(57)【要約】  コンピュータ支援又はコンピュータ誘導の外科手術において使用するための装置及び当該装置の使用方法は、表示部材と、本体部分、器具、移植片、試験又はその他の構造若しくは構成部品のような外科手術中に使用されるべき物品との間に配置される１以上の整合及び固定機構又は代替的には１以上の調整可能な係止構造を含んでいる。表示部材が装置内に整合され且つ外科手術が始まった後に、表示部材の汚染を避け又は他の外科的必要性に適応するために外科的照準へのより良いアクセスのために表示部材を取り外し且つ再度取り付けられることが望ましい場合がときどきある。種々の実施形態による整合及び固定機構は、表示部材が装置内で物品に対して整合させる必要なく表示部材を物品に対して再度位置決めできるように容易に取り外し可能であり且つ正確に再度取り付けることができるように設計されている。整合及び固定機構は、表示部材が物品に対して元々装置内で整合されていた唯一の位置及び向きで再度位置決めできるようにする構造を含んでいるのが好ましい。
2007532256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準フレームによって外科手術において使用される物品に取り付けられた複数の表示部材の位置を検知するようになされたセンサーと、前記表示部材の位置についての情報をセンサーから受け取り且つ前記表示部材が取り付けられた物品の位置及び向きに対応する情報を発生するようになされたコンピュータ機能とを含むコンピュータ支援外科誘導装置であり、
前記表示部材が所定位置においてのみ取り付けられ且つ前記物品から取り外すことができ且つ前記物品に対して不正確に整合されることなく再度取り付けることができるように少なくとも１つの整合及び固定機構を使用して前記物品に取り付けられ、
更に、前記整合及び固定機構は、前記表示部材を選択的に取り付け且つ前記物品から取り外すことができるようにする構造を含むことを特徴としているコンピュータ支援外科誘導装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記表示部材のうちの少なくとも１つが、赤外センサーデバイス又は応答するとエネルギを発するトランスポンダを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置であって、
前記整合及び固定機構が、別個の整合機構及び別個の固定機構を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の装置であって、
前記整合及び固定機構が、ボールプランジャ、後退可能なプランジャ、雄型ピン及び雌型レセプタ又は磁気デバイスのうちの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項５】
コンピュータ支援誘導装置において使用するための装置であって、基準フレームによって外科手術において使用される物品に取り付けられた複数の表示部材の位置を検知するようになされたセンサーと、当該センサーから前記表示部材の位置についての情報を受け取るようになされ且つ前記表示部材が取り付けられている物品の位置及び向きに対応する情報を発生するようになされたコンピュータ機能とを含み、
前記表示部材が取り付けられ且つ前記物品に結合されるようになされている基準フレームと、
少なくとも１つの表示部材と前記物品との間に配置されている整合及び固定機構とを含んでおり、
更に、前記表示部材は、前記物品から取り外すことができ且つ前記物品に対して前記表示部材が不正確に整合されることなく取り付けられるように決定された位置においてのみ取り付けることができることを特徴とし、更に、前記整合及び固定機構は、前記表示部材が選択的に取り付けられ且つ前記物品から取り外されるようにする構造を含んでいることを特徴とするコンピュータ支援誘導装置において使用するための装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
更に、前記表示部材のうちの少なくとも１つが、応答したときにエネルギを射出する赤外センサー装置又はトランスポンダによって検知されるようになされた反射面を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の装置であって、
前記整合及び固定機構が、別個の整合機構と別個の固定機構とを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のうちのいずれか一項に記載の装置であって、
前記整合及び固定機構が、ボールプランジャ、後退可能なプランジャ、雄型ピン及び雌型レセプタ又は磁気装置のうちの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項９】
コンピュータ支援外科手術を実施するための方法であって、
基準フレームによって外科手術において使用される物品に取り付けられた複数の表示部材の位置を検知するようになされたセンサーと、前記表示部材の位置についての情報を前記センサーから受け取り且つ前記表示部材が取り付けられている物品の位置及び向きに対応する情報を発生するようになされたコンピュータ機能とを含んでいるコンピュータ支援外科装置を準備することを含み、
前記表示部材のうちの少なくとも１つが、整合及び固定機構を使用して前記表示部材が前記物品から取り外され且つ不正確に整合することなく前記物品に再度取り付けることができるように所定の位置においてのみ取り付けることができるように前記物品に取り付けられ、前記整合及び固定機構は、前記表示部材が選択的に取り付けられ且つ前記物品から取り外すことができる構造を特徴とし、更に、前記表示部材が前記装置内に整合されることを特徴とし、
