(57)【要約】対象物のための再構成可能なトラッキング装置は、トラッキング装置を選択的に位置付けするために対象物に取外し可能に結合するように構成することができる再位置付け可能な取付け装置を含む。取付け装置は更に、対象物に取り付けられる第１の部分と、第１の部分に対して相対的に再位置付けすることができる第２の部分とを含むことができる。更に、取付け装置は、対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置に固定されるように構成することができる。【選択図】図８Ｂ
2013524952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して選択的な位置付けをするために前記対象物に取外し可能に結合するように構成された再位置付け可能な取付け装置を備えてなり、前記再位置付け可能な取付け装置は、
前記対象物に取り付けられた第１の部分と、
前記第１の部分に対して相対的に再位置付けすることができる第２の部分と、を備え、
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置に固定されるように構成されている、トラッキング装置。
【請求項２】
前記第１の部分は、前記第２の部分をハウジングに固定するための少なくとも１つの取付け部材を受け入れるように構成された前記ハウジングを備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項３】
前記第１の部分は、前記再位置付け可能な取付け装置に結合するための取付け部材を、前記第１の部分に通して受け入れるための少なくとも１つの開口部を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項４】
前記第２の部分は、前記第１の部分に延びる少なくとも１つの拡張部分を結合するための取付け部材を、前記第２の部分に通して受け入れるための少なくとも１つの開口部を有する少なくとも１つの拡張部分を備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの拡張部分は、前記第１の部分と反対方向に位置付けられた少なくとも２つの拡張部分を備える、請求項４に記載のトラッキング装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの拡張部分は、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に取付け板を受け入れるための開口部を備える、請求項４に記載のトラッキング装置。
【請求項７】
前記前記再位置付け可能な取付け装置は、前記第２の部分に取外し可能に固定されるように構成された取付け板を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項８】
前記第１の部分は、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置の１つに前記第２の部分の一部を受け入れるように構成された少なくとも１つの凹部を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項９】
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に、前記第１の部分と前記第２の部分の一方を係合させるように構成された少なくとも１つの固定用部材を更に備える、請求項８に記載のトラッキング装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの取付け部材を通して受け入れるように位置付けられた開口部を有しており、前記第２の部分を隣接させるとともに前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に前記第２の部分を前記第１の部分に隣接させて保持するように構成されたクランプを更に備える、請求項９に記載のトラッキング装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に、前記第１の部分と前記第２の部分の一方を係合するように構成された少なくとも１つのリテーナを更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されており、かつ、前記再位置付け可能な取付け装置を結合するように構成されたフレームを更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項１３】
前記再位置付け可能な取付け装置の前記回転を指示するように構成された回転印を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項１４】
対象物に固定された再位置付け可能な取付け装置を備えてなり、前記再位置付け可能な取付け装置は、前記対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを受け入れるように構成された取付け点を備える、トラッキング装置。
【請求項１５】
前記フレームは、少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されており、前記再位置付け可能な取付け装置を取外し可能に結合する、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１６】
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記フレームに固定されるように構成された取付け板を更に備える、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１７】
前記再位置付け可能な取付け装置は、取付け点を有する拡張部分を更に含む、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１８】
前記対象物に付着されたハウジングを更に備えてなり、前記ハウジングは、前記再位置付け可能な取付け装置を前記ハウジングに固定するための少なくとも１つの取付け部材を受け入れるように構成されている、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１９】
器具と、
前記器具に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを固定するように構成された取付け点と、を備えてなり、
