(57)【要約】本記述は、コンピュータプログラム製品を含む、手術用コンピュータシステムと、捕捉された関節運動情報を使用して、インプラント計画を立てるための方法と、に関する。データは、特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するように捕捉され、関節は、第１の骨と、第２の骨と、を含む。関節の第１の骨が表現され、第１のインプラントモデルが、第１の骨の表現と関連付けられる。捕捉されたデータに基づいて、関節の可動域の少なくとも一部を通して、第１のインプラントモデルと、第２の骨の表現との間の関係が判定される。情報は、判定された関係を表現するように表示される。
2010524562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術計画方法であって、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
前記関節の前記第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを前記第１の骨の表現と関連付けることと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の可動域の少なくとも一部を通して、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間の関係を判定することと、
前記判定された関係を表現する情報を表示することと
を含む、方法。
【請求項２】
ユーザが前記第１のインプラントモデルの位置を変更することを可能にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変更された位置に基づいて、前記第１のインプラントモデルを前記第１の骨の表現と関連づけることと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の可動域の少なくとも一部を通して、その変更された位置における前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間の関係を判定することと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の骨の表現は、前記第２の骨の表面の表現、前記第２の骨の表現と関連付けられた第２のインプラントモデル、または両方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
捕捉することは、
前記第１の骨の位置と、前記第２の骨の位置とを追跡することと、
前記関節が前記可動域を通って移動すると、前記位置を記録することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の骨の表現の位置に対して、前記第１のインプラントモデルの位置を表現することと、
包括的な前記関節の可動域内の任意の選択された角度における位置を比較することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の骨と関連付けられた第２のインプラントモデルの位置に対して、前記第１のインプラントモデルの位置を表現することと、
包括的な前記関節の可動域内の任意の選択された角度における位置を比較することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
判定することは、包括的な前記関節の可動域内の１つ以上の角度における、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間、または、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨に関連付けられた第２のインプラントモデルとの間の重複、空隙、あるいは両方を識別することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
表示することは、包括的な前記関節の可動域内の任意の選択された角度または複数の角度における前記重複、前記空隙、あるいは両方の計算された測定値を表示することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
表示することは、包括的な前記関節の可動域内の１つ以上の角度における前記関節の少なくとも一部の表現内の前記重複、前記空隙、または両方を表示することを含む、請求項８に記載の方法
【請求項１１】
包括的な前記関節の可動域内の複数の角度における前記第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点をマッピングすることと、
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つを前記第２の骨の表現と整合することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つに基づいて、第２のインプラントモデルを前記第２の骨の表現と関連付けることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
捕捉することは、所望の内／外角、内反／外反角、屈曲角、またはそれらの任意の組み合わせを達成するための前記関節の操作を表現するデータを捕捉することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記関節の可動域の少なくとも一部を通して判定された関係が、前記所望の内／外角、内反／外反角、屈曲角、またはそれらの任意の組み合わせを可能にするように、ユーザが実際のインプラントの少なくとも一部に対応する少なくとも１つのインプラントモデルの配置を操作することを可能にすることをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
情報担体内に実体的に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、データ処理装置に、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
前記関節の前記第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを前記第１の骨の表現と関連付けることと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の可動域の少なくとも一部を通して、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間の関係を判定することと、
任意に、第２のインプラントモデルを前記第２の骨の表現と関連付けることと、
前記判定された関係を表現する情報を表示することと
を行わせるように動作可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
手術計画方法であって、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
前記第１の骨の表現と、前記第２の骨の表現とを含む、前記関節の表現を生成することと、
前記第１の骨の表現上の第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現上の第２のインプラントモデルとを重畳することと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の表現が前記可動域を通して移動すると、前記第１および第２の骨の表現を表示し、前記第１のインプラントモデルと、第２のインプラントモデルとの間の関係を判定することと、
前記判定された関係に基づいて、前記第１のインプラントモデル、前記第２のインプラントモデル、または両方のサイズ、形状、位置、あるいはそれらの任意の組み合わせを調節することと
を含む、方法。
【請求項１７】
情報担体内に実体的に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、データ処理装置に、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと
前記第１の骨の表現と、前記第２の骨の表現とを含む、前記関節の表現を生成することと、
前記第１の骨の表現上の第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現上の第２のインプラントモデルとを重畳することと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の表現が前記可動域を通して移動すると、前記第１および第２の骨の表現を表示し、前記第１と、第２のインプラントモデルとの間の関係を判定することと、
前記判定された関係に基づいて、前記第１のインプラントモデル、前記第２のインプラントモデル、または両方のサイズ、形状、位置、あるいはそれらの任意の組み合わせを調節させることと
を行わせるように動作可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項１８】
手術用コンピューティングシステムであって、
コンピュータを含み、前記コンピュータは、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することと、
前記関節の第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを前記第１の骨の表現と関連付けることと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の可動域の少なくとも一部を通して、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間の関係を判定することと
を行うように構成される、システム。
【請求項１９】
前記コンピュータと通信する追跡システムをさらに含み、前記追跡システムは、検出デバイスと、１つ以上の追跡装置とを含み、前記１つ以上の追跡装置の各々は、前記追跡装置を前記関節の骨に連結するための連結手段を含む、請求項１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
【請求項２０】
ディスプレイをさらに含み、前記ディスプレイは、前記コンピュータと通信し、前記判定された関係を表現する前記コンピュータから受信された情報を表示するように構成される、請求項１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
【請求項２１】
前記コンピュータは、ユーザが前記判定された関係が計算、表示、または両方が行なわれる角度を選択することを可能にするユーザインターフェースを生成するようにさらに構成される、請求項１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
【請求項２２】
前記コンピュータは、ユーザが前記第１のインプラントモデルの位置を変更することを可能にするユーザインターフェースを生成するようにさらに構成される、請求項１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータプログラム製品を含む、手術用コンピュータシステムと、捕捉された関節運動情報を使用して、インプラント計画を立てるための方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