更に、前記物品が表示機能によって表示される像を使用して外科手術中に誘導され、
少なくとも１つの表示部材が前記物品から取り外され、当該表示部材は前記物品に対して正しい位置及び向きに再度配置され、
前記表示部材を前記装置内に再度整合させる必要なく外科手術中に誘導され続けることを特徴とするコンピュータ支援外科手術を実施するための方法。
【請求項１０】
基準フレームによって外科手術において使用される物品に取り付けられた複数の表示部材の位置を検知するようになされたセンサーと、当該センサーから前記表示部材の位置についての情報を受け取り且つ前記表示部材が取り付けられる物品の位置及び向きに対応する情報を発生するようになされたコンピュータ機能とを含むコンピュータ支援外科誘導装置であり、
前記物品に対する前記表示部材の種々の固定された向きを可能にするようになされた調節可能な固定機構を使用して前記表示部材のうちの少なくとも１つが前記物品に取り付けられ、
更に、前記調整可能な固定機構は、前記表示部材が前記物品に対して選択的に再位置決めされ且つ再固定されるのを可能にする構造を含んでいることを特徴とするコンピュータ支援外科誘導装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、
前記表示部材のうちの少なくとも１つが基準点又は能動的な装置を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０乃至１１のうちのいずれか一項に記載の装置であって、
前記調整可能な固定機構が、固定のためのベースつまみねじを備えた調整可能なロッドを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項１３】
基準フレームによって外科手術において使用される物品に取り付けられた複数の表示部材の位置を検知するようになされたセンサーと、当該センサーから前記表示部材の位置についての情報を受け取り且つ前記表示部材が取り付けられる物品の位置及び向きに対応する情報を発生するようになされたコンピュータ機能とを含むコンピュータ支援外科誘導装置において使用するための装置であり、
物品に結合されるようになされた基準フレームと、
前記基準フレームに結合された少なくとも１つの表示部材と、
少なくとも１つの表示部材と前記物品との間に配置され、前記表示部材が前記物品に対して種々の堅固に固定された向きで取り付くような形状とされており、前記表示部材が前記物品に対して選択的に再配置され且つ再固定されるのを可能にする構造を含んでいる調整可能な固定機構とを含むことを特徴とするコンピュータ支援外科誘導装置において使用するための装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、
前記表示部材のうちの少なくとも１つが基準点又は能動的な装置を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の装置であって、
前記調整可能な固定機構が、前記調整可能なロッドを固定するためのベースつまみねじを備えている調整可能なロッドを含んでいることを特徴とする装置。
【請求項１６】
コンピュータ支援外科手術を実施するための方法であって、
基準フレームによって外科手術において使用される物品に取り付けられた複数の表示部材の位置を検知するようになされたセンサーと、当該センサーから前記表示部材の位置についての情報を受け取り且つ前記表示部材が取り付けられている物品の位置及び向きに対応する情報を発生するようになされたコンピュータ機能とを含んでいるコンピュータ支援外科装置を設けることを含んでいるコンピュータ支援外科手術を行う方法であって、
前記表示部材は、前記物品に対する当該表示部材の種々の堅固に固定された向きを可能にするようになされた調整可能な固定機構を使用して前記物品に取り付けられており、
前記調整可能な固定機構は、前記表示部材が前記物品に対して選択的に再位置決めされ且つ再固定されるのを可能にする構造を含んでいることを特徴としており、
更に、前記表示部材は前記装置内に整合されており、
更に、前記物品は、前記表示機能によって表示される像を使用して外科手術中に誘導されるようになされており、
更に、少なくとも１つの表示部材は、解剖学的制約、小さな配列の視認性又はその他の外科的な必要性により、再位置決めされる必要があり、
更に、前記表示部材は前記物品に対して選択的に再位置決めされ、
更に、前記表示部材は再度整合され、
更に、前記物品は、外科手術中に前記表示部材をその下にある物品から取り除く必要なく誘導され続けることを特徴とするコンピュータ支援外科手術を実施するための方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ支援外科誘導において使用するための基準フレームの取り付け装置及びそれらの使用方法に関する。より特別には、本発明は、基準点のような受動的な表示部材か又はトランスポンダのような能動的な表示部材を含んでいる基準フレーム取り付け装置に関する。
（関連出願）
本発明は、２００４年４月１５日に出願された“コンピュータ支援外科手術のための迅速に取り外し及び再配置可能な基準フレーム”という名称の米国仮特許出願第６０／５６３，３７４号の優先権を主張しており、その全ての内容が参考として本明細書に組み入れられている。
【背景技術】
【０００２】