前記フレームは、少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されている、ナビゲートされる外科用器具。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に対して、前記フレームを取り外し可能に取り付けるように構成された取付け板を更に備える、請求項１９に記載のナビゲートされる外科用器具。
【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、２０１０年４月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／３４２，９９６号の優先権の利益を主張するものであり、それは本特許出願の基礎とされ、かつ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は概して、ナビゲートされる外科用器具のトラッキング装置の調整可能な構成のための方法、処理、装置、およびシステムに関する。一実施形態において、本発明は、器具のアクセス、使用性、構成、および全体的にトラッキング可能なエンベロープ（範囲）のうちの少なくとも１つを向上させるために実施される。
【背景技術】
【０００３】
光学式ナビゲーションは、他のナビゲーションと同様に、器具との関係で空間内の剛体の位置をトラッキングするために外科手術で使用される。これらのシステムは、以下に更に議論するように、カメラおよびカメラによって位置をトラッキングされるマーカーの使用に依存する場合が多い。したがって、画像フレーム上のマーカーの既知の空間的な関係を用いて、カメラがマーカーを検出することができる間は、剛体との関係において器具の三次元位置を知ることができる。表示ソフトウェアは、更に、器具および患者の周囲の解剖学的構造の仮想的リアルタイム画像が、外科手術中に補助するために外科医に利用可能になり得るように、剛体との関係において器具の三次元位置を表示するために使用することができる。
【０００４】
更に、複数の器具および／または対象物は、同一のカメラで同一の作業領域内において、骨等の硬質な患者の解剖学的構造を含めてトラッキングすることができる。ただし、各対象物は、独自のトラッキング装置を有する必要があり、マーカーの設定は、それぞれのトラッキング装置に基づいてトラッキングされる対象物間を区別するためのソフトウェア（または、画像データを解析する任意の他のコンピュータプロセッサ）を有効にするように、各器具および／または対象物に対して特有である必要がある。これらのトラッキング装置のフレームは、トラッキングされる対象物およびトラッキングするために使用され互いに干渉を引き起こす可能性がある解剖学的構造に比べて大きくてもよい。
【０００５】
ナビゲーションシステムは光学式であるため、全てのトラッキング装置は、混乱を避けるために、外科手術中はカメラの検出範囲内にある必要がある。トラッキング装置が物理的に遮断されるか、またはカメラの視界の外に移動している場合、トラッキング装置が作業領域の検出範囲に戻される（すなわち、カメラの視界に戻される）まで、リアルタイムのトラッキングは停止する。これは、トラッキングされる器具および／または対象物が検出されず、トラッキング装置がカメラに見えないところで再位置付けを必要とする場合、外科手術中に問題を生じる。
【０００６】
更に、上述したように、器具がトラッキング可能であるための要件の１つは、器具が一般的に剛性であり、空間整合性を確保するためにそれに堅く取り付けられているフレームを持たなければならないということである。これは、ソフトウェアがそのフレームに対する器具の相対的な位置を推測することができるようにするために必要である。トラッキング装置のソフトウェアは、フレームの場所を「知っている」だけである。しかし、ソフトウェアは、器具が所定のサイズおよび形状（例えば、外科用ドリル）を有しており、具体的な構成においてこのフレームに取り付けられているという情報が提供される場合、その後、ソフトウェアは、その器具の位置も同様に「知っている」。このように、器具の位置は、トラッキング装置の位置と結び付いている。器具がトラッキング装置に対して何とか移動した場合（例えば、トラッキング装置の装着が緩み、トラッキング装置のフレームが器具に対して移動したとき）、ナビゲーションシステムからの器具の位置データはもはや正確ではない。
【０００７】
したがって、トラッキング装置のフレームに対する器具の相対的な動きが、外科手術中の器具の位置を正確にトラッキングするために制限されなければならない場合がある。このことは、トラッキング装置および／またはナビゲーション計測器の存在が、トラッキング装置のフレームの存在下で「許可」されることを超える器具の動きを妨げることができるという点で、ナビゲーションを使用する外科手術の様々な問題を生じさせ得る。このような制限は、物理的障壁を生じさせる場合があり（例えば、トラッキング装置のフレームが、トラッキングされる器具を外科医が正しい向きに動かすことから妨げる何かに当たるとき）、または、トラッキング装置のフレームが（カメラの）視界からは遮断されているとき（例えば、器具の切削ガードが特定の切断を防止し、器具が視界の領域外に回転させられなければならないとき）、トラッキングの問題を生じさせ得て、器具自体が外科手術に係る理想的な（所望の）位置に配向することができるときでさえ、システムはトラッキングされる器具の位置を突き止めることができない。
【０００８】
例えば、膝置換手術の場合には、トラッキング装置のフレームがカメラによって見られることを阻止し得る方向に外科用器具を使用することが要求される（すなわち、カメラの検出エンベロープ外にある）場合がある（切断される必要のある）膝の部分がある。より具体的には、器具を使用するユーザ／外科医は、骨より上に器具を保持することや上から骨を切開することよりも、それを骨より下に保持する必要がある場合があり、骨は下から切開されなければならない場合がある。これを行うためには、器具自体が、骨より上の（above-the-bone）方向から１８０度反転させなければならない場合がある。トラッキング装置のフレームが器具の上部に堅く取り付けられており、直立位置でのみ見ることができる場合、その後、器具を１８０度反転させたときにトラッキング装置はもはやカメラから見えない場合があり、トラッキングが中断される場合があり、外科手術のナビゲーションに基づく完了はほぼ不可能である。したがって、器具のリアルタイムトラッキングは、器具の位置が外科的に正しい（かつ、所望の）位置であるにもかかわらず、中断されることになる。
【０００９】
