(57)【要約】  標的構造（１０）に対して医療デバイス（１；３）の位置決めパラメータのコンピュータ支援決定のための方法であって、Ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）の、または標的構造（１０）の、医療画像（５０）を得るステップであって、円筒形基準手段（１６）は、医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度を有するステップと、Ｂ）Ｘ線撮影デバイス（２０）に固定された局所座標系（２４）に対する医療デバイス（１）の実際の第１の位置を決定するステップと、Ｃ）医療デバイス（１）に対して標的構造（１０）の実際の第１の位置を計算するステップと、Ｄ）コンピュータ（３２）を使用して、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置を取り出すステップ、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現を取り出すステップと、Ｅ）コンピュータ（３２）を用いて、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の補正パラメータの値、および／または医療デバイス（１）に対して追加医療デバイス（３）の所望の位置を規定する値を計算するステップとを備える方法。標的構造（１０）または基準ベースに対して、医療デバイス（１）のコンピュータ支援位置決めのためのデバイスであって、ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）と、ｂ）Ｘ線撮影デバイス（２０）に電気的に接続されたコンピュータ（３２）と、ｃ）円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）とを含み、円筒形基準手段（１６）は、医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸（１８）、高さｈ、直径ｄ、および中心（４７）を有し、ｄ）コンピュータ（３２）は、本発明による方法のステップＢ）〜Ｆ）を行うように適切にプログラムされるデバイス。
2015508297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的構造（１０）または基準ベースに対して、医療デバイス（１；３）の位置決めパラメータのコンピュータ支援決定のための方法であって、
Ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）の、および標的構造（１０）の医療画像（５０）を得るステップであって、円筒形基準手段（１６）は、医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度を有するステップと、
Ｂ）コンピュータ（３２）および医療画像（５０）を使用して、数値的手順を用いて、局所座標系（２４）に対して円筒形基準手段（１６）の位置を計算することにより、Ｘ線撮影デバイス（２０）に固定された局所座標系（２４）に対する医療デバイス（１）の実際の第１の位置を決定するステップと、
Ｃ）コンピュータ（３２）を使用することにより、医療デバイス（１）に対して標的構造（１０）の実際の第１の位置を計算するステップと、
Ｄ）コンピュータ（３２）を使用して、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置を取り出すステップ、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現を取り出すステップと、
Ｅ）コンピュータ（３２）を用いて、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の、１つまたは複数の補正パラメータの値、および／または医療デバイス（１）に対して追加医療デバイス（３）の所望の位置を規定する値を計算するステップと
を備え、
Ｆ）数値的手順は、
ｉ）医療画像（５０）内の円筒形基準手段（１６）の投影（４２）を自動的に検出し、円筒形基準手段（１６）の投影（４２）内部に最小限４つの特徴的標識構造を決定するステップと、
ｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｉｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用して、前記特徴的標識構造を表現する仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｉｖ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現の仮想投影ポイントを、円筒形基準手段（１６）の投影（４２）の特徴的標識構造と照合することにより、円筒形基準手段（１６）の位置および向きを反復して決定するステップと
を基本的に備える方法。
【請求項２】
ステップＣ）の前に、
Ｂ１）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、医療画像（５０）の中に標的構造（１０）を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部を検出するステップ
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｘ線撮影デバイス（２０）が、光学軸（２１）および焦点（２２）を有し、方法は、ステップＢ）の前に、
Ａ１）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、医療デバイス（１）の、および標的構造（１０）の、少なくとも第２の医療画像（５０）を得るステップであって、少なくとも第２の医療画像（５０）の光学軸（２１）は、第１の医療画像（５０）を得るときの光学軸（２１）の位置に対して角度をなして調節されるステップ
をさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
