においてすべてのポイント８５２（例えば、１つ、２つ、５つ、１０個、１５個）を表示してもよく、且つ、外科医が、自身が選択した任意の順序において対応するポイントをキャプチャすることを許容してもよい。
【０１２９】
次いで、システム５によって識別された、且つ、外科医によってキャプチャされた、それぞれのポイント８５２ごとに、システム５は、図９Ｄ及び図１１Ａにおいて観察される識別されたポイント８５２と回転中心ポイント８３６（画像空間）の間の距離を図９Ｃ及び図１１Ｂのキャプチャされたポイント８５２と球体８３２の中心ポイント８４０の間の術中に収集された距離と比較してもよい。
【０１３０】
表示画面９上において表示される、患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の前部−側部図である、図１１Ｃにおいて観察されるように、術中に判定されたベクトルＶ１が、術前に判定されたベクトルＶ２と比較される。術中に判定されたベクトルＶ１は、回転中心ポイント８３６と同延である中心ポイント８４０から、患者の骨盤（物理空間）のＡＳＩＳ８５４に対応する、術中にキャプチャされたポイント８５２’まで、延在することができる。術前に判定されたベクトルＶ２は、回転中心ポイント８３６から、骨盤１２（画像空間）の術前画像スキャン（例えば、ＣＰ、ＭＲＩ）から判定されたＡＳＩＳ８５４上のポイント８５２まで、延在することができる。
【０１３１】
ベクトルＶ１及びＶ２は、寛骨臼縁部８４４と同延である寛骨臼プレーン８５６から延在することができる。このプレーン８５６から、回転中心８３６においてセンタリングされた法線を識別することができる。三次元骨モデル５１２（画像空間）との間における術中にキャプチャされたポイント（物理空間）の回転のアライメント又は向きをロックするべく、ベクトルＶ１、Ｖ２の間の角度差Ａ１を使用することができる。
【０１３２】
システム５は、患者データとして保存された、対応する術前にキャプチャされたランドマークポイント（画像空間）を基準として使用することができると共に、術中にキャプチャされたランドマークポイント（物理空間）をキャプチャするべく、ユーザーに対してガイダンスを付与することができる。特定の実施形態においては、システム５は、術前にキャプチャされたランドマークポイント（画像空間）の三次元形状に基づいて、ガイダンスを提供することができると共に、対応する術中にキャプチャされたランドマークポイント（物理空間）について、同一の三次元形状を予想することができる。特定の実施形態においては、システム５は、ガイダンスを提供するべく、ランドマークポイントのユークリッド距離を使用することができる。特定の実施形態においては、システム５は、ガイダンスを提供するべく、ランドマークポイントから算出されたベクトルの間の三次元角度を使用することができる。特定の実施形態においては、システム５は、術前にキャプチャされたランドマークポイント（画像空間）及び対応する術中にキャプチャされたランドマークポイント（物理空間）に最良にフィットするように、ペア化されたポイント見当合わせアルゴリズムを使用することができると共に、ガイダンスを提供するべく、フィッティングエラーを使用することができる。ガイダンスは、視覚的な、オーディオの、又は触覚的な、フィードバックであってもよく、或いは、これらのそれぞれの組合せであってもよい。
【０１３３】
術中にキャプチャされたランドマークポイントが完了した際に、システム５は、術中にキャプチャされたランドマークポイント（物理空間）及び対応する術前にキャプチャされたランドマークポイント（画像空間）を使用して初期見当合わせ８０２の変換を算出するべく、アルゴリズムを使用することができる。特定の実施形態においては、システム５は、初期見当合わせ８０２の変換を演算するべく、ペア化されたポイントの見当合わせアルゴリズムを使用することができる。特定の実施形態においては、システム５は、初期見当合わせ８０２の変換を演算するべく、患者データとして保存された、術中にキャプチャされたランドマークポイント８３６、８４２、８４６、８４８、８５０、８５２（物理空間）及び対応する術前にキャプチャされたランドマークポイント（画像空間）を使用することができる。特定の実施形態においては、システム５は、最良の初期見当合わせ８０２の変換を見出すべく、術中にキャプチャされたランドマークポイント及び対応する術前にキャプチャされたランドマークポイントのサブセットのみを使用することができる。
【０１３４】
ｉｉ．微細見当合わせ
図８Ａを再度参照すれば、微細見当合わせ８１６は、寛骨臼ランドマークの領域に基づいたポイントの収集又はキャプチャ８１８を含んでいる。このステップにおいては、ポイントは、寛骨臼縁部８２０において、且つ、寛骨臼８２２の関節接続表面において、キャプチャされている。図８Ｂにおいて観察されるように、微細見当合わせにおける領域に基づいたキャプチャは、方式依存性を有する。図１２Ａ〜図１２Ｂは、寛骨臼縁部８４４上のポイントキャプチャに対して前部−側部及び直接前部方式を示しており、且つ、図１２Ｃ〜図１２Ｄは、寛骨臼ロム８４４上のポイントキャプチャに対して後部−側部方式を示している。特定の実施形態においては、見当合わせは、微細見当合わせ８１６を伴うことなしに完了してもよい。
【０１３５】
まずは、それぞれ、患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の側部図及び患者の骨盤１２の側部図（物理空間）である、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照されたい。図１２Ａにおいて観察されるように、システム５は、患者の骨盤の三次元骨モデル５１２（画像空間）上の寛骨臼２２の外側エッジを形成している寛骨臼縁部８４４の前部及び上部側面上において強調表示されうる帯域８５８を識別することができる。帯域８５８が、寛骨臼縁部８４４から、特定の量だけ、外向きに延在していてもよい。帯域８５８は、直接前部又は前部−側部手術方式用の領域に基づいたポイント収集又はキャプチャのための許容可能な場所を通知することができる。
【０１３６】
図１２Ｂにおいて観察されるように、システム５は、骨盤１２の三次元骨モデル（画像空間）上の帯域８５８の場所と対応するナビゲーションプローブ５６を使用することにより、患者の骨盤１２（物理空間）上においてポイント８６０をキャプチャするように外科医にクエリすることができる。従って、外科医は、寛骨臼縁部８４４の前部及び上部側面上において様々なポイント８６０に圧接状態においてナビゲーションプローブ５６の遠位先端を接触させると共にそれぞれのポイント８６０の場所と関連するデータをシステム５（例えば、コンピュータ）内において患者データとしてキャプチャ、記録、収集、又は保存することができる。
【０１３７】
患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の側部図である図１２Ｃにおいて観察される後部−側部方式を介した寛骨臼縁部８４４の微細見当合わせの場合には、システムは、患者の骨盤１２（画像空間）の三次元骨モデル５１２上において寛骨臼２２の外側エッジを形成している寛骨臼縁部８４４の後部及び上部側面上において強調表示されうる帯域８６２を識別することができる。帯域８６２は、後部−側部手術方式用の領域に基づいたポイント収集又はキャプチャのための許容可能な場所を通知することができる。
【０１３８】
図１２Ｄにおいて観察されるように、システム５は、骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）上の帯域８６２の場所に対応するナビゲーションプローブ５６を使用することにより、患者の骨盤１２（物理空間）上においてポイント８６４をキャプチャするように外科医にクエリすることができる。従って、外科医は、寛骨臼縁部８４４の後部及び上部側面上において様々なポイント８６４に圧接状態においてナビゲーションプローブ５６の遠位先端を接触させることができると共に、それぞれのポイント８６４の場所と関連するデータをシステム５（例えば、コンピュータ）内において患者データとしてキャプチャ、記録、収集、又は保存することができる。
【０１３９】
寛骨臼縁部８４４に沿ってポイントを収集するステップ８２０においては、システム５は、任意の２つのキャプチャされたポイント８６０（前部及び前部−側部方式の場合）、８６４（後部−側部方式の場合）の間の距離が相互に最小距離だけ離れていることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８６４の間の最小間隔が、少なくとも１ｍｍとなることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８６４の間の最小間隔が、少なくとも２ｍｍとなることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８６４の間の最小間隔が、少なくとも３ｍｍとなることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８６４の間の最小間隔が、少なくとも４ｍｍとなることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８６４の間の最小間隔が、少なくとも５ｍｍとなることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８６４の間の最小間隔が、少なくとも６ｍｍとなることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８４６の間の最小間隔が、少なくとも７ｍｍとなることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、２つのキャプチャされたポイント８６０、８６４の間の異なる最小間隔を必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、その他の入力（例えば、寛骨臼２２又は寛骨臼コンポーネント２８）に基づいて任意の２つのポイント８６０、８４６の間の必要とされる距離を定義するアルゴリズムを有していてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、ポイントキャプチャの際に任意の２つのポイント８６０、８４６の間の距離を変更してもよい。このような要件は、すべてのポイント８６０、８６４が、例えば、寛骨臼縁部８４４の１つの領域内においてキャプチャされないように、キャプチャされるポイント８６０、８４６の分散を促進することができる。特定の実施形態においては、システム５は、ポイント８６０、８４６の間の定義された距離間隔を必要としないものであってもよい。特定の実施形態においては、最小間隔要件を充足していない収集されたポイント８６０、８４６は、異常値として拒絶されてよく、或いは、微細見当合わせ８１６において、ポイント−モデル表面マッチングのために依然として使用されてもよい。