整形外科用関節置換術は、膝、腰、または他の関節（例えば、肩、肘、手首、足首、指等）の関節形成を伴う場合がある。例えば、従来の膝関節全形成術は、典型的には、約６〜１２インチの範囲の長さに及ぶ切開を伴い、骨の前処理およびインプラントコンポーネントの移植のために、関節を露出させる。切開の侵襲性は、患者の回復期間を長引かせる。低侵襲手術（ＭＩＳ）は、膝関節全置換術のための切開長を約４〜６インチの範囲まで縮小させる。しかしながら、切開サイズが縮小するほど、関節の生体構造を視認し、そこにアクセスするための外科医の能力が低減する。結果として、適切なインプラント位置を評価し、骨を再成形する複雑性が増し、インプラントの正確な配置がさらに困難となる場合がある。インプラントの不的確な位置付けは、関節の可動域の縮小、衝突、およびその結果生じる脱臼へとつながる場合がある。例えば、股関節全置換術の問題の１つは、例えば、逆に、骨盤内の寛骨臼カップインプラントの不的確な位置付けによって生じる場合がある、衝突によって生じる寛骨臼カップインプラントからの大腿骨インプラントの脱臼である。
【０００３】
ＭＩＳおよび従来の整形外科手術アプローチ両方の別の欠点は、そのようなアプローチが、協働的に外科医生来の手術技術を向上させないことである。例えば、関節置換術のためのいくつかの従来の技術は、外科医を支援する自律ロボットシステムを含む。しかしながら、そのようなシステムは、典型的には、主として、高速穴ぐり器による自律切削を行なうことによって、または外科医がガイドを通して切削工具を挿入しながら、ドリルガイドを定位置に移動させ、ドリルガイドの位置を保持することによって、骨の研削を向上させる役割を果たす。そのようなシステムは、インプラントの嵌合および配置を改良するための精密な骨切除を可能にするが、自律的に（外科医と協働的ではなく）作用し、したがって、外科医は、ロボットの制御の度合いを譲歩することが必要となる。
【０００４】
他の従来のロボットシステムは、外科医と協働的に相互作用するロボットを含む。従来の相互作用的ロボットシステムの欠点の１つは、そのようなシステムが、手術計画およびナビゲーションを動的術中環境にリアルタイムで適応させる能力を欠いていることである。例えば、特許文献１（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）は、患者に現れる制約の３次元仮想領域によってプログラムされた相互作用的ロボットシステムを開示する。相互作用的ロボットシステムは、関連生体構造を厳密に拘束し、ロボットシステムを相対的位置に固定することが必要となり、したがって、術中場面へのリアルタイムでの適応性に欠ける。さらに、３自由度のアーム構成と、外科医が加力ハンドルを使用してアームを操作することが要求されることによって、柔軟性および機敏性を制限し、ロボットシステムを術中インプラント計画等のあるＭＩＳ用途に対し好適ではないものにする。
【０００５】
インプラント計画の重要な側面は、個人の生体構造の差異に影響を及ぼす。生体構造の差異の結果、全患者に対する最適な解決策を提供するインプラントコンポーネントの単一のインプラント設計または配向は存在しない。外科医によって使用され、患者の矢状および冠状面に対し寛骨臼股関節インプラントを整合するインプラント計画のためのいくつかの従来の術中位置付けデバイスは、既知の配向に整合されていると想定し、手術台上の患者の生体構造または骨盤位置における個人差は考慮しない（非特許文献１）。そのような種類の従来のデバイスに基づくインプラント計画は、所望と実際のインプラント配置との間に大きな不一致をもたらし、可能性として、関節の可動域の縮小、衝突、および脱臼をもたらし得る。
【０００６】
股関節インプラントのために、寛骨臼領域をより精密に前処理するためのいくつかの試みがなされてきた。ＤｉＧｉｏｉａらに発光された特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）は、所望の関節の可動域を含む、いくつかの試験位置下で行なわれるインプラントモデルを含有する関節の移動の生体力学的シミュレーションを対象とする。ＤｉＧｉｏｉａの特許は、インプラントを受容する寛骨臼領域の前処理における正確性および整合性を増大せるための潜在性をもたらし得るシステムを記載しているが、本システムの短所は、関節の移動のみがシミュレートされることである。実際のインプラント結果の正確性および整合性は、シミュレートされた関節の運動がどれくらい密接に実際の関節の運動と一致するかに依存する。さらに、シミュレートされた関節の移動は、個人差を伴う実際の関節の運動を考慮していない。
【０００７】
Ｇｌａｓｓｍａｎらに発光された特許文献６、特許文献７、および特許文献８（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）は、ロボットカッターシステムを使用して、大腿骨を穿穴し、大腿骨インプラントを受容するための画像指向性手術用ロボットシステムを開示する。本システムでは、関節モデルの座標および構造は、術中計画段階の際に判定され、外科医は、手動で、相互作用的に、インプラントが移植される関節の画像と比較して、インプラントを選択および位置付けする。Ｇｌａｓｓｍａｎの特許は、インプラントを受容する骨の前処理における正確性および整合性を増大させるための潜在性をもたらし得るシステムを記載しているが、外科医は、関節の継続的運動の際のインプラントを分析するのではなく、手動で、関節内のインプラントの相対的個々の位置と相互作用し、分析するため、本システムは、術中場面へのリアルタイムでの適応性と、手術技術レベルに関係ない一貫した予測可能な結果と、を欠いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，０３５，７１６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８８０，９７６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９９５，７３８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，００２，８５９号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２０５，４１１号明細書
【特許文献６】米国特許第５，０８６，４０１号明細書
【特許文献７】米国特許第５，２９９，２８８号明細書
【特許文献８】米国特許第５，４０８，４０９号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｂ．  Ｆ．  Ｍｏｒｒｅｙ，  ｅｄｉｔｏｒ，  ”Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｅｒｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｊｏｉｎｔｓ”，  ｃｈａｐｔｅｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ａｒｔｈｏｒｏｐｌａｓｔｙ，  ｐａｇｅｓ  ６０５−６０８，  Ｃｈｕｒｃｈｉｌｌ  Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ，  １９９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記に照らして、関節の可動域の改善、手術技術レベルに関係ない一貫した予測可能な手術結果、低侵襲手術における健康な骨の温存、ならびに置換および修正術の必要性の低減を提供する、関節インプラントの正確な配置および移植のための術中インプラント計画を可能にするように、上述の問題点を克服可能な手術方法およびデバイスの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一側面では、手術計画方法が存在する。本方法は、特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、関節は、第１の骨と、第２の骨と、を備える、ことと、関節の第１の骨を表現することと、第１のインプラントモデルを第１の骨の表現と関連付けることとを含む。また、本方法は、捕捉されたデータに基づいて、関節の可動域の少なくとも一部を通して、第１のインプラントモデルと、第２の骨の表現との間の関係を判定することと、判定された関係を表現する情報を表示することとを含む。
【００１２】
別の側面では、手術計画方法が存在する。本方法は、特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、関節は、第１の骨と、第２の骨とを備えることと、第１の骨の表現と、第２の骨の表現とを備える、関節の表現を生成することと、第１の骨の表現上の第１のインプラントモデルと、第２の骨の表現上の第２のインプラントモデルとを重畳することとを含む。また、本方法は、捕捉されたデータに基づいて、関節の表現が可動域を通して移動すると、第１および第２の骨の表現を表示し、第１と、第２のインプラントモデルとの間の関係を判定することと、判定された関係に基づいて、第１のインプラントモデル、第２のインプラントモデル、または両方のサイズ、形状、位置、あるいはそれらの任意の組み合わせを調節することとを含む。
【００１３】
別の側面では、コンピュータを含む、手術用コンピューティングシステムが存在する。コンピュータは、特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉し、関節の第１の骨を表現し、第１のインプラントモデルを第１の骨の表現と関連付けるように構成される。また、コンピュータは、捕捉されたデータに基づいて、関節の可動域の少なくとも一部を通して、第１のインプラントモデルと、第２の骨の表現との間の関係を判定するように構成される。
【００１４】
上述の側面のうちのいずれかは、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。ユーザは、第１のインプラントモデルの位置を変更可能であり得る。第１のインプラントモデルは、変更された位置に基づいて、第１の骨の表現と関連付けることが可能であって、捕捉されたデータに基づいて、関節の可動域の少なくとも一部を通して、その変更された位置における第１のインプラントモデルと、第２の骨の表現との間の関係を判定することが可能である。第２の骨の表現は、第２の骨の表面の表現、第２の骨の表現と関連付けられた第２のインプラントモデル、または両方を含み得る。
【００１５】
第１の骨の位置および第２の骨の位置は、捕捉可能であって、関節が可動域を通って移動すると、その位置は記録され得る。第１のインプラントモデルの位置は、第２の骨の表現の位置に対して表現可能であって、任意の選択された角度における位置は、包括的な関節の可動域内で比較可能である。第１の骨の位置および第２の骨の位置は、捕捉可能であって、関節が可動域を通って移動すると、その位置は記録され得る。第１のインプラントモデルの位置は、第２のインプラントモデルの表現の位置に対して表現可能であって、任意の選択された角度における位置は、包括的な関節の可動域内で比較可能である。
【００１６】
重複、空隙、または両方が、包括的な関節の可動域内の１つ以上の角度における、第１のインプラントモデルと、第２の骨の表現との間、または第１のインプラントモデルと、第２の骨に関連付けられた第２のインプラントモデルとの間に識別され得る。包括的な関節の可動域内の任意の選択された角度または複数の角度における重複、空隙、または両方の計算された測定値は、表示可能である。包括的な関節の可動域内の複数の角度における重複、空隙、または両方の計算された測定値を表現するグラフが、表示可能である。重複、空隙、または両方は、包括的な関節の可動域内の１つ以上の角度における関節の少なくとも一部の表現内に表示可能である。
【００１７】
第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点は、包括的な関節の可動域内の複数の角度においてマッピング可能であって、マッピングされた点のうちの少なくとも１つは、第２の骨の表現と整合可能である。第２のインプラントモデルは、マッピングされた点のうちの少なくとも１つに基づいて、第２の骨の表現と関連付けることが可能である。関節の操作を表現するデータを捕捉して、所望の内／外角、内反／外反角、屈曲角、またはそれらの任意の組み合わせを達成可能である。ユーザは、関節の可動域の少なくとも一部を通して判定された関係が、所望の内／外角、内反／外反角、屈曲角、またはそれらの任意の組み合わせを可能にするように、実際のインプラントの少なくとも一部に対応する少なくとも１つのインプラントモデルの配置を操作可能であり得る。
