(57)【要約】  低侵襲性の切開を実施するためのシステムおよび方法は、切開デバイスのリアルタイムでの位置を追跡して、提案された切開口の経路および長さと比較することにより、ガイダンスを提供することができる。コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムは、切開デバイスを追跡し得るとともに、切開対象をなす患者に対して関連づけられたおよび切開デバイスに対して関連づけられた基準点機能を示している外科手術参照物の位置および向きを追跡することによって、切開口の経路および長さを計算して提案することができる。
2007518521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚表面上における切開を案内するためのシステムであって、
（ａ）コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムであるとともに、
（ｉ）参照対象をなす構造に関連した少なくとも１つの外科手術参照物の位置および向きを検出し得るセンサと、
（ｉｉ）前記外科手術参照物の位置および向きに関して前記センサから情報を受領し得るとともに、前記外科手術参照物が付設された前記参照対象をなす構造の位置および向きに関する情報を生成し得るコンピュータ機能と、
を有したコンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムと；
（ｂ）患者の骨要素およびその近傍の皮膚がなす部分に対して関連づけられた少なくとも１つの第１外科手術参照物であるとともに、前記コンピュータ機能が、前記第１外科手術参照物の位置および向きを検出している前記センサから情報を受領することによって前記骨要素および前記近傍皮膚の位置および向きに関連する情報を生成し得るものとされ、さらに、前記コンピュータ機能が、前記骨要素の位置および向きに関連して前記コンピュータ機能によって生成された前記情報に基づいて、前記骨要素の近傍の前記皮膚上における切開口の経路および長さを計算して提案し得るものとされているような、少なくとも１つの第１外科手術参照物と；
（ｃ）切開デバイスに対して関連づけられた少なくとも１つの第２外科手術参照物であるとともに、前記切開デバイスが、カッティングデバイスまたはマーキングデバイスとされ、さらに、前記コンピュータ機能が、前記第２外科手術参照物の位置および向きを検出している前記センサから情報を受領することによって前記切開デバイスの位置に関連する情報を生成し得るものとされているような、少なくとも１つの第２外科手術参照物と；
を具備し、
（ｄ）前記コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、前記提案された切開口の経路および長さと、前記切開デバイスの位置に関連する前記情報と、を比較し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
さらに、ディスプレイを具備し、
このディスプレイが、前記提案された切開口の経路および長さと、前記切開デバイスの位置と、を表示することによって、前記提案された切開口の経路および長さと、前記切開デバイスの位置に関連する前記情報と、を比較し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記ディスプレイが、半透明ディスプレイまたはモニタとされていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、
前記ディスプレイが、半透明ディスプレイとされ、
この半透明ディスプレイが、少なくとも１つの第３外科手術参照物に対して関連づけられており、
前記コンピュータ機能が、前記第３外科手術参照物の位置および向きを検出している前記センサから情報を受領することによって前記半透明ディスプレイの位置および向きに関連する情報を生成し得るものとされていることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、前記切開デバイスが前記提案された切開口の経路から逸れた際にフィードバックを提供するフィードバック機能を有していることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、
前記フィードバック機能が、前記切開デバイスが前記提案された切開口の経路から逸れた際に視覚的なフィードバックを提供し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、
前記フィードバック機能が、前記提案された切開口と、前記切開デバイスが通過した経路と、を表示し得るよう構成されたディスプレイとして具現されていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、インジケータデバイスに対して関連づけられた少なくとも１つの第３外科手術参照物を備え、
前記コンピュータ機能が、前記第３外科手術参照物の位置および向きを検出している前記センサから情報を受領することによって前記インジケータデバイスの位置に関連する情報を生成し得るものとされ、
前記コンピュータ支援外科手術ナビゲーションが、前記インジケータデバイスを補助し、これにより、前記インジケータデバイスの位置に関する前記情報に基づいて、および、患者の骨要素およびその近傍の皮膚の位置および向きに関する前記情報に基づいて、前記皮膚表面上に、前記提案された切開口の経路を出力し得るものとされていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、
前記インジケータデバイスが、フィードバック機能を有していることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項８記載のシステムにおいて、
前記インジケータデバイスが、マーキングデバイスまたはプロジェクターとされている
ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施する方法であって、
前記コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、参照対象をなす構造に関連した少なくとも１つの外科手術参照物の位置および向きを検出し得るセンサと、前記外科手術参照物の位置および向きに関して前記センサから情報を受領し得るとともに、前記外科手術参照物が付設された前記参照対象をなす構造の位置および向きに関する情報を生成し得るコンピュータ機能と、を有している場合に、
（ａ）少なくとも１つの第１外科手術参照物を、患者の骨要素およびその近傍の皮膚がなす部分に対して関連づけ；
（ｂ）前記第１外科手術参照物の位置および向きを検出している前記センサから情報を受領することによって前記骨要素および前記近傍皮膚の位置および向きに関連する情報を生成し；
（ｃ）前記骨要素およびその近傍の皮膚の位置および向きに関連して前記コンピュータ機能によって生成された前記情報に基づいて、切開口の経路および長さを計算して提案し；
（ｄ）カッティングデバイスまたはマーキングデバイスとされた切開デバイスに対して、少なくとも１つの第２外科手術参照物を関連づけ；
（ｅ）前記第２外科手術参照物の位置および向きを検出している前記センサから情報を受領することによって前記切開デバイスの位置に関連する情報を生成し；
（ｆ）前記切開デバイスを使用して切開を実施し、その際、前記コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、前記提案された切開口の経路および長さと、前記第２外科手術参照物の位置および向きを検出している前記センサから情報を受領することによって前記コンピュータ機能によって生成された前記切開デバイスの位置に関連する前記情報と、を比較するとともに、この比較結果に基づいて切開を案内する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、
前記コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを、ディスプレイを備えたものとし、
