(57)【要約】  処置を実施するための方法およびシステムが開示される。システムは、少なくとも処置を支援するために使用されるナビゲーションシステムおよび／または外科用ロボットを含み得る。システムは、対象の輪郭描写および／または被験体部分の物理的特性の判定を支援し得る。システムは、処置の実施および／またはワークフローを支援し得る。【選択図】図３
2021526050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体(subject)における処置を評価するためのシステムであって、
作業端(working end)を有する追跡可能な器具と、
ナビゲーションシステムであって、
前記追跡可能な器具の前記作業端を追跡することと、
被験体の既定の作業ボリューム(working volume)の縁部に対して、前記追跡可能な器具の前記作業端の位置を判定することと、
前記被験体の前記既定の作業ボリュームの前記縁部に対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置が、「計画された作業位置」または「計画されていない作業位置」であることを示す表現をユーザに出力することと、を行うように構成されている、ナビゲーションシステムと、を備える、システム。
【請求項２】
前記ナビゲーションシステムが、
前記被験体の前記既定の作業ボリュームの縁部の既定の境界距離(boundary distance)に対する前記追跡可能な器具の前記作業端の位置を判定することと、
前記既定の境界距離に対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置の近接性(proximity)を示す表現をユーザに出力することと、を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ナビゲーションシステムが、少なくとも１つの「計画された作業位置」と、少なくとも１つの「計画されていない作業位置」との間の少なくとも１つの漸進(gradation)のうちの少なくとも１つのインジケータを前記ユーザに提供することを行うように構成されている、請求項１または２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４】
前記ナビゲーションシステムが、
前記追跡可能な器具の前記作業端と前記既定の作業ボリュームとの表現を表示することと、
前記既定の作業ボリュームの前記縁部に対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置に基づいて、前記表現における変化を表示することと、を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記表現における前記変化が、前記既定の作業ボリュームの少なくとも一部についての前記表現における色の変化を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記表現における前記変化が、少なくとも１つの目印についてのサイズの変化を含む、請求項４〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記表現における前記変化が、既定の位置で、既定のインジケータを追加または削除することのいずれかを含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記ユーザへの前記表現が、可聴アラートまたは触覚フィードバックのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記ナビゲーションシステムが、前記被験体の少なくとも１つの既定の作業部分と前記被験体の少なくとも１つの既定の非作業部分(non-working portion)のデータとを記憶することを行うように構成され、かつ前記ナビゲーションシステムが、前記データにアクセスして、前記被験体の前記既定の作業ボリュームの前記縁部に対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記位置を判定することを行うように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
被験体における処置を実施するためのナビゲーションシステムを有するシステムであって、
前記被験体と相互作用するように構成されている器具と、
追跡されるように構成され、かつ前記器具に接続されている追跡デバイスと、
前記追跡デバイスを追跡するように構成されている追跡システムと、
少なくとも前記被験体の画像を表示するように構成されている表示デバイスと、
プロセッサシステムであって、
内部で前記器具の前記作業端が進行する(travel)ように選択される、作業ボリュームを再表示する(recall)ことと、
内部で前記器具の前記作業端が進行しない、非作業ボリュームを再表示することと、
前記追跡システムを用いて前記追跡デバイスを追跡することにより、前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記位置を判定することと、
（ｉ）ユーザへの、前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置の第１の指示、または（ｉｉ）前記ユーザへの、前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置の第２の指示のうちの少なくとも１つを前記表示デバイスに出力することと、を行うための命令を実行するように構成されている、プロセッサシステムと、を備え、
前記第１の指示および前記第２の指示が、前記表示デバイス上の単一の指示位置にあり、前記指示位置が、前記第１の指示から前記第２の指示に変化する、システム。
【請求項１１】
前記単一の指示位置が、前記第１の指示から前記第２の指示へと徐々に変化する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の指示が、第１の色または第１の可聴アラートであり、前記第２の指示が、第２の色または第２の可聴アラートである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記単一の指示位置が、水平バーまたは垂直バーのうちの少なくとも１つを含み、
前記第２の指示が、前記第１の指示よりも長い前記バーを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の指示が、前記被験体の前記表示された画像の一部の第１の色であり、前記第２の指示が、前記被験体の前記部分の第２の色である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサシステムが、
前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置の変化に基づいて、前記表示デバイスを用いて表示するための前記出力を前記第１の指示から前記第２の指示に変更することを行うための命令を実行するように、さらに構成されている請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
対象における処置を評価するためのナビゲーションシステムを動作させるための方法であって、
追跡可能な器具の作業端の位置を追跡することと、
前記対象の事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記位置を判定することと、
表示デバイスを用いて、前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置の表現を表示することと、