【００１８】
手術用コンピューティングシステムは、コンピュータと通信する追跡システムを含むことが可能であって、追跡システムは、検出デバイスと、それぞれ、追跡装置を関節の骨に連結するための連結手段を含む、１つ以上の追跡装置と、を含む。手術用コンピューティングシステムコンピュータと通信し、判定された関係を表現するコンピュータから受信された情報を表示するように構成される、ディスプレイを含むことが可能である。手術用コンピューティングシステムのコンピュータは、ユーザに、判定された関係が計算、表示、または両方が行なわれる角度を選択させるユーザインターフェースを生成するようにさらに構成されることが可能である。手術用コンピューティングシステムのコンピュータは、ユーザに、第１のインプラントモデルの位置を変更させるユーザインターフェースを生成するようにさらに構成されることが可能である。
【００１９】
また、情報担体内に実体的に具現化されるコンピュータプログラム製品が存在することが可能であって、コンピュータプログラム製品は、データ処理装置に、上述の方法のいずれかを実行させるように動作可能である命令を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例証し、その記述とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図１ａ】図１（ａ）は、０度の屈曲角における、膝関節の大腿骨および脛骨の前面斜視図である。
【図１ｂ】図１（ｂ）は、従来の膝関節全形成術システムの斜視図である。
【図１ｃ】図１（ｃ）は、従来の膝双顆関節形成システムの斜視図である。
【図２】図２は、膝関節の可動域および屈曲角を示す。
【図３】図３は、０度の屈曲角における、関節の表現の実施形態の前面断面図である。
【図４】図４は、図３の表現の前面斜視図である。
【図５】図５は、０度の屈曲角における、空隙分析のコンピュータディスプレイの実施形態を示す。
【図６】図６は、９０度の屈曲角における、図１の大腿骨および脛骨の側面図である。
【図７】図７は、９０度の屈曲角における、関節の表現の実施形態の前面断面図である。
【図８】図８は、図７の表現の前面斜視図である。
【図９】図９は、９０度の屈曲角における、重複分析のコンピュータディスプレイの実施形態を示す。
【図９Ａ】図９（ａ）は、一定範囲の屈曲角にわたる、空隙／重複分析のグラフのコンピュータディスプレイの実施形態を示す。
【図１０】図１０は、第１の屈曲角における、関節の表現の実施形態の側面図である。
【図１１】図１１は、第２の屈曲角における、図１０の表現の側面図であって、第１のインプラントモデルの点マッピングの実施形態を示す。
【図１２】図１２は、第３の屈曲角における、図１０の表現の側面図であって、第１のインプラントモデルの点マッピングの実施形態を示す。
【図１３】図１３は、図１０の表現の側面図であって、点マッピングに対して位置付けされた第１のインプラントモデルおよび第２のインプラントモデルの点マッピングの実施形態を示す。
【図１４】図１４は、捕捉された関節運動情報を使用する、インプラント計画のための例示的手術用コンピュータシステムを示す。
【図１５】図１５は、捕捉された関節運動情報を使用する、インプラント計画のための手術用コンピュータシステムによって使用される例示的追跡装置を示す。
【図１６】図１６は、捕捉された関節運動情報を使用する、インプラント計画のための例示的方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
現在好ましい実施形態を図面に例証する。本明細書は、主として、膝単顆関節置換術を参照するが、本明細書に記載の主題は、例えば、肩、肘、手首、脊椎、腰、または足首等の体内の他の関節や、従来の材料のインプラント、ならびにオーソバイオロジックインプラント、薬物送達インプラント、および細胞分配インプラント等のより特殊なインプラントを含む、任意の他の整形外科および／または筋骨格インプラントにも適用可能であることを理解されたい。
【００２２】
（関節およびインプラントモデルの表現）
図１（ａ）は、任意のインプラントを伴わず、関節１２０が完全伸展（すなわち、０度の屈曲角θ）の状態にある、関節１２０の脛骨Ｔ（例えば、第１の骨）および大腿骨Ｆ（例えば、第２の骨）の前面図を示す。光学カメラ等の検出デバイスによって検出可能である位置追跡装置（例えば、図１５に示され、以下に詳述されるような）が、関節１２０の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔに取り付けられる。関節１２０が、伸展から屈曲までの通常の関節の可動域１２０を通して移動すると、所与の角度間隔（例えば、３度）において、または任意の所望の一式の解剖学的配向角度（膝の場合、屈曲または伸展、内反または外反、内旋または外旋）において、大腿骨追跡装置に対して検出された脛骨追跡装置の位置が、捕捉あるいは記録される。関節１２０の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの捕捉された移動は、それぞれ、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの画像（例えば、手術開始前に取得された大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔのセグメント化されたＣＴデータ、および／または、例えば、セグメント化されたＣＴデータから生成された大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの表現あるいはモデル）に位置合わせされる。本位置合わせは、物理的骨の位置が骨の画像と相関し得るように、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔ上の位置追跡装置（すなわち、物理的空間）と、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔのそれぞれの画像（すなわち、画像空間）との間の座標変換を確立する。セグメント化および位置合わせは、２００６年６月２９日公開の米国特許公開第２００６／０１４２６５７号（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に記載の技術等の任意の既知の技術を使用して達成されてもよい。同様に、座標変換は、２００７年５月１８日出願の米国特許出願第１１／７５０，８４０号（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に記載の技術等の任意の既知の技術を使用して判定されてもよい。
【００２３】
図１（ｂ）は、例示的従来の膝関節全形成術（ＴＫＡ）システムを示し、典型的には、大腿骨インプラント１００および脛骨インプラント１０２を含む。大腿骨インプラント１００は、典型的には、大腿骨Ｆに取り付けられる単一中実コンポーネントである。脛骨インプラント１０２は、脛骨Ｔに取り付けられる脛骨底板１０２ａと、脛骨インプラント１０２の担持表面１０４を形成する脛骨挿入部１０２ｂと、を含んでもよい。動作時、大腿骨インプラント１００の担持表面１０３は、膝関節１２０が可動域を通って移動すると、脛骨インプラント１０２の担持表面１０４に対して連接する。
【００２４】
図１（ｃ）は、複数の非連結インプラント１０５を伴う、膝関節１２０の脛骨Ｔおよび大腿骨Ｆの斜視図を示す。非連結インプラント１０５は、双顆インプラント（図１（ｃ）に示されるように）、単顆インプラント、または、例えば、２００７年３月９日出願の米国特許出願第１１／６８４，５１４号（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に記載されるようなモジュール式セグメント化インプラントを形成してもよい。これらの非連結インプラント１０５は、互いに対して正確な整合を必要とし、所望の関節運動学を達成する、および／または関節運動の範囲の縮小、衝突、ならびにその結果生じる脱臼を回避してもよい。これらの目的を達成するために、外科医は、任意の骨の切除を行なう前に、インプラントの配置を仮想的に計画することが可能である。インプラント計画は、例えば、上記参照の米国特許公開第２００６／０１４２６５７号に記載のように、達成されてもよい。いくつかの実施形態によると、インプラント１０５を伴う膝関節１２０の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔは、後述のように、セグメント化されたＣＴデータを使用するマトリクス変換を行なうことによって、仮想的に表現され、その相対位置が操作および分析されてもよい。
【００２５】
左Ｔｔｆは、任意の所望の屈曲角における、脛骨追跡装置から大腿骨追跡装置に変換したものである。左ＴｔｄおよびＴｆｄは、それぞれ、脛骨追跡装置から脛骨ＣＴデータと、大腿骨追跡装置から大腿骨ＣＴデータに変換したものである。次いで、脛骨Ｔのセグメント化されたＣＴデータは、マトリクス組成Ｔｔｄ−１ＴｔｆＴｆｄを使用して、大腿骨Ｆのセグメント化されたＣＴデータに対して位置付け可能となる（式中、上付き記号「−１」は、マトリクスの反転を示す）。同様に、大腿骨Ｆのセグメント化されたＣＴデータは、マトリクス組成Ｔｆｄ−１Ｔｔｆ−１Ｔｔｄを使用して、脛骨Ｔのセグメント化されたＣＴデータに対して位置付け可能となる。
【００２６】
図３は、０度の屈曲角θにおける、関節１２０の仮想表現１２の２Ｄディスプレイの切断図を示す。同様に、図４は、０度の屈曲角θにおける、関節１２０の仮想表現１２の３Ｄディスプレイを示す。図３に示されるように、関節１２０の仮想表現１２は、大腿骨Ｆの表現１０と、脛骨Ｔの表現１１と、を含み得る。脛骨インプラントモデル３０（例えば、第１のインプラントモデル）および大腿骨インプラントモデル２０（例えば、第２のインプラントモデル）は、それぞれ、脛骨Ｔの表現１１および大腿骨Ｆの表現１０と関連付ける（すなわち、位置合わせする）ことが可能である。これは、例えば、上記参照の米国特許公開第２００６／０１４２６５７号に記載のインプラント計画プロセス等の任意の既知の手法で達成されてもよい。いくつかの実施形態では、表現１０、１１は、周知のように、セグメント化されたＣＴデータから生成される大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔのグラフィックモデルである。任意の所望の屈曲角において、２つのインプラントモデルを直接比較するために、左Ｔｉｆｄは、大腿骨インプラントモデル２０から大腿骨ＣＴデータに変換したものであって、Ｔｉｔｄは、脛骨インプラントモデル３０から脛骨ＣＴデータに変換したものである。次いで、大腿骨インプラントモデル２０は、関係ＴｉｆｄＴｆｄ−１Ｔｔｆ−１ＴｔｄＴｉｔｄ−１を使用することによって、任意の所望の屈曲角θにおいて、脛骨インプラントモデル３０に対して位置付け可能である。
【００２７】
本位置合わせは、ユーザが、関節１２０の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの表現１０、１１上に重畳された大腿骨および脛骨インプラントモデル２０、３０によって、ＣＴデータの「解体された」セグメント化大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの相対運動を視覚化可能なように、関節の可動域１２０を表現する捕捉されたデータをユーザに「再生」可能にする。例えば、関節１２０の実際の物理的運動は、大腿骨Ｆの表現１０および脛骨Ｔの表現１１を表示し、どのように大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔが実際に移動するかに従って（すなわち、捕捉された可動域データに基づいて）、表現１０、１１を移動させることによって、視覚化可能である。インプラントモデル２０、３０が、表現１０、１１上に重畳されると（例えば、図３に示されるように）、インプラントモデル２０、３０の相対位置は、関節の可動域１２０内の任意の選択された角度において見られ得る。また、ユーザは、関節の可動域１２０内の任意の選択された角度において、インプラントモデル２０、３０間に空隙（すなわち、空間）または重複（すなわち、干渉）が存在するかどうかを判定可能である。空隙および重複は、図５および９に関連して、さらに後述される。