このディスプレイが、前記提案された切開口の経路および長さと、前記切開デバイスの位置と、を表示することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、
前記ディスプレイを、半透明ディスプレイまたはモニタとし、
この半透明ディスプレイまたはモニタが、前記提案された切開口の経路および長さと、前記切開デバイスの位置と、を表示することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法において、
前記切開デバイスが前記提案された切開口の経路から逸れた際には、フィードバックを提供することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、
前記切開デバイスが前記提案された切開口の経路から逸れた際には、視覚的な警告を提供することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、
前記切開デバイスが前記提案された切開口の経路から逸れた際に前記視覚的な警告を提供するに際しては、前記提案された切開口と、前記切開デバイスが通過した経路の少なくとも一部と、を表示することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の方法において、
患者上に、前記提案された切開口の画像を投影し、
前記切開デバイスが前記提案された切開口の経路から逸れた際に前記視覚的な警告を提供するに際しては、前記画像上において警告を行う、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１４記載の方法において、
前記切開デバイスが前記提案された切開口の経路から逸れた際には、可聴的な警告を提供することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１１記載の方法において、
前記切開口を通して前記患者の内部にアクセスを行うことにより、整形外科的インプラントを導入して設置するこ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、特許文献１の優先権を主張するものであり、この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
外科手術からの回復は、特に切開口を有した侵襲的手術からの回復は、長くて苦痛な経験となることがあり、永久的な瘢痕が残ることがある。したがって、手順時に形成される切開口のサイズおよび長さを最小化することが、望ましい。利点としては、組織および筋肉の損傷が低減することや、出血がより少ないことや、回復時間がより速いことや、感染または汚染を受けるというリスクが低減することや、手術後の痛みが少ないことや、瘢痕が小さいことや、リハビリテーションがより速くかつより容易であること、である。
【０００３】
典型的には、外科医は、必要な切開を計画して実行するに際し、解剖学的な目標物や、過去の経験や、テンプレートや、『経験則』、を使用する。しかしながら、患者のサイズや解剖学的構造が相違することにより、理想的な切開経路および長さは、患者ごとに変化する。したがって、従来方法においては、すべての状況において、必ずしも理想的な切開口は得られない。このため、外科医は、切開口を修正したり、あるいは、新たな切開口を形成して切開口の侵襲度合いを増大させたり、する必要があった。
【０００４】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムは、外科医または他の使用者が低侵襲性の切開口を使用することを支援することができる。いくつかの製造業者は、現在のところ、より高精度でもって外科手術を実行する際に援用し得る画像案内型外科手術ナビゲーションシステムを製造している。Medtronic Surgical Navigation Technologies, Inc.社によって製造される、ＦＬＵＯＲＯＮＡＶ（登録商標）ソフトウェアを備えたＴＲＥＯＮ（登録商標）システムおよびｉＯＮ（登録商標）システムは、そのようなシステムの例である。ＢｒａｉｎＬＡＢ  ＶＥＣＴＯＲＶＩＳＩＯＮ（登録商標）システムは、そのような外科手術ナビゲーションシステムの他の例である。画像によって案内されつつ外科手術を実施するためのシステムおよびプロセスは、特許文献２〜１２にも記載されている。これら文献の記載内容は、参考のため、ここに組み込まれる。
【０００５】
これらのシステムおよびプロセスにおいては、例えば赤外線センサといったような立体的等のように機能している位置および／または向き追跡センサを使用する、あるいは、参照物送信器も含めて参照構造に関連しつつ機能している他のセンサを使用する。これにより、生体部位や、器具等の手術関連アイテムや、器具や、試験的プロテーゼや、プロテーゼ構成部材や、仮想構成物や、例えば骨目標物の指定に基づいて計算され保存された回転軸線といったような参照物、の位置を追跡することができる。自立型のものであるかあるいはネットワーク化されたものであるかあるいは他のものであるかに関係なく、例えばコンピュータ機能に関する任意の所望の態様のものといったような処理機能においては、例えば基準点や参照物送信器といったような関連する基準点が検出された位置および向きに基づき、あるいは、格納された位置および／または向きに関する情報に基づき、位置検出フィールド（この位置検出フィールドは、一般にあるいは特定的に、全部または一部に対して、外科手術フィールドのすべてよりも多くのものに対して、対応することができる）内における様々なアイテムに関しての位置および向き情報を考慮する。処理機能は、各対象物に関するこのような位置および向き情報を、アイテムに関して格納された情報と相関させる。例えば、コンピュータ化された蛍光透視画像ファイルや、器具構成部材や試験的関節プロテーゼや実際の関節プロテーゼを表現しているワイヤフレームデータファイルや、回転軸線や他の仮想構成物や参照物に関してコンピュータが生成したファイル、といったような、情報と相関させる。その後、処理機能は、対象物の位置および向きを、スクリーンやモニタやヘッドアップディスプレイ等に、表示する。よって、これらのシステムおよびプロセスは、参照構造または送信器の位置を検出することによって、生体部位や外科手術関連アイテムや器具やインプラントや仮想構成物に関連する予測された位置および向きまたは実際の位置および向きに関して有効なデータを表示したりあるいは、出力したりすることができる。これにより、ナビゲーションや、評価や、外科手術や、他の操作、を行うことができる。
【０００６】
これら参照構造または参照物送信器のいくつかは、赤外線を発光したりあるいは反射したりすることができる。この赤外線は、その後、赤外線カメラによって検出される。参照物は、赤外線や視覚や音や磁気や電磁気やＸ線やあるいは他の任意の所望技術によって、能動的にまたは受動的に、検出する検出することができる。能動的な参照物は、エネルギーを放出し、受動的な参照物は、単に、エネルギーを反射するだけである。いくつかの実施形態においては、参照構造は、少なくとも３つの、しかしながら時には４つの、マーカーまたは基準点を備えている。これらマーカーまたは基準点は、赤外線センサによって追跡され、これにより、参照物の位置および向きが決定される。これにより、関連する器具や、インプラント構成部材や、参照物が付設されている他の対象物、に関する位置および向きが決定される。
【０００７】
Medtronic 社の撮影システムは、参照構造の検出と、蛍光透視撮影と、を同時に行うことができる。これにより、参照構造の位置および向きを、蛍光透視画像と関連づけることができる。その後、処理および向きに関するデータを処理した後に、参照構造を使用することにより、蛍光透視法によって記録された解剖学的特徴物の位置および向きを追跡することができる。参照構造が付設されている器具や構成部材やあるいは他の構造に関し、コンピュータによって生成された画像は、蛍光透視画像の上に重ね合わせることができる。器具や試験物品やインプラントまたは他の構造や幾何形状は、三次元モデルやアウトラインモデルやあるいは骨−インプラントインターフェース面として、表示することができる。
【０００８】
特許文献１３，１４の双方は、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して外科手術操作を導くための方法およびシステムを開示している。
