(57)【要約】      （修正有）【課題】脊椎外科手術処置中に脊椎に対する外科手術矯正を計画、実施、及び評価するための方法を提供する。【解決手段】外科手術計画、評価、及び矯正システム１０は外科手術インプラントの位置を得るための空間的追跡システム１２と、インプラントの位置を一連の屈曲指令に変換するためのソフトウェアを含有する制御ユニット１６と、屈曲指令を実行するための屈曲デバイス１８とを含む。空間的追跡システム１２は、ＩＲ配置センサ２０、デジタイザ照準機２３、ならびにホストＵＳＢ変換器２１を含む他の構成要素を含む。【選択図】図１
2019107518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科手術脊椎処置中の、脊椎変形矯正の術中計画及び評価のためのシステムであって、
ＩＲセンサ及びＩＲ追跡アレイを備える空間的追跡システムであって、前記ＩＲ追跡アレイが、埋め込まれた外科手術デバイスの位置をデジタル化し、前記ＩＲセンサを介して前記空間的追跡システムに中継することができる外科手術照準機ツールの近位端に沿って配列される、空間的追跡システムと、
前記空間的追跡システムと通信する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットが、
（ａ）複数の埋め込まれた外科手術デバイスの前記デジタル化された位置データを受信し、
（ｂ）１つ以上の脊椎矯正入力であって、前記脊椎矯正入力のうちの少なくとも１つが、軸平面における脊椎の回旋変形に対応する少なくとも１つの所望の角度である、脊椎矯正入力を受け入れ、かつ
（ｃ）前記デジタル化された位置とは異なる位置で前記外科手術デバイスと係合するように成形された少なくとも１つのロッド解出力を生成するように構成されている、
システム。
【請求項２】
前記制御ユニットは、少なくとも２つのデジタル化された外科手術デバイスの位置の前記デジタル化された位置データに基づいて、少なくとも１つの測定値を生成するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記測定値は、回旋変形角度である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
軸矯正に関する前記脊椎入力は、少なくとも１つの脊椎レベルに関して前記回旋変形角度を調節することを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記脊椎矯正入力は、冠状面における少なくとも１つの脊椎矯正である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
さらに、前記制御ユニットは、少なくとも１つの解剖学的基準点の前記デジタル化された位置データを受信し、前記少なくとも１つの解剖学的基準点の前記デジタル化された位置データに基づいて少なくとも１つの仮想解剖学的基準線を生成するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記仮想解剖学的基準線は、中心仙椎縦線（ＣＳＶＬ）である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記脊椎矯正入力は、前記冠状面における前記ＣＳＶＬに対して前記デジタル化された外科手術デバイスの位置の全てを整列させることを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ロッド解出力は、少なくとも一部の長さに沿って垂直に真っ直ぐなロッドである、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記脊椎矯正入力は、前記冠状面における前記ＣＳＶＬに対して前記デジタル化された外科手術デバイスの位置の全てを整列させることを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記制御ユニットは、解剖学に基づく基準点及び１つ以上のデジタル化された外科手術デバイスの位置のうちの少なくとも１つに基づいて、少なくとも１つの測定値を生成するようにさらに構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項１２】
前記測定値は、冠状コブ角度である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記脊椎矯正入力は、前記冠状コブ角度値における調節である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの解剖学に基づく基準点は、上椎骨上の両側のデジタル化された外科手術デバイスの位置間に延在する仮想線、及び下椎骨上の両側のデジタル化された外科手術デバイスの位置間に延在する仮想線である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記脊椎矯正入力は、デジタル化された外科手術デバイスの位置の圧縮または伸延の調節である、請求項５に記載のシステム。
【請求項１６】
前記脊椎矯正入力は、矢状面における少なくとも１つの脊椎矯正である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御ユニットは、１つ以上のデジタル化された外科手術デバイスの位置に基づいて、少なくとも１つの測定値を生成するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記脊椎矯正入力は、前記コブ角度値における調節である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記デジタル化された位置とは異なる位置で前記外科手術デバイスと係合するように成形された少なくとも１つのロッド解出力を生成することは、前記ロッド解の上に応力分布図を重ねることをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記埋め込まれた外科手術デバイスは、ネジである、請求項１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、名称「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ｓｐｉｎａｌ  Ｓｕｒｇｅｒｙ」で、２０１４年６月１７日に出願された、同一出願人が所有し、かつ同時係属中の米国仮特許出願第６２／０１３，３８７号、及び名称「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ｓｐｉｎａｌ  Ｓｕｒｇｅｒｙ」で、２０１５年１月２０日に出願された、同一出願人が所有し、かつ同時係属中の米国仮特許出願第６２／１０５，７３３号の優先権の利益を主張する国際特許出願であり、それらの全体の内容は、参照することにより、それらの全体が本明細書に記載されるかのように本開示に明確に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、脊椎外科手術に関連する。より具体的には、本出願は、脊椎外科手術処置中に脊椎に対する外科手術矯正を計画、実施、及び評価するためのシステム及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００３】
脊柱は身体に支えを提供し、繊細な脊髄及び神経を保護する、骨及び結合組織の極めて複雑なシステムである。脊柱は、互いに積み重なった一連の椎体を含み、各椎体が、比較的弱い網目状の骨である内側もしくは中央部分と、比較的強い皮質骨である外側部分とを含む。各椎体の間には、脊柱にかかる圧迫力を和らげ、弱める椎間板がある。脊髄を収容する脊柱管は、椎体の後方に位置している。脊椎は、上側及び下側の椎骨の終板が、互いの向きに傾くように、自然な弯曲（すなわち、腰部及び頸部領域においては前弯ならびに胸部領域においては後弯）を有する。
【０００４】
脊柱側弯症（脊椎の異常な横方向の弯曲）、過剰な後弯（脊椎の異常な前方への弯曲）、過剰な前弯（脊椎の異常な後方への弯曲）、脊椎すべり症（１つの脊椎が別のものよりも前方に変位すること）、及び異常な状態、疾患、または外傷によって引き起こされる他の障害（椎間板破裂もしくは椎間板ヘルニア、変性椎間板疾患、椎骨骨折など）を含む、多くの種類の脊柱障害がある。そのような状態を患う患者は、しばしば、極度の消耗する疼痛、ならびに神経機能の低下を経験する。脊椎固定のための後方固定、除圧、変形、及び他の再建を実施して、これらの患者を治療する。腰部、胸部、及び頸部の処置における後方固定の目的は、脊椎区分を安定させ、複数の軸の並びを矯正し、脊髄及び神経の長期間にわたる健康の最適化を補助することである。
【０００５】
脊椎変形は、脊椎の正常な整列に対する構造変化の結果であり、通常、少なくとも１つの不安定な運動区分に起因する。脊椎変形の定義及び範囲、ならびに治療の選択肢は、発展し続けている。脊椎変形矯正に関する外科手術の目的には、弯曲矯正、さらなる変形の防止、神経機能の改善または維持、ならびに矢状面均衡及び冠状面均衡の回復が含まれる。成人の脊椎変形（ＡＳＤ）の場合の矢状面の整列及びパラメータは、健康に関連する生活の質スコア（ＨＲＱＯＬ）と相関的であることがますます認識されてきている。文献では、ＨＲＱＯＬスコアと例えば矢状垂直軸（ＳＶＡ）、骨盤の傾斜（ＰＴ）、及び骨盤の入射角と腰前弯との間の不整合などのレントゲン写真パラメータとの間に実質的な相関性がある。
【０００６】
脊椎外科手術中、ネジ、留め金、及びロッドは、脊椎を安定させるために使用されるデバイスである。かかる処置はしばしば、多くの骨要素の器具の使用を要する。デバイス、例えばロッドを考案し、患者に埋め込むのは相当困難であり得る。脊椎ロッドは通常、ステンレス鋼、チタン、コバルトクロム、または他の類似の硬質金属から形成され、そのため、ある種のてこの作用に基づく屈曲機無しでは屈曲させることが難しい。さらに、脊椎ロッドは、６度のあそびをもって方位付けされ、患者の脊椎の解剖学的構造、ならびにロッドを椎骨に固定するための取り付け点（ネジ、留め金など）を補う必要がある。さらに、治療されている生理学上の問題ならびに医師の好みが、正確な構成の要件を決定することになる。したがって、脊椎ロッドのサイズ、長さ、及び特定の屈曲は、拘束される各椎骨のサイズ、数、及び配置、椎骨間の空間的相関関係、ならびに椎骨に取り付けられたロッドを保持するために使用されるネジ及び留め金に依る。
【０００７】
脊椎ロッドの屈曲は、いくつかの方法により達成することができる。もっとも広範囲に使用される方法は、フレンチ屈曲機と呼ばれる３点屈曲機である。フレンチ屈曲機は、手動で操作して、１つ以上の屈曲をロッドに配置するプライヤーのようなデバイスである。フレンチ屈曲機は、操作するため及びハンドルの長さに基づくてこの作用を提供するために両ハンドルを要する。フレンチ屈曲機の使用は、屈曲の位置、角度、及び回旋の決定がしばしば、主体的であり、患者の解剖学的形態と相互に関連付けるのが難しい可能性があるため、医師の高度な技能を要する。ロッドを屈曲させて、ネジ及び／または留め金構築と嵌合するための他の方法には、現場ロッド屈曲機及びかぎ穴屈曲機の使用が含まれる。しかし、これらの方法の全ては、主体的、反復性であり得、しばしば「芸術」と称される。このように、ロッドの屈曲及び低減活動は、複雑かつ／または長い脊椎構築の完成において、時間がかかる苛立たしいステップであり得る。最適な屈曲を達成するために、増大する手術室での時間は、患者にとって負担になり、罹患率の確率を増加させ得る。ロッドの屈曲の実施が不十分であるとき、ロッドは、構築に前もって負荷を加え、固定システムの失敗の確率を増加させ得る。屈曲及び再屈曲を伴うことは、ロッド内の金属疲労及び応力集中部の形成も促進させ得る。
【０００８】
コンピュータ補助の脊椎ロッドのデザインまたは成形を対象とする試みは、屈曲デバイスの不足、ならびに外科手術デバイスの屈曲を伴う全ての問題の理解不足に起因し、大半は不成功となってきた。最近、Ｉｓａａｃｓに対する米国特許第７，９５７，８３１号で、外科手術インプラント（ネジ、留め金など）の三次元位置を得るためのデジタイザによる空間的測定副システム、インプラントの位置を一連の屈曲指令に変換するためのソフトウェア、及びロッドが正確に屈曲されてネジの各々の内部で特別に嵌合するように、屈曲指令を実行するために使用される機械的ロッド屈曲機を含む、ロッド屈曲システムが記載される。これは、外科医が特別に嵌合されたロッドを初回通過で設けるのを可能にする各患者の解剖学的形態にカスタマイズされる数量化可能なロッドの屈曲ステップを提供し、それにより、特に複雑な事例において、ロッド屈曲の速度及び効率を増加させるため、有利である。同様に、これは、罹患率及びかかる処置に付随するコストを低減する。しかし、固定処置における弯曲及び変形矯正を可能にし、より多くのロッドの屈曲の選択肢をユーザに提供し、ユーザの臨床上の好みにより適応する改善されたロッド屈曲システムに対する必要性はなお存在する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、ユーザ（例えば、外科医）が、ロッド屈曲指令をカスタマイズして、患者の脊椎の状態の所望の矯正に合わせることを可能にするロッド屈曲のためのシステム及び方法を含む。
【００１０】
幅広い態様によると、本発明は、外科手術インプラントの三次元配置情報を得るための空間的追跡システムと、インプラントの位置を一連の所望の矯正に基づく屈曲指令に変換するためのソフトウェアを含む処理システムと、外科手術連結デバイスを屈曲させて、所望の脊椎矯正を達成するための機械的ロッド屈曲機と、を含む。
【００１１】