前記追跡可能な器具の移動中に、前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置の前記表現を更新することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置の前記表現を更新することが、視覚的目印の色を変更することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置の前記表現を更新することが、視覚的目印のサイズを変更することを含む、請求項１６または１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置の前記表現を更新することが、第１の目印と第２の目印との間の複数の増分変化にわたって、前記第１の目印を前記第２の目印に変更することを含む、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置に基づいて可聴アラートを提供することをさらに含む、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記表示デバイスを用いて、前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームに対する前記追跡可能な器具の前記作業端の前記判定された位置の前記表現を表示することが、
前記追跡可能な器具の前記作業端の表現を表示することと、
前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームの表現を表示することと、
前記対象の前記事前定義された非作業ボリュームの縁部からの境界距離の表現を表示することと、を含む、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
対象における処置を評価する方法であって、
内部で器具の作業端が動作することになる、作業ボリュームを判定することと、
前記判定された作業ボリュームを保存することと、
ナビゲーションシステムを動作させることであって、
前記作業端の位置を追跡し、
前記作業ボリュームの縁部に対する、前記作業端の前記位置を判定し、
「計画された作業位置」または「計画されていない作業位置」のうちの少なくとも１つを含む、前記作業ボリュームの前記縁部に対する、前記作業端の前記判定された位置の表現をユーザに出力するように、ナビゲーションシステムを動作させることと、を含む、方法。
【請求項２３】
前記ナビゲーションシステムを動作させて、前記作業ボリュームの前記縁部に対する前記作業端の前記判定された位置の前記表現を前記ユーザに出力することが、前記少なくとも「計画された作業位置」または前記「計画されていない作業位置」の間の前記作業端の追跡された位置の少なくとも段階的な指示をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナビゲーションシステムを動作させて、前記作業ボリュームの前記縁部に対する前記作業端の前記判定された位置の前記表現を前記ユーザに出力することが、
表示デバイスを用いて前記対象の画像を表示することと、
前記対象の前記画像に対する、前記表示デバイス上に表示される前記作業端の前記位置のグラフィック表現を表示することと、をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記作業端の前記位置の前記グラフィック表現を表示することが、前記作業ボリュームの前記縁部に対する前記作業端の前記判定された位置に基づいて前記作業ボリュームの色の変化を表示することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ナビゲーションシステムを動作させて、前記作業端の前記判定された位置の前記表現を前記ユーザに出力することが、
前記作業ボリュームの縁部に対する既定の境界距離を再表示することと、
前記作業ボリュームの少なくとも一部をオーバーレイする第１の色の表示または可聴アラートとして前記表現を前記ユーザに出力することと、を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ナビゲーションシステムを動作させて、前記作業端の前記判定された位置の前記表現を前記ユーザに出力することが、
前記作業ボリュームの縁部に対する既定の境界距離を再表示して、
前記画像に対して選択された位置において第１の色の表示として前記表現を前記ユーザに出力すること、を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記作業ボリュームの周囲の境界を判定することと、
前記境界を保存することと、
前記ナビゲーションシステムを動作させることであって、
前記保存された境界を再表示し、
前記再表示された境界に対する前記作業端の前記判定された位置の前記表現を前記ユーザに出力するようにさらにナビゲーションシステムを動作させることと、をさらに含む、請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記作業ボリュームを判定することが、前記作業端と接触する前記対象の少なくとも一部を判定すること、または前記作業端と接触しない前記対象の少なくとも一部を判定すること、のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記対象に対して前記器具を移動することと、
前記作業ボリュームの前記縁部に対する前記作業端の前記判定された位置の前記ユーザへの前記出力表現が、前記「計画された作業位置」であるときに、前記器具の前記作業端を動作させることと、をさらに含む、請求項２２〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記対象に対して前記機器を移動することと、
前記作業ボリュームの前記縁部に対する前記作業端の前記判定された位置の前記ユーザへの前記出力表現が、前記「計画されていない作業位置」であるときに、前記器具の前記作業端の動作を停止することと、をさらに含む、請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
対象における処置を評価するためのナビゲーションシステムを動作させる方法であって、
内部で器具の作業端が進行するように選択される、作業ボリュームを再表示することと、
内部で前記器具の前記作業端が進行しない、非作業ボリュームを再表示することと、
前記作業端の位置を追跡することと、
前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する、前記作業端の前記位置を判定することと、
（ｉ）ユーザへの、前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置の第１の表現、または（ｉｉ）前記ユーザへの、前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置の第２の表現のうちの少なくとも１つを、表示デバイスを用いて表示することと、を含み、
前記第１の表現および前記第２の表現が、前記表示デバイス上の単一の指示位置にあり、前記指示位置が、前記第１の表現から前記第２の表現に変化する、方法。
【請求項３３】
前記単一の指示位置が、前記第１の表現から前記第２の表現へと徐々に変化する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の表現が、第１の色または第１の可聴アラートであり、前記第２の表現が、第２の色または第２の可聴アラートである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記単一の指示位置が、水平バーまたは垂直バーのうちの少なくとも１つを含み、
前記第２の表現が、前記第１の表現よりも長い前記バーを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記対象の画像を表示することをさらに含み、
前記第１の表現が、前記対象の前記表示された画像の一部の第１の色であり、前記第２の表現が、前記対象の前記部分の第２の色である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対して前記作業端を移動させることと、
