(57)【要約】  コンピュータ支援手術またはコンピュータナビゲーション式手術で使用するためのデバイス及び方法は、体のパーツ、ツール、挿入物、試行または他の構造または構成部品などの、手術中に使用される指標と用具間に挿入された1つまたは複数の誤動作防止インタフェースを含む。指標が、システム内に登録され、手術が始まった後、指標が、体のパーツに対して、位置及び/又は配向が誤まって移動するか、または、外れる可能性があることが時々ある。種々の実施形態による誤動作防止インタフェースは、用具に対するシステム内への指標の登録の必要無しで、指標を用具に対して再配置することができるように、最初に誤動作するように構成される。誤動作防止インタフェースは、好ましくは、指標がシステム内に登録される必要がないように、指標が、用具に対して再配置されることを可能にする構造を含む。
2007508901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムであって、
ａ．手術において使用される用具に対して、基準フレームによって取り付けられた複数の指標の位置を検知するようになっているセンサと、
ｂ．前記指標の位置に関する前記センサからの情報を受け取り、前記指標が取り付けられている前記用具の位置とロケーションに相当する情報を生成するように構成されたコンピュータ機能と、
ｃ．前記用具の画像を、前記センサによって検知された前記用具の指標の位置に対応して正確に配置され方向付けられるように表示するようになっている表示機能と、
ｄ．前記指標の少なくとも１つは、前記基準フレームまたは前記基準フレームと用具間の接続の誤動作強度より小さい誤動作強度を特徴とする誤動作防止インタフェースを使用して、前記用具に取り付けられ、それによって、前記誤動作防止インタフェースの前記誤動作強度を超える力によって、前記誤動作防止インタフェースが誤動作し、前記指標が、前記用具に対して外れることと、
ｅ．前記誤動作防止インタフェースは、誤動作した後に、システム内に前記指標を登録する必要無しで、前記指標が再配置されることを可能にする構造を特徴とすることと、
を特徴とするシステム。
【請求項２】
前記指標の少なくとも幾つかが基準であることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項３】
基準とする前記特徴の少なくとも幾つかは、赤外センサデバイスによって検知されるように構成された反射表面を特徴とすることを更なる特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記指標の少なくとも幾つかは能動デバイスであることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項５】
前記能動デバイスの少なくとも幾つかは、呼び掛けられるとエネルギーを放出するトランスポンダであることを更なる特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記誤動作防止インタフェースは非対称構造であることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項７】
複数の指標は、単一の誤動作防止インタフェースを使用して、前記用具に接続されることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項８】
複数の指標は、複数の誤動作防止インタフェースを使用して、前記用具に接続されることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項９】
複数の指標は、各指標に対応する誤動作防止インタフェースを使用して、前記用具に接続されることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項１０】
前記誤動作防止インタフェースは、摩擦嵌合を生成するようになっている構造を含むことを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項１１】
前記用具は人体のパーツであることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記用具は骨ねじであることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記用具は挿入物であることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項１４】
さらなる接続補助は、前記指標を前記用具に取り付けるのに使用されることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記さらなる接続補助は磁気引力であることを更なる特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記さらなる接続補助は接着剤であることを更なる特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記さらなる接続補助は、フックとパイルコネクタであることを更なる特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記指標は、前記インタフェースが誤動作した後に、前記用具に対して、ただ１つの位置と配向に再配置し得ることを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記誤動作防止インタフェースは、キー及び対応するスロットを含むことを更なる特徴とする、請求項１または請求項２０に記載のシステム。
