(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ）超音波ビーム軸と一致する軸（１１）及びマーカー（１２）として使用される少なくとも三つのエネルギー放出、受容又は反射手段（７）を備えた超音波装置（３）；
Ｂ）空間の三次元基準座標系（２）を基準としてマーカー（１２）の位置を測定するための位置測定装置（４）；及び
Ｃ）超音波装置（３）及び位置測定装置（４）に接続された少なくとも一つのコンピュータ（５）を含む、ヒト又は動物の器官の表面上かつ三次元基準座標系（２）内の位置の座標の経皮的獲得用の装置であって、
Ｄ）超音波装置（３）が超音波ビームを集中するための集中手段（２５）を更に含み、
Ｅ）本装置が、孔を有するプレキシグラス（登録商標）から構成される較正ユニットをさらに含み、較正ユニットに挿入される場合の受けた超音波シグナルを使用することによってシグナルテンプレートを確立させ、
Ｆ）コンピュータ（５）が、受けた測定シグナルと前記テンプレートとの比較によって、また相互相関アルゴリズム（ＸＣＯＲＲ）を使用することによって、反射超音波シグナルの生のシグナル分析を通じてリアルタイム的に信号処理を実行することを特徴とする前記装置。
【請求項２】
集中手段（２５）が少なくとも一つのレンズ（１０）を含み、その結果、超音波ビームがシグナルの品質及び正確さを増大するために高度に集中可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
レンズ（１０）が脱着可能な流体入りのレンズ（１０）からなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
レンズ（１０）が脱着可能な水入りのレンズ（１０）からなることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
超音波ビームが１ｍｍから８０ｍｍまでの深さの範囲にわたって１ｍｍ方位分解能に集中可能であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
超音波装置（３）が超音波によりエネルギーを交互に放出し、受容するトランスジューサー（９）を更に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
超音波装置（３）がコンピュータ（５）により制御され、かつトランスジューサー（９）を電気的に刺激するとともにトランスジューサー（９）から受けた超音波のエコーを受け取り、増幅する機能を有する組み合わせパルサー／レシーバユニット（６）を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
超音波装置（３）が組み合わせパルサー／レシーバユニット（６）から受けた増幅されたアナログシグナルをデジタルシグナルに変換するコンバーター装置（８）を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
超音波装置（３）が軸（１１）の方向に沿って出たり戻ったりする超音波によりエネルギーを放出し、受け取ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
コンピュータ（５）が超音波装置（３）及び位置測定装置（４）から受けたシグナルを含むシグナル処理を実時間で行なうことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
コンピュータ（５）がリアルタイムデータ処理を得るために高速アナログ−デジタル（ＡＤＣ）ボード（１６）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
コンピュータ５がリアルタイムデータ処理を得るために充分に速い中央演算処理装置（ＣＰＵ）、例えばＭＭＸ（登録商標）  Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）  １６６を備えていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
