(57)【要約】【課題】外科用のガイドおよびこれを用いるコンピュータ支援外科手術法が開示される。【解決手段】ガイドは、器具をガイド軸線に沿って案内するよう身体部分に取り付けられている。本体にはチャネルが設けられ、このチャネルは、ガイド軸線を定めると共に使用の際に器具を受け入れる。ベースが、使用の際に身体部分に取り付けられると身体部分の表面に係合し、身体部分に関する入口箇所上に本体を支持し、この場合、ガイド軸線は、入口箇所を通る。旋回機構体が、本体をベースに取り付ける。本体は、旋回することによってしかベースに対して動くことができない。ガイドは、入口箇所が本体の旋回の中心である運動の中心であるように構成されている。【選択図】図１
2008534040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
器具をガイド軸線に沿って案内するように、身体部分に取り付け可能な外科用のガイドにおいて、
前記ガイド軸線を定めていて、使用の際に前記器具を受け入れるチャネルを、有する本体と、
ベースであって、使用の際に前記身体部分に取り付けられると、前記身体部分の表面に係合し、前記ガイド軸線が前記身体部分に関する入口箇所を通っている状態で、前記身体部分に関する前記入口箇所上に前記本体を支持する、ベースと、
前記本体を前記ベースに取り付ける旋回機構体と、
を具備し、
前記本体は、旋回することによってのみ、かつ少なくとも２つの旋回自由度で、前記ベースに対して動くことができ、
前記ガイドは、前記入口箇所が前記本体の旋回の中心である運動の中心であるように構成されている、ガイド。
【請求項２】
請求項１記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、前記ベースに対する前記本体の前記角度位置を固定するように動作できるロックを更に備える、ガイド。
【請求項３】
請求項１記載のガイドにおいて、
前記旋回機構体は、回転部分および静止部分により構成されるボールソケット形継手を含む、ガイド。
【請求項４】
請求項１記載のガイドにおいて、
前記回転部分および前記静止部分は、前記回転部分と前記静止部分との間に、球の少なくとも一部である支承面、および前記支承面が動くことができる別の支承構造体を提供する、ガイド。
【請求項５】
請求項１記載のガイドにおいて、
前記旋回機構体は、
球の表面の一部である第１の支承面を有する要素と、
前記第１の支承面が動くことができる第２の支承面と、
を含み、
前記第１の支承面の曲率半径は、前記第１の支承面と前記入口箇所との間に延びている、ガイド。
【請求項６】
請求項１記載のガイドにおいて、
前記ベースは、前記ガイドを前記身体部分に固定するための複数個の取り付け箇所を有する、ガイド。
【請求項７】
請求項１記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、ステムを含み、
前記ステムは、前記本体に取り付けられると共に、前記ベース内に延びており、
前記ステムは、前記チャネルの延長部であって前記ガイド軸線と同一直線上に位置する、別のチャネルを含んでいる、ガイド。
【請求項８】
請求項２記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、ステムを含み、
前記ステムは、前記本体に取り付けられると共に、前記ベースによって保持された状態で、前記ベース内へ延びており、
前記本体および前記ステムは、前記ロックを構成するように協働する、ガイド。
【請求項９】
請求項１ないし８のうちのいずれか１項に記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、前記本体に取り付けられたマーカを更に含み、
前記マーカは、追跡システムによって追跡可能であり、これにより、前記追跡システムの座標系における前記ガイド軸線の位置を求めることができる、ガイド。
【請求項１０】
請求項１記載のガイドにおいて、
前記ガイドの各部分は、その長手方向軸線に関して回転対称である、ガイド。
【請求項１１】
差し向け軸線を求める方法であって、この差し向け軸線に沿って器具が身体部分の方へ差し向けられるようになっている、方法において、
ガイド器具を、前記身体部分の表面上の入口箇所上で前記身体部分に取り付けることであって、前記ガイドが、ベース、および前記器具をガイド軸線に沿って受け入れるチャネルを有する本体を有し、前記本体が、旋回によってのみ前記ベースに対して動くことができる、取り付けることと、
前記ガイドの前記本体を旋回させるだけで、前記ガイド軸線が前記差し向け軸線と実質的に一致するまで、前記ガイド軸線の向きを、前記入口箇所を通ったままの状態で変化させることと、
を含む、方法。
【請求項１２】
差し向け軸線を求めるＣＡＳ方法であって、この差し向け軸線に沿って器具が身体部分の方へ差し向けられるようになっている、方法において、
前記差し向け軸線の向き、および、追跡システムの座標系における前記差し向け軸線を身体部分の表面上に通す入口箇所、を求めることと、