【請求項２０】
コンピュータ支援手術を行う方法であって、
Ｉ．コンピュータ支援手術システムを設ける段階であって、
該システムは、
ａ．手術において使用される用具に対して、基準フレームによって取り付けられた複数の指標の位置を検知するようになっているセンサと、
ｂ．前記指標位置に関する前記センサからの情報を受け取り、前記指標が取り付けられている前記用具の位置とロケーションに相当する情報を生成するようになっているコンピュータ機能と、
ｃ．前記用具の画像を、前記センサによって検知された前記用具の指標の位置に対応して正確に配置され方向付けられるように表示するようになっている表示機能と、を含み、
ｄ．前記指標の少なくとも１つは、前記基準フレームまたは前記基準フレームと用具間の接続の誤動作強度より小さい誤動作強度を特徴とする誤動作防止インタフェースを使用して、前記用具に取り付けられ、それによって、前記誤動作防止インタフェースの前記誤動作強度を超える力によって、前記誤動作防止インタフェースが誤動作し、前記指標が、前記用具に対してはずれ、
ｅ．前記誤動作防止インタフェースは、誤動作した後に、システムにおいて前記指標を登録する必要無しで、前記指標が再配置可能にする構造を特徴とする、前記コンピュータ支援手術システムを設ける段階と、
ＩＩ．前記システムに前記指標を登録する段階と、
ＩＩＩ．前記表示機能によって表示された前記画像を使用して、手術中に前記用具をナビゲーションする段階と、
ＩＶ．誤動作防止インタフェースが誤動作するように、少なくとも１つの指標を外す段階と、
Ｖ．前記指標を、前記用具に対して正しい位置と配向に再配置する段階と、
ＶＩ．前記システムにおいて前記指標を登録する必要無しで、手術中に前記用具をナビゲーションし続ける段階と、を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年１０月２０日に出願された米国出願第１０／６８９，１０３号に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
手術処置ならびに他の医療オペレーション中の大きな関心は、できる限り高い精度で処置を実行することである。例えば、整形外科処置では、埋め込み式人工構成部品の最適以下のアライメントが、最終的に、埋め込み式人工装具の誤動作をもたらす場合がある、望ましくない磨耗及び変更を引き起こす場合がある。他の一般的な手術処置もまた、その実施に精度を要求する。
【０００３】
例えば、整形外科処置の場合、これまでのやり方は、人工構成部品の精密なアライメントを可能にしなかった。例えば、膝全置換では、骨の切除のための以前の器具構成は、大腿及び脛骨切除のアライメントを、内反/外反、屈曲/伸展、及び外部/内部回転に限定した。さらに、外科医は、解剖学的変動性のために混乱を招く可能性があるアライメントについて、視覚的ランドマークまたは「経験則」を使用することが多い。骨髄内参照機器はまた、大腿管及び脛骨管を破る。この侵入は、患者の脂肪塞栓症及び不必要な血液喪失のリスクを増加させる。
【０００４】
本発明の種々の実施形態によるデバイス及び方法は、膝の修復、復元、または置換手術に対してだけでなく、体の任意の他の間接、ならびに、任意の他の手術または他のオペレーションと連携した修復、復元、または置換手術に対しても適用可能であり、任意の他の手術または他のオペレーションにおいて、体のパーツ、体以外の構成部品、及び/または、回転軸などの仮想基準の位置と配向を追跡すること、及び、ナビゲーションとオペレーションの実施において使用するために、互いに対するそれらの位置と配向に関するデータを表示し、出力することが有益である。
【０００５】
幾つかの製造業者は、現在、手術処置を高精度で実施することを補助するのに使用される画像誘導式手術ナビゲーションシステムを製造する。Medtronic Surgical Navigation Technologies, Inc.によって製造されるＦＬＵＯＲＯＮＡＶ（登録商標）を有するＴＲＥＯＮ（商標）及びｉＯＮシステムは、こうしたシステムの例である。ＢｒａｉｎＬＡＢ  ＶＥＣＴＯＲＶＩＳＩＯＮ（登録商標）システムは、こうした手術ナビゲーションシステムの別の例である。画像誘導式手術を達成するシステム及び方法はまた、２００２年２月１１日に出願され、「Image Guided Fracture Reduction」という名称のＵＳＳＮ６０／３５５，８８６に対して優先権を主張する２００３年２月１１日に出願され、「Image Guided Fracture Reduction」という名称のＵＳＳＮ１０／３６４，８５９、２００１年２月２７日に出願され、「Image Guided System for Arthroplasty」という名称のＵＳＳＮ６０／２７１，８１８、２００２年８月２７日に出願され、「Image Computer Assisted Knee Arthroplasty」という名称のＵＳＳＮ１０／２２９，３７２、２００２年２月１１日に出願された「Surgical Navigation Systems and Processes」という名称の仮出願第６０／３５５，８９９号に対して優先権を主張する２００２年２月２７日に出願され、「Total