（トラッキングされる）器具の動き上の制限についての上記の問題に対処する１つの試みは、器具が反転するときに、第２のトラッキング装置が（カメラに対して）見えて器具のトラッキングが中断せずに続けることができるように、器具の反対側にもトラッキング装置のフレームを堅く取り付けることであった。しかし、様々な用途において、このような更なるトラッキング装置は望まれないか、または実用的でない場合がある。例えば、外科的骨切断手術において、更なるトラッキング装置は面倒であり、重量を増加させ、使い勝手を低下させ、適切に骨を切断するために必要とされる特定の方向に器具を把持することを妨げる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、既知の欠点および欠陥の一部または全部を克服する、再構成可能な器具およびトラッキング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
好ましくは、本発明は、単一のトラッキング装置のフレームを使用してそのトラッカビリティを保持しながら、トラッキングされている対象物および／またはトラッキング装置を再構成するための方法および装置を提供する。トラッキングされている対象物および／またはトラッキング装置は、こうして、取り付けられたトラッキング装置に対して様々ではあるが既知の剛性な構成に調整できるように再構成することができる。作用しているソフトウェアが、器具のジオメトリが変更されたことを知り、新しいジオメトリ（トラッキング装置のフレームに向かい合う位置）を認識している限り、器具のトラッカビリティを保持しながら器具への調整が行われてもよい。このような調整には、多くの異なる理由があり得る。例えば、トラッキングされる対象物または器具の可視範囲を増加させること（例えば、ナビゲーションシステムの光学的エンベロープ内に対象物を保持するためにトラッキング装置のフレームを移動させることによって）、または、器具のアクセスまたは使用性を向上させるように器具のジオメトリを変更させること（例えば、異なる位置においてトラッキング装置を受け入れるための器具を再構成することによって）が望ましい。したがって、本開示による教示はまた、トラッキング装置がトラッキングされている対象物の追加機能を可能にするために既知の位置に再構成することができるので、トラッキングされている器具の数を減らすために使用することができる。例えば、特定の外科手術用の場合には、異なるジオメトリの２つの類似の器具が、特定の固定されたトラッキング装置の向きに付着され検証されるトラッキング装置を有する手術の異なる段階において必要とされ、これらの器具は潜在的に、本明細書において後述するように１つの「器具」に組み合わせることができる。
【００１２】
一実施形態において、本開示は、複数の剛性ジオメトリに調整することができる、再構成可能なナビゲートされる外科用器具および／またはトラッキング装置に関する。別の実施形態において、本開示は、再構成を考慮し、トラッキング／ナビゲーションソフトウェアにその再構成を通信する方法および装置に関する。例えば、一実施形態において、スイベル系トラッキング装置取り付け機構は、トラッカビリティを保持しながら、逆さまに骨切削器具を保持して切断する必要がある骨の部分を含む膝の外科手術中に使用するために提供されてもよい。
【００１３】
１つの好ましい非限定的な実施形態において、本発明は、トラッキング装置について選択的に位置付けするために取外し可能に対象物へ結合するように構成することができる、再位置付け可能な取付け装置を有するトラッキング装置に向けられている。取付け装置は更に、対象物に取り付けられる第１の部分と、第１の部分に対して相対的に再位置付けすることができる第２の部分とを含むことができる。取付け装置は更に、対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置に固定されるように構成することができる。
【００１４】
本発明によれば、対象物に固定されており対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを受け入れるように構成された取付点を有する再位置付け可能な取付け装置を含む、トラッキング装置が提供される。
【００１５】
本発明によれば更に、対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを固定するように構成された取付点を有するナビゲートされる外科用器具が提供される。
【００１６】
本発明のこれらのおよび他の特徴および特性は、操作方法および構造の関連する要素および部品の組み合わせの機能および製造上の経済性と同様に、添付の図面を参照する以下の説明および添付の特許請求の範囲を考慮するとより明らかになるが、それらは全て本明細書の一部を形成するものであり、同様の参照番号は様々な図面において対応する部位を指定する。しかし、図面は例示および説明の目的のためだけのものであり、本発明を不当に限定するものではないことが明確に理解されるべきである。本明細書および特許請求の範囲に使用される、単数形の「ａ」，「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうではないと指定しない限り、複数の指示対象物を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、標準的な膝置換外科手術中の例示的な光学式外科用ナビゲーション装備の簡略化された図である。
【図２】図２は、患者の骨が切除されている間の幾何学的関係においてトラッキングされる対象物を示す例示的な仮想インターフェイスの平面図である。
【図３】図３は、光学式外科用ナビゲーションのための対象物に取付られた例示的なトラッキング装置の斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係る、対象物に装着された再構成可能なトラッキング装置の実施形態の部分斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係る、対象物に装着された再構成可能なトラッキング装置の実施形態の部分斜視図である。
【図６】図６は、本発明に係る再構成可能なトラッキング装置の実施形態の斜視図である。