【０００９】
上記特許文献１４は、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して所定経路に沿って哺乳類の体内へと外科手術用器具の先端を案内するための方法および装置を開示している。この文献に開示されているように、切開口の経路は、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して決定される。切開口の経路は、患者の解剖学的一部分に対して固定された参照構造を備えている。このシステムは、例えばＸ線画像といったような画像と関連させつつ外科手術参照の位置および向きに関する情報を使用することにより、例えば脳腫瘍といったような患者内の所望ターゲットへと到達し得るような適切な切開口の経路を計算することができる。その後、２つの光源が、経路に沿ってターゲットのところへと光ビームを放出する。これにより、外科医が器具を操縦すべき場所が明示される。外科医がターゲットへと到達した後には、光ビームは。経路に沿って次なるターゲットに向けて再調整することができる。
【００１０】
特許文献１５は、扇状をなす２つの光ビームを有したガイド用生検ニードルを開示している。扇状をなす２つの光ビームの交差が、生検ニードルのための挿入角度を決定する。生検ニードルが適切な角度に沿って配置された時点で、ニードルは、所定の光量で発光する。ニードルが適切な角度で配置されていない際には、ニードルは、発光しない。
【００１１】
上記特許文献１４，１５に開示されたシステムは、望ましいものではない。それらシステムは、外科手術時に、外科手術用器具の移動状況の追跡に際し、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用しない。その結果、発光体どうしが不適切に位置ズレを起こしている場合には、外科医は、不正確な案内を受けることとなる。つまり、切開口は、望ましい経路および／または長さのものではない。不正確のこの可能性は、不必要な切開をもたらす。このことは、上述したように、望ましいことではない。また問題なのは、これら従来システムの発光体は、セットアップしたり適切に位置合わせしたりあるいは手術のための準備を行うことが困難なものでありかつ時間のかかるものであることである。加えて、不注意な接触等の原因により、発光体どうしが位置ズレを起こした場合には、システムの全体を再調整する必要があり、手術に関連する時間と出費と不満とを増大させる。
【特許文献１】“Systems and Methods for Performing Minimally invasiveIncisions” と題して２００４年１月２０日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／７６０，９９９号明細書
【特許文献２】“Total Knee Arthroplasty Systems and Processes”と題して２００２年２月２７日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／０８４，０１２号明細書
【特許文献３】“Surgical Navigation Systems and Processes forUnicompartmental Knee Arthroplasty”と題して２００２年２月２７日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／０８４，２７８号明細書
【特許文献４】“Surgical Navigation Systems and Processes for High TibialOsteotomy”と題して２００２年２月２７日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／０８４，２９１号明細書
【特許文献５】“Total Knee Arthroplasty Systems and Processes”と題して２００２年２月２７日付けで出願された国際特許出願第ＵＳ０２／０５９５５号明細書
【特許文献６】“Surgical Navigation Systems and Processes forUnicompartmental Knee Arthroplasty”と題して２００２年２月２７日付けで出願された国際特許出願第ＵＳ０２／０５９５６号明細書
【特許文献７】“Surgical Navigation Systems and Processes for High Tibial Osteotomy”と題して出願された国際特許出願第ＵＳ０２／０５７８３号明細書
【特許文献８】“Image Guided Fracture Reduction”と題して２００２年２月１１日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第６０／３５５，８８６号明細書
【特許文献９】特許文献８の優先権を主張しつつ、“Image Guided FractureReduction”と題して２００３年２月１１日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／３６４，８５９号明細書
【特許文献１０】“Image Guided System for Arthroplasty”と題して２００１年２月２７日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第６０／２７１，８１８号明細書
【特許文献１１】“Image Computer Assisted Knee Arthroplasty”と題して２００２年８月２７日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／２２９，３７２号明細書
【特許文献１２】“Reference Frame Attachment”と題して２００３年１０月２０日付けで出願された米国特許出願シリアル番号第１０／６８９，１０３号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，７８２，８４２号明細書
【特許文献１４】“Method and Apparatus for Guiding a Surgical Instrument”と題して２００１年６月８日付けで出願されたＰＣＴ／ＧＢ０１／０２５２３
【特許文献１５】“Medical Instrument Guidance Apparatus and Method”と題してKloess 氏他により１９９８年７月２１日付けで出願された米国特許第５，７８２，８４２号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の様々な見地および実施形態は、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用することにより、皮膚表面に対して低侵襲性の切開を実施するためのシステムおよび方法を提供する。コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムシステムは、切開口の経路および長さを提案するだけでなく、実際の切開の進捗も追跡する。いくつかの実施形態においては、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムは、また、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた場合には、使用者に対してフィードバックに提供する。
【００１３】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムは、例えば患者の解剖学的部位や外科手術ツールや切開デバイスや他の外科手術アイテムやまたは整形外科用インプラントのようなインプラントといったような外科手術参照物の位置および／または向きを検出し得るセンサを備えることができる。ナビゲーションシステムは、さらに、コンピュータ機能を備えることができる。コンピュータ機能は、外科手術参照物の位置および／または向きを検出しているセンサから情報を受領し得るとともに、外科手術参照物に対して関連づけられた構造の位置および／または向きに関する情報を生成することができる。
