(57)【要約】  骨操縦用アセンブリは、骨の第１の部分に取り付けられるように構成された第１の操縦要素であって場所発信シグナルを含む第１の操縦要素と、骨の第２の部分に取り付けられるように構成された第２の操縦要素であって場所発信シグナルを検出するセンサーを備える第２の操縦要素と、を具備し、第１及び第２の操縦要素の相互に対する位置及び方向シグナルを提供するものである。本アセンブリはまた、位置及び方向シグナルを使用して複数の次元における第１及び第２の操縦要素の相互に対する動作を追跡するプロセッサを具備した追跡ユニットを含んで構成される。
2014525766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨操縦用のアセンブリにおいて、
骨の第１の部分に取り付けられるように構成された第１の操縦要素であって、場所発信シグナルを含む、第１の操縦要素と、
骨の第２の部分に取り付けられるように構成された第２の操縦要素であって、前記場所発信シグナルを検出するセンサーを具備し、前記第１及び第２の操縦要素の相互に対する位置及び方向シグナルを提供する、第２の操縦要素と、
前記位置及び方向シグナルを使用して複数の次元における前記第１及び第２の操縦要素の相互に対する動作を追跡するプロセッサを具備する追跡ユニットと、を含む、骨操縦用のアセンブリ。
【請求項２】
前記第１及び第２の操縦要素が、骨の前記第１及び第２の部分それぞれを動かすようにユーザーが握持できる寸法及び形状にされたハンドルを具備する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記場所発信シグナルが発光アレイである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記場所発信シグナルが磁界発生器である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記第２の操縦要素に接続されて、前記第１及び第２の操縦要素の一方の場所を判別する走査ユニットを更に具備する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記走査ユニットが、前記第１の操縦要素の前記センサーによって検出されるように固定パターンの陰影を投じる光源を含み、前記走査ユニットに対する前記第１の操縦要素の位置及び方向が判別されるようになっている、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記骨の前記表面データに対する前記第１及び第２の操縦要素の一方の場所を表示するディスプレイを更に具備する、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記第１及び第２の操縦要素がマーカーである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
操縦用装置において、
骨の一部に取り付けられるように構成されたハンドルであって、前記ハンドルが取り付けられている骨の前記一部を動かすようにユーザーが握持できる寸法及び形状にされた、ハンドルと、
複数の次元における場所シグナルを検出するセンサーと、を具備する、操縦用装置。
【請求項１０】
操作用装置において、
骨の一部に取り付けられるように構成されたハンドルであって、前記ハンドルが取り付けられている骨の前記一部を動かすようにユーザーが握持できる寸法及び形状にされた、ハンドルと、
場所シグナルを発信するエミッタアレイであって、前記ハンドルを握持したときに前記アレイが可視になるように前記ハンドル上に配置される、エミッタアレイと、を具備する、操作用装置。
【請求項１１】
前記エミッタアレイが発光ダイオードである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
骨の操作を追跡するための方法において、
第１の操縦要素を骨の第１の部分に取り付けることであって、前記第１の操縦要素が場所シグナルを発信する、ことと、
第２の操縦要素を骨の第２の部分に取り付けることであって、前記第２の操縦要素が前記場所シグナルを検出し、検出された場所を提供する、ことと、
複数の次元における第２の操縦要素に対する第１の操縦要素の位置及び方向を判別することと、
前記発信された場所シグナル及び前記検出された場所における変更を検出して、前記第１及び第２の操縦要素間の相対的な移動を追跡することと、を備える、方法。
【請求項１３】
