(57)【要約】  骨位置合わせシステムが開示される。この骨位置合わせシステムは、骨の標的表面領域をスキャンしてスキャンデータを得るために配置されるスキャナー及び第１通信要素を備える装置を有してよい。また、位置合わせシステムは、骨の第１部分に配置可能な第１マーカーも有してよい。第１マーカーは、装置に対して複数の次元で第１マーカーの位置を示す場所信号を送信するために配置される第２通信要素を備えてよい。またシステムは、スキャンデータを骨の表面データと比較して、表面データに対して、スキャンデータが重なり合う要素を特定する位置データを発生させ、場所信号から場所データを判定し、位置データ及び場所データを用いて骨の表面上の第１マーカーの場所を特定する、位置合わせユニットも有してよい。
2014523293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨位置合わせシステムであって、
骨の標的表面領域をスキャンしてスキャンデータを得るために配置されるスキャナー及び第１通信要素を備える装置と、
骨の第１部分上に配置可能な第１マーカーであって、前記装置に対して複数の次元で前記第１マーカーの位置を示す場所信号を送信するために配置される第２通信要素を備える、第１マーカーと、
前記スキャンデータを前記骨の表面データと比較して、前記表面データに対して前記スキャンデータが重なり合う要素を特定する位置データを発生させ、前記場所信号から場所データを特定し、前記位置データ及び前記場所データを用いて前記骨の表面上の前記第１マーカーの場所を特定するよう配置される、位置合わせユニットと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記スキャンデータが超音波データであり、前記表面データがＣＴデータである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
基準信号を発生するよう構成された信号発生器を更に備え、
前記第１通信要素及び前記第２通信要素が、第１センサー及び第２センサーであって、それぞれのセンサーは、前記基準信号を感知して、前記信号発生器に対して複数の次元で対応する通信要素の位置を示す対応する場所信号を前記位置合わせユニットに送信するように構成され、
前記位置合わせユニットが、前記場所信号から場所データを特定し、前記装置に対して複数の次元で前記第１マーカーの位置を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記基準信号が電磁信号である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１通信要素が、基準信号を発生するように構成された信号発生器であり、
前記第２通信要素が、前記基準信号を感知し、前記装置に対して複数の次元で前記第１マーカーの位置を示す場所信号を前記位置合わせユニットに送信するよう構成されたセンサーである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記信号発生器及びセンサーが、電磁的及び光学的のうちの１つである、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記場所データが、前記装置に対して６つの次元で前記第１マーカーの位置を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
骨の第２部分に配置される第２マーカーを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記骨の表面上の前記第１マーカー及び前記第２マーカーの対応する場所が、前記装置を用いて特定可能である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１マーカー及び前記第２マーカーが互いに通信し、前記第２マーカーに対する前記第１マーカーの位置を含む相対マーカーデータを特定する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記位置合わせユニットが前記相対マーカーデータを処理し、前記骨の前記表面上の前記第２マーカーの場所を特定する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記骨の前記表面上の前記第１マーカーの場所を示すディスプレイを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２マーカーが、前記第１通信要素と通信する第３通信要素を備え、前記第３通信要素に対して複数の次元で前記第１通信要素の位置を示す場所データを特定する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記装置が、電磁場発生器及び光場発生器のうちの１つを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