【図７】図７は、本発明に係る、対象物に装着された再構成可能なトラッキング装置の実施形態の部分斜視図であり、影の中に他の構成を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明に係る、対象物に装着された再構成可能なトラッキング装置の実施形態の斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明に係る再構成可能なトラッキング装置の実施形態の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の説明の目的のために、用語「上方」、「下方」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上部」、「下部」、「横」、「縦」およびそれらに関連する派生語は、図面に方向付けされているように発明に関連している。しかし、本発明は、明示的に反対に指定された場合を除いて、様々な代替的変化およびステップシーケンスを仮定し得ることを理解すべきである。添付の図面に示されるとともに以下の明細書に記載される特定のデバイスおよび処理は、単に本発明の例示的な実施形態であることも理解されるべきである。したがって、本明細書に開示される実施形態に関連した具体的な寸法および他の物理的特性は、不当に制限するものではないと考えるべきである。
【００１９】
本発明は、明示的に反対に指定された場合を除いて、様々な代替的変化およびステップシーケンスを仮定し得ることを理解すべきである。添付の図面に示されるとともに以下の明細書に記載される特定のデバイスおよび処理は、単に本発明の例示的な実施形態であることも理解されるべきである。
【００２０】
図１は、例示的な光学手術ナビゲーション装備の簡略化された図を示す。赤外線カメラ１０およびトラッキング装置１２は、外科手術のナビゲーションを実行するために用いることができる。トラッキング装置１２は、ユーザが外科手術中トラッキングすることを望む任意の対象物１４（例えば、外科用ドリル）に堅く装着されてもよい。トラッキング装置１２は、フレーム２０に装着された１つまたは複数の赤外線反射マーカー２２の構成を含んでもよい。例えば、図３は、トラッキング装置のフレーム２０およびマーカー２２を含む例示的なトラッキング装置１２を示す。トラッキング装置のフレーム２０は、剛体対象物１４に直接装着されることによりトラッキングされる剛性対象物１４に堅く取り付けられて図示されている。
【００２１】
カメラ１０は、このように、外科手術中に作業領域の連続画像を取得することができ、マーカー２２は、それらの写真から検出される。画像フレーム上のマーカー２２の既知の剛性空間的な関係を用いて、３Ｄ（三次元）空間における対象物１４の位置を決定することができる。この対象物の１４の位置は、例えば、ＣＴスキャンおよび／または超音波画像から決定されるような患者の解剖学的構造を有するこの位置を統合することができるコンピュータプログラムに連続的に出力することができる。骨１８等の患者の解剖学的構造に対する対象物１４の相対的な位置はまた、表示端末またはモニタ１６に連続的に表示されてもよい。したがって、ユーザ／外科医は、外科手術を受けている患者の骨１８に対する対象物１４の相対的な位置を視覚化し、知ることができる。
【００２２】
ここで、トラッキングされる対象物１４は、公知の物理的な構成を有するとともにトラッキング装置１２のフレーム２０を公知の構成において堅く取り付けることができる限り、様々であり必要な外科用アイテムであることが観察される。したがって、対象物１４は、外科用ドリル、ポインタプローブ、切断治具等であってもよい。
【００２３】
図２に見られるように、患者の骨１８との幾何学的関係においてトラッキングされる対象物１４を描写する例示的な仮想インターフェイスを示す。対象物１４の仮想的リアルタイム画像および外科手術を受けている患者の周囲の解剖学的構造が外科手術において補助するために外科医に利用可能にすることができるように、表示ソフトウェアは対象物１４のジオメトリを表示画面１６上に表示するために使用することができる。このインターフェイスの画像は、ユーザ／外科医を支援するために外科手術中の表示画面１６上に外科医に表示されたままであってもよい。
【００２４】
１つの好適かつ非限定的な実施形態において、再構成可能なトラッキング装置１１２は、図４に図示したようにスイベルマウント１２４に調整可能に設置することができるフレーム１２０およびマーカー１２２を含んでもよい。スイベルマウント１２４は、対象物１４のハウジング７４上の開口部（図示せず）と一列に並べた開口部１２６を有する輪１４２を含んでもよい。したがって、図５に見られるように、トラッキング装置１１２は、１つまたは複数のネジ１２８によってハウジング７４に対して既知の位置に固定することができる。しかし、ネジ１２８が開口部１２６から取り外されている間、輪１４２を回転させることができ、したがって、フレーム１２０はそれを有する。２つの開口部１２６は図示した実施形態において示されているが、トラッキングされる対象物１４の位置を知ることができるように、更なる開口部が他の所望の角度の回転で提供され得ることが理解される。
【００２５】
図４〜図５に見られるように、スイベルマウント１２４の輪１４２と対象物１４上に位置付けられたハウジング７４との間にギャップがあった場合、スイベルマウント１２４に完全に固定されたときでさえトラッキング装置１１２が僅かに動くのを許容するいくらかのこのような遊びは、ネジ１２８を固定することによって取り除くことができる。したがって、スイベルマウント１２４の継ぎ輪１４０は、図５に図示したようにネジ１２８を締めることによって、対象物１４のハウジング７４に、より確実に取り付けられてもよい。更に、代替的な実施形態において、輪１４２はまた、既知でありかつ所望の異なる位置にトラッキング装置１１２を堅く取り付けるために、対象物１４に位置付けられており内輪１４２の受け入れ開口部（図示せず）に向かって偏向した、例えば、ボールプランジャ等のリテーナ１４５とともに所望の位置に固定されてもよい。
【００２６】
図８Ａにおいてより詳細に見ることができるように、スイベルマウント１８４は、トラッキングされる対象物１４に装着することができる継ぎ輪１４０を有していてもよい。スイベルマウント１８４はまた、対象物１４の周りを回転するように構成されている輪１４２を含んでもよく、トラッキング装置１１２が取り付けられ得る拡張部分１４８を有してもよい。拡張部分１４８は、例えば、ネジ、ボルト、ピン等の１つまたは複数の取付け部材１４３によって輪１４２に装着されてもよく、フレーム１２０は、例えば、開口部１２７を介して位置付けられている、ネジ、ボルト、ピン等の１つまたは複数の取付け部材１２３によって拡張部分１４８に装着されてもよい。スイベルマウント１８４は、少なくとも３つのコンポーネント、すなわち、継ぎ輪１４０、輪１４２、拡張部分１４８を有するものとして図示されているが、スイベルマウント１８４は、本発明の原理および範囲内において一体構造のものであってもよいことが理解される。更に、トラッキング装置１１２は、本発明の代替的な実施形態において、スイベルマウント１８４と一体構造のものであってもよい。したがって、対象物１４が、切断を行うために上下逆さまに保持される必要があるとき、トラッキング装置１１２は、対象物１４の回転に伴うために所望の量（例えば、１８０度）旋回／回転させて、既知の空間構成においてカメラの視界に留まらせてもよい。
