(57)【要約】  整形外科インプラントの標識を標的化するためのデバイスであって、対合構造部に係合することにより整形外科インプラントに対して装着されるように構成されたハウジングと、ハウジング内の既知の位置に配置された電磁センサとを備え、ハウジングが、対合構造部に係合される場合に、整形外科インプラントの標識に対するセンサの位置は、少なくとも5自由度に関して既知である、デバイス。
2013544138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整形外科インプラントの標識を標的化するためのデバイスであって、
対合構造部に係合することにより前記整形外科インプラントに対して装着されるように構成されたハウジングと、
前記ハウジング内の既知の位置に配置された電磁センサと
を備え、
前記ハウジングが、前記対合構造部に係合される場合に、前記整形外科インプラントの標識に対する前記センサの位置は、少なくとも5自由度に関して既知である、デバイス。
【請求項２】
前記ハウジングは、戻り止めを有するほぼ円筒状の外方表面と、前記インプラントに対して前記ハウジングを固定的に装着するためのボールプランジャのうちの1つを備える、請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記対合構造部に係合し、前記インプラントに対して前記ハウジングを固定的に装着するように、拡張可能であるスプリット端部を備える、請求項1または2に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ハウジングは、溝に係合することにより前記インプラントに対して前記ハウジングを固定的に装着するように構成された圧縮可能部材を有する外方表面を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ハウジングは、座部に係合することにより前記インプラントに対して前記ハウジングを固定的に装着するように構成されたテーパ状外方表面を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ハウジングは、中心長手方向軸を規定し、前記ハウジングは、前記ハウジングの前記中心長手方向軸に沿って湾曲部を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記対合構造部は、多角形外側部分を備え、前記ハウジングは、前記多角形外側部分と対合するための相補的多角形部分を備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
整形外科デバイスの標識を標的化するための方法であって、
標識識別器および第1の電磁場センサを使用して前記整形外科デバイスの第1の標的を位置特定するステップであって、前記標識識別器は、電磁場発生器を有し、前記第1の電磁場センサは、前記第1の標識を位置特定する際には、前記電磁場発生器の作用ボリューム内に位置する、ステップと、
前記作用ボリューム内に第2の電磁場センサを配置するステップと、
前記標識識別器および前記第2の電磁場センサを使用して前記整形外科デバイスの第2の標識を位置特定するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記第1の電磁場センサは、前記第2の標識を位置特定する際には、前記電磁場発生器の前記作用ボリュームの外部に配置される、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記整形外科デバイスは、骨プレートである、請求項8または9に記載の方法。
【請求項１１】
前記第1の標識は、穴である、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
第2の電磁場センサを装着するステップが、前記穴にアクセスするステップと、前記穴を通して前記整形外科デバイスに対して前記第2の電磁場センサを装着するステップとを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記穴は、前記整形外科デバイスが患者内に植え込まれる際に、アクセスされる、請求項11または12に記載の方法。
【請求項１４】
前記穴は、ねじ穴であり、前記第2の電磁場センサを装着する前記ステップは、前記ねじ穴にドリルスリーブを係合させるステップと、前記ドリルスリーブに対して前記第2の電磁場センサを装着するステップとを含む、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
整形外科安定化構造体に対する工具の位置決めが許容し得るものであることを確認する方法であって、
センサからの信号を受信するステップであって、前記信号は、前記整形外科安定化構造体の標識に対する前記工具の位置を表す、ステップと、
前記標識に対する前記工具の前記位置を判定するステップと、
前記標識に対する固定具の許容可能位置範囲に対して、前記工具の前記位置を比較するステップと、
前記標識に対する前記工具の前記位置が前記標識に対する前記固定具の前記位置範囲内の許容可能位置に相当することを判定するステップと、
前記標識に対する前記工具の前記位置が許容し得るものであるという表示をグラフィックユーザインターフェース上に出力するステップと
を含む、方法。
【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11月1日に出願され、「Targeting Landmarks of Orthopaedic Devices」と題する米国仮出願第61/408,884号、および2011年10月11日に出願され、「Targeting Landmarks of Orthopaedic Devices」と題する米国仮出願第61/546,052号に基づく優先権およびそれらの全利益を主張するものである。これらの仮出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、整形外科デバイスの標識の標的化に関する。
【背景技術】
【０００３】
整形外科デバイスは、多数の損傷および症状の治療において使用される。例えば、ある骨折治療は、植え込み可能な整形外科プレートおよび/または植え込み可能な整形外科釘、ならびに骨ねじまたは骨ピンを使用することによる、選択された骨部分および/または選択された骨片の安定化を伴う。別の例としては、関節が、骨ねじもしくは骨ピンを用いて固定されるプレートおよび/または釘を使用して、癒合または他の態様で不動化され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第2008/106593号
【特許文献２】国際公開第2009/108214号
【特許文献３】米国特許出願第12/758,747号明細書
【特許文献４】米国特許出願第12/768,689号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
いくつかの例においては、整形外科インプラントの隠れた標識を標的化することが必要または有利となる。例えば、いくつかの手術は、植え込まれた整形外科デバイスの選択された孔を通して骨ねじまたは骨ピンを配置することを伴う。かかる標的化は、いくつかの例においては、X線撮像を利用して実現され得る。残念ながら、X線撮像は、様々な理由により望ましくないものとなり得る。例えば、撮像プロセスで使用される放射エネルギーへの被曝が、患者にとってだけではなく、患者を治療する者または患者を治療する者を補助する者にとっても有害となり得る。さらに、X線撮像は、高額かつ多大な時間を要し得るだけでなく、不正確となり得る、または所望未満の精度となり得るおそれがある。
【０００６】
近年では、整形外科インプラントの電磁ベース標的化が、植え込まれる整形外科デバイスの工具および特徴部の相対位置および相対配向を判定するために利用されている。例えば、植え込まれる髄内釘の末端ロック穴は、SMITH & NEPHEW(登録商標)により提供されるTRIGEN(登録商標)SURESHOT(登録商標)末端標的化システムなどの電磁標的化システムと共にロックねじを使用することにより、穿孔および固定のために標的化することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般的な一態様においては、デバイスが、位置センサおよびハウジングを備えることが可能である。このハウジングは、整形外科インプラントに対して結合されるかまたは整形外科インプラントの上に形成された対合構造部に係合するように構成され得る。ハウジングが、対合構造部に対して係合されると、位置決めセンサは、整形外科インプラントの標識の位置を判定するために使用することが可能となる。
【０００８】
別の一般的な態様においては、整形外科インプラントの標識を標的化するためのデバイスが、対合構造部に係合することにより整形外科インプラントに対して装着されるように構成されたハウジングを備える。また、このデバイスは、ハウジング内の既知の位置に配置された電磁センサを備え、ハウジングが、対合構造部に係合される場合には、整形外科インプラントの標識に対するセンサの位置は、少なくとも5自由度に関して既知となる。
【０００９】
実装形態が、以下の特徴の中の1つまたは複数を含んでもよい。例えば、ハウジングは、戻り止めを有するほぼ円筒状の外方表面と、インプラントに対してハウジングを固定的に装着するためのボールプランジャとを備える。ハウジングは、対合構造部に係合し、インプラントに対してハウジングを固定的に装着するように、拡張可能であるスプリット端部を備える。ハウジングは、溝に係合することによりインプラントに対してハウジングを固定的に装着するように構成された圧縮可能部材を有する外方表面を備える。ハウジングは、座部に係合することによりインプラントに対してハウジングを固定的に装着するように構成されたテーパ状外方表面を備える。ハウジングは、中心長手方向軸を規定し、ハウジングは、ハウジングの中心長手方向軸に沿って湾曲部を有する。対合構造部は、多角形外側部分を備え、ハウジングは、多角形外側部分と対合するための相補的多角形部分を備える。
【００１０】
別の一般的な態様においては、整形外科デバイスの標識を標的化するための方法が、標識識別器および第1の電磁場センサを使用して整形外科デバイスの第1の標的を位置特定するステップを含む。標識識別器は、電磁場発生器を有し、第1の電磁場センサは、第1の標識を位置特定する際には、電磁場発生器の作用ボリューム内に位置する。この方法は、作用ボリューム内に第2の電磁場センサを配置するステップと、標識識別器および第2の電磁場センサを使用して整形外科デバイスの第2の標識を位置特定するステップとを含む。
【００１１】
実装形態が、以下の特徴の中の1つまたは複数を含んでもよい。例えば、第1の電磁場センサは、第2の標識を位置特定する際には、電磁場発生器の作用ボリュームの外部に配置される。第1の標識は、穴である。整形外科デバイスは、骨プレートである。第2の電磁場センサを装着するステップが、穴にアクセスするステップと、穴を通して整形外科デバイスに対して第2の電磁場センサを装着するステップとを含む。穴は、整形外科デバイスが患者内に植え込まれる際に、アクセスされる。穴は、ねじ穴であり、第2の電磁場センサを装着するステップは、ねじ穴にドリルスリーブを係合させるステップと、ドリルスリーブに対して第2の電磁場センサを装着するステップとを含む。この方法は、第1の標識に対する既知の位置において第1の電磁場センサを配設するステップをさらに含む。
【００１２】