【００１４】
いくつかの実施形態においては、外科手術参照物は、まず最初に外科手術参照物を構造に対して直接的にまたは間接的に固定することにより、構造に対して関連づけられる。いくつかの実施形態においては、外科手術参照物は、患者の解剖学的要素に対して、好ましくは骨要素に対して、直接的に固定される。次に、外科手術参照物が患者の骨要素に対して固定されている実施形態においては、上述したような蛍光透視画像や他の適切な画像が得られる。参照すべき構造（例えば外科手術ツールやアイテムやインプラント）に関して、コンピュータ機能が既にデータを有しているような構造については、例えばワイヤフレームデータまたは他のデータを有しているような構造については、外科手術参照物が固定されている構造の画像を撮影する必要はない。
【００１５】
外科手術参照物を構造に対して関連づけられた後には、コンピュータ機能によって、外科手術参照物に対して関連づけられた構造の位置および／または向きを登録する必要があり、これにより、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムは、構造の位置および／または向きを追跡することができる。いくつかの実施形態においては、構造を、ナビゲーションシステムに対して登録することができ、これと同時に、蛍光透視画像や他の画像を得ることができる。他の実施形態においては、他の外科手術参照物と関連するプローブを使用して、構造を単にナビゲーションシステムに登録することができる。さらに他の実施形態においては、他の適切な技術を使用することにより、ナビゲーションシステムに対して構造を登録することができる。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態においては、外科手術参照物は、患者の解剖学的要素と切開デバイスとの双方と一緒に、関連づけて登録される。好ましくは、少なくとも１つの外科手術参照物が、患者の骨要素と、この骨要素の近傍の皮膚と、に対して関連づけられる。骨要素に対して直接的に外科手術参照物を固定することにより、外科手術参照物を、外科手術参照物が固定されている骨要素の近傍の皮膚に対しても、関連づけることができる。
【００１７】
いくつかの実施形態においては、切開デバイスは、カッティングデバイスまたはマーキングデバイスのいずれかとすることができる。外科手術参照物は、任意の適切なおよび／または所望の態様でもって、構造に対して関連づけることができる。
【００１８】
いくつかの実施形態においては、患者の解剖学的要素に対して関連づけられた外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから得られた情報を使用することにより、および、患者の解剖学的要素の位置および向きに関してコンピュータ機能によって生成された情報を使用することにより、提案される切開口の経路および長さを、手動によってもあるいは自動的であっても、計算することができる。いくつかの実施形態においては、外科医は、切開口の所望の位置や向きや長さや経路を手動で決定することができる。他の実施形態においては、コンピュータ機能が、あるいは、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムに関連する他の機能が、１つまたは複数の適切なソフトウェアプログラムを使用することにより、切開口の経路を自動的に計算して提案することができる。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態においては、切開を実際に実施する前であってもまた実施している最中であってもまた実施した後であっても、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムは、提案された切開口の経路と、切開デバイスが追従する実際の切開口経路と、を比較することができる。ナビゲーションシステムは、また、この操作を、切開デバイスと関連する参照物構造の位置および向きを追跡することによって、その結果、切開デバイス自体の位置および／または向きを追跡することによって、行うことができる。いくつかの実施形態においては、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムは、切開デバイスの位置および／または向きを、および／または、提案された切開口の位置および／または向きを、ディスプレイ上に表示することができる。他の実施形態においては、提案された切開口の経路を、スキャンレーザーまたは他の任意の適切なデバイスを使用して、患者の解剖学的要素上に投影することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態においては、提案された切開口の経路と、切開デバイスの位置および／または向きと、を単に比較することに加えて、システムは、さらに、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた場合には、フィードバックを提供することができる。フィードバック機能は、視覚的なフィードバックや、可聴的なフィードバックや、他の適切な態様のフィードバック、を提供することができる。いくつかの実施形態においては、フィードバックは、提案された切開口の経路と実際の切開口の経路とを表示しているディスプレイ上に、提供される。ディスプレイは、モニタや、半透明ディスプレイや、あるいは、他の任意の適切なディスプレイ、とすることができる。他の実施形態においては、フィードバックは、患者の皮膚表面上に投影されている画像によって提供される。
【００２１】
本発明の様々な見地および実施形態によるシステムおよび方法を使用することにより、外科医または他の使用者は、患者の皮膚表面上において低侵襲性の切開を実施することができる。
【００２２】
本発明の様々な見地においては、以下のものが提供される。
【００２３】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施する方法であって、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、参照対象をなす構造に関連した少なくとも１つの外科手術参照物の位置および向きを検出し得るセンサと、外科手術参照物の位置および向きに関してセンサから情報を受領し得るとともに、外科手術参照物が付設された参照対象をなす構造の位置および向きに関する情報を生成し得るコンピュータ機能と、を有している場合に、少なくとも１つの第１外科手術参照物を、患者の骨要素およびその近傍の皮膚がなす部分に対して関連づけ；第１外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって骨要素および近傍皮膚の位置および向きに関連する情報を生成し；骨要素およびその近傍の皮膚の位置および向きに関連してコンピュータ機能によって生成された情報に基づいて、切開口の経路および長さを計算して提案し；カッティングデバイスまたはマーキングデバイスとされた切開デバイスに対して、少なくとも１つの第２外科手術参照物を関連づけ；第２外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって切開デバイスの位置に関連する情報を生成し；切開デバイスを使用して切開を実施し、その際、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、提案された切開口の経路および長さと、第２外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによってコンピュータ機能によって生成された切開デバイスの位置に関連する情報と、を比較するとともに、この比較結果に基づいて切開を案内する；ことを特徴とする方法。
【００２４】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを、ディスプレイを備えたものとし、このディスプレイが、提案された切開口の経路および長さと、切開デバイスの位置と、を表示することを特徴とする方法。