前記座標系においてガイドの位置を追跡することであって、前記ガイドが、ベース、および前記器具をガイド軸線に沿って受け入れるチャネルを有する本体を有し、前記本体が、旋回によってのみ前記ベースに対して動くことができる、追跡することと、
前記差し向け軸線に対する前記ガイド軸線の位置および／または前記入口箇所に対する前記ガイド軸線の位置を、図形で表示することと、
を含む、方法。
【請求項１３】
コンピュータプログラムコードにおいて、
請求項１２記載の方法を行うように、データ処理装置により実行可能である、コンピュータプログラムコード。
【請求項１４】
コンピュータプログラム製品において、
請求項１３記載のコンピュータプログラムコードが書き込まれた、コンピュータにより読み取り可能な媒体、
を具備する、コンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
外科用ガイドにおいて、
身体部分上に取り付け可能であり、特許請求の範囲に実質的に記述されたように器具をガイド軸線に沿って案内することができる、外科用ガイド。
【請求項１６】
コンピュータにより実行される方法において、
特許請求の範囲に実質的に記述されたように器具を案内する、方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔分野〕
本発明は、ガイドに関し、特に、身体部分に対する軸線を定める際に用いられ、特に、コンピュータ支援外科手術手技に用いられるのに適した外科手術用のガイドに関する。
【０００２】
〔背景〕
外科手術手技中、器具またはツールを、医療技師により、特定の場所および／または特定の向きで身体部分に取り付けられるようにするのを助けるためのガイドを用いるのが良い。ガイドは、ガイドを使用中に調節できるよう種々の自由度を提供する機構体を有していても良い。これにより、使用の際に融通性が得られるが、これにより、実際のガイドの使いやすさが低下すると共に、ガイドのサイズおよび複雑さが増す。さらに、ガイドを骨にしっかりと取り付けるのが困難な場合がある。それ故、ガイドを狭い手術部位のところに用いることができない場合がある。さらに、調節機構体は、現場で医療技師により、接近可能ではない場合がある。さらに又、ガイドの機械的複雑さにより機械的故障の恐れがいっそう高くなる。
【０００３】
それ故、単純で調節可能な外科手術用ガイド、特に、コンピュータ支援外科手術（“ＣＡＳ”）手技に用いられるのに適したナビゲート可能なガイドを提供することが有利である。
【０００４】
〔概要〕
本発明の第１の特徴によれば、器具をガイド軸線に沿って案内するよう身体部分に取り付け可能なガイドが提供される。ガイドは、チャネルが設けられた本体を有することができる。チャネルは、ガイド軸線を定め、使用の際に器具を受け入れることができる。ベースが、使用の際に身体部分に取り付けられると身体部分の表面に係合し、身体部分に関する入口箇所(entry point)上に本体を支持し、ガイド軸線は、入口箇所に差し向けられるようになる。旋回機構体が、本体をベースに取り付ける。本体は、旋回することによってしかベースに対して動くことができない。ガイドは、本体が入口箇所回りに旋回するよう構成されている。
【０００５】
ガイドは、本体が入口箇所回りに旋回するよう構成されているので、これにより、ガイド軸線は、入口箇所を常時通るようになり、したがって、ガイドをガイド軸線が入口箇所を通って差し向けられた状態で入口箇所上に配置することにより、本体を旋回させるだけでガイド軸線と身体部分の軸線を整列させることができる。それ故、他の調節機構体は不要であり、単純な構造のガイド器具を提供することができる。
【０００６】
ガイドは、これが本体の旋回の中心である運動の中心を有するように構成されていて良く、この運動の中心を、実質的に、ベースの一部に係合するフーチング（footing）または表面により構成される平面内に配置されていて良い。それ故、ベースを運動の中心が入口箇所と一致した状態で身体部分に取り付けると、本体は、入口箇所回りに旋回することになる。
【０００７】
ガイドは、外科用ガイドであって良い。ガイドは、整形外科手術手技に用いられる外科用ガイドであって良い。ガイドは、関節面置換術用であっても良い。関節面は、大腿骨頭のものであって良い。
【０００８】
ガイドは、ベースに対する本体の角度位置を固定するよう動作できるロックを更に有していても良い。このようにすると、ガイドをこれが使用の際に案内されているツール、器械または器具の荷重を受けた運動に抵抗する頑丈な支持体を提供するよういったん位置合わせされると、定位置にロックすることができる。
【０００９】