【００２８】
解剖学的軸は、関節１２０の大腿骨Ｆおよび脛骨ＴのＣＴデータ内で画定可能である。これが行なわれると、関節１２０の任意の位置の解剖学的角度（例えば、屈曲角、内反／外反角、内／外角）が計算され、可動域を表現する捕捉されたデータの任意の配向に対し、または関節１２０が操作されると、「リアルタイム」に表示可能である。図６は、９０度の屈曲角θにおける、任意のインプラントを伴わない、関節１２０の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの側面図を示す。インプラントモデル２０、３０間の空隙または重複の量は、関節１２０の選択された屈曲角θ（例えば、図３に示されるように０度、図６に示されるように９０度）における、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの表現１０、１１と関連付けされた（例えば、重畳された）インプラントモデル２０、３０に対し判定可能である。本情報を使用して、インプラントモデル２０、３０に対応する実際のインプラントの関節１２０における配置を計画することが可能である。実施例として、重複７０がインプラントモデル２０、３０（図７および８に示されるように）間に検出される場合、外科医は、大腿骨インプラントモデル２０および／または脛骨インプラントモデル３０を再位置付けし、重複７０を排除することを決定してもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態によると、１つ以上のインプラントモデルが使用されてもよい。例えば、上述のように、一実施形態では、大腿骨インプラントモデル２０および脛骨インプラントモデル３０の両方を使用して、２つのインプラントモデル２０、３０の相対位置を評価してもよい。本実施形態は、表面再処理された大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの両方を有する場合に有用である場合がある。そのような場合、インプラントモデル２０、３０を使用して、患者の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔに移植されるであろう実際の大腿骨および脛骨インプラントコンポーネントの配置を計画することが可能である。代替として、別の実施形態では、脛骨インプラントモデル３０のみを使用して、脛骨インプラントモデル３０と、大腿骨Ｆの表現１０の表面との間の相対位置を評価してもよい。表現１０の表面は、例えば、患者の大腿骨Ｆの実際の表面に、または現在は患者の関節１２０の一部である以前に設置されたインプラントに、対応してもよい。本実施形態は、大腿骨Ｆが全く表面再処理されていない場合、または以前に設置された大腿骨インプラントが交換または修正されていない場合に有用である場合がある。同様に、別の実施形態では、大腿骨インプラントモデル２０のみを使用して、大腿骨インプラントモデル２０と、脛骨Ｔの表現１１の表面との間の相対位置を評価してもよい。表現１１の表面は、例えば、患者の脛骨Ｔの実際の表面に、または現在は患者の関節１２０の一部である以前に設置されたインプラントに、対応してもよい。他の実施形態では、２００７年３月９日出願の米国特許出願第１１／６８４，５１４号（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に記載のモジュール式セグメント化コンポーネントのモデル等、付加的インプラントモデルが含まれてもよい。
【００３０】
（重複および空隙分析）
上述のように、互いに対する一方のインプラントモデルの配置、または骨の表面に対するインプラントモデルの配置は、関節の可動域１２０全体を通して、視覚化および分析可能である。例えば、脛骨インプラントモデル３０および大腿骨インプラントモデル２０の相対的配置は、視覚化および分析可能である。一実施形態では、大腿骨インプラントモデル２０の表面と、脛骨インプラントモデル３０の表面との間の最低符号付き距離が正値である場合、図３および４に示されるように、空隙３１がインプラントモデル２０、３０間で検出される。
【００３１】
図５は、インプラントモデル２０、３０の位置の空隙分析の例示的コンピュータディスプレイを示す。一実施形態では、コンピュータディスプレイは、選択された屈曲角θを入力するためのユーザ入力５０と、選択された屈曲角θにおける空隙３１の値を示すインジケータ５１と、を含む。０度の屈曲角における図５の実施例では、大腿骨インプラントモデル２０と脛骨インプラントモデル３０との間に、１．２ｍｍの空隙３１が存在する。同様に、インプラントモデル２０、３０の表面間の最低符号付き距離が負値である場合、インプラントモデル２０、３０間に重複が検出される。
【００３２】
図７は、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの表現１０、１１の２Ｄディスプレイの前面断面図を示す。また、図７には、９０度の屈曲角θにおける、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの表現１０、１１と関連付けられたインプラントモデル２０、３０が示される。
【００３３】
図８は、９０度の屈曲角θにおける、大腿骨インプラントモデル２０および脛骨インプラントモデル３０の表現と関連付けられた大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの表現１０、１１の３Ｄディスプレイの前面図を示す。
【００３４】
図９は、９０度の屈曲角θにおける、インプラントモデル２０、３０の位置の重複分析のコンピュータディスプレイの実施例を示す。一実施形態では、コンピュータディスプレイは、選択された屈曲角θを入力するためのユーザ入力９０と、選択された屈曲角θにおける重複７０の値を示すインジケータ９１と、を含む。９０度の屈曲角における図９の実施例では、大腿骨インプラントモデル２０と脛骨インプラントモデル３０との間に、０．３ｍｍの重複が存在する。図５および９に示される仮想分析によって提供される情報に基づいて、外科医がインプラントモデル２０、３０に対応する実際のインプラントの配置を計画する場合、インプラントモデル２０、３０を調節して、関節の可動域内の任意の選択された角度におけるインプラントモデル２０、３０間の所望の関係を達成することが可能である。例えば、外科医は、インプラントモデル２０、３０を調節して、インプラントモデル２０、３０の表面が関節の可動域１２０内の選択された角度において、互いに単に「触れる」まで、インプラントモデル２０、３０を再位置付けすることによって、０度の屈曲角において、空隙３１が充填され、９０度の屈曲角において、重複７０が除去されることを保証してもよい。
【００３５】
図９（ａ）は、一定範囲の屈曲角にわたる、インプラントモデル２０、３０の位置の空隙／重複分析をグラフ化するグラフ６００を伴う、コンピュータディスプレイの別の実施例を示す。グラフ６００の水平軸は、屈曲角の値を表示する。例示的グラフ６００は、角度１２．５度から１０８．５度を含むが、任意の範囲の角度を表示可能である。グラフ６００の垂直軸は、２つの測定点（例えば、第１のインプラントおよび第２の骨、第１のインプラントおよび第２のインプラント等）間の計算された空隙または重複の値を表示する。グラフ６００では、正軸は、２つの測定点間の空隙を表現し、数字は、ミリメートルで空隙の距離を表現する。グラフ６００では、負軸は、２つの測定点間の重複を表現し、数字は、ミリメートルで重複の距離を表現する。本明細書に記載のように、外科医が異なるインプラント位置における空隙／重複分析を確認可能なように、インプラントの位置は、ユーザインターフェースを通して操作可能である。そのような状況では、グラフ６００は、インプラント位置が調節されると更新される。グラフによって、ユーザ（例えば、外科医）は、有利には、１つのディスプレイ内の全範囲にわたる全空隙および重複を確認することが可能である。これによって、ユーザは、インプラントの位置を若干修正し、全範囲にわたる修正に関するフィードバックを受信可能となる。次いで、ユーザは、位置を調節し、所望の目標（例えば、全空隙および重複の最小化、範囲両端におけるより大きな空隙および重複を犠牲にした中心空隙および重複の最小化等）を達成することが可能である。
【００３６】
関節１２０の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの移動は、骨の切削前後に捕捉および位置合わせ可能であって、関節１２０の術前および術中運動範囲を比較し、任意の過剰補正が生じているかどうかを判定するために使用可能である。故に、外科医は、計画を調節し、任意の問題に合わせて、骨の切削を継続することが可能である。
【００３７】
（マッピングされた点の分析）
図１１−１３を参照すると、第１のインプラントモデルの関節面上の１つ以上の点（例えば、脛骨インプラントモデル３０の表面の中心、前方、および後方近傍の点）を選択し、上述の変換関係を使用して、関節屈曲の複数の角度におけるこれらの点を対側の骨（例えば、大腿骨Ｆの表現１０）および／または第２の対応インプラントモデル（例えば、大腿骨インプラントモデル２０）の空間内にマッピングし、対側の骨および／または第２のインプラントモデルに対して、これらのマッピングされた点を３Ｄあるいは投影２Ｄで表示することによって、さらなる分析を行なうことが可能である。マッピングは、例えば、関節屈曲の複数の角度のそれぞれにおいて、選択された点のそれぞれの位置を判定することによって、達成されてもよい。次いで、これらの「マッピングされた」点を使用して、第２のインプラントモデルの配置を誘導することが可能である。例えば、第２のインプラントモデル（例えば、大腿骨インプラントモデル２０）は、第２のインプラントモデルの関節面が、第１のインプラントモデル（例えば、脛骨インプラントモデル３０）の関節面に対し、マッピングされた点によって表現されるような、所望の関係を有するように、位置付けすることが可能である。同様に、第１のインプラントモデル（例えば、脛骨インプラントモデル３０）は、第１のインプラントモデルの関節面が、対側の骨（例えば、大腿骨Ｆの表現１０）の関節面に対し、所望の関係を有するように、位置付け可能である。第１のインプラントモデルの再位置付けによって、第１のインプラントモデルに対する第２のインプラントモデルおよび／または対側の骨の関係が、常に、再確立可能なように、マッピングされた点の位置が更新されるであろう。
【００３８】
この一実施例は、図１１−１３に示されるように、脛骨インプラントモデルの表面上の中心、前方、および後方点を選択し、これらのマッピングされた点を使用して、大腿骨インプラントモデルの位置および配向を整合することである。
【００３９】
例えば、図１０は、関節１２０の表現１２の側面図を示す。表現１２は、０度の屈曲角における、それぞれ、関節１２０に対する大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの表現１０、１１を含む。第１のインプラントモデル３０は、脛骨Ｔの表現１１と関連付けられる（例えば、重畳または位置合わせされる）。表現１０、１１を使用して、点マッピングを達成することが可能である。いくつかの実施形態によると、図１１および１２に示されるように、第１のインプラントモデル３０の関節面１１１の１つ以上の点１１０は、関節の可動域１２０の複数の角度における大腿骨Ｆの関節窩１１２にマッピング可能である。マッピングされた点１１３は、好ましくは、表現１０、１１に対して表示される。図１１は、約３０度の屈曲角における関節１２０の表現１２を伴う、マッピングされた点１１３を示す。図１２は、約１３５度の屈曲角における関節１２０の表現１２を伴う、マッピングされた点１１３を示す。