前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置に基づいて、前記表示された第１の表現を前記第２の表現に変化させることと、をさらに含む、請求項３２〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
対象における処置を評価するためのナビゲーションシステムを動作させる方法であって、
内部で器具の作業端が進行するように選択される、作業ボリュームを再表示することと、
内部で前記器具の前記作業端が進行しない、非作業ボリュームを再表示することと、
前記作業端の位置を追跡することと、
前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記位置を判定することと、
前記作業端の前記判定された位置が、第１の位置にあるときにユーザに第１の指示を提供すること、または前記作業端の前記判定された位置が、第２の位置にあるときに前記ユーザに第２の指示を提供することと、を含む、方法。
【請求項３９】
前記第１の指示を前記ユーザに提供すること、または前記第２の指示を前記ユーザに提供することが、
（ｉ）前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置のユーザへの第１の表現、または（ｉｉ）前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された位置の前記ユーザへの第２の表現のうちの少なくとも１つを、表示デバイスを用いて表示することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の指示を前記ユーザに提供すること、または前記第２の指示を前記ユーザに提供することが、
（ｉ）前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された第２の位置に関する前記ユーザへの第１の可聴音、または（ｉｉ）前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された第２の位置に関する前記ユーザへの第２の可聴音のうちの少なくとも１つを提供することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の指示を前記ユーザに提供すること、または前記第２の指示を前記ユーザに提供することが、
（ｉ）前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された第１の位置に関する前記ユーザへの第１の触覚および／または力フィードバック、または（ｉｉ）前記作業ボリュームまたは非作業ボリュームのうちの少なくとも１つに対する前記作業端の前記判定された第２の位置に関する前記ユーザへの第２の触覚および／または力フィードバックのうちの少なくとも１つを提供することを含む、請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、被験体に対する空間内の部材の位置および向きを含む、位置を判定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本項は、必ずしも先行技術ではない本開示に関連する背景情報を提供する。
【０００３】
被験体の一部を除去、修復、または交換するために、様々な処置が選択され得る。例えば、ヒトの被験体では、人体構造の一部が選択されて、除去、修復、または交換され得る。処置中に、最小侵襲的処置または低侵襲的処置が選択され得る。低侵襲的処置は、被験体内の作業領域を直接観察することが制限され得るが、回復時間および／または被験体への不快感を減少させ得る。
【０００４】
外科的処置、組み立て処置などの、様々な処置のためのナビゲーションシステムは、器具または対象を追跡することを可能にする。追跡システムは、光学、音響、電磁（ＥＭ）式などの適切な追跡システムを含み得る。ＥＭ追跡またはナビゲーションシステムには、Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，Ｃｏｌｏｒａｄｏに事業所を有するＭｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃが販売するＡｘｉＥＭ（商標）電磁ナビゲーションシステムが含まれる。ＡｘｉＥＭ（商標）電磁ナビゲーションシステムは、追跡デバイスによって感知される電磁場を生成するために使用される複数のコイルを含み得、これは、ＳｔｅａｌｔｈＳｔａｔｉｏｎ（登録商標）外科用ナビゲーションシステムなどのナビゲーションシステムを可能にするセンサコイルであり得、器具の追跡および／または追跡された位置を示すために使用される。光学追跡システムには、ＳｔｅａｌｔｈＳｔａｔｉｏｎ（登録商標）ナビゲーションシステムなどが含まれる。光学追跡システムには、器具の位置を三角測量するための視野を備えたカメラのセットが含まれる。
【発明の概要】
【０００５】
本項は、本開示の全般的な概要を提供するものであり、本開示の全範囲またはすべての機能の包括的な開示ではない。
【０００６】
器具の追跡と器具のナビゲーションを可能にするには、一般に、器具に接続された追跡デバイスが必要とされる。したがって、本器具は、概して、追跡システムまたはナビゲーションシステムに特化したものである。追跡された器具の位置を判定し、それを既定のボリュームまたは境界と比較するように構成されたシステムが開示されている。概して、追跡された位置は、既定の領域およびボリュームに対する器具の相対位置を示すために使用され得る。
【０００７】
処置を実施するためのシステムが開示される。この処置は、動物、ヒト、または他の選択された患者などの、生きている被験体に対しても実施され得る。処置には、無生物（例えば、密閉構造、機体、シャーシなど）に対して実施される処置など、任意の適切なタイプの処置を含み得る。それにもかかわらず、本処置は、追跡システムが選択された１つ以上の項目を追跡することができるナビゲーションシステムを使用して実施され得る。
【０００８】
ナビゲーションシステムは、選択された処置の部分の間、被験体に対して器具をナビゲートするために使用され得る。様々な実施形態において、処置は、減圧術、脊椎固定術（すなわち、２つ以上の椎骨が、選択されたインプラントシステムまたはアセンブリと共に接続される）および／または椎間板切除術など、脊椎上の処置を含み得る。減圧術中、骨などの組織を除去する器具は、脊椎の一部に対して移動され得る。器具は、器具の位置の判定が可能なように追跡され得る。判定された位置は、既定のボリュームに対する相対位置と共に、またはその代わりに示され得る。
【０００９】
適用可能なさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。本要約における説明および特定の例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本明細書に記載の図面は、選択された実施形態の例示のみを目的としており、すべての可能な実装を示すものではなく、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１１】
【図１】様々な実施形態による、ナビゲーションシステムを含む処置室の環境図である。
【図１Ａ】様々な実施形態による、被験体の詳細部分に対するユーザおよびロボットシステムの環境図である。
【図２】様々な実施形態による、追跡された器具の第１の位置および指示を備えた表示デバイスの画面図である。
【図３】様々な実施形態による、追跡された器具の第２の位置および指示を備えた表示デバイスの画面図である。
【図４】様々な実施形態による、追跡された器具の第３の位置および指示を備えた表示デバイスの画面図である。
【図５】様々な実施形態による、追跡された器具の第４の位置および指示を備えた表示デバイスの画面図である。
【００１２】
対応する参照番号は、図面のいくつかの図にわたって対応する部品を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、例示的な実施形態を、添付の図面を参照してより完全に説明する。
【００１４】