【００２５】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、ディスプレイを、半透明ディスプレイまたはモニタとし、この半透明ディスプレイまたはモニタが、提案された切開口の経路および長さと、切開デバイスの位置と、を表示することを特徴とする方法。
【００２６】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際には、フィードバックを提供することを特徴とする方法。
【００２７】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際には、視覚的な警告を提供することを特徴とする方法。
【００２８】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際に視覚的な警告を提供するに際しては、提案された切開口と、切開デバイスが通過した経路の少なくとも一部と、を表示することを特徴とする方法。
【００２９】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、患者上に、提案された切開口の画像を投影し、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際に視覚的な警告を提供するに際しては、画像上において警告を行う、ことを特徴とする方法。
【００３０】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際には、可聴的な警告を提供することを特徴とする方法。
【００３１】
コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムを使用して皮膚表面上において切開を実施するための上記方法において、切開口を通して患者の内部にアクセスを行うことにより、整形外科的インプラントを導入して設置することを特徴とする方法。
【００３２】
皮膚表面上における切開を案内するためのシステムであって、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムであるとともに、参照対象をなす構造に関連した少なくとも１つの外科手術参照物の位置および向きを検出し得るセンサと、外科手術参照物の位置および向きに関してセンサから情報を受領し得るとともに、外科手術参照物が付設された参照対象をなす構造の位置および向きに関する情報を生成し得るコンピュータ機能と、を有したコンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムと；患者の骨要素およびその近傍の皮膚がなす部分に対して関連づけられた少なくとも１つの第１外科手術参照物であるとともに、コンピュータ機能が、第１外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって骨要素および近傍皮膚の位置および向きに関連する情報を生成し得るものとされ、さらに、コンピュータ機能が、骨要素の位置および向きに関連してコンピュータ機能によって生成された情報に基づいて、骨要素の近傍の皮膚上における切開口の経路および長さを計算して提案し得るものとされているような、少なくとも１つの第１外科手術参照物と；切開デバイスに対して関連づけられた少なくとも１つの第２外科手術参照物であるとともに、切開デバイスが、カッティングデバイスまたはマーキングデバイスとされ、さらに、コンピュータ機能が、第２外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって切開デバイスの位置に関連する情報を生成し得るものとされているような、少なくとも１つの第２外科手術参照物と；を具備し、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、提案された切開口の経路および長さと、切開デバイスの位置に関連する情報と、を比較し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【００３３】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、さらに、ディスプレイを具備し、このディスプレイが、提案された切開口の経路および長さと、切開デバイスの位置と、を表示することによって、提案された切開口の経路および長さと、切開デバイスの位置に関連する情報と、を比較し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【００３４】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、ディスプレイが、半透明ディスプレイまたはモニタとされていることを特徴とするシステム。
【００３５】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、ディスプレイが、半透明ディスプレイとされ、この半透明ディスプレイが、少なくとも１つの第３外科手術参照物に対して関連づけられており、コンピュータ機能が、第３外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって半透明ディスプレイの位置および向きに関連する情報を生成し得るものとされていることを特徴とするシステム。
【００３６】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際にフィードバックを提供するフィードバック機能を有していることを特徴とするシステム。
【００３７】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、フィードバック機能が、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際に視覚的なフィードバックを提供し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【００３８】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、フィードバック機能が、提案された切開口と、切開デバイスが通過した経路と、を表示し得るよう構成されたディスプレイとして具現されていることを特徴とするシステム。
【００３９】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、さらに、プロジェクターを具備し、このプロジェクターが、患者上へと提案された切開口の経路の画像を投影し得るとともに、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた場合には、画像を変えることによって、視覚的なフィードバックを提供し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【００４０】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、フィードバック機能が、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際に可聴的なフィードバックを提供し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【００４１】