【０１４０】
特定の実施形態においては、システム５は、見当合わせプロセスの後続のステップに進む前に、外科医が、所与の手術方式のために最大及び／又は最小数のポイント８６０、８４６をキャプチャすることを必要としてもよい。例えば、特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも２０個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも１５個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも１０個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも５つのポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、１０〜２０個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。
【０１４１】
特定の一実施形態においては、システム５は、ポイント８６０、８６４が、ポイント８６０、８６４の最小数を上回っているが、ポイント８６０、８６４の最大数を下回っている際に、ポイント８６０、８６４収集を停止することにより、ポイント８６０、８６４の数を最適化することができる。システム５は、１つ又は複数の停止基準を判定するべく、収束メトリックなどの、アルゴリズムを使用することができる。特定の実施形態においては、収束メトリックは、１）Ｎ個の収集された寛骨臼縁部ポイント８６０、８６４に関節接続表面ポイント８３０及びランドマークポイント８４２、８４６、８４８、８５０を加えたものを使用して算出されたポイント−モデル表面マッチングの平均平方二乗誤差、並びに、２）Ｎ−１個の収集されたポイント８６０、８６４などの収集された寛骨臼縁部ポイント８６０、８６４に関節接続表面ポイント８３０及びランドマークポイント８４２、８４６、８４８、８５０を加えたもののサブセットを使用して算出されたポイント−モデル表面マッチングの平均平方二乗誤差の間の差であってもよい。２つの平均平方二乗誤差の間の差が、予め定義された閾値未満である場合には、システム５は、ポイント８６０、８６４がポイント８６０、８６４の最大数に到達する前に早期にポイント８６０、８６４の収集を終了させる。特定の一実施形態においては、収束メトリックは、新しいポイント８６０、８６４が収集されるごとに、算出することができる。
【０１４２】
図８Ａの微細見当合わせ８１６を再度参照すれば、寛骨臼関節接続表面が、キャプチャされ８２２、且つ、患者データとして保存されている。このステップ８２２は、図９Ａ及び図９Ｂを参照して記述された方法に類似しており、且つ、従って、以下の説明は、これらの図を参照して実施することとする。又、図９Ａ及び図９Ｂを参照した説明は、ステップ８２２の説明にも適用可能である。例えば、ポイント８３０の間の最小距離は、図９Ａ及び図９Ｂを参照して記述されているが、システム５は、寛骨臼関節接続表面キャプチャ８２２の微細見当合わせにおいて、同一のパラメータを使用することができる。ステップ８２２における微細見当合わせの場合には、図９Ａにおいて観察されるように、システム５は、表示画面９上において、患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）上の寛骨臼２２の関節接続表面８２６上の強調表示された帯域８２４を表示することができる。上述のように、これは、外科医が、強調表示された帯域８２４に対応する骨盤１２の任意のエリア（即ち、関節接続表面８２６）上において患者の骨盤１２（物理空間）上のポイント８３０をキャプチャしうる、領域に基づいたポイントキャプチャである。
【０１４３】
図９Ａ及び図９Ｂを参照して記述されている方法と同様に、システム５は、見当合わせ８００におけるその他のステップに移動する前に、特定数のポイント８３０がキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも２０個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも１５個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも１０個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、少なくとも５つのポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。特定の実施形態においては、システム５は、１０〜２０個のポイントがキャプチャされることを必要としてもよい。
【０１４４】
すべての寛骨臼縁部ポイント８６０、８６４が収集されたら、微細見当合わせ８１６のための見当合わせ変換を判定するべく、アルゴリズムを使用することができる。特定の実施形態においては、システム５は、三次元骨モデル５１２（画像空間）との間において術中にキャプチャされたポイント（物理空間）を最良にフィットするポイント−表面マッチングアルゴリズムであるＩｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ（ＩＣＰ）（Ｐ．Ｊ．  Ｂｅｓｌ，  Ｈ．Ｄ．  ＭｃＫａｙ，  Ａ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ３−Ｄ  ｓｈａｐｅｓ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，  １９９２）を使用することができる。特定の実施形態においては、術中にキャプチャされるポイントは、上述の関節接続表面ポイント８３０、寛骨臼縁部ポイント８６０、８６４、及びランドマークポイント８４２、８４６、８４８、８５０の集合体であってもよいであろう。特定の実施形態においては、術中にキャプチャされるポイントは、特定のポイント（例えば、統計的異常値）が除去された状態における、関節接続表面ポイント８３０、寛骨臼縁部ポイント８６０、８６４、及びランドマークポイント８４２、８４６、８４８、８５０の集合体であってもよいであろう。特定の実施形態においては、術中にキャプチャされるポイントは、初期見当合わせ８０２及び微細見当合わせ８１６の両方のために使用されうるであろう。特定の実施形態においては、ＩＣＰアルゴリズムは、微細見当合わせ８１６を改善するべく、初期推定値として、初期見当合わせ８０２の変換を使用することができる。
【０１４５】
微細見当合わせ８１６からの情報を使用することにより、見当合わせの精度を判定するべく、品質メトリックを利用することができる。
【０１４６】
微細見当合わせ８１６においては、図１１Ｃを参照して同様に記述されているように、寛骨臼法線を中心とした回転の方向付けの精度をチェック及び検証するべく、品質メトリックを利用することができる。図１１Ｃにおいて観察されるように、術中にキャプチャされたポイントと術前に判定されたポイントの間の回転の向きの差を判定するべく、術中に判定されたベクトルＶ１が術前に判定されたベクトルＶ２と比較される。術中に判定されたベクトルＶ１は、回転中心ポイント８３６の中心と同延である中心ポイントから、患者の骨盤（物理空間）のＡＳＩＳ８５４に対応する術中にキャプチャされたポイント８５２’まで、延在しうる。術前に判定されたベクトルＶ２は、回転中心ポイント８３６から、骨盤１２の術前画像スキャン（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ）から判定されるＡＳＩＳ８５４上のポイント８５２まで、延在しうる。
【０１４７】
ベクトルＶ１、Ｖ２は、寛骨臼縁部８４４と同延である側部図内において定義された寛骨臼プレーン８５６から延在しうる。このプレーン８５６から、回転中心８３６においてセンタリングされた法線を識別することができる。三次元骨モデル５１２（画像空間）との間の術中にキャプチャされたポイント（物理空間）の回転におけるアライメント又は向きをロックするべく、ベクトルＶ１、Ｖ２の間の角度差Ａ１を利用することができる。
【０１４８】
図１１Ｃを参照して記述されている寛骨臼プレーン８５６に垂直のプレーン８６６を中心とした傾斜又は回転をチェックするべく、システム５の表示画面９上において表示された患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）の前部−側部図である図１３Ａにおいて観察される別の品質メトリックを利用することができる。図１３Ａにおいて観察されるように、ベクトルＶ１、Ｖ２は、図１１Ｃを参照して図示及び記述されているものと同一のベクトルである。図１３Ａは、プレーン８６６内においてベクトルＶ１、Ｖ２の間の角度差Ａ２を計測するように、寛骨臼プレーン８５６に垂直のプレーン８６６との関係においてベクトルＶ１、Ｖ２を単純に表示している。角度Ａ２は、骨盤１２の三次元骨モデル５１２（画像空間）と患者の骨盤１２（物理空間）の間の傾斜又は角度差を計測するべく、使用することができる。
【０１４９】
これに加えて、又はこの代わりに、システム５は、異なる場所において患者の解剖構造上の更なるポイントを収集するようにユーザーに指示することによる品質メトリックを含んでいてもよく、且つ、この結果、システム５は、見当合わせ精度が受け入れ可能であることを保証するべく、キャプチャされたポイントと三次元骨モデル５１２の対応する表面の間の距離を計測している。特定の例においては、システム５は、１つの検証ポイントを収集するように、ユーザーにキューしてもよい。特定の例においては、システム５は、２つの検証ポイントを収集するようにユーザーにキューしてもよい。特定の例においては、システム５は、３つの検証ポイントを収集するようにユーザーにキューしてもよい。特定の例においては、システム５は、６つの検証ポイントを収集するようにユーザーキューしてもよい。特定の例においては、システム５は、８つの検証ポイントを収集するようにユーザーにキューしてもよい。特定の例においては、システム５は、最大で１０個の検証ポイントを収集するようにユーザーにキューしてもよい。