最初に、図１を参照すると、ナビゲーションシステム１０が図示されている。ナビゲーションシステム１０は、ユーザ１２などの１人以上のユーザによって、様々な目的または処置のために使用され得る。ナビゲーションシステム１０は、ボリューム内の器具１６の位置を判定または追跡するために使用され得る。例示的な器具およびシステムには、参照により本明細書に組み込まれる、２００９年６月２日発行の米国特許第７，５４２，７９１号に開示されているものを含む。
【００１５】
器具の位置は、３次元のＸ、Ｙ、Ｚの位置と向きの両方を含み得る。向きは、３自由度など、１つ以上の自由度を含み得る。しかしながら、６自由度までまたは６自由度未満の位置情報など、任意の適切な自由度位置情報が判定され、および／またはユーザ１２に提示され得ることが理解されよう。
【００１６】
器具１６の位置を追跡することは、ユーザ１２が器具１６を直接観察できない場合でも、器具１６の位置を判定する際に、ユーザ１２を支援し得る。ロボットシステム、機体または自動車の一部の組み立てなどの無生物システムの修理または組み立ての実施など、様々な処置がユーザ１２の視野を遮り得る。様々な他の処置は、脊椎処置、神経学的処置、脳深部シミュレーションプローブの配置、または生きている被験体に対する他の外科的処置の実施などの外科的処置を含み得る。様々な実施形態では、例えば、生きている被験体は、ヒトの被験体２０であり得、処置は、ヒトの被験体２０に対して実施され得る。
【００１７】
しかしながら、器具１６は、任意の適切な処置のために、任意の被験体に対して追跡および／またはナビゲートされ得ることが理解されよう。外科的処置などの処置のための器具を、ヒトまたは生きている被験体に対して追跡またはナビゲートすることは、単なる例示的なものである。本明細書で考察されるように、選択された追跡システムで追跡される、追跡された器具１６は、器具の位置を判定することを可能にする。器具１６の判定された位置はまた、既定の選択された領域またはボリュームと比較され得る。
【００１８】
それにもかかわらず、様々な実施形態において、本明細書でさらに考察されるように、外科ナビゲーションシステム１０は、米国特許第ＲＥ４４，３０５号、同第７，６９７，９７２号、同第８，６４４，９０７号、および同第８，８４２，８９３号、ならびに米国特許出願公開第２００４／０１９９０７２号において開示されているものなどの様々な部分またはシステムを組み込むことができ、これらはすべて参照により本明細書に組み込まれる。外科ナビゲーションシステム１０と共に、またはその構成要素として使用され得る様々な構成要素は、Ｏ−ａｒｍ（登録商標）画像化システム、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）システム、コンピュータ断層撮影システムなど、被験体２０を画像化するように動作可能な画像化システム２４を含み得る。被験体支持体２６は、画像化中および／または処置中に被験体２０を支持または保持するために使用され得る。同じ支持体または異なる支持体が、処置の異なる部分に使用され得る。図１Ａに示されるように、外科用ロボットシステム２５もまた、器具の誘導または移動を支援するために提供され得る。外科用ロボットは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，ＵＳＡに事業所を置くＭｅｄｔｒｏｎｉｃ，Ｉｎｃが販売するＭａｚｏｒＸ（商標）ロボット誘導システムを含む。
【００１９】
様々な実施形態において、画像化システム２４は、線源２４ｓを含み得る。線源２４ｓは、Ｘ線を放出および／または生成し得る。Ｘ線は、被験体２０に当たる円錐ビーム中などの、円錐域２４ｃを形成し得る。Ｘ線のいくつかは通過し、いくつかは被験体２０によって減衰される。画像化システム２４は、被験体２０によって完全に減衰または遮断されていないＸ線を検出するための検出器２４ｄをさらに含み得る。したがって、画像データは、Ｘ線画像データを含み得る。さらに、画像データは、二次元（２Ｄ）画像データであり得る。
【００２０】
画像データは、上で考察される画像化システムの１つ以上を用いるなどして、外科的処置中に取得されるか、または外科的処置の前に取得され、表示デバイス３２上に画像３０が表示され得る。様々な実施形態において、取得された画像データはまた、画像データが２Ｄ画像データであっても、三次元ボリュームなどの選択されたタイプの画像データを形成または再構成するために使用され得る。
【００２１】
追跡可能な器具１６は、１つ以上の追跡システムによって追跡可能なボリュームまたはナビゲーションボリュームで追跡され得る。追跡システムは、同一の様式もしくは複数のおよび／または異なる様式もしくはモードで動作する１つ以上の複数の追跡システムを含み得る。例えば、追跡システムは、図１に示されるように、電磁（ＥＭ）ローカライザ４０を含み得る。様々な実施形態において、当業者には、光学、レーダー、超音波などを含む他の適切な追跡システムが使用され得ることが理解されよう。例えば、光学ローカライザ８２は、器具１６を追跡するために使用され得る。
【００２２】
本明細書におけるＥＭローカライザ４０および追跡システムの考察は、ナビゲーションシステム１０を用いて動作可能な追跡システムの単なる例示である。器具１６の位置は、被験体２０に対する追跡ボリューム内で追跡され得る。次に、器具１６の位置または選択された部分は、表示デバイス３２を用いてアイコン１６ｉとも呼ばれるグラフィック表現として示され得る。様々な実施形態では、アイコン１６ｉは、画像３０上に、および／または画像３０に隣接して重畳され得る。本明細書で考察されるように、ナビゲーションシステム１０は、表示デバイス３２を組み込み、選択された画像データから画像３０をレンダリングし、画像３０を表示し、器具１６の位置を判定し、アイコン１６ｉの位置を判定するなどのように動作し得る。
【００２３】
図１を参照すると、ＥＭローカライザ４０は、ローカライザ４０に組み込まれた送信コイルアレイ（ＴＣＡ）４２を用いて電磁場を生成するように動作可能である。ＴＣＡ４２は、１つ以上のコイルグループまたはアレイを含み得る。様々な実施形態では、２つ以上のグループが含まれ、グループの各々は、トリオまたはトリプレットとも呼ばれる３つのコイルを含み得る。コイルは、コイルグループのコイルを通して電流を駆動することによって電磁場を生成または形成するように電力を供給され得る。電流がコイルを通って駆動されると、生成された電磁場はコイル４２から離れて広がり、頭部２０ｈ、脊椎椎骨２０ｖ、または他の適切な部分の全部または一部を包含するような、ナビゲーションドメインまたはボリューム５０を形成する。コイルは、ＴＣＡコントローラおよび／または電源５２を介して電力を供給され得る。しかしながら、２つ以上のＥＭローカライザ４０が提供され得、それぞれが異なる選択された位置に置かれ得ることが理解されよう。
【００２４】
ナビゲーションドメインまたはボリューム５０は、一般に、ナビゲーション空間または患者空間を定義する。当技術分野で一般的に理解されているように、プローブなどの器具１６は、器具追跡デバイス５６を用いて、患者または被験体２０に対するナビゲーションドメインによって定義されるナビゲーション空間で追跡され得る。例えば、器具１６は、被験体２０に対して固定された動的基準フレーム（ＤＲＦ）または患者基準フレームトラッカー６０に対して、ユーザ１２によって、または外科用ロボットによって、および／もしくは外科用ロボットを用いるなどによって、自由に移動可能であり得る。追跡デバイス５６、６０の両方は、磁場強度を感知して、測定するために使用される感知コイル（例えば、コイル中に形成または置かれた導電性材料）、光反射器、超音波エミッタなどの適切な追跡システムを用いて追跡される追跡部分を含み得る。ＤＲＦ６０に対して器具１６に接続または関連付けられた追跡デバイス５６により、ナビゲーションシステム１０を使用して、ＤＲＦ６０に対する器具１６の位置が判定され得る。
【００２５】
