(57)【要約】先端（６２）と、チャックから延在する所定長部とを備えるビット部（５４）に係合するチャックを有する穿孔具（５０）のためのドリルガイドアセンブリ（１０）であって、前記ドリルガイドアセンブリは、第１部材（１４）と、第２部材（１２）と、追跡可能部材（１６）とを備える。第１部材（１４）は、ワークピース面に当接するようになされ、前記ビット部を受容するようになされた貫通中央開口部（１９）を画成する。第２部材（１２）は、前記第１部材に対して軸方向に変位するようになされて、前記第１部材から軸方向に付勢され、前記ビット部を受容するようになされた貫通中央開口部（１１）を画成する。前記第２部材に固定される追跡可能部材（１６）は、３次元空間内で位置を特定、追跡されることによって第２部材すなわち穿孔具のビット部の位置および動きが定義されるようになされた検出可能エレメント（３５）を有する。
2005523067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端と、チャックから延在する所定長部とを備えるビット部に係合するチャックを有する穿孔具のためのドリルガイドアセンブリであって、  
ワークピース面に当接するようになされ、前記穿孔具の前記ビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成する第１部材と、
前記第１部材に対して軸方向に変位するようになされて、前記第１部材から軸方向に付勢され、前記穿孔具のビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成する第２部材と、
前記第２部材に固定される追跡可能部材であって、３次元空間内で位置を特定、追跡されることによって前記第２部材すなわち前記穿孔具のビット部の位置および動きが定義されるようになされた検出可能エレメントを有する前記追跡可能部材とを備えるドリルガイドアセンブリ。
【請求項２】
前記第１および第２部材は細長い形状で、互いに伸縮する、
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項３】
前記穿孔具のビット部の長さは、前記第１および第２部材が付勢されて完全に伸長したときに、先端が前記ワークピース面に当たるように選定される、
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項４】
前記細長い第２部材の、前記細長い第１部材に対する伸縮距離は、前記穿孔具のビット部による前記ワークピースへの穿孔深さに一致する、 
請求項２のドリルガイドアセンブリ。
【請求項５】
前記検出可能エレメントは、視覚的に位置を特定される３点軸を備える、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項６】
前記第２部材の前記中央開口部は、前記細長い第１部材を密に受容する寸法を有する、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項７】
前記第２部材は、前記第１部材からバネ負荷を受ける、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項８】
外側クランプは前記第１部材と係合し、
円形フランジは前記第２部材から半径方向に延在し、
前記クランプおよび前記フランジは、前記バネ負荷を受ける第２部材を提供するヘリカルバネの端部反作用点を与える、 
請求項７のドリルガイドアセンブリ。
【請求項９】
前記ドリルガイドアセンブリがハンドルエレメントを備える、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１０】
前記ハンドルエレメントは、前記第１および第２部材から略半径方向に延在する部分を少なくとも備える、 
請求項９のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１１】
前記追跡可能部材がコンピュータ支援外科手術システムのセンサに検出されるような接触を維持するために、前記ハンドルエレメントは、前記ドリルガイドアセンブリを中心にして選択的に回転される、 
請求項９のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１２】
前記ハンドルエレメントは前記第１部材と係合する、 
請求項１０のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１３】
前記第２部材の先端部はブッシュを備える、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１４】
前記検出可能エレメントは光学的検出可能球体を備える、
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１５】
前記光学的検出可能球体は脱着自在に前記追跡可能部材と係合する、 
請求項１４のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１６】
ドリルと、ドリルガイドアセンブリとを備える穿孔システムであって、前記ドリルは、先端を有してチャックから所定長さ延在するビット部と係合するチャックを有し、前記ドリルガイドアセンブリは、
穿孔具のビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成するガイド部材と、
前記ガイド部材を密に受容できる寸法を有する貫通中央開口部を画成するカラー部材とを備え、
前記カラー部材および前記ガイド部材は、軸方向に付勢され、相互に伸縮するようになされ、