本発明の別の態様によると、空間的追跡システムは、赤外線（ＩＲ）配置センサ及び外科手術インプラントの位置をデジタル化するために使用されるデジタイザ照準機に取り付けられた少なくとも１つのＩＲ反射追跡アレイを含む。空間的追跡システムは、処理システムが、空間的配置情報を活用して、屈曲指令を生成し得るように処理システムに通信可能に連結される。
【００１２】
本発明の別の態様によると、処理システムは、プログラム化されて、１つ以上の外科医が定めた臨床上の目的に基づいて屈曲指令を生成する。例えば、処理システムは、プログラム化されて、特別な屈曲を設け、ロッドが屈曲される１つ以上の点を調節し、予備屈曲されるロッド選択肢を提案し、矢状面における脊椎矯正を提供し、冠状面における脊椎矯正を提供し、軸平面における脊椎矯正を提供し、全体的な脊椎均衡を達成するための矯正を提供し、ならびに複数の所定の機能を実施し得る。処理システムは、さらにプログラム化されて、術前脊椎パラメータを受信し、計画脊椎パラメータかもしくは標的脊椎パラメータを入力し、かつ／またはそれらのパラメータの術中測定を追跡し得る。処理システムは、これらの臨床上の目的の結果及び／または所定の機能を、有意義な方法でユーザに事前表示及び表示するようにさらに構成されている。
【００１３】
本発明の別の態様によると、１つ以上の外科手術処置は、本システムの様々な実施形態を使用して実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の多くの利点は、同様の参照番号が同様の要素に適用される、以下の添付の図面と併せて本明細書を読むことによって、当業者に明らかとなる。
【００１５】
【図１】一実施形態による、外科手術の計画、評価、及び矯正システムの構成要素を描写する、外科手術処置設定である。
【図２】図１のシステムの部分を備える閉鎖配置におけるデジタイザアレイの一実施形態の斜視図である。
【図３】図２のデジタイザアレイの分解斜視図である。
【図４】開放配置における図２のデジタイザアレイの斜視図である。
【図５】図１のシステムの部分を備えるデジタイザ照準機組み立て品の一実施形態の正面図である。
【図６】図２のデジタイザアレイと互換性がある様々な外科手術照準機の斜視図である。
【図７】一実施形態による、空間的追跡アルゴリズムの斜視図である。
【図８】一実施形態による、ロッド屈曲作業の流れを描写する流れ図である。
【図９】第１の実施形態による、ロッド解を生成するステップを描写する流れ図である。
【図１０】第２の実施形態による、ロッド解を生成するステップを描写する流れ図である。
【図１１】第３の実施形態による、ロッド解を生成するステップを描写する流れ図である。
【図１２】第１の実施形態による、ロッドの屈曲プロセスのステップを描写する流れ図である。
【図１３】図１のシステムの設定画面例を描写するスクリーンショットである。
【図１４】図１のシステムのＩＲ配置センサ設定画面例を描写するスクリーンショットである。
【図１５】図１２のネジ取得ステップにおける第１のステップ中のネジの位置のデジタル化画面例を描写するスクリーンショットである。
【図１６】図１２のネジ取得ステップにおける第２のステップ中のネジの位置のデジタル化画面例を描写するスクリーンショットである。
【図１７】図１２のネジ取得ステップにおける第３のステップ中のネジのデジタル化画面例を描写するスクリーンショットである。
【図１８】図１のシステムのロッドの応力分布図画面例を描写するスクリーンショットである。
【図１９】図１２の屈曲指令ステップにおける屈曲指令画面例を描写するスクリーンショットである。
【図２０】第２の実施形態による、ロッドの屈曲プロセスのステップを描写する流れ図である。
【図２１】図１のシステムの詳細選択メニュー画面例を描写するスクリーンショットである。
【図２２】一実施形態による、点調節機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図２３】図２２の点調節機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図２４】図２３の点調節機構の第３の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図２５】一実施形態による、予備屈曲事前表示機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図２６】図２５の予備屈曲事前表示機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図２７】図２５の予備屈曲事前表示機構の第３の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図２８】一実施形態による、矢状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図２９】図２８の実施形態による、矢状矯正機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３０】第２の実施形態による、矢状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３１】図３０の実施形態による、矢状矯正機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３２】図３０の実施形態による、矢状矯正機構の第３の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３３】第３の実施形態による、矢状矯正機構の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３４】図２８及び／または図３３の実施形態による、矢状矯正機構の追加の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３５】第１の実施形態による、冠状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３６】図３５の実施形態による、冠状矯正機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３７】第２の実施形態による、冠状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３８】図３７の実施形態による、冠状矯正機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図３９】第３の実施形態による、冠状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４０】第４の実施形態による、冠状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４１】図４０の実施形態による、冠状矯正機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４２】図４０の実施形態による、冠状矯正機構の第３の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４３】図４０の実施形態による、冠状矯正機構の第４の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４４】第５の実施形態による、冠状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４５】図４４の実施形態による、冠状矯正機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４６】図４４の実施形態による、冠状矯正機構の第３の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４７】第６の実施形態による、冠状矯正機構の第１の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４８】図４７の実施形態による、冠状矯正機構の第２の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図４９】図４７の実施形態による、冠状矯正機構の第３の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図５０】図４７の実施形態による、冠状矯正機構の第４の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図５１】図４７の実施形態による、冠状矯正機構の第５の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図５２】一実施形態による、軸矯正機構の画面例を表示するスクリーンショットである。
【図５３】図１のシステムの部分を備える機械的ロッド屈曲機の一実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の例示的な実施形態が、以下に記載される。明確化のため、実際に実現されるすべての機構が本明細書に記載されるわけではない。当然ながら、任意のそのような実際の実施形態の開発において、実現によって異なる、システムに関連する制約及びビジネスに関連する制約の順守などの開発者の特定の目的を達成するために、多くの実現に特異な決定が行われるべきであることが理解される。さらに、そのような開発努力は、複雑かつ時間のかかるものであり得るが、それでもなお、本開示の利益を有する当業者にとっては日常的取り組みであり得ることが理解される。本明細書に開示されるシステム及び方法は、個々及び組み合わせの両方で特許権保護が保証される、様々な発明の機構及び構成要素を誇る。
【００１７】
ここで図１を参照すると、例として、１つ以上の外科手術インプラント１４の位置を得るための空間的追跡システム１２と、インプラントの位置を一連の屈曲指令に変換するためのソフトウェアを含有する制御ユニット１６と、屈曲指令を実行するための屈曲デバイス１８と、を含む外科手術計画、評価、及び矯正システム１０の一実施形態が示される。
【００１８】
好ましくは、空間的追跡システム１２は、ＩＲ配置センサ２０、デジタイザ照準機２３、ならびにホストＵＳＢ変換器２１を含む他の構成要素を含む。空間的追跡システム１２は、制御ユニット１６と通信状態にある。制御ユニット１６は、空間的関係ソフトウェア及びＣアーム映像取り入れ能力を有し、外科手術処置に関連する情報がユーザに有意義な方法で伝達され得るように、ディスプレイ３２に通信可能に連結する。例として、関連情報には、ＩＲ配置センサ２０により取得された空間的配置データ（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ軸ならびに方位／回旋データＲｘ、Ｒｙ、及びＲｚにおける平行移動データ）及びＣアーム蛍光透視鏡により生成された術中透視画像を含まれるが、これらに限定されない。
【００１９】
システム１０の機構及び様々な機能的モードをさらに述べる前に、システム１０のハードウェアの構成要素及び機構が、さらに詳細に記載される。制御ユニット１６は、主ディスプレイ３２と、システム１０を制御するために不可欠な処理能力を集合的に含有する処理ユニットと、を含む。主ディスプレイ３２には、好ましくは、情報をユーザに図的に通信し、ユーザからの指令を受信することができる、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）が備え付けられている。処理ユニットは、デジタル信号及び／またはアナログ信号を送信及び受信し、デジタル信号及び／またはアナログ信号を処理し、ディスプレイを介してユーザに処理されたデータを表示するコンピュータハードウェア及びソフトウェアを含有する。制御ユニット１６内のソフトウェアの主要機能には、タッチ画面主ディスプレイ３２を介してユーザコマンドを受信することと、定義されたアルゴリズムに従ってデータを処理することと、受信されたパラメータ及び処理されたデータを表示することと、システム状態を監視することと、が含まれる。例示的な一実施形態によると、主ディスプレイ３２は、好適なタッチ画面技術が備え付けられた１５インチのＬＣＤディスプレイを備え得、処理ユニットは、２ＧＨｚの処理機を備え得る。処理ユニットは、電力供給されたＵＳＢポート、１つ以上の媒体ドライブ、ネットワークポート、無線ネットワークカード、ならびに追加の補助器、センサ、及び外部デバイス（例えば、プリンタ、キーボード、マウスなど）を取り付けるための複数の追加ポート（例えば、ＵＳＢ、赤外線など）をさらに含み得る。好ましくは、使用中、制御ユニット１６は、外科手術台の近くではあるが、外科手術領域の外に置かれる。
【００２０】
１つ以上の実施形態によると、システム１０は、制御ユニット１６を介して空間的追跡システム１２及び／またはＣアームに通信可能に連結された神経監視システムを備える。ほんの一例であるが、神経監視システムは、名称「Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」で、２００８年４月３日に出願された米国特許第８，２５５，０４５号に示され、記載される神経監視システムであり得、それらの全体の内容は、参照することにより、本明細書に完全に記載されるかのように組み込まれる。
【００２１】