ナビゲーションボリュームまたは患者空間は、被験体２０の画像３０によって定義される画像空間に位置合わせされ得、器具１６を表すアイコン１６ｉは、画像３０上に重畳されるなど、表示デバイス３２を用いてナビゲーションされた（例えば、判定された）、および追跡された位置に示され得る。画像空間への患者空間の重ね合わせ、およびＤＲＦ６０などのＤＲＦに対して追跡デバイス５６を用いるなど、追跡デバイスの位置を判定することは、米国特許第ＲＥ４４，３０５号、同第７，６９７，９７２号、同第８，６４４，９０７号、および同第８，８４２，８９３号、ならびに米国特許出願公開第２００４／０１９９０７２号に開示されているものを含めて、当技術分野で一般に知られているように実施され得、これらはすべて参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
ナビゲーションシステム１０は、ナビゲーションプロセッサシステム６６をさらに含み、および／またはナビゲーションプロセッサシステム６６と通信し得る。ナビゲーションプロセッサシステム６６は、表示デバイス３２、ＴＣＡ４０、ＴＣＡコントローラ５２への接続、ならびに他の部分および／またはそれらへの接続を含み得る。例えば、ワイヤ接続がＴＣＡコントローラ５２とナビゲーション処理ユニット７０との間に提供され得る。ナビゲーション処理ユニット７０は、様々なタイプの１つ以上のプロセッサ（例えば、アクセスされた命令を実行する汎用プロセッサおよび／または特定のプロセッサ（例えば、ＡＳＩＣ））を含み得ることが理解されよう。さらに、ナビゲーションプロセッサシステム６６は、キーボード７２（またはタッチ容量性ディスプレイ、ペン入力、マウスなどを含む他のもの）などの１つ以上のユーザ制御入力を有し、および／または、統合されるか、もしくは通信システムを介した、１つ以上のメモリシステム７４との通信からなどの追加の入力を有し得る。ナビゲーションプロセッサシステム６６は、様々な実施形態によれば、すべて参照により本明細書に組み込まれる米国特許第ＲＥ４４，３０５号、同第７，６９７，９７２号、同第８，６４４，９０７号、および同第８，８４２，８９３号、ならびに米国特許出願公開第２００４／０１９９０７２号に開示されているものを含み得るか、またはＬｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，ＣＯ．に事業所を有するＭｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃによって販売されている、市販のＳｔｅａｌｔｈＳｔａｔｉｏｎ（登録商標）またはＦｕｓｉｏｎ（商標）外科用ナビゲーションシステムも含み得る。
【００２７】
追跡デバイス５６、６０で感知された磁場に関する情報を含む追跡情報は、追跡デバイスコントローラ５２でもあり得るＴＣＡコントローラなどの通信システムを介して、ナビゲーションプロセッサ７０を含むナビゲーションプロセッサシステム６６に配信され得る。したがって、器具１６の追跡された位置は、画像３０に対するアイコン１６ｉとして示され得る。様々な他のメモリおよび処理システムはまた、ナビゲーションプロセッサ７０および／または画像処理ユニット７６と通信するメモリシステム７２を含む、プロセッサシステム６６と共に提供され、および／またはプロセッサシステム６６と通信し得る。
【００２８】
画像処理ユニット７６は、上で考察されるように、Ｏ−ａｒｍ（登録商標）画像化システムなどの画像化システム２４に組み込まれ得る。したがって、画像化システム２４は、ガントリー７８内で移動可能な線源およびＸ線検出器などの様々な部分を含み得る。画像化システム２４はまた、追跡デバイス８０で追跡され得る。しかしながら、器具追跡デバイス５６を含む追跡デバイスを追跡している間、画像化システム２４が存在する必要がないことが理解されよう。また、画像化システム２４は、ＭＲＩ、ＣＴなどを含む任意の適切な画像化システムであり得る。
【００２９】
様々な実施形態では、追跡システムは、光学ローカライザ８２を含み得る。光学ローカライザ８２は、ナビゲーションボリューム５０を観察するか、またはそれを定義もしくは包含する視野を有する１つ以上のカメラを含み得る。光学ローカライザ８２は、光（例えば、赤外線または紫外線）入力を受信して、位置を判定するか、または器具追跡デバイス５６などの追跡デバイスを追跡し得る。例えば、互いに対して固定された位置にある少なくとも２つのカメラは、器具１６の追跡デバイス５６と患者２０上のＤＲＦ６０の両方を観察することができる。重ね合わせにより、追跡システムおよびナビゲーションシステム１０は、次に、被験体２０に対する器具１６（その少なくとも一部を含む）の位置を判定し得る。一般に、位置は、ボリューム５０の視野を使用して三角測量され得る。光学ローカライザ８２は、器具１６を追跡するために、ＥＭローカライザ４０と組み合わせて、および／またはＥＭローカライザ４０の代わりに使用され得、また、ナビゲーションプロセッサシステム６６との通信ライン８３を有し得ることが理解されよう。
【００３０】
すべての追跡デバイスからの情報は、追跡された部分の互いに対する位置を判定するため、および／または画像３０に対する器具１６の位置を特定するために、ナビゲーションプロセッサ７０に伝達され得る。プロセッサ７０は、命令を実行するか、または入力ナビゲーション信号を分析して器具１６の位置を判定するように設計され得、これは、上で考察されるように当技術分野で一般的に理解されている。しかしながら、器具１６の判定された位置は、本明細書で考察されるように、様々な様式および様々な指示で、表示デバイス３２を用いて表示され得る。画像化システム２４を使用して、画像データを取得して、被験体２０の画像３０を生成または作成し得る。しかしながら、他の適切な画像化システムもまた使用され得ることが理解されよう。ＴＣＡコントローラ５２は、上で考察されるように、ＥＭローカライザ４０を動作させ、電力供給するために使用され得る。
【００３１】
表示デバイス３２で表示される画像３０は、様々な様式で被験体２０から取得された画像データに基づき得る。例えば、画像化システム２４は、画像３０を生成するために使用される画像データを取得するために使用され得る。しかしながら、選択された画像化システムで取得された画像データを使用して、画像３０を生成するために、他の適切な画像化システムが使用され得ることが理解されよう。画像化システムは、磁気共鳴撮像装置、コンピュータ断層撮像装置、および他の適切な画像化システムを含み得る。さらに、取得された画像データは、２次元または３次元データであり得、心臓リズムおよび／または呼吸サイクル中の患者の画像化など、時間変化する構成要素を有し得る。
【００３２】
様々な実施形態では、画像データは、円錐ビームで生成される２Ｄ画像データである。２Ｄ画像データを生成するために使用される円錐ビームは、Ｏ−ａｒｍ（登録商標）画像化システムなどの画像化システムの一部であり得る。次に、２Ｄ画像データを使用して、患者２０などの画像化された被験体の３Ｄ画像またはモデルを再構成し得る。再構成された３Ｄ画像および／または２Ｄ画像データに基づく画像が表示され得る。したがって、当業者には、画像３０が、選択された画像データを使用して生成され得ることが理解されよう。
【００３３】
さらに、器具１６の追跡位置として判定されるアイコン１６ｉは、画像３０に対して表示デバイス３２上で表示され得る。加えて、画像３０は、本明細書でさらに考察されるものを含む、様々な目的のために区分化され得る。画像３０の区分化は、画像内の対象または部分を判定および／または輪郭描写するために使用され得る。様々な実施形態において、輪郭描写は、椎骨２０ｖなどの画像化される患者の１つ以上の構造の境界など、画像３０内の様々な部分の境界を識別するために使用され得る。したがって、画像３０は、第１の椎骨２０ｖｉおよび第２の椎骨２０ｖｉｉなどの１つ以上の椎骨２０ｖの画像を含み得る。様々な実施形態では、輪郭描写は、例えば、アイコン２０ｖｉ’または第２のアイコン２０ｖｉｉ’などの選択されたアイコンで表現され得る。境界２０ｖｉ’、２０ｖｉｉ’は、本明細書でまたさらに考察されるように、適切な様式および様々な目的のために判定され得る。選択された人体構造部分は、椎骨間に椎間板を表示すること、および／または判定された椎骨間に椎間板があることを判定することを含み得る。例えば、様々な画像化モダリティにおいて、椎骨の骨はユーザ１２によって容易に観察されるが、椎間板の軟組織は容易にまたは直接観察され得ない。