前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの一方は、ワークピース面に当接するようになされ、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの他方は、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記一方に対して軸方向に変位するようになされ、そして
前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方に固定され、３次元空間内で位置を特定、追跡されるようになされた検出可能エレメントを有する追跡可能部材を備え、
前記検出可能エレメントは、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方の位置および動きを定義することによって穿孔具のビット部の位置および動きを定義するように成した穿孔システム。 
【請求項１７】
前記穿孔具のビット部は好ましくは、前記ガイドおよびカラー部材が付勢されて完全に伸長したときに、先端が前記ワークピース面に当たるような長さを持つ、請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１８】
前記第２カラー部材の前記中央開口部は、前記ガイド部材を密に受容できる寸法を有する、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１９】
前記カラー部材は、前記ガイド部材からバネ負荷を受ける、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２０】
外側クランプは前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記一方に固定され、
円形フランジは前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方から半径方向に延在し、
前記クランプおよび前記フランジは、前記バネ負荷を受けるカラー部材を提供するヘリカルバネの端部反作用点を与える、 
請求項１９のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２１】
前記ドリルガイドアセンブリがハンドルエレメントを備える、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２２】
前記ハンドルエレメントは、前記カラーおよびガイド部材から略半径方向に延在する部分を少なくとも備える、 
請求項２１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２３】
前記追跡可能部材がコンピュータ支援外科手術システムのセンサに検出されるような接触を維持するために、前記ハンドルエレメントは、前記ドリルガイドアセンブリを中心にして選択的に回転される、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２４】
前記ハンドルエレメントは、前記ガイド部材と前記カラー部材のうちの前記一方と係合する、 
請求項２１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２５】
前記カラー部材の先端部はブッシュを備える、
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２６】
前記検出可能エレメントは光学的検出可能球体を備える、
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２７】
前記光学的検出可能球体は脱着自在に前記追跡可能部材と係合する、 
請求項２６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２８】
チャックに係合するビット部を有するドリルの位置および動きを定義する方法であって、 
ドリルのビット部を受容するようになされたドリルガイドを提供するステップと、
検出可能エレメントを備える追跡可能部材を前記ドリルガイドの可動部に固定するステップであって、前記検出可能エレメントは、前記追跡可能部材、すなわち前記ドリルガイドの３次元空間におけるユニーク位置および方向を定義し、
ドリルのビット部を前記ドリルガイドに挿入するステップと、
ビット部をワークピース面上に位置決めし、前記ワークピース面と、ビット部および前記ドリルガイドのうち一方の先端とを係合させるステップと、
前記ドリルガイドに固定された前記追跡可能部材の位置を特定してその動きを追跡することによってビット部の位置を特定してその動きを追跡するステップとを含む方法。
【請求項２９】
ドリルのビット部の長さを校正するステップを更に含む、 
請求項２８による方法。
【請求項３０】
ドリルのビット部の先端が前記ワークピース面と接触したときに急停止するまで、前記ドリルガイドに当接するドリルチャックを押すことにより前記ドリルガイドの前記可動部をワークピース面に向けて速やか移動させ、前記急停止を検出してゼロ位置を定義するステップを更に含む、 
請求項２９よる方法。
【請求項３１】
前記追跡可能部材を用いて、前記追跡可能部材の移動距離を確定するステップを更に含む、 
請求項２８による方法。
【請求項３２】
前記距離を利用して、ドリルのビット部による穿孔深さを計算するステップを更に含む、 
請求項３１よる方法。
【請求項３３】
コンピュータ支援トラッキングシステムによって前記追跡可能部材の位置を特定し、その動きを追跡するステップを更に含む、 
請求項２８による方法。
【請求項３４】
前記追跡可能部材の位置を特定し、その動きを追跡するステップは、光学式コンピュータ支援トラッキングシステムによって行われる、 
請求項３３よる方法。
【請求項３５】