前記表面データに対する前記第１及び第２の操縦要素の場所を表示することを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の操縦要素を相互に対して操縦して、前記骨の第１及び第２の部分の動きを示す、操縦される表面画像を生成することを更に備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の操縦要素間の相対的な追跡が、発光器具及び磁界発生器の一方を介して実行される、請求項１２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日に出願された「Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ＣＴ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｆｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ」と題する米国仮特許出願第６１／４９９，８４９号、及び２０１１年６月２２日に出願された「Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ＣＴ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｆｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ」と題する米国仮特許出願第６１／４９９，８３８号に対する優先権を主張するものであり、その開示内容全体は本明細書に援用されている。
【背景技術】
【０００２】
高解像度の３次元画像の構築を可能にするために、多くの場合、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）が使用される。これらの高解像度画像は、骨折、靭帯損傷及び脱臼に関する理解を促し、また治療ストラテジーの処方の助けとなる。しかしながら、ＣＴスキャナーは容積の大きい大型装置であり、治療処置中に使うには不便である。超音波画像診断装置の方が容積が小さくて処置中の使い勝手が良い。しかしながら、生成される画像の精度が低くＣＴスキャナーで生成される画像よりも包括的であるため、結果として、精度を要する処置においては、用途が制限されていた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、骨の第１の部分に取り付けられるように構成された第１の操縦要素であって場所発信シグナルを含む第１の操縦要素と、骨の第２の部分に取り付けられるように構成された第２の操縦要素であって場所発信シグナルを検出するセンサーを備える第２の操縦要素と、を具備する骨操縦用アセンブリであって、第１及び第２の操縦要素の相互に対する位置及び方向シグナルを提供する骨操縦用アセンブリに関する。本アセンブリはまた、位置及び方向シグナルを使用して複数の次元で第１及び第２の操縦要素の相互に対する動作を追跡するプロセッサを具備した追跡ユニットを含んで構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の例示的な実施形態によるシステムの概略図を示す。
【図２】本発明の例示的な実施形態に従い、図１のシステムを使用して骨切除処置が行われる対象の骨の斜視図を示す。
【図３】骨の第１の部分に第１のハンドル要素が取り付けられた、図２の骨の斜視図を示す。
【図４】骨の第２の部分にマーカーが挿入された、図２の骨の斜視図を示す。
【図５】骨の第２の部分に第２のハンドルが装着された、図２の骨の斜視図を示す。
【図６】骨に切削を生じたため骨の第１及び第２の部分が相互に対して操縦され得る、図２の骨の斜視図を示す。
【図７】本発明の別の例示的な実施形態に従い、図１のシステムを使用して脊柱側弯症を治療する処置が行われる対象の脊椎の一部の斜視図を示す。
【図８】脊椎の第１の脊椎骨にマーカーが挿入された、図７の脊椎の斜視図を示す。
【図９】マーカー上に第１のハンドル要素が装着された、図７の脊椎の斜視図を示す。
【図１０】脊椎の第２の脊椎骨に第２のハンドル要素が取り付けられた、図７の脊椎の斜視図を示す。
【図１１】本発明の代替実施形態に従い、図１のシステムを使用して脊柱側弯症処置を用いて治療される脊椎の一部の斜視図を示す。
【図１２】脊椎の第１の脊椎骨に第１のマーカーが挿入された、図１１の脊椎の斜視図を示す。
【図１３】脊椎の第２の脊椎骨を走査する超音波装置を含む、図１１の脊椎の斜視図を示す。
【図１４】第１及び第２の脊椎骨にそれぞれ第１及び第２のハンドル要素が取り付けられた、図１１の脊椎の斜視図を示す。
【図１５】本発明の別の例示的な実施形態に従い、図１のシステムを使用して治療される、折れた骨の斜視図を示す。
【図１６】骨の第１の折れた部分に通るように第１のマーカーが挿入された、図１５の骨の斜視図を示す。
【図１７】骨の第２の折れた部分に通るように第２のマーカーが挿入された、図１５の骨の斜視図を示す。