この方法は、第1の電磁場センサを較正するステップをさらに含む。第1の電磁場センサを較正するステップは、第2の電磁場センサおよび電磁場発生器の少なくとも一方の使用を含む。この方法は、第1の電磁場センサを取り付けるためのハウジングを用意するステップをさらに含み、このハウジングは、インプラント上の事前選択された部位に係合するように構成された少なくとも2つの対合構造部を備える。この方法は、第1の電磁場センサを取り付けるためのハウジングを用意するステップをさらに含み、このハウジングは、インプラント内の事前選択された特徴部に対合する特徴部を備える。この方法は、第2の電磁場センサを較正するステップをさらに含む。第2の電磁場センサを較正するステップは、第1の電磁場センサおよび第2の電磁場センサが電磁場発生器の作用ボリューム内に位置する際に、第1の電磁場センサから受信した信号に基づき、第2の電磁場センサから受信した信号を較正するステップを含む。この方法は、第1の電磁場センサの位置から第2の電磁場センサの位置へと標的化システムのグローバル基準系を変更するステップをさらに含む。
【００１３】
別の一般的な態様においては、整形外科インプラントの標識を標的化する方法が、第1の位置において電磁場センサを固定的に装着するステップを含み、整形外科インプラントの第1の標識に対する電磁場センサの位置は、複数の自由度に関して既知となる。この方法は、未知の自由度に関する電磁場センサの位置を判定するステップと、電磁場発生器および電磁センサの少なくとも一方を使用して電磁場センサを較正するステップとを含む。また、この方法は、較正された電磁場センサおよび電磁場発生器を使用して整形外科インプラントの第2の標識を標的化するステップを含む。
【００１４】
実装形態が、以下の特徴の中の1つまたは複数を含んでもよい。例えば、この方法は、電磁場センサの較正後に患者内に整形外科インプラントを植え込むステップをさらに含む。この方法は、電磁場センサの較正前に患者内に整形外科インプラントを植え込むステップを含む。この方法は、整形外科インプラントの第3の標識に対する既知の位置において整形外科インプラントに対して電磁場発生器を固定的に装着するステップをさらに含み、電磁場センサは、電磁場発生器が整形外科インプラントに対して装着される場合に、較正される。第2の標識は、第3の標識と同一である。この方法は、整形外科インプラントの第3の標識に対する既知の位置において整形外科インプラントに対して第2の電磁場センサを固定的に装着するステップをさらに含み、電磁場センサは、第2の電磁場センサが整形外科インプラントに対して装着される場合に、較正される。第2の標識は、第3の標識と同一である。この方法は、整形外科インプラントに対して電磁場センサを固定的に装着するステップと、整形外科インプラントの穴に対してドリルスリーブを装着するステップと、ドリルスリーブに対してハウジングを装着するステップとをさらに含み、電磁場センサは、ハウジングに対して装着される。整形外科インプラントの穴に対する電磁場センサの位置は、3つの並進自由度に関して、および2つの回転自由度に関して既知である。電磁場センサを較正するステップは、第3の回転自由度において電磁場センサの回転位置を判定するステップを含む。整形外科インプラントに対して電磁場センサを固定的に装着するステップは、整形外科インプラントに対して挿入ハンドルを装着するステップを含む。
【００１５】
別の一般的な態様においては、整形外科安定化構造体に対する工具の位置決めが許容し得るものであることを確認する方法が、センサからの信号を受信するステップを含み、この信号は、整形外科安定化構造体の標識に対する工具の位置を表す。この方法は、標識に対する工具の位置を判定するステップと、標識に対する固定具の許容可能位置範囲に対して、工具の位置を比較するステップとを含む。この方法は、標識に対する工具の位置が標識に対する固定具の位置範囲内の許容可能位置に相当することを判定するステップと、標識に対する工具の位置が許容し得るものであるという表示をグラフィックユーザインターフェース上に出力するステップとを含む。
【００１６】
実装形態が、以下の特徴の中の1つまたは複数を含んでもよい。例えば、出力するステップは、可変角度穴の中心貫通軸に対するドリルビットの角度を表す要素と、標識に対する工具の許容可能位置を表す1つまたは複数の要素と、標識に対する工具の許容不能位置を表す1つまたは複数の要素と、可変角度穴の中心貫通軸に対するドリルビットの角度の数値表示と、固定具の最大許容可能挿入角度の数値表示と、工具の現在位置が許容し得るものであることを示す要素と、工具の現在位置が許容し得ないものであることを示す要素とからなる群より選択される1つまたは複数の要素を出力するステップを含む。整形外科安定化構造体は、整形外科骨プレートを備え、標識は、整形外科骨プレートの可変角度穴であり、固定具は、可変角度穴内に可変角度挿入されるように構成された骨ねじである。標識は、可変角度ロック穴である。工具は、ドリルビットを備え、比較するステップは、可変角度穴内への固定具の許容可能挿入角度に対して、可変角度穴の中心貫通軸に対するドリルビットの角度を比較するステップを含む。出力するステップは、可変角度穴の中心貫通軸に対するドリルビットの角度を表す要素と、可変角度または可変角度ロックねじの許容可能円錐範囲のグラフィック表示と、標識に対する工具の許容可能位置を表す1つまたは複数の要素と、標識に対する工具の許容不能位置を表す1つまたは複数の要素と、可変角度穴の中心貫通軸に対するドリルビットの角度の数値表示と、固定具の最大許容可能挿入角度の数値表示と、工具の現在位置が許容し得るものであることを示す要素と、工具の現在位置が許容し得ないものであることを示す要素とからなる群より選択される1つまたは複数の要素を出力するステップを含む。
【００１７】
別の一般的な態様においては、整形外科インプラントの標識の標的化において使用するための標識識別器が、ハウジングと、ハウジング内に配設される少なくとも1つの電磁場発生器とを備える。電磁場発生器は、作用ボリュームを発生させるように作動可能である。標識識別器は、少なくとも第1のモードおよび第2のモードにおいて作動するようにプログラミングされ、第1のモードで作動する際の作用ボリュームは、第2のモードで作動する際の作用ボリュームとは異なる。
【００１８】
別の一般的な態様においては、追跡情報を提供する方法が、整形外科インプラントに対する器具の位置を追跡するステップと、整形外科インプラントに対するインプラントにより規定される軌道位置を判定するステップと、整形外科インプラントに対する器具により規定される軌道位置をユーザインターフェース上に示すステップとを含む。
【００１９】
実装形態が、以下の特徴の中の1つまたは複数を含んでもよい。例えば、この方法は、軌道に沿って整形外科インプラントと共に使用するのに適した1つまたは複数の穿刺要素を特定するステップと、使用に適した1つまたは複数の穿刺要素を特定する情報を提供するステップとを含む。この方法は、器具により規定される軌道において整形外科インプラントと共に使用するのに適した1つまたは複数の構成要素タイプを特定するステップと、使用に適した1つまたは複数の構成要素タイプを特定する情報を提供するステップとを含む。この方法は、器具が整形外科インプラントに対して穿孔を行った深さを判定するステップと、ユーザインターフェース上にこの深さを示すステップとを含む。器具が整形外科インプラントに対して穿孔を行った深さを判定するステップは、ドリルガイドに対するドリルの相対位置を判定するステップを含む。ドリルおよびドリルガイドの相対位置を判定するステップは、ドリルに対して結合された第1の基点とドリルガイドに対して結合された第2の基点との相対位置を判定するステップを含む。この方法は、器具が整形外科インプラントに対して穿孔を行う位置および深さを追跡するステップと、器具により穿孔される位置および深さを示す情報を記憶するステップとを含む。この方法は、穿孔された穴または挿入されたねじの位置を示すデータを記憶するステップと、器具の軌道が穿孔された穴または挿入されたねじの妨げとなることを判定するステップと、器具の軌道が穿孔された穴または挿入されたねじの妨げとなるという判定に応答して、妨げの表示を提示するステップとを含む。この方法は、穿刺要素が穿孔された穴または挿入されたねじの妨げとなることなく軌道に沿って延在し得る最大長さを判定するステップと、この最大長さの表示を提示するステップとを含む。この方法は、器具に対して結合された基点が追跡システムにより正確に追跡されていないことを判定するステップと、器具が追跡システムにより正確に追跡されていないことをユーザインターフェース上に示すステップとを含む。この方法は、追跡システムにより追跡されている器具またはインプラントを特定する1つまたは複数の構成インジケータを用意するステップを含む。整形外科インプラントに対する器具の位置の追跡は、器具に対して結合された第1の光学基準と整形外科インプラントに対して結合された第2の光学基準との相対位置の追跡を含む。整形外科インプラントに対する器具の位置の追跡は、器具に対して結合された第1の電磁場センサと、整形外科インプラントに対して結合された第2の電磁場センサとの相対位置の追跡を含む。
【００２０】
以下、添付の図面および説明において、1つまたは複数の実装形態の詳細を示す。本開示の他の特徴、目的、および利点は、この説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明確となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】標識識別器の斜視図である。
【図２】センサアセンブリおよびドリルスリーブの斜視図である。
【図３】標識を標的化するためのシステムの斜視図である。
【図４】標識を標的化するためのシステムの斜視図である。
【図５】標識を標的化するためのシステムの斜視図である。
【図６】標識を標的化するためのシステムの斜視図である。
【図７】標識を標的化するためのシステムの斜視図である。
【図８Ａ】センサアセンブリのハウジングの側面図である。
【図８Ｂ】センサアセンブリのハウジングの側面図である。
【図９】センサアセンブリのハウジングの側面図である。
【図１０】センサアセンブリのハウジングの側面図である。
【図１１Ａ】センサアセンブリのハウジングの側面図である。
【図１１Ｂ】ドリルスリーブの破断図である。
【図１２Ａ】ドリルスリーブおよび装着部材の破断図である。
【図１２Ｂ】図12Aの装着部材のクリップの上面図である。
【図１３】センサアセンブリのハウジングの斜視図である。
【図１４】センサアセンブリのハウジングの斜視図である。
【図１５】標識を標的化するためのシステムの斜視図である。
【図１６Ａ】図15のシステムのガイドの斜視図である。
【図１６Ｂ】図15のシステムの装着部の斜視図である。
【図１６Ｃ】図15のシステムのドリルの斜視図である。
【図１７】図15のシステムの制御ユニットのユーザインターフェースの一例を示す図である。
【図１８】図15のシステムの制御ユニットのユーザインターフェースの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