図２〜６は、本発明で使用するための１つ以上のデジタイザ照準機２３の様々な構成要素を描写する。図２〜４は、デジタイザ照準機２３のＩＲ反射追跡アレイ２２の構成要素例を詳細に示す。アレイ２２は、ハウジング３４、両側方開閉器３６、及び複数のＩＲ反射球体３８を含み、それらは、それらの配置情報がＩＲ配置センサ２０により選択的に検出可能になるように、アレイ２２上の様々な位置に計算された方法で配列される。ハウジング３４は、スタイラス（例えば、スタイラス２４、２６、２８、及び／または３０）のネジ切り付き端７８をネジ留めして受容するように構成された上部ハウジング４０、底部ハウジング４２、及び遠位ネジ切り付き孔５６を備える。上部ハウジング部分４０はさらに、上側部分４４、下側４６、及び側面４８からなる。複数の球孔５２は、上側部分４４と下側４６との間に延在し、凹状ポケット５４内に反射球体３８を受容するためにサイズ決定及び寸法決定される。各側面４８は、舌部７０を受容するためにサイズ決定及び寸法決定された切り抜き部５０を含む。底部ハウジング４２は、第１の面５８及び第２の面６０からなる。第１の面５８は、嵌め込みプラットフォーム６２及び小球型留め具６４を含む。各開閉器３６は、ハンドル部分６６、カバー部分６８、舌部７０、相互組み合わせの歯車状の歯７２、及び小球型留め具６４を受容するためのチャネル７４を含む。バネ７６は、２つの開閉器３６の間に延在し、バネの留め具７１により所定の配置に保持される。
【００２２】
組み立てられた状態において、各ＩＲ反射球体３８は、プラットフォーム６２上に嵌め込まれる。上部ハウジング４０は、各ＩＲ反射球体３８が球孔５２内それぞれの凹状ポケット５４内と嵌合するように底部ハウジング４２上にスナップ嵌合構成で配置される。一実装例によると、両側方開閉器３６は、各開閉器カバー６８が図２で描写されるようにＩＲ反射球体３８（例えば、中心のＩＲ反射球体３８）の丁度半分を覆い隠すように、切り抜き部５０に滑り込む舌部７０でハウジング３４上に配置される。
【００２３】
図５で描写されるように、ＩＲ反射追跡アレイ２２は、１つ以上の外科手術対象物（例えば  スタイラス２４、２６、２８、３０）と接合する。各スタイラス２４、２６、２８、３０は、ＩＲ反射追跡アレイ２２のネジ切り付き遠位孔５６と接合するためのネジ切り付き近位端７８と、細長い柄８０と、成形された遠位チップ８２を含む。成形された遠位チップ８２は、特定のネジ頭の形状に見合い、特定のネジ頭の形状内に固定嵌合する任意の形状であり得る。例えば、図６は、異なる開放ネジシステム及び最小限に侵襲的なネジシステムと接合するように考案された、異なって成形された遠位チップを有するスタイラス２４、２６、２８、及び３０を各々示す。遠位チップ８２は好ましくは、各ネジ中に挿入されながら、そのネジ（または他の固定デバイス）に対して同軸であるデジタイザ照準機を方位付けする。
【００２４】
デジタイザ照準機２３を使用して、いくつかまたは全てのネジの位置に関する配置情報を取得し得る。好ましい実施形態によると、成形された遠位チップ８２は、ネジ頭中に同軸性に整列される。ネジの位置は、上位から下位または下位から上位の方法でデジタル化され、アレイ２２がトリガされて、ネジ点を登録し得る。いくつかの実装例によると、デジタル化された第１のネジの位置は、屈曲指令のロッド挿入方向の構成要素に相互に関連がある（以下に記載される）。ハンドル６６を圧搾することは、バネの機序を作動させ、開閉器３６が相互組み合わせの歯車状の歯７２を介して均等に開放するのを許す（図４）。開閉器カバー６８を開放することは、中心のＩＲ反射球体３８を晒し、ＩＲ追跡アレイ２２がＩＲ配置センサ２０から「見られる」状態になること、及びデジタイザ照準機２３の配置がデジタル化されることを可能にする。この方法において、中心球体３８が晒されるとＩＲ配置センサ２０は、デジタイザ照準機２３のみを認識し、これは点毎の追跡を可能にし、外科手術対象物を追跡し続ける従来技術システムで起こり得る１つ以上の不必要なデータ点の感知及びデジタル化を不要にする。さらに、歯車上の機序の使用は、受動性ＩＲ反射球体３８がＩＲ配置センサ２０から対称的に「見られる」ことを可能にし、それにより、システム１０による配置情報のより正確な計算が可能になる。いくつかの実装例によると、制御ユニット１６は、可聴音を出して、ＩＲ配置センサ２０により中心球体３８が認識されたこと及びネジ点が取得されたことをユーザに知らせる。点が登録されると、開閉器ハンドル６６は放されてもよく、それにより、両側方開閉器３６が閉鎖する。次いで、本プロセスは、全てのネジの位置をデジタル化するために繰り返される。
【００２５】
本発明によると、ロッド屈曲を達成するための複数のアルゴリズムが提供される。上述されるように、空間的追跡システム１２は、追跡されたＩＲ反射球体３８に対して、６度のあそび（６ＤＯＦ）情報を測定する。これらのデータは、目的の各ネジの完全な姿勢（配置及び方位）を提供し、次いで屈曲指令を計算するためのアルゴリズムライブラリで利用可能にされ得る。外科手術屈曲ソフトウェアは、ネジの位置の位置及び方向データを取り、１つ以上の幾何学系アルゴリズムを使用して、これらの相対的なネジの位置を一連の屈曲指令に変換する。
【００２６】
本発明によると、ロッド屈曲を達成するための複数のアルゴリズムが提供される。外科手術屈曲アルゴリズムは、（１）空間で点を取得、収集、及びデジタル化する空間的位置アルゴリズム、ならびに（２）点を分析し、機械的屈曲デバイス１８でロッドを屈曲させるために必要とされる屈曲指令及びロッド長さを計算する屈曲アルゴリズムの２つのより小さな副システムに分けられ得る。
【００２７】
上述されるように、空間的追跡システム１２は、追跡されたＩＲ反射球体３８に対して、６度のあそび（６ＤＯＦ）情報を測定する。これらのデータは、目的の各ネジの完全な姿勢（配置及び方位）を提供し、次いで屈曲指令を計算するためのアルゴリズムライブラリで利用可能にされ得る。図７は、一実施形態による、空間的位置データ取得プロセスのステップを示す流れ図である。システム１０は、ＩＲ配置センサ２０からのデータに接続し、制御し、読み取るための構成のセンサ対象物を初期化する（ステップ１４０）。次いで、システム１０は、それに接続された全てのデバイスを検査し、ＩＲ配置センサ２０に対応するデバイスＩＤを有するデバイスを発見する（ステップ１４１）。ステップ１４２において、ＩＲ配置センサ２０がステップ１４１で発見された場合、システム１０は、ＩＲ配置センサ２０との接続を構築し続ける（ステップ１４３）。しかし、発見されない場合、システム１０は探査し続ける。システム１０がＩＲセンサ２０に接続した後、次いで、それは、アレイ２２を定義するツールファイルを取り込む（ステップ１４４）。初期化及びツールファイルの取り込み後、ＩＲセンサ２０は、データ取りの準備をする必要がある。ステップ１４５において、ＩＲセンサ２０が起動され、配置データを生成する準備が整うが、追跡が可能になるまで動作していない状態のままにされる。図１４を例とし、それに関して記載されるように、患者の体に対してＩＲセンサ２０の配置を選択することは、制御ユニット１６がＩＲセンサ２０に追跡を開始するよう命令を送信することを引き起こす。追跡が可能になると（ステップ１４６）、ＩＲセンサ２０は、データのために集められ得る（ステップ１４７）。好ましくは、新たなデータが、ＩＲセンサ２０から毎秒２０回要求される。ステップ１４８において、ＩＲセンサ２０を集めて生成されたデータは確認され、それが有効なデータを報告していることを確実にする。ＩＲ反射球体３８の全てが、ＩＲセンサ２０に対して可視であり、デジタイザ照準機２３が、ＩＲセンサの２０の可動範囲の内側に完全にあり、ＩＲセンサ２０とデジタイザ照準機２３との間に障害がなく、位置及び回旋両方の報告された情報が無効でない場合、データは、有効とみなされ得る。ステップ１４９において、データが有効と認められない場合、デジタル化された点は、システム１０により使用されず、収集が再開する。第５のＩＲ反射球体３８（すなわち、中心球体）がデジタイザ照準機２３で可視である場合（ステップ１５０）、屈曲アルゴリズムに関する配置データの収集プロセスが始められる。中心球体３８が可視でない場合、データは、ＩＲセンサ２０及びＩＲ反射追跡アレイ２２の近位性を示すためだけにシステム１０で利用可能である（ステップ１５１）。屈曲アルゴリズムにより使用される点は好ましくは、平均的な複数の素要素である（ステップ１５２）。通常、５つの点は、点が処理される前にこのステップで収集され、屈曲アルゴリズムで利用可能になる。配置データは、平均計算を使用して平均化される。方向は、四元数表示（生の形態）で平均化され、次いで単位方向ベクトルに変換される。データは、回旋マトリックスを使用して、空間的追跡システム１２座標から、システム１０座標系中から回旋される。ステップ１５３において、全ての処理後、データは、屈曲アルゴリズムで利用可能になり、以下でより詳細にさらに記載されるように収集及び処理される。
【００２８】
外科手術屈曲ソフトウェアは、上述されるように、ネジの位置の位置及び方向データを取り、１つ以上の幾何学系アルゴリズムを使用して、これらの相対的なネジの位置を一連の屈曲指令に変換する。図８は、第１の実施形態による、外科手術屈曲プロセスのステップを示す流れ図である。入力有効化ステップ１５４において、システム１０は、システム入力を有効化して、ロッドの突出部がゼロより大きいことを確実にし得、センサ設定を有効化して、ＩＲセンサ２０の位置が設定されたことを確実にし得、取得された点の各々を有効化し得る。例として、取得された点の各々の有効化は、例えば少なくとも２つのデジタル化されたネジ点があり、２つのネジの位置が離れ過ぎておらず、２つのネジの位置が近付き過ぎておらず、最上位にあるネジの位置と最下位にあるネジの位置との間の全長が最も長い利用可能なロッドよりも長くないことを確実にする。
【００２９】
転換ステップ１５５において、データは、取得された第１のデータ点がシステム１０の座標原点に設定され、全てのデータがシステムの座標のｘ軸に整列されるように、中央に寄せられ得かつ整列され得、それにより、患者の脊椎に対してＩＲセンサ２０の誤整列の一切の可能性を低減する。
【００３０】
ロッド計算ステップ１５６において、システム１０は、真っ直ぐなロッド解、予備屈曲されたロッド解、及び特別な屈曲解に関するロッド計算を実施し得る。真っ直ぐなロッド解に関して、システム１０は第一に、ネジの位置の全てに及ぶであろう真っ直ぐなロッドの長さを決定する。この長さは計算されて、選ばれたロッドのネジ頭、ネジの六角頭、及びネジ先の長さ、ならびにユーザの選択されたロッドの突出部の長さの各々に適応し得る。次いで、ネジデータが真っ直ぐな線の許容範囲である場合、システム１０は、データを真っ直ぐな線に適合させ、次に屈曲指令は、ロッド解を返さずかつ予備屈曲されたロッド解の探索に進まない限り、真っ直ぐなロッドを返す。ほんの一例であるが、許容範囲は、矢状面及び冠状面の各々において２ｍｍであり得る。
【００３１】
予備屈曲されたロッド解に関して、システム１０は第一に、ネジの位置の全てに及ぶであろう（以下でより詳細に記載されるような）利用可能なロッドの中でも利用可能なロッドから最短の予備屈曲されたロッドの長さを決定する。この長さは計算されて、選ばれたロッドのネジ頭、ネジの六角頭、及びネジ先の長さ、ならびにユーザの選択されたロッドの突出部の長さの各々に適応し得る。次に、システム１０は、デジタル化されたネジデータを三次元空間の円弧に適合させる。ネジデータが弧の許容範囲である場合、屈曲指令は、ロッド解を返さずかつ特別な屈曲ロッド解の探索に進まない限り、予備屈曲されたロッド解を返す。例として、この許容範囲は、矢状面及び冠状面の各々において２ｍｍであり得る。
【００３２】
図９は、一実施形態による、特別な屈曲アルゴリズムの流れ図を描写する。ステップ１５８において、ネジの位置及び方向データが、上述されるように、空間的追跡システム１２により生成される。次いで、データは、ｘ−ｙ平面（冠状図）及びｘ−ｚ平面（矢状図）の２つの平面に投影される。次いで、各投影は、２Ｄデータ設定として取り扱われる。ステップ１５９において、屈曲低減ステップ１６２の能力を最適化して平滑な解を作製する、ロッドの端の第１の屈曲位置に対する小増分離隔上に固定サイズの輪が生成される。ステップ１６０において、システム１０は、各ネジの位置にスプラインノードを設け、ネジ点を通して区分的連続四次多項式曲線（三次スプライン）を作製する。ステップ１６１において、平滑で連続したスプラインは、曲線に沿って規則的な間隔（例えば、１ｃｍ毎）で標本抽出されて、提案された屈曲位置の初期設定を生成する。ステップ１６２において、ユーザがロッド上で、それを各デジタル化されたネジ点でネジと嵌合するために実行しなければならない屈曲の数をできる限り低減するために、ステップ１６１で提案された屈曲位置の初期設定から、できる限り多くの屈曲が除去される。一実施形態によると、屈曲を排除することが、（１）屈曲されたロッドの経路が、事前に定義された許容範囲制限を超えて逸らされる場合、（２）屈曲角度のいずれもが、所望の屈曲角度の最大値を超える場合、（３）ロッドとネジとの交差角度が、ネジ頭の最大の角形成を超える場合、屈曲は除去されない。屈曲の数が低減されると、２Ｄデータ設定は組み合わせられ、３Ｄデータ設定として取り扱われる。次いで、３Ｄ線区分は、以下の計算を使用して、屈曲を次の屈曲平面に方位付けするのに必要とされる各線区分相互作用間の距離（位置）、２つの線区分間の角度（屈曲角度）、及び回旋（回旋）に基づいて評価される。
位置：（（Ｘ２−Ｘ１）２＋（Ｙ２−Ｙ１）２＋（Ｚ２−Ｚ１）２）１／２
屈曲角度：逆余弦（Ｖ１２・Ｖ２３）
式中、・は、点乗積であり、Ｖは、２つの点の間のベクトルである。
回旋：逆余弦（Ｎ１２３・Ｎ２３４）
式中、・は、点乗積であり、Ｎは、３つの点を含有する平面に対する法線ベクトルである。
【００３３】
次いで、これらの計算された数は、ロッド屈曲機１８の物理設計ならびに選択されたロッドの材料及び直径に作表される。屈曲角度は、機械的ロッド屈曲機の１８の許容範囲を決定付け、機械的ロッド屈曲機１８及び特定の種類のロッドで実施された前の較正試験に基づいてロッドの材料及び直径を決定付ける。較正試験は、特定のロッドの材料及び直径を屈曲させるときに予測される跳ね返りの量を数量化する。例示として、直径５．５ｍｍのチタンロッドの跳ね返りは、一次線形方程式により特徴付けられ得る。
【数１】
2019107518.tif 000003