【００２７】
更に、特定の回転が達成されたことを確認するために、継ぎ輪１４０上の剛性止め具１２１は、フレーム２０が装着される拡張部分１４８の動程の両端において制限を定義することができる。拡張部分１４８は、少なくとも１つの止め具１２１内に位置付けられると、そのような拡張部分１４８は、拡張部分１４８上の凹部および／または開口部（図示せず）に係合することができる、例えば、ネジ、ボルト、ボールプランジャ等のリテーナ１２５と所定の位置に固定することができる。したがって、トラッキング装置１１２は、既知の剛性な所望の位置に固定することができる。前述のように、輪１４２の回転が、対象物１４に取り付けられている継ぎ輪１４０内の剛性止め具１２１で２つの位置の（例えば、１８０度の間隔）の一方に固定することができる。
【００２８】
代替的な実施形態において、または他の実施形態に加えて、図８Ａに見られるように、輪１４２は、ボールプランジャ１４５を受け入れるための開口部１４７を有する第２の拡張部分１４４を有してもよい。ボールプランジャ１４５は、トラッキング装置１１２の位置の決定を可能にするために、対象物１４の本体付近の既知の位置に置かれてもよく、結果として、カメラ１０によってそれらの検出を可能にするためにマーカー１２２の位置を最適化する上でより多くの変動性を許容する。
【００２９】
ここで、図４〜図５の実施形態におけるスイベルマウント１２４は、トラッキング装置１１２を、例えば１８０度等に精密に回転させることができる。このように、ユーザ／外科医が、例えば大腿骨と脛骨との間などで切断中の骨１８を切り替えるとき、トラッキング装置１１２は、対象物１４の反対側に既知の回転距離だけ離れた外側に望ましく回転させることができる。このように、対象物１４は、上下逆さまに保持された場合であってもトラッキング可能なままである。また、回転の印１９０は、拡張部分１４８の位置を測定することができるように、対象物１４に設けられてもよい。
【００３０】
別の実施形態において、図６および図８Ｂに示すように、インデックス可能なスイベルマウント３２９を使用することができる。インデックス付きスイベルマウント３２９は、ネジ３２３を介して、トラッキング装置３１２に取り付けるための一体型拡張部分３４８を有する輪３４２を備えるように図示されている。図６に見られるように、トラッキング装置３１２は更に、一実施形態に係る延長部分３４８に一体的に取り付けることができる。トラッキング装置３１２は、他の実施形態のように、トラッキング装置のフレーム３２０に取り付けられたマーカー１２２を有してもよい。インデックス付きスイベルマウント３２９は更に、既知の回転位置において継ぎ輪３３０を受け入れているインデックス上に１つまたは複数の凹み止め部３３１と嵌合するための機械的インデックス３４１を有してもよい。輪３４２上のこのような機械的インデックス３４１は、スイベルマウント３２９の軸の周りに様々な角度で使用することができ、トラッキング装置３１２の既知の回転がなされたことを確実にすることの支援をする。
【００３１】
一実施形態において、輪３４２上のリッジのためのインデックス３４１は、正確な位置付けを提供するために、継ぎ輪３３０上の１つまたは複数の対応する凹み止め部３３１と嵌合することができる。このようなインデックス付きスイベルマウント３２９の位置は、このように、凹み止め部３３１に静止している機械的インデックス３４１を使用して、例えば９０度刻み等の既知の増分においてトラッキング装置３１２の完全な３６０度の動きを可能にすることができる。
【００３２】
スイベルマウント３２９は更に、トラッキング装置３１２の偶発的な動きを防止しトラッキング装置３１２の方向／位置にかかる外力の影響を低減するために使用することができるクランプ３４４を含んでもよい。クランプ３４４は、ハウジング７４にスイベルマウント３２９を取り付けるために、つまみねじ３４３を使用して係合することができる。更に、１つまたは複数の波ばね座金３４６はまた、ハウジング７４との結合に更なる剛性を与えるために使用されてもよい。
【００３３】
図７は、拡張部分４４８、輪部４４２、および第２の延長部分４４４を有するスナップロック式トラッキング装置取付台４３１を示す。輪部４４２が第２の延長部分４４４および／または対象物１４を固定することができる間、第２の拡張部分４４４は、ハウジング７４および／または対象物１４に固定することができる。したがって、スナップ式トラッキング装置取付台４３１は、図示したもの等の少なくとも２つの位置４３２，４３４にトラッキング装置４１２を位置付けるために再構成されてもよい。トラッキング装置４１２は、それに結合される取付板４３０とともにフレーム４２０上に位置付けられたマーカー１２２を有してもよい。
【００３４】
スナップ式トラッキング装置取付台４３１上の取付板４３０は、例えば、トラッキング装置取付台４３１の拡張部分４４８に位置付けられ、安定した既知の位置に摩擦によってパチンと締まる開口部等の取付点４２６を有してもよい。代わりに、取付板４３０は、拡張部分４４８上に磁気的に位置付けられ、および／または、取付点４２６を介してトラッキング装置４１２を位置付けるためにネジ（図示せず）を設けてもよい。スナップロックは、第１の位置４３２から第２の位置４３４までトラッキング装置４１２の迅速な再位置付けを可能にする。別の実施形態では、ピン取付穴４２６、または取付点が、対象物１４と平行に突出する拡張部分の必要性を排除するように、拡張部分４４８は対象物１４の構造と一体であってもよい。
【００３５】