トランスジューサー（９）が放出された超音波の侵入の所望の深さで超音波ビームの所望の距離分解能を可能にする特定の周波数を与えることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
トランスジューサー（９）が１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲内の周波数を与えることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
パルサー／レシーバユニット（６）が８０〜１２０μＪの量のエネルギー放出でパルスを開始することを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
較正ユニットが、孔を有するプレキシグラス（登録商標）から構成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
孔が超音波装置（３）の直径を有することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
較正ユニットが中央で孔あけされた孔を成形された立方体であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の装置。
【請求項１９】
孔の下部から構成ユニットの下部までの距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は請求の範囲第１項の前文に特定されたヒト又は動物の器官の表面上かつ三次元座標系内の位置の座標の経皮的獲得用の装置及び請求の範囲第２１項の前文に特定されたヒト又は動物の器官の表面上かつ三次元座標系内の位置の座標の経皮的獲得方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
医療イメージングは修正、修復又は交換を必要とする筋骨格構造の状態を見るために整形法で広範に使用されている。面Ｘ線、Ｘ線計算機断層撮影（ＣＴ）及び磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）は外科的介入を診断し、計画するのに手術前に使用される画像方法である。外科手術室へのこのデータの移送が依然として主として直観的である。コンピュータ補助手術（ＣＡＳ）、像案内手術及び医療ロボットが手術前又は手術間に獲得された像を使用する医療イメージングと外科医に患者に対する外科装置の配向を実時間で見ることを可能にする外科的行動の間の定量的リンクを与える。これは外科医に通常隠れた解剖学的構造に関する道具移動を正確に操り、計画する手段を与える。
【０００３】
コンピュータ補助手術（ＣＡＳ）における主要な問題は患者の手術間の位置と医療画像のデータの間の関係を確立することである。オンサイト座標系内の座標から画像座標への変換を計算するプロセスが“記録”又は“マッチング”と称される。
【０００４】
コンピュータ補助手術（ＣＡＳ）の新分野では、軽量“動的基準ベース”が外科医に有益な画像発生データを失わないで複雑な操作に応じて患者を自由に操作することを可能にする。記録又はマッチングは医療画像基準フレーム中及び位置測定装置からのスペース中のオンサイト三次元座標系中の位置の座標を得ることを意味する。しかしながら、現在、この記録プロセスは観血的であり、外科医が骨中に移植された基準マーカー又は位置決め装置でデジタル化されている骨表面上の特定の前もって決められた目標〔Ｎｏｌｔｅ〕に直接接近することを必要とする。最近の開発は外科医が位置決め装置で骨の幾つかの位置を得ることを可能にし、この“位置の集団”が最適化アルゴリズム〔Ｇｏｎｇ〕〔Ｂａｃｈｌｅｒ〕により骨表面の医療画像（例えば、計算機断層撮影ＣＴ）に数学的にフィットし得る。このプロセスが“表面マッチング”と称される。
【０００５】
“表面マッチング”はＣＡＳシステムの融通性を大いに改良したが、それは大切開又は皮膚に孔をあけ、骨の表面に触れる経皮ニードルを必要とする。整形手術は軟組織の下に深く隠れた骨への相互作用をしばしば伴うので、開放操作は重大な感染のリスク及び長い回復時間の両方を意味し得る。最小の観血的記録に実用的な方法が開発されたならば、ＣＡＳ技術の有用性を大いに拡大するのに明らかな潜在性がある。
【０００６】