【０１５０】
検証ポイントの場所は、低信頼性の見当合わせに対応する（例えば、ポイント−表面マッピングが特定の閾値超である）場所でありうる。この結果、低信頼性のエリアを識別することが可能であり、且つ、見当合わせがエリア内において相対的に高い信頼性を結果的にもたらしうるかどうかを判定するべく、更なるポイントをこれらのエリア内においてキャプチャすることができる。ユーザーが検証ポイントをキャプチャしたら、キャプチャされたポイントは、オリジナルのポイントクラウドに追加されてもよく、且つ、見当合わせ変換を精製するべく、見当合わせアルゴリズムにおいて、すべてのポイントを使用することができる。
【０１５１】
特定の例においては、検証ポイントの場所は、ポイントが切込みの開口部内に位置するように、方式（例えば、直接前部）依存性を有しうる。特定の例においては、検証ポイントの場所は、キャプチャされたポイントのそれぞれの間の最小距離を保証するように、或いは、キャプチャされたポイントの均衡した分散を保証するように、予めキャプチャされたポイントから離隔していてもよい。
【０１５２】
微細見当合わせ８１６の完了の際に、システム５は、見当合わせプロセス８００が完了したことを通知することができると共に手術手順を開始することができる。
【０１５３】
以下の説明は、ロボット手術の見当合わせ手順において患者の解剖構造上においてランドマークのキャプチャをガイドすることと関連するグラフィカルユーザーインターフェイス（「ＧＵＩ：Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」）１０００に合焦している。このようなガイダンスは、外科医が、表示画面９上において表示された三次元骨モデル５１２上において対応する仮想ポイントを観察しつつ、患者の骨盤１２上において物理ポイントを見出すべく試みることができることから、外科医にとって有用でありうる。この結果、ＧＵＩ１０００は、外科医が、骨モデル５１２上の仮想ポイントに対応する骨盤１２上の物理ポイントに近接しつつある、というガイダンスを外科医に提供することができる。
【０１５４】
図１３Ｂ〜図１３Ｃは、ポイント１００２のキャプチャの際にユーザーをガイドするＧＵＩ１０００の第１実施形態を示している。図１３Ｄ〜図１３Ｅは、ポイント１００２のキャプチャの際にユーザーをガイドするＧＵＩ１０００の第２実施形態を示している。
【０１５５】
図１３Ｂを参照すれば、ＧＵＩ１０００が表示画面９上において表示されており、表示画面９は、画面９の一部分上において、患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２を示している。骨モデル５１２上には、ユーザーが、患者の骨盤（物理空間）上において、システム５のナビゲーションプローブ又はその他の追跡されているツール（図示されてはいない）により、キャプチャ又は収集するように指示されている、仮想ポイント１００２が表示されている。特定の例においては、仮想ポイント１００２の（骨モデル５１２内において複製される患者の解剖構造との関係における）半径は、約４ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。特定の例においては、仮想ポイント１００２の半径は、例えば、その他のものに加えて、２ｍｍ、６ｍｍ、又は１０ｍｍなどの、その他の距離であってもよい。
【０１５６】
第１実施形態においては、ナビゲーションプローブ又はその他の追跡されたツールの先端が、骨モデル５１２上の仮想ポイント１００２の場所に対応する患者の骨盤１２上の物理ポイントから特定の半径又は距離内にある際に、方向矢印又は三角形１００４が、一般的な円形の方式によって出現し、且つ、ポイント１００２を取り囲むことになる。特定の例においては、方向矢印１００４は、ナビゲーションプローブの先端が、仮想ポイント１００２に対応する物理ポイントから、１００ｍｍの半径内となる時点まで、表示されない。この結果、矢印１００４は、ナビゲーションプローブの先端が、１００ｍｍの半径内において運動する、且つ、１００ｍｍの半径外において運動する、のに伴って、それぞれ、出現及び消失しうる。１００ｍｍという半径は、例示を目的としており、且つ、その他のものに加えて、例えば、５０ｍｍ、１５０ｍｍ、又は２００ｍｍなどのように、その他の距離であってもよい。
【０１５７】
プローブの先端が、骨モデル５１２上のポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上のポイントから離れた特定の半径又は距離（例えば、１００ｍｍ）に接近し、且つ、これに進入した際に、矢印１００４は、出現することができると共に、ポイント１００２から第１半径だけ離隔することができる。ユーザーが、骨モデル５１２上のポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上のポイントに更に接近するようにプローブの先端を運動させるのに伴って、矢印１００４は、図１３Ｃにおいて観察されるように、ポイント１００２に更に近接するように運動することができる。換言すれば、ユーザーがプローブの先端を骨モデル５１２上のポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上のポイントに更に近接するように運動させるのに伴って、第１半径は、第２半径に減少する。特定の例においては、プローブの先端が骨モデル５１２上のポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上の物理ポイントに徐々に更に近接するのに伴って、矢印１００４は、対応する方式により、ポイント１００２に近接するように徐々に運動し、且つ、矢印１００４の半径が徐々に減少し、これにより、プローブの先端がキャプチャ対象のポイント１００２に接近していることを通知する。特定の例においては、ポイント１００２及び／又は矢印１００４は、ポイントがキャプチャされた際に、且つ／又は、プローブの先端がポイント１００２に正確に対応する場所に位置している際に、色を変化させることもできる。
【０１５８】
この結果、ＧＵＩ１０００は、図１３Ｂにおいて観察される、矢印１００４がポイント１００２から遠く離れている第１状態から、図１３Ｃにおいて観察される、矢印１００４がポイント１００２に更に接近している第２状態に、順番に遷移する方向矢印１００４を含んでいる。特定の例においては、矢印及び／又はポイント１００２の色は、第１状態から第２状態に順番に遷移する際に、変化することができる。例えば、色は、ナビゲーションプローブの先端が徐々にポイントに更に近接するように運動するのに伴って、赤色から黄色に、且つ、緑色に、変化することができる。
【０１５９】
図１３Ｄを参照すれば、グラフィカルユーザーインターフェイス（「ＧＵＩ」）１０００が表示画面９上において表示されており、表示画面９は、画面９の一部分上において、患者の骨盤１２の三次元骨モデル５１２を示している。骨モデル５１２上には、ユーザーが、システム５のナビゲーションプローブ又はその他の追跡されているツール（図示されてはいない）により、患者の骨盤（物理的モデル）上においてキャプチャするように指示されている仮想ポイント１００２が表示されている。特定の例においては、仮想ポイント１００２の（骨モデル５１２内において複製される患者の解剖構造との関係における）半径は、約４ｍｍであってもよい。特定の例においては、仮想ポイント１００２の半径は、その他のものに加えて、例えば、２ｍｍ、６ｍｍ、又は１０ｍｍなどの、その他の距離であってもよい。
【０１６０】
第２実施形態においては、ナビゲーションプローブの先端又はその他の追跡されているツールが、骨モデル５１２上の仮想ポイント１００２の場所に対応する患者の骨盤１２上の物理ポイントまでの特定の半径又は距離内にある際に、部分的な垂直方向及び水平方向アライメントインジケータを有する、円を有するレチクル１００４が、出現することができると共に、ポイント１００２を取り囲むことができる。特定の例においては、レチクル１００４は、ナビゲーションプローブの先端が、仮想ポイント１００２に対応する物理ポイントから１００ｍｍの半径内に位置する時点までは、表示されない。この結果、レチクル１００４は、ナビゲーションプローブの先端が、１００ｍｍの半径内において運動する、且つ、１００ｍｍの半径外において運動する、のに伴って、それぞれ、出現及び消失することができる。１００ｍｍという半径は、例示を目的としており、且つ、その他のものに加えて、例えば、５０ｍｍ、１５０ｍｍ、又は２００ｍｍなどの、その他の距離であってもよい。
【０１６１】
プローブの先端が骨モデル５１２上の仮想ポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上の物理ポイントから離れた特定の半径又は距離に接近し、且つ、これに進入した際に、レチクル１００４の円が、出現することができると共にポイント１００２から第１半径だけ離隔することができる。ユーザーが骨モデル５１２上のポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上のポイントに更に接近するようにプローブの先端を移動させるのに伴って、図１３Ｅにおいて観察されるように、半径は、レチクル１００４の円がポイント１００２に更に接近するように運動するように、更に小さくなる。換言すれば、ユーザーがプローブの先端を骨モデル５１２上のポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上のポイントに更に接近するように運動させるのに伴って、第１半径は、第２半径に減少する。特定の例においては、プローブの先端が骨モデル５１２上のポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上のポイントに徐々に接近するのに伴って、対応するレチクル１００４の円のサイズ（例えば、半径）は、徐々に更に小さくなると共にポイントに更に接近するようになり、これにより、プローブの先端が、キャプチャ対象のポイント１００２に接近していることを通知する。特定の例においては、レチクル１００４のポイント１００２及び／又は円は、ポイントがキャプチャされた際に、且つ／又は、プローブの先端が、ポイント１００２に正確に対応する場所に位置している際に、色を変化させることができる。