【００４０】
図１３は、図１１の表現１０、１１と、表現１１と関連付けられている第１のインプラントモデル３０と、表現１０と関連付けられている第２のインプラントモデル２０と、を示す。いくつかの実施形態では、第２のインプラントモデル２０は、第２のインプラントモデル２０の関節面を図１３に示されるマッピングされた点１１３のうちの少なくとも１つと整合することによって、表現１０と関連付けられてもよい。このように、インプラントモデル２０、３０間の所望の関係が達成されてもよい。その結果、物理的インプラントコンポーネント（インプラントモデル２０、３０に対応する）は、外科医によって患者の関節１２０内に移植される場合、関節の可動域１２０の一部または全部を通して、所望の相対的配置を有するであろう。
【００４１】
図１４は、上述の技術を実装可能な、例示的手術用コンピュータシステム２１０の実施形態を示す。そのような例示的システムは、例えば、２００６年６月２９日公開の米国特許公開第２００６／０１４２６５７号（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に詳述される。手術システム２１０は、コンピューティングシステム２２０と、触覚デバイス２３０と、追跡（または、局所化）システム２４０と、を含む。動作時、手術システム２１０によって、総合的術中手術計画が可能となる。また、手術システム２１０は、ユーザ（例えば、外科医）に触覚ガイダンスを提供し、および／またはユーザが手術手技を施行すると、触覚デバイス２３０のユーザの操作を制限する。実施形態には完全性が含まれるが、触覚デバイス２３０、ならびにその付随ハードウェアおよびソフトウェアは、本明細書に記載の技術を施行する必要はない。
【００４２】
コンピューティングシステム２２０は、手術システム２１０の操作および制御のためのハードウェアおよびソフトウェアを含む。そのようなハードウェアおよび／またはソフトウェアは、システム２１０に本明細書に記載の技術を施行させるように構成される。図１４では、コンピューティングシステム２２０は、コンピュータ２２１と、ディスプレイデバイス２２３と、入力デバイス２２５と、を含む。また、コンピューティングシステム２２０は、カート２２９を含んでもよい。
【００４３】
コンピュータ２２１は、任意の既知のコンピューティングシステムであってもよいが、好ましくは、プログラム可能なプロセッサベースのシステムである。例えば、コンピュータ２２１は、マイクロプロセッサと、ハードドライブと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路と、任意の他の周知のコンピュータコンポーネントと、を含んでもよい。コンピュータ２２１は、好ましくは、例えば、ポータブルドライブ、磁気ストレージ（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク）、固体ストレージ（例えば、フラッシュメモリカード）、光学ストレージ（例えば、コンパクトディスクまたはＣＤ）、および／またはネットワーク／インターネットストレージ等の種々の種類のストレージデバイス（永続およびリムーバブル）と併用するために適合される。コンピュータ２２１は、例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＭＳ−ＤＯＳ、ＵＮＩＸ（登録商標）、または他の好適なオペレーティングシステム下で動作するパーソナルコンピュータ（例えば、ＩＢＭ−ＰＣ対応コンピュータ）またはワークステーション（例えば、ＳＵＮまたはＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓワークステーション）を含む、１つ以上のコンピュータを備えてもよく、好ましくは、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含む。
【００４４】
ディスプレイデバイス２２３は、コンピューティングシステム２２０とユーザとの間の視覚的インターフェースである。ディスプレイデバイス２２３は、コンピュータ２２１に接続され、テキスト、画像、グラフィック、および／または他の視覚的出力を表示するために好適な任意のデバイスであってもよい。例えば、ディスプレイデバイス２２３は、標準的ディスプレイ画面（例えば、ＬＣＤ、ＣＲＴ、プラズマ等）、タッチスクリーン、装着可能ディスプレイ（例えば、眼鏡またはゴーグル等の眼鏡類）、投写型ディスプレイ、頭部装着型ディスプレイ、ホログラフィックディスプレイ、および／または任意の他の視覚的出力デバイスを含んでもよい。ディスプレイデバイス２２３は、コンピュータ２２１上またはその近傍（例えば、図１４に示されるようなカート２２９上）に配置されてもよく、あるいはコンピュータ２２１（例えば、ユーザによって視認するために好適な手術室または他の場所の壁に取り付けられる）から離れていてもよい。ユーザが、手術手技の際、必要に応じて、ディスプレイデバイス２２３を位置付け／再位置付け可能なように、ディスプレイデバイス２２３は、好ましくは、調節可能である。例えば、ディスプレイデバイス２２３は、カート２２９に、またはユーザによる視認を容易にするために好適な任意の他の場所に接続される、調節可能アーム（図示せず）上に配置されてもよい。ディスプレイデバイス２２３を使用して、例えば、従来の撮像技術を使用して得られる画像データセットから生成される生体構造の画像、グラフィックモデル（例えば、インプラントのＣＡＤモデル、器具、生体構造等）、追跡対象物（例えば、生体構造、工具、インプラント等）のグラフィック表現、デジタルまたはビデオ画像、位置合わせ情報、較正情報、患者データ、ユーザデータ、測定データ、ソフトウェアメニュー、選択ボタン、状態情報等、医療手技のために有用な任意の情報を表示してもよい。
【００４５】
ディスプレイデバイス２２３に加え、コンピューティングシステム２２０は、ユーザに可聴フィードバックを提供するために、音響デバイス（図示せず）を含んでもよい。音響デバイスは、コンピュータ２２１に接続され、音を発生するための任意の既知のデバイスであってもよい。例えば、音響デバイスは、スピーカおよびサウンドカードと、集積オーディオサポートを伴うマザーボード、および／または外部サウンドコントローラを備えてもよい。動作時、音響デバイスは、ユーザに情報を伝達するように適応されてもよい。例えば、コンピュータ２２１は、音響デバイスに信号を送り、音声合成言語表示「ＤＯＮＥ」等の音を発生し、手術手技のステップが完了したことを示すようにプログラムされてもよい。同様に、音響デバイスを使用して、ビープ音を発生し、手術用切削工具が軟組織の重要部分に近接していることを示す等、ユーザに慎重に扱うべき状態を警告してもよい。
【００４６】
コンピューティングシステム２２０の入力デバイス２２５によって、ユーザは、手術システム２１０と通信可能となる。入力デバイス２２５は、コンピュータ２２１に接続され、ユーザがコンピュータへの入力が可能となる任意のデバイスを含んでもよい。例えば、入力デバイス２２５は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチスクリーン、タッチパッド、音声認識ハードウェア、ダイヤル、スイッチ、ボタン、追跡可能プローブ、フットペダル、遠隔制御デバイス、スキャナ、カメラ、マイク、および／またはジョイスティック等の既知の入力デバイスであり得る。
【００４７】
コンピューティングシステム２２０は、インターフェース２１００ａを介して、コンピューティングデバイス２３１に、インターフェース２１００ｂを介して、検出デバイス２４１に、連結される。インターフェース２１００ａおよび２１００ｂは、物理的インターフェースと、ソフトウェアインターフェースと、を含み得る。物理的インターフェースは、例えば、有線インターフェース（例えば、シリアル、ＵＳＢ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＣＡＮバス、および／または他のケーブル通信インターフェース）、ならびに／あるいは無線インターフェース（例えば、無線Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、無線シリアル、赤外線、および／または他の無線通信システム）等の任意の既知のインターフェースであってもよい。ソフトウェアインターフェースは、コンピュータ２２１および／またはコンピュータ２３１上に常駐してもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ２２１および２３１は、同一コンピューティングデバイスである。
【００４８】
また、システム２１０は、手術手技の際、１つ以上の対象物の姿勢（すなわち、位置および配向）を判定し、対象物の移動を検出するように構成される、追跡（または、局所化）システム２４０を含む。例えば、追跡システム２４０は、検出デバイスの基準座標枠に対して対象物の姿勢を取得する、検出デバイスを含んでもよい。対象物が基準座標枠内で移動すると、検出デバイスは、対象物の姿勢を追跡し、対象物の移動を検出する（または、手術システム２１０に判定させる）。その結果、コンピューティングシステム２２０は、追跡対象物または複数の対象物の移動に応答して、データを捕捉することが可能である。追跡対象物は、例えば、工具／器具、患者生体構造、インプラント／人工補装具、および手術システム２１０のコンポーネントを含んでもよい。また、追跡システム２４０からの姿勢データの使用によって、手術システム２１０は、１つの空間内の座標を別の空間内の座標に位置合わせ（あるいは、マッピングまたは関連付け）、空間整合または一致を達成可能である（例えば、周知のような座標変換プロセスを使用して）。物理的空間内の対象物は、コンピュータ２２１および／またはコンピュータ２３１上で実行するプロセスによって使用される座標系等の任意の好適な座標系に位置合わせされてもよい。例えば、追跡システム２４０からの姿勢データを利用することによって、手術システム２１０は、物理的生体構造を生体構造の表現（ディスプレイデバイス２２３上に表示される画像等）と関連付けることが可能である。追跡対象物および位置合わせデータに基づいて、手術システム２１０は、例えば、生体構造と関連生体構造との画像間の空間的関係を判定してもよい。
【００４９】
位置合わせは、例えば、画像と画像の位置合わせ（例えば、蛍光透視像またはＭＲ画像等の同一種類の画像あるいはモダリティが位置合わせされる、モノモダル位置合わせ（ｍｏｎｏｍｏｄａｌ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）、および／またはＭＲＩならびにＣＴ等の異なる種類の画像またはモダリティが位置合わせされる、マルチモーダル位置合わせ）、画像と物理的空間の位置合わせ（例えば、従来の撮像技術によって取得される患者の生体構造のデジタルデータセットが、患者の実際の生体構造と位置合わせされる、画像と患者の位置合わせ）、ならびに／あるいは画像と画像および画像と物理的空間の組み合わせ位置合わせ（例えば、術前ＣＴおよびＭＲＩ画像の術中場面への位置合わせ）等、任意の既知の位置合わせ技術を含んでもよい。また、コンピュータシステム２１０は、１つの空間内の座標を別の空間内の座標にマッピング（または、変換）するための座標変換プロセスを含み、空間整合または一致を達成してもよい。例えば、手術システム２１０は、座標変換プロセスを使用して、追跡対象物（例えば、患者の生体構造等）の位置をコンピュータ２３１および／またはコンピュータ２２１上で実行するプロセスによって使用される座標系にマッピングしてもよい。周知のように、座標変換プロセスは、例えば、剛体変換、非剛体変換、アフィン変換等の任意の好適な変換技術を含んでもよい。
【００５０】