【図１８】第１及び第２の折れた部分にそれぞれ第１及び第２のハンドル要素が取り付けられた、図１５の骨の斜視図を示す。
【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、骨を治療するためのシステム及び方法に関し、とりわけ、骨における１つ以上のマーカーの位置を指示する登録済み超音波及びＣＴデータを使用して、事前取得済みのＣＴ画像データの操縦に役立てるために治療処置時に得た超音波データを用い、処置中に骨の１つ以上の部分の位置を正確に追跡できるようにするためのシステム及び方法に関する。ＣＴ画像データに対して登録されたデータを参照し、骨の第１の部分に連結した第１のハンドル要素のＣＴ画像における場所を確立することによって、第１のハンドル要素を介して操縦される骨の第１の部分として得たデータを使用して、骨の第１の部分の動作を示すＣＴ画像を操縦できるようにするためのシステム及び方法は、本発明の例示的な実施形態に記述されている。第２のハンドル要素を骨の第２の部分に連結することによって、第１及び第２のハンドル要素の相対的な位置を指示する登録済みデータを使用してＣＴ画像をリアルタイムで操縦し、骨の第１及び第２の部分の相対的な動作を示し得る。例示的な実施形態は、骨の第１及び第２の部分にそれぞれ連結した第１及び第２のハンドル要素について記述しているが、第１及び第２のハンドル要素を第１及び第２の骨に、又は他の実質的に剛性の身体構造のいずれかに配置することによって、その構造の事前取得済みＣＴ画像データを操縦し、処置中の構造の動作を示し得ることは、当業者によって理解されるであろう。
【０００６】
図１に示すように、本発明の例示的な実施形態によるシステム１００は、骨の超音波データ１２４（例えば、超音波画像データ）を取得して追跡ステーション１０４に送信するように構成された移動式の超音波装置１０２を具備する。この追跡ステーションは、超音波データ１２４の収集前に取得された超音波データ１２４を、ＣＴデータ１２６（例えば、ＣＴ画像）に登録することによって、ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所が判別されるようにする。超音波装置１０２は、骨の超音波データ１２４を取得する超音波スキャナー１１０と、取得された超音波データ１２４に対する第１のハンドル要素１０６の位置の光学追跡を容易にするカメラ１１２と、を具備する。カメラ１１２は、光源１１４と、例えば、グラススケール上の固定パターン１１６と、を有し得る。固定パターン１１６の陰影は、第１のハンドル１０６のセンサー１２８に投じられると、このセンサーによって検出される。それにより、最大６次元における超音波装置１０２に対する第１のハンドル１０６の位置及び／又は方向に対応するデータを含む第１のハンドルデータ１３２が提供される。追跡ステーション１０４は、収集されたデータを使用して（例えば、相関する）超音波データ１２４をＣＴデータ１２６に登録し、ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所を判別できる。以下更に詳述するように、一旦登録が終了した後は、本発明に係る例示的なシステム及び方法に従って骨を操縦できる。
【０００７】
第１のハンドル要素１０６は骨の第１の部分に配置されるのに対して、第２のハンドル要素１０８は骨の第２の部分に配置される。第２のハンドル要素１０８はＬＥＤアレイなどの発光器具１３０を具備する。この発光器具は第１のハンドル要素１０６上のセンサー１２８と連通し、第１のハンドル要素１０６に対する第２のハンドル要素１０８の場所を指示する第２のハンドルデータ１３４を提供する。追跡ステーション１０４は、第２のハンドルデータ１３４を使用してＣＴデータ１２６に対する第２のハンドル要素１０８の場所を判別し、ＣＴデータ１２６に対する第１及び／又は第２のハンドル要素１０６、１０８の場所をディスプレイ１２０上に表示する。図２〜６に関して後で更に詳細に記述するように、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８は、最初に硬質の骨上に配置され、続いて、その位置が登録された後に切断される。第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８は、ユーザーによって操縦され、相互に対して移動するため、骨の第１及び第２の部分の相互に対する対応する動作の追跡、及びＣＴデータ１２６の操縦によって、この相対的な動作が表示される。つまり、骨の第１及び第２の一部に対応するＣＴデータ１２６によって表される画像の一部が、第２のハンドルデータ１３４に基づき相互に対して移動するため、ユーザーはディスプレイ１２０で骨の第１及び第２の部分の動作をリアルタイムで把握できる。