ＣＩＮＱＵＩＮの米国特許第５，４４７，１５４号明細書により、器官の位置を測定する方法が知られている。この既知の発明は外科の分野に関するものであり、更に特別には治療又は診断の道具を三次元画像の関数として位置決めするための方法及び装置に関するものであり、これらの画像は患者の器官のＸ線計算機断層撮影（ＣＴ）スキャナー又は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）で記録された手術前の画像であってもよい。この目的のために、この既知の発明は手術中に関係する器官の三次元表面位置のまばらなセットを与える装置の使用を提供する。次いで、これらの表面位置が器官の表面形態に関する更に詳しい情報を含む三次元関数画像で記録（マッチング）される。器官の三次元表面位置のまばらなセットを手術の間に得るために、その発明はエコー検査プローブの使用を提供する。器官表面は超音波プローブにより与えられた再構築された二次元“画像スライス”を分析することにより得られる。超音波プローブ及び器官の両方が患者に関して３Ｄ空間における同定された表面位置の計算を可能にする三次元位置トラッキング装置を取り付けられる。
【０００７】
ＥＭＭＥＮＥＧＧＥＲらのＷＯ９８／０８１１２により、超音波画像の記録装置が知られている。これらの超音波画像の位置は超音波ヘッドの位置及び配向を測定することによりスペース中の任意の空間三次元座標系に関して特異に特定される。この既知の装置は手により自由に移動し得る超音波ヘッド、超音波記録装置及び超音波ヘッドの位置を測定するための三次元位置測定システムを含む。超音波ヘッドの位置のこの測定は超音波ヘッドに固定されたマーカーにより与えられた少なくとも三つの位置の長さの測定により行なわれる。長さの測定は超音波ヘッドに取り付けられたマーカーと位置測定システムの一部であるセンサーの間の電磁エネルギーの互換により、また電磁波の干渉現象の利用により、かつ／又は運転期間の測定により実現される。この既知の装置の一つの好ましい実施態様において、超音波ヘッドの位置の測定は外注の位置測定システムＯＰＴＯＴＲＡＫ（Ｎｏｒｔｈｅｒｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ，  Ｗａｔｅｒｌｏｏ，  Ｏｎ．）により行なわれる。
【０００８】
これらの既知の方法及び既知の装置の欠点は器官の表面の位置を手術の間に同定するための再構築された超音波画像の使用である。ノイズのある超音波発生画像からの器官の表面の同定は困難である。正確な解剖学的構造輪郭に関する多くの情報が画像再構築及びビデオシグナルへの変換並びにこのシグナルのデジタル化中に失われる。超音波システムは一般に軟組織を画像形成してそれらを音響インピーダンスの小さい変化に感受性にするように設計される。これはかなりの量の“ノイズ”を構築された画像中に生じ、骨の表面を不明瞭にする。これらのシステムのビデオアウトプットを使用すると、シグナルを更に劣化する。次いで画像が手動でセグメント化される（即ち、骨の表面を見つける）必要があり、これがオペレーターインプットを必要とする。画像が一旦セグメント化されると、表面位置が手術前に獲得されたＣＴ画像の座標系に自動的にフィットし得る。
【０００９】
（発明の開示）
本発明の目的は集中された一次元超音波ビームにより行なわれた反射超音波シグナルの直接のシグナル分析によりオンサイト座標系内のヒト又は動物の器官の表面の位置の同定を可能にする装置を提供することである。
【００１０】
本発明は請求の範囲第１項の特徴を与えるヒト又は動物の器官の表面上かつ三次元座標系内の位置の座標の経皮的獲得用の装置及び請求の範囲第２１項の特徴を与えるヒト又は動物の器官の表面上かつ三次元座標系内の位置の座標の経皮的獲得方法により上記問題を解決する。
【００１１】
その装置は“対位置”マッチング〔Ｎｏｌｔｅ〕又は医療画像を物体に表面マッチングするのに使用される器官表面の“位置の集団”〔Ｇｏｎｇ〕〔Ｂａｃｈｌｅｒ〕に使用される特定の解剖学的目標（例えば、きょく突起、左右の上関節突起）を得るための簡単な位置決め装置と同様の様式で使用される。
【００１２】
本発明の装置は下記の利点を与える。
ａ）集中された一次元超音波ビームにより行なわれた反射超音波シグナルの生のシグナル分析が解剖学的表面位置に関する更に正確な情報を与え；