皮膚表面上における切開を案内するためのシステムであって、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムであるとともに、参照対象をなす構造に関連した少なくとも１つの外科手術参照物の位置および向きを検出し得るセンサと、外科手術参照物の位置および向きに関してセンサから情報を受領し得るとともに、外科手術参照物が付設された参照対象をなす構造の位置および向きに関する情報を生成し得るコンピュータ機能と、を有したコンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムと；患者の骨要素およびその近傍の皮膚がなす部分に対して関連づけられた少なくとも１つの第１外科手術参照物であるとともに、コンピュータ機能が、第１外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって骨要素および近傍皮膚の位置および向きに関連する情報を生成し得るものとされ、さらに、コンピュータ機能が、骨要素の位置および向きに関連してコンピュータ機能によって生成された情報に基づいて、骨要素の近傍の皮膚上における切開口の経路および長さを計算して提案し得るものとされているような、少なくとも１つの第１外科手術参照物と；切開デバイスに対して関連づけられた少なくとも１つの第２外科手術参照物であるとともに、切開デバイスが、カッティングデバイスまたはマーキングデバイスとされ、さらに、コンピュータ機能が、第２外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって切開デバイスの位置に関連する情報を生成し得るものとされているような、少なくとも１つの第２外科手術参照物と；を具備し、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、提案された切開口と、切開デバイスの位置に関連する情報と、を比較し得るよう構成され、さらに、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムが、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた際にフィードバックを提供するフィードバック機能を有していることを特徴とするシステム。
【００４２】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、さらに、プロジェクターを具備し、このプロジェクターが、患者上へと提案された切開口の経路の画像を投影し得るとともに、切開デバイスが提案された切開口の経路から逸れた場合には、画像を変えることによって、視覚的なフィードバックを提供し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【００４３】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、さらに、ディスプレイを具備し、このディスプレイが、提案された切開口の経路に関する画像を表示し得るとともに、切開デバイスが追従する少なくとも一部の経路と、を表示し得るよう構成されていることを特徴とするシステム。
【００４４】
皮膚表面上における切開を案内するためのシステムであって、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムであるとともに、参照対象をなす構造に関連した少なくとも１つの外科手術参照物の位置および向きを検出し得るセンサと、外科手術参照物の位置および向きに関してセンサから情報を受領し得るとともに、外科手術参照物が付設された参照対象をなす構造の位置および向きに関する情報を生成し得るコンピュータ機能と、を有したコンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムと；患者の骨要素およびその近傍の皮膚がなす部分に対して関連づけられた少なくとも１つの第１外科手術参照物であるとともに、コンピュータ機能が、第１外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって骨要素および近傍皮膚の位置および向きに関連する情報を生成し得るものとされ、さらに、コンピュータ機能が、骨要素の位置および向きに関連してコンピュータ機能によって生成された情報に基づいて、骨要素の近傍の皮膚上における切開口の経路および長さを計算して提案し得るものとされているような、少なくとも１つの第１外科手術参照物と；切開デバイスに対して関連づけられた少なくとも１つの第２外科手術参照物であるとともに、切開デバイスが、カッティングデバイスまたはマーキングデバイスとされ、さらに、コンピュータ機能が、第２外科手術参照物の位置および向きを検出しているセンサから情報を受領することによって切開デバイスの位置に関連する情報を生成し得るものとされているような、少なくとも１つの第２外科手術参照物と；を具備し、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションが、インジケータデバイスを補助し、これにより、インジケータデバイスの位置に関する情報に基づいて、および、患者の骨要素およびその近傍の皮膚の位置および向きに関する情報に基づいて、皮膚表面上に、提案された切開口の経路を出力し得るものとされていることを特徴とするシステム。
【００４５】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、インジケータデバイスが、マーキングデバイスを備えていることを特徴とするシステム。
【００４６】
皮膚表面上における切開を案内するための上記システムにおいて、インジケータデバイスが、プロジェクターを備え、このプロジェクターが、患者上へと提案された切開口の経路の画像を投影し得るものとされていることを特徴とするシステム。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１は、本発明の第１実施形態に基づいて低侵襲性の切開を実施するためのシステム１０を概略的に示している。システム１０は、切開デバイスのリアルタイム位置を、計算されて提案された切開口と比較しつつ追跡することによって、外科手術な切開に関する案内（ガイダンス）を行うことができる。提案される切開口の経路および長さは、切開対象をなす患者の解剖学的要素３６（関連する骨要素４２と、この骨要素の近傍の皮膚４４と、を含む）の位置および向きを追跡することにより得られる情報を使用して、計算することができる。図１に示すように、システム１０は、センサ１４と、コンピュータ機能１８（メモリ機能２０と、処理機能２２と、入出力機能２４と、を有することができる）と、ディスプレイ３０と、プロジェクター３２と、他の出力デバイス３４と、フットペダル２６と、撮影デバイス２８と、外科手術参照物１６と、マーキングデバイス３８と、カッティングデバイス４０と、を備えることができる。システム１０は、これらのアイテムのすべてを必須とするわけではなく、本発明の様々な実施形態によるシステム１０は、これら様々なアイテムのおよび他のアイテムの、様々な組合せとすることができる。例えば、好ましい実施形態においては、システムは、外科手術参照物１６に関連しつつ、マーキングデバイス３８とカッティングデバイス４０との一方だけを必要とし、マーキングデバイス３８とカッティングデバイス４０との双方は必要としない。いくつかの実施形態においては、マーキングデバイス３８は必要ではなく、カッティングデバイス４０が外科手術参照物１６と関連している。
【００４８】
図１は、膝に関して低侵襲性の切開を実施するに際して使用されるシステム１０を示している。しかしながら、システム１０は、膝の近傍の切開に限定されるものではなく、システム１０は、患者の任意の所望の解剖学的部分に関しての低侵襲性の切開を案内するに際して使用することができる。
【００４９】
図１に示す実施形態においては、システム１０は、上述したような例えばＴＲＥＯＮ（登録商標）システムやＩＯＮ（登録商標）システムやあるいはＶＥＣＴＯＲＶＩＳＩＯＮ（登録商標）システムといったようなコンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム１２を備えている。コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム１２は、センサ１４と、コンピュータ機能１８と、を備えることができる。センサ１４は、外科手術参照物１６の位置および／または向きを検出し得るような、例えば上述したものやまたは他のセンサといったような、任意の適切なセンサとすることができる。好ましい実施形態においては、センサ１４は、外科手術参照物１６の位置および／または向きを検出し得るよう、赤外線を放出するとともに、反射光を検出する。
【００５０】