上述の取付け装置およびトラッキング装置を参照すると、物理的な再構成の後に、ソフトウェアはトラッキングされる対象物のジオメトリに依存している表示装置または任意の他の処理を更新するための変化を意識して行うことができる。ソフトウェアとの通信を実現するために多くの異なる方法がある。例えば、一実施形態において、ユーザは、（例えば、適切なデータ入力によって）トラッキングされる対象物の新しい構成をソフトウェアに明示的に伝えることができる。別の実施形態において、センサ（例えば、ホール効果センサ、エンコーダ、近接センサ、バーコードリーダ、ＲＦ（無線周波数）ＩＤタグリーダー、ＬＶＤＴ（線形可変差動変圧器）等）が、トラッキングされる対象物の設定の変化を自動的に感知し、最新の構成情報をナビゲーションソフトウェアに供給するために使用することができる。別の実施形態において、システムソフトウェアは、器具の幾何学的構成を推測するためにトラッキングされた器具の位置または向きを使用することができる。例えば、膝関節置換手術において、大腿骨の前方から後方まで作業を必要とする場合がある。トラッキングされた器具は２つの構成（例えば、前方用の構成および後方用の構成）を有する場合、ソフトウェアは、器具が現在切断中の部位に基づいている構成を推測することができる。したがって、ナビゲーション／トラッキングソフトウェアは、対象物１４が現在位置付けられている構成について、ユーザ／外科医によって明示的に「告げる」ことができる。いくつかの構成は、選択されたトラッキング装置と取り付け構成が、例えば、図４または図５に示すような「最初の」構成になっていても、またはトラッキング装置が図６のスイベルマウントの場合にインデックス付けされた位置にあっても、またはトラッキング装置が「最初の」位置から１８０度回転させて、図７に示すように所定の位置に「収まって」いても、可能である。
【００３６】
本発明によれば、トラッキング可能対象物または器具（例えば、外科用ドリル）を様々な既知の固定位置に再構成するための複数の方法がある。例えば、本明細書において上に記載した一実施形態では、インデックス可能な位置（直線のまたは回転の）は、調整可能なコンポーネント（すなわち、トラッキング器具）が既知の固定位置に収まることにより使用されてもよい。インデックス可能な部分は、トラッキング装置のフレーム自体であってもよく、別の実施形態では、トラッキングされる対象物の一部であってもよい。別の実施形態では、トラッキングされる器具は、目盛り付きの無限に調整可能なコンポーネントを有することができる。ユーザは、目盛りに基づいて既知の位置に器具を調整し、ユーザインターフェイスを介してソフトウェアに器具の位置を伝えることができる。更なる実施形態では、無限に調整可能コンポーネントの位置は、ソフトウェアと通信しているセンサによって監視することができる。代替的な実施形態では、トラッキングされる器具は、取り換え可能なジオメトリを有することができる。ユーザは、対象物の一部を削除し、異なる既知のコンポーネントに置き換えることができる。更に他の実施形態では、ユーザは、トラッキングされた器具のコンポーネントを移動させ、例えば、図７の影に図示したように、コンポーネントを別の既知の位置に再取り付けすることができる。
【００３７】
上記では、光学的にナビゲートされる外科手術においてカメラからトラッキング装置に視界の視線を維持しながら、より柔軟な外科的切断方向のための様々なアプローチを記載している。したがって、外科医は、任意の向きに外科用器具を保持することができ、可能な調整の後、器具はトラッキング可能なままである。本明細書中に記載された様々なトラッキング装置取付機構によって提供される柔軟性は、外科医が人体構造の領域に到達することが困難なために異なる向きで外科用器具を保持するために必要とする様々な外科手術に有用である場合がある。前に述べたように、器具の向きを調整するための多くの異なる理由があり得る。例えば、（例えば、ナビゲーションシステムの光学的エンベロープ内に対象物を保持するためにトラッキング装置のフレームを移動させることによって）トラッキングされる対象物または器具の可視範囲を大きくすること、または器具のアクセスまたは使用性を向上させ、単一のトラッキングされた器具を使用して複数の器具の機能を提供するように器具のジオメトリを変更することが望ましい場合がある。
【００３８】
ここで、上記の議論は、主に例示的なナビゲートされる外科用器具に関するものであるが、本明細書で議論されるトラッキング装置取付機構は、器具が本質的に外科用であるかどうかに拘らず、ナビゲーションを使用する任意の（トラッキングされる）器具（例えば、電磁的、機械的、能動光学的、受動光学的等）に適用することができることに留意されたい。例えば、本明細書で議論される外科用骨切削器具に加えて、本開示の教示は、手術プローブ、針、骨等にも適用することができる。トラッキング装置は、このように、トラッキングソフトウェアが新しい向きに校正することができると仮定する、任意の所定の剛性位置に調整するように設計することができる。
【００３９】
本発明は、現在最も実用的かつ好ましい実施形態（又は複数の実施形態）であると考えられるものに基づいて、説明の目的のために詳細に記載されているが、そのような詳細は、単にその目的のためだけであって、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の原理および範囲内での変更および同等な構成を包含することを意図していることが理解されるべきである。例えば、本発明は、可能な範囲で、任意の実施形態の１つまたは複数の特徴が、任意の他の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わせることができることを企図していることが理解されるべきである。特定の動作要件および環境に合わせて変化させた他の修正および変更が当業者には明らかであるので、本発明は、開示の目的のために選択された実施例に限定されると考えられるものではなく、本発明の原理および範囲から逸脱しないように構成される全ての変更および修正を包含すると考えられるべきである。
【図１】
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【図２】
2013524952.tif 000004
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月18日(2012.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して選択的な手術時の位置付けをするために前記対象物に取外し可能に結合するように構成されており、少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置に固定可能である再位置付け可能な取付け装置を備えてなり、前記再位置付け可能な取付け装置は、
前記対象物に取り付けられた第１の部分と、
前記第１の部分に対して相対的に前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置に再位置付けすることができる第２の部分と、を備え、
前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置はそれぞれ、前記対象物が三次元にトラッキングされることを可能にする、トラッキング装置。
【請求項２】