整形外科インプラントまたは他の整形外科デバイスの標識を標的化するためのシステムは、整形外科工具に対して装着するように構成され、既知の特性を有する電磁場を発生するように作動し得る電磁場発生器を有する標識識別器を備える。また、このシステムは、標的化すべき整形外科インプラントまたは他の整形外科デバイスに対して装着するように構成された、1つまたは複数の電磁センサおよび/または場発生器を備え、電磁場発生器を動作させ、センサから出力信号を受信し、整形外科デバイスおよび標識識別器の相対位置を表示するように構成された、制御ユニットを備える。例えば、標識識別器、センサ、および制御ユニットは、WIPO国際公開第WO2008/106593号および第WO2009/108214号に記載されるような、ならびに米国特許出願第12/758,747号および米国特許出願第12/768,689号に記載されるような、特徴を備えることが可能である。これらの文献はそれぞれ、その全体が本明細書に組み込まれる。
【００２３】
次に図1〜図3を参照すると、標識識別器10は、既知の特徴を有する電磁場を生成する電磁場発生器10aを備える。電磁場発生器10aは、標識識別器10のハウジング13内に位置する。電磁場発生器10aは、電磁場を生成する1つまたは複数のコイルまたは他の構成要素を備える。発生した電磁場は、1つまたは複数の電磁センサにより検出され得る。さらに、このセンサの出力に基づき、標識識別器10に対するセンサの位置(場所および配向を含む)が、判定され得る。
【００２４】
標識識別器10の有効範囲は、標識識別器10の作用ボリュームと呼ばれる、標識識別器10の周囲の3次元領域である。作用ボリュームのサイズおよび形状は、電磁場発生器10aにより生成される電磁場の特徴に基づくものであり、必要な標的化精度に基づきより大きくまたはより小さく変更され得る。例えば、髄内釘中の穴を標的化する場合には、この穴が骨の内部に隠れるため、高い精度を有することが望ましい場合がある。いくつかの実装形態においては、作用ボリュームは、精度を上げる結果として、より小さくなる。骨プレート中の穴を標的化するためには、骨プレートの穴が骨の外部に位置しており、露出されてその位置の視覚的な確認が可能であるため、非常に高い精度を有する必要が無い場合がある。その結果、作用ボリュームは、いくつかの髄内釘標的化用途における場合よりもはるかに大きく設定することが可能となる。作用ボリュームがより大きくなることにより、作用ボリューム内においてより多数の穴を標的化することが可能となる。いくつかの実装形態においては、作用ボリュームは、標識識別器10を囲むボリュームである。例えば、標識識別器10は、作用ボリューム内のほぼ中央に位置することが可能であり、骨プレートの穴を標的化するなどのいくつかの実装形態の場合には、作用ボリュームは、幅約50cm以上および深さ約40cm以上の範囲に及ぶことが可能であり、標識識別器10から約5cmの距離に位置することが可能である。例えば、ドリルスリーブは、作用ボリューム内に確実に位置決めされるように、5cm超の長さを有することとなる。
【００２５】
標識識別器10の作用ボリューム内に位置する電磁場センサアセンブリ20は、標識識別器10が発生する電磁場の強度を示す出力信号を発生することが可能である。出力信号は、センサに対する標識識別器10の場所および配向を正確に判定するために使用することが可能である。その一方で、標識識別器10の作用ボリュームの外部に位置するセンサは、一般的には、標識識別器10の位置を正確に判定するために使用し得る出力信号を発生させるために、標識識別器10から十分な電磁エネルギーを受信しない、もしくは受信しない場合がある。標識識別器10の作用ボリュームの形状およびサイズは、電磁場発生器10aの構成、動作信号の特徴などの電磁場発生器10aの作動の個別の特徴、および他の要因によって、部分的に依存する。
【００２６】
いくつかの実装形態においては、標識識別器10は、複数のモードで作動するようにプログラミングされ、標識識別器10の内部の電子回路基板上に取り付けられたチップにより制御される。例えば、第1の作動モードにおいては、識別器10は、第1の作用ボリュームを生成する。第2の作動モードにおいては、識別器10は、第1のモードにおいて生成される作用ボリュームとは異なる特徴を有する作用ボリュームを生成する。例えば、第2のモードにおいて生成される作用ボリュームは、第1のモードにおいて生成される作用ボリュームよりも大きいまたは小さいことが可能である。モード間におけるさらなるモードおよび変形モードもまた可能である。
【００２７】
標識識別器10は、電磁場発生器10aの作動を制御するための出力信号および制御信号を受信するために、制御ユニット40(図3)への有線リンクまたは無線リンクを備えることが可能である。例えば、標識識別器10は、制御ユニット40への接続を実現するケーブル11を備えることが可能である。
【００２８】
外科医などのオペレータは、患者、整形外科デバイス、および/または電磁センサアセンブリ20(図2)などのセンサに対して標識識別器10を位置決めするために、ハウジング13により標識識別器10を把持することが可能である。また、標識識別器10は、工具および他の装着具を結合し得る結合部材12を備えることが可能である。この結合部材12を使用して、工具および他のデバイスが、標識識別器10により装着または案内され得る。例えば、結合部材12は、ドリルガイド16に結合されるドリルガイド装着具14を受けることが可能である。標識識別器10は、ドリルガイド16に挿通されるドリルビットが医療手術により必要とされるまたは医療手術に適した位置へと案内されるように、ドリルガイド16を位置決めするために使用され得る。
【００２９】
図2に図示するように、電磁場センサアセンブリ20は、電磁場センサ22、センサリード24、およびハウジング28を備える。電磁場センサ22は、例えば1つまたは複数の誘起電流を出力することにより標識識別器10によって生成される電磁場に応答するように構成された誘導センサなどであってもよい。センサ22は、標識識別器10の位置の判定を可能にする信号を生成することが可能であり得る。例えば、センサ22は、誘起電流をそれぞれが出力する2つ以上の誘導コイルを備えることが可能である。センサ22の出力により、X、Y、およびZと一般的に呼ばれる3つの並進軸、ならびにこれらの3つの並進軸を中心とした回転と定義されるピッチ、ヨー、およびロールと一般的に呼ばれる3つの角度配向など、最大で6自由度までにおいてセンサ22の場所および配向を判定することが可能となる。
【００３０】
センサ22は、出力信号またはこれらの信号に関連付けられたデータを送出するための接続部を備える。例えば、センサリード24が、センサアセンブリ20の出力を送出するための有線接続部を形成する。センサリード24は、電磁場に応答してセンサ22により生成される信号を搬送することが可能である。いくつかの実装形態においては、接続部は、無線送信機を備えることが可能である。さらに、センサリード24は、2つ以上の接続部を備えることが可能であり、信号またはデータに加えて出力信号および制御信号を搬送することが可能であり、双方向通信が可能となる。例えば、センサ22の較正に関する情報が、センサアセンブリ20の記憶デバイスに記憶され得る。
【００３１】
センサ22は、ハウジング28に対するセンサ22の位置を維持するために、ハウジング28に対して固定される。例えば、センサ22は、ハウジング28の既知の位置においてハウジング28に対して固定的に装着され得る。ハウジング28に対するセンサ22の位置を維持することにより、ハウジング28が整形外科デバイスに対して直接的または間接的に装着された場合に、整形外科デバイスの標識に対するセンサ22の位置を少なくとも5自由度に関して知ることが可能となる。センサ22は、センサ22が標識の標的化を行う際に標識識別器10の作用ボリューム内に位置し得るように、例えばハウジング28の末端端部26などの標識の付近に位置決めされ得るハウジング28の位置にて、ハウジング28に対して結合される。
【００３２】
センサアセンブリ20のハウジング28は、整形外科デバイスの対合構造部に、またはドリルスリーブ18などの整形外科デバイスに連結される構造部に係合して、例えば整形外科インプラント30(図3)になど、整形外科デバイスにセンサアセンブリ20を固定するように構成される。例えば、ハウジング28は、対合構造部に結合することにより、センサ22の使用中にハウジング28が整形外科インプラント30から係合解除されるかまたはセンサ22の配向を変更させるのを防止し得る。
【００３３】
ドリルスリーブ18は、ドリルスリーブ18が整形外科インプラント30に装着された際に、センサハウジング28およびセンサ22が整形外科インプラント30に対して固定的に装着されるように、センサハウジング28を受けるように構成され得る。センサアセンブリ20は、例えばドリルスリーブ18の貫通穴19に進入することなどにより、ドリルスリーブ18に装着し得る。ドリルスリーブ18は、整形外科インプラントのねじ孔32にドリルスリーブ18のねじ山付き端部(図示せず)を係合させることにより、整形外科インプラント30に装着し得る。ねじ孔32または非ねじ孔が、ロックされない場合などの、いくつかの実装形態においては、整形外科インプラント上の基準点に対するセンサ22の場所および配向を反復的におよび一貫して固定するための特徴部が、孔の中または周囲に存在しないことを意味すること。例えば、整形外科インプラント30に対してセンサ22を装着することにより、5自由度に関して既知である整形外科インプラント30に対する位置において、センサ22が固定され得る。特に、センサ22の回転位置は、整形外科インプラント30にドリルスリーブ18がねじ係合することにより、および場合によっては貫通穴19内においてハウジング28が回転することにより、未知となり得る。センサ22の位置が、1または複数の自由度に関して未知である場合には、センサ22は、整形外科デバイス30の1つまたは複数の標識の標的化において使用される前に、較正され得る。
【００３４】
図3に図示するように、標的化システム300は、制御ユニット40、第1のセンサアセンブリ20a、第2のセンサアセンブリ20b(または第1のセンサアセンブリ20aの較正において使用するための第2の場発生アセンブリ)、および標識識別器10を備える。システム300は、整形外科インプラントまたは整形外科安定化構造体30などの、整形外科デバイスの標識を標的化するために使用され得る。図3に図示する整形外科インプラント30は、骨プレートであり、骨折した骨に対して装着されることにより、治癒プロセスの間に骨部分に対して整列を実現し支持を与えることが可能である。他の例としては、システム300を使用して標的化され得る整形外科デバイスには、髄内釘、骨プレート、人工関節構成要素、および外部固定デバイスが含まれる。
【００３５】
整形外科インプラント30は、複数の標識を備える。例としては、標識は、構造部、空部、ボス、チャネル、戻り止め、フランジ、溝、部材、隔壁、段部、孔、ボア、空洞部、凹み、ダクト、ギャップ、ノッチ、オリフィス、通路、スリット、穴、またはスロットであってもよい。例えば、整形外科インプラント30は、標識として様々な穴32を備える。穴32は、例えば、可変角度穴、可変角度ロック穴、または固定角度ロック穴であってもよい。
【００３６】
植え込みプロセスの際に、およびその後に、標識の正確な場所および配向が、ドリルビット、釘、ねじ、または他のデバイスを正確に位置決めするために必要とされる場合がある。しかし、標識は、組織により覆われる場合があり、位置特定が困難な場合がある。さらに、標識に対する工具の角度を判定するための治具または他の手段は、使用が困難かつ多大な時間を要する場合があり、所望の精度を実現できない場合がある。標識識別器10は、標識が組織により覆われる場合でも、標識を標的化するために、換言すれば標識の位置を判定するために使用することが可能である。また、標識識別器10は、標識が露出される場合でも、標識に対するドリルまたは固定具などの工具の位置を判定するために使用することが可能である。