【００３４】
図１を引き続き参照すると、被験体２０は、第１の椎骨２０ｖ１および第２の椎骨２０ｖ２などの複数の椎骨を含み得る。椎骨２０ｖは、真皮、筋肉、神経、脊髄などのような軟組織によって囲まれるか、または覆われ得る。脊椎固定術、椎間板切除術、または他の処置など、選択された処置を実施する際に、小さな切開８９が行われ得る。小さな切開は、実質的に最小または低侵襲の処置を可能にし得る。例えば、切開は、一般に、長さが約１ミリメートル（ｍｍ）〜約３センチメートル（ｃｍ）であり得る。一般に、切開は、切開サイズを最小化しながら、器具１６などの器具が選択された領域にアクセスすることを可能にし、これはまた、処置が行われている領域のユーザ１２の視野を制限し得る。脊椎固定術、脊椎減圧術などの様々な処置では、器具１６を用いて物質が除去されるか、または当てられ得る。例えば、椎骨２０ｖ１および２０ｖ２などの１つ以上の椎骨の部分が除去され得る。２つの椎骨は、第３腰椎（Ｌ３）および第４腰椎（Ｌ４）などの任意の適切な椎骨であり得る。
【００３５】
図１に示されるように、画像３０は、被験体２０の他の組織と共に、被験体の椎骨を含み得る。本明細書でさらに考察されるように、椎骨の図は、画像化システム２４、または任意の適切な画像化システム、または三次元再構成など、選択された再構成を用いて取得された画像を含み得る。
【００３６】
様々な実施形態では、画像化システム２４、または任意の適切な画像化システムは、選択された画像を分析し、操作することを可能にするために使用され得る画像処理ユニット７６を含み得る。画像は、画像化システム２４を用いて記憶され、および／または選択された画像メモリ９０中に記憶され得る。さらに、追跡、位置合わせなどの様々な命令は、ナビゲーションメモリ７４中に記憶され得る。
【００３７】
図１を引き続き参照すると、減圧術、骨棘除去、腫瘍除去などの選択された処置の間に、被験体２０の選択された部分を除去する処置が発生し得る。処置中に、被験体２０の選択された領域に対して、ナビゲートされた器具１６などの選択された器具の接触を最小限に抑えるか、もしくは排除することを試みるか、または確実にすることが選択され得る。様々な実施形態において、減圧術または腫瘍除去は、椎骨２０ｖ１または２０ｖ２うちの１つ以上に対して発生し得る。しかしながら、椎骨２０ｖは、一般に、被験体２０の脊髄から様々な部分に延在する脊髄および神経根または神経束などの、神経組織および神経束の近傍にあることが理解されよう。神経組織内部への器具の接触または移動を排除しようとする、ユーザ１２などによって選択され得る。
【００３８】
例えば、図２をさらに参照すると、椎骨２０Ｖ１は、画像化椎骨２０ｖｉとして画像３０に含まれ得る。椎骨２０ｖは、椎体１００、第１の椎弓根１０４、第２の椎弓根１０５、棘突起１０８、椎間関節、椎弓板、および横突起１１２などの様々な人体構造的特徴を含み得る。上で考察されるように、様々な人体構造部分を含む椎骨２０ｖｉは、椎孔１１６を取り囲むか、または定義し得る。椎孔１１６内に、脊髄（特に図示されていない）が位置し得る。脊髄は、被験体２０の頭部２０ｈの近傍から、全椎骨の椎孔１１６を通って、人体構造の様々な部分まで延在し得る。神経束または神経根は、椎弓根１０４、１０５の近傍の脊髄から延在し得る。したがって、椎弓根１０４、１０５および／または椎体１００の近傍のインピンジメントまたは骨増殖は、神経束または神経根域１２０内に拡大し得る。骨棘または腫瘍などの骨増殖の除去は、神経束への圧力を軽減するために選択され得る。
【００３９】
選択された処置の間、ユーザ１２および／または外科用ロボットは、器具１６を動かして、骨除去処置を実施し得る。様々な実施形態において、器具１６は、作業端１３０（図１）を含み得る。作業端１３０は、バー（ｂｕｒｒ）、グレータ（ｇｒａｔｅｒ）、カッターなどの任意の適切な作業端を含み得る。作業端１３０は、骨棘または腫瘍などの人体構造の選択された部分に対して位置付けられて、人体構造の選択された部分を除去し得る。したがって、減圧処置では、脊髄を含む神経束から圧力が除去され、脊柱管１１６のボリュームもしくは領域、または神経束が出る椎弓根１０４の近傍の領域を増加させ得る。
【００４０】
器具１６は、光学ローカライザ８２および／またはＥＭローカライザ４０を含む適切な追跡システムを備えた追跡デバイス５６で追跡され得る。器具１６の既知の形状は、上で考察されるように当技術分野で理解されているように、追跡デバイスが遠位端１３０に固定されていない場合でも、追跡デバイス５６に対する作業端１３０の位置の判定を可能にする。しかしながら、任意の適切なナビゲーションシステムが使用され、追跡デバイス５６を用いて器具１６の位置を追跡することが理解されよう。様々な実施形態では、追跡デバイス５６は、光学ローカライザ８２のカメラによって観察可能な１つ以上の要素（例えば球体）を含み得る。したがって、ユーザ１２は、ナビゲーションシステム１０で追跡されている間、作業端１３０を含む器具１６を動かし得る。上で考察されるように、患者２０は、追跡された器具１６の位置がアイコン１６ｉなどで画像３０に対して示され得るように、画像３０に位置合わせされ得る。さらに、作業端１３０などの器具の特定の部分も追跡され得、作業端アイコン１３０ｉなどの適切なアイコンで示され得る。
【００４１】
ユーザ１２はまた、椎骨２０ｖ１および２０ｖ２、ならびに脊柱管１１６内の神経束など、人体構造に対して選択された領域を具体的に定義し得る。事前定義された領域は、画像３０または他の適切な定義もしくは識別の領域もしくは方法を使用して、椎骨２０ｖに対して定義され得る。
【００４２】
図１および図２を引き続き参照すると、ユーザ１２は、計画段階中の外科的処置または他の適切な処置の直前など、任意の適切な時間に画像３０を観察し得る。計画段階は、処置の数時間もしくは数日前、または任意の適切な時点など、被験体２０内に器具を配置する前の任意の時点であり得る。それにもかかわらず、計画段階中に、ユーザ１２は、作業領域または計画された作業領域、ならびに非作業領域または計画されていない作業領域を定義し得る。領域を定義する際に、ユーザ１２は、画像３０または任意の適切な部分を観察して、選択された領域を定義し得る。例えば、図２に示されるように、ユーザは、椎孔１１６内の領域を、進入禁止または計画されていない進入領域１４０として定義し得る。ユーザ１２はまた、計画された進入領域１４２として、椎弓根１０４、１０５の近傍の領域を定義し得る。しかしながら、当業者によって理解されるように、神経束が椎弓根１０４、１０５の近傍の、またはそれらに隣接する開口部を通って椎孔１１６を出る場所の近傍に、椎弓根１０４、１０５があり得る。したがって、ユーザ１２は、第２のまたは追加の進入禁止または計画されていない進入領域１４６を定義し得る。ユーザ１２はさらに、画像３０内の他の領域を進入または進入禁止領域として定義し得る。領域またはボリューム１４０、１４２、１４６のそれぞれは、個別の縁部または境界で定義され得る。
【００４３】
ユーザは、キーボード、マウス、または指などを含む、選択された入力７２を使用して領域を定義し得る。さらに、コンピュータアルゴリズムが選択された領域を定義し得る。例えば、表示デバイス３２は、容量性ディスプレイおよび／または選択された入力ペンなどによるタッチ入力を受け入れ得る。ユーザ１２は、領域またはボリュームを追跡し、選択された処置についての領域またはボリュームを進入または進入禁止領域として定義し得る。画像３０は、選択された処置中に患者または被験体２０に位置合わせされるので、定義された領域１４０、１４２、１４６は、次に、被験体２０の被験体空間において判定され得る。器具１６を追跡するとき、ナビゲーションシステム１０は、次に、器具１６、または作業端１３０などのその少なくとも一部が、既定の領域またはボリューム１４０、１４２、１４６のうちの１つにあるかどうかを判定し得る。したがって、ナビゲーション処理ユニット７０は、記憶され得る画像にアクセスし、それらを、本明細書でさらに考察されるように、作業端１３０を含む器具１６の追跡された位置と比較し得る。
【００４４】