このような基準フレームは、当該装置が所望により外科手術中の位置及び向きを追跡し且つ表示できるように、体の部位、器具及び外科用部品に結合されている。本発明のある種の実施形態による基準フレーム取り付け装置は、外科手術中に所望の回数だけ取り外され且つ外科用誘導装置内の元の整合状態に関する正しい位置に正確に再度取り付けられるように設計されている。別の方法として、基準フレーム取り付け装置は、解剖学的制約に従うため、表示部材の視認性を改良するため又はその他の目的のために、結合されている体の部位、器具又は構成部品に関して便利に再度位置決めされても良い。
【０００３】
外科手術のみならずその他の医療処置中のより重要な問題は、出来るだけ正確に処置を行うことである。例えば、整形外科手術においては、移植された人工器官部品の理想にほど遠い整合は、最終的には移植された人工器官の欠損につながるかも知れない不所望な摩耗及び修正を生じさせるかも知れない。他の一般的な外科的処置はまた、それらの実行に正確さを必要とする。
【０００４】
整形外科手術において、例えば以前のやり方は、人工器官の部品の正確な整合のために空間を残していた。例えば、人工膝関節置換手術においては、骨の切開のために設計された以前の器具は、大腿及び脛骨の切開を内反／外反、屈曲／伸延及び外回転／内回転のための平均的な値に整合させるのを制限していた。更に、外科医は、解剖学的変異性により、誤って導くこととなり得る整合の“経験概則”を使用することが一般的に多い。随内照合器具はまた、大腿及び脛骨管を傷つけることもあり得る。この侵入は、とりわけ患者の体内での脂肪塞栓症及び不必要な血液の損失の虞を増大し得る。
【０００５】
本発明の種々の実施形態による装置及び方法は、膝、腰及び肩の修復、復元又は交換の外科手術だけでなく、体の他のあらゆる関節に関連する修復、復元又は交換のための外科手術のみならず体の部位、非人体部位及び／又は回転軸のような仮想基準の位置及び向きを追跡し且つ手術の誘導及び実行において使用するために相対的な位置及び向きに関するデータを表示し且つ出力することが有用である他の如何なる外科手術又はその他の手術に対して適用可能である。
【０００６】
幾つかの製造者は、現在では、より高い正確さで外科手術を行う助けとするために使用されるイメージガイド外科誘導装置を製造している。Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．によって製造されたＦＬＯＲＯＮＡＶ（登録商標）ソフトウエアを備えたＴＲＥＯＮ（登録商標）及びｉＯＮ（登録商標）は、このような装置の例である。ＢｒａｉＬＡＢ  ＶＥＣＴＯＲＶＩＳＩＯＮ（登録商標）装置は、このような外科誘導装置の別の例である。イメージガイド外科手術を達成するための装置及び方法はまた、２００３年２月１１日に出願された“Image Guided Fracture Reduction”という名称のＵＳＳＮ  １０／３０４，８５９（２００２年２月１１日に出願された“Image Guided Fracture Reduction”という名称のＵＳＳＮ  ６０／３５５，８８６の優先権を主張している）；２００１年２月２７日に出願された“Image Guided System for Arthroplasty”という名称のＵＳＳＮ  ６０／２７１，８１８；２００２年８月２７日に出願された“Image Computer Assisted Knee Arthroplasty”という名称のＵＳＳＮ  １０／２２９，３７２；２００２年２月２７日に出願された“Total Knee Arthroplasty Systems and Processes”という名称のＵＳＳＮ  １０／０８４，２７８（２００２年２月１１日に出願された“Surgical Navigation Systems and Processes”という名称のＵＳＳＮ  ６０／３５５，８９９の仮特許出願の優先権を主張している）；２００２年２月２７日に出願された“Surgical Navigation Systems and Processes for Unicompartmental Knee Arthroplasty”という名称のＵＳＳＮ１０／０８４，２７８（２００２年２月１１日に出願された“Surgical Navigation Systems and Processes”という名称のＵＳＳＮ  ６０／３５５，８９９の仮特許出願の優先権を主張している）；“Surgical Navigation Systems and Processes for High Tibial Osteotomy”という名称のＵＳＳＮ  １０／０８４，２９１（２００２年２月１１日に出願された“Surgical Navigation Systems and Processes”という名称のＵＳＳＮ  ６０／３５５，８９９の仮特許出願の優先権を主張している）；２００３年５月２９日に出願された“Image-guided Navigated Precisions Reamers”という名称のＵＳＳＮ  ６０／４７４，１７８及び２００３年１０月２０日に出願された“Magnetic Modular 基準点s”という名称のＵＳＳＮ  １０／６８９，１０３（これらの各々の全内容が本明細書に参考として組み入れられている）にも開示されている。
【０００７】