式中、ＢＡＴは、３Ｄ線区分から計算された必要とされる理論的屈曲角度であり、ＢＡＡは、ロッドが理論的屈曲角度に跳ね返り得るように、ロッドを屈曲させるために必要とされる実際の屈曲角度である。よって、この方程式を使用して、２０度の屈曲が上記３Ｄ線区分から計算されるときに、そのロッドに関する「跳ね返り」の方程式は、それが２０度まで跳ね返るように、２５度の屈曲が実行される必要があることを公式化する。最終的なロッドの長さは、全ての計算された距離プラス選択されたロッドの突出部の合計である。
【００３４】
ロッド解の全てが生成されると、輪が完成する（ステップ１６３）。ステップ１６４において、上記の輪において生成されたロッド解の全てから、システム１０は、最小の最大屈曲角度を有するロッド解（すなわち、最も平滑な屈曲ロッド）を出力し得る。システム１０が、他の基準の任意の数に基づいて、表示されたロッド解を選び得ることを理解されたい。次いで、ステップ１６９において、システム１０は、空間で屈曲の三次元位置を生成する。
【００３５】
図８の流れ図に戻って参照すると、上記のロッド計算ステップ１５６の出力された幾何学的屈曲位置及び／または予備屈曲されたロッドから、システム１０は、ユーザが真っ直ぐなロッド、予備屈曲されたロッド、または特別に屈曲されたロッドを選ぶように指令を生成する（ステップ１５７）。出力された指令の全ては、ヒトが読み取り可能な文字列または記号である。全ての事例において、必要なロッドの長さは、上述されるように計算され、切断ロッドまたは標準ロッドのどちらか一方としてユーザに表示される。特別な屈曲解に関して、「挿入機端」（例えば、ロッドの１つの所定の端）が屈曲機コレット１２６内に入っていき、ロッドが屈曲機内に取り込まれる。幾何学的制約に起因して、ロッドが挿入機端から屈曲され得ない場合、指令ははじかれ、ロッドの切断（または先）端部は、屈曲機コレット１２６内に入るように指令される。屈曲指令は、幾何学的屈曲位置から生成され、以下でより詳細に記載されるように「位置」、「回旋」、及び「屈曲」値として供される。これらの値は、機械的屈曲機１８上の印に対応する。
【００３６】
図１０〜１１は、特別な屈曲アルゴリズムの第２の実施形態の流れ図を描写する。この第２の実施形態によると、特別な屈曲アルゴリズムは、仮想ロッドを提示するために使用される仮想屈曲機を含む。以下の計算及び図１０〜１１の流れ図は、この実施形態のステップを強調する。
【００３７】
３Ｄベクトルｉ＝［ｓｉｘ、ｓｉｙ、ｓｉｚ］Ｔは、ロッド構築を定義するＮの取得ネジの設定が以下を表し得るように、ユーザによりデジタル化された第ｉのネジを表す。
【数２】
2019107518.tif 000004
【００３８】
ネジが順番に収集され（例えば、最上位にあるネジから最下位にあるネジへ、または最下位にあるネジから最上位にあるネジへ）、それにより、指標ｉは、時間による指標としても考慮され得ることが予想され得る。
【００３９】
ｍｍで供される長さＬｒの仮想ロッド（Ｒ）は、Ｎｒ一様分布点、Ｒ＝［ｒ０、．．．．、ｒＮｒ−１］に分類される。各ロッド点ｒｉは、空間的構成要素及び方向的構成要素の２つの構成要素から構成され、
（外１）
2019107518.tif 000005
ロッド点間の区分は、一定であり、以下により定義される。
【数３】
2019107518.tif 000006
【００４０】
仮想屈曲機（Ｂ）は、半径Ｍｒ（ｍｍ）の心棒（Ｍ）からなる。必須ではないが、好ましくは、Ｍの周囲で仮想ロッドを屈曲させるときの重要な仮説は、弧の長さの不変さである。ほんの例示的な目的に関して、９０°の屈曲を半径１０ｍｍの心棒の周囲で長さ１００ｍｍのロッド例Ｒに導入して、
（外２）
2019107518.tif 000007
を作成する場合、
【数４】
2019107518.tif 000008
【００４１】
仮想ロッドＲは、指令の列挙に従って屈曲される。各指令は、位置（Ｉｌ）、回旋（Ｉｒ）、及び屈曲角度（Ｉθ）からなる。位置は、屈曲機内のロッドの配置であり、心棒Ｍの直下にある点に対応する。回旋は、角度（０〜３６０°）で供され、ロッドがコレット内で０から回旋される量に対応する。屈曲角度は、特定の角度に対応する単一の文字により供される。屈曲機には、ユーザが選択するのと同じ文字に対応する刻み目がある。
【００４２】
ロッドは、
（外３）
2019107518.tif 000009
及び仮想ロッドを効果的に方位付けする
（外４）
2019107518.tif 000010
が仮想屈曲機内でゼロ回旋になるように初期化される（ステップ１６６）。各屈曲指令（ステップ１６７）に関して、システム１０は、Ｉｒだけ、ｘ軸の周囲で仮想ロッドを回旋させる（ステップ１６８）。システム１０は、
（外５）
2019107518.tif 000011
を発見し、それはＩｌに合致する。仮想ロッドは、
（外６）
2019107518.tif 000012
だけ平行移動される。次に、区分長さを維持しながら、ｉからｉ＋Ｍｒ＊Ｉθまでの各ロッド点は、心棒Ｍ上に投影される（ステップ１６９〜１７０）。次いで、仮想ロッドは、角度−Ｉｒだけ、ｘ軸の周囲で回旋される。次に、システム１０は、
（外７）
2019107518.tif 000013
を確認して、コレット内の仮想ロッドが矯正方向ベクトルを有することを確証する（ステップ１７１）。この時点で、Ｒは、それが物理的機械的屈曲機１８内で屈曲されるにつれて、ロッドの幾何学的形状にほぼ等しくなる。
【００４３】
次のステップは、屈曲された仮想ロッドを取得されたネジの配置に整列させることである（ステップ１７２）。一実施形態によると、整列プロセスは、二段階を有し、第一に、システム１００が最適な回旋の粗スケールを発見する（ステップ１７４）。第二に、本システムが、反復性最接近点反復アルゴリズムの微細スケールを実施する。
【００４４】
好ましくは、本システムは第一に、大域的最小値に近い結果を初期化する（ステップ１７３）。ロッド整列アルゴリズムにおいて、この初期化は、以下に記載される手法に従う。
【００４５】
特別なロッドの弧の長さ及びネジの弧の長さを使用して、ネジからロッドまでの推定一致が作成される。これは、等しいサイズの２つの３Ｄ点設定を作成する。２つの３Ｄ平均中央ポイント設定
（外８）
2019107518.tif 000014
が供され、次いで、最小二乗の場合は、以下を最小限にするのが望ましい。
【数５】
2019107518.tif 000015
式中、Ｔは、回旋マトリックスを表す。
（外９）
2019107518.tif 000016
は最適な３Ｄ回旋マトリックスを表すとし、この時、
【数６】
2019107518.tif 000017
それは、
（外１０）
2019107518.tif 000018
という結果になり、式中、
【数７】
2019107518.tif 000019
及び
【数８】
2019107518.tif 000020
【００４６】
弧の長さの差異により導入され得る誤りに起因して、提案された解は、大域的最小値であり得ない。よって、収束するまで以下が繰り返される（ステップ１７５）。
各ｓｉに関して、最接近ｒｊを発見する（ステップ１７６）。
残差ベクトルを計算するｅｉ＝ｓｉ−ｒｊ。
平均残差ベクトルを計算する
（外１１）
2019107518.tif 000021
（外１２）
2019107518.tif 000022
だけロッドを平行移動する（ステップ１７８）。
誤りが低減されていることを確証する（ステップ１７９）。
【００４７】
次に、仮想ロッドがステップ１８０で提示される。曲線は、ロッド点の各三つ組を横断すること及び２つのベクトル間の角度を計算することにより、提示する目的のために簡素化され得る。第１の三つ組が｛ｒ０、ｒ１、ｒ２｝である場合、２つのベクトルは、ｖ＝ｒ１−ｒ０及びｗ＝ｒ２−ｒ０として形成される。
（外１３）
2019107518.tif 000023
の場合、三つ組の中心点（この場合、ｒ１）が重複し、ロッドの幾何学的形状に新たな情報を提供せず、除去され得る。
【００４８】
ロッド屈曲アルゴリズムのこの実施形態によると、仮想屈曲機は、弧の長さを完全に観測するための任意の角度の任意の位置でロッドを屈曲させることが可能であり得ることが理解される。問題のネジ（すなわち、高度なネジ−ロッドの嵌合の誤りを含むネジの位置）を決定するために仮想的に屈曲された３Ｄロッドを使用することは、実際のネジと実際のロッドが屈曲される前の実際のロッドとの間に正確な嵌合を供し得る。これは、ロッド解とデジタル化されたネジの位置との間の離隔の量を数量化すること、ならびに１つ以上の外科手術パラメータをロッド屈曲計算に入力することが望ましい、特定の外科手術用途において特に有利であり得る。
【００４９】
本発明によると、第２の実施形態と併せて活用され得る特別な屈曲を生成するためのアルゴリズムの第３の実施形態が記載される。本手法は、確率分布から標本抽出し、無作為抽出を利用して、計算結果を得る１つ以上のアルゴリズムを対象とする。マルコフ連鎖は、現在の状態、未来の状態、及び過去の状態が独立するように、確率変数Ｘ０、Ｘ１、．．．の配列である。
【数９】
2019107518.tif 000024
【００５０】
構築を定義するネジの順番の設定が供され、
【数１０】
2019107518.tif 000025
式中、ｓｉ＝［ｓｉｘ、ｓｉｙ、ｓｉｚ］Ｔは、ユーザによりデジタル化された第ｉの３Ｄネジを表し、システム１０は、誤差関数により定義された最適な方法でネジと嵌合するロッドを定義する屈曲指令の設定を発見する。屈曲機空間の探査は、アルゴリズムが有効な屈曲指令を作成する上で観察されるべき複数の制約（例えば、屈曲位置は、ネジに近位して接近することができず屈曲位置は、５ｍｍ単位の間隔であるべきであり、屈曲角度は、５°単位であるべきであり、屈曲角度は、６０°を超えることはできないなど）があるために非常に複雑であることを理解されたい。
【００５１】
第２の実施形態によると、尤度関数または誤差関数は、どれ程良好に仮想ロッドがデータに適合するかに基づいて構築され得る。ここで、ロッドは、最小二乗の場合、データに適合する。このようにして、例えば、より少ない屈曲指令を好むように事前分布を組み込む尤度関数が定義され、
【数１１】
2019107518.tif 000026
それにより、対数尤度関数が以下のように定義され得る。
【数１２】
2019107518.tif 000027
式中、Ｎｂは、ロッドの屈曲の数を表し、Ｎｓは、ネジの位置の数を表し、ｓｉは、第ｉのネジであり、ｒｉは、第ｉのロッド点であり、αは、屈曲の数に関する制御ハイパーパラメータである（例えば、α＝０．０５）。
【００５２】
方程式（３）で見られるように、事前分布が導入されて、ロッド中に導入された屈曲の数を制御する。屈曲指令生成に対するこの近似理論手法は、制約の調整を可能にし、例えば、屈曲の厳格さにおける事前分布も導入され得る。さらに、事前分布は、屈曲がどれほどネジに接近して位置され得るかを定義するための方法に導入され得る。この事前分布は、「好ましい」値を有し得るが、近似理論的には、この理想値から離れた最適な解があり得る。例として、このアルゴリズムに適用され得るいくつかの仮定された規則には、移動の始まり、現在解への屈曲の追加、移動の終わり、現在解からの屈曲の除去、移動の更新、ロッド点のロッドに沿った平行移動が含まれるが、これらに限定されない。この実施形態の使用は、ユーザに対してより可能性のあるロッド解を提供し得る。
【００５３】
システム１０の詳細は、特別に嵌合するロッドを得るための方法の第１の実施形態と併せてここで考察される。ネジ、留め金、または他の器具が配置された後だがロッドを挿入する前に、システム１０は典型的に、後方または横方向の固定外科手術処置の終わりに活用される。図１２の流れ図で見られるように、システム１０は、埋め込まれたネジの配置の配置情報を得、それらの埋め込まれたネジ内に特別に嵌合するように成形されたロッドに関する屈曲指令を出力する。ステップ１９０において、適切な情報が、設定画面を介して本システムに入力される。ステップ１９２において、ユーザは、どちらの側にロッドが設けられるか（患者の左側または右側）を指定する。ステップ１９４において、システム１０は、ネジの位置をデジタル化する。ステップ１９６において、システム１０は、屈曲指令を出力する。ステップ１９８において、ユーザは、屈曲指令に従ってロッドを屈曲させる。次いで、ステップ１９０〜１９８は、所望される場合、患者のその反対側のロッドに対して繰り返され得る。
【００５４】
ほんの一例であるが、図１３は、フィードバック情報をユーザに通信することに加えて、ユーザからの入力を受信することができる制御ユニット１６の画面ディスプレイ２００の一実施形態を表示する。この例において（必須ではないが）、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）が活用されて、画面ディスプレイ２００から直接データを入力する。図１３で描写されるように、画面ディスプレイ２００は、ヘッダーバー２０２、ナビゲーション欄２０４、デバイス欄２０６、及びメッセージバー２０８を含有し得る。
【００５５】
ヘッダーバー２０２は、日時ディスプレイ２１０、設定メニュー２１２、音量メニュー２１４、及びヘルプメニュー２１６をそれぞれ介してユーザが日時を見て、設定を変更し、システム音量を調節し、ヘルプ情報を得ることを可能にし得る。設定ドロップダウンメニュー２１２を選択することは、ユーザがシステム、履歴、及び停止ボタン（非表示）に進行することを可能にする。以下でより詳細に記載されるように、例えば、システムボタンを選ぶことは、ロッド屈曲ソフトウェアバージョン及びロッド屈曲機構成ファイルを表示し、停止の選択肢を選ぶことは、ロッド屈曲ソフトウェアアプリケーション、ならびに制御ユニット１６にあるいずれの他のソフトウェアアプリケーション（例えば、神経監視ソフトウェアアプリケーション）を停止し、履歴の選択肢を選ぶことは、ユーザが前のシステムセッションの屈曲点／指令データの履歴に進行することを可能にする。ヘルプメニュー２１６を選択することは、ユーザをシステムユーザマニュアルに進行させる。以下でより詳細に記載されるように、ナビゲーション欄２０４は、ロッド屈曲プロセスにおける様々なステップに進行させるための様々なボタン（例えば、ボタン２１８、２２０、２２２、２２４、２２６）を含有する。ボタン２０４を押すことは、ナビゲーション欄の詳細を展開する／最小化する。デバイス欄２０６は、システム１０に付随する１つ以上のデバイスの状態を示す様々なボタンを含有する。例として、デバイス欄２０６は、システム１０のデジタイザ２３及びＩＲセンサ２０の構成要素それぞれのためのボタン２２８及び２３０を含み得る。ボタン２０６を押すことは、デバイス欄の詳細を展開する／最小化する。さらに、ポップアップメッセージバー２０８は、指令、警告、及びシステムの誤りをユーザに通信する。
