(57)【要約】  コンピュータ援用手術システムが、外科処置時に追跡される追跡ユニットを持ち、かつ外科処置に関連する第一機能を果たす、第一外科装置を備える。第二外科装置は、外科処置に関連する第二機能を果たす。トリガーユニットは、第一外科装置と第二外科装置が予め定めた近接関係に達した時に作動開始させられる。外科処置プロセッサが、第一外科装置を追跡する。トリガー検出器は、トリガーユニットのトリガリングを検出する。コンピュータ援用手術アプリケーションが、外科処置のステップを操作する。コントローラは、トリガー検出器が検出の信号を送った時に外科処置において第二機能に関連する選択されたステップを起動するようコンピュータ援用手術アプリケーションに命令する。インターフェイスは、外科処置において選択されたステップに関する情報を表示する。
2013538088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科処置時に追跡される追跡ユニットを持ち、かつ前記外科処置に関連する第一機能を果たす、第一外科装置と、
前記外科処置に関連する第二機能を果たす第二外科装置と、
前記第一外科装置と前記第二外科装置が予め定めた近接関係に達した時に作動開始させられるトリガーユニットと、
少なくとも前記第一外科装置を追跡する外科処置処理ユニットであって、該外科処置処理ユニットが、
前記トリガーユニットのトリガリングを検出するトリガー検出器と、
外科処置のステップを操作するコンピュータ援用手術アプリケーションと、
前記トリガー検出器が検出の信号を送った時に前記外科処置において前記第二機能に関連する選択されたステップを起動するよう前記コンピュータ援用手術アプリケーションに命令するためのコントローラと、
外科処置において前記選択されたステップに関する情報を表示するためのインターフェイスと、を備える、外科処置処理ユニットと、を備える、コンピュータ援用手術システム。
【請求項２】
前記第一外科装置及び前記第二外科装置の中の一方が雌型コネクタを有し、かつ前記第一外科装置及び前記第二外科装置の中の他方が雄型コネクタを有し、それによって、前記第一外科装置及び前記第二外科装置が、前記雄型コネクタと雌型コネクタの嵌め合い係合によって相互に接続することを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項３】
前記トリガーユニットがスイッチであり、かつ前記予め定めた近接関係が前記嵌め合い係合であり、それによって、前記スイッチが前記雄型コネクタと前記雌型コネクタの前記嵌め合い係合によって作動開始させられることを特徴とする、請求項２に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項４】
前記第一外科装置が骨の追跡のために前記骨に取り付けられた基準ツールであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項５】
前記第二外科装置が前記骨の軸を測定するために前記基準ツールに取外し可能に接続されたデジタル化ツールであることを特徴とする、請求項４に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項６】
さらに、前記予め定めた近接関係が条件データベースの条件に従っていることを確認するために前記トリガーユニットと前記トリガー検出器の一方の中に条件データベースを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項７】
次のステップがモード変更であり、かつ前記トリガー検出器が検出の信号を送った時に前記インターフェイスが自動的にモードを変更することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項８】
前記第二外科装置が前記外科処置時に追跡される追跡ユニットを有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項９】
前記追跡ユニットが微小電子機械システムを備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコンピュータ援用手術システム。
【請求項１０】
コンピュータ援用手術アプリケーションの外科処置のステップを進行する方法において、
少なくとも、前記外科処置に関連する第一機能を果たす第一外科装置を追跡するステップと、
前記第一外科装置と前記外科処置に関連する第二機能を果たす第二外科装置との間の予め定めた近接関係を検出するステップと、
前記予め定めた近接関係が検出された時に前記第二機能に関連する前記外科処置の選択されたステップを起動するステップと、
前記選択されたステップに関する情報を表示するステップと、を含む、方法。
【請求項１１】