【０００８】
超音波装置１０２のスキャナー１１０は、骨の２Ｄ又は３Ｄ画像を撮ることによって超音波データ１２４を取得できる。その場合、追跡ステーション１０４は超音波データ１２４全体を探索し、ＣＴデータ１２６で表される画像の部分に対して外形上の類似性を持つ部分があるかどうか確認し、超音波データ１２４及びＣＴデータ１２６において骨の同じ部分に対応する部分を同定する。超音波データ１２４及びＣＴデータ１２６は、いくつかの類似点を有する場合があり、これら骨の同じ部分を表すデータの同定された部分間の適正な登録を保証するには、離散的な期間にわたって超音波装置１０２でいくつかの超音波画像を撮る必要がある。例えば、いくつかの必須２Ｄ画像は、骨の外形の同質性、及び超音波データ及びＣＴデータ１２４、１２６における詳細レベルに依存し得る。したがって、ＣＴデータ１２６のいくつかの候補場所を同定でき、いくつかの候補場所の１つがＣＴデータ１２６で表される画像の選択された部分に正しく対応することが確認されるまで、更なる超音波データ１２０が収集され得る。
【０００９】
当業者に理解されるように、第１のハンドル要素１０６は、外科医又は他のユーザーが、第１のハンドル要素１０６が装着される骨の第１の部分を、第１のハンドル要素１０６を動かし操縦できるように握持できる、寸法及び形状にされる。第１のハンドル要素１０６は、第１のハンドルデータ１３２を提供するセンサー１２８を内蔵しており、この第１のハンドルデータには、第１のハンドル要素１０６と超音波装置１０２との間の相対的な位置及び／又は方向に関するデータが含まれている。光源１１４及び超音波装置１０２の固定パターン１１６を介してセンサー１２８上に投じられた陰影は、このセンサーによって検出される。陰影のパターンの寸法及び／又は歪みを使用して、６次元における超音波装置１０２に対する第１のハンドル要素１０６の位置及び方向を判別できる。この第１のハンドルデータ１３２は、追跡ステーション１０４に転送され、これにより、ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所が判別される。
【００１０】
第２のハンドル要素１０８もまた、第２のハンドル要素１０８が装着される骨の第２の部分を、第２のハンドル要素１０８を介して操縦できるようにユーザーが握持できる寸法及び形状にされる。第２のハンドル要素１０８は、第２のハンドルデータ１３４を提供する発光器具１３０（例えば、ＬＥＤアレイ）を具備する。この第２のハンドルデータには、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８間の相対的な位置に関するデータが含まれている。発光器具１３０は、センサー１２８と連通して器具１３０からの光線を検出し、６次元において第１のハンドル要素１０６に対する第２のハンドル要素１０８の位置及び方向を判別するように構成される。この第２のハンドルデータ１３４は追跡ステーション１０４に転送される。第１のハンドル要素の場所１０６はＣＴデータ１２６を基準として認識されるため、追跡ステーション１０４は、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８間の相対的な位置及び方向を使用して、ＣＴデータ１２６に対する第２のハンドル要素１０８の場所が判別される。
【００１１】
本発明の別の実施形態において、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８間の相対的な追跡は、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８の一方に提供される磁界発生器（図示されず）を介して提供できる。この磁界発生器は、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８の他方に提供される磁界センサー（図示されず）と連通する。
【００１２】
追跡ステーション１０４は、コンピュータであってもよいし、又はプロセッサ１１８及びディスプレイ１２０を含む他の処理装置であってもよい。例えば、超音波データ１２４、ＣＴデータ１２６、第１のハンドルデータ１３２、及び第２のハンドルデータ１３４は、追跡ステーション１０４のメモリ１２２に保存しておくことができ、これらのデータを使用して第１のハンドル要素１０６をＣＴデータ１２６に登録できる。プロセッサ１１８は、超音波データ１２４及びＣＴデータ１２６を相関させ、第１のハンドルデータ１３２を使用して、ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所を判別する。ＣＴデータ１２６に対する第２のハンドル要素１０６の場所も同様に、プロセッサ１１８によって判別され得る。ＣＴデータ１２６でリアルタイムに表される画像に関しては、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８の場所をディスプレイ１２０上に表示できる。このようにして、ユーザーは登録プロセス及び／又は骨の治療の完了に関するリアルタイム情報を提供され得る。追跡ステーション１０４が分散システムであり得ることは、当業者によって理解されるであろう。例えば、手術室内のディスプレイと連通するサーバ内にメモリ及びプロセッサを配置してもよい。