旋回機構体は、旋回部分および静止部分により構成されるボールソケット形継手を含んでいても良い。旋回部分および静止部分のうちの少なくとも一方は、球の少なくとも一部である支承面を有していても良く、他方は、球形支持面が動くことができる支承面または支承構造体を有していても良い。支承構造体は、少なくとも３つの要素、例えば３つのローラボールによって構成できる。旋回部分は、球の少なくとも一部である支承面を有していても良く、静止部分は、球の少なくとも一部である支承面を有していても良い。静止ボール部分は、ベースの一部であっても良い。旋回部分は、本体の遠位部分であっても良い。これにより、ベースおよび本体が分離するのを阻止し、これらを整列させる機構体が提供される。
【００１０】
旋回機構体は、球の表面の一部である第１の支承面を備えた要素を有していても良い。旋回機構体は、第１の支承面が動くことができる第２の支承面を有していても良い。第１の支承面の曲率半径は、第１の支承面と本体の回転の中心であるガイドの運動の中心との間に延びていても良い。それ故、第１の支承面と第２の支承面は、ガイド軸線が常時運動の中心を通るように本体の運動を束縛するのを助ける。
【００１１】
ベースは、各々、ガイドを身体部分に固定するための取り付け具を受け入れる複数個の取り付け箇所を有していても良い。このようにすると、ガイドが使用中に動くのを阻止することができ、したがって、運動の中心と入口箇所は、一致したままであるようになる。取り付け具は、ガイドを骨にしっかりと取り付けるのに適したピンもしくはスクリューまたは他のこれらに類似した取り付け具（fixing）であっても良い。取り付け箇所は、ベースの長手方向中心軸線周りに等角度間隔で（equi-angularly）配置さていて良い。少なくとも３つの取り付け箇所を設けても良い。取り付け箇所は、ベースの下方部分を包囲するスカートまたはフランジ部分に設けられた孔であっても良い。取り付け箇所は、表面係合成形部、例えばピンまたは摩擦面であっても良い。取り付け箇所により、器具を使用者により身体部分上の位置に保持することができる。
【００１２】
ガイドは、ステムを有していても良い。ステムは、本体に取り付けられた状態でベース内に延びていても良い。ステムは、上述のチャネルの延長部であり、ガイド軸線と同一直線上に位置する別のチャネルを有していても良い。ステムは、本体の遠位端部のところに取り付けられていても良く、このステムは、頑丈なガイドをベースを介して器具または器械に提供して、器具が正確な軸線または方向を辿るよう案内されるようにするのを助ける。
【００１３】
ステムは、本体に取り付けられていてもよく、ベース内に延びていてもよく、および／またはベースにより保持されていても良い。本体とステムは、ロックを構成するよう互いに協働していても良い。このようにすると、ステムは、本体およびベースが離脱するのを阻止するのを助けることができ、および／または、部品数を減少させた簡単なガイド設計を提供するよう一体形ロック機構体を提供することができる。
【００１４】
ガイドは、本体に取り付けられたマーカを更に有していても良い。マーカは、追跡システムであって、この追跡システムの座標系におけるガイド軸線の位置を求める追跡システムによって、追跡可能である。このように、コンピュータ支援外科手術システムに用いられるのに適したナビゲート可能なガイド（navigable guide）を提供することができる。マーカは、ワイヤを利用したマーカであっても良く、ワイヤレスのマーカであっても良い。
【００１５】
マーカは、追跡システムにより検出可能なエネルギーを放出し、伝送し、反射し、または違ったやり方で送っても良い。マーカは、音響または電磁形態でエネルギーを送っても良い。マーカは、超音波マーカであっても良く、赤外線マーカであっても良く、電磁マーカであっても良く、磁気マーカであっても良く、ＲＦマーカであっても良い。
【００１６】
ガイドの各部分は、その長手方向軸線に関して回転対称であっても良い。それ故、使用者は、ガイドを身体部分に取り付ける際にガイドの角度的向きを注意深く整列させる必要はない。というのは、これらコンポーネントは、運動の中心およびこれを通るガイドの長手方向軸線に関し回転対称だからである。さらに、これにより、ガイドのコンポーネントは、製造が容易になる。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、軸線を定める方法が提供され、この軸線に沿って器具が身体部分へ差し向けられるようになっている。この方法は、ガイドを身体部分の表面上の入口箇所上で身体部分に取り付けることを含んでいても良く、この場合、ガイド軸線を旋回させることができる唯一の中心であるガイドの運動の中心が、入口箇所と実質的に一致する。ガイド軸線を定めるチャネルが設けられたガイドの本体を動かして、ガイド軸線が上述の軸線と実質的に一致するまで、入口箇所を通っている状態でガイド軸線の向きを変化させることができる。
【００１８】