さらに、前記第一外科装置を追跡するステップが微小電子機械システムから追跡データを受信するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記予め定めた近接関係を検出するステップが、前記第一外科装置と前記第二外科装置との間の嵌め合い係合を検出するステップを含むことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記第二外科装置を追跡するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第二外科装置を追跡するステップが、前記第一外科装置の前記追跡から及び前記第一外科装置と前記第二外科装置の間の前記嵌め合い係合の既知の形状から前記第二外科装置を追跡するステップを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記選択されたステップに関する情報を表示するステップが、前記第二外科装置の前記追跡に関する情報を表示するステップを含むことを特徴とする、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、前記選択されたステップを起動する前に前記検出された予め定めた近接関係が設定条件を守っていることを確認するステップを含む、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一外科装置を追跡するステップが患者の脛骨上の脛骨基準器を追跡するステップを含むことを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記第二外科装置を追跡するステップを含み、前記第二外科装置が脛骨ディジタイザであり、前記選択されたステップに関する情報を表示するステップが脛骨軸を表示するステップを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ援用手術、特にコンピュータ援用手術において使用される手術道具及びこれに関連するトリガリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ援用手術は、コンピュータの計算速度を使用して、骨の整形外科処置を行う外科医及び手術室スタッフを高度な精密さ及び正確さで案内するために長年に亘って進化してきた。手術室におけるハードウェアの必要性を減少させるために、ジャイロスコープ及び加速度計など微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）が、手術道具及び骨の向き及び／または位置を計算する際に使用される。
【０００３】
ＭＥＭＳは、光学追跡システム（例えば、Ｎａｖｉｔｒａｃｋ（商標））など他の形式の追跡装置に加えてまたはその代わりとして使用される。いくつかのケースにおいて、光学追跡システムをＭＥＭＳに置き換えて、道具及び骨からかさばる光学追跡装置を取り除くことができる。ＭＥＭＳのフォーマットは綿密なので、道具上のＬＥＤインジケータまたはスクリーンを用いて手術分野内で全ての情報を提供することによって、独立のモニタなしでコンピュータ援用手術を実施することさえ想定される。外科処置を加速するためにはＭＥＭＳを用いてコンピュータ援用手術を自動化することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
従って、第一実施形態によれば、外科処置時に追跡される追跡ユニットを持ちかつ前記外科処置に関連する第一機能を果たす第一外科装置と、外科処置に関連する第二機能を果たす第二外科装置と、第一外科装置と第二外科装置が予め定めた近接関係に達した時に作動開始させられるトリガーユニットと、少なくとも第一外科装置を追跡する外科処置処理ユニットであって、該外科処置プロセッサがトリガーユニットのトリガリングを検出するトリガー検出器と、外科処置のステップを操作するコンピュータ援用手術アプリケーションと、トリガー検出器が検出の信号を送った時に外科処置において第二機能に関連する選択されたステップを起動するようコンピュータ援用手術アプリケーションに命令するためのコントローラと、外科処置において選択されたステップに関する情報を表示するためのインターフェイスと、を備える外科処置処理ユニットと、を備えるコンピュータ援用手術システムが提供される。
【０００５】
さらに第一実施形態によれば、外科装置の一方は雌型コネクタを有し、かつ外科装置の他方は雄型コネクタを有し、それによって、外科装置は、雄型と雌型のコネクタの嵌め合い係合によって相互に接続する。
【０００６】
さらに第一実施形態によれば、トリガーユニットはスイッチであり、かつ予め定めた近接関係は嵌め合い係合であり、それによって、スイッチは、雄型コネクタと雌型コネクタの嵌め合い係合によって作動開始させられる。
【０００７】
さらに第一実施形態によれば、第一外科装置は、骨の追跡のために骨に取り付けられた基準ツールである。
【０００８】
さらに第一実施形態によれば、第二外科装置は、骨の軸を測定するために基準ツールに取外し可能に接続されたデジタル化ツールである。
【０００９】
さらに第一実施形態によれば、システムは、さらに、予め定めた近接関係が条件データベースの条件に従っていることを確認するために、トリガーユニットとトリガー検出器の一方の中に条件データベースを備える。
【００１０】
さらに第一実施形態によれば、次のステップはモード変更であり、トリガー検出器が検出の信号を送った時に、インターフェイスは自動的にモードを変更する。
【００１１】
さらに第一実施形態によれば、第二外科装置は、外科処置時に追跡される追跡ユニットを有する。
【００１２】
さらに第一実施形態によれば、追跡ユニットは、微小電子機械システムを備える。