【００１３】
ＣＴデータ１２６で表される画像に対する第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８の両方の場所が一旦判別されると、外科医は第１及び第２のハンドル部材１０８を使用して、骨の第１及び第２の部分を相互に対して動かすことができる。第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８間の相対的な移動の連続的追跡及び監視が可能となっており、操縦されたＣＴ画像に骨の第１及び第２の部分間の相対的な移動が示されるのをディスプレイ１２０上で見ることができる。このようにして、外科医は操縦されたＣＴ画像をディスプレイ１２０上に表示し、骨の部分間の所望される空間関係が得られるまで、骨の部分を動かすことができる。
【００１４】
システム１００は、多様な骨治療処置で使用できる。例示的な一実施形態においては、図２〜６に示すように、システム１００を使用して骨１０の骨切除術を行い、その際、骨１０を短かく若しくは長く切断するか、又は骨の整列配置を変更する。骨切除処置に先立って骨１０のＣＴ画像を撮り、そのＣＴ画像から取得されたＣＴデータ１２６を追跡ステーション１０４に転送する。図２に示すように、第１のマーカー１３６は骨１０の第１の部分１２に配置される。当業者に理解されるように、全体にわたって使用されている「マーカー」という用語は、例えば、Ｋワイヤ、シャンスクリュー、ピン、又は他の骨固定要素などのような、所望の剛性及び回転安定性を有する任意の適切な骨マーカーを意味するものとして理解すべきである。それ故、図３に示すように、第１のハンドル要素１０６を第１のマーカー１３６上に装着し、超音波装置１０２を骨１０の一部分に配置することによって、超音波データ１２４及び第１のハンドルデータ１３２が取得される。超音波データ１２４及び第１のハンドルデータ１３２が追跡ステーション１０４に転送され、プロセッサ１１８によって超音波データ１２４が自動的にＣＴデータ１２６に登録される。超音波データ１２４は、骨１０の１つ以上の３Ｄ超音波画像から取得され得る。後で詳述するように、スキャナー１１０に付属しているドリルガイド（図示されず）を使用して第２のマーカー１３８を骨１０の別の部分に挿入することによって、骨の第１及び第２の部分間の相対的な追跡が可能になる。それによって、追跡ステーション１０４は３Ｄ超音波からの超音波データ１２４を探索し、ＣＴデータ１２６で表される画像の部分に対して外形上の類似性を持つ部分があるかどうか確認して、超音波データ１２４の部分、及び骨の同じ部分に対応するＣＴデータ１２６を同定する。図４に示すように、具体的には、第２のマーカー１３８が骨１０の第２の部分１４に挿入される。第２のマーカー１３８は、例えば超音波装置１０２の開口部を通して第２の部分１４に挿入され、結果として、この開口部を通して第２のマーカーがガイドされる。代わりに、第２のマーカー１３８は、超音波装置１０２を介してガイドされることなしに、第２の部分１４にフリーハンドで配置できる。後で詳述するように、そのような実施形態においては、第２のマーカー１３８を移植後に超音波装置１０２を介して配置する必要がある。図５に示すように、第２のハンドル要素１０８は、第２のマーカー１３８上に装着可能であり、装着によって回転が防止され得る。第１のマーカー１３６上の第１のハンドル要素１０６の場所、及び第２のマーカー１３８の場所を使用して、第１のハンドルデータ１３２を用いたＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所が登録される。ＣＴデータ１２６で表されるＣＴ画像、及びその上にある第１のハンドル要素１０６の場所は、ディスプレイ１２０に表示される。次いで、第２のハンドル要素１０８の発光器具１３０が、第１のハンドル要素１０６のセンサー１２８と連通して、第２のハンドルデータ１３４（すなわち、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８間の相対的な位置に関するデータ）を追跡ステーション１０４に提供する。プロセッサ１１８は第２のハンドルデータ１３４を使用して、ＣＴデータ１２６に対する第２のハンドル要素１０８の場所を判別する。その後、第２のハンドル要素１０８の場所が、ディスプレイ１２０上のＣＴ画像に表示される。当業者に理解されるように、３Ｄ超音波の使用によって、スキャナー１１０の位置を追跡する必要なしに、３Ｄ超音波データ１２４を用い、対応するＣＴデータ１２６を登録用に構築できる。