【０１６２】
この結果、ＧＵＩ１０００は、図１３Ｄにおいて観察される、レチクル１００４の円の境界線がポイント１００２から遠く離れている第１状態から、図１３Ｅにおいて観察される、レチクル１００４の円の境界線がポイント１００２に更に接近している第２状態に、順番に遷移するレチクル１００４を含んでいる。特定の例においては、レチクル１００４及び／又はポイント１００２の色は、第１状態から第２状態に順番に遷移している際に、変化することができる。例えば、色は、ナビゲーションプローブがポイント１００２に更に接近するように徐々に運動するのに伴って、赤色から黄色に、且つ、緑色に、変化することができる。
【０１６３】
方向矢印及びレチクル１００４は、その他のものに加えて、限定を伴うことなしに、ブルズアイ、ポインタ、透明な円又は球体、又は目的地ピンを含む、その他のグラフィックによって置換することができる。これに加えて、又はこの代わりに、グラフィックは、ポイント１００２までのプローブの先端の距離の変化を通知するべく、ブリンク、回転、拡大、又は縮小することもできる。特定の例においては、プローブの先端がポイント１００２に対応する患者の骨盤１２上のポイントから第１距離にある際に、第１の方法によって骨モデル５１２上のポイント１００２を概略的に識別し、且つ、プローブの先端がポイント１００２と対応する患者の骨盤１２から第２の距離にある際に、第２の方法によって骨モデル５１２上のポイント１００２を識別する任意のグラフィックを使用することができる。この例においては、第１距離は、第２距離よりもポイント１００２から更に離れていてもよく、且つ、第１の方法は、第２の方法におけるグラフィックの第２直径よりも大きな第１直径を有するグラフィックであってもよい。
【０１６４】
図１３Ｂ〜図１３Ｅを参照して記述されているＧＵＩは、限定を伴うことなしに、本明細書において記述されている方法の任意のステップ（例えば、初期見当合わせ、微細見当合わせ、検証）において利用されうることに留意されたい。
【０１６５】
本出願の以上の節は、骨盤１２の見当合わせに合焦しているが、本明細書において記述されているシステム及び方法は、その他の骨及び関節の術中見当合わせに適用可能である。図１５Ａ〜図１５Ｄは、それぞれ、膝関節６００、肩関節７００、肘関節８００、及び足首関節９００を含む、術中見当合わせ用の例示用の関節を示している。
【０１６６】
図１５Ａにおいて観察されるように、膝関節６００は、大腿骨６０２の遠位端部と、脛骨６０４の近位端部と、を含む。大腿骨６０２の遠位端部は、内側及び外側顆６０６を含む。脛骨の近位端部６０４は、大腿骨６０２の対応する顆６０６と結合するように構成された内側及び外側部分を含む脛骨プラトー６０８を含む。膝関節６００が関節接続されるのに伴って、顆６０６は、脛骨プラトー６０８との関係において回転する。軟骨の薄い層を顆６０６と脛骨プラトー６０８の間において位置決めすることができる。図において観察されるように、顆６０６は、丸い又は凸状のプロファイルを含みうる一方で、脛骨プラトー６０８は、凹状のプロファイルを含む。膝全置換は、顆６０６を含む大腿骨６０２の遠位端部を、インプラントの大腿骨コンポーネントのみならず、脛骨プラトーを置換するためのインプラントの脛骨コンポーネントにより、置換することができる。骨盤１２を参照して記述されているシステム及び方法と同様に、膝関節形成術のための脛骨６０４及び大腿骨６０２の手術見当合わせの際には、膝関節６００について、例えば、脛骨プラトー６０８の形状に基づいて、又はその他の方法により、回転中心を算出することができよう。同様に、脛骨プラトー６０８及び顆６０６を取り囲む脛骨６０４又は大腿骨６０２の一部分のみならず、一方又は両方の骨の上部のロングポイントをも見当合せすることができる。
【０１６７】
図１５Ｂにおいて観察されるように、肩関節７００は、肩甲骨７０２の外側部分と、上腕骨７０４の近位端部と、を含む。肩甲骨７０２は、肩甲骨７０２の外側端部上の浅い洋ナシ形の関節接続表面である関節窩７０６を含む。形状がほぼ半球である、上腕骨頭７０８は、関節窩７０６内において関節接続している。従来の肩全置換手術は、上腕骨７０４内においてフィットするステムと、関節窩７０６の代わりに肩甲骨にフィットする関節窩ソケットコンポーネント内においてフィットするインプラントボールと、を有する、インプラントにより、上腕骨頭７０８及び関節窩７０６を置換することができる。一般に、上腕骨頭７０８は、凸状の骨部分を含むものと考えられうる一方で、肩甲骨７０２は、凹状骨部分を含むものと考えることができる。骨盤１２を参照して記述されているシステム及び方法と同様に、肩関節形成術のための準備の際の肩甲骨７０２及び上腕骨７０２の手術用の見当合わせの際には、例えば、関節窩７０６の形状に基づいて、又はその他の方法により、肩関節７００について、回転中心を算出することができよう。同様に、関節窩７０６を取り囲む肩甲骨７０２の一部分（例えば、関節窩７０６の縁部）のみならず、ロングポイント（例えば、肩甲骨７０２の後部脊椎、鎖骨、肩峰突起）をも見当合わせすることができよう。
【０１６８】
図１５Ｃにおいて観察されるように、肘関節８００は、上腕骨８０２の遠位端部と、尺骨８０４の近位端部と、を含む。上腕骨８０２の遠位端部は、尺骨８０４の滑車切痕８０８と関節接続する滑車８０６を含む。滑車８０６は、前部から後部に凸状であり、且つ、内側から外側に凹状である。尺骨８０４の滑車切痕８０８は、前部から後部に凹状であり、且つ、内側から外側に凸状である。又、上腕骨８０２の遠位端部は、半径の頭部（図示されていない）と関節接続する小頭をも含む。一般に、上腕骨８０２の遠位端部は、凸状の骨部分を含むものと考えられうる一方で、尺骨８０４は、凹状の骨部分を含むものと考えることができる。従来の肘置換は、大腿骨金属ステムコンポーネント、固定されたヒンジ、及び尺骨金属ステムコンポーネントを有するインプラントコンポーネントにより、上腕骨８０２の遠位端部及び尺骨８０４の近位端部を置換するステップを含む。骨盤１２を参照して記述されているシステム及び方法と同様に、上腕骨８０２及び尺骨８０４の手術用の見当合わせの際には、肘関節８００について、例えば、滑車切痕８０８の形状に基づいて、又はその他の方法により、回転中心を算出することができよう。同様に、滑車切痕８０８の一部分（例えば、滑車切痕８０８を取り囲んでいるもの、半径方向の切痕）のみならず、尺骨８０４上のロングポイントをも、見当合わせすることができる。
【０１６９】
図１５Ｄにおいて観察されるように、足首関節９００は、脛骨９０２の遠位端部と、距骨９０４と、を含む。腓骨は、図示されていない。脛骨８０２の遠位端部は、下部関節接続表面又は天井を含む。距骨９０４の上部表面は、関節接続表面又は距骨滑車を含み、これは、半円筒形であり、且つ、脛骨９０２の遠位端部と結合する。一般に、脛骨９０２の遠位端部は、凹状の骨部分を含むものと考えられうる一方で、距骨は、凸状の骨部分を含むものと考えることができる。従来の足首置換手術においては、脛骨９０２の遠位端部及び距骨９０４の近位端部は、それぞれ、脛骨コンポーネント及び距骨コンポーネントにより、置換されている。距骨コンポーネントは、通常、凸状であり、且つ、凹状である脛骨コンポーネントと結合する。骨盤１２を参照して記述されているシステム及び方法と同様に、足首置換手術の手術用の見当合わせの際には、足首関節９００について、例えば、脛骨９０２の遠位端部又は天井の形状に基づいて、又はその他の方法により、回転中心を算出することができよう。同様に、脛骨９０２の遠位端部又は天井の一部分（例えば、取り囲んでいるエリア）のみならず、脛骨９０２上のロングポイント（例えば、脛骨粗面）をも、見当合わせすることができる。
【０１７０】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、正確な見当合わせプロセスに必要とされる見当合せポイントの数を低減するべく、パターン形状を利用する身体のその他の部分用の更なる又は代替見当合わせ方法を示している。図１６Ａは、左及び右腸骨１１００と、左及び右腸骨１１００の間の仙骨１１０２と、を含む、骨盤１２の後部図を示している。図１６Ｂは、脊柱１１０４の後部図を示している。
【０１７１】
図１６Ａにおいて観察されるように、右及び左上後腸骨棘（「ＰＳＩＳ」）１１０６と遠位仙骨１１０８の間には、幾何学的な関係が存在している。遠位仙骨１１０８は、限定を伴うことなしに、尾骨の基部との間におけるその接続における仙骨の頂点を含む、仙骨１１０の内側−外側中線おける任意のポイントであってもよい。右及び左ＰＳＩＳ１１０６及び遠位仙骨１１０８は、２つの等しい長さの辺１１１０及び２つの等しい角度１１１２を有する二等辺三角形を定義している。従って、見当合わせプロセスにおいて、上述の回転中心の計算と同一の方式により、幾何学的情報を使用することができる。例えば、外科医は、右及び左ＰＳＩＳ１１０６の場所をキャプチャしてもよく、且つ、システム５は、ＰＳＩＳ１１０６のそれぞれから遠位仙骨１１０８までの距離が等しくなければらないという点を考慮し、遠位仙骨１１０８の場所をキャプチャする際に外科医をガイドすることができる。骨ランドマークの間の幾何学的関係を知ることにより、長さ１１１０が等しい際に遠位仙骨１１０８のキャプチャのための場所が取得されることを保証することにより、外科医にガイダンスを提供することができる。
【０１７２】
図１６Ｂにおいて観察されるように、脊柱１１０４の最も近位の関節１１１４と脊柱１１０４の最も遠位の関節１１１６の間には、幾何学的関係が存在している。更に詳しくは、近位関節１１１４及び遠位関節１１１６は、平行な上底及び下底１１１８、１１２０と、遠位の下底１１１８と脚部１１２４の間の等しい角度１１２２と、を有する二等辺台形を定義することができる。従って、外科医が正確なポイントをキャプチャすることを保証するべく、上述の回転中心の計算と同様の方式により、見当合わせプロセスにおいて幾何学的情報を使用することができる。
【０１７３】
Ｃ．ロボットアームの見当合わせ
図５を再度参照すれば、ステップＳ６において骨盤を見当合わせした後に、ステップＳ７において、ロボットアーム３０を見当合わせすることができる。このステップにおいては、ロボットアーム３０（物理空間）のポーズをナビゲーションシステム７（画像空間）と相関させるべく、ロボットアーム３０が見当合わせされる。ロボットアーム３０は、例えば、２００６年２月２１日付けで出願された米国特許出願第１１／３５７，１９７号（米国特許出願公開第２００６／０１４２６５７号）明細書において記述されているように、見当合わせすることが可能であり、且つ、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【０１７４】