ユーザ１２はまた、定義された境界またはボリューム１４０、１４２、１４６からの選択される距離を定義し得る。例えば、接近領域または距離は、０．１ｍｍ〜約１ｍｍの増分を含み得る。例えば、椎孔１１６の境界１４０は、ユーザ１２によって定義され得る。また、ユーザによって定義されても、および／またはナビゲーションシステム１０によって定義されても、定義された領域１４０に対する接近距離または境界であり得る。接近距離は、器具１６が定義された領域１４０に向かって移動するが、まだ領域１４０に係合していないか、または当たっていないときに、ユーザ１２への通知または指示を判定するために使用され得る。したがって、漸進または増分距離測定は、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍなどの任意の適切な増分であり得る。さらに、領域１４０からの最大距離は、計画された進入領域１４２とは別の通知不要領域または安全領域として定義され得る。例えば、０．５ｃｍ〜約１．５ｃｍの最大距離は、ユーザ１２によって判定され、および／またはナビゲーションシステム１０によって事前定義され得る。したがって、本明細書でさらに考察されるように、器具１６が追跡され、器具１６の位置が、領域１４０を定義する境界を含む、領域１４０から最小距離（例えば、少なくとも１ｃｍ）離れた外側にあると判定されるとき、器具１６が進入禁止領域１４０に近接または密接しているという指示がユーザに提供されない場合がある。しかしながら、器具が最小距離またはフェンスを通過すると、ユーザ１２は、器具１６が既定の領域に近接しているという指示を提供され得る。
【００４５】
図１および図２を引き続き参照すると、ユーザ１２は、進入禁止領域またはボリューム１４０、１４６、および計画された進入領域またはボリューム１４２など、選択された領域またはボリュームを判定した後に処置を実施し得る。ボリューム１４０、１４２、１４６のそれぞれは、ユーザ１２またはコンピュータアルゴリズムによって定義された境界またはボーダーを含み得る。次に、ユーザ１２および／または外科用ロボットは、作業端１３０を含む追跡された器具１６を使用して、作業端１３０を計画された進入領域１４２に向かって移動させ得る。器具１６が、椎骨２０ｖの近傍など、被験体２０の領域に向かって移動すると、表示デバイス３２上で指示が行われ得る。
【００４６】
指示は、１つ以上のビューの様々な指示を含み得る。一般に、指示は、表示デバイス３２で表示される視覚的に知覚可能な指示を含み得る。指示は、画像３０に対して、および／または画像３０上に直接表示され得る。指示は、器具１６および／または作業端１３０の相対的に追跡された位置の視覚的な指示をユーザ１２に提供する。指示は、色、サイズ、不透明度、グラデーションなどの視覚的表現であり得る。
【００４７】
例えば、図２に示されるように、表示デバイス３２は、複数のウィンドウビュー中に画像３０を含み得る。例えば、画像３０のアキシャルビュー２００を表示し得、画像３０のサジタルビュー２１０を表示し得、ウィンドウ２１６中に画像３０の３Ｄモデルを表示し得る。ディスプレイ２００、２１０、２１６の各々は、ユーザ１２への参照のために、画像３０の選択されたビューを表示し得る。ビューの各々は、それに関連する指示を含み得る。本明細書で考察されるように、指示は、画像上に直接、および／または画像３０から距離をおいて配置され得る。指示は、１つ以上の事前定義された領域１４０〜１４６に対する器具１６の追跡された位置に関するものである。
【００４８】
指示は、それぞれのビューウィンドウ２００、２１０、２１６に指示バーまたは部分２２０、２２２、または２２４を含み得る。バーは、表示ウィンドウに対して水平方向に伸び、および／または視覚的な様式（例えば、色、不透明度、グラデーションなど）で変化するなど、任意の適切な様式でそれぞれのウィンドウに位置付けられ得る。したがって、本明細書でさらに考察されるように、指示２２０、２２２、２２４は、器具１６の追跡位置に応じて、サイズが大きくなり、色が変化するなどがあり得る。さらに、別のウィンドウ２２８は、他のウィンドウの１つ以上に対して表示デバイス３２上に位置付けられ、全体指示２３２を提供し得、近接アラートまたは近接指示２３４などのラベルを含み得る。近接指示ウィンドウ２２８のインジケータ２３２は、１つ以上の進入禁止領域１４０、１４６に対するいずれかのインジケータのうちの最大または最も近い指示を含み得る。したがって、インジケータ２２０、２２２、２２４を含む個々のウィンドウの各々は、それぞれのビューの各々における定義された領域に対する器具１６の位置に関する指示を含み得るが、近接指示２３２は、椎骨２０ｖおよび被験体２０の三次元的性質を考慮して、異なるビュー間で変化し得る全体的に最も近い指示を提供し得る。さらに、可聴指示は、事前定義された境界またはボーダーに関連して使用され得る。
【００４９】
図２を引き続き参照すると、指示は、画像３０において、または直接画像上に指示をさらに含み得る。例えば、図２に示されるように、椎弓根１０４、１０５の近傍、およびユーザによって定義された領域１４０、１４２、１４６の周りの棘突起１０８の近傍で、画像３０は、色分けされているか、または別様に周囲の領域と視覚的に区別可能であるように表示され得る。例えば、インジケータ２２０は、画像３０の色分け部分として増強されるか、または代替的に提供され得る。したがって、画像３０は、椎弓根１４０の近傍の指示着色またはマーキング２４０、椎弓根１０５またはその近傍における着色または指示２４２、および棘突起１０８またはその近傍における着色または指示２４４を含み得る。直接指示２４０、２４２、２４４の各々は、定義された領域１４０、１４２、１４６に対する器具１６の追跡された位置に基づいて（例えば、色の変化、暗さの変化、視覚的指示の変化、可聴アラートの変化など）変化し得る。例えば、指示２２０、２２２、２２４、２３２と同様に、直接画像指示２４０、２４２、２４４は、器具が、それぞれのビューで進入禁止領域１４６に向かって移動するにつれ、色を暗くするか、または黄色などの第１の色から、赤などのより暗いまたは第２の色に、色を変え得る。可聴指示が与えられると、可聴指示のタイプ、周波数、音量などもまた、色の変化ではなく、および／またはそれに加えて変化し得る。
【００５０】
ロボット２５はまた、上記の視覚的インジケータではなく、指示を与えるために提供され得、指示は、ユーザ１２へのフィードバック（例えば、触覚フィードバックまたは力フィードバック）であり得、および／またはロボット２５自体による配置または動きを制限し得る。ロボット２５は、例えば、ロボット２５のマニピュレータ内および／またはガイド部分内の器具を用いて、ユーザ１２によって動かされ得る。したがって、ロボット２５は、上で考察されるように、定義領域またはボリュームに対して器具１６を移動させるためにロボット２５が動かされると、ユーザ１２に触覚フィードバックなどで、ユーザに指示を提供するために使用され得る。触覚フィードバックの種類または強度は変更し得る。さらに、ロボット２５は、定義された領域またはボリューム１４０、１４２、１４６に対して器具１６の動き（例えば、動きを停止する）を制限するように構成および操作され得る。
【００５１】
しかしながら、図２に示されるように、器具１６が椎弓根１０５などの選択された部分のみの近傍にある場合、指示２４２のその部分のみが、器具１６の追跡された位置のために外観を変化させるか、または変更し得る。したがって、指示２４０、２４４は、実質的に変更されないままであり得、画像３０に対して、作業端１３０を含む、器具１６の可能な位置について、通常監視されている領域のみを識別する。さらに、ユーザ１２および／またはナビゲーションシステム１０は、追跡されるか、または指示で識別される器具１６の選択された部分を自動的に判定することが理解されよう。例えば、ユーザ１２は、インジケータで示される器具１６の関連部分として作業端１３０を識別し得るが、作業端１３０に接続されたシャフトは、それほど重要ではないか、またはユーザへ提供する指示に関連しないと識別され得る。
【００５２】