それ故、ガイドは、ガイド軸線を旋回させることができる中心である運動の中心が入口箇所と一致した状態で取り付けられるので、しかも、ガイド軸線は旋回のみが可能なので、ガイドの本体を旋回させるだけでガイド軸線と上述の軸線を整列させることができる。それ故、器具のガイド軸線を求めるより単純な方法が提供される。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、軸線を求めるＣＡＳ方法が提供され、この軸線に沿って器具が身体部分の方へ差し向けられる。この方法は、差し向け軸線の向き、および追跡システムの座標系における差し向け軸線を身体部分の表面上に通す入口箇所、を求めることを含んでいても良い。座標系においてガイドの位置を追跡しても良い。ガイドは、ベースおよび器具をガイド軸線に沿って受け入れるチャネルを備えた本体を有し、本体が、旋回によってのみベースに対して動くことができる。差し向け軸線に対するガイド軸線の位置を図形で表示することができる。入口箇所に対するガイド軸線の位置もまた、図形で表示することができる。
【００２０】
それ故、この方法を利用すると、外科手術手技のＩＧＳ部分を単純化することができる。ＣＡＳシステムは、使用者を導いて、求めた入口箇所に対して身体部分上にガイドを正確に位置させることができ、いったん定位置に配置されると、ガイドの角度的位置だけを表示することができる。その目的は、使用者がガイド軸線と計画された軸線の位置合わせを評価することができるようにする視覚フィードバックを提供することにある。この２段階プロセスは、単一ステップで４つのガイド位置付け自由度（freedom positioning）を制御しようとする場合よりも、使用者にとって容易である。
【００２１】
図形表示は、ガイド軸線および上述の軸線の位置の図形表示を含んでも良い。図形表示は、ガイド軸線と上述の軸線との間の現在の差の表示を含んでも良い。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、本発明の特徴としての方法を提供するように、または本発明の特徴としてのＣＡＳシステムを提供するように、データ処理装置により実行可能なコンピュータプログラムコードが提供される。かかるコンピュータプログラムコードが書き込まれた（bearing）、コンピュータにより読み取り可能な媒体、を有するコンピュータプログラム製品も又、本発明の一態様として提供される。
【００２３】
次に、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、これは例示に過ぎない。
【００２４】
異なる図の互いに類似したアイテムは、別段の指示が無ければ、共通の参照符号を共有している。
【００２５】
以下において、外科用ガイドが、整形外科ＣＡＳ手技における使用に関して説明される。しかしながら、これは、例示に過ぎず、ガイドの使用は、ＣＡＳに限定されず、整形外科手技にも限定されない。それどころか、ガイドは、これが器械またはツールを好ましい軸線または好ましい方向に沿って、骨および軟組織を含む任意の身体部分の方へ案内するのに有用な手技に使用することができる。
【００２６】
〔詳細な説明〕
図１〜図４を参照すると、本発明の実施形態としてのガイド１０が示されている。ガイド１０は、ベース１４に旋回可能に連結された本体１２を有している。
【００２７】
本体１２は、直線ガイド軸線を定めるようガイドの長手方向軸線に沿って延びる円形断面のチャネル１６を有している。本体１２は、全体として円筒形の形を有し、この本体は、回転対称である。本体１２は、上方部分１８および下方部分２０を有している。上方部分１８は、全体として直円柱の形状のものであり、下方部分２０は、湾曲した形状のものである。使用の際に、握りを使用者に提供するよう下方部分２０の表面には凹状部分が設けられている。本体１２の近位端部は、内壁２４に設けられたねじ山付き部分を有し、このねじ山付き部分は、使用の際に、器具２６のねじ山付き部分と噛み合うことができる。
【００２８】
本体１２の内面の遠位部分は、ステム３０のねじ山付き部分を、噛み合い関係をなして受け入れる別のねじ山付き部分２８を有している。
【００２９】
ベース１４は、その長手方向軸線に関し全体として円形で対称の形状を有している。ベース１４は、これにキャビティ３２が設けられた全体として環状の構造を有する。ベース１４の近位部分は、外壁３６および内壁３８により画定された実質的に環状のチャネル３４を有している。ゴム製のＯリング４０が、チャネル３４内に配置されている。
【００３０】
スカート４２が、本体１４から遠ざかって僅かに下方にベース１４の遠位端部に向かって延びている。ガイド１０を身体部分にしっかりと締結するよう取り付け具を受け入れる６つの等角度間隔を置いた複数の孔４４が、スカート４２に設けられている。
【００３１】
ベース１４の最も遠位側の部分４６は、ガイドを使用の際に身体部分に取り付けると、身体部分の表面に係合する継手となる。フーチング４６は、ベースの長手方向中心軸線周りに延びる円形リムの形態をしている。フーチング４６は、ベース１４の長手方向軸線に垂直な平面を定める。ガイド軸線が旋回できる中心となる運動の中心は、以下により詳細に説明するように、その平面の中心のところに存在する。
【００３２】