Ｄ．寛骨臼の準備及び手術手順の実行
手術の際に、外科医は、股関節全置換又は股関節表面再建手順のために、骨のリーミング及び寛骨臼カップの埋植などの、関節置換手順を促進するべく、図３Ｂのロボットアーム３０を使用することができる。上述のように、ロボットアーム３０は、（リーミングのために）切削要素に結合されるように、且つ、（埋伏のために）補綴コンポーネントに係合するように、構成された、手術ツールを含む。例えば、図３Ｂにおいて観察されるように、リーミングのために、エンドエフェクタ４０は、動作部材１００に結合することが可能であり、動作部材１００は、切削要素に結合する。同様に、埋植のために、エンドエフェクタ４０は、別の動作部材に結合することが可能であり、この動作部材は、補綴コンポーネントに係合する。リーミング及び埋伏の際に適切な位置決めを保証するべく、ロボットアーム３０を使用することができる。
【０１７５】
図５のステップＳ８において、外科医は、図３Ｂのロボットアーム３０に結合された、動作部材１００などの、リーマーを使用し、寛骨臼２２の表面再建を実行している。動作部材１００との関連において上述したように、外科医は、適切な動作部材（例えば、ストレート型の又はオフセット型のリーマー）をエンドエフェクタ４０に結合し、受け取った動作部材に切削要素を接続し、且つ、寛骨臼２２をリーミングするべく、ロボットアーム３０を手動で操作する。リーミングの際に、ロボットアーム３０は、触覚（フォースフィードバック）ガイダンスを外科医に提供する。触覚ガイダンスは、実際の骨の切削が形状及び場所において計画された骨切削に対応していること（即ち、手術計画と一貫性を有する切削）を保証するように、手術ツールを手動で運動させる外科医の能力を制約している。
【０１７６】
図５のステップＳ９において、外科医は、例えば、２００７年５月１８日付けで出願された米国特許出願第１１／７５０，８０７号（米国特許出願公開第２００８／０００４６３３号）明細書において記述されているように、追跡されているプローブによって骨盤チェックポイントに接触することにより、寛骨臼追跡アレイと骨盤１２の間の見当合わせ（即ち、幾何学的な関係）が依然として有効であることを検証しており、且つ、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。見当合わせが（例えば、寛骨臼追跡アレイがリーミングの際にはじき出されたことを理由として）劣化した場合には、骨盤１２の見当合わせが再度実行される。見当合わせの検証は、外科医が寛骨臼の見当合わせの完全性をチェックすることを所望した任意の時点において実行することができる。
【０１７７】
図５のステップＳ１０において、インパクタツールを使用することにより、補綴コンポーネント３１６が、リーミングされた寛骨臼２２上において埋植されている。ステップＳ８（リーミング）との関連において上述したものと同一の方式により、埋伏ステップＳ１０においては、表示装置９は、図４において観察されるように、計画されているポーズ５００、有効化領域５１０、解剖構造の表現５１２、５１４、及び手術ツールの表面を示すことができる。又、ステップＳ８との関連において上述したように、外科医が、触覚フィードバックをオーバーライドするように、エンドエフェクタ４０を運動させた場合には、コントローラは、実際のポーズの少なくとも１つの側面をターゲットポーズの対応する望ましい側面と実質的にアライメントさせるように、手術ツールの自動的な制御を開始することができる。
【０１７８】
図５のステップＳ１１において、外科医は、大腿骨コンポーネントを大腿骨１４上において設置しており、且つ、ステップＳ１２において、外科医は、脚部の長さ及び大腿骨のオフセットを判定している。手術手順における任意の時点において、表示装置９は、進捗及び／又は結果に関係するデータを示すことができる。例えば、ステップＳ８のリーミング及び／又はステップＳ１０）における埋伏の後に、リーミングされた寛骨臼２２（或いは、埋植された寛骨臼カップ）の実際の位置に関係するデータは、例えば、患者の解剖構造の３つ（即ち、内側／外側、上部／下部、及び前部／後部）の直交プレーン内における実際の場所と計画された場所の間のエラーを表す数値データを含むことができる。
【０１７９】
Ｖ．例示用の演算システム
図１４を参照し、本明細書において記述されている様々なシステム及び方法を実装しうる１つ又は複数の演算ユニットを有する例示用の演算システム１３００の詳細な説明を提供する。演算システム１３００は、関節形成手順（例えば、見当合わせ）の術前又は術中計画において利用されるコンピュータ又はシステム並びにその他の演算又はネットワーク装置のうちの任意のものに適用可能でありうる。これらの装置の特定の実装形態は、そのすべてが本明細書に具体的に記述されてはいないが当業者には理解される、様々な可能な特定の演算アーキテクチャを有しうることを理解されたい。
【０１８０】
コンピュータシステム１３００は、コンピュータプロセスを実行するべく、コンピュータプログラムプロダクトを実行する能力を有する演算システムであってもよい。データ及びプログラムファイルが、コンピュータシステム１３００への入力であってもよく、コンピュータシステム１３００は、ファイルを読み取り、且つ、その内部のプログラムを実行する。図１４には、１つ又は複数のハードウェアプロセッサ１３０２、１つ又は複数のストレージ装置１３０４、１つ又は複数のメモリ装置１３０８、及び／又は１つ又は複数のポート１３０８〜１３１０を含む、コンピュータシステム１３００の要素のうちのいくつかが示されている。これに加えて、当業者には認識されるその他の要素が、演算システム１３００に含まれうるが、図１４には、明示的に示されておらず、或いは、本明細書における更なる記述が省略されている。コンピュータシステム１３００の様々な要素は、１つ又は複数の通信バス、ポイントツーポイント通信経路、又は図１４には明示的に示されていないその他の通信手段を介して相互に通信することができる。
【０１８１】
プロセッサ１３０２は、例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及び／又はキャッシュの１つ又は複数の内部レベルを含むことができる。プロセッサ１３０２が単一の中央処理ユニット、或いは、並行処理環境と一般には呼称される、相互に並行して命令を実行すると共に動作を実行する能力を有する複数の処理ユニット、を有するように、１つ又は複数のプロセッサ１３０２が存在していてもよい。
【０１８２】
コンピュータシステム１３００は、従来のコンピュータ、分散型コンピュータ、或いは、クラウド演算アーキテクチャを介して提供される１つ又は複数の外部コンピュータなどの、任意のその他のタイプのコンピュータであってもよい。本明細書において記述されている技術は、任意選択により、１つ又は複数のデータが保存される装置１３０４上において保存された、１つ又は複数のメモリ装置１３０６上において保存された、且つ／又は、ポート１３０８〜１３１０のうちの１つ又は複数を介して伝達される、ソフトウェアにおいて実装され、これにより、図１４のコンピュータシステム１３００は、本明細書において記述されている動作を実装するための特殊目的機械に変換される。コンピュータシステム１３００の例は、パーソナルコンピュータ、端末、ワークステーション、携帯電話機、タブレット、ラップトップ、パーソナルコンピュータ、マルチメディアコンソール、ゲーミングコンソール、セットトップボックス、及びこれらに類似したものを含む。
【０１８３】
１つ又は複数のデータストレージ装置１３０４は、アプリケーションプログラムと演算システム１３００の様々なコンポーネントを管理するオペレーティングシステム（ＯＳ：Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の両方の命令を含みうる、コンピュータプロセスを実行するためのコンピュータ実行可能な命令などの、演算システム１３００内において生成又は利用されるデータを保存する能力を有する任意の不揮発性データストレージ装置を含むことができる。データストレージ装置１３０４は、限定を伴うことなしに、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブ、半導体ドライブ（ＳＳＤ：Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュドライブ、及びこれらに類似したものを含むことができる。データストレージ装置１３０４は、着脱自在のデータストレージ媒体、非着脱自在のデータストレージ媒体、及び／又は１つ又は複数のデータベース管理プロダクト、ウェブサーバープロダクト、アプリケーションサーバープロダクト、及び／又はその他の更なるソフトウェアコンポーネントを含む、このようなコンピュータプログラムプロダクトと共に有線又は無線ネットワークアーキテクチャを介して提供される外部ストレージ装置を含むことができる。着脱自在のデータストレージ媒体の例は、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ：Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、デジタルバーサタイルディスク読み出し専用メモリ（ＤＶＤ−ＲＯＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気−光ディスク、フラッシュドライブ、及びこれらに類似したものを含む。非着脱自在のデータストレージ媒体の例は、内部磁気ハードディスク、ＳＳＤ、及びこれらに類似したものを含む。１つ又は複数のメモリ装置１３０６は、揮発性メモリ（例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ：Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ：Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）など）及び／又は不揮発性メモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなど）を含むことができる。
【０１８４】