Ａ２）第１の医療画像（５０）の局所座標系（２４）の位置に対して、少なくとも１つの第２の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置を決定するステップ
をさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
２Ｄ−３Ｄ再構成が、少なくとも１つの第２の医療画像（５０）および第１の医療画像（５０）から得られる、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
医療画像（５０）が、円筒形標的（１６）を含む医療デバイス（１）の少なくとも一部の投影、および標的構造（１０）の少なくとも一部の投影を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
医療デバイス（１）が、標的構造（１０）に、または標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の第１の静的位置で基準ベースに取り付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
数値的手順が、円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用するステップを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
円筒形基準手段（１６）が、医療デバイス（１）に対して、固定された位置にある、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
画像化された標的構造（１０）を検出するステップが、第１組のデジタルデータを使用することにより行われる、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ステップＤ）の下で、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現が、コンピュータ（３２）を使用して、第２組のデジタルデータから取り出される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの第２の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置と、第１の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置との間の関係を、１組の円筒形基準手段（１６）に固定されたグローバル座標系で決定するステップをさらに備える、請求項３から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
標的構造（１０）がインプラント（３０）を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
標的構造（１０）が解剖学的構造を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
標的構造（１０）が、器具もしくは用具、および／または円筒形基準手段（１６）を備える他の医療デバイス（１）を備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
追加医療デバイス（３）が、インプラント、器具、または用具を備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ステップＡ）の前に、
医療デバイス（１）の円筒形基準手段（１６）を取り囲む少なくとも一部、および標的構造（１０）の関係のある部分が、画像センサ（２３）の画像フィールド（２５）の中に投影可能であるように、光学軸（２１）、焦点（２２）、および画像フィールド（２５）を有する画像センサ（２３）を備えるＸ線撮影デバイス（２０）を、医療デバイス（１）および標的構造（１０）に対して位置決めするステップ
をさらに備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第１組のデジタルデータが、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に、手術前に記憶される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
第２組のデジタルデータが、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に、手術前に記憶される、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
補正パラメータの値をロボット位置決めデバイスに送信するステップをさらに備える、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ロボット位置決めデバイスを用いて、標的構造（１０）に対して所望の第２の位置に医療デバイス（１）を位置決めするステップをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ステップＡ）の前に、
医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸（１８）、高さｈ、および中心（４７）を有する円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）を提供するステップと、
医療デバイス（１）を、標的構造（１０）に、または標的構造（１０）に対して第１の静的位置で基準ベースに取り付けるステップと
を備える、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
ステップＤ）の前に、
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）に対する所望の第２の位置を計画するステップと、計画された第２の位置を、第２組のデジタルデータとして、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に記憶するステップと