前記追跡可能部材がコンピュータ支援外科手術システムのセンサに検出されるような接触を維持するために、前記追跡可能部材を、前記ドリルガイドの前記可動部を中心にして選択的に回転するステップを更に含む、 
請求項２８よる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外科手術装置に関し、より詳細には、コンピュータ支援外科手術システムと併用する場合に、穿孔具を案内、追跡するようになされたドリルガイドに関する。
【発明の背景】
【０００２】
外科手術処置、特には整形外科手術で用いられている手術処置は多くの場合、患者の骨を穿孔する必要がある。このような穿孔には外科手術用ドリルが長年使われている。また様々な機械的案内機器があり、それらによって外科医は周辺組織を傷つける虞もなく適正な深さまで正確に穿孔することができる。かかるドリルガイドは、多くの場合、目視による深さ（デプス）ゲージを備え、外科医は穿孔の深さを機器の目盛りから隔って読み取る必要がある。
【０００３】
１９９９年４月２０日発行のＳｃｈｅｎｋ他の米国特許第５，８９５，３８９号は、こうしたドリルガイドおよび測定機器を開示している。このガイドは全体的に、スリーブと、スリーブ内で伸縮するプランジャとを備え、両方ともが、ドリルチャックから突出する穿孔具の一部を収容し、かつ案内するようになされた軸方向穴を有する。プランジャ前端部の複数のフィンガーはスリーブ内壁によって内方に付勢され、摩擦を伴う滑り嵌合をもたらす。従って、プランジャおよびスリーブは部分的に収縮した後、相対伸縮位置を保持する。プランジャ側面の目盛りは、スリーブに対するプランジャの相対的動き、すなわちドリルの貫入深さを表す。好ましくは、スリーブはドリルガイドを調節する小型ハンドルを有する。合わせ穴がスリーブおよびプランジャ穴の中心軸と平行にハンドルを貫通して延びている。合わせ穴を備えるハンドルを、ワークピースに予め挿入したガイドワイヤに摺動させることで、平行ワイヤに、そこから所定間隔を隔てて、ドリルガイドを揃えることができる。
【０００４】
コンピュータ支援外科手術（ＣＡＳ）の出現と普及に伴い、多くの外科手術処置で精度が飛躍的に向上した。現在、実際の処置前に、外科医がコンピュータで生成した患者の３Ｄモデルに、例えば穿孔の理想の位置、方向、深さをマーキングすることができる。手術中は、身体各部のスキャン画像に対する機器の位置をモニタ上に表示して、処置の間に外科医を案内する。
【０００５】
現在採用されているＣＡＳシステムのひとつは、異なる固定基準点に配置した少なくとも２台のカメラの使用を含み、これらのカメラは、移動する３点軸の位置を同時に記録する。基準点の位置を得ることにより、３点軸の空間内でのユニーク（一意の）位置すなわち軸が固定された任意のオブジェクト、も一意に定義されるので、精確に追跡できる。
【０００６】
かかる計測トラッキングシステムは用途によってはうまく動作するが、視覚トラッキングシステムを用いる特定の外科手術では今だに問題を抱えている。カメラが３点トラッカ軸の同時画像を正確に記録し、軸の各点の位置をそれに応じて正確に計算処理するためには、軸線の視覚画像が相対的に歪みのないままであることが不可欠である。従って、外科手術具に固定されたトラッカ軸が外科手術具に対して変位すると、その正しい３次元（３Ｄ）空間位置を不正確に計算してしまうので、コンピュータモニタ上で、患者に対する手術器具の位置を正確に表すことができない。従って、トラッカ軸を手術具に固定配置するための取付ブラケットおよび固定アダプタは複雑になってしまうことが多い。
【０００７】
従来、ピン埋め込みおよびプロテーゼの固定といった手術処置の際に、ＣＡＳシステムを外科手術用ドリルと併用して、患者の骨の穿孔位置および深さをモニタしていた。かかる用途では、ＣＡＳの３点トラッカ軸はドリルへ直に固定されていた。
【０００８】
ＣＡＳトラッカ軸を穿孔具に固定する現行の装着方法に伴う主要な問題は、多くの病院で著しく異なる穿孔システムを採用していることである。従って、ＣＡＳトラッカ軸を様々なタイプのドリルに固定させるには、数多くの部品や、ドリル毎に全く異なるセットの複雑な固定アダプタを要する。そのため、ＣＡＳトラッカ軸を様々なタイプの外科手術用ドリルにそれぞれ固定するには、特注で取付けなくてはならないので、病院では元々高額であるＣＡＳシステムに更に相当な費用が上乗せされる。それに加え、ＣＡＳトラッカ軸をドリルに強固に固定するために必要なブラケット類を追加すると、ドリルを操作する際の外科医の動きを不必要に制限してしまう。
【０００９】
従って、手術中に穿孔用機器を、正確かつ実時間で視覚的または電磁的に追跡することは非実用的で、あらゆるタイプの外科用穿孔システムに普及させるにはコスト高であった。
【発明の概要】
【００１０】
ＣＡＳシステムが、ワークピースに対するドリルビットを正確に視覚表示し、それによって外科医は、どのようなタイプの穿孔具システムを使っても、穿孔した孔の位置、深さ、方向を正確かつ確実に確認できるような、あらゆるタイプの外科用穿孔システムに利用できるよう改良したユニバーサル穿孔器具に対するニーズがある。
【００１１】
本発明の目的は、ＣＡＳドリルトラッキングを許容するユニバーサル機器を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、改良した外科用ドリルガイドを提供することである。
【００１３】
本発明の更なる目的は、ＣＡＳのトラッキング軸を含む外科用ドリルガイドを提供することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、ＣＡＳで追跡される、使い易い外科用ドリルガイドを提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、改良された穿孔正確度を持つ外科用ドリルガイドを提供することである。