追跡システム２４０は、手術システム２１０が、患者の関連生体構造の姿勢を継続的に判定（または、追跡）可能な任意の追跡システムであってもよい。例えば、追跡システム２４０は、非機械的追跡システム、機械的追跡システム、または手術用環境における使用に好適な非機械的および機械的追跡システムの任意の組み合わせを備えてもよい。非機械的追跡システムは、光学（または、視覚的）、磁気、無線、あるいは音響追跡システムを含んでもよい。そのようなシステムは、典型的には、所定の座標空間内で、検出デバイスによって検出可能であって、追跡される対象物に取り付けられるように構成される、あるいは追跡される対象物の固有の部品である、空間的に認識可能な追跡可能要素（または、追跡装置）を特定するように適合される検出デバイスを含む。例えば、追跡可能要素は、追跡可能要素が追跡対象物に取り付けられる場合、一意的幾何学形状配列と、追跡対象物との既知の幾何学形状関係とを有する、マーカのアレイを含んでもよい。既知の幾何学形状関係は、例えば、追跡可能要素との所定の幾何学形状関係、ならびに追跡対象物の端点および軸であってもよい。したがって、検出デバイスは、マーカの幾何学形状（一意的である場合）、軸の配向、およびマーカの位置から導出された基準枠内の端点の場所から、少なくとも部分的に、特定の追跡対象物を認識可能である。マーカは、例えば、外因性マーカ（あるいは、基点）および／または追跡対象物の内因性特徴等の任意の既知のマーカを含んでもよい。外因性マーカは、患者に取り付けられ（例えば、皮膚に取り付けられたマーカ、骨内に移植されたマーカ、定位枠等）、検出デバイスによって可視および正確に検出可能であるように設計される、人工対象物である。内因性特徴は、認識可能マーカ（例えば、目印、解剖学的構造の輪郭、形状、色、または任意の他の十分に認識可能な視覚的インジケータ）として機能するように十分に画定され、識別可能である、追跡対象物の顕著かつ正確に特定可能な部分である。マーカは、周知のように、例えば、光学、電磁気、無線、または音響方法等の任意の好適な検出方法を使用して特定されてもよい。例えば、赤外線に敏感な定常ステレオカメラ対を有する光学追跡システムを使用して、能動的（発光ダイオードまたはＬＥＤ等）または受動的（赤外線を反射する表面を伴う球面マーカ等）に赤外線を放出するマーカを追跡してもよい。同様に、磁気追跡システムは、追跡対象物内に集積された小型コイルによって感知される、空間的に変化する磁場を放出する定常場発生器を含んでもよい。
【００５１】
一実施形態では、図１４に示されるように、追跡システム２４０は、非機械的追跡システムを含む。本実施形態では、非機械的追跡システムは、検出デバイス２４１と、追跡対象物上に配置され（または、その中に組み込まれ）、検出デバイス２４１によって検出されるように構成される、少なくとも１つの追跡可能要素（または、追跡装置）と、を備える、光学追跡システムである。図１４では、検出デバイス４１は、例えば、赤外線に敏感であって、手術手技が施行される手術室内に位置付け可能なステレオカメラ対を含む。追跡装置は、固定かつ安定して、追跡対象物に取り付けられるように構成され、追跡対象物に対し既知の幾何学形状関係を有するマーカのアレイ（例えば、図１５のアレイＳ１）を含む。マーカは、能動的（例えば、発光ダイオードまたはＬＥＤ）または受動的（例えば、反射球面、格子縞パターン等）であってもよく、好ましくは、一意の幾何学形状（例えば、マーカの一意の幾何学形状配列）、または能動的有線マーカの場合、一意の発射パターンを有する。動作時、検出デバイス２４１は、マーカの位置を検出し、一意の幾何学形状（または、発射パターン）および追跡対象物に対する既知の幾何学形状関係は、手術システム２１０に、マーカの位置に基づいて、追跡対象物の姿勢を計算させる。
【００５２】
非機械的追跡システムは、ユーザが追跡を所望する各対象物に対する追跡可能要素（または、追跡装置）を含んでもよい。例えば、一実施形態では、非機械的追跡システムは、生体構造追跡装置２４３ａおよび２４３ｂ、概して、２４３（患者の生体構造を追跡するため）を含む。
【００５３】
図１４では、生体構造追跡装置２４３は、患者の生体構造（骨等）の関連部分上に配置され、関連生体構造を検出デバイス２４１によって追跡させるように適合される。生体構造追跡装置２４３は、生体構造への取り付けのための固定デバイスを含む。固定デバイスは、例えば、骨ピン、手術用ステープル、ネジ、クランプ、装着可能デバイス、脊髄管等であってもよい。一実施形態では、生体構造追跡装置２４３は、膝置換術の際に使用し、患者の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔを追跡するように構成される。本実施形態では、図１４に示されるように、生体構造追跡装置２４３は、大腿骨Ｆ上に配置されるように適合される第１の追跡装置２４３ａと、脛骨Ｔ上に配置されるように適合される第２の追跡装置２４３ｂと、を含む。図１５は、第１の追跡装置２４３ａを示し、骨ピンＰを備える固定デバイスと、マーカの一意のアレイＳ１（例えば、反射球面）と、を含む。アレイＳ１は、骨ピンＰの両方に可撤性に固定されるように適合される、接続機構４００に取り付けられる。例えば、図１５に示されるように、接続機構４００は、第１の部分４４２と、第２の部分４４４と、ネジ４４５と、を含んでもよい。大腿骨Ｆ上に第１の追跡装置４３ａを搭載するために、ユーザは、骨ピンＰを大腿骨Ｆ内に螺入して、骨ピンＰ上に接続機構４００を摺動し、ネジ４４５を締着し、第１および第２の部分４４２および４４４を一緒に引き抜き、それによって、接続機構４００を骨ピンＰにしっかりと固定する。固定されると、接続機構４００は、骨ピンＰに付加的安定性を付与する。第２の追跡装置２４３ｂは、第１の追跡装置２４３ａと等しいが、第２の追跡装置２４３ｂは、脛骨Ｔ上に搭載され、マーカのその独自の一意のアレイを有する。患者に搭載されると、第１および第２の追跡装置２４３ａと２４３ｂは、膝置換術の際、検出デバイス２４１に、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの運動を追跡させる。その結果、手術システム２１０は、個人がその可動域を通して関節を移動させると、リアルタイムで骨運動を検出および捕捉することが可能となる。
【００５４】
図１６は、捕捉された関節運動情報を使用して、インプラント計画を立てるための例示的プロセス５００を示す。プロセス５００を説明する際、図１４の例示的システム２１０が使用される。図１４では、追跡装置２４３ａおよび２４３ｂは、それぞれ、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔ内に挿入される。これらの追跡装置が膝関節の骨にしっかりと取り付けられた後、追跡装置は、追跡システム２４０およびコンピューティングシステム２２０を使用して、位置合わせされる（５０５）。位置合わせされると、コンピューティングシステム２２０は、特定の角度、例えば、０度（例えば、完全伸展）において、脛骨に対する大腿骨の姿勢データを捕捉する（５１０）。データの捕捉とは、少なくとも一時的データの格納を指す。また、捕捉とは、例えば、追跡装置および検出デバイスの使用を通しての姿勢データの検出と、そのストレージ場所またはデータを使用するいくつかの処理デバイスへのデータの伝送と、を指し得る。姿勢データ（位置および配向）は、プロセス５００で捕捉されるが、全実施形態において、姿勢データを使用する必要はない。例えば、システム２１０を使用する実施形態を含むいくつかの実施形態は、全部よりも少ない姿勢データ、例えば、位置データのみを使用して、本明細書に記載の技術を実装することが可能である。
【００５５】
プロセス５００では、上述のように、例えば、変換プロセスを使用して、コンピューティングシステム２２０は、姿勢データと、関節の骨の１つ以上の格納された表現と関連付ける（５１５）。これらの表現は、骨姿勢データが捕捉される（５１０）特定の個人に対して生成される、セグメント化されたＣＴデータ等の骨の画像および／またはモデルを含み得る。
【００５６】
コンピューティングシステム２２０は、可動域に対して、任意のさらなるデータが必要かどうかを判定する（５２０）。これは、例えば、データが収集される一式の所定の角度を有することによって、自動化可能である。データが所定の角度のそれぞれにおいて取得されていない場合、コンピューティングシステム２２０は、付加的データが必要であると判定し（５２０）、関節が位置付けられるべき次の角度をオペレータに表示または別様に通信する。関節が指示された位置にあるとのオペレータの指示に応じて、コンピューティングシステム２２０は、追跡システム２４０と通信し、追跡装置の姿勢を読み出し、ステップ５１０および５１５を繰り返す。一式の所定の角度に加えて、またはその代替として、コンピューティングシステム２２０は、インターフェース（例えば、表示されるテキスト、音声合成等）を通して、データが取得されるべき任意の付加的角度が存在するかどうかをオペレータに尋ねることが可能である。典型的には、データが捕捉され、関節の可動域を通して骨の相対位置を計算する、少なくとも２つの角度が存在する。
【００５７】
データの取得が必要な角度がさらに存在しない場合、コンピューティングシステム２２０は、関節表現内のインプラントモデルの位置を計算することが可能である（５２５）。そのような計算は、ユーザからの入力を考慮することが可能である。より具体的には、システム２２０のユーザは、例えば、ＧＵＩの使用を通して、関節表現内のインプラントの配置を操作することが可能である。インプラント位置および捕捉された姿勢データ、またはそのいくつかの派生物を使用して、コンピューティングシステム２２０は、インプラントの境界と、インプラントが相互作用する関節の骨の境界との間の関係（例えば、物理的距離）を判定することが可能である（５３０）。コンピュータシステム２２０は、判定された関係を表示する（５３５）。上述のように、測定、関節角度の一部または全部における測定のグラフ、インプラントおよび関節の視覚的表現、ならびにマッピングされた点等、判定された関係を表示可能な多くの方法が存在する。
【００５８】
上述の技術は、デジタル電子回路内、またはコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア内、あるいはそれらの組み合わせに実装可能である。実装とは、コンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置、例えば、プログラム可能プロセッサ、コンピュータ、または複数のコンピュータによる実行のため、あるいはその動作を制御するために、情報担体、例えば、機械可読ストレージデバイス内に実体的に具現化されるコンピュータプログラムとしてであり得る。コンピュータプログラム命令およびデータを具現化するために好適な情報担体は、あらゆる形態の不揮発性メモリを含み、一例として、半導体メモリデバイス、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス、磁気ディスク、例えば、内部ハードディスクまたはリムーバブルディスク、光磁気ディスク、ならびにＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む。コンピュータプログラムは、コンパイルまたは解釈言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で書くことが可能であって、独立プログラムとして、あるいはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピューティング環境内での使用に好適な他のユニットとして等、任意の形態で展開可能である。コンピュータプログラムは、１つの場所の１つのコンピュータまたは複数のコンピュータ上で展開され、実行可能である、あるいは複数の場所に分散され、通信ネットワークによって相互接続される。
【００５９】