をさらに備える、請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
Ｇ）標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の補正パラメータの値を、コンピュータ（３２）の表示装置（３３）上に表示するステップ
をさらに備える、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
好ましくは、表示された補正パラメータの値を使用することにより、標的構造（１０）に対して所望の第２の位置に医療デバイス（１）を手動で位置決めするステップをさらに備える、請求項１から１９または請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
機械的に調節可能なデバイスを使用することにより、表示された補正パラメータの値を用いて、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）を所望の第２の位置に位置決めするステップをさらに備える、請求項１から１９または請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
ステップＣ）でＸ線撮影デバイス（２０）を用いて医療画像（５０）の中に標的構造（１０）を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部の検出が、自動的に行われる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現が、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に記憶された第２組のデジタルデータから自動的に取り出される、請求項１から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
第１組のデジタルデータが、標的構造（１０）の、または標的構造（１０）の特定の特徴の、幾何学的表現または近似を規定する、請求項１０から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
数値的手順が、
ｉ）医療画像（５０）内の円形円筒基準手段（１６）のレンズ状の投影（４２）を自動的に検出し、円筒形基準手段（１６）のレンズ状の投影（４２）の２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）を決定するステップと、
ｉｉ）直径ｄ、長手方向の軸（１８）、中心（４７）、および高さｈを有する円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｉｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用して、２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）を表現する仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｉｖ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現の仮想投影ポイントを、レンズ状の投影（４２）の２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）と照合することにより、円筒形基準手段（１６）の位置および向きを反復して決定するステップと
を基本的に備える、請求項１から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
仮想の幾何学的表現が、円筒形基準手段（１６）の高さｈ、直径ｄ、および中心の位置（４７）に対する値を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
標的構造（１０）または基準ベースに対して、医療デバイス（１）のコンピュータ支援位置決めのためのデバイスであって、
ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）と、
ｂ）Ｘ線撮影デバイス（２０）に電気的に接続されたコンピュータ（３２）と、
ｃ）医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸（１８）、高さｈ、および中心（４７）を有する円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）と
を含み、
ｄ）コンピュータ（３２）は、請求項１に記載の方法のステップＢ）〜Ｆ）を行うように適切にプログラムされる
ことを特徴とするデバイス。
【請求項３３】
医療デバイス（１）を標的構造（１０）または基準ベースに取り付けることができるようになる取付手段（２）をさらに備える、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
基準ベースが、標的構造（１０）に対して静的に拘束される、請求項３２または３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
外科手術用具またはインプラントを受け入れ、案内するためのガイド構造（５）を備える、請求項３２から３４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３６】
ガイド構造（５）が、円筒形基準手段（１６）に対して固定された位置に位置決めされる、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
ガイド構造（５）が、円筒形基準手段（１６）に対して所望の位置に位置決め可能である、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３８】