【００１６】
本発明の更なる目的は、改良された穿孔精度を持つ外科用ドリルガイドを提供することである。
【００１７】
本発明の更なる目的は、より精確に孔深さを表示できる外科用ドリルガイドを提供することである。
【００１８】
従って、本発明によれば、先端と、チャックから延在する所定長部とを備えるビット部に係合するチャックを有する穿孔具のためのドリルガイドアセンブリが提供され、前記ドリルガイドアセンブリは：ワークピース面に当接するようになされ、前記穿孔具の前記ビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成する、第１部材と；前記第１部材に対して軸方向に変位するようになされて、前記第１部材から軸方向に付勢され、前記穿孔具のビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成する、第２部材と；前記第２部材に固定される追跡可能部材であって、３次元空間内で位置を特定、追跡されることによって第２部材すなわち穿孔具のビット部の位置および動きが定義されるようになされた検出可能エレメントを有する前記追跡可能部材と；を備える。
【００１９】
本発明によれば、ドリルと、ドリルガイドアセンブリとを備える穿孔システムが提供され、前記ドリルは、先端を有してチャックから所定長さ延在するビット部と係合するチャックを有し、前記ドリルガイドアセンブリは、穿孔具のビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成するガイド部材と、前記ガイド部材を密に受容できる寸法を有する貫通中央開口部を画成するカラー部材とを備え；前記カラー部材および前記ガイド部材は、軸方向に付勢され、相互に伸縮するようになされ；前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの一方は、ワークピース面に当接するようになされ；前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの他方は、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記一方に対して軸方向に変位するようになされ；そして前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方に固定され、３次元空間内で位置を特定、追跡されるようになされた検出可能エレメントを有する追跡可能部材を備え；前記検出可能エレメントは、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方の位置および動きを定義することによって穿孔具のビット部の位置および動きを定義する。
【００２０】
更に本発明によれば、チャックに係合するビット部を有するドリルの位置および動きを定義する方法が提供され、この方法は：ドリルのビット部を受容するようになされたドリルガイドを提供するステップ；検出可能エレメントを備える追跡可能部材を前記ドリルガイドの可動部に固定するステップであって、前記検出可能エレメントは、前記追跡可能部材すなわち前記ドリルガイドの３次元空間におけるユニーク（一意の）位置および方向を定義し；ドリルのビット部を前記ドリルガイドに挿入するステップ；ビット部をワークピース面上に位置決めし、前記ワークピース面と、ビット部および前記ドリルガイドのうち一方の先端とを係合させるステップ；前記ドリルガイドに固定された前記追跡可能部材の位置を特定してその動きを追跡することによってビット部の位置を特定してその動きを追跡するステップを含む。
【００２１】
本発明の更なる特徴および利点は、付帯図面と併せて以下の詳細な説明から明らかになろう。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００２２】
コンピュータ支援外科手術（ＣＡＳ）ドリルガイドアセンブリ１０は全体的に、カラー部材１２と、ガイド部材１４と、追跡可能部材１６とを備える。ガイド部材１４は、スリーブカラー部材１２内を縦方向に伸縮するようになされている。 
全体的に、図１ａ、図１ｂおよび図２で示すアセンブリを参照すると、ガイド部材１４は、患者の骨または他のワークピース面と摩擦係合するようになされた歯１７を有する先端で、ワークピースに当接する。穿孔具５０のチャック部５２は、カラー部材１２のエンドキャップ２６に当接する末端突出部５６を有するドリルビット５４を保持する。全体として、スプリング２０により抵抗が生じ、カラー部材１２がガイド部材１４によって付勢される。一般的に、カラー部材１２は内側ボア１１を画成し、外側円筒面１３を有する。カラー部材１２の外面１３から半径方向に突出する円形フランジ３８は、スプリング２０の反作用点となる。エンドキャップ２６は、カラー部材１２の開口端部に被って嵌合し、ドリルビット５４を受容する中央円形開口部２７を内部に画成する。図４ｃで詳細に示すドリルビット５４のシャフト５８は、カラー部材１２およびガイド部材１４の両方の内側ボアを通って延在するようになされており、ドリルビットの切削フロント部６０の先端６２が、ガイド部材１４の先端１７近傍に位置するのが好ましい。 
本発明の意図するＣＡＳドリルガイドは、カメラのネットワークを用いてマーカー３２の位置を特定する光学トラッキングシステムと併用することによって、手術中にマーカーの位置および動きを追跡することが好ましい。手術前に行なう患者のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンによって、３次元の解剖モデルを生成して、手術中にモニタに表示し、患者の特定身体部位またはターゲット要素を正確に外科医に表示する。また、磁気共鳴像（ＭＲＩ）装置によるスキャン画像を用いて、患者の３-Ｄ仮想モデルを生成する。手術開始時に、表示された患者モデルに対する穿孔具の位置を実時間でグラフィック表示できるように、解剖学的位置合わせを行って患者の解剖学的組織とモニタに表示される３-Ｄデジタルモデルとを整合させる。