方法ステップは、コンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能プロセッサによって行なわれ、入力データに基づいて動作し、出力を生成することによって、本発明の機能を果たすことが可能である。また、方法ステップは、特殊用途論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行可能であって、装置は、そのようなものとして実装可能である。モジュールとは、コンピュータプログラムおよび／またはその機能性を実装するプロセッサ／特殊回路の一部を指し得る。
【００６０】
上述の技術は、バックエンドコンポーネント、例えば、データサーバとして、および／またはミドルウェアコンポーネント、例えば、アプリケーションサーバ、および／またはフロントエンドコンポーネント、例えば、ユーザが例示的実装と相互作用可能なグラフィカルユーザインターフェースおよび／またはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータ、あるいはそのようなバックエンド、ミドルウェア、またはフロントエンドコンポーネントの任意の組み合わせを含む、分散コンピューティングシステム内に実装可能である。システムのコンポーネントは、デジタルデータ通信、例えば、通信ネットワークの任意の形態または媒体によって、相互接続可能である。通信ネットワークの実施例は、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）および広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えば、インターネットを含み、有線および無線ネットワークの両方を含む。
【００６１】
コンピューティングシステムは、クライアントおよびサーバを含み得る。クライアントおよびサーバは、概して、互いから遠隔であって、典型的には、通信ネットワークを通して相互作用する。クライアントおよびサーバの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行し、互いに対しクライアント／サーバ関係を有する、コンピュータプログラムによって生じる。
【００６２】
「備える」、「含む」、「有する」、および／または各「複数形」は、制約のないものであって、リストアップされた部品を含むが、リストアップされていない付加的部品も含み得る。また、「および／または」も制約のないものであって、リストアップされた部品のうちの１つ以上およびリストアップされた部品の組み合わせを含む。
【００６３】
本発明は、特定の実施形態の観点から記載されている。本明細書に記載の代替例は、例証のためだけの実施例であって、任意の方法における代替例に制限されない。本発明のステップは、異なる順番で実行されても、依然として、所望の結果を達成可能である。他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。
【図１（ａ）】
2010524562.tif 000003
【図１（ｂ）】
2010524562.tif 000004
【図１（ｃ）】
2010524562.tif 000005
【図２】
2010524562.tif 000006
【図３】
2010524562.tif 000007
【図４】
2010524562.tif 000008
【図６】
2010524562.tif 000009
【図７】
2010524562.tif 000010
【図８】
2010524562.tif 000011
【図１０】
2010524562.tif 000012
【図１１】
2010524562.tif 000013
【図１２】
2010524562.tif 000014
【図１３】
2010524562.tif 000015
【図１４】
2010524562.tif 000016
【図１５】
2010524562.tif 000017
【図５】
2010524562.tif 000018
【図９】
2010524562.tif 000019
【図９Ａ】
2010524562.tif 000020
【図１６】
2010524562.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月10日(2009.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、情報担体内に実体的に具現化されるコンピュータプログラム製品が存在することが可能であって、コンピュータプログラム製品は、データ処理装置に、上述の方法のいずれかを実行させるように動作可能である命令を含む。
（項目１）
手術計画方法であって、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、上記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
上記関節の上記第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを上記第１の骨の表現と関連付けることと、
上記捕捉されたデータに基づいて、上記関節の可動域の少なくとも一部を通して、上記第１のインプラントモデルと、上記第２の骨の表現との間の関係を判定することと、
上記判定された関係を表現する情報を表示することと
を含む、方法。
（項目２）
ユーザが上記第１のインプラントモデルの位置を変更することを可能にすることをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記変更された位置に基づいて、上記第１のインプラントモデルを上記第１の骨の表現と関連づけることと、
上記捕捉されたデータに基づいて、上記関節の可動域の少なくとも一部を通して、その変更された位置における上記第１のインプラントモデルと、上記第２の骨の表現との間の関係を判定することと
をさらに含む、項目２に記載の方法。
（項目４）
上記第２の骨の表現は、上記第２の骨の表面の表現、上記第２の骨の表現と関連付けられた第２のインプラントモデル、または両方を含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
捕捉することは、
上記第１の骨の位置と、上記第２の骨の位置とを追跡することと、
上記関節が上記可動域を通って移動すると、上記位置を記録することと
を含む、項目１に記載の方法。
（項目６）
上記第２の骨の表現の位置に対して、上記第１のインプラントモデルの位置を表現することと、
包括的な上記関節の可動域内の任意の選択された角度における位置を比較することと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記第２の骨と関連付けられた第２のインプラントモデルの位置に対して、上記第１のインプラントモデルの位置を表現することと、
包括的な上記関節の可動域内の任意の選択された角度における位置を比較することと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目８）
判定することは、包括的な上記関節の可動域内の１つ以上の角度における、上記第１のインプラントモデルと、上記第２の骨の表現との間、または、上記第１のインプラントモデルと、上記第２の骨に関連付けられた第２のインプラントモデルとの間の重複、空隙、あるいは両方を識別することを含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
表示することは、包括的に、上記関節の可動域内の任意の選択された角度または複数の角度における上記重複、上記空隙、あるいは両方の計算された測定値を表示することを含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
表示することは、包括的な上記関節の可動域内の１つ以上の角度における上記関節の少なくとも一部の表現内の上記重複、上記空隙、または両方を表示することを含む、項目８に記載の方法
（項目１１）
包括的な上記関節の可動域内の複数の角度における上記第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点をマッピングすることと、
上記マッピングされた点のうちの少なくとも１つを上記第２の骨の表現と整合することと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１２）
上記マッピングされた点のうちの少なくとも１つに基づいて、第２のインプラントモデルを上記第２の骨の表現と関連付けることをさらに含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
捕捉することは、所望の内／外角、内反／外反角、屈曲角、またはそれらの任意の組み合わせを達成するための上記関節の操作を表現するデータを捕捉することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１４）
上記関節の可動域の少なくとも一部を通して判定された関係が、上記所望の内／外角、内反／外反角、屈曲角、またはそれらの任意の組み合わせを可能にするように、ユーザが実際のインプラントの少なくとも一部に対応する少なくとも１つのインプラントモデルの配置を操作することを可能にすることをさらに備える、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
情報担体内に実体的に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、上記コンピュータプログラム製品は、データ処理装置に、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、上記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
上記関節の上記第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを上記第１の骨の表現と関連付けることと、
上記捕捉されたデータに基づいて、上記関節の可動域の少なくとも一部を通して、上記第１のインプラントモデルと、上記第２の骨の表現との間の関係を判定することと、
任意に、第２のインプラントモデルを上記第２の骨の表現と関連付けることと、
上記判定された関係を表現する情報を表示することと
を行わせるように動作可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
（項目１６）
手術計画方法であって、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、上記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
上記第１の骨の表現と、上記第２の骨の表現とを含む、上記関節の表現を生成することと、
上記第１の骨の表現上の第１のインプラントモデルと、上記第２の骨の表現上の第２のインプラントモデルとを重畳することと、
上記捕捉されたデータに基づいて、上記関節の表現が上記可動域を通して移動すると、上記第１および第２の骨の表現を表示し、上記第１のインプラントモデルと、第２のインプラントモデルとの間の関係を判定することと、
上記判定された関係に基づいて、上記第１のインプラントモデル、上記第２のインプラントモデル、または両方のサイズ、形状、位置、あるいはそれらの任意の組み合わせを調節することと
を含む、方法。
（項目１７）
情報担体内に実体的に具現化されるコンピュータプログラム製品であって、上記コンピュータプログラム製品は、データ処理装置に、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、上記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと
上記第１の骨の表現と、上記第２の骨の表現とを含む、上記関節の表現を生成することと、
上記第１の骨の表現上の第１のインプラントモデルと、上記第２の骨の表現上の第２のインプラントモデルとを重畳することと、