骨位置合わせの方法であって、
スキャナー及び第１通信要素を備える装置を用いて骨の標的表面領域をスキャンして、スキャンデータを得ることと、
骨の第１部分上に第１マーカーを配置することであって、前記第１マーカーが第２通信要素を備え、前記第２通信要素が、前記第２通信要素に対して複数の次元で前記第１通信要素の位置を示す場所信号を送信するために配置される、ことと、
位置合わせユニットを用いて、前記スキャンデータを前記骨の表面データと比較して、前記表面データに対して前記スキャンデータが重なり合う要素を特定する位置データを発生させ、前記場所信号から場所データを特定し、前記位置データ及び前記場所データを用いて前記骨の表面上の前記第１マーカーの場所を特定することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記スキャンデータが超音波データであり、前記表面データがＣＴデータである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１通信要素が電磁信号発信器であり、前記第２通信が電磁センサーである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記場所データが、前記第１マーカーに対して６つの次元で前記装置の位置を示す、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
骨の第２部分上に第２マーカーを配置することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２マーカーに対する前記第１マーカーの位置を示す相対マーカーデータを特定することを更に含み、骨の前記第２部分が骨の前記第１部分との固定された空間関係を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記相対マーカーデータを処理し、前記骨の前記表面上の前記第２マーカーの場所を特定することを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２マーカーの第３通信要素に対する前記第１通信要素の位置を複数の次元で示す場所データを特定することを更に含み、骨の前記第２部分は骨の前記第１部分との固定されていない空間関係を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記骨の前記表面上の前記第１マーカーの場所をディスプレイ上に示すことを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【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、２０１１年６月２２日出願の米国特許仮出願第６１／４９９，８３８号、表題「Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ＣＴ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ」、及び２０１１年６月２２日出願の米国特許仮出願第６１／４９９，８４９号、表題「Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ＣＴ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ」の優先権を主張し、これらの開示全体は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴ（コンピューター断層撮影）は、高解像度の三次元画像を構成できるため、骨の画像の取得に用いられることが多い。これらの高解像度像は、骨折、靱帯損傷、及び脱臼の識別を容易にし、治療戦略を立てるのに役立つ。しかしながら、ＣＴスキャナーは、治療中に用いるには不便な、大型でかさばる装置である。超音波画像装置はそれよりもかさばらず、治療中の使用に都合がよいが、これらの装置で生成される画像は、ＣＴスキャナーで生成されるものよりも精度が低く、広範囲である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、骨位置合わせシステムに関する。