ベース１４内に引っ込んだ状態で成形部４８が設けられ、この成形部は、球の表面の一部に相当する外面を備えている。湾曲した成形部４８は、ボールソケット形継手のソケット部となる。ガイド１０は、ステム部３０を更に有する。ステム３０も又、全体として円筒形の形をしており、しかも全体として回転対称である。ねじ山付き部分５０が、ステム３０の近位端部のところに設けられている。断面が円形のチャネル５２が、ステム３０の長さに沿って延びている。成形部５４が、ステム３０の遠位端部のところに設けられている。成形部５４は、全体として球の一部の形をした湾曲した外面を有している。図２に最も良く示されているように、ガイド１０を組み立てると、ステム３０は、湾曲成形部５４がソケット４８内に配置された状態で本体１２に連結される。湾曲成形部５４は、ボール部となり、したがって、成形部５４，４８は、本体１２およびステム３０が旋回できる中心となるボールソケット形継手を構成するようになっている。
【００３３】
要素５６は、凹状ディスクの全体的形状を有し、この要素５６の中には、中央開口部５８が設けられている。要素５６は、湾曲した下側支承面６０を有している。支承面６０は、球の一部の形を有し、中心が運動の中心に一致した曲率半径が、フーチング４６の中心のところに位置している。内壁３６、外壁３８およびＯリング４０は、これらの間に、要素５６が使用の際に動くことができるベース１４の支承面を構成している。孔５８周りの要素５６の縁部は、ほぼ同じ形としてステム３０の平坦な区分とねじ山付き部分５０を有しており、要素５６は、ステム３０に対して回転することができないようになっている。
【００３４】
器具２６は、長いシャフト６２を備えた細長い器械の形状をしており、このシャフトは、その遠位端部のところに尖った先６４を備えている。ねじ山付き部分６６が、シャフト６２の近位端部寄りに設けられている。ヘッド６８が、器具２６の遠位端部のところに設けられている。器具２６は、本体１２のチャネル１６およびステム３０のチャネル５２内に受け入れ可能である。
【００３５】
ガイド１０のコンポーネントは、チャネル１６，５２の中心に沿って通るガイド軸線がフーチング４６の最も外側の平面の中心を通るように、しかも、ガイド軸線をその箇所回りに旋回させることができると共に、常時その箇所を通るように構成されている。支承面６０の曲率により、本体１２およびステム３０の運動は、ガイド軸線がガイドの本体およびステムの旋回運動のための運動の中心であるこの箇所を常時通るように束縛される。それ故、空間中におけるガイド軸線の軌跡は、運動の中心のところに先端を備えた円錐である。
【００３６】
使用にあたり、本体１２をステム３０から僅かにねじ戻すことにより、要素５６を自由にし、ガイド軸線を要素５６および成形部５４，４８により構成される部分ボールソケット形継手によって案内しながら運動の中心回りに旋回させることができる。ガイド軸線がベースに対して正確な向きにあるとき、本体１２をステム３０に対して回転させることにより、要素５６は、外壁３６、Ｏリング４０および内壁３８に押し付けられてベース１４に対するガイド軸線の向きを固定する。
【００３７】
器具２６が、図１〜図３において、ガイドのガイドチャネル内に挿入された状態で示されているが、使用にあたり、器具２６は、ガイド内に挿入される必要のないことは理解されよう。
【００３８】
次に、関節表面置換（“ＡＳＲ”）手技におけるガイドの使用法につき図５、図６および図７を参照して説明する。しかしながら、理解されるように、ガイドの使用は、かかる外科手術手技には限定されず、身体部分に対するツール、器械または他の器具のガイド軸線またはガイド方向を定め、または求めるために任意の外科手術手技で使用できる。
【００３９】
図５は、大腿骨１１２の大腿骨頭１１０に取り付けられたガイド１０を示す略図１００である。大腿骨頭１１０は、大腿骨頸部１１４により大腿骨１１２の近位部分に連結されている。大腿骨頸部は、図５の破線１１６によって示されているおおよその大腿骨頸部軸線を有している。破線１１８は、ガイド軸線を表している。
【００４０】
図５において、ガイド１０は、マーカアレイ１２０（marker array 120）をこれに取り付けることによりコンピュータ支援外科手術（“ＣＡＳ”）システムに用いられるよう構成されている。マーカアレイは、当該技術分野においてはスターとも呼ばれており、クランプ１２２および３本のアーム１２６，１２８，１３０を支持したステム１２４を有している。反射球１３２，１３４，１３６が、各アームの端っこ前の部分に取り付けられている。かかるマーカアレイは、反射された放射線、例えば赤外線を検出する追跡システム、例えば、独国のブレインラブ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング（BrainLab GmbH）に提供されている、ベクトルビジョンシステム（vector vision system）に用いるのに適している。
【００４１】