Knee Arthroplasty Systems and Processes」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」という名称の仮出願第６０／３５５，８９９号に対して優先権を主張する２００２年２月２７日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes for Unicompartmental Knee Arthroplasty」という名称のＵＳＳＮ１０／０８４，２７８、２００２年２月１１に出願された「Surgical Navigation Systems and Processes」という名称の仮出願第６０／３５５，８９９号に対して優先権を主張する「Surgical Navigation Systems and Processes for High Tibial Osteotomy」という名称のＵＳＳＮ１０／０８４，２９１、２００３年５月２９に出願された「Image-guided Navigated Precisions Reamers」という名称の仮出願第６０／４７４，１７８号、及び、２００３年１０月３日に出願された「Surgical Positioners」(発明者:T. Russel, P. Culley, T. Ruffice, K. Raburn及びL. Grisoni)という名称の仮でない出願に開示され、これら特許文献のそれぞれの全内容は、本願明細書に参考文献として援用される。
【０００６】
これらのシステム及び方法は、体のパーツ、挿入物、器具、試行人工装具、人工構成部品などの手術関連用具、及び骨のランドマークの指定に基づいて計算され、記憶される回転軸などの仮想構造物または基準の位置を追跡するために、立体的に作動する赤外センサまたは基準構造または基準送信機と共に作動する他のセンサなどの、位置及び/または配向追跡センサを使用する。スタンドアローンか、ネットワーク接続されるか、または、その他の方式のいずれであっても、任意所望のコンピュータ機能の形態などの処理能力は、フィデューシャル、基準送信機などの関連する基準構造の検知された位置と配向に基づいて、または、記憶した位置及び/または配向情報に基づいて、位置検知フィールド(一般的に、または、特別に、手術フィールドの全てか、ある部分か、または、全てを超えたフィールドに相当してもよい)内で種々の用具に関する位置と配向情報を考慮する。処理機能は、各オブジェクトについての、この位置と配向情報を、コンピュータ化したx線透視撮影したファイル、器具構成部品、試行人工装具、または実際の人工装具を代表するものを表示するワイヤフレームデータファイル、あるいは、回転軸か、他の仮想構造物か、または他の仮想基準に関するコンピュータ生成したファイルなどの、記憶した情報と関係付ける。処理機能は、その後、これらのオブジェクトの位置と配向を、スクリーン上に、モニタ上に、またはその他の方法で表示する。こうして、システムまたは方法は、基準構造または基準送信機の位置を検知することによって、ナビゲーション、評価、それ以外に手術または他のオペレーションを実施する時の使用のために、体のパーツ、手術に関連する用具、挿入物、及び仮想構造物の、予測されるか、または、実際の位置と配向に関する有用なデータを表示するか、または、その他の方法で出力することができる。
【０００７】
これらの基準構造または基準送信機の一部は、赤外カメラによって検出される赤外光を放出するか、または、反射してもよい。基準は、赤外、視覚、音、磁気、電磁気、Ｘ線、または任意の他の所望の技法によって、能動的か、または、受動的に検知されてもよい。能動基準はエネルギーを放出し、受動基準は単にエネルギーを反射する。基準の位置と配向、したがって、基準が取り付けられる、関連する器具、挿入物構成部品、または他のオブジェクトの位置と配向を求めるために、基準構造は、赤外センサによって追跡される、通常は４つであるが、少なくとも３つのマーカまたはフィデューシャルを有してもよい。
【０００８】
固定フィデューシャルを有する基準構造に加えて、互いに無関係に配置されもよいモジュール式フィデューシャルが、座標系の基準点に使用されてもよい。モジュール式フィデューシャルは、２つ、場合によっては、それより多いセンサによって追跡することができる反射要素を含んでもよく、センサの出力は、関連する処理機能によって協調して処理されて、モジュール式フィデューシャルが取り付けられている用具の位置と配向を幾何学的に計算することができる。固定フィデューシャル基準構造と同様に、モジュール式フィデューシャル及びセンサは、赤外スペクトルに限定される必要はなく、任意の電磁、静電、光、音、無線周波数、または他の所望の技法が使用されてもよい。同様に、モジュール式フィデューシャルは、赤外または他の形態のエネルギーを「受動的に」反射するのとは対照的に、追跡システムに対して、基準情報を「能動的に」送信してもよい。
【０００９】
一部の画像誘導式ナビゲーションシステムは、基準構造が、ｘ線透視撮影が行われるのと同時に検出されることを可能にする。これによって、基準構造の位置と配向が、ｘ線透視撮影と連携することが可能になる。その後、位置と配向データを処理した後、基準構造は、ｘ線透視によって記録された解剖学的特徴部の位置と配向を追跡するのに使用されてもよい。基準構造を装備する器具、構成部品、または他の構造のコンピュータ生成画像は、ｘ線透視画像上に重ね合わせられてもよい。器具、試行品、挿入物、あるいは他の構造または幾何形状は、３Ｄモデル、輪郭モデル、または骨−挿入物インタフェース表面として表示することができる。