【００３７】
システム300の制御ユニット40は、標識識別器10の作動を制御し、センサアセンブリ20a、20bの1つまたは複数からの入力を受信する。また、制御ユニット40は、システム300のオペレータに対して情報を提供するユーザインターフェース42を備える。制御ユニット40は、センサアセンブリ20a、20bからの入力と、電磁場発生器10aを制御する信号に関する情報とに基づき、整形外科インプラント30の標識に対するセンサ22の場所および配向を判定するように構成されたプロセッサを備える。この判定は、センサアセンブリ20a、20bと標識との間の既知の位置関係と、センサアセンブリ20a、20bに対する標識識別器10の判定された位置とに基づき、行われる。
【００３８】
いくつかの実装形態においては、センサアセンブリ20aが整形外科インプラント30に対して装着される場合にセンサアセンブリ20aから制限された距離の範囲内に位置する標識などのいくつかの標識を標的化するためには、センサアセンブリ20aなどの1つのみのセンサアセンブリが必要となる。上述のように、整形外科インプラント30に対するセンサアセンブリ20aの装着により、少なくとも1自由度における整形外科インプラント30に対するセンサ22の未知の位置が得られる場合などには、標識の標的化前にセンサアセンブリ20aを較正することが必要となる場合がある。いくつかの実装形態においては、標識識別システム300の第1のセンサアセンブリ20aは、整形外科インプラント30が植え込まれる前に、較正することが可能である。例えば、インプラント30に対するセンサ22の未知の配向は、整形外科デバイスが植え込まれる前に、第2のセンサアセンブリまたは場発生器を使用することにより第1のセンサアセンブリ20aを較正することによって判定され得る。また、以下において説明するような較正は、植え込みプロセスの間にも行うことが可能である。
【００３９】
未知の6自由度に関する第1のセンサアセンブリ20aの較正を行うために、第1のセンサアセンブリ20aは、整形外科インプラント30に対して固定的に装着される。第1のセンサアセンブリ20aは、骨プレート30の第1の標識33 aに対する電磁センサ22の位置が複数の自由度に関して既知となるように、装着される。図示するように、センサ22の位置は、ハウジング28がドリルスリーブ18内に挿入され、ドリルスリーブ18が第1の標識33a内に完全に螺合される場合には、3つの直交並進自由度に関して既知となる。代替的には、センサアセンブリ20aは、第1の標識33aに対して直接的に装着されてもよい。次いで、第1のセンサアセンブリ20aのセンサ22の位置が、未知の自由度に関して判定される。例えば、第2のセンサアセンブリ20bまたは以下において説明するような場発生器が、骨プレート30の第3の標識33cに対して既知の場所において、骨プレート30に対して固定的に装着される。第1のセンサアセンブリ20aおよび第2のセンサアセンブリ20bは、これらの両センサアセンブリ20a、20bが較正の際に標識識別器10の作用ボリューム内に同時に位置するように、配置され得る。したがって、標識識別器10が、電磁場を発生するように制御されると、センサアセンブリ20a、20bはそれぞれ、制御ユニット40に対して信号またはデータを出力し、それにより、制御ユニット40は、標識33aに対する第1のセンサアセンブリ20aのセンサ22の場所および配向を判定することが可能となる。
【００４０】
例えば、標識33aに対するセンサ22の位置の判定においては、制御ユニット40は、整形外科インプラント30の形状および整形外科インプラント30の特徴部の場所に関する情報にアクセスすることが可能となる。さらに、制御ユニット40は、第1のセンサアセンブリ20aおよび第2のセンサアセンブリ20bのセンサ22の場所に関する情報にアクセスすることが可能となる。例えば、第1のセンサアセンブリ20aおよび第2のセンサアセンブリ20bを、事前選択された標識33aおよび33cに対して装着することが可能であり、または、センサアセンブリが装着された標識を示すインターフェース42の部分にユーザが触れることなどにより、センサアセンブリ20aおよび20bが装着された標識33aおよび33cに関する情報を、制御ユニット40に入力することが可能である。第1のセンサアセンブリ20aおよび第2のセンサアセンブリ20bの信号は、第1のセンサアセンブリ20aおよび第2のセンサアセンブリ20bの既知の位置に関する情報との組合せにおいて使用されることにより、以前は不明であった回転自由度などの1つまたは複数の未知の自由度に関する第1のセンサアセンブリ20aの場所および配向を判定することが可能となる。
【００４１】
第1のセンサアセンブリ20aの較正は、制御ユニット40に較正データを記憶することを含むことが可能であり、および/または、第1のセンサアセンブリ20aに較正データを記憶することを含むことが可能である。例えば、較正前に、制御ユニット40は、第1のセンサアセンブリ20aからの信号を解釈することにより、矢印Aに沿った骨プレート30の配向を示唆することができる。第1のセンサアセンブリ20aの場所および配向が、較正を伴わずに正確に解釈され得る場合であっても、第1のセンサアセンブリ20aからの信号は、制御ユニット40により不正確に解釈されることにより、例えば骨プレート30が不正確な配向31に配向されていることを不正確に示す場合がある。しかし、第2のセンサアセンブリ20bの位置信号を使用することにより、制御ユニット40は、第1のセンサアセンブリ20aからの信号が矢印Aに関するものではなく矢印Bに関するものであると、判定することが可能となる。この情報を使用することにより、制御ユニット40は、角度Eなどのオフセットを判定して、第1のセンサアセンブリ20aから受信した信号を較正することが可能となる。較正後には、制御ユニット40は、第2のセンサアセンブリ20bからのさらなる入力を用いずに、この較正データおよび第1のセンサアセンブリ20aからの入力に基づき、骨プレート30の正確な場所および配向を判定することが可能となる。
【００４２】
第1のセンサアセンブリ20aの較正後には、第2のセンサアセンブリ20bは、整形外科インプラント30から取り外すことが可能であり、整形外科インプラント30は、患者内に植え込むことが可能となる。植え込み後には、以下においてさらに詳細に記載されるように、較正されたセンサアセンブリ20aおよび標識識別器10は、作用ボリューム内に位置する整形外科インプラント30の標識32および他のものを標的化するために使用することが可能となる。作用ボリュームの外部に位置する標識は、以下において説明するように、第2のセンサにより標的化することが可能であり、これはリープフロッグ法ともよばれる。
【００４３】
追加的には、または代替的には、第1のセンサアセンブリ20aは、整形外科インプラント30に対して標識識別器10を固定的に装着することにより、第2のセンサアセンブリ20bの使用を伴わずに較正することが可能である。標識識別器10は、結合部材12に対して較正部材を装着し、標識33bなどの選択されたまたは事前選択された標識に対して較正部材を装着することなどにより、骨プレート30の標識に対する既知の位置において固定的に装着することが可能である。標識識別器10の既知の場所は、第2のセンサアセンブリ20bの既知の位置に対して上述と同様の態様で第1のセンサアセンブリ20aを較正するための基準点として使用することが可能である。
【００４４】
代替的には、第1のセンサアセンブリ20aは、整形外科インプラントの中または上に位置する2つの事前選択された標識または基準構造部と係合する少なくとも2つの別個の対合構造部を、ハウジング28の末端端部に設けることにより、第2のセンサアセンブリ20bまたは場発生器の使用を伴わずに較正することが可能である。例えば、図13に図示するように、ハウジング28は、整形外科インプラントに対するハウジングの位置が6自由度に関して既知となり、それにより第2のセンサアセンブリ20bまたは場発生器を用いた較正が不要となるように、整形外科インプラント30に係合することが可能である。ハウジング28は、ドリルスリーブ18に対して外部装着することにより、整形外科インプラント30と係合することが可能である。整形外科インプラント30は、複数の標識132a〜132dを備えることが可能であり、ドリルスリーブ18は、特定の既知の標識132bの位置において整形外科インプラント30に対して結合することが可能である。
【００４５】
ハウジング28は、整形外科インプラント30に対するハウジング28の特定の位置において整形外科インプラント30に接触するように構成された延在部130を備えることが可能である。例えば、延在部130は、整形外科インプラント30の側部に接触する端部131を備えてもよい。整形外科インプラント30にこの端部131が接触することにより、ハウジング28、即ちハウジング28に結合されたセンサ22が整形外科インプラント30に対する既知の位置に配設されることが、示唆される。
【００４６】
いくつかの実装形態においては、ハウジング28に結合されたドリルスリーブ18は、螺合連結により整形外科インプラント30に係合する。延在部130は、ドリルスリーブ18が整形外科インプラント30に対する回転により標識132bに係合し得るように、構成されてもよい。ある特定の既知の位置において、延在部130は、整形外科インプラント30と接触し、それによりドリルスリーブ18およびハウジング28のさらなる回転を阻止し、ハウジング28の回転位置は、整形外科インプラント30に対して既知の位置となる。ハウジング28に対して結合されたセンサ22により5自由度に関する位置情報が提供され、既知の回転位置により6番目の自由度が示されるため、第2のセンサアセンブリまたは場発生器を用いたセンサ22の較正は、不要となる。
【００４７】
同様に、図14に図示するように、ハウジング28は、2つの別個の穴132aおよび132bに、または整形外科インプラント30の他の構造部に係合するように構成された、2つの部分141および143を備えることが可能である。ハウジング28のこれらの2つの別個の対合構造部141および143は、整形外科インプラント30に対する単一の位置において穴132aおよび132bに同時にのみ係合し得るように構成され得る。したがって、ハウジング28は、両対合構造部141および143が整形外科インプラント30の穴132aおよび132bに係合する場合には、この単一位置に配置されたことが既知となるため、第1のセンサアセンブリ20aの位置は、別個の較正手順を伴うことなく、整形外科インプラントとのハウジングの適切な係合に基づき、6自由度に関して既知となり得る。
【００４８】
いくつかの実装形態においては、図7を参照として以下においてさらに詳細に記載するように、第1のセンサアセンブリ20aは、既知の位置において整形外科インプラント30と係合し得るハンドル60に対してセンサアセンブリ20aまたはセンサ22を結合することにより、第2のセンサアセンブリ20bまたは場発生器を用いることなく較正することが可能である。センサ22の位置は、ハンドル60に対して既知であるため、センサ22の位置は、ハンドル60が既知の位置において整形外科インプラント30に係合する場合には、骨プレート30に対してもやはり既知となる。
【００４９】