外科手術参照物１６は、センサ１４によって参照されて検出されるべき構造に対して固定し得る任意のデバイスとすることができる。これにより、外科手術参照物１６の位置および／または向きを検出することができる。適切な外科手術参照物１６は、限定するものではないけれども、ピンまたはネジによって骨要素に対して固定された基準点；あるいは、プラットホームまたは他の構造に対して固定されたモジュラー基準点；あるいは、磁気的な基準点；あるいは、迅速に解除し得る基準点；あるいは、調節可能な基準点；あるいは、電磁気的エミッタ；あるいは、ラジオ周波数エミッタ；あるいは、ＬＥＤエミッタ；あるいは、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステムによって適切に追跡し得るような他の任意の外科手術参照物；を備えることができる。これらのあるいは他の適切な外科手術参照物１６は、本明細書内で引用した様々な文献の中に記載されている。
【００５１】
図１に示す実施形態においては、センサ１４は、外科手術参照物１６の位置および向きに関して、コンピュータ機能１８に対して情報の通信を行うことができる。その場合、コンピュータ機能１８は、メモリ機能２０および／または処理機能２２を使用することにより、外科手術参照物１６に関して検出された位置および向きに基づいて、外科手術参照物１６に関連づけて参照されるべき構造の位置および／または向きを計算することができる。
【００５２】
図１に示す実施形態においては、外科手術参照物１６は、参照されるべき構造や、マーキングデバイス３８や、カッティングデバイス４０、に対して関連づけられる。ここで、参照されるべき構造とは、患者の生体部位３６（骨要素４２と、この骨要素の近傍の皮膚４４と、を含む）である。例えば、外科手術参照物１６は、最初に骨要素４２に対して外科手術参照物１６を固定することによって、骨要素４２および近傍の皮膚４４に対して関連づけることができる。これは、上述した手法によって外科手術参照物１６を骨要素４２に対して固定することも含めて、任意の適切なおよび／または所望の手法によって、行うことができる。その後、例えば蛍光透視法やＸ線といったようなものに基づく画像を、あるいは、骨要素４２や近傍皮膚４４や他の構造に関する他の情報を、骨要素４２に対して固定された外科手術参照物１６の位置および／または向きに関連させたものとして、得ることができる。図１に示すように、そのような情報は、例えば蛍光透視に基づくデバイスといったような撮影デバイス２８を使用することによって、他の外科手術参照物１６と関連させつつ得ることができる。あるいは、そのような情報は、他の任意の所望のおよび／または適切な方法にもよって、得ることができる。このようにして外科手術参照物１６を骨要素４２および近傍皮膚４４に対して関連づけることにより、システム１０は、外科手術参照物１６に関して検出された位置および向きに基づき、骨要素４２および近傍皮膚４４の位置および向きを追跡して表示することができる。
【００５３】
外科手術参照物１６は、また、他のアイテムと関連づけることができる。例えば、図１に示すように、マーキングデバイス３８やカッティングデバイス４０と関連づけることができる。それらアイテムに関しては、コンピュータ機能１８は、例えばワイヤフレームデータといったような態様で、既に情報を有している。そのような状況においては、プローブまたは他の適切なデバイスを使用することによって、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム内へと、外科手術参照物の位置および向きを登録することができる。これにより、マーキングデバイス３８またはカッティングデバイス４０の位置および／または向きを、外科手術参照物１６に関して検出された位置および向きと関連づけることができる。本発明のいくつかの実施形態においては、切開デバイスの位置を追跡することだけが必要とされる。いくつかの好ましい実施形態においては、切開デバイスの先端が、提案された切開口と比較されて追跡される。他の実施形態においては、切開デバイスの位置および向きを追跡することを、好ましいものとすることができる。例えば、カッティングデバイス４０を特定の角度でもって皮膚４４に対して侵入させることが望ましい。そのような実施形態においては、カッティングデバイス４０の位置および向きを追跡することによって、カッティングデバイス４０の侵入角度を測定し得ることが、望ましい。
【００５４】
骨要素４２および近傍皮膚４４の位置および向きに関して生成された情報を使用することにより、図１に示すコンピュータ機能１８は、所望の外科手術を行い得るよう、骨要素４２の近傍の皮膚４４に関し、提案すべき切開口の経路および長さを計算することができる。いくつかの実施形態においては、コンピュータ機能１８は、適切なソフトウェアを使用することにより、この操作を自動的に行うことができる。例えば、ソフトウェアは、望ましい手順に際して必要な１つまたは複数の切開口に関連した画像を撮影し得るために骨および組織構造を認識し得るように、さらに、認識された構造に基づき、提案さべき切開口の経路および長さを計算し得るように、プログラムすることができる。他の実施形態においては、外科医は、ディスプレイ３０または他の適切なデバイスを使用することにより、関連する骨および組織構造の位置を手動で決定することができ、その後、コンピュータ機能１８が、提案すべき切開口の経路を計算することができる。さらに他の実施形態においては、外科医または他の使用者は、骨要素４２および近傍皮膚４４を表示しているディスプレイ３０に対して例えばライトペンやマウスや他の適切なデバイスを使用するといった手法によって、提案すべき切開口の経路を手動で決定することができる。
【００５５】
いくつかの実施形態においては、コンピュータ機能１８を使用することによって、生体部位３６の位置または向きが変化した場合であっても、提案された切開口の経路および長さをリアルタイムで更新することができる。骨要素４２および近傍皮膚４４と関連づけて１つまたは複数の外科手術参照物１６の位置および向きを追跡することによって、コンピュータ機能１８は、提案された切開口の経路および／または長さを調節することができ、
生体部位３６の位置および／または向きに関する変化を補償することができる。
【００５６】
他の実施形態においては、例えば、提案すべき切開口を外科医が手動で決定するという実施形態においては、生体部位３６の位置および／または向きが変化してしまって、提案された切開口が不正確なものとなってしまう可能性が発生した場合には、システム１０は、可視的なまたは可聴的な警告を発することができる。他の実施形態においては、生体部位３６の位置および／または向きが変化してしまった場合には、コンピュータ機能１８またはソフトウェアを使用することによって、外科医または他の使用者による手動での決定内容を、自動的に更新することができる。
【００５７】
提案された切開口の経路および長さの決定方法に関係なく、コンピュータ機能は、任意の所望のおよび／または適切な方法でもって、提案された切開口を出力することができる。一実施形態においては、ディスプレイ３０は、提案された切開口を、位置および向きがコンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム１２によって決定された骨要素４２および近傍皮膚４４の画像データに対して重ね合わせつつ、視覚的に表示する。ディスプレイ３０は、モニタまたは半透明ディスプレイも含めた任意の適切なデバイスとすることができる。いくつかの実施形態においては、半透明ディスプレイは、外科医または他の使用者によって着用される『ヘッドアップディスプレイ』とすることができる。他の実施形態においては、プロジェクター３２または他の適切なデバイスが、提案された切開口を、患者の皮膚４４上に投影する。プロジェクター３２または半透明ディスプレイを使用しているいくつかの実施形態においては、プロジェクター３２または半透明ディスプレイを、外科手術参照物１６と関連づけることができる。これにより、提案された切開口の経路および長さを、半透明ディスプレイまたはプロジェクター３２の位置および向きと相関させることができる。これらの実施形態においては、不注意であってもまた意図的であってもたとえプロジェクター３２または半透明ディスプレイの位置が変化した場合であっても、近傍皮膚４４上に投影されている提案された切開口を、正確なままとすることができる。なぜなら、コンピュータ機能１８が、プロジェクター３２の位置または向きの変化に応じて、プロジェクター３２によって投影されている画像を変更し得るからである。プロジェクター３２や、他の適切な投影デバイスや、あるいは、半透明ディスプレイが、外科手術参照物１６と関連づけられている実施形態においては、マーキングデバイス３８および／またはカッティングデバイス４０を、外科手術参照物１６と関連づけないことが、好ましい。それでも、プロジェクター３２、あるいは、外科手術参照物１６と関連づけられている他のデバイスは、切開または他の手順を実施し得るだけの十分なガイダンスを提供することができる。