【００２３】
ドリルビット長は、ドリルチャックをドリルガイドのエンドキャップ２６に押し付けたときに、ドリルビットがドリルガイドを通ってワークピース面にちょうど当たるように選ぶことが好ましい。短いドリルビットも収容可能であるが、ゼロ点すなわちドリルビット先端が、ワークピース面に接触したときのトラッカ位置は、その後で穿孔した孔の深さを正確に測定する上で明らかになっていなければならない。追跡可能部材が上に係合されたドリルガイドの可動部を、ワークピースに向けて速やかに移動させ、ドリルビット先端がワークピース面と接触したときをゼロ点とする。以下で更に詳細に説明する追跡可能部材が急停止したときのその位置をゼロ位置と定義する。従って、ＣＡＳシステムはこの点を基準点として用い、この基準点から孔深さを算出する。従って、ドリルがワークピース面方向に更に移動した場合、ＣＡＳシステムは、ワークピースが穿孔されていると認識することになる。またこれによって、患者の骨の３次元デジタルモデルに対して、ドリルビットがＣＡＳモニタに表示されるように、ＣＡＳシステムは、ドリルビット先端の位置を合わせることが可能になる。また、使用するドリルビット長は、外科医またはＣＡＳシステムオペレータがＣＡＳソフトウェアのドリルビットタイプのリストから予め選択できる。その場合、ドリルガイドをひと度登録しておけば、ドリルガイドに対するドリルビット先端の位置が分かり、骨モデルと関連付けてＣＡＳモニタに表示できる。
【００２４】
ワークピースの穿孔深さはＣＡＳシステムで算出され、ＣＡＳシステムのモニタ上に視覚表示できるので、孔深さを外科医に正確かつ実時間で示すことができる。このＣＡＳ計算による深さは、後述の、ドリルガイド上に設けた視覚用深さ照尺でクロスチェックすることにより、孔深さがモニタ上で正確に表示されていることを確認できる。ＣＡＳシステムでは先ず、マウス、フットペダル、または類似する他の選択装置を使って、孔挿通点位置を３-Ｄデジタルモデルの外面上で選択する必要がある。次に、ドリルビット先端と、選択した挿通点との間の測定距離を計算して求めることができ、この距離がドリルビット先端のワークピース内移動深さを示す。
【００２５】
また、ＣＡＳシステムで算出した孔深さをＣＡＳソフトフェアで利用して、使用に適したサイズのネジを選択できる。孔深さを計算するアルゴリズムを、ネジまたは他のインプラント装置の固定方法に関するデータベースにリンクさせて、穿孔サイズおよび深さに基づいて、最適タイプのネジおよびそのサイズを選択して外科医に推奨する。推奨ネジは３-Ｄ視覚表現として表示したり、最も有望なネジ長さを示すテキストフォーマットで表示したりすることができる。
【００２６】
カラー部材のスロット３６は目視用深さ照尺を提供し、カラー部材が、伸縮自在か否かに拘わらずガイド部材上を摺動するとき、サイトゲージスロット３６を通してガイド部材１４の末端位置が目視できるようになっている。従って、ドリルビットによるワークピースへの穿孔深さは、先に記載した好ましい長さを有するドリルビットを用いる場合、ガイド上でのカラーの移動距離にそのまま一致し、カラー部材１２の外面１３に設けた目盛り３４から直接読み取ることができるので、外科医は孔深さを視覚的に検証でき、モニタに表示されたＣＡＳによる計算結果のダブルチェックや校正に用いることもできる。
【００２７】
オフセットする対向孔４０は、カラー部材１２の前端近傍の側壁に穿たれている。両孔は洗浄孔の役目を果たし、水または他の洗浄液をカラー内に注入して、どのような砕片も確実かつ容易に洗い流すことができる。これによって、砕片が堆積する虞がなくなり、カラー部材は滑らかにガイド部材上を摺動することになる。追跡可能部材１６は全体として、支持ロッド２８と、トラッカヘッド３０とを備え、略放射状に延びるアーム部３１を有するトラッカヘッドは、各アーム３１の端部に検出可能エレメント取付ポスト３２を含む。各取付ポスト３２は、光学的検出可能球体３５が脱着自在に固定されている。検出可能球体は、例えば軸照光による赤外線センサで検出されるように逆反射層でコーティングされている。これによってＣＡＳシステムのカメラは、赤外線を照射される各光学的検出可能球体３５の位置をそれぞれ検出できる。各検出可能エレメント３５は、ＣＡＳシステムが採用するタイプのセンサで検出されることができれば、発光ダイオードまたは検出可能な電磁式表示器等のいずれの位置表示器であってもよい。
【００２８】
支持ロッド２８は、エンドキャップ２６のところでカラー部材１２に固定されるが、この場合、カラー部材すなわちドリルおよびドリルビットの全ての動きを追跡可能部材１６が複製する。
【００２９】
ドリルガイド部材１４は、カラー部材１２の内側ボア１１に密に嵌合するようになした円周上半径方向に延びる端部フランジ１５を有する。ガイド部材の端部フランジ１５は、スプリングが完全に伸長すると、カラー部材１２内に配置した内側ストップ４２に当接する。ガイド部材は、穿孔具のドリルビットを受容し得る寸法を持つ中央ボア１９を有する。スプリング２０に第２反作用点を与えるクランプ２４は、スプリングに十分なプリロードを付与する箇所で、先端近傍のガイド部材１４の外面に固定される。クランプは、軸方向に突出する外側部材２５を備える。これによって、使用するＣＡＳシステムに応じて、ＣＡＳ測定具校正ツールの装着箇所が与えられる。
【００３０】