次に、図4を参照すると、第1のセンサアセンブリ20aを較正し、整形外科インプラント30を植え込んだ後に、標識識別器10および制御ユニット40は、作用ボリューム内に位置する整形外科インプラント30のさらなる標識32を標的化するために使用することが可能である。例えば、整形外科インプラント30は、患者の皮膚の切開部52aを通して整形外科インプラントを挿入することにより、患者の皮膚52の下の患者の骨50の隣に植え込まれてもよい。したがって、骨プレート30の穴32は、患者の皮膚52および他の組織により隠されるため、視認不能となる。しかし、標識識別器に対する第1のセンサアセンブリ20aの位置が、6自由度に関して既知であるため、センサアセンブリ20aが作用ボリューム内に位置する場合はやはり作用ボリューム内に位置する整形外科インプラント30の標識32は、センサアセンブリ20aに対する標識32の既知の位置に基づき、位置特定され得る。
【００５０】
標識32の中の1つを標的化するためには、標識識別器10は、ドリルガイド16の先端部16aが患者の皮膚に接触状態となるように、整形外科インプラント30の付近に位置決めされる。第1のセンサアセンブリ20aが、標識識別器10の作用ボリューム内に位置し、電磁場発生器10aが、電磁場を生成すると、制御ユニット40は、第1のセンサアセンブリ20aにより生成された、標識識別器10に対する第1のセンサアセンブリ20aの位置を示す信号を受信する。第1のセンサアセンブリ20aからの信号を使用することにより、制御ユニット40は、整形外科インプラント30の標識32に対する標識識別器10の位置を判定することが可能となる。制御ユニット40は、ユーザインターフェース42上に、整形外科インプラント30の標識32に対する標識識別器10の位置に関する情報を出力する。このユーザインターフェース42に基づき、外科医または他のオペレータは、ドリルガイド16の先端部16aが整形外科インプラント30の選択された標識32の直上に位置することがインターフェース42によって示される位置に、標識識別器10を配置することが可能となる。いくつかの実装形態においては、インターフェース42は、ドリルガイド16の末端先端部16aの位置を示す、第1の円などの第1の識別器要素44aを備える。したがって、第1の識別器要素44aは、標的化された標識32に対応するおよびそれを表す標識要素46aと位置合わせ状態となった場合には、インターフェース42は、ドリルガイド16の先端部16aが、標識要素46aにより表される標識32の直上に位置することを示唆する。また、インターフェース42は、異なるグラフック要素を備えることも可能であり、聴覚的出力または触覚的出力を備えることも可能である。
【００５１】
標識32の場所が既知である場合には、標識32は、第1の識別器要素44aがユーザインターフェース42上に示されるように標識要素46aと位置合わせされた場合に、ドリルガイド16の先端部16aの区域に切開部を設けることなどにより、露出させることが可能である。次いで、仮固定ピン、非ロック骨ねじ、ロック骨ねじ、または可変ロック骨ねじが、患者の骨および/または標識32に係合され得る。さらに、ドリルまたは他の工具が、上述の固定具の中の1つまたは複数を受けるための穴を患者の骨中に形成するために使用され得る。
【００５２】
また、制御ユニット40のインターフェース42は、整形外科インプラント30または標識32に対する標識識別器10の現在の角度位置を示すことにより、整形外科インプラント30に対する工具の位置決めが許容し得るものであることを確認することが可能である。例えば、制御ユニット40は、外科医などのオペレータが、患者の骨50中に穿孔された穴が可変角度ロック固定具に対して許容し得る角度となることを確認し得るように、整形外科インプラント30の可変角度ロック穴に対するドリルガイド16の現在の角度を表示することが可能である。いくつかの実装形態においては、インターフェース42は、標識識別器10の近位部分に相当する第2の円などの第2の識別器要素44bと、第1の識別器要素44aから第2の識別器要素44bまでの軸に相当する第3の識別器要素44cとを備える。図4に図示するように、第1の識別器要素44aおよび第2の識別器要素44bが、相互に接近するにつれて、標識識別器10の角度は、整形外科インプラントの穴の中心貫通軸などの基準軸から0度に接近する。したがって、第1の識別器要素44aおよび第2の識別器要素44bが、同心である場合には、標識識別器10は、基準軸に対して平行になる。
【００５３】
制御ユニット40は、整形外科インプラント30の標識32に対する標識識別器10の位置を示す信号を受信する。この信号は、例えば第1のセンサアセンブリ20aなどのセンサ22から受信され得る。センサ22からの信号を使用することにより、制御ユニット40は、標識32に対する工具の位置を判定する。また、制御ユニット40は、標識32に対する固定具の許容可能な位置範囲などの許容可能な位置範囲に対して、工具の位置を比較する。例えば、標識32は、可変角度ロック穴であることが可能であり、固定具は、可変角度穴内に可変角度ロックするように構成された骨ねじであることが可能である。可変角度ロックねじおよび可変角度ロック穴は、所与の手術に対する使用が容認される、または適する、角度範囲制限があり得る。別の例としては、工具が、ドリルビットを備える場合には、制御ユニット40は、可変角度ロック穴の中心貫通軸に対するドリルビットの角度を、可変角度ロック穴の許容され得る挿入角度と比較することが可能である。さらに、ある特定の医療手術は、固定具が、標識に対するある特定の角度または位置にて挿入されることを必要とする場合がある。例えば、外科医または他の個人により、ある特定の骨片が可変角度ロック穴または非ロック穴に対して第1の角度で配設されていることが、判定されてもよい。制御ユニット40は、骨片が固定具により捕獲および固定され得るように、標識識別器10が骨片を標的化している場合を特定するために使用することが可能である。
【００５４】
いくつかの実装形態においては、制御ユニット40は、グラフィックユーザインターフェース42上に、標識32に対する標識識別器10の位置が許容可能な位置であることの表示を出力する。例えば、ユーザインターフェース42上への出力は、標識32の軸に対する標識識別器10の角度を表す要素、標識32に対する標識識別器10の許容可能な位置を表す1つまたは複数の要素、標識32に対する標識識別器10の許容不能な位置を表す1つまたは複数の要素、標識32の軸に対する標識識別器10の角度の数値表示、固定具の最大許容可能挿入角度の数値表示、標識識別器10の現在位置が許容し得ることを示す要素、可変角度または可変角度ロックねじの許容可能な円錐範囲のグラフィック表示、および、標識識別器10の現在位置が許容し得ないことを示す要素を含むことが可能である。
【００５５】
特に大型の整形外科インプラント30が使用される場合などのいくつかの実装形態においては、整形外科インプラント30のいくつかの標識が、第1のセンサアセンブリ20aからの距離が過度に遠いことにより、第1のセンサアセンブリ20a用いた標的化が不可能な場合がある。とりわけかかる実装形態においては、第2のセンサアセンブリ20bは、第1のセンサアセンブリ20aと共有される作用ボリューム内の場所において整形外科インプラント30に装着されることにより、第1のセンサアセンブリ20aから過度に遠くにまたはこの作用ボリュームの外部に位置する標識の標的化に使用することが可能となる。図5に図示するように、第2のセンサアセンブリ20bは、整形外科インプラント30の末端部分30bのロックを達成するために必要な切開部の個数およびサイズを低く抑えるために、標識識別器および第1のセンサアセンブリ20aを使用して形成され得る小さな切開部を通して、整形外科インプラント30に対して装着され得る。
【００５６】
次いで、第2のセンサアセンブリ20bは、第1のセンサアセンブリ20aの場所および配向を基準点として使用することにより、較正され得る。例えば、第2のセンサアセンブリ20bは、第1のセンサアセンブリ20aおよび第2のセンサアセンブリ20bが標識識別器10の同一の作用ボリューム内に位置する場合に、第1のセンサアセンブリ20aから受信した信号に基づき較正され得る。第1のセンサアセンブリ20aの既知の場所および配向は、第2のセンサアセンブリ20bの未知の自由度を判定するために使用し得る基準として使用することが可能である。
【００５７】
第2のセンサアセンブリ20bが較正されると、制御ユニット40は、第1のセンサアセンブリ20aの位置から第2のセンサアセンブリ20bの位置へと、標的化システム300のグローバル基準系を変更または移動することが可能となる。これは、本明細書における説明に対してはリープフロッグ標的化技術と呼ばれる。例えば、制御ユニット40は、骨プレート30の近位端部に位置する第1のセンサアセンブリ20aの位置を基準として標識識別器10の位置を初めに判定してもよい。しかし、第2のセンサアセンブリ20bが、整形外科インプラント30に対して装着され、較正された後には、制御ユニット40は、第1のセンサアセンブリ20aの代わりに第2のセンサアセンブリ20bの位置を基準として標識識別器10の位置を判定するために、そのグローバル基準系を変更することができる。次いで、整形外科インプラント30の末端領域30b内の標識32が、第2のセンサアセンブリ20bを使用して標的化され得る。第1のセンサアセンブリ20aは、所望に応じて、図6に図示するように取り外され得る。
【００５８】
このグローバル基準系の移動は、整形外科インプラントにおける標識の長さおよび個数に応じて必要とされる回数だけ繰り返すことが可能である。オペレータは、オペレータがさらなるセンサの較正を必要とする回数を減少させるために、整形外科インプラントの中間部に較正された第1のセンサアセンブリ20aが位置するように、選択してもよい。例えば、プレートの長さが95cmであり、作用ボリュームの幅が50cmである場合には、プレートの中間部に第1のセンサアセンブリ20aを配置することにより、外科医は、センサアセンブリを移動させずに、センサアセンブリの一方の側から別の側まで標識識別器10を移動させることのみが必要となる。
【００５９】
リープフロッグ技術においては、標識識別器10が、第2のセンサアセンブリ20bに対して移動すると、第2のセンサアセンブリ20bにより生成される信号が、それに応じて変化する。制御ユニット40は、ユーザインターフェース42を更新して、整形外科インプラント30の標識32に対する標識識別器10の現在位置を示すことが可能である。さらに、上述のように、制御ユニット40は、整形外科インプラント30に対する標識識別器10の位置決めが許容し得ることを確認することが可能である。この情報により、標識識別器10のオペレータは、この情報を使用して、ドリルスリーブ16および/または他の工具を、整形外科インプラント30のある特定の止まり穴32などの標識32に位置合わせすることが可能となる。
【００６０】
図7は、標識を標的化するためのシステム700を図示する。システム700は、制御ユニット40と、標識識別器10と、整形外科インプラント30に対して結合される挿入ハンドル60とを備える。挿入ハンドル60は、患者内への挿入の際に整形外科インプラント30を操縦するために使用することが可能である。挿入ハンドル60は、整形外科インプラント30に対して着脱自在に結合することが可能であるため、挿入ハンドル60は、植え込み中には整形外科インプラント30を案内し、次いで植え込みの完了後には整形外科インプラント30から取り外すことが可能である。挿入ハンドル60は、骨プレート30に対する固定位置において整形外科インプラント30に対して結合される。また、挿入ハンドル60は、標識識別器10により生成される電磁場に応答する電磁場センサ61を備える。センサ61は、挿入ハンドル60の既知の固定位置において挿入ハンドル60に対して装着される。したがって、挿入ハンドル60が、整形外科インプラント30に対して装着される場合には、センサ61の6自由度全てが、既知となり、センサ61は、整形外科インプラント30の標識32に対して既知の場所および配向において配設される。