これらの装置及び方法は、立体的に作用する赤外センサーのような位置及び／又は向きの追跡センサー又は体の部位、移植片のような外科手術に関連する物品、器具、試験的人工器官、人工器官の構成部品及び骨境界標識のような仮想構造又は基準の位置を追跡するために基準構造又は基準伝達装置と関連して作用する他のセンサーを使用している。所望の形態のコンピュータ機能のような処理機能は、独立型、ネットワーク化された基準点のような関連する基準構造、基準伝達装置のような関連する基準構造の位置及び向きに基づいて又は記憶された位置及び向きの情報に基づいて、位置検知分野における種々の物品の位置及び向きの情報を考慮する（一般的に又は特に、なかんづく外科分野の全て又は一部分に対応する）。この処理機能は、コンピュータ化されたＸ線画像ファイル、装置の構成部品の画像を描写するためのワイヤーフレーム若しくはその他のデータファイル、試験的人工器官若しくは実際の人工器官又は回転軸若しくはその他の仮想構造若しくは基準に関するコンピュータによって発生されるファイルのような記憶情報によって各対象物に対する位置及び向きの情報を相関させる。この処理機能は、次いで、これらの対象物の位置及び向きをスクリーン又はモニター又はその他のものに表示する。このようにして、装置及びプロセスは、基準フレーム上に配置することができる受動基準点又は能動伝達装置又は送受信装置のような表示部材の位置を検知することによって、体の部位、外科的に関連する物品、移植片並びに評価及び外科手術若しくはその他の手術を行う際に使用するための仮想構造に関するデータを表示し又はさもなければ出力することができる。
【０００８】
本発明のある種の特徴に基づく表示部材は、赤外線を射出又は反射することができ、この赤外線は、次いで、赤外線カメラによって検知される。これらの表示部材は、赤外線、視覚、音、磁気、電磁気、Ｘ線又はその他の所望の技術エネルギを射出し、受動的な表示部材は単にこのエネルギを反射する。基準フレームは、基準フレームが取り付けられている関連する器具、移植片又はその他の対象物の位置及び向きを決定する少なくとも３つ（しかしながら、通常は４つ）の表示部材を備えていても良い。この意味において、表示部材のうちの幾つか又は全てを同じ小さな構造の一部分とすることができる。表示部材は、例えば、３つの結節、指示スパイク、小球又はその他の不規則なものとすることができる。
【０００９】
固定表示部材を備えた基準フレームに加えて、相互に独立した配置とすることができるモジュール式の表示部材を座標系の基準点に対して使用しても良い。モジュール式の表示部材は、出力が当該モジュール式の表示部材が取り付けられている物品の位置及び向きを幾何学的に計算するために関連する処理機能によって処理することができる１つ、２つ、時々はそれ以上のセンサーによって追跡することができる。固定基準フレーム構造と同様に、モジュール式の基準フレーム及びセンサーは、赤外線スペクトルに制限される必要なく、如何なる電磁、静電、光、音、高周波又はその他の所望の技術をも使用することができる。同様に、モジュール式の表示部材は、“受動的”に赤外線又はその他の形態のエネルギを反射するのとは逆に基準情報を追跡装置へ“能動的”に伝達することができる。
【００１０】
幾つかのイメージガイド外科誘導装置は、表示部材を備えた基準フレーム構造が、Ｘ線結像が生じているときに検知されるのを可能にする。これによって、基準構造の位置及び向きをＸ線結像と調和させることが可能になる。次いで、位置及び向きのデータを処理した後に、基準構造は、Ｘ線透視法によって記録された解剖学的構造の位置及び向きを追跡するために使用することができる。基準フレーム構造と嵌合している器具、構成部品又はその他の構造のコンピュータによって発生される像は、Ｘ線像上に重ねられても良い。器具、試験、移植片又はその他の構造又は幾何学的構造は、３−Ｄモデル、外形モデル又は骨−移植片干渉面として表示することができる。
【００１１】
幾つかの基準フレーム構造はまた、コンピュータ支援外科誘導装置が一つの基準フレームを別のものから、従って、種々の体の部位、器具、その他の物質を相互に識別することができるように、これらが追跡されているときに特別なパターンで配列される表示部材をも特徴としている。
【００１２】
個々の表示部材の正確な空間的相関関係及び関連する解剖学的構造又は器具は、表示部材を基準とする装置が関連する物品の位置及び向きを計算する方法の基礎を形成する。結局、ひとたび基準線又は基準伝達装置が相対的に且つ関連する体の部位又は追跡されるべき物品に対する空間的な関係がコンピュータ支援外科誘導装置において整合されると、表示部材の相対的な又は体の部位に対する又は物品に対する位置及び／又は向きの続いて起こる変化は、このような体の部位又は物品の位置及び向きを装置に誤って計算させるであろう。基準フレーム又は当該基準フレームに取り付けられた表示部材の向き及び／又は位置の小さな変化さえも、関連する解剖学的構造又は器具の向き及び／又は配置を装置が検知する方法の大きな違いにつながるかも知れない。このような違いは、装置が再構成され、付加的なＸ線透視又はその他の像を得ることを必要とし、処置の時間及び費用を増大させる。装置を再構成するのを失敗することは、所望の外科処置の実行の不正確さにつながるかも知れない。
【００１３】
高度の正確さを必要とすることに加えて、外科処置は、処置中に使用されるかも知れない装置の大きさ及び形状に対して難しい解剖学的制約を付与することが多い。基準フレームは処置のある種の態様に対して重大であるけれども、これらはまた、それらの大きさ、形状又は向きにより極端に煩雑で又は破壊的でもあり得る。
【００１４】
外科処置中に、解剖学的制約を受け入れ、外科部位へのアクセスを改良し又はその他の考慮のために基準構造又は１以上の表示部材を一時的に除去することが望ましい場合がある。現在のところ、基準構造又は基準点を一時的に取り外し且つこれらを正しい位置に再度取り付けるための便利な方法がない。基準構造及び／又は基準点が定位置に正しく置き直されない場合には、これらは、体の部位、非人体部位及び座標系に予め配置される他の基準点の配置、位置及び向きについての不正確な情報を提供し、外科処置の正確さ及び安全性が危うくされるかも知れない。更に、上記したように、最も少ない変化が劇的な結果をもたらし得る。