【００１５】
図６に示すように、続いて、外科医は骨１０の第１及び第２の部分１２、１４間に切除部１６を生じさせ、骨の第１及び第２の部分１２、１４を解放して、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８を操作して相互に対して動かす。プロセッサ１１８は、それらハンドル要素間の相対的な移動を追跡し、操縦されたＣＴ画像をディスプレイ１２０上に生成して相対的な移動をリアルタイムで表示する。これにより、外科医は骨の第１及び第２の部分１２、１４が望みどおりに整列配置されるまで、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８を操縦できる。
【００１６】
図７〜１０に示すように別の例示的な実施形態においてシステム１００は患者の側弯症で治療する目的に使用される。上述されている骨切除処置と同様に、処置に先立って脊椎２０の一部のＣＴ画像を取得し、ＣＴデータ１２６を追跡ステーション１０４に転送する。図７に示すように、基準デバイスは、第１のハンドル要素１０６であってよく、脊椎２０に付着せずにこの脊椎の近位に配置され得る。次いで、超音波装置１０２を使用して、脊椎２０の第１の脊椎骨２２の超音波データ１２４を取得すると共に、第１のハンドル要素１０６のセンサー１２８ともまた連通して、第１のハンドルデータ１３２を追跡ステーション１０４に提供する。超音波データ１２４は、第１の脊椎骨２２の１つ以上の２Ｄ超音波画像から取得され得る。プロセッサ１１８は、超音波データ及びＣＴデータ１２４、１２６を登録し、第１のハンドルデータ１３２を判別する。この第１のハンドルデータを使用して、脊柱側弯症の治療処置に使用されるドリルガイドを追跡できる。ここで、ドリルガイドは、超音波スキャナー１１０に取り付けることができる。具体的には、本実施形態で使用される超音波スキャナー１１０は３次元で追跡され、超音波データ１２４の３Ｄセットを構築する（すなわち、追跡ステーション１０４を用いて超音波データ１２４を探索し、ＣＴデータ１２６で表される画像の部分に対して外形上の類似性を持つ部分があるかどうか確認して、骨の同じ部分に対応する部分を同定する）。これにより、基準デバイスを使用して位置及び方向データが提供される。ＣＴデータ１２６によって表される登録済みＣＴ画像は、ディスプレイ１２０上に表示される。図８に示すように、参照点を使用して第１のマーカー１３６を例えば超音波装置１０２の開口部を通して第１の脊椎骨２２に挿入することによって、第１のマーカー１３６が挿入される第１の脊椎骨２２の場所が確立される。参照点として使用された第１のハンドル要素１０６を、次いで、第１のマーカー１３６の上に配置する。第１のマーカー１３６の場所がわかっているため、ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所の登録が可能となる。第１のマーカー１３６の挿入に先立って第１の脊椎骨２２を穿孔することによって容易にできることは、当業者に了解されるであろう。続いて、図９に示すように、第１のハンドル１０６を第１のマーカー１３６上に装着する。ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル１０６の場所が判別されたため、第１の脊椎骨２２に対する第１のハンドル１０６の配置がプロセッサ１１８によって追跡され、ディスプレイ１２０上に表示される。
【００１７】
続いて、超音波装置１０２が第２の脊椎骨２４上に配置され、第２の脊椎骨２４の超音波データ１２４を取得される。同様に、第２の脊椎骨２４の超音波データ１２４は、その１つ以上の２Ｄ超音波画像から取得され得る。超音波装置１０２はまた、第１のハンドル要素１０６と連通して、第１のハンドル要素１０６に対する位置及びその方向を判別できる。第２の脊椎骨２４の超音波データ１２４、及び超音波装置１０２の位置に関するデータが追跡ステーション１０４に転送され、第２の脊椎骨２４の超音波データ１２４が脊椎２０のＣＴデータに登録される。図１０に示すように、第２のハンドル要素１０８が第２の脊椎骨２４に取り付けられ、第１のハンドル要素１０６と連通して第２のハンドルデータ１３４が追跡ステーション１０４に提供される。プロセッサ１１８は、第２のハンドルデータを使用してＣＴデータ１２６に対する第２のハンドル１０８の場所を判別し、ディスプレイ１２０上に表示できる。一旦ＣＴデータ１２６に対する第１及び第２のハンドル１０６、１０８の両方の場所が判別された後、第１及び第２のハンドル１０６、１０９を介して第１及び第２の脊椎骨２２、２４を相互に対して動かし、脊椎２０の整列配置を操縦できる。追跡ステーション１０４は、脊椎２０の動作を連続的に追跡し監視して、望みどおりに脊椎２０が容易に整列配置されるように、操縦されたＣＴ画像をこの追跡ステーション上に表示する。このＣＴ画像は、第１及び第２の脊柱２２、２４の相互に対する動作に対応している。