【００６１】
挿入ハンドル60上のセンサ61の1つまたは複数の自由度が、初めに未知である場合には、挿入ハンドル60のセンサ61は、整形外科インプラント30の標識32に対する、または挿入ハンドル60の既知の標識に対する既知の場所および配向を用いて、整形外科インプラント30に対して装着された第2のセンサ22を使用して、較正することが可能である。代替的には、標識識別器10は、整形外科インプラント30の標識に対する、または挿入ハンドル60の既知の標識に対する既知の場所および配向を用いて、整形外科インプラント30に対して装着することが可能である。いくつかの実装形態においては、挿入ハンドル60のセンサ61は、整形外科インプラント30に対する挿入ハンドル60の装着時に、整形外科インプラント30の標識32に対するセンサ61の位置が6自由度に関して既知となるように、事前較正された状態で出荷され得る。
【００６２】
他の実装形態においては、標的化システムが、身体部分または骨折した骨の下方に配設される大型平坦場発生器を備える。また、標的化システムは、2つのセンサを備え、例えば、一方のセンサは、プレートに対して結合され、他方のセンサは、ドリルスリーブに対して結合される。発生した場が、このシステムと共に使用することが意図される最大インプラントのボリュームよりも大きい場合には、プレートの全ての標識を標的化するためには、リープフロッグ技術もプレートの中間部へのセンサアセンブリの配置も不要となる。
【００６３】
ハウジング28に対してセンサアセンブリ20を装着するための、または整形外科デバイス30に対してハウジング28を装着するための様々な実装形態が、図8A〜図12Bに図示される。図8Aを参照すると、センサアセンブリ20のハウジング28が、延在部62およびヘッド64と、例えば延在部62の端部65などの既知の位置においてハウジング28に対して配置されたセンサ22とを備える。ハウジング28は、長手方向軸28aに沿って湾曲状になされる。例えば、ハウジング28の延在部62は、延在部62がドリルスリーブ18内に挿入された場合に、延在部62が直線状となってドリルスリーブ18内の限定空間と共形合致するように、湾曲状であることが可能である。延在部62は、ドリルスリーブ18の内方表面を圧迫することにより、摩擦嵌めによってドリルスリーブ18内にハウジング28を固定する。ハウジング28のヘッド64は、ドリルスリーブ18の端部と係合することにより、ドリルスリーブ18内へのハウジング28の挿入を制限する。
【００６４】
代替的には、図8Bに図示するように、延在部62は、テーパ状のまたは若干裁頭円錐状の外方表面を備えることが可能である。ヘッド64の付近に位置する延在部62の近位端部63は、延在部62の末端端部65よりも大きな外径を特徴として有することが可能である。ハウジング28が、ドリルスリーブ18内に挿入されると、延在部62のテーパ状表面とドリルスリーブ18の内側との間の摩擦により、ドリルスリーブ18内にハウジング28が固定される。いくつかの実装形態においては、ドリルスリーブ18は、延在部62に係合するための座部を形成するテーパ状内方部分を備えることが可能である。
【００６５】
図9に図示する別の代替形態としては、ハウジング28は、対合構造部に係合することにより整形外科デバイスに対してハウジング28を装着するように構成される。ハウジング28は、スプリット端部66を備え、このスプリット端部66は、対合構造部と係合することにより、例えば整形外科インプラントなどの整形外科デバイスに対してハウジング28を固定的に装着するように、拡張可能である。スプリット端部66は、整形外科インプラントの対合構造部のリッジまたはウェッジを受けることにより、整形外科インプラントに対してハウジング28を装着することが可能である。例えば、対合構造部のリッジまたはウェッジは、スプリット端部66を拡張させることにより、スプリット端部66の外側表面と対合構造部の一部分との間において摩擦嵌めを生じさせることが可能である。また、ハウジング28は、整形外科インプラントの例えばソケットなどの相補的多角形部分と対合するための多角形外側部分68を備える。使用時には、この多角形外側部分68は、対合構造部に対するハウジング28の不要な回転を防止する。
【００６６】
次に図10を参照すると、センサアセンブリ20のハウジング28は、代替的に、ヘッド70および概して円筒状の外方表面71を備えることが可能である。ハウジング28は、概して円筒状の外方表面71の上に円周方向溝73を備え、ばね部材または弾性リングなどの圧縮可能部材72が、この円周方向溝73内に部分的に配設される。ハウジング28が、ドリルスリーブ18内に挿入されると、圧縮可能部材72は、ドリルスリーブ18内において圧縮され、摩擦嵌めを生じさせて、ドリルスリーブ18内にハウジング28を固定する。任意には、ドリルスリーブ18は、内方円周方向溝を備えることが可能であり、圧縮可能部材は、この内方円周方向溝内において拡張することにより、ドリルスリーブ18に対してハウジング28を固定することが可能である。ヘッド70は、ドリルスリーブ18内へのハウジング28の挿入を制限することにより、ドリルスリーブ18に対して既知の場所にセンサを配設することが可能である。さらに、ハウジング28の概して円筒状の外方表面71は、ドリルスリーブ18の相補的平坦領域と位置合わせされ得る平坦領域74を、あるいは、ドリルスリーブ18内におけるハウジング28の回転を制限し得るおよび/またはドリルスリーブ18に対してハウジング28を既知の回転位置に配置する対合構造部を備えてもよい。また、ヘッド70は、相補的表面と位置合わせされることにより位置合わせおよび回転安定性を実現することが可能な、平坦領域75を備える。
【００６７】
図11Aおよび図11Bに図示する別の代替形態としては、ハウジング28は、ドリルスリーブ18内に挿入されるように構成された端部76を備える。この端部76は、外方円周方向溝78および/または球状戻り止め80を備える。また、端部76は、斜角面エッジ77を備える。ドリルスリーブ18(図11B)は、ドリルスリーブ18の内側上に位置するボールプランジャ81を備える。ボールプランジャ81は、ドリルスリーブ18の貫通穴19内に部分的に延在するボール82を備える。また、ボールプランジャ81は、ボール82を受けるドリルスリーブ18の内方表面中に画成された凹部83内に部分的に配設される。ボールプランジャ81は、貫通穴に向かってボールを付勢し、力がボール82に対して印加された場合に圧縮される、凹部83内に配設された弾性部材84を備える。ハウジング28の端部76が、ドリルスリーブ18内に挿入されると、ハウジング28の斜角面エッジ77は、凹部83内にボールプランジャ81のボール82を押し下げ、これにより、ハウジング28の端部76は、ボールプランジャ81上を移動することが可能となる。円周方向溝78が、ボールプランジャ81に位置合わせされると、ボール82は、円周方向溝78内に移動して、ドリルスリーブ18を通る端部76のさらなる移動を阻止する。ハウジング28は、ボール82が戻り止め80内に受けられて、これによりドリルスリーブ18内におけるハウジング28の回転が阻止されるまで、回転され得る。任意には、端部76は、戻り止め80を備えない円周方向溝78を備えることが可能であり、または、端部76は、円周方向溝78を備えない戻り止め80を備えることが可能である。他の実装形態においては、ボールプランジャ81は、ドリルスリーブ18の上ではなく、ハウジング28の端部76の上に設けられてもよく、ドリルスリーブ18の内方表面が、ボールプランジャ81のボール82を受けるための円周方向溝および/または戻り止めを備えてもよい。
【００６８】
いくつかの実装形態においては、ハウジング28は、ドリルスリーブ18に対して外部装着することにより、整形外科インプラントに係合され得る。例えば、図12Aおよび図12Bに図示するように、装着部材100が、ドリルスリーブ118に対して装着されることにより、ハウジング28用のレセプタクルを形成することが可能である。ドリルスリーブ118は、整形外科インプラント30のねじ山付き領域98に対して装着される、ねじ山付き末端端部117を備える。ドリルスリーブ118は、テーパ状近位端部120および円周方向溝122を備える。ドリルスリーブ118は、ドリルスリーブ118の外側上の溝122の中または付近に位置するスロット123を備えることが可能である。また、ドリルスリーブ118は、工具および/または骨ピンなどの固定具を収容するための貫通穴118aを備える。
【００６９】
装着部材100は、スプリットリング104(図12B)と管状部分106とを連結するアーム102を備える。スプリットリング104は、ドリルスリーブ118の溝122に係合するように構成される。また、装着部材100は、スプリットリング104の上または付近に位置するタブ105を備えることが可能である。ドリルスリーブ118に対して装着部材100を結合するためには、スプリットリング104は、ドリルスリーブ118のテーパ状端部120を覆って配置される。スプリットリングが、ドリルスリーブの外径よりも小さな内径を有するため、スプリットリング104は、装着部材100がテーパ状端部120に沿って移動するにつれて、外方に撓曲する。スプリットリング104は、スプリットリング104が溝122内に受けられることにより、ドリルスリーブ118に対して装着部材100が固定されるまで、移動し続ける。装着部材100のタブ105は、ドリルスリーブ118のスロット123に係合することにより、ドリルスリーブ118に対する装着部材100の回転が制限される。代替的には、タブ(図示せず)が、例えば溝122の中など、ドリルスリーブ118の外側上に形成されて、スプリットリング104中の切れ目に係合することにより、ドリルスリーブ118に対する装着部材100の回転を制限してもよい。
【００７０】
装着部材100の管状部分106は、センサアセンブリ20のハウジング28を受けるか、またはセンサ22を備える。したがって、ドリルスリーブ118に対して装着部材100を装着することにより、ドリルスリーブ118および骨プレート30に対する既知の位置においてドリルスリーブ118に対してセンサ22が固定される。装着部材100は、ハウジング28のまたはセンサアセンブリ20の構成要素であることが可能である。代替的には、アーム102および管状部分106は、ドリルスリーブ118と一体であることが可能である。
【００７１】
装着部材100のアーム102は、装着部材100がドリルスリーブ118に結合される場合に、装着部材がドリルスリーブ118の貫通穴118aへのアクセスの妨げとならないように、形成され得る。その結果、装着部材100を使用することにより、センサアセンブリ20は、ドリルスリーブ118の内側へのアクセスを妨げることなく、ドリルスリーブ118に対して結合され得る。さらに、装着部材100は、装着部材100がドリルスリーブ118に対して装着され、ドリルスリーブ118が骨プレート30に対して装着される場合に、管状部分106が骨プレート30の標識99に進入または係合するように、形成されてもよい。代替的には、アーム102は、貫通穴118aに係合することにより、装着時にドリルスリーブ118に対するセンサの正確な位置合わせを確保するように、およびセンサ22とドリルスリーブ118との間における回転を制限するように、構成することが可能である。
【００７２】