当業者には明らかな他の追跡技術を利用した他のマーカを利用することができ、例えば、超音波または他の音響マーカを用いることができる。さらに、既知の磁界分布を備えた磁界の変化を検出し、位置座標および角度の向きに関する情報を求めて、かかる情報を追跡システムに伝える磁気マーカを使用することができる。
【００４２】
用いられる追跡技術とは無関係に、追跡システムまたはＣＡＳシステムは、追跡対象のマーカを識別するのに十分な情報であらかじめプログラムされ、かかるシステムは、ガイドの長手方向軸線に対するマーカの位置および運動の中心からのガイドの位置を求める基礎となるデータを更に有する。それ故、使用にあたり、追跡システムは、マーカの現在の位置を監視し、この位置および向きに関する情報から、ＣＡＳシステムは、追跡システムの基準系においてガイド軸線１１８の現在の位置を求めることができる。
【００４３】
図６は、ガイド１０を用いることができるＣＡＳ手技２００の高レベル外観を提供するフローチャートである。ステップ２０２において、外科医は、手術部位にアクセスできるよう種々の切開部を作る。
【００４４】
ステップ２０４において、患者の種々の身体部をＣＡＳシステムに登録して、追跡システムの基準系内における患者の骨の位置が分かるようにする。骨をＣＡＳシステムに登録する種々の技術を用いることができ、かかる技術は、一般に、当該技術分野において知られている。かかる一方法では、ＣＡＳシステムは、骨の多くの包括的な仮想モデルを記憶装置に格納している。次に、外科医は、追跡可能なポインタを用いて幾つかの主要な解剖学的ランドマークを突き止めて、骨の全体的形状および寸法を求めることができるようにする。次に、システムは、かかるモデルのデータベースから、患者の実際の骨の寸法形状に１番良くマッチした包括的モデルのうちの１つを選択する。次に、外科医は、患者の実際の骨の相当広い表面領域にわたり広がる点から成る網、またはメッシュを集める。次に、追跡システムに由来するこの形状情報を用いて、包括的な骨モデルを変形させる（be morphed）と、患者の実際の骨の形状をより正確に表すことができる。このようにして、骨をＣＡＳシステムに登録する。変形実施形態では、ステップ２０２における手術部位の開放の前に、非侵襲的に登録手順を用いても良い。
【００４５】
ステップ２０６において、外科医は、実施されるべき外科手術手技を計画するために計画立案ソフトウェアを用いても良い。この関節面置換例では、外科医の作業の流れにおけるステップのうちの１つは、穴を実施的に大腿骨頸部軸線に沿って開けることであり、この穴は、整形外科用大腿骨頭インプラントのステムを受け入れる。大腿骨頭インプラントの正確な配置は、置換用股関節の正確な機能発揮を保証するための、更に又、置換用股関節の摩耗を最小限に抑えると共に減少させるのを助けるために、重要である。計画立案ソフトウェアを用いて、ステップ２０６において、外科医は、大腿骨頭および寛骨臼カップインプラントの適正なサイズを選択し、更に、患者の大腿骨および骨盤に対するインプラントの適正な位置および向きを求めることができる。代表的には、かかる計画立案ソフトウェアは、例えばＣＴ走査またはＸ線走査から先に捕捉された患者の骨盤および大腿骨の画像を用いて外科医が患者の骨の正確な表示を用いてインプラントの意図した位置および向きを計画できるようにする。計画立案は、図６では、術内ステップ２０６として示されているが、本発明の変形実施形態では、計画立案は、手術部位を開く前に、術前に実施することができる。計画立案は又、解剖学的データをどのようにして集めるかに応じて、患者を登録する前に実施できる。
【００４６】
上述のことから理解されるように、図６に示すステップを実施する特定の順序は、必ずしも重要ではなく、種々のステップの順序は、様々であって良い。しかしながら、一般的に、外科医がＣＡＳを用いてガイドを配置することができる前に、外科医は、解剖学的データ、登録変換マトリックス（これは、患者の実際の位置と追跡システムの基準系との間の変換を数学的に定める）、軌道がどこにあるかの計画、軌道と大腿骨頭との間の計算された表面交点（これは、入口箇所を与える）にアクセスする必要がある。
【００４７】
次に、ステップ２０８において、種々の行為が外科医によって実施されて股関節置換術が実施されるようにする。ＣＡＳシステムを用いて、この手技に用いられるインプラント、器械、ツールおよび他の器具が、これに取り付けられた追跡システムによって追跡可能なマーカを有することができ、したがって、インプラント、器械、ツールおよび器具の位置を、ディスプレイスクリーンを用いて、外科医により操縦されることができ、このディスプレイスクリーンは、患者の身体部分に対するインプラント、器械、ツールおよび器具の実際の現在の位置ならびに計画された位置および／または向きの視覚表示を提供することにより、外科医を案内する。
【００４８】
股関節置換術については、本発明を不明瞭にしないように、本明細書では説明しない。しかしながら、本発明のガイド１００を用いて実施できる種々のステップについて説明する。