【００１０】
一部の画像誘導手術ナビゲーションシステムは、基準構造に関連するフィデューシャルの位置を能動的に、または、受動的に検出することによって、基準構造、したがって、基準構造に固定された解剖学的構造または器具の部分のロケーションと位置を監視する。フィデューシャルが、特定のパターンで配列されるため、システムは、フィデューシャルに関連する基準構造の正確な配向とロケーションを求めることができる。換言すれば、個々のフィデューシャルの特定のロケーションに応じて、システムは、基準構造を特定の方法で「見る」ことになり、そのデータに基づいて基準構造のロケーションと配向を計算することができることになる。その結果、システムは、基準構造に関連する解剖学的構造または器具の部分の正確な配向とロケーションを求めることができる。
【００１１】
互いに対する、また、関連する解剖学的構造または器具に対する個々のフィデューシャルの正確な空間的関係は、フィデューシャルを基とするシステムが、関連する用具の位置と配向を計算する方法の基礎を形成する。同様に、基準送信機とその関連する解剖学的構造または器具との正確な空間的関係は、送信機を基とするシステムが、関連する解剖学的構造または器具の位置と配向を計算する方法の基礎を形成する。その結果、フィデューシャルまたは基準送信機と、追跡される関連用具との空間的関係は、システムに一旦登録されると、フィデューシャルまたは基準送信機の位置及び／又は配向のその後の変化によって、システムが、フィデューシャルまたは基準送信機に関連する解剖学的構造または器具の位置と配向を、誤まって計算する場合がある。基準の配向及び／又は位置の小さな変化でさえもが、システムが、関連する解剖学的構造または器具の配向及び／又はロケーションを検出する方法の劇的な差をもたらす場合がある。こうした変化は、システムが再較正されることを必要とし、さらなるｘ線透視または他の撮像が行われる（ｏｂｔａｉｎ）ことを必要とし、処置の時間と費用を増加させる可能性がある。システムを再較正することに失敗することは、所望の手術処置の実行に不正確さをもたらす場合がある。
【００１２】
忙しい手術室において、較正後に、基準構造あるいは基準構造上の１つまたは複数のフィデューシャルは、外科医または看護婦の腕または肘によってなどで、誤まって、位置または配向が変わるか、または、変位することになる可能性が存在する。これが起こると、基準構造及び／又はフィデューシャルは、体のパーツ、体以外の構成部品、及び座標系に以前に設置された他の基準点のロケーション、位置、及び配向に関する不正確な情報を提供することになり、手術処置の安全性が損なわれる。外科医または他の手術の立会い人が、基準構造を元の位置に戻るようにたとえ設置しようと試みても、元のロケーション、位置、及び配向に所定の精度で再配置することは事実上不可能である。また、先に述べたように、わずかの変化でさえも、劇的な結果をもたらす可能性がある。
【００１３】
結果として、基準構造またはフィデューシャルが、基準系において、元の位置を見失うと、座標系全体が再較正されるか、または、再登録されなければならない。画像誘導手術について続けると、外科医は、処置において使用されることになる各器具、及び、座標系内の患者の上か、または、その他にあるそれぞれの基準構造及びフィデューシャルを登録しなければならない。この方法は、手術処置を完了するのに必要な時間を長引かせ、患者が手術下にある、さらなる時間長から生じる不必要な合併症をもたらす可能性がある。
【００１４】
この問題に対して、基準構造またはフィデューシャルが、上述したように変位すると、一部の外科医が、システム全体を再較正するのに必要な時間をかけないようになる傾向が加わる。これが起こると、撮像システムによって生成された仮想画像は、体のパーツ、体以外の構成部品、及び他の基準点の実際の位置、配向、及び関係の真の反映ではなくなる。これらの状況下で座標系によって手術処置を進めることは明らかに危険である可能性がある。
【特許文献１】米国出願第１０／６８９，１０３号明細書
【特許文献２】ＵＳＳＮ６０／３５５，８８６号明細書
【特許文献３】ＵＳＳＮ１０／３６４，８５９号明細書
【特許文献４】ＵＳＳＮ６０／２７１，８１８号明細書
【特許文献５】ＵＳＳＮ１０／２２９，３７２号明細書
【特許文献６】仮出願第６０／３５５，８９９号明細書
【特許文献７】ＵＳＳＮ１０／０８４，２７８号明細書
【特許文献８】ＵＳＳＮ１０／０８４，２９１号明細書
【特許文献９】仮出願第６０／４７４，１７８号明細書
【特許文献１０】「Surgical Positioners」(Russel, P. Culley, T. Ruffice, K. Raburn及びL. Grisoni等による)という名称の出願明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の種々の態様及び実施形態は、変位するか、または、外れると、座標系内の基準点に固定されたベースから容易に切り離されることになり、また、精密に再配置することができるフレーム取り付け具を含む。
【００１６】