前記第１の部分は、前記第２の部分をハウジングに固定するための少なくとも１つの取付け部材を受け入れるように構成された前記ハウジングを備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項３】
前記第１の部分は、前記再位置付け可能な取付け装置に結合するための取付け部材を、前記第１の部分に通して受け入れるための少なくとも１つの開口部を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項４】
前記第２の部分は、前記第１の部分に延びる少なくとも１つの拡張部分を結合するための取付け部材を、前記第２の部分に通して受け入れるための少なくとも１つの開口部を有する少なくとも１つの拡張部分を備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの拡張部分は、前記第１の部分と反対方向に位置付けられた少なくとも２つの拡張部分を備える、請求項４に記載のトラッキング装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの拡張部分は、前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置に取付け板を受け入れるための開口部を備える、請求項４に記載のトラッキング装置。
【請求項７】
前記前記再位置付け可能な取付け装置は、前記第２の部分に取外し可能に固定されるように構成された取付け板を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項８】
前記第１の部分は、前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置の１つに前記第２の部分の一部を受け入れるように構成された少なくとも１つの凹部を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項９】
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置に、前記第１の部分と前記第２の部分の一方を係合させるように構成された少なくとも１つの固定用部材を更に備える、請求項８に記載のトラッキング装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの取付け部材を通して受け入れるように位置付けられた開口部を有しており、前記第２の部分を隣接させるとともに前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置に前記第２の部分を前記第１の部分に隣接させて保持するように構成されたクランプを更に備える、請求項９に記載のトラッキング装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置に、前記第１の部分と前記第２の部分の一方を係合するように構成された少なくとも１つのリテーナを更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されており、かつ、前記再位置付け可能な取付け装置を結合するように構成されたフレームを更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの安定な予め設定されたトラッキング位置の１つの内に、前記再位置付け可能な取付け装置の前記回転を指示するように構成された回転印を更に備える、請求項１に記載のトラッキング装置。
【請求項１４】
対象物に固定された再位置付け可能な取付け装置を備えてなり、前記再位置付け可能な取付け装置は、前記対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを受け入れるように構成された取付け点を備え、前記フレームは、前記対象物の位置を三次元にトラッキングするために用いられる複数のトラッキング球を含み、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置はそれぞれ、前記対象物が前記複数のトラッキング球の少なくとも一部を介してトラッキングされる可能性を保持する、トラッキング装置。
【請求項１５】
前記フレームは、少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されており、前記再位置付け可能な取付け装置を取外し可能に結合されている、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１６】
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記フレームに固定されるように構成された取付け板を更に備える、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１７】
前記再位置付け可能な取付け装置は、取付け点を有する拡張部分を更に含む、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１８】
前記対象物に付着されたハウジングを更に備えてなり、前記ハウジングは、前記再位置付け可能な取付け装置を前記ハウジングに固定するための少なくとも１つの取付け部材を受け入れるように構成されている、請求項１４に記載のトラッキング装置。
【請求項１９】
器具と、
前記器具に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを固定するように構成されており、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置は、前記器具が三次元にトラッキングされることを可能にする、取付け点と、を備えてなり、
前記フレームは、複数のマーカーを支持するように構成されており、前記複数のマーカーの少なくとも一部は、前記少なくも２つの安定な予め設定された位置の各位置において前記器具をトラッキングするために用いられる、ナビゲートされる外科用器具。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に対して、前記フレームを取り外し可能に取り付けるように構成された取付け板を更に備える、請求項１９に記載のナビゲートされる外科用器具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