【００１５】
同様に、外科部位の特別な解剖学的制約に依然として従いながら連続した使用を許容するために、基準フレーム又は表示部材を外科用器具又は構成部品に対して再配置する便利な方法は現在のところ存在しない。
【００１６】
結果として、外科医は、基準フレーム及び基準点を定位置に残しておくか（これは、煩わしく又は処置を邪魔するかも知れない）又は基準フレーム構造を取り外さなければならない（これは、コンピュータ支援ガイドの使用を妨害する）。基準フレームを取り外した後で且つイメージガイド外科手術を続けることを望む場合には、基準構造を再度取り付ける正確な方法が無い状態で、処置において使用される各器具と、患者上にあるかさもなければ座標系内にある各基準構造及び基準点とを再度整合させなければならない。この過程は、外科処置を完了するのに必要な時間を長くし且つ患者が外科手術される付加的な長さの時間をもたらす不必要な複雑化を生じさせ得る。
【００１７】
この点に加えて、幾人かの外科医は、基準構造又は表示部材が不注意によりぶつけられることにより位置が変化したときに装置全体を再度校正するのに必要な時間をさかない傾向がある。このことが起こると、結像装置によって形成される仮想的な像は、実際の位置、向き並びに体の部位、非人体部位の構成要素及びその他の基準点の相関の真の反映でなくなる。これらの状態にある座標系で外科手術を行うことは明らかに問題を起こし得る。
【００１８】
取り外し可能な基準フレーム構造の別の必要性は、表示部材の汚染の虞が表示部材が使用される時間の長さに比例しているという事実によって生じる。従って、汚染の虞は、手術全体に亘って取り付けられたままとされる代わりに、外科処置中のある種の必要とされる時にのみ表示部材が取り付けられる場合には減じられる。手術全体が長いけれどもコンピュータ支援ガイドが外科手術のある種の重要な特徴に対してのみ必要とされ、処置全体に亘って基準フレーム又は表示部材を取り付けられたままとするときに、表示部材の汚染の虞が不必要に増大せしめられる。
【００１９】
外科処置のある種の特徴は、基準構造の使用を阻止するが基準構造を完全に取り外すことを許容しない解剖学的制約又はその他の要素を付与するかも知れない。これは、例えば、特別な器具のコンピュータガイドを維持することを外科医が必要とするが、器具上に元々整合された基準構造の位置が外科手術中器具の適正な使用を許容しない状況で起こる。これは、突出している基準構造が体の部位によって閉塞されるか又は何らかの他の理由によって起こり得る。
【００２０】
更に、基準フレームのある種の向きは、アレイの低い視認性が存在するような表示部材の位置をもたらすことができる。これは、追跡される体の部位又は物品の位置を適正に描写するコンピュータの機能を阻害する。これが生じると、下に横たわっている外科用物品に対して再度配向させることを必要とするかも知れない基準フレームを再度位置決めすることが必要かも知れない。これは、同じく、基準フレーム構造がアレイの高い視認性のために再配置されるのを可能にしつつ、処置によって必要とされるように、下に横たわっている外科用物品が配向されるのを可能にする。
【００２１】
上記の問題により、とりわけ、基準フレーム又は基準フレームに取り付けられた表示部材が、移動が望ましくないときには定位置に固定されたままであるが、必要なときには外科制約を受け容れることができるように容易に取り外すことができるか又は再位置決めすることができることが望ましい。現存の固定基準フレーム並びに離脱基準フレーム及び基準点はこれらの問題に対処することができない。
【発明の開示】
【００２２】
（発明の概要）
本発明の種々の特徴及び実施形態は、体の部位、外科用器具若しくは物品又はその他の構成部品に固定されたベースが容易に分離することができる部分を備えた基準フレーム取り付け装置を含んでいる。このような取り付け装置は、取り外した後に正しく再位置決めすることができ且つ取り外しが必要とされないときには固定されたままとすることができる。別の方法として、本発明の幾つかの実施形態の特徴は、解剖学的制約、アレイの視認性又はその他の要素によって必要とされるときに、体の部位、外科用器具又はその他の物品に対する基準フレームの容易且つ正確な意図した再配置を可能にする。
【００２３】
本発明の一つの特徴に従って、基準フレーム取り付け装置は、体の部位又は物品に固定された収容部分を補完するように設計された境界部分を備えた結合部を含んでいる。当該取り付け装置は、固定状態におけるベースとの安定した結合を形成するが、同じ固定状態における座標系内でのベースの位置の変化又は当該装置が取り付けられる体の部位又は器具の配置の変化をもたらすことなく、ベースから容易に分離させ且つ再度取り付けることができる。この取り付け装置は、次いで、装置全体を再校正するか又は下に横たわっている体の部位若しくは器具を妨害することなく容易に交換することができる。
【００２４】
もう一つ別の特徴に従って、フレーム取り付け装置は、ベースの収容部分を補完するように設計されている境界部分を備えた結合部を含んでいる。当該取り付け装置は、整合及び固定機構の使用によってベースを備えた安定した結合部材を形成している。このような整合及び固定機構は、磁気吸引、接着、フックと杭とによる結合、ボールとプランジャ、さねはぎ、キーとキー穴又は取り付け装置とベースとの間の適切な結合を形成し且つ所望の位置でのみ装置が適正に取り付けられることを必要とするあらゆる他の材料又は力を含むことができる。従って、この取り付け装置は、装置全体を再校正し又は下に横たわっている体の部位又は器具を妨害する必要なく、容易に取り外し且つ置換することができる。