少なくとも１つの自由度に対して、標的構造（１０）または基準ベースに対して医療デバイス（１）を手動で再位置決めするための機械的手段（６）を備える、請求項３２から３７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３９】
医療デバイス（１）が、医療デバイス（１）自体を再位置決めすることなく、所望の計画に調和させるために、１つまたは複数の追加医療デバイス（３）を受け入れるのに適している、請求項３２から３８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４０】
医療デバイス（１）の実際の第１の位置が、少なくとも１つの機械的スケールまたはデジタルスケール（９）上に示される、請求項３２から３９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４１】
医療デバイス（１）の実際の第１の位置が、有線接続または無線伝送によりコンピュータに転送される、請求項３２から４０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４２】
医療デバイス（１）が、Ｘ線投影で見える放射線不透過構造（１４）をさらに備える、請求項３２から４１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４３】
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）を所望の第２の位置に位置決めするための、コンピュータ制御アクチュエータを備える、請求項３２から４２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４４】
医療デバイス（１）が、外科手術用具を、好ましくは照準デバイス（７）を備える、請求項３２から４３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４５】
医療デバイス（１）が、インプラントに取付可能な挿入ハンドル（８）を備える、請求項３２から４４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４６】
医療デバイス（１）が、整形外科用インプラントまたは骨接合用インプラントを備える、請求項３２から４５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４７】
医療デバイス（１）が、複数の円筒形基準手段（１６）を、好ましくは、２つまたは３つの円筒形基準手段（１６）を、互いに対して既知の位置に備える、請求項３２から４６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４８】
円筒形基準手段（１６）がすべて等しいサイズを有する、請求項４７に記載のデバイス。
【請求項４９】
円筒形基準手段（１６）すべての長手方向の軸（１８）が平行である、請求項４７または４８に記載のデバイス。
【請求項５０】
円筒形基準手段（１６）の長手方向の軸（１８）が、規定された手法で、互いに対して角度をなして配置される、請求項４７または４８に記載のデバイス。
【請求項５１】
円筒形基準手段（１６）の直径ｄに対する高さｈの比が異なる、請求項４７または４９または５０に記載のデバイス。
【請求項５２】
髄内股関節インプラントを配置するための、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５３】
解剖学的骨折整復用の、詳細には、骨折した長骨の回転ミスアライメントを調節するための、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５４】
髄内釘の遠位インターロック用の、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５５】
骨の、詳細には、近位上腕骨の解剖学的プレート固定用の、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５６】
骨ねじを挿入するための、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分による標的構造に対して医療デバイスを位置決めするための位置決めパラメータのコンピュータ支援決定の方法、および請求項３２の前提部分による方法で使用するための医療デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
インプラントを置く作業が、外傷および整形外科だけでなく、いくつかの他の医療専門分野で重要な役割を果たす。来るべき最小侵襲技法だけでなく、解剖学の領域でのオリエンテーションが強く求められ、操作者の経験を必要とする。その結果、外科手術時間が長くなり、強度の放射および不十分な外科手術結果が伴う。コンピュータ支援外科手術（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｓｕｒｇｅｒｙ、ＣＡＳ）の概念が、外科手術の取扱いを容易にすることを目的とする。この概念は、一般に３ステップ手法に基づき、第１のステップでは、対象となる領域の医用画像化が必要であり、第２に、手術の仮想外科手術計画が生成され、第３のステップで、患者に対して計画を実行する際に外科医が確実に案内される。医用画像化は、主にＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、コンピュータ断層撮影法）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ、磁気共鳴映像法）、または３Ｄアイソセントリックスキャニング（ｉｓｏｃｅｎｔｒｉｃ  ｓｃａｎｎｉｎｇ）などのＸ線撮影法により行われる。かなりの放射線量を費やして、これらの技法は、好都合な計画作成のために、非常に明確な３Ｄ画像を与えるが、詳細には、より小さな診療所を大きな投資に直面させる。さらに、多くの病院では、ＣＴまたはＭＲＩは、診療ワークフローのボトルネックと考えられている。外科手術計画作成後に、患者を手術計画と相互に連結するために、光学的、機械的、電磁的、または音響の原理に基づく、コストがかかり、偶然に影響されやすいトラッキングデバイスが手術室で必要となる。このステップは、患者登録と呼ばれ、現在、コンピュータ援用外科手術の分野で最も困難な課題の１つであり、外科手術手順全体の精度に大きく影響を及ぼす。解剖学的組織およびインプラントのトラッキングのために、基準ベースが、厳密に、および多くの場合、侵襲的に、いくつかの適切な要素に取り付けられる必要がある。これは、一般に、外科手術の間の時間消費、妨げの不可避性として認識されている。したがって、確実かつ効率的に医学的介入を実現するための、簡素化された支援技術が、現在の外科手術ワークフローを大きく改善する可能性をはらんでいる。