【００５６】
図１３〜１４は、設定画面例を描写する。表示画面２００上の設定ボタン２１８を選択すると、システム１０は、設定手順を自動的に開始する。システム１０は、その必要な構成要素の各々の接続状態を検出するように構成されている。ほんの一例であるが、アイコン２２８、２３０はそれぞれ、デジタイザ２３及びＩＲセンサ２０の接続及び活動状態を示す。１つ以上の必要な構成要素が接続されていないか、または不適切に接続されている場合、ディスプレイ２００は、ユーザに文字、音声、及び／または視覚的手段（例えば、文字メッセージ、可聴音、色付きアイコンまたは画面、点滅アイコンまたは画面など）を介して、進む前に問題に対処するよう警告し得る。一実施形態によると、デジタイザアイコン２２８は、デジタイザの能動的取得及び／または認識に関する状態指示器であり、アイコン２２８の存在及び背景色が変化して、デジタイザ追跡状態を示し得る。例として、システム１０がネジを取得しておらず、デジタイザを認識しないときは、アイコン２２８は不在であり得、システム１０がネジを取得しておらず、デジタイザを認識するときは、灰色であり得、システム１０がネジ取得モードにあり、デジタイザを認識するときは、緑色であり得、システム１０がネジ取得モードにあり、デジタイザを認識しないときは、赤であり得る。ボタン２０６を押すことは、デバイス欄２０６の詳細を展開する／最小化する。外科手術の種類、患者の変形の種類などに依り、ユーザが、異なるデジタイザの選択肢からデジタイザを選ぶことが有利になり得る。一実施形態によると、アイコン２２８を押すことは、システム１０で利用可能な異なるスタイラスの選択肢（例えば、上述されるようなスタイラス２２、２４、２６、３０）に関して、引き出しウィンドウを展開する。別の実施形態によると、ＩＲセンサ図的アイコン２３０は、ＩＲセンサ２０に関する状態指示器である。アイコン２３０の存在及び背景色が変化して、ＩＲセンサ２０の状態を示し得る。例として、システム１０がＩＲセンサ２０を認識しないとき、アイコン２３０は不在であり得、システム１０が、ＩＲセンサ２０がシステム１０に接続されていると認識するとき、灰色であり得、システム１０がＩＲセンサ２０に関する通信を感知するかまたは誤りに突き当たるとき、赤であり得る。好ましくは、ＩＲセンサ２０は、屈曲アプリケーションの初期化後、接続されたかどうかを認識されるべきである。
【００５７】
必要な構成要素の全てがシステム１０に適切に接続されると、次いで、ユーザは、１つ以上のドロップダウンメニューから１つ以上の事例に特化した情報を入力し得る。例として、ロッドシステム２３４、ロッドの材料／直径２３６、ロッドの突出部２３８、処置の種類（非表示）、及び外科手術処置の解剖学的脊椎レベル）に関するドロップダウンメニューが、画面ディスプレイ２００の設定選択肢パネル２３２からアクセスされ得る。ロッドシステムドロップダウンメニュー２３４は、ユーザが、ユーザが使用予定であるロッドシステムを選ぶことを可能にする。この選択肢は、ロッドの材料／直径２３６のドロップダウンメニューに関する選択を促進する。例として、ロッドシステムドロップダウンメニュー２３４の下では、システム１０は、１つ以上の製造業者からの多くの固定選択肢でプログラム化され得る。あるいは、それは、１つの製造業者のみに関する固定システム選択肢でプログラム化され得る（例えば、ＮｕＶａｓｉｖｅ（登録商標）Ｐｒｅｃｅｐｔ（登録商標）、Ａｒｍａｄａ（登録商標）、及びＳｐｈｅｒＸ（登録商標）ＥＸＴ）。ユーザは、ロッドの材料（例えば、チタン、コバルトクロムなど）及びロッドの直径（例えば、直径６．５ｍｍ、直径５．５ｍｍ、直径３．５ｍｍなど）の組み合わせも選び得る。材料及び直径の選択肢に関するドロップダウンメニュー２３８は好ましくは、ロッドシステムの選択に依ってもよい。幾何学的形状及びサイズは、製造業者及び／またはロッドシステムとの間で多様であり得るため、これらの特定の入力を有するシステム１０をプログラム化することは、さらにより正確な屈曲指令の出力を補助し得る。ユーザは、ロッドの突出部のプルダウンメニュー２３８から突出部の量も選び得る。例として、突出部の量は、０ｍｍ、２．５ｍｍ、５ｍｍ、７．５ｍｍ、及び１０ｍｍの長さで選択可能であり得る。一実施形態によると、この機能は、ロッドの上位端及び下位端の両方にある対称的突出部を定める。別の実施形態によると、この機能は、ユーザの好み及び患者の解剖学の考察に基づいて、ロッドの一方の端にある異なる突出部の長さも定める。非表示ではあるが、システム１０は、複数のロッドの直径及び移行性ロッド、ならびに例えば、後頭部−頸部−胸部（ＯＣＴ）固定処置で使用されるような後頭部板の側面からの取り込み及び上部からの取り込みに適応するための機能性を含有する。
【００５８】
設定入力が設定選択肢パネル２３２に入力された後、システム１０は、ユーザが配置データ取得に関して最適な配置へＩＲセンサ２０を設定することを補助する。任意の視覚的（文字、図）指示器が使用されて、ＩＲセンサ配置指令を示し得ることを理解されたい。いくつかの実装例によると、能動的図は、ユーザに、患者の体内に、静電気を帯びたデジタイザアレイ２２に対してＩＲセンサ２０を配置させるよう指図する。図１４で見られるように、ユーザは第一に、ＩＲセンサ設定パネル２４０内の左側センサ配置ボタン２４２または右側センサ配置ボタン２４４を選択することにより、ＩＲセンサ２０が位置される患者の側を選択する。左側または右側センサ配置ボタン２４２、２４４を選ぶことは、センサ図２４８及び追跡体積ボックス図２５０が表示画面２００に現れるようにＩＲセンサ配置パネル２４６を作動させる。ＩＲセンサ２０としてのセンサ図２４８で移動する追跡体積ボックス２５２は、移動される。次に、ユーザは、患者の体内にデジタイザアレイ２２を配置する。システム１０により認識されると、標的体積ボックス２５２（白色で表示され得る）が、患者図２５４の上に配置される。次に、ユーザは、追跡体積ボックス２５０が、標的体積ボックス２５２の配置に一致するまで、デジタイザアレイ２２に対してＩＲセンサ２０を移動する。いくつかの実装例によると、センサ図２４８は、それが標的追跡体積の上位に移動される場合、サイズが増加し、それが標的体積の下位に移動される場合、サイズが減少する。いくつかの他の実装例によると、追跡体積ボックス２５０は、色識別されて、標的体積に対する相対距離を描写し得る。例として、標的体積までの距離が１つ以上の軸において特定の距離の範囲外である場合（例えば、全ての３つの軸において±８ｃｍの範囲外）、追跡体積ボックス２５０は、赤で描写され得、全ての３つの軸において±８ｃｍの範囲以内である場合、グリーンに描写され得る。ＩＲセンサ２０の最適な配置が確認されると、設定プロセスは完了される。
【００５９】
ユーザが設定画面で必要なステップの全てを完了すると、図（例えば、チェック）が、設定ボタン２１８に現れて、かかる完了を示し得、システム１０は、図１２の流れ図のステップ１９２に進む。ＧＵＩを使用して、ユーザは、左「Ｌ」切り替え／状態ボタン２２０または右「Ｒ」切り替え／状態ボタン２２２のどちらか一方を選択することにより、患者の脊椎のどちら側からデジタル化された配置情報を取得するのかを指定する。次いで、ユーザは、図１５〜１７で例として示されるネジ取得（左または右）画面に表示画面２００を進行させるネジ取得ボタン２２４を選択する。ネジ取得モードにおいて、表示画面２００は、矢状図及び冠状図の各々に脊椎図２６０、２６２をそれぞれ有する矢状図パネル２５６及び冠状図パネル２５８を含む。脊椎図２６０は、ユーザがデジタル化している脊椎のどちらかの側（左または右）に依って、方位を反転し得る。さらに、脊椎図２６２は、ユーザがデジタル化している患者の側（左または右）を強調し得る。ユーザは、例として上述されるようなデジタイザ照準機２３を使用して各埋め込まれたネジの位置をデジタル化し得る。各ネジ点２６４がデジタル化されるため、他の取得されたネジ点２６４に対するその相対的な位置が、図１６で見られるように、矢状図パネル２５６及び冠状図パネル２５８を介して矢状図及び冠状図の両方で見られ得る。任意に、デジタル化された最後のネジ点は、前に取得されたネジ点２６４とは異なる図２６６を有し得る（例として、取得された最後のネジ点２６６は、ドーナツ型の輪であり得、前に取得されたネジ点２６４は、円であり得る）。ネジの位置は、上位から下位または下位から上位方向で、かついくつかの実施形態に従って、デジタル化され得、システム１０は、２つの連続したネジ点の位置の取得後、デジタル化が起こっているのはどちらの方向かを検出し得る。デジタル化プロセス中に、ユーザがデジタル化されたネジ点の消去を望む場合、ユーザは、「点を消去」ボタン２７０を押すことによりそうし得る。ユーザが全てのデジタル化されたネジ点の消去を望む場合、ユーザは、「全ての点を消去」ボタン２６８を押すことによりそうし得る。
【００６０】
デジタル化されたネジ点２６４が受け入れ可能と認められる場合、ユーザは、好ましくは、上記で考察されたようなアルゴリズムのうちの１つを使用して曲線計算を開始する「ロッドを計算」ボタン２７２を押し得る。ロッド解が計算されると、ロッド図２７４は、ネジ点２６４、２６６から移入し、確認図（例えば、チェック）が、「ネジを取得」ボタン２２４上に現れて、システム１０がロッド解を生成したことを示し得る。同時に、「ロッドを計算」ボタン２７２は、「ロッドを戻す」ボタン２７２になる。ユーザが「ロッドを戻す」ボタン２７２を押す場合、ロッド解２７４は、消去され、ユーザは、より多くのネジ点を取得し得るか、または１つ以上のネジ点を消去し得る。「ロッドを戻す」ボタン２７２が押された後、次にそれは、「ロッドを計算」ボタン２７２に戻って変わる。
【００６１】
システム１０は、屈曲計算の本質について、ユーザに対する１つ以上の指示器を含み得る。一実施形態によると、システム１０は、提案されたロッドに沿って、曲線計算が厳格な屈曲（鋭角）を生成している視覚的図を含み得る。別の実施形態によると、システム１０は、提案されたロッド上の１つ以上の応力集中部の位置の視覚的図を含み得る。一実装例において、この視覚的図は、色識別された応力分布図である。システム１０は、ロッドの材料の性質及び提案されたロッドの屈曲の幾何学的形状のこれらの応力集中部を計算し得る。これらの応力は、応力の量を示す色のグラデーションを介してユーザに通信され得る。この色識別が使用されて、提案されたロッド解がロッドに配置された屈曲度に基づいて、より高いリスクの応力点に達していることをユーザに知らせ得る。１対１の実装例によると、ユーザは、表示画面２００上の「応力分布図」ボタンを介して応力分布図の機構を選択し得る。応力分布図ボタンを選択することは、図１８で描写されるように、提案されたロッド解上に応力の位置を図に描く。図１８は、ロッド上で可能性のある応力集中部を示す３色に色付けされた領域を示す。ロッドの事前表示ボタンを選択することは、表示画面を前の機能に戻す。
【００６２】
ユーザは、「ロッドを戻す」ボタン２７２を選択し、１つ以上の外科手術手技（例えば、ネジを低減し、ネジを支援し、ネジ頭を調節するなど）を実施し、ネジ点を再デジタル化し、より実現可能な解（例えば、厳格さが緩和された屈曲またはより少ない応力集中部を有するロッド）を生成し得る。ロッド解がユーザにとって受け入れ可能な場合、ネジ取得ステップ１９４は完了され、システム１０は、図１２の流れ図の屈曲指令ステップ１９６に進む。あるいは、非表示ではあるが、システム１０は、厳格な屈曲角度をもたらす提供点を赤色で表示し得、その屈曲機に関して所定の範囲内の角度である屈曲角度を含む次に最良な解を提供し得る。ロッド解がユーザにとって受け入れ可能な場合、ネジ取得ステップ１９４は完了され、システム１０は、図１２の流れ図の屈曲指令ステップ１９６に進む。
【００６３】
次いで、ユーザは、図１９で例として示される屈曲指令（左または右）画面に表示画面２００を進行させる「屈曲指令」ボタン２２６を選択する。屈曲指令パネル２７６内の屈曲指令は、ユーザがネジ取得画面（図１７）でもたらされたロッド解に対応する屈曲指令を見ることを可能にする。例として、屈曲指令パネル２７６は、屈曲指令の様々な態様を含有する３つのフィールドを含有する：上側のメッセージフィールド２７８、屈曲機指令フィールド２８０、及び下側のメッセージフィールド２８２。例として、上側のメッセージフィールド２７８は、ロッドの切断長さ、ロッドの種類、及び／またはロッドの取り込み指令をユーザに通信し得る（例えば、「切断ロッド：１７５．００ｍｍの取り込み挿入機の端を屈曲機に入れる」）。屈曲機指令フィールド２８０は、位置２８６、回旋２８８、及び屈曲角度２９０で屈曲手技の列２８４を表示して、以下でより詳細に記載されるように、機械的屈曲機１８上で実施する。図１９で示される例において、５つの屈曲指令を示す５つの列がある。下側のメッセージフィールド２８２は、ロッドの挿入の方向または埋め込みの方位をユーザに通信し得る。例えば、図１９で示される下側のメッセージフィールド２８２は、以下の標本抽出の指令「ロッドを頭から足へ挿入する」を提供する。いくつかの実装例において、患者へのロッドの挿入方向は、ネジのデジタル化の配列（上位から下位または下位から上位）に依る。１つ以上の好ましい実施形態において、屈曲指令アルゴリズムは、ロッドの下位、上位、前方、及び後方の態様の方位を考慮し、これらの態様がユーザに既知であることを確実にする。使用のための指令がユーザにロッドを屈曲機中に取り込むよう指図すると、システム１０は、第一に屈曲角度の厳格さに基づいて、どの屈曲がロッド上に加えられるかを処理する。より大きな屈曲角度を有する屈曲指令の区分が第一に、実施され得、屈曲指令のより真っ直ぐな屈曲区分が最後に実施され得る。さらに、指令は、ユーザにロッド上のレーザー線または方位線を機械的ロッド屈曲機１８上の整列矢印（非表示）に整列させるようにも指図し得る。この整列は、ロッドの幾何学的形状の前方／後方への方位を制御し、屈曲指令を適宜生成する。ユーザは、位置（位置は屈曲機１８上及び画面２００上で、緑色の三角形に色識別され得る）、回旋（回旋は屈曲機１８上及び画面２００上で、赤色の円に色識別され得る）、及び屈曲角度（屈曲角度は屈曲機１８上及び画面２００上で、青色の四角形に色識別され得る）に関して、システム１０により生成された屈曲指令に従い、順次、第１の屈曲指令から始まり、最終的な屈曲が完了するまで順次取り組む。ここから、ユーザは、患者の脊椎の反対側に関して、ロッド構築におけるステップ１９０〜１９８を繰り返し得る。