本発明の一態様によれば、フレーム取り付け具は、座標系に固定されたベースの受け取り部分を補足するように構成されたインタフェースを有する接続部分を含む。取り付けデバイスは、ベースとの安定した接続を生成するが、変位するか、または、外れると、座標系内でのベースのロケーションの変化をもたらすことなく、ベースから分離する。したがって、取り付け具は、システム全体を再較正する必要無しで、交換することができる。
【００１７】
別の態様によれば、フレーム取り付け具は、ベースの受け取り部分を補足するように構成されたインタフェースを有する接続部分を含む。取り付けデバイスは、磁気引力、接着剤、フックとパイルコネクタ、あるいは、取り付けデバイスとベースの間の接合を生成する任意の他の材料または力などの、付加的な接続補助の使用によってベースとの安定した接続を生成する。接合の誤動作強度は、好ましくは、取り付け具またはベースの任意の部分の誤動作強度より小さい。取り付けデバイスが、変位するか、または、外れると、座標系内でのベースのロケーションの変化をもたらすことなく、ベースから分離する。したがって、取り付けデバイスは、システム全体を再較正する必要無しで、交換することができる。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、取り付けデバイスは、フィデューシャル、基準送信機、及び/または、他の基準デバイスを備える。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、ベースは、人体に連結した骨ねじ、及び/又は、他のデバイスを備える。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、取り付けデバイス及びモジュール式フィデューシャルは、座標系内に固定されたベースを損なうことなく、座標系内で移動できるようなモジュール性を示す。
【００２１】
したがって、本発明は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムを提供し、システムは、手術において使用される用具に対して、基準フレームによって取り付けられた複数の指標の位置を検知するようになっているセンサと、指標の位置に関するセンサからの情報を受け取り、指標が取り付けられている用具の位置とロケーションに相当する情報を生成するようになっているコンピュータ機能と、用具の画像を、センサによって検知された用具の指標の位置に対応して正確に配置され方向付けられるように表示するようになっている表示機能が特徴であり、指標の少なくとも1つは、基準フレームまたは基準フレームと用具間の接続の誤動作強度より小さい誤動作強度を特徴とする誤動作防止インタフェースを使用して、前記用具に取り付けられ、それによって、誤動作防止インタフェースの誤動作強度を超える力によって、誤動作防止インタフェースが誤動作し、指標が、用具に対して外れ、誤動作防止インタフェースは、誤動作した後に、システム内に指標を登録する必要無しで、指標が再配置されることを可能にする構造を特徴とする。
【００２２】
好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、指標の少なくとも幾つかがフィデューシャルであることをさらに特徴とする。
【００２３】
より好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、フィデューシャルの少なくとも幾つかが、赤外センサデバイスによって検知されるようになっている反射表面を特徴とすることをさらに特徴とする。
【００２４】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、指標の少なくとも幾つかが能動デバイスであることをさらに特徴とする。
【００２５】
より好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、能動デバイスの少なくとも幾つかが、呼び掛けられるとエネルギーを放出するトランスポンダであることをさらに特徴とする。
【００２６】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、誤動作防止インタフェースが非対称構造であることをさらに特徴とする。
【００２７】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、複数の指標が、単一の誤動作防止インタフェースを使用して、用具に接続されることをさらに特徴とする。
【００２８】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、複数の指標が、複数の誤動作防止インタフェースを使用して、用具に接続されることをさらに特徴とする。
【００２９】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、複数の指標が、各指標に対応する誤動作防止インタフェースを使用して、用具に接続されることをさらに特徴とする
【００３０】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、誤動作防止インタフェースが、摩擦嵌合を生成するようになっている構造を含むことをさらに特徴とする。
【００３１】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、用具が人体のパーツであることをさらに特徴とする。