【０００３】
コンピュータ支援外科手術システムおよびそれを操作する方法がＢｌａｕ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許出願公開第２０１１／２１３３７９号明細書により公知である。この公知のコンピュータ支援外科手術システムは、解剖学的構造に関して位置決めされることができる基準体と、解剖学的構造に関して基準体の位置を検出するための検出デバイスと、解剖学的構造を医療デバイス、たとえば髄内釘の仮想表現と重ね合わせて、基準体の位置を修正し、解剖学的構造に対して医療デバイス、たとえば髄内釘の仮想位置を最適化するように、適切にプログラムされたコンピュータとを基本的に備える。
【０００４】
基準体は、医療用具、たとえば孔あけ用具に、または髄内釘に固定されることができる。基準体は、基準体の位置が、単一の２次元医療画像から決定されることができるように、基準体全体に分散した複数の基準マーカを具備する。あるいは、基準体は、医療画像内の基準体の位置を識別するための固有の幾何形状を有する医療用具とすることができる。他の代替実施形態では、髄内釘が、固有の形態を有してもよいので、基準体となることができる。
【０００５】
上記のコンピュータ支援外科手術システムを操作する方法は、
ａ）解剖学的構造に関して基準体を位置決めするステップと、
ｂ）第１の角度で第１の２次元医療画像を撮り、基準体が、解剖学的構造に適用される医療デバイス、たとえば髄内釘の位置を仮想的に表現するステップと、
ｃ）第１の２次元医療画像から得られた画像データを表示デバイス上で見るステップと、
ｄ）適用される医療デバイス、たとえば髄内釘の、画像データの上に重ね合わされた仮想表現で解剖学的構造を見るステップと、
ｅ）医療デバイス、たとえば髄内釘を解剖学的構造に適用するための許容範囲に関する規則、たとえば外科手術計画に対する最良適合を得るために、解剖学的構造に適用される医療デバイス、たとえば髄内釘の最適な仮想位置を見るステップと
ｆ）基準体の位置を修正するステップと
を備える。
【０００６】
上述のコンピュータ支援外科手術システムおよびそれを使用する方法に関連する１つの問題が、インプラントまたは外科手術器具の位置が、規定された位置に、インプラントまたは器具に取り付けられなければならない複数のマーカを備える、別個の基準体に基づき決定されるということである。
【０００７】
さらに、基準マーカは、適切なトラッキングのためには、比較的広範囲に及ぶ必要がある。これは、従来のＣアームの視界が限定され、マーカを取り付けるためのスペースが制限されているので、問題となる可能性がある。さらに、投影された医療画像内に望ましくない重なりが発生する場合がある。マーカまたは標的の、この広範囲の広がりは、円筒形の基準手段を使用するときには必要ない。放射線不透過性マーカは、カーボンハンドルのような放射線透過性構造の中に埋め込まれなければならない。基準マーカは、たとえば金属インプラント上で使用されることができない。放射線不透過性のマーカを装備する放射線透過性の手段を作成することが、既存の構造の中に孔をあける、またはさらには既存の孔を使用するよりも強く求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／２１３３７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
コンピュータ支援外科手術用の改善された方法およびデバイスが依然として必要である。
【００１０】
コンピュータを用いて標的構造または基準体に対して医療デバイスを位置決めすることを可能にする方法および医療デバイスを提供することが本発明の目的であり、医療デバイスは、インプラントまたは器具の中にすでに存在する、または既存のインプラントまたは器具の中に容易に組み入れられることができる、簡単で明確な形状の、１つまたは複数の基準手段を備える。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、請求項１の特徴を備える医療デバイスを位置決めするための位置決めパラメータのコンピュータ支援決定の方法に関して、および請求項３２の特徴を備える、方法と共に使用するための医療デバイスに関して提起された問題を解決する。
【００１２】
本発明によるコンピュータ支援外科手術の方法の利点は、基本的に以下にある：
・円筒形基準手段として実現された基準マーカの利点が、たとえば放射線不透過性の材料内部の穿孔の利点が、その単純性にある。基準マーカは、作成しやすく、最小の努力で既存のインプラントおよび器具の大多数の中に組み入れられることができ、取扱いおよび外科手術ワークフローを損なわない。追加の基準対象物は必要ない。
・２Ｄ−３Ｄ再構成のために、画像の中に少しのはっきり識別できる標識構造だけを必要とする、簡単で明確な形状の円筒形基準手段を使用することにより、迅速で強固な対象物トラッキングが可能である。
・すでに存在する孔、たとえば照準デバイスにおけるドリルガイド孔、または髄内釘内のロッキング孔が、円筒形基準手段として使用されることができる。
・必要なＸ線撮影法が、最小の投影まで低減されることができる。
・Ｘ線撮影デバイスの向きが重要ではなく、円筒形基準手段の投影が目に見える必要があるという制限があるだけである。さらに
・反復Ｘ線透視法を使用して、自由裁量の手法で日常的に介入するための、確立された外科手術慣行と比較して、本発明による医療デバイスは、外科手術の精度を高め、手術時間を低減し、患者および手術室職員の放射への被爆を減少させる。