【００１３】
第二実施形態によれば、少なくとも外科処置に関連する第一機能を果たす第一外科装置を追跡するステップと、第一外科装置と外科処置に関連する第二機能を果たす第二外科装置との間の予め定めた近接関係を検出するステップと、予め定めた近接関係が検出された時に第二機能に関連する外科処置の選択されたステップを起動するステップと、選択されたステップに関する情報を表示するステップとを含む、コンピュータ援用手術アプリケーションの外科処置のステップを進行する方法が提供される。
【００１４】
さらに第二実施形態によれば、第一外科装置を追跡するステップは、微小電子機械システムから追跡データを受信するステップを含む。
【００１５】
さらに第二実施形態によれば、予め定めた近接関係を検出するステップは、第一外科装置と第二外科装置との間の嵌め合い係合を検出するステップを含む。
【００１６】
さらに第二実施形態によれば、方法はさらに第二外科装置を追跡するステップを含む。
【００１７】
さらに第二実施形態によれば、第二外科装置を追跡するステップは、第一外科装置の追跡から及び外科装置間の嵌め合い係合の既知の形状から第二外科装置を追跡するステップを含む。
【００１８】
さらに第二実施形態によれば、選択されたステップに関する情報を表示するステップは、第二外科装置の追跡に関する情報を表示するステップを含む。
【００１９】
さらに第二実施形態によれば、方法は、選択されたステップを起動する前に検出された予め定めた近接関係が設定条件を守っていることを確認するステップを含む。
【００２０】
さらに第二実施形態によれば、第一外科装置を追跡するステップは、患者の脛骨上の脛骨基準器を追跡するステップを含む。
【００２１】
さらに第二実施形態によれば、方法は、さらに第二外科装置を追跡するステップを含み、第二外科装置は脛骨ディジタイザであり、選択されたステップに関する情報を表示するステップは脛骨軸を表示するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本出願の代表的実施形態に従った近接トリガー式コンピュータ援用手術システムのブロック図である。
【図２】図１のコンピュータ援用手術システムに使用される、骨に対比した嵌め合い外科装置の概略図である。
【図３】図１のコンピュータ援用手術システムに使用される、骨に対比した嵌め合い外科装置の概略図である。
【図４Ａ】嵌め合い以前の、ＣＡＳモニタと図２の嵌め合い外科装置の概略図である。
【図４Ｂ】嵌め合い後の、ＣＡＳモニタと図２の嵌め合い外科装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面特に図２、３、４Ａ及び４Ｂを参照すると、代表的実施形態の近接トリガー式コンピュータ援用手術システムに使用するために、軟組織を取り除いて脛骨Ａの上端を露出させた患者の下腿が図示される。コンピュータ援用手術システム及び関連方法については、膝関節置換え手術時の脛骨改造に使用するものとして説明し図示するが、本実施形態の近接トリガー式コンピュータ援用外科装置及び方法は、人工膝関節手術、人工股関節手術、脊椎手術または代表的実施形態について説明するような外科装置を必要とするその他の整形外科など他のあらゆるタイプの整形外科に使用できることが分かるはずである。
【００２４】
図１を参照すると、近接トリガー式コンピュータ援用手術（ＣＡＳ）システム全体が１０で示される。ＣＡＳシステム１０は、複数の外科装置を特徴とすることができる。図解する実施形態において、ＣＡＳシステム１０は、骨に固定される被追跡外科装置１２を有する。図１の代表的実施形態において、被追跡外科装置１２は、ＭＥＭＳ作動の基準ユニットであり、様々な較正及び照合ステップを通じて骨Ａに関する追跡データ（例えば、向き及び／または位置情報）を提供するように骨に固定される。
【００２５】
図２及び３に示すように、被追跡外科装置１２は、追跡基準として作用するように脛骨Ａの上端に固定された脛骨基準器である。脛骨基準器は、他方の外科装置を受け入れるために雌型コネクタ１３を有する。１つの実施形態において、被追跡外科装置１２と嵌め合い係合する他方の外科装置も、被追跡外科装置１２と他方の外科装置との間の幾何学的関係によって追跡される。図２において、他方の外科装置は、１４Ａで示され、脛骨ディジタイザとして知られる。図３において、他方の外科装置１４Ｂはカッティングブロックである。脛骨ディジタイザ及びカッティングブロックは、それぞれ雄型コネクタ１５Ａ及び１５Ｂを有する。
【００２６】
代表的実施形態において、被追跡外科装置１２は、追跡データを提供するためにＭＥＭＳを作動するので電子回路構成を有する。トリガーユニット１６（図１）は、被追跡外科装置１２の雌型コネクタ１３と他方の外科装置１４の雄型コネクタ１５との間の嵌め合い係合が完了した時に作動開始させられるように、例えば電子回路構成の一部として、被追跡外科装置１２に設置される。トリガーユニット１６は、複数のユニットの任意の１つとすることができる。例えば、トリガーユニット１６は、雄型コネクタ１５と接触することによって作動開始させられるように雌型コネクタ１３の中に設置された単純なスイッチである。別の実施例は、それぞれ対向する装置の磁石と適切なセンサ、近接スイッチとセンサ、対向する装置の導電素子と開回路、またはその他の適切なタイプのトリガーユニットまたはスイッチを含む。