【００６４】
外科手術処置において、ユーザは、参照または比較のため左及び右のデジタル化されたネジ点、ロッドの事前表示、及び屈曲指令を見るために左及び右の画面間を切り替えたいと望み得る。左「Ｌ」切り替え／状態ボタン２２０及び右「Ｒ」切り替え／状態ボタン２２２を選択することは、ユーザがそうすることを可能にする。１つ以上の実装例によると、ＧＵＩは、履歴機構を追加で含む。履歴ボタン（非表示）を選択することは、ユーザが任意の前のロッド屈曲解に戻って参考にすることを可能にするであろう。ユーザは、Ｌ／Ｒ切り替えボタン２２０、２２２の選択及び屈曲指令ボタン２２６を押すことに基づいて、屈曲指令画面２２６に進行する。前の屈曲指令に進行させる場合、屈曲指令画面は、前の屈曲指令を表示するであろう。ユーザが所望のロッド解を選択すると、次いでユーザは、機械的屈曲機１８を使用して屈曲を実行する。
【００６５】
上記の図１２、１５〜１７、及び１９に関して記載された実施形態は、埋め込まれたネジの配置をデジタル化すること及びそれらの埋め込まれたネジ内に特別に嵌合するように成形されたロッドに関する屈曲指令を出力することを企図する。１つ以上の追加の実施形態において、図２０の流れ図で描写されるように、システム１０は、埋め込まれたネジの配置情報を得（ステップ１９２及び１９４）、１つ以上の詳細選択機構を介して矯正入力を受け入れ（ステップ１９５）、それらの埋め込まれたネジの配置から離れた位置で嵌合するように成形されたロッドに関する屈曲指令を見るために生成する（ステップ１９６）。この方法で成形されたロッドを取り付けることは、ユーザの定めた外科手術計画に従って患者の脊椎における弯曲または変形を矯正し得る。システム１０の詳細は、１つ以上の外科手術計画に従って屈曲されたロッドを得るための例でここで考察された考察される。
【００６６】
図２１で描写されるように、「詳細選択」ボタン２９２を選択することは、ユーザがデジタル化されたネジ点に１つ以上の矯正を実施し得る詳細選択メニュー２９２を展開し、システム１０は、ロッドが埋め込まれ、ネジがロッドに運ばれると、患者の脊椎に所望の矯正を達成するであろう屈曲指令を生成する。
【００６７】
いくつかの外科手術処置において、ユーザは、ロッド屈曲解が、屈曲指令の決定において、デジタル化されたネジ点ではない点を考慮することを望み得る。いくつかの実装例によると、この点は、デジタル化されたネジ点の位置から調節された距離である。詳細選択メニュー２９２から「点を調節」ボタン２９６を選択することは、図２１で描写されるようにユーザを点調節画面に進行させる。目的のデジタル化されたネジの位置（例えば、図２２において網点３０４で表示されるネジ点）を選択することは、ネジ点を強調し、矢状図及び冠状図２５６、２５８の各々に点調節制御３０６を立ち上げる。ユーザは、矢印３０８、３１０、３１２、及び３１４を使用して、矢状面及び冠状面にある点３０４をその所望の位置に対して調節する。いくつかの実装例において、点が移動すると、網点３０４は、図２３で見られるように、元のデジタル化されたネジの位置からの距離に基づいて色を変化させる。好ましくは、その色は、点が調節された距離について、ユーザに視覚フィードバックを提供する色識別された離隔距離指示器３２２に対応する。例として描写されるように、網点３０４は、図２３に黄色で現れ、点が矢状面及び冠状面の各々において４ｍｍ移動したことを示す。いくつかの実装例において、システム１０は、それが操作された点が超過することを可能にしないであろうデジタル化された点からの最大距離（ほんの一例であるが、この距離は、５ｍｍであり得る）を有し得る。ユーザは、このやり方で所望されるできるだけ多くの点を調節し得る。ユーザは、「リセット」ボタン３１６により全ての調節された点をそれらの元の構成にリセットし得るか、または「直前に戻す」ボタン３１８により最後に調節された点を戻し得る。調節された点に満足すると、ユーザは、以下に記載されるように１つ以上の追加の詳細選択に進み得るか、または「ロッドを計算」２７２を選択し得るかのどちらか一方である。「ロッドを計算」２７２が選択されると、システム１０は、ロッドを生成し、図２４のように曲線がその中の調節された点を横断し、それにより、矯正に特化したロッドを設け、ユーザに、ユーザの定めた曲線に従って脊椎における弯曲または変形を矯正させるための能力を提供する。
【００６８】
他の実装例によると、ユーザは、より平滑なロッド屈曲を望み得る。「仮想点」ボタン３２０（例として、図２３で示される）が選択されるとき、システム１０は、ユーザが最上位のデジタル化されたネジの位置と最下位のデジタル化されたネジの位置との間のどこにでも追加の点を追加することを可能にする。この位置にネジがない状態でも、この点は、曲線計算の間、考慮され、より平滑なロッド屈曲を生み出すより自然な形に曲線を強制し得る。仮想点に満足すると、ユーザは、以下に記載されるように１つ以上の追加の詳細選択に進み得るか、または「ロッドを計算」２７２を選択し得るかのどちらか一方であり、上述されるように、システム１０は、ユーザが使用して、脊椎をロッドの形に矯正し得る、矯正に特化したロッド解２７４を生成する。
【００６９】
いくつかの外科手術処置において、最小限に侵襲的なまたは経皮的なやり方で長いロッド構築（すなわち、脊椎の複数のレベル及び／または領域に及ぶロッド）を配置することが望ましいであろう。しかし、例えば、かかるやり方で胸部脊椎の後弯曲ならびに腰脊椎の前弯曲に適応する長いロッドを通すことは、非常に困難である。「仮想離隔接続器」ボタン（非表示）が「詳細選択」メニュー２９２から選択されるとき、システム１０は、ユーザが最上位のデジタル化されたネジの位置と最下位のデジタル化されたネジの位置との間のどこにでも（好ましくは、脊椎の胸領域及び腰領域の後弯曲と前弯曲との間の位置で）１つ以上の仮想離隔接続器点を追加することを可能にする。仮想点機構と同様に、これらの点は、曲線計算の間、考慮され、生成されたロッド解は、仮想離隔接続器点として指定された位置（複数可）で、接続される上位ロッド（例えば、後弯曲を有するロッド）及び下位ロッド（例えば、前弯曲を有するロッド）の２つのロッドを含み得る。仮想離隔接続器（複数可）に満足すると、ユーザは、以下に記載されるように１つ以上の追加の詳細選択に進み得るか、または「ロッドを計算」２７２を選択し得るかのどちらか一方であり、上述されるように、システム１０は、ユーザが使用して、脊椎をロッドの形に矯正し得る、矯正に特化したロッド解２７４を生成する。
【００７０】
一部の患者の解剖学的形態に対して、ユーザが予備屈曲されたロッドを使用するのは有利であり得る。予備屈曲されたロッドの使用は、望ましいロッド曲線が達成されることを保証しながら、ロッドに追加の屈曲を作製するための必要性を排除する。全てのネジ点がネジ取得ステップ１９４においてデジタル化された後、詳細選択メニュー２９２から「予備屈曲されたロッドを見る」ボタン２９８を選択することは、図２５〜２７で描写されるように、ユーザを「予備屈曲されたロッドを見る」画面に進行させる。図２５で示されるデジタル化されたネジの位置に基づいて、システム１０は、設定ステップ１９０において選ばれた選択された製造業者のロッドシステム（例えば、ＮｕＶａｓｉｖｅ（登録商標）Ｐｒｅｃｅｐｔ（登録商標））に基づいて最良の予備屈曲されたロッドの幾何学的形状を計算及び出力し、矢状図及び冠状図２５６、２５８で見るためのデジタル化されたネジ点の上部で利用可能な最適合仮想予備屈曲ロッド解３２４を表示する（図２６を参照）。好ましくは、予備屈曲されたロッドの幾何学的形状が、所定の曲線の嵌合許容範囲（例えば、７ｍｍ）内でデジタル化されたネジ点と嵌合する場合、システム１０は、予備屈曲されたロッド解を生成のみする。１つ以上の実施形態（図２６で描写される）によると、色識別された離隔距離指示器３２２は、各ネジの配置が予備屈曲されたロッド構築からになるであろう距離の指示をユーザに提供し得る。ユーザが予備屈曲されたロッドの提案に満足する場合、システム１０は、屈曲指令画面で、対応する予備屈曲されたロッドの仕様を表示する屈曲指令ステップ１９６に進む（図２７）。上側のメッセージフィールド２７８は、ユーザに、デジタル化されたネジ点に基づいて、８５．０ｍｍの予備屈曲されたロッドが推奨されることを指令する。ここから、ユーザは、患者の解剖学的要件及び外科手術要件が予備屈曲の選択肢または特別に屈曲された選択肢とより良好に合うかどうかを決め得る。図２５〜２７からの情報を備えて、次いでユーザは、必要な場合、ネジの配置を調節して、予備屈曲されたロッドと嵌合し得る（例えば、ネジ頭を調節し、ネジの深さを調節するなど）。
【００７１】
いくつかの事例において、ユーザは、矢状面における患者の脊椎を整列させるかまたは矯正したいと考え得る（すなわち、前弯または後弯の追加または減算）。システム１０は、ユーザが矢状面における脊椎の前弯の量を測定でき、角度を調節できる矢状矯正機構を含む。次いで、システム１０は、ロッド解が所望の整列または矯正を含むように、これらの入力を屈曲アルゴリズムに組み込む。
【００７２】
詳細選択メニュー２９２から「ベクトルを見る」ボタン３００を選択することは、矢状矯正機構を開始する。ユーザは、目的の少なくとも２つの点を選択し得、次いでシステムが、矢状図における適切なベクトルを決定する。図２８、２９、及び３４で示される実施形態によると、角度は、ネジ取得ステップ１９４で取得されたデジタル化されたネジデータを使用して、ネジの軌跡ネジ軸の配置）に基づいて、測定及び調節される。図２８で見られるように、ユーザは、目的の少なくとも２つのネジ点を選択する（例えば、ネジ点３３８及び３４２）。次いで、システム１０は、ネジの軌跡間の角度を測定する（ここでは３５度と示される）。いくつかの実装例において、システム１０は、上位腰脊椎における腰前弯角度３３４（図２８では１５度と示される）及び下位腰脊椎における腰前弯角度３３６（図２８では３５度と示される）を測定することにより、腰前弯の総量を測定し得る。角度調節メニュー３２６上の角度調節ボタン３２８、３３０を使用して、ユーザは、矢状面における脊椎の所望の角度矯正を増加または減少し得る（すなわち、前弯または後弯の上位的または下位的な追加または減算）。角度が調節されるため、２つのネジ点３３８、３４２の間の角度配置３３６も変化する。図２９は、点３３８と３４２との間の角度配置３３６が５０度に増加している例を表示する）。システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が矢状面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る。所望の量の角度矯正が達成されると、ユーザは、「設定」ボタン３３２を、次いで「ロッドを計算」ボタン２７０を選択し得る。次いで、システム１０は、図３４で描写されるように、矢状面における脊椎の矯正のためのユーザの臨床上の目的を組み込むロッド解２７４を表示する。
【００７３】
いくつかの事例において、埋め込まれるときに、腰前弯の総量が、１／３〜２／３の比で上位曲線（最高点の上）と下位曲線（最高点の下）との間で分散するような方法で脊椎を整列させるロッドの輪郭を形成することが好ましいかもしれない。いくつかの実装例によると、例えば、図３０で見られるように、システム１０は、ユーザが、腰弯曲の上位端３２７、最高点３２９、及び下位端３３１を特定し、ボックス３３３を介してボタン３３５、３３７を使用して、ロッドの所望の曲線の腰前弯（または後弯）の合計を入力するのを促す。図３１で描写されるように、ユーザは、腰前弯の所望の程度として２５度を選択し、前弯の１／３（８度）は、上位曲線に送達され、前弯の２／３（１７度）は、下位曲線に送達される。図３２は、割り当てられた１／３〜２／３の腰前弯解を有する計算されたロッド解を示す。
【００７４】