【００１８】
図１１〜１４は、脊椎２０’の脊柱側弯症の治療に関する代替実施形態を示す。この代替実施形態は、上述の実施形態と実質的に同様であるが、下記に指し示す点が異なる。図１１に示すように、超音波装置１０２を第１の脊椎骨２２’上に配置してから、脊椎骨２２’の超音波データ１２４を取得して脊椎２０’の事前取得済みＣＴデータ１２６に登録する。一方、超音波データ１２４は、第１の脊椎骨２２’の３Ｄ超音波画像から取得され得る。続いて、図１２に示すように、超音波装置１０２の開口部を通して第１のマーカー１３６を第１の脊椎骨２２’に挿入できる。図１３に示すように、第１のハンドル要素１０６が第１のマーカー１３６上に装着され、ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所が判別される。続いて、超音波装置１０２を第２の脊椎骨２４’上に配置し、例えば、３Ｄ超音波画像を使用して第２の脊椎骨２４’の超音波データ１２４を取得して、第１のハンドル要素１０６と連通することによって、第１のハンドルデータ１３２を追跡ステーション１０４に提供する。プロセッサ１１８は、第２の脊椎骨２４’の超音波データ１２４を脊椎２０’のＣＴデータ１２６に登録することによって、ＣＴデータ１２６に対する第１のハンドル要素１０６の場所が判別されるようにする。続いて、図１４に示すように、第２のハンドル要素１０８を第２の脊椎骨２４’に取り付けて第１のハンドル要素１０６と連通することによって、第２のハンドルデータ１３４（すなわち、第１のハンドル要素１０６に対する第２のハンドル要素１０８の位置及び方向に関するデータ）を追跡ステーション１０４に提供する。プロセッサ１１８は、収集されたデータを使用して、ＣＴデータ１２６に対する第２のハンドル要素１０８の場所を判別する。ＣＴデータ１２６に対する第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８の場所は、ディスプレイ１２０上にリアルタイムで表示することが可能になっている。そのため、外科医は第１及び第２のハンドル１０６、１０８を介して第１及び第２の脊椎骨２２’、２４’を相互に対して動かすことができる。第１及び第２のハンドル１０６、１０８間の相対的な移動によって、操縦されたＣＴ画像がディスプレイ１２０上に生成されるため、外科医は操縦された画像を見て、第１及び第２の脊椎骨２２’、２４’を相互に対して動かして所望の空間関係を得ることができる。
【００１９】
図１５〜１８に示すように、本発明の別の例示的な実施形態に従い、システム１００を使用して折れた骨３０を治療することもできる。図１５に示すように、骨３０の第１の折れた部分３２の上に超音波装置１０２を配置して、第１の折れた部分３２の超音波データ１２４を取得する。特に、超音波装置１０２では、３Ｄイメージングを利用して、骨３０の事前取得済みＣＴデータ１２６への登録が可能な超音波データ１２４を取得できる。第１のマーカー１３６は、超音波装置１０２の開口部を通して第１の折れた部分３２に挿入され得る。これにより、第１のマーカー１３６上に装着されているときの第１のハンドル１０６の、ＣＴデータ１２６に対する場所がわかる。図１６に示すように、第２の折れた部分３４に対して本プロセスを繰り返して、その第２の折れた部分の超音波データ１２４を取得できる。この超音波データは骨３０のＣＴデータ１２６への登録が可能である。図１７に示すように、超音波装置１０２の開口部を通して第２のマーカー１３８を第２の折れた部分３４に挿入できる。図１８に示すように、第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８はそれぞれ第１及び第２のマーカー１３６、１３８上に装着され得る。また、第１及び第２のハンドル要素１０６の相互に対する場所を含むＣＴデータ１２６をディスプレイ１２０上に表示できる。第１及び第２のハンドル要素１０６、１０８は引き続き相互に連通して、相互に対する位置を判別できる。それにより、その相対的な移動が追跡され、操縦されたＣＴ画像としてディスプレイ１２０上に表示される。よって、操縦されたＣＴ画像をディスプレイ１２０上で見て、第１及び第２の折れた部分３２、３４を相互に対して望みどおりに動かすことができる。
【００２０】