【００２５】
もう一つ別の特徴に従って、フレーム取り付け装置は、基準フレームを下に横たわっている物品に結合するように設計された調整可能な固定機構を含んでいる。調整可能な固定機構は、種々の選択可能な位置において基準フレームと下に横たわっている部品との間に安定した結合を形成する。フレーム取り付け装置は、改良されたアレイの視認性のための解剖学的制約を受け容れ又は他の外科的な必要性に適合するために容易に再位置決めし且つ固定することができる。
【００２６】
本発明の他の特徴に従って、取り付け装置は、このような受動的な基準点又は能動的な基準伝達装置又はトランスポンダのみならずその他のあらゆる所望の基準装置のような表示部材を含んでいる。
【００２７】
本発明のその他の特徴に従って、基準構造及びモジュール式基準点は、これが座標系内に固定されたベースを妨害することなく座標系内で動かすことができるようにモジュール方式を呈する。
【好ましい実施形態の説明】
【００２８】
本発明の種々の実施形態を構成することができる。図１乃至３は本発明の一つの例示的な実施形態を示している。図４乃至６は本発明の代替的な実施形態を示している。図７乃至８は本発明の別の代替的な実施形態を示している。本発明は同様に他の形態で具体化することができる。
【００２９】
一つの特徴においては、本発明は、１以上の表示部材２０を検知するようになされたセンサーと、表示部材２０の位置についてセンサーから受け取り且つ表示部材２０が取り付けられている物品の位置及び向きに対応する情報を発生するようになされたコンピュータ機能とを含んでいるコンピュータ支援外科装置を含んでいる。
【００３０】
幾つかの実施形態に従って、本発明は更に、図１における例示的な実施形態に示されている第一の部分１０と、図２における例示的な実施形態に示されている第二の部分３０とを備えている基準フレームを更に含んでいる。この基準フレームは更に整合及び固定機構を含んでいる。
【００３１】
幾つかの実施形態に従って、整合及び固定機構は、基準フレームの第二の部分３０に対する第一の部分１０の所望の向きが達成できるように、基準フレームの第一の部分１０を第二の部分３０に対して整合させるために使用することができる。本発明のこの特徴の例が図１乃至６に示されている。幾つかの実施形態の幾つか特徴による整合及び固定機構は、当該基準フレームの第一の部分１０及び第二の部分３０を相互に結合且つ固定して、当該基準フレームの第一の部分１０の第二の部分３０に対する不所望な動きがないようにされている。
【００３２】
幾つかの実施形態によれば、整合及び固定機構は、当該基準フレームの第一の部分１０及び第二の部分３０を、前記整合及び固定機構の使用によって達成される所望の向きに取り付けて固定する。使用中は、当該基準フレームの表示部材２０並びに第一及び第二の部分は、外科手術において使用される物品に取り付けることができる。図１に示された例示的な実施形態に従って、取り付け部分１１は、外科手術において使用される物品に対する取り付けを容易にするために使用することができる。外科手術において使用される物品は、体の部位、外科用器具、人工器官移植片、外科用ロッド若しくは支持装置又はその他の物品とすることができる。幾つかの実施形態の幾つかの特徴に従って、表示部材２０を基準フレームの第一の部分１０に取り付けても良く、基準フレームの第二の部分３０は外科手術において使用される物品に取り付けても良い。使用中、外科医は、当該基準フレームの第一の部分３０に対して整合させ且つ固定して、表示部材２０が当該基準フレームによって外科手術において使用される物品に取り付けられるようにすることができる。
【００３３】
表示部材２０をコンピュータ支援外科手術装置と整合させた後に、外科医は、外科部位へのアクセスを増すこと、表示部材の汚染の虞を減じること又はさもなければ処置を助長することによって外科手術を容易にするために、当該基準フレームの第一の部分１０及び表示部材２０を基準フレームの第二の部分３０及び外科手術において使用される物品から取り外すことができる。
【００３４】
基準フレームの第一の部分１０を第二の部分から取り外した後に、本発明のある種の実施形態は、外科医が基準フレームの第一の部分１０を第二の部分３０に整合させ且つ再度固定して、外科手術において使用される物品に対する表示部材２０の位置及び向きが、コンピュータ支援外科手術装置と最初に整合された際における外科手術において使用される物品に対する表示部材２０の位置及び向きから変わらないようになされる。このことは、所望の位置及び向きにおいてのみ基準フレームの第二の部分３０に対して基準フレームの第一の部分１０が係合するのを可能にする形状とされている整合機構及び所望の位置及び向きが達成されるときに第二の位置に対する基準フレームの第一の部分１０の動きを選択的に禁止する固定機構を使用することによって達成することができる。この整合機構及び固定機構は、必ずではないが、整合及び固定機構を含んでいる同じ構造の一部分であるのが好ましい。
【００３５】
本発明のある特徴に従って、整合及び固定機構は、基準フレームの第一の部分と第二の部分とが摺動可能な関係で相互に係合するように機能しても良い。幾つかの特徴に従って、図１に示されている基準フレームの第一の部分１０のかみ合い部分１４は、図２に示されているように、第一の部分１０が第二の部分３０に対して一次元の並進自由状態でのみ動くのを許容され且つ他の全ての次元の自由度は基準フレームの構造によって制限されるようにかみ合い部分３２と結合する形状とすることができる。幾つかの実施形態によれば、整合及び固定機構は、次いで、一次元の並進自由度に沿ったどこの位置で、基準フレームの第一の部分１０の第二の部分３０に対する全ての不所望な動きが可能になる全ての次元の自由状態度に固定されるようになるかを決定することができる。