【００４９】
図７は、画像誘導外科手術（“ＩＧＳ”）手技を容易にするディスプレイを提供するよう、ＣＡＳシステムのデータ処理部により実施されるプロセス２２０を示すフローチャートである。ステップ２２２において、ＣＡＳシステムは、外科医が穴を開けるようあらかじめ計画された計画軸線１１６を定める。ステップ２２４において、ＣＡＳシステムは、計画立案ソフトウェアからこの情報にアクセスし、骨の現在の位置を追跡して外科医に意図した軸線１１６のリアルタイム表示を提供する。
【００５０】
ガイド１０の角度位置だけを変化させることができるので、ガイド１０のベース１４を、大腿骨頭の表面上に正確に配置して、その回転中心が骨の表面上の入口箇所と一致するようにすることが重要である。
【００５１】
ステップ２２６において、追跡システムは、マーカ１２０の位置を検出してこれを追跡し、ＣＡＳシステムは、ガイド軸線１１８の位置の図形表示を生じさせ、これをディスプレイ上で外科医にリアルタイムで表示する。それ故、外科医は、ガイド軸線の視覚的表示および入口箇所の視覚的表示を骨中に用いて、大腿骨頭１１０の表面上におけるベース１４の正確な配置を案内することができる。ガイドを大腿骨頭上にいったん正確に配置すると、スクリューまたは他の取り付け具を孔４４内に導入して、ガイドベースを大腿骨頭にしっかりと固定してガイドベースが動かないようにする。外科医は、器具２６をねじ戻し、次に、鋭利なタップを器具２６のヘッド６８に適用して、大腿骨頭１１０の表面に初期ガイドポールまたは刻み目を付けることにより、器具２６を解除することができる。
【００５２】
次に、外科医は、本体１２を僅かにねじ戻して本体がベース１４から僅かに弛んだ状態になるようにし、次に、外科医は、本体１２を旋回させて、ガイド軸線１１８をＩＧＳシステムのディスプレイユニットにより案内された意図した身体部分軸線１１６に整列させることができる。決定ボックス２２８およびプロセスフロー戻り線２３０で示されているように、ＣＡＳシステムは、ガイド軸線１１８の位置を常時追跡し、その視覚的表示を表示し、この間、外科医は、ガイドを操作してこれを身体軸線に整列させる。ガイド軸線１１８と意図した身体部分軸線１１６が整列したことに外科医が満足すると、外科医は、本体１２を回すことによりガイドを単に締め付ける。本体１２を回転させることにより、ステム３０が本体１２内に引き込まれ、それにより、ステム３０がベース１４内に保持されると、圧縮力を要素５６に及ぼす。それ故、本体１２を回転させることにより、ガイドは、ベース１４に対する固定された角度的向きで、本体１２とロック関係をなす。次に、外科医は、ガイド１０を用いて、ガイドチャネル１６，５２を介するパイロット穴の穿孔および人工大腿骨のステムを受け入れる別の穴の穿孔を案内することができる。
【００５３】
次に、図６に戻ると、ステップ２１０において、ガイドを取り外し、次に、外科手術手技を終了させる。次に、ステップ２１２において、外科医は、置換用股関節の性能に対する点検を行い、そして最終的に手術部位を閉じることができる。
【００５４】
それ故、上述のガイドは、簡単な構造を有し、かかるガイドは、ガイドチャネルをベースに対して旋回させることしかできないので使用が容易であり、それにより、操作が容易になると共にコンポーネント部品の数および複雑さが減少する。
【００５５】
ガイド１０の部分を代表的には外科用ツールまたは器械の製造に用いられる任意の材料、例えばステンレス鋼または他の耐腐食合金から作られていても良い。一実施形態では、ガイドは、プラスチックで作られても良く、この場合、ガイドは、使い捨て器械として提供できる。
【００５６】
〔実施の態様〕
（１）器具をガイド軸線に沿って案内するように、身体部分に取り付け可能な外科用のガイドにおいて、
前記ガイド軸線を定めていて、使用の際に前記器具を受け入れるチャネルを、有する本体と、
ベースであって、使用の際に前記身体部分に取り付けられると、前記身体部分の表面に係合し、前記ガイド軸線が前記身体部分に関する入口箇所を通っている状態で、前記身体部分に関する前記入口箇所上に前記本体を支持する、ベースと、
前記本体を前記ベースに取り付ける旋回機構体と、
を具備し、
前記本体は、旋回することによってのみ、かつ少なくとも２つの旋回自由度で、前記ベースに対して動くことができ、
前記ガイドは、前記入口箇所が前記本体の旋回の中心である運動の中心であるように構成されている、ガイド。
（２）実施態様（１）記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、前記ベースに対する前記本体の前記角度位置を固定するように動作できるロックを更に備える、ガイド。
（３）実施態様（１）記載のガイドにおいて、
前記旋回機構体は、回転部分および静止部分により構成されるボールソケット形継手を含む、ガイド。
（４）実施態様（１）記載のガイドにおいて、