略半径方向に延びるハンドル部材１８はクランプ２４に固定され、外科医はドリルガイドの方向をより細かく調整できる。ハンドル１８は、てこの作用を効かせることができ、ドリルガイドアセンブリの調節を著しく改善することが可能となる。ハンドルが固定されたクランプ２４を回転して、ハンドル部材１８をカラー部材１２周りに選択的に位置決めできる。従って、外科医は、追跡可能部材のトラッカマーカーと、ドリルガイドの位置を定めるために使う位置特定カメラとの間の最適な視覚的接触を維持したまま、適切な穿孔位置を見つけるためにドリルガイドを中心にしてハンドルを容易に回転することができる。
【００３１】
代替の実施の形態では、追跡可能部材の支持ロッド２８が固定されたエンドキャップ２６を回転させ、追跡可能部材をカラー部材１２周りに選択的に位置決めできる。エンドキャップのラチェット機構は、追跡可能部材の固定回転を可能とするので、外科医は、トラッカマーカー間の最適な視覚的接触を維持するために、ドリルガイド軸を中心に追跡可能部材を容易に回転させることができる。
【００３２】
半径方向に延在するガイトダブ２１は、ガイド部材１４の端部フランジ１５から突出している。タブ２１は、カラー部材１２の深さサイトスロット３６内でサイトゲージマーカーとなり、更には、カラー部材内でのガイド部材の回転を阻止する。半径方向内側に突出するストップ４２が画成する内側ボア４４は、ガイド部材を密に受容するようになっている。そのとき、カラー部材１２は、ガイド部材１４の外面上を実質的に同軸変位して軸方向に並進する。これを確実に行なうために、カラー部材１２内の先端部に金属ブッシュ２２を更に設ける。
【００３３】
ワークピースに当接する第１部材およびドリルチャックのドリルビットに当接する第２部材は、実施の形態の具体例では、それぞれガイド部材１４およびカラー部材１２と称する。これらは全体として略細長い形状で、互いに伸縮することが好ましい。しかしながら、第１および第２部材は、外科医にとっての実用性と使い易さという点を満たせば、どのような形状でもよく、ドリルビットの通路と実質的に同等の通路に沿って、相対的に移動さえできればよい。両部材は互いに係合する必要はなく、従って、ワークピースに当接する部材と、ドリルチャックに当接する部材との間に相対運動が生じるのであれば、第３の中間部材によって離間させてもよい。
【００３４】
好ましい実施の形態では、圧縮コイルスプリング２０をドリルガイドアセンブリ１０の外側に設ける。ワークピースに当接する部材は、伸縮するアセンブリのガイド部であり、その一方でドリルチャックに当接する部材は外側カラー部材である。しかしながら、言うまでもなく、本発明は、カラー部材およびガイド部材を入れ替えても、スプリングをアセンブリ内部に設けても、同等の機能を有することになろう。しかし、スプリングをアセンブリの外側に設けると、洗浄を容易に行なえる。そのため、骨片またはその他のものが、スプリングの圧縮すなわちカラー部材のガイド部材上での移動を防げる可能性が極めて低くなる。これによって確実に、ドリルビットはワークピース内を滑動できる。また、スプリングはこれ以外に、バネバサミ型機構等の伸長付勢部材で代用してもよい。
【００３５】
ヘリカルバネの定数は、必ず非圧縮状態を保つものでなくてはならない。スプリングを外側に設けることにより、末端のスプリング作用点であるフランジ３８をカラー部材の任意の位置に設けることができる。これによって、スプリングの非圧縮長をカラー部材上で最小限にすることができ、スプリングを内部に設けた場合のように、この長さ分だけ、器具の全長を延ばす必要がない。従って、スプリングを外部に設けることで、更に器具の全長を短くでき、その結果、外科医にとって使い易さが向上する。
【００３６】
本発明による、軸方向に付勢されたアセンブリを備えることで、半径方向に、つまり摩擦を伴って、相互に付勢される部材を有するドリルガイドアセンブリは著しい利点を持つことになる。かかるアセンブリでは、チャックに当接する部材は、それが完全に伸長した位置に自動的に戻るのではなく、最大に圧縮された位置に留まる。これによって穿孔後に穿孔深さサイトを読み取ることができる一方、相次いで複数の孔を穿孔する場合には実用的でなく、更に時間がかかってしまう。本発明による軸方向に付勢されたスプリングシステムは、各孔を穿孔した後、ドリルガイドを完全に伸長した静止位置まで戻すので、複数孔の穿孔が容易である。それと同時にＣＡＳシステムは、穿孔された各孔の深さを正確に計測する。
【００３７】
上記発明の実施の形態は、あくまでも一例である。従って、本発明の範囲は、付帯する特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１ａ】図１ａは、本発明に係るＣＡＳドリルガイドアセンブリの平面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａのＣＡＳドリルガイドアセンブリの１ｂ−１ｂ縦断面図である。
【図２】図２は、本発明のＣＡＳドリルガイドアセンブリの側面透視図である。
【図３ａ】図３ａは、ＣＡＳドリルガイドのカラー部材の側面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａのカラー部材の端面図である。
【図３ｃ】図３ｃは、図３ａのカラー部材の縦断面図である。
【図４ａ】図４ａは、本発明のドリルガイドのガイド部材の側面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａのガイド部材の端面図である。
【図４ｃ】図４ｃは、本発明のドリルガイドと併用される穿孔具のドリルビットの側面図である。
【図５ａ】図５ａは、ドリルガイドのＣＡＳ追跡可能部材の側面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａのＣＡＳ追跡可能部材の正面図である。
【図１ａ】
2005523067.tif 000003
【図１ｂ】
2005523067.tif 000004
【図２】
2005523067.tif 000005