図15および図16A〜図16Cを参照すると、システム400は、光学追跡を利用することにより、ねじ穴の位置を特定し、術中の穿孔またはねじ挿入の軌道を判定する。システム400は、制御ユニット40との間において通信状態にある赤外線(IR)カメラ402と、IR光源404とを備える。カメラ402は、手術領域中の基点から反射されるIR光を検出する。制御ユニット40は、基点からの反射光を示すカメラ402からの信号を受信する。カメラ402からの信号を使用することにより、制御ユニット40は、基点の相対位置を判定する。これらの基点は、器具の位置が基点の位置から判定され得るように、既知の固定位置において様々な器具に対して装着される。
【００７３】
システム400は、ドリル410または他の器具と、整形外科インプラント30に対して結合するガイド420およびハンドル460とを備える。基点450a〜450cは、ドリル410、ガイド420、およびハンドル460のそれぞれに対して結合される。基点450a〜450cは、器具に対して直接的に結合することが可能であり、または別の構成要素を介して器具に対して結合することが可能である。例えば、図示するように、基点450aは、整形外科デバイス30を植え込むために使用され得る挿入ハンドル460の端部に装着される。一代替形態としては、基点450aは、整形外科デバイス30に対して直接的に装着されるように構成され得る。
【００７４】
いくつかの実装形態においては、基点450a〜450cは、挿入ハンドル460、ガイド420、およびドリル410のそれぞれと着脱可能である着脱自在構成要素である。いくつかの実装形態においては、基点450a〜450cは、挿入ハンドル460、ガイド420、およびドリル410のそれぞれと一体であるように形成された固定構成要素として形成される。
【００７５】
図16Aおよび図16Bを参照すると、基点450a、450bはそれぞれ、ハウジング453と、ハウジング453内に位置する金属箔などの反射材料とを備える。ハウジング453は、反射材料を露出させる開口454を画定する。いくつかの実装形態においては、基点450a、450bは、3つ、4つ、またはそれ以上の開口を画定する。基点450a、450bはそれぞれ、開口454同士の間の間隔が、または開口454の構成が異なることが可能であり、これにより、制御ユニット40は、基点450a、450b間を区別することが、したがって基点450a、450bが装着された器具同士を区別することが可能となり、カメラに基点450a、450bの場所および配向を追跡させることが可能となる。
【００７６】
いくつかの実装形態においては、基点450a〜450cは、平面に沿った開口を備えるのではなく、複数の反射球体または他の要素の構成を備えることが可能である。いくつかの実装形態においては、基点450a、450bは、IR光を発光する。基点450a、450bは、追跡されることとなる構成要素の一体部分またはそれとは別個の部分であることが可能である。
【００７７】
ガイド420は、ドリルビットまたは他の器具を受ける内側チャネルを画成するスリーブ421を備える。スリーブ421は、ドリルビットを案内することが可能であり、手術部位の周囲の組織を保護することが可能である。スリーブ421の先端部422は、整形外科インプラント30の標識に係合するように寸法設定される。例えば、先端部422は、整形外科インプラント30の穴32の中の1つに進入するようにサイズ設定される。特に、先端部422は、オペレータがインプラント30に対してまたは穴32の軸に対してガイド420の角度を調節する際に、穴32の中に留まるかまたは穴32に接触するように寸法設定される。先端部422が穴32の中の1つの中に位置決めされた状態において、オペレータは、例えば穿孔またはねじ挿入などのための所望の角度を実現するために、インプラント30に対して傾斜させることが可能である。したがって、穴32のこの場所は、穴32に対するスリーブ421の配向が調節される間、維持され得る。
【００７８】
基点450aは、挿入ハンドル460の端部に装着される。基点450aが、既知の位置において挿入ハンドル460に対して結合されるため、制御ユニット40は、基点450aの位置に基づき整形外科インプラント30の位置を判定することが可能となる。オペレータは、整形外科インプラント30が植え込まれた後に、および挿入ハンドル460が整形外科インプラント30に対して依然として装着されている間に、挿入ハンドル460に対して基点450aを装着することが可能である。
【００７９】
図16Cを参照すると、基点450cは、ドリル連結部411またはドリルビット413の周囲に巻き付けられた反射材料バンドを備える。図示するように、反射バンド470は、ドリル410のチャック412とドリルビット413との間において結合されるドリル連結部411の周囲に位置する。基点450cは、ガイド420のスリーブ421の軸に沿って位置を規定することが可能であり、スリーブ421の軸は、基点450bの位置に基づき決定され得る。
【００８０】
代替的には、基点450cは、チャック412、ドリルビット413、またはドリル410の他の位置の上に、既知の場所において配置され得る。別の代替形態としては、例えば平面中の反射材料をまたは反射要素構成体を備える基点などの、他のタイプの基点を、ドリル410と共に使用することが可能である。
【００８１】
図17および図18を参照すると、制御ユニット40用のユーザインターフェース500a、500bの例が図示される。オペレータが、ドリル410およびガイド420を位置決めすることにより、制御ユニット40は、整形外科インプラント30に対する、または穴32の軸に対するドリル410およびガイド420の位置を判定する。制御ユニット40は、例えばユーザインターフェース500aまたはユーザインターフェース500bなどの上に、相対位置に関する情報を表示する。制御ユニットは、基点450a〜450cに装着された構成要素の場所および配向を追跡することが可能である。相対位置が変化するにつれて、制御ユニット40は、カメラ402からの信号を使用してこの変化を検出し、現在位置を計算し、ユーザインターフェース500aまたはユーザインターフェース500bの上に更新情報を表示する。
【００８２】
また、図17のユーザインターフェース500aに関連して説明した特徴は、図18のユーザインターフェース500bに含まれ得るものであり、その逆も可能である。ユーザインターフェース500aは、穴が穿孔されるかまたはねじが挿入される前の、システム400に関する制御ユニット40の出力を図示する。ユーザインターフェース500bは、システムの要素が異なる相対位置に配置され、穴が穿孔されたかまたはねじがシステム400を使用して挿入された後の、制御ユニット40の出力を図示する。
【００８３】
ドリル410、ガイド420、および整形外科インプラント30の相対位置の計算を可能にするためには、基点450a〜450cは、カメラ402の視界にまたは視線上に留まるべきである。基点の中の1つが、例えばカメラ402の視界内にもはや存在しないなど、遮蔽された状態となる場合には、制御ユニット40は、ユーザに対してこの遮蔽状態を示すことが可能である。
【００８４】
制御ユニット40は、ガイド420または他の関連器具と、整形外科インプラント30との相対位置を示すことが可能である。外科医は、ねじ穴32または他の標識を位置特定するために、この相対位置を使用することが可能である。穴32を位置特定するためにシステム400を使用した後に、オペレータは、穴32の上方に切開部を形成することが可能となり、先端部422が穴32に係合するように、ガイド420を位置決めすることが可能となる。次いで、オペレータは、システム400を使用することにより、穿孔のために、およびねじまたは他の穿刺構成要素の挿入のために、穴32に対してガイド420を位置決めすることが可能となる。
【００８５】
制御ユニット40は、単一のユーザインターフェース500aまたはユーザインターフェース500bの上に様々なインジケータを設けることが可能である。ユーザインターフェース500a、500bはそれぞれ、例えば軌道インジケータ510、ねじ長さインジケータまたはドリル深さインジケータ520、構成要素またはねじタイプ選択インジケータ530、構成要素または軌道衝突インジケータ540、状態インジケータ550、および構成インジケータ560などの中の1つまたは複数を備えることが可能である。これらのインジケータの任意の組合せまたは下位組合せが、画面または他のディスプレイの上に、または複数のディスプレイにわたって同時に表示され得る。
【００８６】
軌道インジケータ510は、ガイド420により規定される現在の軌道を示す。軌道インジケータ510は、整形外科インプラント30に対するまたは穴32の軸に対するスリーブ421の配向を表す軌道ライン511を備えることが可能であり、これによりガイド420によって現在規定されている軌道を示す。整形外科インプラント30の画像512を表示することが可能であり、軌道ライン511を、三次元において画像512に対して表示することが可能である。
【００８７】
また、軌道インジケータ510は、スリーブ421の近位端部の位置を表す、円などの要素514を備えることが可能である。軌道インジケータ510は、スリーブ421の末端端部または先端部422の位置を表す要素515を備えることが可能であり、この要素515は、要素514よりも小さな円として表示され得る。軌道ライン511は、要素514、515間に規定され得る。いくつかの実装形態においては、整形外科インプラント30または穴32の軸に対する所望の軸にガイド420を位置合わせするために、オペレータは、要素514、515が一致するように、ガイド420を移動させる。この位置は、例えば整形外科インプラント30に対して垂直なまたは穴32の軸と同軸方向の位置合わせなどに相当し得る。
【００８８】
複数の軌道インジケータを、同時に表示することが可能である。例えば、軌道インジケータ510は、ガイド420の先端部422の付近の整形外科インプラント30の部分の正面図を示すために拡大された画像512に関連して穿孔軌道を示すことが可能である。第2の軌道インジケータ516が、例えば整形外科インプラント30全体の画像517などを表示することが可能である。したがって、この第2の軌道インジケータ516は、オペレータに対してコンテクストを提示することにより、整形外科インプラント30に対する関心標識の軌道および位置を全体として示すことが可能となる。また、第2の軌道インジケータ516は、例えば側面図などの、整形外科インプラント30の第2の図を表示することが可能である。軌道インジケータ510、516のいずれか一方または両方を、ユーザインターフェース500aまたはユーザインターフェース500bの上に表示することが可能である。
【００８９】
ドリル深さインジケータ520は、ドリルビットが組織内に挿入されて、整形外科インプラント30に接触した深さを示す。例えば、ドリル深さインジケータ520は、ドリルビットが骨50内へと通過した距離を示すことが可能である。オペレータが、ある軌道に沿って穿孔を行うにつれて、数値インジケータ522が、現在のドリル深さを示す。また、グラフィックインジケータ524が、例えば計器上に示されるマーク表示または目盛り表示を表示することなどにより、ドリル深さを示す。
【００９０】