上記捕捉されたデータに基づいて、上記関節の表現が上記可動域を通して移動すると、上記第１および第２の骨の表現を表示し、上記第１と、第２のインプラントモデルとの間の関係を判定することと、
上記判定された関係に基づいて、上記第１のインプラントモデル、上記第２のインプラントモデル、または両方のサイズ、形状、位置、あるいはそれらの任意の組み合わせを調節させることと
を行わせるように動作可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
（項目１８）
手術用コンピューティングシステムであって、
コンピュータを含み、上記コンピュータは、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することと、
上記関節の第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを上記第１の骨の表現と関連付けることと、
上記捕捉されたデータに基づいて、上記関節の可動域の少なくとも一部を通して、上記第１のインプラントモデルと、上記第２の骨の表現との間の関係を判定することと
を行うように構成される、システム。
（項目１９）
上記コンピュータと通信する追跡システムをさらに含み、上記追跡システムは、検出デバイスと、１つ以上の追跡装置とを含み、上記１つ以上の追跡装置の各々は、上記追跡装置を上記関節の骨に連結するための連結手段を含む、項目１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
（項目２０）
ディスプレイをさらに含み、上記ディスプレイは、上記コンピュータと通信し、上記判定された関係を表現する上記コンピュータから受信された情報を表示するように構成される、項目１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
（項目２１）
上記コンピュータは、ユーザが上記判定された関係が計算、表示、または両方が行なわれる角度を選択することを可能にするユーザインターフェースを生成するようにさらに構成される、項目１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
（項目２２）
上記コンピュータは、ユーザが上記第１のインプラントモデルの位置を変更することを可能にするユーザインターフェースを生成するようにさらに構成される、項目１８に記載の手術用コンピューティングシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術計画方法であって、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
前記関節の前記第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを前記第１の骨の表現と関連付けることと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の可動域の少なくとも一部を通して、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間の関係を判定することと、
前記判定された関係を表現する情報を表示することと、
包括的な前記関節の可動域内の複数の角度における前記第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点をマッピングすることと、
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つを前記第２の骨の表現と整合することと
を含む、方法。
【請求項２】
ユーザが前記第１のインプラントモデルの位置を変更することを可能にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のインプラントモデルの前記変更された位置に基づいて、前記マッピングされた点を更新することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の骨の表現は、前記第２の骨の表面の表現、前記第２の骨の表現と関連付けられた第２のインプラントモデル、または両方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つに基づいて、第２のインプラントモデルを前記第２の骨の表現と関連付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の骨の表現と、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現と、前記第２の骨の表現と関連付けられた第２のインプラントモデルとのうちの少なくとも１つに関して、複数の前記マッピングされた点を表示することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
プログラムが記録されたコンピュータ読出し可能格納媒体であって、前記プログラムは、コンピュータに、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
前記関節の前記第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを前記第１の骨の表現と関連付けることと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の可動域の少なくとも一部を通して、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間の関係を判定することと、
任意に、第２のインプラントモデルを前記第２の骨の表現と関連付けることと、
前記判定された関係を表現する情報を表示することと、
包括的な前記関節の可動域内の複数の角度における前記第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点をマッピングすることと、
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つを前記第２の骨の表現と整合することと
を行わせるように動作可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項８】
手術計画方法であって、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと、
前記第１の骨の表現と、前記第２の骨の表現とを含む、前記関節の表現を生成することと、
前記第１の骨の表現上の第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現上の第２のインプラントモデルとを重畳することと、
包括的な前記関節の可動域内の複数の角度における前記第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点をマッピングすることと、
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つを前記第２の骨の表現と整合することと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の表現が前記可動域を通して移動すると、前記第１および第２の骨の表現を表示し、前記第１のインプラントモデルと、第２のインプラントモデルとの間の関係を判定することと、
前記判定された関係に基づいて、前記第１のインプラントモデル、前記第２のインプラントモデル、または両方のサイズ、形状、位置、あるいはそれらの任意の組み合わせを調節することと
を含む、方法。
【請求項９】
プログラムが記録されたコンピュータ読出し可能格納媒体であって、前記プログラムは、コンピュータに、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することであって、前記関節は、第１の骨と、第２の骨とを含む、ことと
前記第１の骨の表現と、前記第２の骨の表現とを含む、前記関節の表現を生成することと、
前記第１の骨の表現上の第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現上の第２のインプラントモデルとを重畳することと、
包括的な前記関節の可動域内の複数の角度における前記第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点をマッピングすることと、
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つを前記第２の骨の表現と整合することと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の表現が前記可動域を通して移動すると、前記第１および第２の骨の表現を表示し、前記第１と、第２のインプラントモデルとの間の関係を判定することと、
前記判定された関係に基づいて、前記第１のインプラントモデル、前記第２のインプラントモデル、または両方のサイズ、形状、位置、あるいはそれらの任意の組み合わせを調節させることと
を行わせるように動作可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項１０】
手術用コンピューティングシステムであって、
コンピュータを含み、前記コンピュータは、
特定の個人と関連付けられた関節の可動域を表現するデータを捕捉することと、
前記関節の第１の骨を表現することと、
第１のインプラントモデルを前記第１の骨の表現と関連付けることと、
前記捕捉されたデータに基づいて、前記関節の可動域の少なくとも一部を通して、前記第１のインプラントモデルと、前記第２の骨の表現との間の関係を判定することと、
包括的な前記関節の可動域内の複数の角度における前記第１のインプラントモデルの表面上の少なくとも１点をマッピングすることと、
前記マッピングされた点のうちの少なくとも１つを前記第２の骨の表現と整合することと
を行うように構成される、システム。
【請求項１１】
前記コンピュータは、ユーザが前記判定された関係が計算、表示、または両方が行なわれる角度を選択することを可能にするユーザインターフェースを生成するようにさらに構成される、請求項１０に記載の手術用コンピューティングシステム。
【請求項１２】
前記コンピュータは、ユーザが前記第１のインプラントモデルの位置を変更し、前記第１のインプラントモデルの前記変更された位置に基づいて、前記マッピングされた点を更新することを可能にするユーザインターフェースを生成するようにさらに構成される、請求項１０に記載の手術用コンピューティングシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１ａ】
2010524562.tif 000022
【図１ｂ】
2010524562.tif 000023
【図１ｃ】
2010524562.tif 000024
【図２】
2010524562.tif 000025
【図３】
2010524562.tif 000026
【図４】
2010524562.tif 000027
【図５】
2010524562.tif 000028
【図６】
2010524562.tif 000029
【図７】
2010524562.tif 000030
【図８】
2010524562.tif 000031
【図９】
2010524562.tif 000032
【図９Ａ】
2010524562.tif 000033
【図１０】
2010524562.tif 000034
【図１１】
2010524562.tif 000035
【図１２】
2010524562.tif 000036
【図１３】
2010524562.tif 000037
【図１４】
2010524562.tif 000038
【図１５】
2010524562.tif 000039
【図１６】
2010524562.tif 000040
【国際調査報告】
2010524562.tif 000041
2010524562.tif 000042