【図３ａ】
2005523067.tif 000006
【図３ｂ】
2005523067.tif 000007
【図３ｃ】
2005523067.tif 000008
【図４ａ】
2005523067.tif 000009
【図４ｂ】
2005523067.tif 000010
【図４ｃ】
2005523067.tif 000011
【図５ａ】
2005523067.tif 000012
【図５ｂ】
2005523067.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月15日(2004.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端と、チャックから延在する所定長部とを備えるビット部に係合するチャックを有する穿孔具のためのドリルガイドアセンブリであって、  
ワークピース面に当接するようになされ、前記穿孔具の前記ビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成する第１部材と、
前記第１部材に対して軸方向に変位するようになされて、前記第１部材から軸方向に付勢され、前記穿孔具のビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成する第２部材と、
前記第２部材に固定される追跡可能部材であって、３次元空間内で位置を特定、追跡されることによって前記第２部材すなわち前記穿孔具のビット部の位置および動きが定義されるようになされた検出可能エレメントを有する前記追跡可能部材とを備えるドリルガイドアセンブリ。
【請求項２】
前記第１および第２部材は細長い形状で、互いに伸縮する、
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項３】
前記穿孔具のビット部の長さは、前記第１および第２部材が付勢されて完全に伸長したときに、先端が前記ワークピース面に当たるように選定される、
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項４】
前記細長い第２部材の、前記細長い第１部材に対する伸縮距離は、前記穿孔具のビット部による前記ワークピースへの穿孔深さに一致する、 
請求項２のドリルガイドアセンブリ。
【請求項５】
前記検出可能エレメントは、視覚的に位置を特定される３点軸を備える、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項６】
前記第２部材の前記中央開口部は、前記細長い第１部材を密に受容する寸法を有する、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項７】
前記第２部材は、前記第１部材からバネ負荷を受ける、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項８】
外側クランプは前記第１部材と係合し、
円形フランジは前記第２部材から半径方向に延在し、
前記クランプおよび前記フランジは、前記バネ負荷を受ける第２部材を提供するヘリカルバネの端部反作用点を与える、 
請求項７のドリルガイドアセンブリ。
【請求項９】
前記ドリルガイドアセンブリがハンドルエレメントを備える、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１０】
前記ハンドルエレメントは、前記第１および第２部材から略半径方向に延在する部分を少なくとも備える、 
請求項９のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１１】
前記追跡可能部材がコンピュータ支援外科手術システムのセンサに検出されるような接触を維持するために、前記ハンドルエレメントは、前記ドリルガイドアセンブリを中心にして選択的に回転される、 
請求項９のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１２】
前記ハンドルエレメントは前記第１部材と係合する、 
請求項１０のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１３】
前記第２部材の先端部はブッシュを備える、 
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１４】
前記検出可能エレメントは光学的検出可能球体を備える、
請求項１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１５】
前記光学的検出可能球体は脱着自在に前記追跡可能部材と係合する、 
請求項１４のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１６】
ドリルと、ドリルガイドアセンブリとを備える穿孔システムであって、前記ドリルは、先端を有してチャックから所定長さ延在するビット部と係合するチャックを有し、前記ドリルガイドアセンブリは、
穿孔具のビット部を受容するようになされた貫通中央開口部を画成するガイド部材と、
前記ガイド部材を密に受容できる寸法を有する貫通中央開口部を画成するカラー部材とを備え、
前記カラー部材および前記ガイド部材は、軸方向に付勢され、相互に伸縮するようになされ、
前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの一方は、ワークピース面に当接するようになされ、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの他方は、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記一方に対して軸方向に変位するようになされ、そして