【００２７】
近接トリガー式ＣＡＳシステム１０は、外科装置１２及び外科装置１２との接続関係を通じて外科装置１４Ａ／１４Ｂを追跡するために追跡計算機２２を備える近接トリガー式ＣＡＳ処理ユニット２０を特徴とする。または外科装置１２から独立して外科装置１４Ａ／１４Ｂは自身のＭＥＭＳを有する。追跡計算機２２は、外科装置のＭＥＭＳから追跡信号を受信して、事前の較正及び照合情報を使ってデータを外科装置１２、１４Ａ及び／または１４Ｂに関する並びに骨Ａまたは既に較正され照合されている他の適切な骨に関する追跡値へ変換する。
【００２８】
外科処置コントローラ２４は、骨に対する外科手術を案内するために、骨の軸、道具の軸、模型を定義するためにＣＡＳアプリケーションに従って一連の手動ステップに従う際並びに外科的ステップ情報を与える際に手術室の外科医及びスタッフを案内するＣＡＳアプリケーション２５を操作する。ＣＡＳアプリケーション２５は、ＣＡＳシステム１０の操作者によって入力された情報に従ってかつ追跡計算機２２によって提供された追跡データを通じて固有のステップの流れに従う。その結果生じる情報は、インターフェイス２６典型的には独立型ステーションのモニタまたは外科装置に直接取り付けられたスクリーンまたはＬＥＤに表示される。
【００２９】
トリガー検出器２８は、トリガーユニット１６から検出信号を受信するようにＣＡＳ処理ユニット２０の中に設置される。検出信号を受信すると、トリガー検出器２８は、外科処置コントローラ２４にトリガリングの信号を送る。トリガー検出器２８は、例えば、近接センサが使用される場合外科装置１４が外科装置１２の充分近くにあることを確認することによって、確認ステップを実施できる。さらに、装置１２と１４が嵌め合い式に係合する場合、トリガー検出器８は、トリガリングを確認するために持続的検出信号を必要とする場合がある。これらの確認ステップは、トリガーユニット１６によっても実施でき、どちらの場合も、条件データベースの存在によって実施される。
【００３０】
トリガリングは、外科装置１２への外科装置１４の近接または当接に関して自動的である。従って、外科処置コントローラ２４は、トリガー検出器２８から信号を受信した後操作の流れを変えて、インターフェイス２６上に見られるように例えばスクリーン上のデータの変化によって、さらに外科処置のステップの流れを進める。従って、この動作を実施することによって、操作者とＣＡＳシステム１０との間のインターフェイスのステップが除外されて、所定のタイプの処置の場合ほとんどの標準的外科技法において必要とされる直観的ステップに取って代わられる。
【００３１】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、近接によって自動的にＣＡＳシステムを作動開始する方法が図解される。図４Ａにおいて、脛骨基準器１２は、脛骨Ａに固定され、較正され照合される。従って、脛骨Ａは、その後の外科的ステップのために追跡される。
【００３２】
インターフェイス２６は、外科処置の進行に従ってスクリーン１を示す。従って、スクリーン１は、脛骨基準器１２の追跡から骨Ａに関する追跡情報（例えば、軸、骨模型、値）を表示できる。さらに、外科処置に従って、スクリーン１は、次のステップが、脛骨ディジタイザ１４Ａを嵌め合い接続によって脛骨基準器１２に接続すること（例えば、図２）であることを指示する。
【００３３】
上述のように、外科装置１４の配置は、外科装置１２との物理的相互接続を必要としない場合がある。スクリーン１上のデータは、外科手法ごとの骨Ａ上の固有の位置例えば近接スイッチとセンサによって検出可能であるような外科装置１２からの所定の距離への外科装置１４の設置に関するものである可能性がある。
【００３４】
図４Ｂを参照すると、脛骨ディジタイザ１４Ａは、脛骨基準器１２に嵌め合い式に接続され、その結果、トリガーユニット１６が作動開始させられる。従って、トリガリング条件（例えば、経過時間、近接性など）が満たされた場合、図４Ｂのスクリーン２によって示されるように、ＣＡＳ処理ユニット２０は、自動的にインターフェイス２６上の情報を変更する。データの変更は、脛骨ディジタイザ１４Ａに関連するデータの収集（例えば、脛骨軸の記録）を開始するための処置の流れにおける自動的モード変更であり、コマンドモードからデータ収集モードへ進む。データの変更は、また、装置１２と１４が相互に適切に接続されていることの表示であり、それによって、ＣＡＳシステム１０の操作者に別のステップを実施するよう促す。
【００３５】
上記のステップは、ＣＡＳアプリケーション２５に従ってＣＡＳ処理ユニット２０によって操作される完全なステップセットの一部であり、いくつかのステップは外科技法において定義されるように強制的または任意または必須である。上記のステップは、外科処置時に繰り返すことができる。例えば、カッティングブロック１４Ｂを設置する際（図３）、自動トリガーは、外科処置の流れの変更を生じる可能性がある。
【図１】
2013538088.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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