図３３で示される矢状矯正機構の実施形態によると、上位及び下位腰前弯角度３３４、３３６は、取り入れられた横方向レントゲン画像から解剖学的形態を参照して、測定され、表示され、調節される。例として、横方向レントゲン画像３５８は、システム１０に入力され得る。ユーザは、画面２００に触れ得、目的の少なくとも２つの点（例えば、Ｖ１の上位終板及びＶ３の下位終板）の上に線３６０を移動し得、次いで次いで、システム１０は、２つの線３６０の間の角度を測定する。上位角度調節メニュー３４６または下位角度調節メニュー３４８上の角度調節ボタン３２８、３３０を使用して、ユーザは、矢状面における脊椎の所望の角度矯正を増加または減少し得る（すなわち、前弯または後弯の上位的または下位的な追加または減算）。上位腰前弯角度または下位腰前弯角度のどちらか一方は、調節され、調節の量は、それぞれの角度測定ボックスで動的に変更される（すなわち、上位腰前弯角度ボックス３５４または下位腰前弯角度ボックス３５６のどちらか一方）。図３３で描写されるように、ユーザは、下位腰前弯角度の一部として角度線３６０を調節する。システム１０は、角度測定フィールド３５０で描写されるように、この角度を２０度として測定する。次いで、ユーザは、上位角度調節メニュー３４６内のボタン３３０を使用して、角度を増加させる。この変化は、下位腰前弯角度ボックス３５６内で描写される。所望の量の矯正が達成されると（この例では５０度）、次いでユーザは、捕捉角度ボタン３５２を押し得、このパラメータは、角度が測定された椎骨レベルに対応するデジタル化されたネジの配置と相関性があり得る。システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が矢状面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る。所望の量の角度矯正が達成されると、ユーザは、「設定」ボタン３３２を、次いで「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し得る。次いで、システム１０は、図３４で描写されるように、矢状面における脊椎の矯正のためのユーザの臨床上の目的を組み込むロッド解２７４を表示する。
【００７５】
患者の配置（例えば、骨盤の傾斜）は、腰前弯測定に影響を与え得るため、本システムの矢状矯正機構は、いずれの患者の配置に関係する逸脱も決定付け得るだろうことを理解されたい。前弯矯正に加えて、矢状角度評価ツールは、脊椎短縮骨切り（ＰＳＯ）処置及び前柱再建（ＡＣＲ）処置を含むが、これらに限定されない他の種類の外科手術手技にとって有用であり得ることも理解される。
【００７６】
いくつかの事例において、ユーザは、冠状面における患者の脊椎を整列または矯正したいと考え得る（すなわち、脊柱側弯症の矯正）。システム１０は、ユーザが、前方後方Ｘ線を介して冠状面における患者の脊椎（及び変形）を見ることができ、１つ以上の解剖学的基準角度を測定することができ、かつ／またはロッド屈曲曲線が調節される方向に手動もしくは自動に寄ることにより、１つ以上のネジの位置を特定の冠状整列プロファイルに向けさせることができる１つ以上の冠状矯正機構を含む。次いで、システム１０は、ロッド解が所望の整列または矯正を含むように、これらの入力を屈曲アルゴリズムに組み込み得る。
【００７７】
詳細選択メニュー２９２から「冠状矯正」ボタン３０２を選択することは、冠状矯正機構を開始する。ユーザは、脊椎の解剖学的形態を参照すること、冠状面における２つの解剖学的参照物間の冠状コブ角度を測定すること、及び外科手術計画の一部として手術中にそれらの角度を調節して、脊椎を垂直整列中に（またはより接近させて）入れることにより、冠状変形度を確認することを望み得る。
【００７８】
図３５〜３６で示される実施形態によると、冠状コブ角度は、前方後方レントゲン画像を使用して確認され得る。前方後方レントゲン画像３５８は、システム１０に入力され得る。一実装例によると、冠状コブ角度は、曲線の最高点の上下にある最も傾いている椎骨の終板と平行な線を引くこと及びそれらの間の角度を測定することにより決定され得る。ユーザは、画面２００に触れ得、目的の少なくとも２つの点（例えば、Ｔ１１の上位終板及びＬ３の下位終板）の上に線３６０を移動し得、次いで、システム１０は、２つの線３６０の間の角度を測定する。上位椎骨角度調節メニュー３４６及び／または下椎骨角度調節メニュー３４８上の角度調節ボタン３２８、３３０を使用して、ユーザは、冠状面における脊椎の所望の角度矯正を増加または減少し得る（すなわち、矯正を追加または減算して、互いにより平行な、選択された上位椎骨及び下椎骨の終板を作製する）。冠状角度の上位構成要素または下位構成要素のどちらか一方が調節されるため、冠状コブ角度測定は、冠状コブ角度測定ボックス３５０内で動的に変更され得る。例として、図３５において、開始冠状コブ角度は、５８度である。ユーザは、ボタン３２８、３３０を使用して、Ｔ１１とＬ３との間の角度線３６０を低減する。所望の量の矯正が達成されると（例として、０度の冠状コブ角度として図３６で示される）、次いでユーザは、捕捉角度ボタン３５２を押し得る。このパラメータは、角度が測定された椎骨レベルに対応するデジタル化されたネジの配置と相関性があり得る。システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が冠状面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る（ここでは非表示）。所望の量の角度矯正が達成されると、ユーザは、「設定」ボタン３３２を、次いで「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し得る。次いで、システム１０は、冠状面における脊椎の矯正のためのユーザの臨床上の目的を組み込むロッド解２７４を表示する。
【００７９】
図３７〜３８で示される実施形態によると、冠状コブ角度は表示され、目的の椎骨の左椎弓根及び右椎弓根に配置されたネジのデジタル化された位置から解剖学的形態を参照して調節され得る。本システムは、左及び右のデジタル化されたネジの位置を各々の椎骨に対して連結し（線３６１）、２つの線３６１の間の角度を測定する（ここでは５８度として図３７で示される）。一実装例によると、冠状コブ角度は、曲線の最高点の上下にある最も傾いている椎骨のネジの位置を選択することにより決定され得る。角度調節メニュー３２６上の角度調節ボタンを使用して、ユーザは、冠状面における脊椎の所望の角度矯正を増加または減少し得る（すなわち、矯正を追加または減算して、互いにより平行な、ユーザにより選択された上位椎骨及び下位椎骨の終板を作製する）。冠状角度は調節されるため、コブ角度測定は、上述されるように動的に変更され得る。しかし、ここでは冠状コブ角度測定ボックス３５１の代わりに、コブ角度は、レントゲン画像と並んで表示され得る（５８度の開始冠状コブ角度を含む図３７で示される）。ユーザは、メニュー３２６のボタンを使用して、Ｔ１１とＬ３との間の角度線３６１を低減する。所望の量の矯正が達成されると（例として、０度として図３８で示される、次いでユーザは、「設定」ボタン３３２を押し得、このパラメータは、角度が測定された椎骨レベルに対応するデジタル化されたネジの配置と相関性があり得る。システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が冠状面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る（ここでは非表示）。所望の量の角度矯正が達成されると、ユーザは、「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し得る。次いで、システム１０は、冠状面における脊椎の矯正のためのユーザの臨床上の目的を組み込むロッド解２７４を表示する。
【００８０】
いくつかの事例において、患者の個人的解剖学的形態は、所望の矯正を達成するために、変形の厳格さに依って、各脊椎レベルの異なる圧縮度または伸延度を必要とするであろう。冠状矯正機構の１つ以上の他の実装例によると、システム１０は、複数のネジの位置のデジタル配置情報を取得し、上位ネジの位置と下位ネジの位置との間の基線関係を測定し、１つ以上のユーザ入力を受け入れて、１つ以上のネジの位置を圧縮された整列プロファイルまたは伸延された整列プロファイルのどちらか一方に向けさせるように構成されている。次いで、システム１０は、ロッド解が所望の整列または矯正を含むように、これらの入力を屈曲アルゴリズムに組み込み得る。
【００８１】
詳細選択メニュー２９２から「冠状矯正」ボタン３０２を選択することは、冠状矯正機構を開始する。ユーザは、２つのデジタル化されたネジの位置の間の距離を参照すること及び外科手術計画の一部として、これらのデジタル化されたネジの位置の配置を、共により接近させる（圧縮）かまたは互いに離すか（伸延）調節して、脊椎を垂直整列中に（またはより接近させて）入れることにより、冠状変形度を確認することを望み得る。
【００８２】
図３９で示される実施形態によると、システム１０は、上位及び下位デジタル化されたネジの位置を各々の椎骨に対して連結し、２つのネジの位置の間の高さを測定する。メニュー３４１上の高さ調節ボタン３４３を使用して、ユーザは、所望のデジタル化されたネジの位置２６４を選択し得、２つの間の中間ネジの距離を増加または減少し得る。そうすることは、脊椎の所望の矯正を追加して（すなわち、所望の圧縮または伸延の追加）、デジタル化されたネジの位置（及びネジが埋め込まれる椎弓根）を冠状面において互いにより整列させる。システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２（非表示）を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が冠状面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る（ここでは非表示）。所望の量の高さ矯正が各所望のレベルで達成されると、ユーザは、「設定」ボタン３３２を、次いで「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し得る。次いで、システム１０は、冠状面における脊椎の矯正のためのユーザの臨床上の目的を組み込むロッド解２７４を表示する。
【００８３】
冠状矯正機構の１つ以上の他の実装例によると、ユーザは、目的の少なくとも２つの点を選択し得、次いで、本システムは、目的の少なくとも２つの点の間に含み、かつ位置する全ての点を通して最適合基準線を生成する。いくつかの事例において、冠状面における脊椎の理想的な矯正は、目的の最上位にあるネジの位置と最下位にあるネジの位置との間に延在する真っ直ぐな垂直線である。しかし、患者の個人的解剖学的形態に依り、真っ直ぐな垂直線を達成することは、実現可能ではないかもしれない。ユーザは、理想的な矯正に対して特定の量の矯正を達成することを望み得る。表示画面から、ユーザは、デジタル化されたネジ点（０％の矯正）と最適合基準線（１００％）との間で、相対的矯正の割合を選択し得る。さらに次いで、本システムは、ロッド解を計算し、上述されるように、中心外れ指示器３２２を示して、各ネジの冠状的に調節されたロッド構築からの距離の指示をユーザに提供する。
【００８４】
図４０〜４３で示される実施形態によると、ユーザは、構築において全ての点を整復し得る（全体的な冠状矯正）。表示画面２００から、上位及び下位ネジ点３６２、３６４が選択され、システム１０は、全ての点３６２、３６４、３６８（図４０）を通る全体的な最適合基準線３６６を生成する。冠状矯正メニュー３７０を使用して、ユーザは、＋ボタン及び−ボタン３７２、３７４を操作して、所望の矯正の割合を調節する。図４１で示される例において、所望の矯正量が、矯正割合指示器３７６上で１００％として示され、これは、ロッド解２７４が冠状面において真っ直ぐな線になり、全てのネジの位置が調節されて、ロッド／線に適合するであろうことを意味する。図４２で描写されるように、システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が冠状面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る。ユーザがこれを受け入れる可能なロッド解と認める場合、ユーザは、以下でより詳細に記載されるように、「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し、ロッド解２７４を見て（図４３）、屈曲指令を受信するかまたは別の詳細機構に進む。
【００８５】
図４４〜４６で示される実施形態によると、ユーザは、構築においてネジ点の部分集合を整復し得る（区分的冠状矯正）。それらの点が本システムに入力される配列に基づいて、最適合区分基準線は、最後に選ばれた点の方向に、点を通って生成される。下位点３６４が第一に選択され、次に上位点３６２が第二に選択される場合、システム１０は、図４４で見られるように、最適合区分基準線３７８を上位に引くであろう。対照的に、上位点３６２が第一に選択され、次に下位点３６４が第二に選択される場合、システム１０は、最適合区分基準線３７８を下位に引くであろう。冠状矯正メニュー３７０を使用して、ユーザは、＋ボタン及び−ボタン３７２、３７４を操作して、所望の矯正の割合を調節する。図４４で示される例において、所望の矯正量が、矯正割合指示器３７６上で１００％として示され、これは、ロッド解２７４が冠状面において真っ直ぐな線になり、全ての選択されたネジの位置が調節されて、ロッド／線に適合するであろうことを意味する。しかし、図４５で見られるように、選択されなかったネジの位置３８０は、ロッド／線に適合させるために調節されず、それらの相対的な位置は、システム１０に入力され、ロッド計算をするときに考慮されるであろう。図４４で描写されるように、システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が冠状面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る。ユーザがこれを受け入れる可能なロッド解と認める場合、ユーザは、以下でより詳細に記載されるように、「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し、ロッド解２７４を見て（図４６）、屈曲指令を受信するかまたは別の詳細機構に進む。
【００８６】