前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方に固定され、３次元空間内で位置を特定、追跡されるようになされた検出可能エレメントを有する追跡可能部材を備え、
前記検出可能エレメントは、前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方の位置および動きを定義することによって穿孔具のビット部の位置および動きを定義するように成した穿孔システム。 
【請求項１７】
前記穿孔具のビット部は好ましくは、前記ガイドおよびカラー部材が付勢されて完全に伸長したときに、先端が前記ワークピース面に当たるような長さを持つ、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１８】
前記第２カラー部材の前記中央開口部は、前記ガイド部材を密に受容できる寸法を有する、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項１９】
前記カラー部材は、前記ガイド部材からバネ負荷を受ける、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２０】
外側クランプは前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記一方に固定され、
円形フランジは前記ガイド部材および前記カラー部材のうちの前記他方から半径方向に延在し、
前記クランプおよび前記フランジは、前記バネ負荷を受けるカラー部材を提供するヘリカルバネの端部反作用点を与える、 
請求項１９のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２１】
前記ドリルガイドアセンブリがハンドルエレメントを備える、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２２】
前記ハンドルエレメントは、前記カラーおよびガイド部材から略半径方向に延在する部分を少なくとも備える、 
請求項２１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２３】
前記追跡可能部材がコンピュータ支援外科手術システムのセンサに検出されるような接触を維持するために、前記ハンドルエレメントは、前記ドリルガイドアセンブリを中心にして選択的に回転される、 
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２４】
前記ハンドルエレメントは、前記ガイド部材と前記カラー部材のうちの前記一方と係合する、 
請求項２１のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２５】
前記カラー部材の先端部はブッシュを備える、
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２６】
前記検出可能エレメントは光学的検出可能球体を備える、
請求項１６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２７】
前記光学的検出可能球体は脱着自在に前記追跡可能部材と係合する、 
請求項２６のドリルガイドアセンブリ。
【請求項２８】
チャックに係合するビット部を有するドリルの位置および動きを定義する方法であって、 
ドリルのビット部を受容するようになされたドリルガイドを提供するステップと、
検出可能エレメントを備える追跡可能部材を前記ドリルガイドの可動部に固定するステップであって、前記検出可能エレメントは、前記追跡可能部材、すなわち前記ドリルガイドの３次元空間におけるユニーク位置および方向を定義し、
ドリルのビット部を前記ドリルガイドに挿入するステップと、
ビット部をワークピース面上に位置決めし、前記ワークピース面と、ビット部および前記ドリルガイドのうち一方の先端とを係合させるステップと、
前記ドリルガイドに固定された前記追跡可能部材の位置を特定してその動きを追跡することによってビット部の位置を特定してその動きを追跡するステップとを含む方法。
【請求項２９】
ドリルのビット部の長さを校正するステップを更に含む、 
請求項２８による方法。
【請求項３０】
ドリルのビット部の先端が前記ワークピース面と接触したときに急停止するまで、前記ドリルガイドに当接するドリルチャックを押すことにより前記ドリルガイドの前記可動部をワークピース面に向けて速やか移動させ、前記急停止を検出してゼロ位置を定義するステップを更に含む、 
請求項２９よる方法。
【請求項３１】
前記追跡可能部材を用いて、前記追跡可能部材の移動距離を確定するステップを更に含む、 
請求項２８による方法。
【請求項３２】
前記距離を利用して、ドリルのビット部による穿孔深さを計算するステップを更に含む、 
請求項３１よる方法。
【請求項３３】
コンピュータ支援トラッキングシステムによって前記追跡可能部材の位置を特定し、その動きを追跡するステップを更に含む、 
請求項２８による方法。
【請求項３４】
前記追跡可能部材の位置を特定し、その動きを追跡するステップは、光学式コンピュータ支援トラッキングシステムによって行われる、 
請求項３３よる方法。
【請求項３５】
前記追跡可能部材がコンピュータ支援外科手術システムのセンサに検出されるような接触を維持するために、前記追跡可能部材を、前記ドリルガイドの前記可動部を中心にして選択的に回転するステップを更に含む、 
請求項２８よる方法。
【国際調査報告】
2005523067.tif 000014
2005523067.tif 000015
2005523067.tif 000016
2005523067.tif 000017