【００５８】
図１に示す実施形態においては、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム１２を使用することによって、提案される切開口の経路および長さを決定しているだけでなく、例えばマーキングデバイス３８またはカッティングデバイス４０といったような切開デバイスの位置の追跡も行っている。切開デバイスの位置と、提案された切開口の経路と、リアルタイムに追跡して比較することにより、システム１０は、外科医または他の使用者が低侵襲性の切開を実施することを、補助することができる。
【００５９】
マーキングデバイス３８またはカッティングデバイス４０を、外科手術参照物１６と関連づけることができる。これにより、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム１２は、切開デバイスの位置および／または向きを追跡することができる。マーキングデバイス３８は、提案された切開口の経路および長さを患者の解剖学的要素上へと外科医または他の使用者がマーキングし得るような、無菌の外科手術用マーカーまたは他の適切なデバイスとすることができる。カッティングデバイス４０は、切開を行い得るような、メスまたは他の任意の所望の器具とすることができる。マーキングデバイス３８が使用される実施形態においては、カッティングデバイス４０までをも、外科手術ナビゲーションシステム１２で追跡する必要はない。しかしながら、外科医または他の使用者が要望する場合には、カッティングデバイス４０の追跡を行うことができる。
【００６０】
いくつかの実施形態においては、プロジェクター３２は、提案された切開口の経路および長さを、患者の解剖学的要素上に投影することができる。好ましくは、プロジェクター３２は、スキャンレーザーを使用することにより、提案された切開口の経路および長さを、患者の解剖学的要素上へと投影することができる。しかしながら、プロジェクター３２は、また、他の適切なデバイスとすることができる。プロジェクター３２は、切開の実施に際し、カッティングデバイス４０および／またはマーキングデバイス３８と協働してもまたは協働しなくても、使用することができる。外科医または他の使用者は、皮膚４４上に投影されている提案された切開口の経路および長さに追従することができる。これにより、切開デバイス４０によって切開を行うことができる、あるいは、マーカー３８を使用して切開口をマーキングすることができる。しかしながら、プロジェクター３２の使用が要望されるかどうかは、カッティングデバイス４０および／またはマーキングデバイス３８も含めた他の器具が外科手術参照物１６と関連づけられているかどうかに依存することができる。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態においては、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム１２は、マーキングデバイス３８および／またはカッティングデバイス４０の位置および／または向きを、リアルタイムで追跡する。したがって、コンピュータ機能１８は、マーキングプロセス時および／またはカッティングプロセス時には、切開デバイスに関して検出された位置および／または向きと、計算され提案された切開口の経路および長さと、を比較することができる。いくつかの実施形態においては、コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム１２は、入出力機能２４を使用することにより、比較結果を出力することができる。これにより、外科医が切開を実施することを補助することができる。しかしながら、本発明のすべての実施形態について、比較結果を出力することは必須ではない。いくつかの実施形態においては、コンピュータ機能１８は、入出力機能２４を使用することにより、切開デバイスの位置および／または向きと提案された切開口の位置および／または向きとの比較時に切開デバイスが提案された切開口から逸れている場合には、単に警告を出力することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態においては、比較結果を、ディスプレイ３０または他の適切な出力デバイス３４上に、出力することができる。ディスプレイ３０は、切開デバイスのリアルタイムでの位置に関する情報と、骨要素４２および／または近傍皮膚４４に関連させた提案された切開口に関する情報と、を重ね合わせて表示することができる。これにより、実際の位置および／または向きが正しいかどうかを示すことができる。いくつかの実施形態においては、ディスプレイ３０は、モニタとすることができる。他の実施形態においては、ディスプレイ３０は、例えば外科医または他の使用者が着用しているヘッドアップディスプレイといったような半透明ディスプレイや、他の任意の所望のディスプレイ、とすることができる。ディスプレイが半透明ディスプレイとされたいくつかの実施形態においては、半透明ディスプレイは、外科手術参照物１６または他の基準点機能と関連づけることができる。これにより、提案された切開口の経路および／または切開デバイスの実際の位置を、リアルタイムでもって半透明ディスプレイを通して見られる解剖学的要素と比較しながら、正しく表示することができる。
【００６３】
マーキング時またはカッティング時に、切開デバイスが、提案された切開口の経路から逸れている場合には、システム１０は、外科医または他の使用者に対して、フィードバックを提供することもできる。システム１０は、許容可能な位置ズレ度合いに関し、任意の所望の許容範囲でもって校正することができる。システム１０は、提案された切開口からカッティングまたはマーキングが逸れた時点で外科医に対して適切に知らせ得るよう、任意の所望なおよび／または適切な方法でもって、フィードバックを行うことができる。例えば、視覚的なフィードバックや、音響的なフィードバックや、触覚型のフィードバックや、他のタイプのフィードバックを、行うことができる。
【００６４】
いくつかの実施形態においては、ディスプレイ３０上における、提案された切開口と、実際の切開デバイスの位置と、の間のリアルタイムでの比較は、視覚的なフィードバックを提供する。これらの実施形態のいくつかにおいては、提案された切開口から切開デバイスが逸れた場合には、視覚的な警告を表示することができる。視覚的な警告は、任意の所望の態様とすることができる。例えば、フラッシュする光や、色の変化や、提案された切開口の表示または切開デバイスの表示に関する他の変化や、あるいは、他の任意の適切な警告、とすることができる。プロジェクター３２が使用される実施形態においては、投影画像を、様々に変化させることができる。これにより、切開デバイスの位置ズレに関する視覚的な警告を提供することができる。
【００６５】
特許請求の範囲によって規定された本発明の精神および範囲を逸脱することなく、上記実施形態に対して、様々な変更や修正や追加や削除や他の変形を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に基づく低侵襲性の切開口のためのシステムを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  システム
１２  コンピュータ支援外科手術ナビゲーションシステム
１４  センサ
１６  外科手術参照物
１８  コンピュータ機能
２０  メモリ機能
２２  処理機能
２４  入出力機能
３０  ディスプレイ
３２  プロジェクター
３６  解剖学的要素
３８  マーキングデバイス
４０  カッティングデバイス
４２  骨要素
４４  近傍の皮膚
【図１】
2007518521.tif 000003
【国際調査報告】
2007518521.tif 000004
2007518521.tif 000005
2007518521.tif 000006
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