ｂ）生のシグナル分析が実時間で行なわれ；
ｃ）所望の深さにおける、狭いビーム幅が“分散された”シグナルの検出を最小にし；かつ
ｄ）シグナル分析が０．５ｍｍの軸方向の正確さで解剖学的骨輪郭位置を与え、かつ１ｍｍ以下の正確さで３Ｄ座標系中の表面位置の配置を与える。
【００１３】
骨の表面上かつ三次元座標系内の位置の座標の経皮的獲得用の装置は、
Ａ）超音波ビームを軸に沿って送る超音波装置及び少なくとも三つの非共線形に配置されたマーカー；
Ｂ）三次元基準座標系（これはオンサイト座標系であってもよい）を基準としてマーカーの位置を測定するための位置測定装置；及び
Ｃ）超音波装置及び位置測定装置に接続されたコンピュータ（超音波装置及び位置測定装置から受けたデータから座標を評価するためのソフトウェアを備えている）
を含み；それにより
Ｄ）超音波装置が超音波ビームを集中するための集中手段を含む。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
前記マーカーは使用される位置測定装置に応じてエネルギー放出、受容又は反射手段である。例えば、エネルギー放出手段として、
−光源；
−光放出ダイオード（ＬＥＤ）；
−赤外線放出ダイオード（ＩＲＥＤ）；
−音響トランスミッター；もしくは
−磁界を確立するためのコイル；又は
エネルギー受容手段として、
−フォトダイオード；
−マイクロフォン；もしくは
−ホール効果コンポーネント
が設置されてもよい。
【００１５】
更に、前記超音波装置は
超音波によりエネルギーを交互に放出し、受容するトランスジューサー；
コンピュータにより制御され、かつこのトランスジューサーを電気的に刺激するとともにトランスジューサーから受けた超音波シグナルのエコーを受け取り、増幅する機能を有する組み合わせパルサー／レシーバユニット；及び
この組み合わせパルサー／レシーバユニットから受けた増幅されたアナログシグナルをデジタルシグナルに変換するコンバーター手段
を含む。
【００１６】
前記超音波装置は軸に沿って超音波によりエネルギーを放出し、受容する。一次元超音波の受容はシグナル処理を殆ど必要とせず、それ故、装置の速度を大いに増大する。超音波装置の二三の必要とされるコンポーネントが既存のコンピュータ補助手術システム（ＣＡＳ）へのその装置の組み込みを促進する。
【００１７】
器官、特に骨の表面の位置（その位置は三次元座標系内の座標にあることが所望される）は骨の表面との超音波装置の超音波ビーム軸の交点の位置により特定される。超音波プローブの座標系内の位置の配置が超音波プローブ及びコンピュータによる受けたシグナルの評価並びに位置測定装置により測定されるマーカーの位置により測定される。オンサイト座標系内の座標への超音波プローブの座標系内の位置の座標の変換は、コンピュータによる座標変換により行なわれる。
【００１８】
本発明の装置の更に別の実施態様において、コンピュータが実時間のデータ処理を得るために、高速アナログ−デジタルコンバーターボード（ＡＤＣ）、高速プロセッサー及び注文のシグナル分析ソフトウェアを備えている。
【００１９】
前記トランスジューサーは放出された超音波の侵入の所望の深さで超音波ビームの所望の軸方向の解像度を可能にする特定の周波数ｆを備えていることが好ましい。軸方向の解像度は、二つの異なるエコーが軸方向で互いに区別し得る最小距離である。それは超音波ビームの波長ｌに依存し、それにより波長ｌは
ｌ＝ｃ／ｆ
（式中、ｃは音波の平均速度である）
により周波数ｆに依存する。
【００２０】
１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲内、好ましくは４ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内のトランスジューサーの周波数ｆを使用することにより、骨表面上の位置を得るのに好適な結果が得られる。
【００２１】
高周波数ｆは良好な分解能を与えるが、組織中で低周波数ｆよりも速く減衰される。結果として、組織に侵入する平均周波数は、それが組織中に更に深く移動するにつれて更に低くなる。こうして、所定の深さまで侵入する最高周波数が最良の距離分解能を得るために選ばれる。