この骨位置合わせシステムは、骨の標的表面領域をスキャンしてスキャンデータを得るために配置されるスキャナー及び第１通信要素を備える装置を有してよい。また、位置合わせシステムは、骨の第１部分に配置可能な第１マーカーも有してよい。第１マーカーは、装置に対して複数の次元で第１マーカーの位置を示す場所信号を送信するために配置される第２通信要素を備えてよい。またシステムは、スキャンデータを骨の表面データと比較して、表面データに対して、スキャンデータが重なり合う要素を特定する位置データを発生させ、場所信号から場所データを判定し、位置データ及び場所データを用いて骨の表面上の第１マーカーの場所を特定する、位置合わせユニットも有してよい。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の第１の代表的な実施形態によるシステムの概略図を示す。
【図２】本発明の第１の代表的な実施形態によるシステムの斜視図を示す。
【図３】本発明の第２の代表的な実施形態によるシステムの斜視図を示す。
【図４】本発明の第２の代表的な実施形態によるシステムの概略図を示す。
【図５】本発明の第３の代表的な実施形態によるシステムの斜視図を示す。
【図６】本発明の第３の代表的な実施形態によるシステムの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下の説明文及び付属の図面を参照することで本発明のより深い理解が得られるであろう。なお、図中、同様の要素は同一の参照符号により示されるものとする。本発明は、後の骨の治療のために、骨上のボーンマーカーの場所を位置合わせするシステム及び方法に関する。詳細には、本発明は、ハンドヘルド装置と１つ以上のマーカーの相対的な場所を特定し、骨のＣＴデータを用いて骨上のマーカーの場所を位置合わせするシステム及び方法に関する。治療中に、骨上の１つ以上のマーカーの位置が位置合わせされると、マーカーの動きを追跡でき、治療中に、追跡情報を用いて、事前に得られたＣＴ画像データを操作して正確に追跡し、かつ骨の１つ以上の部分の位置を表示することができる。
【０００６】
この後詳細に説明するように、本発明は、ＣＴ画像データによって骨上に配置された１つ以上のマーカーの場所を位置合わせし、医療処置（例えば、骨固定処置など）の実施に役立つシステム及び方法を目的とする。本発明による代表的なシステム及び方法は、術中手技による、１つ以上のマーカーの位置の迅速かつ容易な位置合わせを可能にする。本発明の代表的な実施形態は、治療中に骨の第１部分を処置するとき、移動データを用いて骨の動きを示すためのＣＴ画像を操作できるように、携帯型装置を利用して、ＣＴ画像上の骨の第１及び第２部分の第１及び第２マーカーの場所を設定するために位置合わせされたデータを得るシステム及び方法について説明する。当業者には当然のことながら、代表的な実施形態は、それぞれ骨の第１及び第２部分に配置された第１及び第２マーカーについて説明するが、第１及び第２マーカーを、互いに隣接する第１及び第２骨に、又は任意のその他実質的に剛性の身体構造に配置することもでき、処置中に、その構造について事前に得られたＣＴ画像を操作して、構造の動きを示すことができる。
【０００７】
図１に示されるように、本発明の代表的な実施形態によるシステム１００は、超音波データ１２０（例えば、超音波画像データ）を得て、トラッキングシステム１０４に送信するように構成される、ハンドヘルド装置１０２を備える。トラッキングシステム１０４は、超音波データ１２０の収集前に得られたＣＴデータ１２２（例えば、ＣＴ画像）を用いて超音波データ１２０を位置合わせし、ＣＴデータ１２２で表される骨などのＣＴ画像に対して、ハンドヘルド装置１０２の位置に対応するＣＴデータ１２２上の場所を特定する。当業者には当然のことながら、超音波画像を得るために、ハンドヘルド装置１０２は、例えば、超音波スキャナー１１０などの任意の既知の携帯型超音波画像装置を用いてよい。ハンドヘルド装置１０２は、電磁場発生器２００の信号発信器１１４から発する電磁場を感知する電磁センサー１１２も有する。電磁信号発信器１１４は、第１マーカー１０６の第１マーカー電磁センサー１２４によっても感知される電磁場を発生する。ハンドヘルド装置１０２の電磁センサー１１２及び第１マーカーセンサー１２４は、信号発信器１１４によって発せられる信号を受信すると、それぞれ装置データ１２６及びマーカーデータ１２８を送信することによってトラッキングシステム１０４と通信する。装置データ１２６及びマーカーデータ１２８は、電磁場発生器２００に対する、それぞれ装置１０２及びマーカー１０６の場所に関する情報を提供する。トラッキングシステム１０４は、装置データ１２６及びマーカーデータ１２８を使用して、ハンドヘルド装置１０２に対する第１マーカー１０６の位置を特定する。