制御ユニット40は、ドリル410上の基点450cおよびガイド420上の基点450bの相対位置を判定することにより、現在のドリル深さを計算することが可能である。制御ユニット40は、例えば基点450cとドリルビット413の端部との間の距離、およびさらには基点450bとスリーブ421の先端部422との間の距離などを示す情報を、記憶することが可能である。先端部422は、穴32に位置決めされると、骨に対する既知の位置を取ることが可能となる。例えば、先端部422は、骨50の表面に配置され得る。オペレータが、スリーブ421を通してドリルビット413を移動させると、制御ユニット40は、基点450b、450cの相対位置を計算する。これらの相対位置を使用することにより、制御ユニット40は、ドリルビット413の端部がスリーブ421の先端部422を越えて延在する距離として、ドリル深さを計算する。このドリル深さは、ねじ長さを選択するために使用することが可能である。例えば、オペレータは、穿孔される深さと実質的に同等の長さを有するねじを選択することが可能となる。したがって、ドリル深さインジケータ520は、挿入すべきねじのねじ長さを示すために使用することが可能である。
【００９１】
構成要素選択インジケータ530は、整形外科インプラント30に対するガイド420により規定される現在の軌道と共に使用し得る、ロックねじ対非ロックねじまたは多軸ねじ対単軸ねじなどの、構成要素または構成要素タイプを示す。図示するように、グラフィック画像531、532が、現時点で規定されるようなガイド420の軌道と共に使用し得る、構成要素または技術を表すために表示され得る。また、テキストまたは他の記号により、現在の軌道において有効に使用し得る構成要素を示すことも可能である。
【００９２】
様々な穿刺構成要素は、特定の軌道または角度範囲における使用に関してのみ示される。例えば、単軸ねじが、整形外科インプラント30に対する垂直な挿入に関してのみ示されてもよい。図示する例においては、現在の軌道が、整形外科インプラントに対して非垂直である。その結果、例えばねじ頭上にねじ山を備えるねじなどの単軸ロックねじの画像は、構成要素選択インジケータ530内の表示からは省かれる。この省略は、例えば、単軸ロックねじが使用に適さないこと、または現在の軌道における単軸ロックねじの使用の成功率が最低閾値未満であることなどを示唆することが可能である。
【００９３】
対照的に、構成要素選択インジケータ530は、変形可能ヘッドを有する多軸(例えば可変角度)ねじの画像531と、多軸非ロックねじの画像532とを表示することにより、これらの多軸ねじのいずれが現在の軌道における使用のために選択され得るかを示す。オペレータが、穿孔を行うための軌道を調節すると、制御ユニット40は、現在の軌道に対して使用し得る構成要素または構成要素タイプを計算し、構成要素選択インジケータ530を更新して、使用し得る構成要素の現時点の範囲を示す。その結果、オペレータが、複数の軌道を通るガイド420を傾斜させると、構成要素の画像531、532は、出現するかまたは消滅することにより、これらの軌道に対して選択し得る有効な構成要素のオプションを示すことができる。また、図18に図示するように、構成要素選択インジケータ530は、現在の軌道において使用し得る有効な構成要素が全く存在しないような位置に、ガイド420が位置決めされたか否かを示すことも可能である。
【００９４】
図18のユーザインターフェース500bは、ガイド420の配向により、配置されたねじ、以前に穿孔された穴、または他の経路の妨げとなる軌道が得られる場合を示す、軌道またはねじ衝突インジケータ540を備える。穴が穿孔される場合に、または穿刺要素がシステム400を使用して配置される場合に、制御ユニット40は、この事象の位置および深さを記憶する。例えば、制御ユニット40は、整形外科インプラント30に対する以前に穿孔された穴の位置を記憶することが可能である。制御ユニット40は、整形外科インプラント30の画像512、516の一方または両方に対する穿孔された穴またはねじの位置を、視覚要素542として示すことが可能である。
【００９５】
ガイド420の配向が変化すると、制御ユニット40は、現在の軌道が、以前に穿孔された穴または植え込まれたねじなどの障害物と交差するか否かを判定する。現在の軌道が、例えば配置されたねじの軸と交差することなどによって、障害物の妨げとなると判定された場合には、衝突インジケータ540は、警告を表示する。この警告は、例えばユーザインターフェース500aあるいはユーザインターフェース500b上における色変化または視覚的要素などであることが可能である。
【００９６】
ガイド420が障害物の妨げとなり得るような態様で位置決めされていることが、制御ユニット40によって判定された場合には、制御ユニット40は、妨げを引き起こすことなく現在の軌道に沿って穿孔を行い得る最大距離を計算する。制御ユニット40は、例えば現在の軌道に沿って挿入される要素の長さに関する制約などを示す、長さインジケータ545を表示する。いくつかの実装形態においては、長さインジケータ545は、例えば障害物には届かない最長ねじなど、障害物の妨げとなることなくまたは障害物と交わることなく使用し得る要素の最長長さを示す。
【００９７】
また、ユーザインターフェース500a、500bは、システム400の要素が制御ユニット40により現在追跡されているか否かを示す、1つまたは複数の状態インジケータ550を表示することが可能である。状態インジケータ550は、例えばシステム400の構成要素の画像付近のカラーバーなどであることが可能である。各状態インジケータ550は、システム400の特定の要素と関連付けることが可能である。例えば、1つの状態インジケータ550が、整形外科インプラント30および基点450aに関連付けられ、別の状態インジケータ550が、ガイド420に関連付けられ得る。基点450a〜450cが、例えばカメラ402の視界内に存在する場合には、状態インジケータ550は、適切な空間追跡が進行中であることを、例えば緑色で示す。例えば基点450a〜450cが妨げられる場合などに、構成要素の中の1つが正確には追跡されていないと、制御ユニット40によって判定される場合には、関連付けられる状態インジケータ550は、例えば赤色に変化することなどにより、追跡の阻害を示す。色を変化させることにより、または他の表示により、状態インジケータ550は、正確な空間追跡を回復するように調節される必要があり得るシステム400の構成要素がどれであるかを、オペレータに示す。
【００９８】
また、制御ユニット40は、ユーザインターフェース500a、500b上に1つまたは複数の構成インジケータ560を表示することも可能である。構成インジケータ560は、システム400の現在の構成を示し、例えば、使用中の特定の整形外科インプラント30およびガイド420を示す。オペレータは、画面上のインターフェースを使用して、整形外科インプラント30、ガイド420、挿入ハンドル460、および他の構成要素を選択することが可能である。制御ユニット40は、使用すべき構成要素をオペレータが選択し得る、構成要素および器具のライブラリを記憶することが可能である。様々な構成要素および器具の寸法ならびに特性が、器具および構成要素の様々な組合せの位置同士の間で位置を計算するために、制御ユニット40により記憶され得る。また、オペレータは、インジケータ560を押すことにより、例えばガイド420の使用から異なる寸法を有するガイドへの変更を指示するなど、手術の最中に新たな選択を行ってもよい。
【００９９】
光学追跡の利用の一代替形態としては、システム400は、電磁場センサによる追跡を代替的に利用することができる。電磁場センサは、基点450a〜450cの平面内において使用し得る。制御ユニット40は、電磁場発生器により生成された電磁場の作用ボリューム内に配置されると、センサからの信号を使用して相対位置を判定することが可能であり、ユーザインターフェース500a、500b上に示される情報を表示することが可能となる。
【０１００】
いくつかの実装形態においては、基点450a〜450cは、着脱自在であり、使い捨て可能なものである。いくつかの実装形態においては、基点450a〜450cは、オートクレーブ処理が可能なものであり、再利用可能なものである。基点450aは、製造中にハンドル460の一部として事前に組み立てられ得るものであり、基点450bは、ガイド420に対して事前に組み付けられ得る。いくつかの実装形態においては、カメラ402は、制御ユニット40と無線通信することが可能である。
【０１０１】
複数の実装形態および代替形態を説明した。しかし、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更をなし得ることが理解されよう。したがって、他の実装形態が、以下の特許請求の範囲内に包含される。
【符号の説明】
【０１０２】
10  標識識別器
10a  電磁場発生器
11  ケーブル
12  結合部材
13  ハウジング
14  ドリルガイド装着具
16  ドリルガイド
16a  先端部
18  ドリルスリーブ
19  貫通穴
20  センサアセンブリ
20a  第1のセンサアセンブリ
20b  第2のセンサアセンブリ
22  電磁場センサ
24  センサリード
26  末端端部
28  ハウジング
28a  長手方向軸
30  整形外科インプラント
30b  末端部分、末端領域
31  不正確な配向
32  ねじ孔
33a  第1の標識
33b  標識
33c  第3の標識
40  制御ユニット
42  インターフェース
44a  第1の識別器要素
44b  第2の識別器要素
44c  第3の識別器要素
46a  標識要素
50  患者の骨
52  患者の皮膚
52a  切開部
60  ハンドル
61  電磁場センサ
62  延在部
63  近位端部
64  ヘッド
65  末端端部
66  スプリット端部
68  多角形外側部分
70  ヘッド
71  外方表面
72  圧縮可能部材
73  円周方向溝
74  平坦領域
75  平坦領域
76  端部
77  斜角面エッジ
78  外方円周方向溝
80  戻り止め
81  ボールプランジャ
82  ボール
83  凹部
84  弾性部材
98  ねじ山付き領域
99  標識
100  装着部材
102  アーム
104  スプリットリング
105  タブ
106  管状部分
117  ねじ山付き末端端部
118  ドリルスリーブ
118a  貫通穴
120  テーパ状端部
122  溝
123  スロット
130  延在部
131  端部
132a  標識
132b  標識
132c  標識
132d  標識
141  対合構造部
143  対合構造部
300  標的化システム
400  システム
402  カメラ
404  IR光源
410  ドリル
411  ドリル連結部
412  チャック
413  ドリルビット
420  ガイド
421  スリーブ
422  先端部
450a  基点
450b  基点
450c  基点
453  ハウジング
454  開口
460  ハンドル
470  反射バンド
500a  ユーザインターフェース
500b  ユーザインターフェース
510  軌道インジケータ
511  軌道ライン
512  画像
514  要素
515  要素
516  第2の軌道インジケータ
517  画像
520  ねじ長さインジケータまたはドリル深さインジケータ
522  数値インジケータ
524  グラフィックインジケータ
530  構成要素またはねじタイプ選択インジケータ
531  グラフィック画像
532  グラフィック画像
540  構成要素または軌道衝突インジケータ
542  視覚要素
545  長さインジケータ
550  状態インジケータ
560  構成インジケータ
700  システム
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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