【００３２】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、用具が骨ねじであることをさらに特徴とする。
【００３３】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、用具が挿入物であることをさらに特徴とする。
【００３４】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、さらなる接続補助が、指標を用具に取り付けるのに使用されることをさらに特徴とする。
【００３５】
より好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、さらなる接続補助が磁気引力であることをさらに特徴とする。
【００３６】
同様により好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、さらなる接続補助が接着剤であることをさらに特徴とする。
【００３７】
同様により好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、さらなる接続補助が、フックとパイルコネクタであることをさらに特徴とする。
【００３８】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、指標が、インタフェースが誤動作した後に、用具に対して、ただ1つの位置と配向に再配置し得ることをさらに特徴とする。
【００３９】
同様に好ましくは、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、誤動作防止インタフェースが、キー及び対応するスロットを含むことをさらに特徴とする。
【００４０】
本発明はまた、コンピュータ支援手術を行う方法であって、コンピュータ支援手術システムを設けることであって、システムは、手術において使用される用具に対して、基準フレームによって取り付けられた複数の指標の位置を検知するようになっているセンサと、指標に関するセンサからの情報を受け取り、指標が取り付けられている用具の位置とロケーションに相当する情報を生成するようになっているコンピュータ機能と、用具の画像を、センサによって検知された用具の指標の位置に対応して正確に配置され方向付けられるように表示するようになっている表示機能を特徴とし、指標の少なくとも1つは、基準フレームまたは基準フレームと用具間の接続の誤動作強度より小さい誤動作強度を特徴とする誤動作防止インタフェースを使用して、用具に取り付けられ、それによって、誤動作防止インタフェースの誤動作強度を超える力によって、誤動作防止インタフェースが誤動作し、指標が、用具に対してはずれ、誤動作防止インタフェースは、誤動作した後に、システム内に指標を登録する必要無しで、指標が再配置されることを可能にする構造を特徴とする、コンピュータ支援手術システムを設けること、システムに指標を登録すること、表示機能によって表示された画像を使用して、手術中に用具をナビゲーションすること、誤動作防止インタフェースが誤動作するように、少なくとも1つの指標を外すこと、指標を、用具に対して正しい位置と配向に再配置すること、及び、システムに指標を登録する必要無しで、手術中に用具をナビゲーションし続けることによって、コンピュータ支援手術を行う方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１〜５は、本発明の一実施形態によるデバイスの１つの形態を示す。図１及び図３は、フィデューシャルまたは反射要素７８、ステム８０、及びキー２１０を含むモジュール式指標２０を示す。指標２０は、代わりに、所望の場合、エネルギースペクトル内の任意のエネルギーを使用するトランスポンダ、または、別のデバイスへ位置情報を与えることができる任意の他の能動または受動デバイスとし得るため、そのデバイスが、手術室内で、体のパーツ、ツール、挿入物、試行のまたは他の物にしっかりと取り付けられた３つ以上の指標２０の位置を検知すると、デバイスは、その物に関する位置と配向情報を生成し得る。指標は、任意所望の形状、寸法、構造、材料、ＲＦＩＤなどの回路要素、または任意の他の物理的に実体化したものとし得る。指標２０を検知するデバイスは、上述した、または、それ以外の、従来型または従来型でないコンピュータ支援手術システムの任意のシステムとし得るものであり、指標２０の位置及びロケーションを検知する撮像装置、指標が取り付けられている物に関する位置と配向情報を生成するコンピュータ機能、及び指標２０の位置に従って正確に配置され且つ方向付けされるように物を表示し得るヂィスプレイデバイスを含む。
【００４２】
これらの図に示す実施形態では、キー２１０は、ステム８０の下側部分から突出する。指標と基準フレームとの接続か、基準フレームと体のパーツまたは他の物との接続の誤動作強度、または、これらの構成部品の任意のパーツまたはこれらの構成部品の関連するパーツの誤動作強度より小さい誤動作強度を有する誤動作防止インタフェースを作るのに、任意の構造を使用し得る。好ましくは、誤動作防止インタフェースによって、指標が、誤まって、または、その他の方法で外れる場合、ただ１つの位置と配向で、物または用具に対して再配置し得ることが可能になる。その位置は、指標が、コンピュータ支援手術システムに元々登録された位置である。しかし、本発明は、指標が、システムに指標を再登録する必要無しに再配置し得る任意の誤動作防止インタフェースを含む。