本発明は、現在最も実用的かつ好ましい実施形態（又は複数の実施形態）であると考えられるものに基づいて、説明の目的のために詳細に記載されているが、そのような詳細は、単にその目的のためだけであって、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の原理および範囲内での変更および同等な構成を包含することを意図していることが理解されるべきである。例えば、本発明は、可能な範囲で、任意の実施形態の１つまたは複数の特徴が、任意の他の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わせることができることを企図していることが理解されるべきである。特定の動作要件および環境に合わせて変化させた他の修正および変更が当業者には明らかであるので、本発明は、開示の目的のために選択された実施例に限定されると考えられるものではなく、本発明の原理および範囲から逸脱しないように構成される全ての変更および修正を包含すると考えられるべきである。
（付記１）
対象物に対して選択的な位置付けをするために前記対象物に取外し可能に結合するように構成された再位置付け可能な取付け装置を備えてなり、前記再位置付け可能な取付け装置は、
前記対象物に取り付けられた第１の部分と、
前記第１の部分に対して相対的に再位置付けすることができる第２の部分と、を備え、
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置に固定されるように構成されている、トラッキング装置。
（付記２）
前記第１の部分は、前記第２の部分をハウジングに固定するための少なくとも１つの取付け部材を受け入れるように構成された前記ハウジングを備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記３）
前記第１の部分は、前記再位置付け可能な取付け装置に結合するための取付け部材を、前記第１の部分に通して受け入れるための少なくとも１つの開口部を更に備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記４）
前記第２の部分は、前記第１の部分に延びる少なくとも１つの拡張部分を結合するための取付け部材を、前記第２の部分に通して受け入れるための少なくとも１つの開口部を有する少なくとも１つの拡張部分を備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記５）
前記少なくとも１つの拡張部分は、前記第１の部分と反対方向に位置付けられた少なくとも２つの拡張部分を備える、付記４に記載のトラッキング装置。
（付記６）
前記少なくとも１つの拡張部分は、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に取付け板を受け入れるための開口部を備える、付記４に記載のトラッキング装置。
（付記７）
前記前記再位置付け可能な取付け装置は、前記第２の部分に取外し可能に固定されるように構成された取付け板を更に備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記８）
前記第１の部分は、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置の１つに前記第２の部分の一部を受け入れるように構成された少なくとも１つの凹部を更に備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記９）
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に、前記第１の部分と前記第２の部分の一方を係合させるように構成された少なくとも１つの固定用部材を更に備える、付記８に記載のトラッキング装置。
（付記１０）
前記少なくとも１つの取付け部材を通して受け入れるように位置付けられた開口部を有しており、前記第２の部分を隣接させるとともに前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に前記第２の部分を前記第１の部分に隣接させて保持するように構成されたクランプを更に備える、付記９に記載のトラッキング装置。
（付記１１）
前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に、前記第１の部分と前記第２の部分の一方を係合するように構成された少なくとも１つのリテーナを更に備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記１２）
少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されており、かつ、前記再位置付け可能な取付け装置を結合するように構成されたフレームを更に備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記１３）
前記再位置付け可能な取付け装置の前記回転を指示するように構成された回転印を更に備える、付記１に記載のトラッキング装置。
（付記１４）
対象物に固定された再位置付け可能な取付け装置を備えてなり、前記再位置付け可能な取付け装置は、前記対象物に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを受け入れるように構成された取付け点を備える、トラッキング装置。
（付記１５）
前記フレームは、少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されており、前記再位置付け可能な取付け装置を取外し可能に結合する、付記１４に記載のトラッキング装置。
（付記１６）
前記再位置付け可能な取付け装置は、前記フレームに固定されるように構成された取付け板を更に備える、付記１４に記載のトラッキング装置。
（付記１７）
前記再位置付け可能な取付け装置は、取付け点を有する拡張部分を更に含む、付記１４に記載のトラッキング装置。
（付記１８）
前記対象物に付着されたハウジングを更に備えてなり、前記ハウジングは、前記再位置付け可能な取付け装置を前記ハウジングに固定するための少なくとも１つの取付け部材を受け入れるように構成されている、付記１４に記載のトラッキング装置。
（付記１９）
器具と、
前記器具に対して少なくとも２つの安定な予め設定された位置においてフレームを固定するように構成された取付け点と、を備えてなり、
前記フレームは、少なくとも１つのマーカーを支持するように構成されている、ナビゲートされる外科用器具。
（付記２０）
前記少なくとも２つの安定な予め設定された位置に対して、前記フレームを取り外し可能に取り付けるように構成された取付け板を更に備える、付記１９に記載のナビゲートされる外科用器具。
【国際調査報告】
2013524952.tif 000012