【０００８】
収集された情報を利用して、トラッキングシステム１０４は、超音波データ１２０をＣＴデータ１２２に対して位置合わせし（例えば互いに関連付ける）、例えば骨に対してハンドヘルド装置１０２の場所を特定する、第１マーカー１０６に対してハンドヘルド装置１０２の場所を位置合わせする、及び、ＣＴデータ１２２で表される画像上の第１マーカー１０６の場所を特定し、ディスプレイ１１８に表示してよい。更なる実施形態では、電磁信号発信器１１４は、第２マーカー１３２の第２マーカー電磁センサー１２５と通信し、ハンドヘルド装置１０２に対する第２マーカー１３２の場所を特定して、例えば、ＣＴデータ１２２で表される骨１０８の画像に対して、第２マーカー１３２の場所を特定する。このように、第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２が断片化した骨の第１部分及び第２部分上に位置する実施形態では、骨上の第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２の場所を、骨片の処置に先立って位置合わせしてよい。このように位置合わせすると、ＣＴデータ１２２を操作し、骨１０８の第１部分及び第２部分に対応するＣＴデータ１２２で表される画像を互いに対して動かすことによってその動きを表示することにより、第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２が、骨の第１部分及び第２部分の互いに対する動きの追跡に使用されるようにできる。例えば、ＣＴデータ１２２を操作して、第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２の動きに基づいて、骨１０８の第１部分と第２部分との間の相対移動をディスプレイ１１８に表示できる。
【０００９】
ハンドヘルド装置１０２のスキャナー１１０は、２Ｄ超音波画像を撮影して超音波データ１２０を得ることができる。続いて、システム１００は、ＣＴデータ１２２で表される画像部分と輪郭が類似する部分について超音波データ１２０全体を調べ、骨１０８の同一部分に対応する超音波データ１２０及びＣＴデータ１２２の部分を特定する。しかしながら、超音波データ１２０及びＣＴデータ１２２は類似点を複数有することがあり、骨１０８の同一部分を示すこれらの特定されたデータ部分間で確実に正しく位置合わせするためには、ハンドヘルド装置１０２が、別々の期間にわたって何枚かの２Ｄ超音波画像を撮影する必要がある。２Ｄ超音波画像の必要枚数は、例えば、骨の輪郭の一様性、並びに、それぞれ超音波データ１２０及びＣＴデータ１２２の詳細度合いによって決められる。例えば、大きく実質的に一様な領域を有する長い骨では、各超音波データ１２０とＣＴデータ１２２との間で位置合わせを得るために、より頻回の超音波スキャンを要してもよい。したがって、複数の候補場所のうちの１つが、ＣＴデータ１２２で表される画像の選択部分に正確に対応すると確認されるまで、ＣＴデータ１２２の複数の候補場所を特定し、追加の超音波データ１２０（例えば超音波画像）を収集してもよい。
【００１０】
図２は、骨１０８のＣＴ画像を用いて、骨１０８上の第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２の場所を位置合わせするシステム１００の使用法を示す。電磁センサー１１２は、電磁場発生器２００に対するハンドヘルド装置１０２の位置及び／又は向きを含む、装置データ１２６を提供する。詳細には、当業者には当然のことながら、センサー１１２として既知のセンサーを利用し、ハンドヘルド装置１０２と電磁場発生器２００との間のＸ、Ｙ、及びＺ軸上の距離を示す第１、第２、及び第３次元、並びに、電磁場発生器２００に対するハンドヘルド装置１０２の角度回転に関する３つの次元（すなわち、ロール−ピッチ−ヨー）を含む、６つの次元で、ハンドヘルド装置１０２の角度方向のデータを提供してよい。この装置データ１２６は、トラッキングステーション１０４に同様に送信される。
【００１１】
電磁場発生器２００の電磁信号発信器１１４は、第１電磁センサー１２４及びトラッキングステーション１０４と通信し、信号発信器１１４に対する第１マーカー１０６の位置及び／又は向きを含むマーカーデータ１２８を提供する。詳細には、信号発信器１１４は、信号を第１マーカー電磁センサー１２４に発信し、センサーは第１マーカー１０６の位置及び／又は向きを、電磁場発生器２００に対して６つの次元で感知する。６つの次元には、第１マーカー電磁センサー１２４からのＸ、Ｙ、及びＺ軸に沿った信号発信器１１４の距離に関する３つの次元と、第１マーカー電磁センサー１２４に対する信号発信器１１４の角度回転に関する（すなわち、ロール−ピッチ−ヨー）３つの次元が含まれる。続いて、このマーカーデータ１２８をトラッキングステーション１０４に送信する。