【００４３】
図２及び図４は、モジュール式フィデューシャル２０用の誤動作防止インタフェース１２０を有するベース１４０ａを示す。ベースは、ピン、プレート、プラットフォーム、または基準システム内に固定される任意の他のデバイスを含むが、これらに限定されない。誤動作防止インタフェース１２０は、キー２１０を設置するための溝３１０を有する。このキー／溝配置は、フィデューシャル２０が正しく嵌合するために、ただ１つの配向で配置されることを要する。結果として、フィデューシャルが、意図的か、偶然の何れかで、ベースに対して外れるか、または、変位すると、フィデューシャルは、座標系内の元々の配置と同じロケーション、位置、及び配向でベース内に戻すことができ、したがって、基準システム全体の再較正についての必要性がなくなる。ベース１４０ａ上へのフィデューシャル２０の設置を図５に示す。
【００４４】
図１〜図５は、本発明の一実施形態を示すが、本発明は、システム内に指標を登録する必要無しに、指標または取り付けデバイスを再配置可能にする、指標または取り付けデバイスのベースとの登録を可能にする任意のインタフェースを含む。例えば、図６〜図８は、本発明の他の実施形態による他の構造を示す。
【００４５】
図６は、ベース１４０ｂがプレートの形態である、本発明の実施形態を示す。プレートは、ピン４１０の使用によって、体のパーツまたは他の基準点に確実に取り付けられる。この実施形態では、ベース１４０ｂは、誤動作防止インタフェースにおける２つの突出部４０２、４０４、すなわち、第１突出部４０２と第２突出部４０４を含む。突出部は、好ましくは、別の構成要素が、ただ１つの配向で取り付け可能にするように、異なる寸法及び／又は形状である。取り付けデバイス４２０は、この特定の構造に含まれており、基準フレーム、１つまたは複数のフィデューシャル、能動か、受動の何れか１つまたは複数の他の基準デバイスの設置用の付加的な要素４００を受け入れるように構成される。基準構造４２０は、２つの開口４１２、４１４を含み、開口４１２、４１４は、突出部が異なる寸法及び／又は形状であるか否かにかかわらず、突出部４０２、４０４に寸法と形状が対応する。突出部と開口の構成と配置は、好ましくは、取付デバイス４２０が、ただ１つの位置と配向でベース１４０ｂに接続されることを強制する。好ましくは、誤動作防止インタフェースにおいて摩擦嵌合が存在し、誤動作防止インタフェースは、構成部品１４０ｂ、４００、または４２０の任意の構成部品の任意のパーツまたは関連するパーツの誤動作強度より小さく、同様に、ベース１４０ｂと患者の間の接続の変形限界または誤動作強度より小さい誤動作強度を有する。それに応じて、構成部品４００または４２０に直接的または間接的に取り付けられるか、または、接続されるフィデューシャル、基準フレーム、または他の構造が、外れるか、または、変位すると、取付デバイス４２０は、誤動作防止インタフェースにおいて移動するが、ベース１４０ｂは、確実に所定場所にあるままである。しかし、取付デバイス４２０とベース１４０の構成は、ただ１つの位置と配向での接続を可能にするため、取付デバイス４２０は、ベース１４０ｂ上に正確に再設置することができ、手術を進める前に、さらなる較正は必要でない。
【００４６】
図７は、取付デバイス４２０が、ベース１４０ｂ上に設置された、図６の実施形態の変形を示す。この実施形態は、要素４００の表面の上に突出する能動位置指示デバイスまたはフィデューシャルを特徴とし得る要素４００を含む。
【００４７】
図８は、本発明のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、フィデューシャル受入要素４００は、指示デバイスまたはフィデューシャルを、取付デバイス４２０の周縁の外に設置する。しかし、取付デバイス４２０とベース１４０ｂの構成は、十分な力が行使されると、取付デバイス４２０は外れるが、ベース１４０ｂは、確実に所定場所にあるままであり、取付デバイス４２０が、同じ位置と配向で再設置し得るようなものである。したがって、座標系の再較正は必要でない。
【００４８】
図９及び図１０は、ベース１４０ｃが骨ねじの形態である、本発明の別の実施形態を示す。骨ねじは、ドリル取付具４４０上のパターン４３２に相当する誤動作防止インタフェース４３４を含む。このパターンはまた、骨ねじ１４０ｃに取り付けたフィデューシャルまたは他の基準構造の部分に存在する。骨ねじ上のインタフェース４３４と対応するパターン４３２は、ドリル取付具４４０が、正しく嵌合するために、ただ１つの配向で配置されることを要する。ドリル取付具４４０は、骨ねじ１４０ｃに接続され、ドリルは、骨ねじ１４０ｃを骨３００に固定するのに使用される。
【００４９】
図１１は、取付デバイス３２０が、骨３００に接続される骨ねじ１４０ｃ上に設置された、図９及び図１０の実施形態の変形を示す。取付デバイス３２０とベース１４０ｃの構成は、十分な力が行使されると、取付デバイス３２０は外れるが、骨ねじ１４０ｃは、確実に所定場所にあるままであり、取付デバイス３２０が、同じ位置と配向で再設置し得るようなものである。したがって、座標系の再較正は必要でない。
【００５０】