図１〜１８に図示されているシステムは、ＣＴ超音波登録を使用してマーカー場所を同定しハンドルをセットアップして操作を行えるようなシステムとして記述されたものである。しかしながら、当業者に理解されるように、任意のマーカー登録プロセスを使用してマーカー場所を確立できる。例えば、マーカーを骨に配置した後、ＣＴ走査を実行して、骨上のマーカーの場所情報を取得できる。
【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に含まれることが意図される。
【００２２】
〔実施の態様〕
（１）  骨操縦用のアセンブリにおいて、
骨の第１の部分に取り付けられるように構成された第１の操縦要素であって、場所発信シグナル（location emitting signal）を含む、第１の操縦要素と、
骨の第２の部分に取り付けられるように構成された第２の操縦要素であって、前記場所発信シグナルを検出するセンサーを具備し、前記第１及び第２の操縦要素の相互に対する位置及び方向シグナルを提供する、第２の操縦要素と、
前記位置及び方向シグナルを使用して複数の次元における前記第１及び第２の操縦要素の相互に対する動作を追跡するプロセッサを具備する追跡ユニットと、を含む、骨操縦用のアセンブリ。
（２）  前記第１及び第２の操縦要素が、骨の前記第１及び第２の部分それぞれを動かすようにユーザーが握持できる寸法及び形状にされたハンドルを具備する、実施態様１に記載のアセンブリ。
（３）  前記場所発信シグナルが発光アレイである、実施態様１に記載のアセンブリ。
（４）  前記場所発信シグナルが磁界発生器である、実施態様１に記載のアセンブリ。
（５）  前記第２の操縦要素に接続されて、前記第１及び第２の操縦要素の一方の場所を判別する走査ユニットを更に具備する、実施態様１に記載のアセンブリ。
【００２３】
（６）  前記走査ユニットが、前記第１の操縦要素の前記センサーによって検出されるように固定パターンの陰影を投じる光源を含み、前記走査ユニットに対する前記第１の操縦要素の位置及び方向が判別されるようになっている、実施態様５に記載のアセンブリ。
（７）  前記骨の前記表面データに対する前記第１及び第２の操縦要素の一方の場所を表示するディスプレイを更に具備する、実施態様３に記載のアセンブリ。
（８）  前記第１及び第２の操縦要素がマーカーである、実施態様１に記載のアセンブリ。
（９）  操縦用装置において、
骨の一部に取り付けられるように構成されたハンドルであって、前記ハンドルが取り付けられている骨の前記一部を動かすようにユーザーが握持できる寸法及び形状にされた、ハンドルと、
複数の次元における場所シグナルを検出するセンサーと、を具備する、操縦用装置。
（１０）  操作用装置において、
骨の一部に取り付けられるように構成されたハンドルであって、前記ハンドルが取り付けられている骨の前記一部を動かすようにユーザーが握持できる寸法及び形状にされた、ハンドルと、
場所シグナルを発信するエミッタアレイであって、前記ハンドルを握持したときに前記アレイが可視になるように前記ハンドル上に配置される、エミッタアレイと、を具備する、操作用装置。
【００２４】
（１１）  前記エミッタアレイが発光ダイオードである、実施態様１０に記載の装置。
（１２）  骨の操作を追跡するための方法において、
第１の操縦要素を骨の第１の部分に取り付けることであって、前記第１の操縦要素が場所シグナルを発信する、ことと、
第２の操縦要素を骨の第２の部分に取り付けることであって、前記第２の操縦要素が前記場所シグナルを検出し、検出された場所を提供する、ことと、
複数の次元における第２の操縦要素に対する第１の操縦要素の位置及び方向を判別することと、
前記発信された場所シグナル及び前記検出された場所における変更を検出して、前記第１及び第２の操縦要素間の相対的な移動を追跡することと、を備える、方法。
（１３）  前記表面データに対する前記第１及び第２の操縦要素の場所を表示することを更に備える、実施態様１２に記載の方法。
（１４）  前記第１及び第２の操縦要素を相互に対して操縦して、前記骨の第１及び第２の部分の動きを示す、操縦される表面画像を生成することを更に備える、実施態様１３に記載の方法。
（１５）  前記第１及び第２の操縦要素間の相対的な追跡が、発光器具及び磁界発生器の一方を介して実行される、実施態様１２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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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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