【００１２】
トラッキングステーション１０４は、コンピュータ又はプロセッサー１１６及びディスプレイ１１８を含む他の処理装置であってよい。超音波データ１２０、ＣＴデータ１２２、装置データ１２６及びマーカーデータ１２８は、例えば、トラッキングステーション１０４のメモリ１３０に保存してよく、第１マーカー１０６をＣＴデータ１２２に位置合わせするのに用いてよい。プロセッサー１１６は、超音波データ１２０とＣＴデータ１２２を互いに関連付け、ＣＴデータ１２２中の骨１０８の画像に対するハンドヘルド装置１０２の位置を特定する。続いて、プロセッサー１１６は、装置データ１２６及びマーカーデータ１２８を用いてＣＴデータ１２２に対する第１マーカー１０６の場所を特定できる。また、第１マーカー１０６の場所もディスプレイ１１８上に表示してよい。プロセッサー１０６は、超音波データ１２０及びＣＴデータ１２２をそれぞれリアルタイムに位置合わせし、ＣＴデータ１２２によって表される画像上の第１マーカー１０６の場所を特定して、システムのユーザーに、位置合わせプロセスの完了に関してリアルタイムな情報を与えることができる。
【００１３】
第１マーカー１０６の位置合わせ後、第２マーカー１３２を骨１０８の第２部分上に配置してよい。このように、第１マーカー１０６の位置合わせが完了すると、第２マーカー１３２について上記位置合わせ手順を繰り返し、その場所を位置合わせしてよい。各第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２の両方の場所がＣＴデータ１２２に対して特定されると、骨１０８の第１及び第２部分の相対移動を示す操作されたＣＴ画像が、外科医又は他のユーザーが観察可能なディスプレイ１１８上に表示されて骨折の整復を可視化できるように、第１マーカー１０６と第２マーカー１３２との間の相対移動を、連続的に追跡してモニターできる。
【００１４】
図１及び２に示される実施形態は、第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２が配置された骨１０８が骨折している状況について説明している。骨折により、それぞれにマーカーを配置する２つ、３つ、４つなどの骨片が得られ、その場所を続いて位置合わせし、後のある時点で、骨片が移動させながら、マーカーの相対移動、したがってマーカーと関連する骨片の相対移動をＣＴ画像上で追跡できる。骨が１つであるが、骨切り術によって２片以上に分割されるときに、位置合わせシステム１００の別の使用法がある。この状況では、第１マーカー１０６の位置合わせした場所を用いて、第１マーカー１０６の位置合わせされた場所を参照して、第１マーカーに対する第２の、及び後続するマーカーの場所を特定することによって、ＣＴデータを有する第２の、及び後続する各マーカーの場所を特定して位置合わせできる。
【００１５】
図２を再度参照すると、システム１００を利用する第１の代表的な手技が示される。電磁場発生器２００は、先に説明した６つの次元で感知可能な電磁場を発生する。電磁場発生器２００は、少なくとも２つのコイル（図示せず）を含む。なお、図２の実施形態は、第１センサー１２４を含む第１マーカー１０６のみを示しているが、第２マーカー１３２又は任意の複数の追加のマーカーを、本発明の範囲から逸脱することなく使用できる。ハンドヘルド装置１０２は、例えば、有線接続又は無線接続によってトラッキングステーション１０４に接続される。第１マーカー１０６も、有線接続を介してトラッキングステーション１０４に接続されてよいが、無線接続も想定される。図２の実施形態は、上で開示した操作様式と実質的に類似する方法で操作を行う。具体的には、骨１０８のＣＴスキャンを行い、ＣＴデータ１２２をトラッキングシステム１０４に提供する。第１マーカー１０６を骨１０８の第１部分に配置し、超音波スキャナー１１０を用いて骨１０８の第１部分をスキャンする。なお、示されるような第１マーカー１０６の位置は単に例示であり、本発明の範囲から逸脱することなく、第１マーカー１０６を骨１０８上の任意の場所に配置してよい。超音波データ１２０及び装置データ１２６はそれぞれ、第１マーカー１０６のマーカーデータ１２８と共にトラッキングステーション１０４に送信され、例えばメモリ１３０に保存されて、必要に応じてプロセッサー１１６を介してアクセスされる。