本明細書において記述されている技術に従ってシステム及び方法を実現するためのメカニズムを含むコンピュータプログラムプロダクトは、機械可読媒体と呼称されうるデータストレージ装置１３０４及び／又はメモリ装置１３０６内に存在していてもよい。機械可読媒体は、機械による実行のために本開示の動作のうちの任意の１つ又は複数を実行するべく、命令を保存又はエンコードする能力を有する、或いは、このような命令によって利用される、或いは、これらと関連するデータ構造及び／又はモジュールを保存又はエンコードする能力を有する、任意の有体の一時的ではない媒体を含みうることを理解されたい。機械可読媒体は、１つ又は複数の実行可能命令又はデータ構造を保存する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、中央集中化された又は分散化されたデータベース、並びに／或いは、関連するキャッシュ及びサーバー）を含むことができる。
【０１８５】
いくつかの実装形態においては、コンピュータシステム１３００は、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート１３０８などの、１つ又は複数のポート、並びに、その他の演算、ネットワーク、ナビゲーション、又はロボット装置と通信するための通信ポート１３１０を含む。ポート１３０８〜１３１０は、組み合わせられてもよく、或いは、別個であってもよく、且つ、更に多くの又は更に少ない数のポートがコンピュータシステム１３００内において含まれうることを理解されたい。
【０１８６】
Ｉ／Ｏポート１３０８は、Ｉ／Ｏ装置に、或いは、情報が演算システムとの間において入力又は出力されるその他の装置に、接続されてもよい。このようなＩ／Ｏ装置は、限定を伴うことなしに、例えば、ロボットアーム並びにナビゲーション及び追跡システムなどの、１つ又は複数の入力装置又は出力装置を含むことができる。
【０１８７】
一実装形態においては、入力装置は、人間の音声、物理的運動、物理的接触又は圧力、及び／又はこれらに類似したものなどの、人間によって生成された信号をＩ／Ｏポート１３０８を介した演算システム１３００への入力データとして電気信号に変換する。同様に、出力装置は、Ｉ／Ｏポート１３０８を介して演算システム１３００から受け取った電気信号を音響、光、及び／又は接触などの人間によって出力として検知されうる信号に変換することもできる。入力装置は、情報及び／又はコマンド選択をＩ／Ｏポート１３０８を介してプロセッサ１３０２に伝達するための、英数又はその他のキーを含む、英数入力装置であってもよい。入力装置は、限定を伴うことなしに、マウス、トラックボール、カーソル方向キー、ジョイスティック、及び／又はホイールなどの、方向及び選択制御装置、カメラ、マイクロフォン、位置センサ、向きセンサ、重力センサ、慣性センサ、及び／又は加速度計などの１つ又は複数のセンサ、及び／又は接触感知型表示画面（「タッチスクリーン」）、並びに／或いは、ナビゲーション及び追跡システムと関連する追跡／プローブ装置を含む、別のタイプのユーザー入力装置であってもよい。出力装置は、限定を伴うことなしに、ディスプレイ、タッチスクリーン、スピーカ、触覚及び／又は触感出力装置、及び／又はこれらに類似したものを含むことができる。いくつかの実装形態においては、入力装置及び出力装置は、例えば、タッチスクリーンのケースにおいては、同一の装置であってもよい。
【０１８８】
一実装形態においては、通信ポート１３１０は、ネットワークに接続されており、これにより、コンピュータシステム１３００は、本明細書において記述されている方法及びシステムを実行する際に有用であるネットワークデータを受け取ることができるのみならず、これによって判定された情報及びネットワーク構成の変化を送信することもできる。換言すれば、通信ポート１３１０は、コンピュータシステム１３００を１つ又は複数の有線又は無線通信ネットワーク又は接続を介して演算システム１３００とその他の装置の間において情報を送信及び／又は受信するように構成された１つ又は複数の通信インターフェイス装置に接続している。このようなネットワーク又は接続の例は、限定を伴うことなしに、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離通信（ＮＦＣ：Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ロングタームイボリューション（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）などを含む。１つ又は複数のこのような通信インターフェイス装置は、直接的にポイントツーポイント通信経路上において、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ：Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）（例えば、インターネット）上において、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）上において、セルラー（例えば、第三世代（３Ｇ）又は第４世代（４Ｇ））ネットワーク上において、或いは、別の通信手段上において、１つ又は複数のその他の機械と通信するべく、通信ポート１３１０を介して利用することができる。更には、通信ポート１３１０は、アンテナと、或いは、電磁信号の送信及び／又は受信用のその他のリンクと、通信することもできる。
【０１８９】
例示用の一実装形態においては、患者データ、骨モデル（例えば、汎用のもの、患者固有のもの）、変換ソフトウェア、追跡及びナビゲーションソフトウェア、見当合わせソフトウェア、及びその他のソフトウェア、並びに、その他のモジュール及びサービスは、データストレージ装置１３０４及び／又はメモリ装置１３０６上において保存された命令によって実施されてもよく、且つ、プロセッサ１３０２によって実行されてもよい。コンピュータシステム１３００は、手術システム１００と一体化されてもよく、或いは、さもなければ、その一部分を構成することもできる。システムは、共通座標系内において、第１骨から術中に収集された患者データを第１骨のコンピュータモデルと見当合わせするように構成することができる。第１骨は、その他のものに加えて、例えば、股関節、膝関節、肩関節、肘関節、又は足首関節などの、関節を形成するべく、第２骨と結合することができる。システムは、追跡装置と、追跡装置によってその運動の際に追跡されるツール（例えば、ナビゲーションプローブ、手術ロボットアームの端部）と、を含む手術ナビゲーションシステムを含むことができる。これに加えて、システムは、ナビゲーションシステムとの通信状態にある演算装置（１つ又は複数）を含むこともできる。演算装置は、以下のステップを実行することができる。１）骨の凹状部分の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから患者データの第１データポイントを受け取る。第１データポイントは、少なくとも１つのツールを使用することにより、収集することができる。第１データポイントは、コンピュータモデル上の第１関節接続領域に場所において対応することができる。２）第１骨上の第２術中収集ポイントから第２データポイントを受け取る。第２データポイントは、少なくとも１つのツールを使用することにより、収集することができる。第２データポイントは、コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応することができる。３）第１データポイントから術中回転中心を判定する。術中回転中心は、第１骨との関係における第２骨の物理的回転の中心に対応することができる。４）仮想回転中心と第２仮想データポイントの間の距離と術中回転中心と第２データポイントの間の第２距離を比較する。次いで、５）患者データ及びコンピュータモデルが位置及び向きとの関係において対応するようにするべく、患者データ及びコンピュータモデルに伴う変換を実行する。
【０１９０】
但し、図１４において記述されているシステムは、本開示の態様を利用しうる、或いは、これらに従って構成されうる、コンピュータシステムの１つの可能な例に過ぎない。演算システム上において本明細書に開示されている技術を実装するためのコンピュータ実行可能命令を保存するその他の一時的ではない有体のコンピュータ可読ストレージ媒体が利用されうることを理解されたい。
【０１９１】
本開示においては、その他のものに加えて、例えば、図５及び図８Ａ〜図８Ｂに示されているものなどの、本明細書において開示されている方法は、装置によって判読可能である命令の組又はソフトウェアとして実装することができる。更には、開示されている方法におけるステップの特定の順序又は階層構造は、例示用の方式の例に過ぎないことを理解されたい。設計の好みに基づいて、開示されている主題を逸脱することなしに、方法におけるステップの特定の順序又は階層構造を再構成しうることを理解されたい。添付の方法請求項は、例示用の順序において、様々なステップの要素を提示しており、且つ、提示されている特定の順序又は階層構造に限定されることを必ずしも意味するものではない。
【０１９２】
本明細書において記述されている方法のいずれかを含む、記述されている開示は、本開示に従ってプロセスを実行するようにコンピュータシステム（又は、その他の電子装置）をプログラミングするべく使用されうる、その上部において保存された命令を有する、一時的ではない機械可読媒体を含みうる、コンピュータプログラムプロダクト、ソフトウェア、又はコンピュータ化された方法として提供することができる。機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって判読可能である形態（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）において情報を保存するための任意のメカニズムを含む。機械可読媒体は、限定を伴うことなしに、磁気ストレージ媒体、光ストレージ媒体、磁気−光ストレージ媒体、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能なプログラム可能なメモリ（例えば、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は電子命令を保存するのに適したその他のタイプの媒体を含むことができる。
【０１９３】