方位分解能はシグナルの深さにつれて変化するが、−９ｄＢポイントで１ｍｍ未満である。
【００２２】
超音波ビームは
Ｎ＝Ｄ２＊ｆ／４ｃ
（式中、Ｄはトランスジューサーの直径であり、かつＮは近視野の長さである）により示される近視野領域内に集中し得る。
高周波数かつ大直径トランスジューサーでは、ビームが更にタイトに集中され、良好な方位分解能を生じ得る。
【００２３】
本発明の装置の更に好ましい実施態様において、トランスジューサーは１２．７ｍｍの直径を有する。この直径は用途に依存する。より小さい直径は浅い深さに適している。
【００２４】
更に、本超音波装置は超音波ビームがシグナル品質及び正確さを増大するために更に集中し得るようなレンズを備えていてもよい。レンズ又はレンズの組は１〜８０ｍｍの範囲にわたって１ｍｍ未満の方位分解能まで集中することを可能にする。好ましい実施態様において、これらのレンズは−９ｄＢで１ｍｍの方位分解能で超音波ビーム５−３０ｍｍ及び２５−７５ｍｍを集中する、二つの脱着可能なアキシコン（ａｘｉｃｏｎ）レンズからなる。これらのレンズはスクリューキャップで超音波装置に一度に取り付けられ、皮膚との最適の界面を有するように、即ち、最大エネルギーを組織に移すことを可能にするように設計される。
本発明の装置の別の実施態様において、１０ＭＨｚ超音波装置が１ｍｍ〜１０ｍｍの集中を可能にする“遅延線”を備えている。
【００２５】
前記トランスジューサーは電気的に駆動され、エコーにより生じた電気シグナルがパルサー／レシーバ（これはコンピュータにより制御され、注文のＤＰＲ３５−Ｓ（ソニックス社、スプリングフィールド、Ｖａであってもよい）により受け取られる。このパルサー／レシーバユニットは８０μＪ〜１２０μＪ、好ましくは９５μＪ〜１０５μＪのエネルギー放出でパルスを開始することができ、約５０ｄＢの最大ゲインを有する。このパルサー／レシーバはトランスジューサーを励起するために２００Ｖ−４００Ｖの電圧で高電圧パルスを送る。これはトランスジューサーの共鳴周波数より小さい幅を有するシャープなパルスである。レシーバはトランスジューサーから受けたシグナルを増幅し、フィルターする。
【００２６】
コンバーター装置として、注文の高速アナログ−デジタル変換ボード（ＡＤＣ）、例えば、ＳＴＲ＊８６４（ソニックス社、スプリングフィールド、Ｖａ）が組み合わせパルサー／レシーバユニットから受けた増幅アナログシグナルをデジタルシグナルに変換するために使用されてもよい。
【００２７】
このパルサー／レシーバ及びＡＤＣボードを制御するために、外注ＬａｂＶＩＥＷプログラムが使用される。このＬａｂＶｉｅｗプログラムは更に受けた超音波シグナル並びにゲインとしての装置パラメーター、パルス出力及び器官検出及び距離評価を改良するためのダンピングの変化の表示を可能にする。
【００２８】
コンピュータとして、ＭＭＸ（登録商標）を含むＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）１６６を使用するＰＣが使用されてもよい。超音波装置及び位置測定装置から受けたシグナルを含むこのような必要とされるシグナル処理が実時間で行なわれてもよい。
【００２９】
注文の位置測定システム、例えば、ＯＰＴＯＴＲＡＫ  ３０２０システム（ノーザン・デジタル、ウォーターロー、Ｏｎ）が使用されてもよい。このＯＰＴＯＴＲＡＫ  ３０２０システムは以下のものを含むことが好ましい。
−三つのレンズセルと対にされ、安定化バーに取り付けられた三つの一次元電荷結合素子（ＣＣＤ）からなるＯＰＴＯＴＲＡＫ  ３０２０位置センサー。三つのレンズセルの夫々中で、赤外マーカーからの光がＣＣＤに誘導され、測定される。全ての三つの測定が一緒になってマーカーの３Ｄ位置を実時間で測定する。
−システム制御ユニット；
−ＰＣインターフェースカード及びケーブル；
−データ収集及びディスプレイソフトウェア；及び
−ストローバー及びマーカーキット。
【００３０】
ワークステーション上で実行するＣＡＳアプリケーションを使用する場合、クライアント−サーバー構成が使用されてもよい。ＰＣが超音波サーバーとして作用し、リクエストがなされる時はいつでも骨までの距離に関するデータが位置測定ソフトウェアを実行するワークステーションへのＵＤＰソケット接続によりクライアントアプリケーションに伝達される。