プロセッサー１１６は、超音波データ１２０及びＣＴデータ１２２を比較かつ互いに関連付けてデータを位置合わせする、すなわち、超音波データ１２０及びＣＴデータ１２２中の重なり合う要素を特定する。続いて、電磁場発生器２００に対するハンドヘルド装置１０２の位置を示す装置データ１２６、及び電磁場発生器２００に対する第１マーカー１０６の場所を示すマーカーデータ１２８を用いて、プロセッサー１１６は、ＣＴデータ１２２に対する第１マーカー１０６の場所を特定する。具体的には、プロセッサー１１６は、第１マーカー１０６の電磁場発生器２００に対する３Ｄ空間中の位置と向きを特定して、マーカーデータ１２８を特定し、ハンドヘルド装置１０２の第１センサー１１２で装置データ１２６を特定する。プロセッサー１１６は、マーカーデータ１２８及び装置データ１２６を使用して、第１マーカー１０６のハンドヘルド装置１０２に対する相対的な場所を特定する。プロセッサー１１６はまた、超音波データ１２０を使用して、ハンドヘルド装置１０２の場所をＣＴデータ１２２と結び付け、ＣＴ画像中の骨１０８に対するハンドヘルド装置１０２の相対的な場所を特定する。ハンドヘルド装置１０２に対する第１マーカー１０６の場所、及び骨１０８のＣＴ画像に対するハンドヘルド装置１０２の場所を知ることで、プロセッサーは、骨１０８のＣＴ画像に対する第１マーカー１０６の場所を特定し、それによって、ＣＴデータ１２２上の第１マーカー１０６、したがって骨１０８の場所を位置合わせする。第１マーカー１０６及びＣＴデータ１２２の相対的な場所は、ディスプレイ１１８上に表示してよい。
【００１６】
第１マーカー１０６がＣＴデータ１２２に対して位置合わせされると、第１マーカー１０６の位置合わせについて記載したものと同じプロセスを用いて、任意の数の追加のマーカー（図示せず）について位置合わせプロセスを繰り返してよい。各追加のマーカーについて、超音波スキャナー１１０を用いて、位置合わせされるボーンマーカーが位置する骨の部分をスキャンする。このように、位置合わせ手順中の骨片の動きを補正することができる。骨１０８が１つである状況では、第１マーカー１０６に対して第２マーカー１３２の位置を検出し、ＣＴデータ１２２に対して第２マーカー１３２の場所を特定することができる。第２マーカー１３２の相対的な場所も、ディスプレイ１１８上に表示してよい。当業者に理解されるように、この相対位置合わせプロセスを、例えば、骨１０８が１つであり、第１マーカーが第２マーカーと通信してその場所を位置合わせする、骨切り術で用いることができる。しかしながら、骨切り術においては、ユーザーは、第１マーカー及び第２マーカーを個別にトラッキングステーション１０４に位置合わせしてもよいことに留意されたい。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、２種類の異なる骨、例えば、脊椎骨に配置された第１及び第２マーカーを用いて、脊柱側弯症の治療に位置合わせプロセスを用いることができる。かかる実施形態では、先にも詳述したように、第１及び第２マーカーをトラッキングステーション１０４と個別に位置合わせする。したがって、第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２の両方の場所が特定されていると、ユーザーは、第１骨及び第２骨を互いに対して動かし、その結果として第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２を互いに対して動かすことができる。第１マーカー１０６と第２マーカー１３２との間の動きを用いて、ＣＴデータ１２２で表される画像を操作すると、マーカー１０６、マーカー１３２の動きで表される第１骨と第２骨との間の動きがディスプレイ１１８上に示され、治療中にユーザーが骨の動きをモニターできる。本発明による代表的なシステム及び方法は、第１マーカー１０６及び第２マーカー１３２の場所が、体内のマーカーの位置に対してではなく、電磁場発生器２００に対して獲得されるため、不注意による骨や骨片の動きを補正する。更に別の脊柱側弯症固定術では、当業者に理解されるように、２Ｄ超音波スライス画像を用いて３Ｄ画像の蓄積の必要性を省くことによって、３Ｄ超音波を使用することができる。骨折した骨の離れた部分上に配置された第１及び第２マーカーによる骨折した骨の固定術では、脊柱側弯症固定術で用いられるものと実質的に類似する位置合わせプロセスを使用してよい。
【００１８】