本明細書でさらに考察されるように、色または色密度などの視覚的外観において様々な指示が変更され得、進入禁止ボリューム１４６など、選択された事前定義された領域またはボリュームに対する作業端１３０の追跡位置の指示をユーザ１２に提供することができる。上で考察されるように、作業端１３０が、定義された進入禁止ボリューム１４６から１ｃｍ離れるなど、境界に向かってまたは境界を越えて移動すると、作業端１３０が進入禁止領域に近づき続けるにつれて、インジケータが現れ、変化し始め得る。図２に示されるように、ほとんどの向きにおいて、器具１６の作業端１３０は、実質的に、境界の近傍または境界内にはなく、したがって、ほとんどのビューにおいて、指示は低いか、または提示されない。
【００５３】
しかしながら、図３を参照すると、器具１６がユーザ１２および／または外科用ロボットによって移動されると、それぞれの、または様々な指示はまた、外観を変化させまたは変更して、進入禁止１４６または進入禁止１４０に対する作業端１３０の追跡された位置のフィードバックおよび指示をユーザ１２へ提供し得る。図３のアキシャルビューに示されているように、作業端アイコン１３０ｉは、椎孔１１６および既定の進入禁止ボリューム１４０の近傍にある。したがって、指示２２０は、画像３０に対して寸法が増加され、変化した色または視覚的指示も含み得る。様々な例において、インジケータ２２０の最初の部分は、明るい色または黄色２２０ｉを含み得る。インジケータ２２０が伸びるにつれて、インジケータは、黄色から赤（オレンジを含む）へのグラデーションおよび赤色部分２２０ｒを含むなどして、寸法が増加し、色が変化し得る。
【００５４】
したがって、インジケータ２２０は、作業端１３０が既定の進入禁止領域１４０の近傍にあるという、複数の視覚的指示または可聴指示をユーザ１２に提供し得る。インジケータ２２０の変化を考慮して、全体近接インジケータ２３２も同様に色および寸法が変化し得る。しかしながら、サジタルビューおよびそれによって提示されるそれぞれの向きにおいて、インジケータ２２２は、作業端１３０の相対位置を考慮して、変化しない場合がある。したがって、様々なビューにおいて、作業端アイコン１３０ｉは、事前定義された進入または進入禁止領域に対して異なる位置にあり得、それぞれのインジケータもまた異なり得る。したがって、３Ｄビュー２１６はまた、ユーザ１２の観察用に色、サイズ、および／または不透明度の変化を含む、インジケータ２２４の変化を示すか、またはそれを有し得る。しかしながら、ユーザ１２はまた、視覚的インジケータが変化したという聴覚的指示などの指示を提供することができるアシスタントを有し得ることが理解されよう。さらに、ナビゲーションシステムは、ユーザ１２に聴覚的指示および触覚的指示（例えば、器具１６を介した触覚フィードバック）などの追加の指示、ならびに／またはユーザ１２に外科用ロボットを提供し得る。
【００５５】
図４を参照すると、器具１６が移動されるにつれて、様々なインジケータが変化し得る。例えば、アイコン１３０ｉによって表される作業端１３０が、椎孔１１６のボリューム１４０などの選択された進入禁止領域から離れて移動するときに、インジケータ２２０は、サイズが元に戻るか、またはサイズが縮小し、および色が変化し得る。同様に、直接画像指示２４０、２４４、２４２もまた、色または指示が明るく（例えば、黄色）なり、および／または最初の非近接指示に戻り得る。しかしながら、サジタルビューウィンドウ２１０では、インジケータ２２２は、上で考察されるように、異なるサイズ、色などを含むように変化した可能性がある。同様に、全体近接指示２３２は、インジケータ２２２を考慮して、変化し得る。三次元ビューインジケータ２２４はまた、選択された事前定義された領域またはボリュームに対する作業端１３０の近接性を示し得る。したがって、ユーザ１２および／または外科用ロボットが、ナビゲーションシステム１０で追跡される器具１６を移動すると、表示デバイス３２上のインジケータは、そこに表示される異なるビューまたはビューウィンドウに対して変化し得る。したがって、ユーザ１２は、器具１２の追跡された位置および異なる事前定義された領域に対する近接性に関して、実質的にリアルタイムなどで継続的に更新され得る。
【００５６】
図５を参照すると、器具は、減圧処置などの処置が終わりに近づくなどで、さらに移動され得る。処置がほぼ完了すると、器具１６は椎骨２０ｖから離れるように移動され得る。器具が離れるように移動されるにつれて、様々なウィンドウ内の様々なインジケータ２２０、２２２、２２４、２３２は、すべてサイズが縮小され、および／または色が予備の色または初期の色に変化し得る。同様に、直接画像インジケータ２４０、２４２、２４４もまた、すべて、初期の色、不透明度などに変化または戻り得る。直接画像インジケータ２４０、２４２、２４４もまた、任意の適切なビュー２００、２１０、２１６で提供され得ることが理解されよう。
【００５７】
したがって、ユーザ１２が被験体２０に対して処置を実施すると、骨除去、椎間板除去、軟組織切除などの任意の適切な処置を実施するために、選択されたウィンドウ中のインジケータおよび／または直接画像インジケータを含む様々なインジケータが、事前定義された領域またはボリュームに対する器具の追跡位置および／またはその縁部または境界に対する事前定義された距離の視覚的または聴覚的指示をユーザ１２に提供するように変化させまたは変更し得る。したがって、ユーザ１２は、選択された事前定義された領域に対する作業端１３０の絶対追跡位置の追加の視覚的インジケータと共に、器具１６および作業端１３０の追跡位置をそれぞれ表すアイコン１６ｉと１３０ｉの両方を観察し得る。器具１６は、被験体内の任意の選択された物質を移動および／または除去するために使用され得る。インジケータは、画像に対して固定され得るが、色、不透明度、サイズなどを変えて、ユーザ１２に指示を提供し得る。したがって、ユーザ１２は、被験体２０の事前定義された領域またはボリュームに対する器具１６の作業端１３０の追跡された位置に関する実質的に即時のフィードバックを提供され得る。したがって、ユーザ１２は、表示デバイス３２上の器具１６および作業端１３０を表すアイコンに加えて指示を提供されるので、処置は、実質的に効率的に実施され得る。
【００５８】
例示的な実施形態は、本開示が当業者にその範囲を徹底的に、かつ完全に伝えるように提供される。本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、特定の構成要素、デバイス、および方法の例など、多数の特定の詳細が記載されている。特定の詳細が採用される必要がないこと、例示的な実施形態は多くの異なる形態で具体化され得ること、およびいずれも本開示の範囲を制限するように解釈されるべきではないことは、当業者には明らかであろう。いくつかの例示的な実施形態では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、および周知の技術は、詳細に説明されていない。
【００５９】
実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提供されている。それは、網羅的であることを意図したものではなく、また、本開示を限定することを意図したものではない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、概して、その特定の実施形態に限定されるものではないが、適用可能な場合には、具体的に示されていない、または説明されていない場合でも、交換可能であり、選択された実施形態で使用することができる。また、それらは、多くの点で多様であり得る。そのような変形は、本開示からの逸脱とみなされるべきではなく、そのような変形はすべて本開示の範囲内に含まれることが意図されている。
【図１】
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【図１Ａ】
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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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