前記回転部分および前記静止部分は、前記回転部分と前記静止部分との間に、球の少なくとも一部である支承面、および前記支承面が動くことができる別の支承構造体を提供する、ガイド。
（５）実施態様（１）記載のガイドにおいて、
前記旋回機構体は、
球の表面の一部である第１の支承面を有する要素と、
前記第１の支承面が動くことができる第２の支承面と、
を含む、
前記第１の支承面の曲率半径は、前記第１の支承面と前記入口箇所との間に延びている、ガイド。
（６）実施態様（１）記載のガイドにおいて、
前記ベースは、前記ガイドを前記身体部分に固定するための複数個の取り付け箇所を有する、ガイド。
（７）実施態様（１）記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、ステムを含み、
前記ステムは、前記本体に取り付けられると共に、前記ベース内に延びており、
前記ステムは、前記チャネルの延長部であって前記ガイド軸線と同一直線上に位置する、別のチャネルを含んでいる、ガイド。
（８）実施態様（２）記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、ステムを含み、
前記ステムは、前記本体に取り付けられると共に、前記ベースによって保持された状態で、前記ベース内へ延びており、
前記本体および前記ステムは、前記ロックを構成するように協働する、ガイド。
（９）実施態様１ないし８のうちいずれか一に記載のガイドにおいて、
前記ガイドは、前記本体に取り付けられたマーカを更に含み、
前記マーカは、追跡システムによって追跡可能であり、これにより、前記追跡システムの座標系における前記ガイド軸線の位置を求めることができる、ガイド。
（１０）実施態様（１）記載のガイドにおいて、
前記ガイドの各部分は、その長手方向軸線に関して回転対称である、ガイド。
【００５７】
（１１）差し向け軸線を求める方法であって、この差し向け軸線に沿って器具が身体部分の方へ差し向けられるようになっている、方法において、
ガイド器具を、前記身体部分の表面上の入口箇所上で前記身体部分に取り付けることであって、前記ガイドが、ベース、および前記器具をガイド軸線に沿って受け入れるチャネルを有する本体を有し、前記本体が、旋回によってのみ前記ベースに対して動くことができる、取り付けることと、
前記ガイドの前記本体を旋回させるだけで、前記ガイド軸線が前記差し向け軸線と実質的に一致するまで、前記ガイド軸線の向きを、前記入口箇所を通ったままの状態で変化させることと、
を含む、方法。
【００５８】
（１２）差し向け軸線を求めるＣＡＳ方法であって、この差し向け軸線に沿って器具が身体部分の方へ差し向けられるようになっている、方法において、
前記差し向け軸線の向き、および、追跡システムの座標系における前記差し向け軸線を身体部分の表面上に通す入口箇所、を求めることと、
前記座標系においてガイドの位置を追跡することであって、前記ガイドが、ベース、および前記器具をガイド軸線に沿って受け入れるチャネルを有する本体を有し、前記本体が、旋回によってのみ前記ベースに対して動くことができる、追跡することと、
前記差し向け軸線に対する前記ガイド軸線の位置および／または前記入口箇所に対する前記ガイド軸線の位置を、図形で表示することと、
を含む、方法。
【００５９】
（１３）コンピュータプログラムコードにおいて、
実施態様（１２）記載の方法を行うように、データ処理装置により実行可能である、コンピュータプログラムコード。
【００６０】
（１４）コンピュータプログラム製品において、
実施態様（１３）記載のコンピュータプログラムコードが書き込まれた、コンピュータにより読み取り可能な媒体、
を具備する、コンピュータプログラム製品。
【００６１】
（１５）外科用ガイドにおいて、
身体部分上に取り付け可能であり、本明細書に実質的に記述されたように器具をガイド軸線に沿って案内することができる、外科用ガイド。
【００６２】
（１６）コンピュータにより実行される方法において、
本明細書に実質的に記述されたように器具を案内する、方法。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の外科用ガイドの側面図である。
【図２】図１に示すガイドのＡＡ′線矢視断面図である。
【図３】図１および図２に示すガイドの下から見た端面図である。
【図４】図１〜図３に示すガイドの分解組立斜視図である。
【図５】使用の際、大腿骨頭に取り付けられた図１〜図４に示すガイドを示す図である。
【図６】本発明のガイドの使用方法を示すフローチャートである。
【図７】ＣＡＳ手技においてガイドの使用を容易にするコンピュータ実施化方法を示すフローチャートである。
【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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【国際調査報告】
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