代表的な実施形態では、ハンドヘルド装置１０２である超音波スキャナーとして、超音波スキャン用Ｓｉｅｍｅｎｓ  Ｘ１５０及びＶＦ  １０−５ベクトル変換器を挙げてよい。プロセッサー１１６は、データ収集及び可視化用にＰｒｉｎｃｅｔｏｎ  ＳＣＲが開発した有効なＭＭＧＩＦｕｓｉｏｎソフトウェア、及び自動ＣＴ−超音波位置合わせ用にＣＡＭＰ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｕｎｉｃｈ  ａｎｄ  ＳＣＲ，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎが開発したＩＶＵＳ（Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）ソフトウェアのプロトタイプを利用できる。しかしながら、当業者には当然のことながら、これは単に代表的な実施形態であり、上記のようにシステム１００の利用を容易にするのであれば、他のシステムを利用してよい。
【００１９】
図３〜４は、本発明による別の代表的なマーカー位置合わせシステム及び方法を示す。図３〜４のシステム及び方法は、第１マーカー電磁センサー１２４を備える骨１０８上に配置可能な第１マーカー１０６を含む。この実施形態では、電磁場発生器２００はハンドヘルド装置１０２に配置される。ハンドヘルド装置１０２及び第１マーカー電磁センサー１２４は、有線接続又は無線接続によってトラッキングステーション１０４に接続される。図３のシステム及び方法は、図１及び２について上で開示したものと同様に操作する。しかしながら、電磁場発生器２００がハンドヘルド装置１０２に配置されるため、第１マーカー１０６の電磁場発生器２００に対する６つの次元における位置及び向きによって、プロセッサー１１６にマーカーデータ１２８が提供される。図３〜４のシステムでは、プロセッサー１１６は、ハンドヘルド装置１０２に付随する第１センサーと装置データ１２６がない状態で、１つ以上のマーカーの場所を位置合わせできる。具体的には、第１マーカー電磁センサー１２４は、ハンドヘルド装置１０２に対する第１マーカー１０６の位置及び／又は向きを含むマーカーデータ１２８を提供し、超音波データ１２０とＣＴデータ１２２とを比較し、骨１０８のＣＴ画像に対するハンドヘルド装置１０２の位置及び／又は向きを位置合わせする。続いて、マーカーデータ１２８及びハンドヘルド装置１０２の位置合わせされた場所を用いて、マーカーデータと骨１０８のＣＴ画像に対するハンドヘルド装置１０２の位置合わせされた場所を関連付けることによって、ＣＴデータ１２２によって表される画像上の第１マーカー１０６の場所を位置合わせする。
【００２０】
図５〜６は、本発明の別の実施形態によるシステム及び方法を示す。このシステム及び方法は、電磁場発生器２００が光場発生器４００（例えば発光アレイ）に置き換わった以外は、図３〜４で説明したものと実質的に同じである。具体的には、送受器１０２は、第１マーカー１０６に連結される光学追跡装置３００と通信できる。図３〜４に示される実施形態について記載された方法に従って、光学追跡装置３００は、第１マーカー１０６のトラッキングステーション１０４との配置及び位置合わせを容易にする。
【００２１】
本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明の構造及び方法に様々な改変及び変更を行うことが可能である点は当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの同等物の範囲内であることが意図される。
【００２２】
〔実施の態様〕
（１）  骨位置合わせシステムであって、
骨の標的表面領域をスキャンしてスキャンデータを得るために配置されるスキャナー及び第１通信要素を備える装置と、
骨の第１部分上に配置可能な第１マーカーであって、前記装置に対して複数の次元で前記第１マーカーの位置を示す場所信号を送信するために配置される第２通信要素を備える、第１マーカーと、
前記スキャンデータを前記骨の表面データと比較して、前記表面データに対して前記スキャンデータが重なり合う要素を特定する位置データを発生させ、前記場所信号から場所データを特定し、前記位置データ及び前記場所データを用いて前記骨の表面上の前記第１マーカーの場所を特定するよう配置される、位置合わせユニットと、
を備える、システム。
（２）  前記スキャンデータが超音波データであり、前記表面データがＣＴデータである、実施態様１に記載のシステム。
（３）  基準信号を発生するよう構成された信号発生器を更に備え、
前記第１通信要素及び前記第２通信要素が、第１センサー及び第２センサーであって、それぞれのセンサーは、前記基準信号を感知して、前記信号発生器に対して複数の次元で対応する通信要素の位置を示す対応する場所信号を前記位置合わせユニットに送信するように構成され、