以上、様々な実装形態を参照し、本開示について説明したが、これらの実装形態は、例示を目的としており、且つ、本開示の範囲は、これらに限定されるものではないことを理解されたい。多くの変更、変形、追加、及び改善が可能である。更に一般的には、本開示による実施形態は、特定の実装形態の文脈において記述されている。機能は、本開示の様々な実施形態において、ブロックにおいて異なる方式によって分離される場合があり、或いは、組み合わせられる場合があり、或いは、異なる用語によって記述される場合もある。これらの及びその他の変更、変形、追加、及び改善も、添付の請求項において定義されている本開示の範囲に含まれうる。例えば、説明は、股関節を伴う方法について記述しているが、本開示は、その他のものに加えて、肩、足首、及び脊柱を含むその他の関節にも同様に適用可能である。
【０１９４】
一般に、本明細書において記述されている実施形態は、特定の実施形態を参照して記述されているが、本開示の精神及び範囲を逸脱することなしに、これらに対する変更を実施することができる。又、本明細書において使用されている「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、包括的なものになるように、即ち、「限定を伴うことなしに含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」となるように、意図されていることに留意されたい。
【０１９５】
様々な例示用の実施形態において示されているシステム及び方法の構造及び構成は、例示を目的としたものに過ぎない。本開示においては、いくつかの実施形態についてのみ、詳細に記述されているが、多くの変更（例えば、サイズ、寸法、構造、形状、及び様々な要素の比率、パラメータの値、取付構成、材料の使用法、色、向きなどの変更））が可能である。例えば、要素の位置が、逆転されてもよく、或いは、その他の方法で変更されてもよく、且つ、別個の要素又は位置の特性又は数が変更又は改変されてもよい。従って、すべてのこのような変更は、本開示の範囲に含まれるものと解釈されたい。任意のプロセス又は方法ステップの順序又はシーケンスは、代替実施形態に従って、変更されてもよく、或いは、再順序付けされてもよい。本開示の範囲を逸脱することなしに、例示用の実施形態の設計、動作条件、及び構成において、その他の置換、変更、変形、及び省略を実施することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月26日(2019.3.26)
【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】
座標系内において、第１骨と関連する患者データを前記第１骨のコンピュータモデルと術中において見当合わせするコンピュータ化された方法であって、前記第１骨は、凹状部分を有し、且つ、凸状部分を有する第２骨との間に関節を形成しており、前記コンピュータ化された方法は、
ａ）前記第１骨の前記凹状部分の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから前記患者データの第１データポイントを受け取るステップであって、前記第１データポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップと、
ｂ）前記第１骨上の第２術中収集ポイントから前記患者データの第２データポイントを受け取るステップであって、前記第２データポイントは、前記追跡装置によって収集されており、前記第２データポイントは、前記コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｃ）前記第１データポイントから、前記第１骨との関係における前記第２骨の術中回転中心を判定するステップと、
ｄ）前記座標系内において前記術中回転中心を前記コンピュータモデルの仮想回転中心と場所的にマッチングするステップと、
ｅ）前記仮想回転中心と前記第２仮想データポイントの間の第１距離と前記術中回転中心と前記第２データポイントの間の第２距離を比較するステップと、
を有する、コンピュータ化された方法。
【請求項２】
前記第２データポイントは、前記凹状部分の縁部、前記凹状部分の関節接続表面、又は前記第１骨の別の部分上において配置されている請求項１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３】
ｆ）前記第１骨上の第３術中収集ポイントから前記患者データの第３データポイントを受け取るステップであって、前記第３データポイントは、前記追跡装置によって収集されており、前記第３データポイントは、前記第２データポイントとは異なる、前記第２骨上の場所に位置しており、且つ、前記コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｇ）前記仮想回転中心と前記第３仮想データポイントの間の第３距離と前記術中回転中心と前記第３データポイントの間の第４距離を比較するステップと、
を更に有する請求項２に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項４】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを有する請求項１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項５】
ステップｃ）は、前記第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に有する請求項１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項６】
前記球状表面の術中半径を演算するステップを更に有し、前記術中半径は、前記術中回転中心から前記第１データポイントまで延在している請求項５に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項７】
前記術中半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に有する請求項６に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項８】
平行運動及び回転との関係において座標系内において第１患者骨と関連する第１患者データと前記第１患者骨のコンピュータモデルを見当合わせするコンピュータ化された方法であって、前記第１患者骨は、第２患者骨の凸状部分との間において関節を形成する凹状部分を有しており、前記コンピュータ化された方法は、
ｉ）前記第１患者データの複数の第１データポイントを受け取るステップであって、前記複数の第１データポイントは、第１場所において前記第１患者骨上において収集された第１ポイントに対応しており、前記第１ポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップと、
ｉｉ）前記複数の第１データポイントから、前記第１患者骨の前記凹状部分との関係における前記第２患者骨の前記凸状部分の術中回転中心を判定するステップと、
ｉｉｉ）前記座標系内において、前記術中回転中心を前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの仮想回転中心とアライメントするステップと、
により、ａ）前記第１患者データと前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの間の前記平行運動をロックするステップを有する、コンピュータ化された方法。
【請求項９】
ｉ）前記追跡装置を使用して前記第１患者骨上の前記第１データポイントの第２データポイントをキャプチャするステップであって、前記第２データポイントは、前記複数の第１データポイントとは異なる場所において位置しており、且つ、前記コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｉｉ）前記コンピュータモデルとの間における前記第１データポイントの前記回転をロックするべく、前記第２データポイント及び前記第２仮想データポイントと関連する情報を使用するステップと、
により、ｂ）前記第１データポイントと前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの間の前記回転をロックするステップを更に有する請求項８に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１０】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節を有する請求項９に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１１】
前記第１場所は、関節接続表面を有する請求項９に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１２】
ステップｃ）は、前記複数の第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に有する請求項１１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１３】
前記球状表面の術中半径を演算するステップを更に有し、前記術中半径は、前記術中回転中心から前記複数の第１データポイントまで延在している請求項１２に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１４】
前記術中半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に有する請求項１３に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１５】
前記第１患者骨は、寛骨臼を有する腸骨を有し、前記第２患者骨は、大腿骨を有し、且つ、前記関節は、股関節を有し、且つ、前記第１場所は、前記寛骨臼の関節接続表面上に位置しており、且つ、前記異なる場所は、前記寛骨臼の縁部、前記寛骨臼の前記関節接続表面、前記腸骨の上前腸骨棘、又は手術対象ではない腸骨の上前腸骨棘上に位置している請求項９に記載のコンピュータ化された方法。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月23日(2019.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2019524388.tif 000046