【００３６】
例示的な実施形態の種々の特徴を示している図１乃至３を参照すると、整合及び固定機構は、基準フレームの第一の部分１０上のボールプランジャ１２と、基準フレームの第二の部分３０（図２に図示されている）とを含むことができる。他の実施形態においては、他の整合及び固定機構を採用しても良い。例えば、一実施形態においては、ｄ字形状の雄型ピンがｄ字形状の雌型レセプタによって収容される構造とされている。ｄ字形状雄型ピンは、雌型レセプタ内の穴と係合するためにピンの軸に直角な突出部を採用することができる。雄型／雌型アセンブリは、ひとたび所望の整合が達成されると確実な係止を可能にするために装填されているばねとすることができる。図１に示されたボールプランジャ１２及び受入れ凹部３４を採用している実施形態の特徴に従って、第一の部分１０が所望の向きで第二の部分３０に対して整合されたときに、ボールプランジャ１２は、第一の部分１０及び第二の部分３０の摺動作用によって許容される並進自由状態によって第一の部分１０が第二の部分３０に対して更に動くのを阻止するように収容凹部３４と係合するように配置されている。
【００３７】
その他の特徴に従って、本発明は、外科手術において使用される物品を妨害することなく且つ最小の力によって基準フレームの第二の部分３０から基準フレームの第一の部分１０を取り外すのを可能にする構造として、外科医の手が滑り又は別の物品にぶつかる虞がないようにすることができる。
【００３８】
これは、種々の方法で行うことができる。図４乃至６に示された実施形態においては、整合及び固定機構は、基準フレームの２つの部分が当該整合及び固定機構の別の部分又は整合及び固定機構のすぐ近くの領域への力と共に当該整合及び固定機構に最小の力をかけることによって、基準フレームに殆ど又は全く最終的な力がかからないようにする構造とされている。幾つかの実施形態の幾つかの特徴によれば、これは、片方の手の人差し指及び中指が後退可能なプランジャ１８を持ち上げるために使用されている間に、親指を基準フレーム上においた場合に起こるように後退可能なプランジャ１８のすぐ下方で基準フレームの一部分に対する下向きの力と共に、図４に示されている後退可能なプランジャ１８に情報の力をかけることによって達成される。
【００３９】
同様に、本発明の幾つかの特徴による整合及び固定機構は、つまみねじを捻っていたときに生じるように、つまみねじの第一の側に一の方向の力をかける一方でつまみねじの第二の側に反対方向の反対の力をもかけることによって緩めることができる。
【００４０】
図１乃至３を再度参照すると、幾つかの実施形態の他の特徴においては、所望の摺動方向に沿った単一の並進自由状態以外の自由状態での動きは、図２に示されている基準フレームの第一の部分１０及び第二の部分３０の図１に示されたかみ合い部分１４を形作ることによって可能になる。このような形状の形成としては、例えば、図１に示されている溝及びフランジ３６とかみ合う構造とされた第一の部分１０の対応する部分１６を収容する第二の部分３０に沿った図２に示されている溝及びフランジ３６がある。
【００４１】
幾つかの実施形態の他の特徴に従って、第一の部分１０を所望の位置において第二の部分３０に対して整合させるための及び整合及び固定機構全体によって達成される所望の位置で基準フレームの第一の部分１０を基準フレームの第二の部分３０に対して固定するための整合及び固定機構として、図４に示された後退可能なプランジャ１８を図１に示されたボールプランジャ１２の代わりに使用しても良い。図６を参照すると、図６は、受入れ溝３５を含んでいる後退可能なプランジャ１８を採用している一実施形態の一つの特徴を示している。
【００４２】
幾つかの実施形態の他の特徴としては、整合及び固定機構の一部分として永久の又は電気回路によって誘導される磁気機構、スナップ機構、スプリングキャッチ機構、ラッチ機構、バックル機構、雄型／雌型ピン及びレセプタ又はこれらのあらゆる組み合わせ又は基準フレームの第一の部分１０を当該基準フレームの第二の部分３０に対して固定する同様の形式の結合若しくは締結機構が含まれても良い。これらのリストは、包括的ではなく、整合及び固定機構の他の実施形態が当業者に明らかであり、それも本発明の範囲内に含まれる。
【００４３】
幾つかの実施形態の他の特徴に従って、整合及び固定機構は、さねはぎ機構、ダブテール（あり継ぎ）機構、キー及びキー穴機構、フランジ及びタブ機構、リム及びカラー機構若しくは基準フレームの第二の部分に対して当該基準フレームの第一の部分１０を対応させるあらゆる類似の機構又はそれらの機構のあらゆる組み合わせを含むことができる。このリストは、包括的ではなく、整合及び固定機構の他の実施形態が当業者に明らかであり且つ本発明の範囲内に含まれる。
【００４４】
図７乃至８に示された実施形態を参照すると、図７乃至８に示された実施形態のある種の特徴によると、本発明のこのような特徴による構造は、第一の部分１５０と第二の部分１４０とを含んでいる基準フレームを含んでいても良い。ある種の実施形態における基準フレーム１５０の第一の部分は、調節可能な固定機構１００によって基準フレームの第二の部分１４０に結合させることができる。幾つかの実施形態の幾つかの特徴による調整可能な固定機構１００は、第一の部分１５０が選択的に基準フレームの第二の部分１４０に対して固定されるか可動とされる。