前記位置合わせユニットが、前記場所信号から場所データを特定し、前記装置に対して複数の次元で前記第１マーカーの位置を示す、実施態様１に記載のシステム。
（４）  前記基準信号が電磁信号である、実施態様３に記載のシステム。
（５）  前記第１通信要素が、基準信号を発生するように構成された信号発生器であり、
前記第２通信要素が、前記基準信号を感知し、前記装置に対して複数の次元で前記第１マーカーの位置を示す場所信号を前記位置合わせユニットに送信するよう構成されたセンサーである、実施態様１に記載のシステム。
【００２３】
（６）  前記信号発生器及びセンサーが、電磁的及び光学的のうちの１つである、実施態様５に記載のシステム。
（７）  前記場所データが、前記装置に対して６つの次元で前記第１マーカーの位置を示す、実施態様１に記載のシステム。
（８）  骨の第２部分に配置される第２マーカーを更に含む、実施態様１に記載のシステム。
（９）  前記骨の表面上の前記第１マーカー及び前記第２マーカーの対応する場所が、前記装置を用いて特定可能である、実施態様８に記載のシステム。
（１０）  前記第１マーカー及び前記第２マーカーが互いに通信し、前記第２マーカーに対する前記第１マーカーの位置を含む相対マーカーデータを特定する、実施態様８に記載のシステム。
【００２４】
（１１）  前記位置合わせユニットが前記相対マーカーデータを処理し、前記骨の前記表面上の前記第２マーカーの場所を特定する、実施態様１０に記載のシステム。
（１２）  前記骨の前記表面上の前記第１マーカーの場所を示すディスプレイを更に含む、実施態様１に記載のシステム。
（１３）  前記第２マーカーが、前記第１通信要素と通信する第３通信要素を備え、前記第３通信要素に対して複数の次元で前記第１通信要素の位置を示す場所データを特定する、実施態様８に記載のシステム。
（１４）  前記装置が、電磁場発生器及び光場発生器のうちの１つを備える、実施態様１に記載のシステム。
（１５）  骨位置合わせの方法であって、
スキャナー及び第１通信要素を備える装置を用いて骨の標的表面領域をスキャンして、スキャンデータを得ることと、
骨の第１部分上に第１マーカーを配置することであって、前記第１マーカーが第２通信要素を備え、前記第２通信要素が、前記第２通信要素に対して複数の次元で前記第１通信要素の位置を示す場所信号を送信するために配置される、ことと、
位置合わせユニットを用いて、前記スキャンデータを前記骨の表面データと比較して、前記表面データに対して前記スキャンデータが重なり合う要素を特定する位置データを発生させ、前記場所信号から場所データを特定し、前記位置データ及び前記場所データを用いて前記骨の表面上の前記第１マーカーの場所を特定することと、
を含む、方法。
【００２５】
（１６）  前記スキャンデータが超音波データであり、前記表面データがＣＴデータである、実施態様１５に記載の方法。
（１７）  前記第１通信要素が電磁信号発信器であり、前記第２通信が電磁センサーである、実施態様１５に記載の方法。
（１８）  前記場所データが、前記第１マーカーに対して６つの次元で前記装置の位置を示す、実施態様１５に記載の方法。
（１９）  骨の第２部分上に第２マーカーを配置することを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
（２０）  前記第２マーカーに対する前記第１マーカーの位置を示す相対マーカーデータを特定することを更に含み、骨の前記第２部分が骨の前記第１部分との固定された空間関係を有する、実施態様１９に記載の方法。
【００２６】
（２１）  前記相対マーカーデータを処理し、前記骨の前記表面上の前記第２マーカーの場所を特定することを更に含む、実施態様２０に記載の方法。
（２２）  前記第２マーカーの第３通信要素に対する前記第１通信要素の位置を複数の次元で示す場所データを特定することを更に含み、骨の前記第２部分は骨の前記第１部分との固定されていない空間関係を有する、実施態様１９に記載の方法。
（２３）  前記骨の前記表面上の前記第１マーカーの場所をディスプレイ上に示すことを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
【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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【国際調査報告】
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