【図１Ｂ】
2019524388.tif 000047
【図２Ａ】
2019524388.tif 000048
【図２Ｂ】
2019524388.tif 000049
【図３Ａ】
2019524388.tif 000050
【図３Ｂ】
2019524388.tif 000051
【図４】
2019524388.tif 000052
【図５】
2019524388.tif 000053
【図６】
2019524388.tif 000054
【図７】
2019524388.tif 000055
【図８Ａ】
2019524388.tif 000056
【図８Ｂ】
2019524388.tif 000057
【図９Ａ】
2019524388.tif 000058
【図９Ｂ】
2019524388.tif 000059
【図９Ｃ】
2019524388.tif 000060
【図９Ｄ】
2019524388.tif 000061
【図１０Ａ】
2019524388.tif 000062
【図１０Ｂ】
2019524388.tif 000063
【図１０Ｃ】
2019524388.tif 000064
【図１０Ｄ】
2019524388.tif 000065
【図１０Ｅ】
2019524388.tif 000066
【図１０Ｆ】
2019524388.tif 000067
【図１０Ｇ】
2019524388.tif 000068
【図１０Ｈ】
2019524388.tif 000069
【図１１Ａ】
2019524388.tif 000070
【図１１Ｂ】
2019524388.tif 000071
【図１１Ｃ】
2019524388.tif 000072
【図１２Ａ】
2019524388.tif 000073
【図１２Ｂ】
2019524388.tif 000074
【図１２Ｃ】
2019524388.tif 000075
【図１２Ｄ】
2019524388.tif 000076
【図１３Ａ】
2019524388.tif 000077
【図１３Ｂ】
2019524388.tif 000078
【図１３Ｃ】
2019524388.tif 000079
【図１３Ｄ】
2019524388.tif 000080
【図１３Ｅ】
2019524388.tif 000081
【図１４】
2019524388.tif 000082
【図１５Ａ】
2019524388.tif 000083
【図１５Ｂ】
2019524388.tif 000084
【図１５Ｃ】
2019524388.tif 000085
【図１５Ｄ】
2019524388.tif 000086
【図１６Ａ】
2019524388.tif 000087
【図１６Ｂ】
2019524388.tif 000088
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月19日(2019.7.19)
【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】
座標系内において、第１骨と関連する患者データを前記第１骨のコンピュータモデルと術中において見当合わせするコンピュータ化された方法であって、前記第１骨は、凹状部分を有し、且つ、凸状部分を有する第２骨との間に関節を形成しており、前記コンピュータ化された方法は、
ａ）前記第１骨の前記凹状部分の関節接続表面上の第１術中収集ポイントから前記患者データの第１データポイントを受け取るステップであって、前記第１データポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップと、
ｂ）前記第１骨上の第２術中収集ポイントから前記患者データの第２データポイントを受け取るステップであって、前記第２データポイントは、前記追跡装置によって収集されており、前記第２データポイントは、前記コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｃ）前記第１データポイントから、前記第１骨の術中回転中心を判定するステップと、
ｄ）前記座標系内において前記術中回転中心を前記コンピュータモデルの仮想回転中心と場所的にマッチングするステップと、
ｅ）前記仮想回転中心と前記第２仮想データポイントの間の第１距離と前記術中回転中心と前記第２データポイントの間の第２距離を比較するステップと、
を有する、コンピュータ化された方法。
【請求項２】
前記第２データポイントは、前記凹状部分の縁部、前記凹状部分の関節接続表面、又は前記第１骨の別の部分上において配置されている請求項１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項３】
ｆ）前記第１骨上の第３術中収集ポイントから前記患者データの第３データポイントを受け取るステップであって、前記第３データポイントは、前記追跡装置によって収集されており、前記第３データポイントは、前記第２データポイントとは異なる、前記第２骨上の場所に位置しており、且つ、前記コンピュータモデル上の第３仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｇ）前記仮想回転中心と前記第３仮想データポイントの間の第３距離と前記術中回転中心と前記第３データポイントの間の第４距離を比較するステップと、
を更に有する請求項２に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項４】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節のうちの１つを有する請求項１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項５】
ステップｃ）は、前記第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に有する請求項１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項６】
前記球状表面の術中半径を演算するステップを更に有し、前記術中半径は、前記術中回転中心から前記第１データポイントまで延在している請求項５に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項７】
前記術中半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に有する請求項６に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項８】
平行運動及び回転との関係において座標系内において第１患者骨と関連する第１患者データと前記第１患者骨のコンピュータモデルを見当合わせするコンピュータ化された方法であって、前記第１患者骨は、第２患者骨の凸状部分との間において関節を形成する凹状部分を有しており、前記コンピュータ化された方法は、
ｉ）前記第１患者データの複数の第１データポイントを受け取るステップであって、前記複数の第１データポイントは、第１場所において前記第１患者骨上において収集された第１ポイントに対応しており、前記第１ポイントは、ナビゲーションシステムの追跡装置によって収集されている、ステップと、
ｉｉ）前記複数の第１データポイントから、前記第１患者骨の術中回転中心を判定するステップと、
ｉｉｉ）前記座標系内において、前記術中回転中心を前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの仮想回転中心とアライメントするステップと、
により、ａ）前記第１患者データと前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの間の前記平行運動をロックするステップを有する、コンピュータ化された方法。
【請求項９】
ｉ）前記追跡装置を使用して前記第１患者骨上の前記第１データポイントの第２データポイントをキャプチャするステップであって、前記第２データポイントは、前記複数の第１データポイントとは異なる場所において位置しており、且つ、前記コンピュータモデル上の第２仮想データポイントに場所において対応している、ステップと、
ｉｉ）前記コンピュータモデルとの間における前記第１データポイントの前記回転をロックするべく、前記第２データポイント及び前記第２仮想データポイントと関連する情報を使用するステップと、
により、ｂ）前記第１データポイントと前記第１患者骨の前記コンピュータモデルの間の前記回転をロックするステップを更に有する請求項８に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１０】
前記関節は、股関節、肩関節、膝関節、肘関節、又は足首関節を有する請求項９に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１１】
前記第１場所は、関節接続表面を有する請求項９に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１２】
ステップｃ）は、前記複数の第１データポイントによって形成された球状表面を演算するステップを更に有する請求項１１に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１３】
前記球状表面の術中半径を演算するステップを更に有し、前記術中半径は、前記術中回転中心から前記複数の第１データポイントまで延在している請求項１２に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１４】
前記術中半径を前記コンピュータモデルの前記仮想回転中心から延在する仮想半径と比較するステップを更に有する請求項１３に記載のコンピュータ化された方法。
【請求項１５】
前記第１患者骨は、寛骨臼を有する腸骨を有し、前記第２患者骨は、大腿骨を有し、且つ、前記関節は、股関節を有し、且つ、前記第１場所は、前記寛骨臼の関節接続表面上に位置しており、且つ、前記異なる場所は、前記寛骨臼の縁部、前記寛骨臼の前記関節接続表面、前記腸骨の上前腸骨棘、又は手術対象ではない腸骨の上前腸骨棘上に位置している請求項９に記載のコンピュータ化された方法。
【国際調査報告】
2019524388.tif 000089
2019524388.tif 000090
2019524388.tif 000091