【００３１】
本発明の好ましい実施態様において、本装置は更に較正ユニットを含む。この較正ユニットは超音波装置の直径を有する孔を有するプレキシグラス（登録商標）から構成されることが好ましい。この較正ユニットは中央で孔あけされた孔を有する成形された立方体であってもよく、その結果、孔の下部から較正ユニットの下部までの距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲である。この超音波装置を較正するために、それが較正ユニット中に挿入され、エコーが較正ユニットの下部と空気の界面から受けられる。これらのエコーは非常に大きく、検出しやすい。プレキシグラス（登録商標）中の音の速度及び移動距離が知られているので、エコーが超音波装置ヘッドから較正ユニットとの界面までのオフセットを計算するのに使用し得る。このオフセットが全てのその後の距離計算に使用される。
【００３２】
本発明の装置を使用するヒト又は動物の器官の表面上かつ三次元座標系内の位置の座標の経皮的獲得方法は、
Ａ）超音波装置ヘッド及びエコー距離を計算するために超音波装置で固定された座標系に関する超音波装置の軸と一致するその超音波ビーム軸の較正及び超音波シグナルがエコーされる器官の表面上の位置の三次元位置を計算するためのオンサイト座標系に関する超音波装置で固定された座標系の較正を含む超音波装置の前較正工程；及び
Ｂ）生のシグナル分析により実時間で行なわれる三次元座標系に関するヒト又は動物の器官の表面上の位置の座標の測定工程を含む。
【００３３】
実時間測定を可能にするために、この較正は超音波装置がシグナルテンプレートを確立するために較正ユニットに挿入される場合の受けた超音波シグナルの使用を更に含む。このテンプレートを使用して、生のシグナル分析がテンプレートとの受けた測定シグナルの比較により行なわれ、そのために相互相関アルゴリズム（ＸＣＯＲＲ）が使用される。
【００３４】
相互相関は組織骨界面からのエコーを評価するのに速く、しかも正確な方法であることを示した。生体内では、重要なエコーは軟組織と骨の界面からのエコーのみである。これは最小相互相関のみに関して検索することを可能にし、それによりアルゴリズムを簡素化する。
シグナル比較を行なうためのその他のアルゴリズムは、標準偏差（ＳＴＤＤＥＶ）又は短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）であろう。
【００３５】
オンサイト座標系に関する超音波装置で固定された座標系の較正は超音波装置を較正ユニットにしっかりと挿入することにより行なわれ、その結果、両方が位置測定装置から見られる。
【００３６】
本発明の装置の好ましい実施態様が線図形態で部分的に示される例示の実施態様に関して以下に説明される。
【００３７】
図１は線図形態の本発明の装置の好ましい実施態様を示す。
図１中、本発明の一実施態様の装置が示される。それはコンピュータ５に接続されている三次元位置測定装置４及び同様にコンピュータ５に接続された手動で自由に移動可能な超音波装置３を含む。
【００３８】
超音波装置３の機能は超音波の形態のエネルギーをトランスジューサー９により超音波ビーム軸の方向に放出し、骨１の表面でトランスジューサー９により超音波ビーム軸の方向に反射された超音波を受け取ることにより特定される。線図は超音波装置３の長さ方向の軸１１が超音波ビーム軸と一致する場合を示す。トランスジューサー９はそれにより伝達中に電圧を音に変換し、受容中に音を電圧に変換する。コンピュータ５により制御されるパルサー／レシーバ６（例えば、ＤＰＲ３５−Ｓ、ソニックス社、スプリングフィールド、Ｖａ）は同軸ケーブル１８によりトランスジューサー９に接続され、トランスジューサー９を電気的に刺激し、トランスジューサー９から戻った電圧シグナルを受け取り、増幅する機能を有する。このパルサー／レシーバ６は１００μＪパルスを開始することができ、５０ｄＢの最大ゲインを有する。受けたシグナルはコンピュータ５に接続された高速アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）ボード１６（例えば、ＳＴＲ＊８６４、ソニックス社、スプリングフィールド、Ｖａ）で周波数ｆ＞２・ｆＮｙｑｕｉｓｔでサンプリングされる。