別の実施形態によると、区分冠状矯正は、２つの選択されたデジタル化されたネジの位置を通り抜ける最適合区分基準線の代わりに患者の中心仙椎縦線（ＣＳＶＬ）に対して達成され得る。ＣＳＶＬは、本開示の冠状評価及び矯正機構に従って、患者の冠状変形に関する垂直基準線、ならびに冠状面における脊椎矯正に関するガイドの役割を果たし得る仙椎の中央を通過する垂直線である。
【００８７】
図４７〜５１は、一実施形態による、冠状変形を評価するため及び冠状矯正を達成するためのＣＳＶＬ線を使用するための方法を表示する。好ましくは、この方法は、全てのネジが上述される方法で患者に埋め込まれ、デジタル化された後に始まる。ユーザは、仙椎の１つ以上のレントゲン画像を生成し、仙椎上で上位点及び下位点を特定し、それらの点に印を付ける（例えば、カスパーピンを埋め込む、患者の肌にマーカで印を付けるなど）。次に、ユーザは、「整列」ボタン５０６を選択する（図４７）。かかる選択において、ユーザは、上位仙椎目印及び下位仙椎目印を表示する印が付けられた肌点をデジタル化するように促される。図４８で例として示されるように、ボックス５１０が飛び出て、作業の流れの様々なステップをユーザに指令し得る。ここで、仙椎上の上位点は、既にデジタル化されている（デジタル化された点５１２として示される）及びチェック印５１４。ボックス５１０は、ユーザに「下位端で点を取得」することをさらに指令する。仙椎点を再デジタル化し、かつ／またはＣＳＶＬ冠状矯正機構を終了するために「冠状整列線を消去」５１６を選択すること。上位仙椎点及び下位仙椎点がデジタル化されると、患者の実際のＣＳＶＬ線を表示する破線５１８が画面上に現れ（図４９）、デジタル化されたネジの位置２６４は、ＣＳＶＬ線５１８に対してシステム１０において再び方位付けされる。冠状図におけるディスプレイ２００はここで、垂直基準線（ＣＳＶＬ）に対して患者の現状の冠状曲線を表示する。ここから、ユーザは、２つの点（すなわち、ネジ区分）を選択し得、ユーザは、ＣＳＶＬに対して矯正したいかまたは整復したいかを考える。図５０で見られるように、例として、ユーザは、点５４２及び５４４を選択する。一実装例によると、選ばれた第１の点５４２は、区分の回旋の点及び整復線５２０の原点である。第２の点５４４は、整復線５２０の方向を決定する。整復線５２０は、冠状矯正の目的が、冠状面における脊椎をできるだけ垂直にすることであるため、ＣＳＶＬ線５１８と平行に引かれ得る。ユーザがこれを受け入れる可能なロッド解と認める場合、ユーザは、「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し、ロッド解２７４を見て（図５１）、屈曲指令を受信する。ここで、ユーザは、ネジを留め得るロッド解を有し、それが、ＣＳＶＬ線に対して真っ直ぐであり、よって冠状変形の所望の矯正を提供することを把握する。以下でより詳細に記載されるように、ユーザは、決意し、屈曲指令を受信するかまたは別の詳細機構に進む。
【００８８】
ユーザは、軸平面における患者の脊椎を整列または矯正したいと考え得る（すなわち、回旋変形の矯正）。システム１０は、ユーザが複数のネジの位置のデジタル配置情報を取得し、各脊椎レベルで回旋変形量を測定し、１つ以上のユーザ入力を受け入れて、１つ以上のネジの位置を回旋解消整列プロファイルに向けさせることができる１つ以上の軸矯正機構を含む。次いで、システム１０は、ロッド解が所望の整列または矯正を含むように、これらの入力を屈曲アルゴリズムに組み込む。
【００８９】
詳細選択メニュー２９２から「軸矯正」ボタン（非表示）を選択することは、軸矯正機構を開始する。ユーザは、水平基準線（例えば、患者が平伏した配置にあるときの床）に対して左椎弓根を通り抜ける線と右椎弓根を通り抜ける線との間に設けられる角度を参照することにより、軸変形度を確認することを望み得る。この回旋角度が分かると、デジタル化されたネジの位置の配置は、脊椎を軸整列中に（またはより接近させて）入れるための外科手術計画の一部としてそれらが平行（またはより平行に近い）になるように調節され得る。
【００９０】
図５２で示される実施形態によると、回旋変形角度は表示され、目的の椎骨の左椎弓根及び右椎弓根に配置されたネジのデジタル化された位置から解剖学的形態を参照して調節され得る。本システムは、左及び右のデジタル化されたネジの位置（２６４、２６５）を各々の椎骨に対して連結し（線３５５）、線及び水平基準線との間に形成された角度を測定する（非表示）。この回旋変形角度は、ほんの一例であるが、７度として図５２で示される。一実装例によると、デジタル化されたネジの位置（例えば、２６４または２６５どちらか一方）を選択することは、回旋角度をその椎骨レベルに関して表示する（７度として図５２で示される）。角度調節メニュー３４７上の角度調節ボタン３４９を使用して、ユーザは、軸平面における脊椎の所望の角度矯正を増加または減少し得る（すなわち、回旋を追加または減算して、軸平面における椎弓根をより整列させる）。回旋角度が調節されるため、回旋角度測定は、回旋角度測定ボックス３５３内で動的に変更され得る。所望の量の矯正が達成されると（例として、０度として図５２で示される、次いでユーザは、「設定」ボタン３３２を押し得、このパラメータは、特定の椎骨レベルに対応するデジタル化されたネジの配置と相関性があり得る。患者の個人的解剖学的形態がしばしば、軸変形の厳格さに依って、各脊椎レベルで異なる回旋解消度を必要とするため、このプロセスは、所望の矯正が達成されるまで１つ以上の追加の脊椎レベルで繰り返され得る。システム１０は、色識別された離隔距離指示器３２２を含み、上述されるように、各デジタル化されたネジの配置が軸平面において調節されるであろう距離の指示をユーザに提供し得る（ここでは非表示）。所望の量の軸矯正が達成されると、ユーザは、「ロッドを計算」ボタン２７２を選択し得る。次いで、システム１０は、軸平面における脊椎の矯正のためのユーザの臨床上の目的を組み込むロッド解２７４を表示する。
【００９１】
いくつかの脊椎処置（例えば、前柱変形矯正処置）において、患者の脊椎を均衡のとれた配置に回復させることは、所望の外科手術の結果であり得る。システム１０は、中で制御ユニット１６が１）術前脊椎パラメータ測定、２）標的脊椎パラメータ入力、３）術中脊椎パラメータ入力、及び４）術後脊椎パラメータ入力を受信し、評価するように構成されている、１つ以上の機構を含み得る。これらの入力のうちの１つ以上は、外科手術矯正が外科手術計画に対してどのように進捗しているかを評価し、患者の脊椎が全体的な脊椎均衡の達成にどれくらい近付いているかを評価するために追跡され得、かつ／または他の入力に対して比較され得、手術計画を発展／改良して、所望の外科手術矯正を達成するために活用され得る。例として、かかる機構は、名称「Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｐｉｎａｌ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ」で、２０１４年１０月９日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５９９７４号に示され、記載される機構であり得、それらの全体の内容は、参照することにより、本明細書に完全に記載されるかのように組み込まれる。
【００９２】
ほんの一例であるが、神経監視システムは、名称「Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」で、２００８年４月３日に出願された米国特許第８，２５５，０４５号に示され、記載される神経監視システムであり得、それらの全体の内容は、参照することにより、本明細書に完全に記載されるかのように組み込まれる。
【００９３】
上記で考察される機構のうちの１つまたは多くから、ユーザが所望のロッド解を選択すると、次いでユーザは、機械的屈曲機１８を使用して屈曲を実行する。機械的ロッド屈曲機１８は、６度のあそび情報を考慮する任意の屈曲機であり得ることが企図されるが、それが脊椎ロッド上の屈曲に影響を与えるためである。例として、一実装例によると、機械的ロッド屈曲機１８は、名称「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｉｍｐｌａｎｔ」で、２０１１年６月７日に特許取得した同一出願人が所有する米国特許第７，９５７，８３１号に記載される屈曲機であり得、その開示は、参照することにより、本明細書にその全体が記載されるように組み込まれる。第２の実装例によると、機械的ロッド屈曲機１８は、図５３で示される屈曲機であり得る。第１及び第２のレバー１０６、１１０は示されるが、レバーハンドル１０８はレバー１０６を手動で掴むために考案され、基台１１２はレバー１１０を静止配置で保持する。第２のレバー１１０は、極めて長いロッドが使用され得、ならびに屈曲プロセスの間、ロッド屈曲デバイス１８でロッドを安定させるようにロッドに１１４を通過させる。ユーザは、ハンドル１０８を掴み、それを開放して、角度計１３２上で角度を選ぶこと及びレバー１０６、１１０が互いに接近するように、ハンドル１０８を閉鎖することにより特定のロッドを屈曲させる。他の実施形態において機械的ロッド屈曲機１８は、ハンドル開放運動の間も、ロッドを屈曲させるために作成され得る。ロッドは、心棒１１８を通って、かつ可動ダイ１２０と固定ダイ１２２との間を移動する。ロッドは、２つのダイ１２０、１２２の間で屈曲される。屈曲機１８上の計器は、屈曲配置、屈曲角度、及び屈曲回旋を決定するためにユーザがロッドを操作することを可能にする。ロッドは、コレット１２６により所定の配置に保持される。滑り駒１２８を基台１１２に沿って滑らすことにより、ロッドは、機械的ロッド屈曲機１８内で近位及び遠位に移動され得る。配置は、基台１１２に沿って、規則的な間隔でクリックストップ１３０により測定され得る。各クリックストップ１３０は、基台１１２に沿った測定距離であり、よって、特定の数のクリックストップ１３０を移動することは、ロッド屈曲の位置に関して精密な位置を供する。
【００９４】
屈曲角度は、角度計１３２を使用することにより測定される。角度計１３２は、規則的な間隔が空けられた駆動歯１１６を有する。各駆動ストップは、ハンドル１０６が開放及び閉鎖されるとき、特定の屈曲角度計１３２で５度の屈曲角度を表示する。各駆動ステップは、任意の好適な程度の増分（例えば、．２５度〜１０度の間）を表示し得ることを理解されたい。屈曲回旋は、コレットノブ１３４により制御される。コレットノブ１３４を時計回りまたは反時計回りに回旋することにより、ユーザは、特定の回旋角度を設定し得る。コレットノブ１３４は、規則的な間隔の刻み目１３６で印が付けられるが、この特定の実施形態は、連続して回転可能であり、よって無限の設定を有する。ユーザがノブ１３４を回転させると、ユーザは、特定の角度回旋を高度な正確さに決定するための特定の目印かまたはその間の辺りで、ノブ１３４を設定し得る。さらに、基台１１２は、その長さに沿って定規１３８を有し、ユーザが、手術中にロッドを測定するのを補助し得る。
【００９５】
別の実装例によると、ロッド屈曲機１８は、ロッドの位置、回旋、及び屈曲角度を自動的に調節する空気作用デバイスまたは電動デバイスであり得る。例として、各運動に対して、３つのモーターが活用される。線形平行移動モーターは、心棒１１８及び可動ダイ１２０の内外でロッドを移動するであろう。１つの回旋モーターは、ロッド及び可動ダイ１２０を回旋するであろう。屈曲計算は、モーターに電力供給し、制御するために実行するであろうインターフェースプログラムに変換され得る。自動化屈曲機は、手動の屈曲指令に伴うユーザの誤りの可能性を減らすであろう。それは、より平滑な見た目のロッドのためのロッド作製において、加えられ得る屈曲の分析または数も増加させるであろう。
【００９６】
本発明は、本発明の目的を達成するための最良の形態に関して記載されてきたが、これらの教示を考慮して、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、変形物が達成され得ることが、当業者によって理解される。例えば、本発明は、コンピュータプログラミングソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアの任意の組み合わせを使用して実現され得る。本発明を実践する、または本発明に従ってデバイスを構築する準備ステップとして、本発明に係るコンピュータプログラミングコード（ソフトウェアであるか、またはファームウェアであるかに関わらず）は、典型的に、固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光学ディスク、磁気テープ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭなどの半導体メモリなどの１つ以上の機械可読記憶媒体に記憶することができ、それによって、本発明に係る製品を作製する。コンピュータプログラミングコードを含有する製品は、記憶デバイスからコードを直接実行することによって、記憶デバイスからハードディスク、ＲＡＭなどの別の記憶デバイスにコードをコピーすることによって、または遠隔実行のために、コードをネットワーク上で伝送することによって、使用される。
【００９７】
本発明は、様々な修正及び代替形態に影響を受けやすいが、一方で、それらの特定の実施形態は、ほんの一例であるが図面で示され、本明細書に詳細に記載される。当業者が想定することができるように、上記の多くの異なる組み合わせを使用することができ、したがって、本発明は、指定される範囲に制限されない。特定の実施形態の本明細書の記載は、開示された特定の形態に本発明を限定することを意図しないことを理解されたい。対照的に、本発明は、本明細書で定義されるような本発明の真意及び範囲にある全ての修正、同化物、及び代替品を網羅することである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【外国語明細書】
2019107518000001.pdf