本発明の或る実施形態によれば、接続補助は、さらに、フィデューシャル２０とベース１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃとの接続用の支持を提供する。接続補助は、フィデューシャル２０の底部分の近く、誤動作防止インタフェース１２０内、その両方、または、その他の所にあってもよく、フィデューシャルとベースのいずれの関連する部分よりも小さい誤動作強度を特徴とする、フィデューシャル２０とベース１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ間の接合をもたらす、磁気引力、接着剤、フックとパイルコネクタ、あるいは、任意の他の材料または力を含み得る。それに応じて、十分な力がフィデューシャル２０にかかると、接続補助は、ベースが、正しい位置と配向に容易に再設置可能にするように、変位するか、または、外れることを可能にする。
【００５１】
使用時、フィデューシャル及び／又は能動デバイスを保持する取付デバイス２０、３２０、または４２０は、関連する体のパーツ、あるいは、手術室内のツール、試行品、挿入物構成部品、テーブル、または他の有形な物の一部に接続される。フィデューシャル及び／又は能動デバイスは、その後、引用した文書において十分に(at length)議論され、参考文献として本願明細書に援用される技法に従って、コンピュータ支援手術システムに登録される。手術中、フィデューシャル及び／又は能動デバイスは、コンピュータ処理を使用して、フィデューシャル及び／又は能動デバイスが取り付けられている物の画像が、モニタ上で、正しい位置と配向で表示し得る。しかし、フィデューシャルまたは能動デバイスが、普通なら、フィデューシャルまたは能動デバイスの、位置か、配向か、またはその両方が変わるか、あるいは、フィデューシャルまたは能動デバイスが取り付けられた物を外すことになるように、肘または挿入物に誤まって当たると、代わりに、誤動作防止インタフェースは誤動作し、指標または基準フレームをシステム内に登録する必要をなくすように、フィデューシャルか、能動デバイスか、または基準フレームが、容易に再設置し得るように外すことを可能にする。例えば、フィデューシャル２０は、取り付けた物に対して正しい位置、ロケーション、及び配向で再設置し得る。
【００５２】
図１２は、追跡センサ１０６の視野内で、所望の用具１０４の配向及び／又は位置を追跡するためにモジュール式指標２０を利用し得る追跡システム１０２を示す。モジュール式指標２０または他の基準構造８は、追跡される用具１０４上に設置され、それによって、追跡システム１０２は、追跡センサ１０６の視野内で任意所望の用具の位置及び／又は配向を追跡し得る。追跡センサ１０６は、位置及び／又は配向データを処理機能１１２に中継することができ、処理機能１１２は、そのデータを、撮像デバイス１０８から得られたデータと関係付け、関係付けしたデータを適した出力デバイス１１０に出力する。
【００５３】
上記は、本発明の種々の態様及び実施形態の開示のために供される。本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、本明細書に開示される、構成部品、組合せ、方法、及び実施形態に対して、変更、削除、追加、及び／又は、置換を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態によるモジュール式フィデューシャルの側面略図である。
【図２】図１のモジュール式フィデューシャルに接続するための誤動作防止インタフェースを有するベース部分の平面略図である。
【図３】図１のモジュール式フィデューシャルの斜視図である。
【図４】図２の誤動作防止インタフェースを有するベース部分の斜視図である。
【図５】図２の誤動作防止インタフェースを有するベース部分内に設置するために配置した図１のモジュール式フィデューシャルの略図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、ベースの上部に設置するために配置された取付デバイスの斜視図である。
【図７】本発明の別の実施形態による、ベースに接続された取付デバイスの斜視図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態による、ベースに接続された取付デバイスの斜図である。
【図９】骨ねじに接続するために配置された、本発明の別の実施形態によるドリル取付具の斜視図である。
【図１０】骨ねじに設置するために配置された図９のドリル取付デバイスの別の斜視図である。
【図１１】骨ねじに接続される、本発明の別の態様による取り付けデバイスの斜視図である。
【図１２】本発明の別の実施形態による追跡システムの略図である。
【符号の説明】
【００５５】
２０  モジュール式指標またはフィデューシャル
７８  フィデューシャルまたは反射要素
８０  ステム
２１０  キー
１２０  誤動作防止インタフェース
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ  ベース
３１０  溝
４００  付加的要素またはフィデューシャル受け入れ要素
４０２、４０４  突出部
４１０  ピン
４１２、４１４  開口
４２０  取り付けデバイスまたは基準構造
３００  骨
４３２  パターン
４３４  骨ねじまたは誤動作防止インタフェース
４４０  ドリル取り付け具
３２０  取り付けデバイス
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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