【００４５】
使用時には、外科医は、基準フレームの第一の部分１５０を第二の部分１４０に対して動かし、次いで、基準フレームの第一の部分１５０を第二の部分１４０に対して所望の位置及び向きへと動かすことができるように調整可能な固定機構を選択的に改造することができる。外科医は、次いで、前記調整可能な固定機構を前記基準フレームの第二の部分１４０に対して固定された位置及び向きに前記基準フレームの第一の部分１５０を固定するように選択的に改造することができる。
【００４６】
幾つかの実施形態の幾つかの特徴に従って、図７に示されている基準フレームの第一の部分１５０は、１以上の表示部材に取り付けても良い。基準フレームの第二の部分１４０は、幾つかの実施形態の幾つかの特徴に従って、外科手術において使用される物品に取り付けることができる。従って、第一の部分１５０が１以上の表示部材に取り付けられ、第二の部分１４０がその下に横たわっている物品に取り付けられている場合には、第二の部分１４０に対して第一の部分１５０を動かし又は配向させることによって、外科手術中に使用される物品に対して表示部材を動かし又は配向させることができる。
【００４７】
処置中に、外科医は、表示部材が外科手術において使用される物品に対して位置決めされるように調整可能な係止構造を選択的に改造することができ、次いで、図７乃至８に示された基準フレームの第一の部分１５０を図７乃至８に示されている第二の部分１４０に対して固定し、それによって、表示部材の位置及び向きを外科手術において使用される物品に対して固定するように前記調整可能な係止構造を選択的に改造することができる。
【００４８】
ひとたび外科手術において表示部材が使用される物品に対して固定されると、表示部材は、コンピュータ支援外科装置と整合させることができる。表示部材を整合させた後に、外科医が表示部材を動かし又は外科手術において使用される下に横たわっている物品に対して位置決めする（しかしながら、依然としてコンピュータ支援外科装置の支援を受けて続行している）ことを望む場合には、外科医は、表示部材が外科手術において使用される物品に再位置決めされ又は再配向されるのを可能にするために前記調整可能な係止機構を選択的に改造することができる。ひとたび所望の新しい位置及び向きが達成されると、外科医は、次いで、基準フレームの第一の部分１５０を第二の部分１４０に対して固定し、それによって、所望の新しい位置で、表示部材の位置及び向きを外科手術において使用される物品に対して固定するように前記調整可能な係止構造を選択的に改造することができる。ひとたび所望の新しい位置が固定されると、外科医は、表示部材をコンピュータ支援外科装置に再度整合させることができ且つ外科処置を続行することができる。
【００４９】
図７乃至８に示されている例示的な実施形態においては、調整可能な係止機構は、調整可能なロッド１１０及びつまみねじ１２０を含んでいる。調整可能なロッド１１０及びつまみねじ１２０は、緩めると調整可能なロッド１１０上の張力が解放されてつまみねじ１２０に対して回転するのを可能にするような構造とすることができる。実施形態の幾つかの特徴に従って、調整可能なロッド１１０は基準フレームの第一の部分１５０に取り付けることができて、つまみねじ１２０が緩められ、調整可能なロッド１１０がつまみねじ１２０に対して回転せしめられたときに、それによって基準フレームの第一の部分１５０が基準フレームの第二の部分１４０に対して回転せしめられるようにすることができる。
【００５０】
幾つかの実施形態の他の特徴に従って、調整可能な係止構造は、ヒンジ、回り継手、可撓性のロッド又は基準フレームの第一の部分１５０が第二の部分１４０に対して動くか又は回転するのを許容するその他のあらゆる関節機構若しくは上記の組み合わせを含むことができる。このリストは、包括的ではなく、調整可能な固定機構の他の実施形態が当業者に明らかとなり且つ本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による基準フレーム取り付け装置の一部分であって、整合及び固定機構を含んでいる部分を示している斜視図である。
【図２】図２は、基準フレーム取り付け装置の図１に示されている基準フレームの部分と整合し且つ固定するようになされた別の部分を示している斜視図である。
【図３】図３は、相互に整合され且つ固定されている図１に示された基準フレーム取り付け装置の部分と図２に示されている基準フレーム取り付け装置の部分とを示している正面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態による基準フレーム取り付け装置の一部分であって、代替的な整合及び固定機構を含んでいる部分を示している斜視図である。
【図５】図５は、図４の基準フレームの部分に整合され且つ固定される構造とされた基準フレームの別の部分を示している斜視図である。
【図６】図６は、図５に示された基準フレームの部分と整合され且つ固定されるように配置された図４の基準フレームの部分を示している斜視図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施形態による基準フレームの部分であって、調整可能な固定機構を含んでいる部分の側面図である。
【図８】図８は、図７の調整可能な固定機構の前面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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