パルサー／レシーバ６及びＡＤＣボード１６を制御するために、コンピュータ５は注文のプログラムを備えている。コンピュータ５で、受けた超音波シグナルがディスプレイ２４で表示され、装置パラメーターが骨１検出及び距離計算を改良するために変化し得る。放出された超音波ビーム５−３０ｍｍ及び２５−７５ｍｍを集中するために、超音波装置３は脱着可能なアキシコンレンズからなるレンズ１０を備えている。これらのレンズ１０とトランスジューサー９の間の流体が異なる流体を使用することにより集中深さの更なる変化を可能にする。本発明について、水が流体として使用される。レンズ１０は一度にねじ込まれてもよい。
【００３９】
上記の振幅モード超音波（Ａ−モード）又は一次元パルス−エコー超音波で運転する超音波装置３により、超音波装置ヘッド１７から骨１の表面上の位置１４（これは超音波ビーム軸と超音波ビーム軸の方向の骨１の表面の交点により特定される）までの距離が結果として得られる。
【００４０】
オンサイト座標系２に関する超音波装置３に取り付けられたマーカー１２の位置は位置測定装置４（例えば、ＯＰＴＯＴＲＡＫ  ３０２０、ノーザン・デジタル、ウォーターロー、Ｏｎｔ．）により測定される。この位置測定装置４は三つのオプトエレクトロニクスカメラ１５を備えた位置センサー２０、システム制御ユニット２１、コンピュータインターフェースカード２２及びケーブル２３、２６並びにコンピュータ５のディスプレイ２４で収集中に数字形態又はグラフ形態の収集データを見るための実時間の３Ｄデータビューイングソフトウェアを含む。
【００４１】
超音波装置ヘッド１７と骨１の表面上の位置１４の間の上記距離をオンサイト三次元座標系２内の座標に変換するために、超音波装置ヘッド１７の位置及び長さ方向の軸１１の方向がオンサイト三次元座標系２内で測定される必要がある。それ故、超音波装置３は非共線形で配置され、マーカー１２として利用できる四つの赤外線放出ダイオード（ＬＥＤ）を備えている。これらの四つのマーカー１２により、超音波装置３で固定された三次元座標系１３が確立されてもよい。超音波装置３の座標系１３に関する超音波装置ヘッド１７の位置及び超音波ビーム軸の配向を測定するために、較正が行なわれるべきである。受けた較正データは座標系１３に関する超音波ビーム軸と一致する長さ方向の軸１１及び超音波装置ヘッド１７の座標に関する情報を含み、これが超音波装置３に取り付けられた電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ１９（ＥＥＰＲＯＭ）中に記憶される。
【００４２】
マーカー１２の位置がオンサイト座標系２に関して一旦測定されると、超音波装置ヘッド１７と超音波装置３の座標系１３内の座標で表される骨１の表面上の位置１４の間の距離がコンピュータ５により行ない得る座標変換によりオンサイト座標系２内の座標に変換し得る。
【００４３】
超音波装置３を制御するコンピュータ５及び位置測定ソフトウェアそしておそらく同様にＣＡＳアプリケーションを実行するワークステーションを含むクライアント−サーバー構成を使用するかわりに、必要なハードウェア及びソフトウェアを含む単一コンピュータが超音波装置、位置測定装置そしておそらくＣＡＳアプリケーションを操作するのに使用されてもよい。
【００４４】
文献：
Nolte, L.P.ら
スピン手術の正確な増進のためのシステムの臨床評価
Clinical Biomechanics, 10巻, 6号, 293-303頁, 1995年
Gong, J., Bachler, R., Sati, M., Nolte, L.P.
制限された表面マッチング：コンピュータ補助手術における記録の新しいアプローチ
Proc. 3rdInt.Symp.Med.Robot Comput.Assist.Surg. (MRCAS)
597-605, 1997
Bachler, R., Bunke, H., Nolte, L.P.
制限された表面マッチング−数的最適化及び技術評価
Comput.Aided Surg. 1999
【図面の簡単な説明】
【図１】  線図形態の本発明の装置の好ましい実施態様を示す。
【図１】
0004636696.tif 000002