【００１３】
さらに、公知の外科手術ナビゲーションシステムは、光学的、電磁的、または同等の原理に基づく位置トラッキング技術を使用する。標的とされる解剖学的構造に対する基準は、トラッキングシシステムの基準ベースをＸ線撮影画像またはＣＴスキャンと相互に連結する、患者登録と呼ばれる作業ステップにより確立される必要がある。本発明による方法およびデバイスを使用することにより、対象物トラッキング、および解剖学的構造の登録が、同じ画像の画像処理により行われるので、このステップは省略されることができる。さらなる利点として、大多数の診療所で、すでに利用可能な従来のＣアームであっても、追加のトラッキングまたは画像化装置が必要ないことが、本明細書で基本的に理解される。公知の外科手術ワークフローが、追加トレーニング、または追加の有資格職員なしに維持されることができる。公知の外科手術ナビゲーションシステムは、自由裁量の手法で動作させられる器具の空間的動きをリアルタイムでトラッキングすることができるようにする。提案される方法および医療デバイスは、静的位置で器具またはインプラントを厳密に案内することができるようにし、拘束されない、手動での器具取扱いによる不正確さをなくする。
【００１４】
本出願で使用されるとき、「標識構造」という用語は、対象物の特定の場所に印をつける顕著な特徴、たとえば、孔、頂点、縁部、または球状様態、たとえば大腿骨頭のような、検出可能な解剖学的標識構造という意味を有する。
【００１５】
「Ｃアーム」という用語は、医療用Ｘ線イメージ増倍管を含み、Ｃアームは、Ｘ線源およびイメージ増倍管を、たとえば、得られた医療画像をコンピュータ上で表示し、かつ処理することを可能にするＸ線透視システムまたは電子センサを包含する。
【００１６】
局所座標系に対して円筒形基準手段の位置を決定するために使用される数値的手順が、一般に、
１）医療画像内の関係のある標識構造すべてを検出するステップ、
２）円筒形基準手段の仮想表現を確立するステップ、
３）仮想円筒基準手段の位置に応じて、仮想投影標識構造を計算するステップ、および
４）医療デバイスの仮想位置を調節して、Ｘ線撮影デバイスに対する真の位置を得ることにより、仮想標識構造および実際の標識構造を数値的に照合するステップ
を行う。
【００１７】
これにより、互いに対して、および患者の解剖学的組織に対して、いくつかの対象物の位置が決定されることができる。次いで、これらの位置の、規定された外科的処置が、器具および／またはインプラントの、所望の位置決めにつながる場合がある。
【００１８】
すべての要素の、たとえば医療デバイスおよび標的構造の、互いに対する実際の相対位置を計算した後に、コンピュータの表示装置上に状況が可視化されることができる。
【００１９】
本明細書で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈において特に明記しない限り、複数言及を排除しない。たとえば、「円筒形基準手段」、または「少なくとも１つの円筒形基準手段」、または「医療画像」という用語は、複数の円筒形基準手段または複数の医療画像を排除しない。
【００２０】
医療デバイスは、外科手術器具、たとえば照準デバイスまたはインプラント、たとえば髄内釘、またはインプラントに厳密に取り付けられた外科手術器具であってもよい。
【００２１】
標的構造は、他の外科手術器具またはインプラント、たとえば髄内釘または解剖学的構造、たとえば孔、頭頂、縁部、または球状様態、たとえば大腿骨頭のような特徴および検出可能な標識構造を備える骨であってもよい。
【００２２】
基準ベースは、手術室、手術台、骨もしくは骨片、（皮膚に対して非侵襲性の）患者、または事前に挿入されたインプラントであってもよい。一般に、標的構造に対して静的位置に維持されることができ、かつ用途に応じて、標的構造の相対的動きが許容可能なあらゆるものが基準ベースとして使用されることができる。
【００２３】
追加医療デバイスが、ねじ、またはピン、または同等のものであってもよい。
【００２４】
本発明による方法およびデバイスの、他の有利な実施形態が、以下のように説明されることができる。
【００２５】
特別な一実施形態では、方法は、ステップＣ）の前に、
Ｂ１）Ｘ線撮影デバイスを用いて医療画像の中に標的構造を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部を検出するステップ
をさらに備える。
【００２６】
方法の他の一実施形態では、Ｘ線撮影デバイスは、光学軸および焦点を有し、方法は、Ｘ線撮影デバイスを用いて、医療デバイスおよび標的構造の、少なくとも第２の医療画像を得るステップＡ１）をさらに備え、少なくとも１つの第２の医療画像の光学軸が、第１の医療画像を得るときの光学軸の位置に対して角度をなして調節される。
【００２７】
他の一実施形態では、方法は、第１の医療画像に対する局所座標系の位置に対して、少なくとも１つの第２の医療画像に対する局所座標系の位置を決定するステップＡ２）をさらに備える。
【００２８】
方法の他の実施形態では、２Ｄ−３Ｄ再構成が、少なくとも１つの第２の医療画像および第１の医療画像から得られる。
【００２９】
標的構造に対する医療デバイスの空間位置が、たとえば髄内釘の遠位ロッキングの際に当てはまる、少なくとも１つの制約（たとえば、標的構造と医療デバイスの間の距離）が既知である場合だけ、単一医療画像から計算されることができる。標的構造と医療デバイスの間の距離が既知ではない場合、異なる視野角からの少なくとも第２の医療画像が必要である。これらの少なくとも２つの医療画像を獲得する間、円筒形基準手段が動かされず円筒形基準手段と標的構造の両方が医療画像上で目に見えると仮定すると、第１の医療画像に対する局所座標系、および第２の医療画像に対する局所座標系は、互いに関連づけられることができ、標的構造の空間位置が得られることができる。
【００３０】
好ましくは、医療画像は、円筒形標的を含む医療デバイスの少なくとも一部の投影、および標的構造の少なくとも一部の投影を含む。
【００３１】
方法の他の一実施形態では、医療デバイスは、標的構造に、または標的構造を基準とした医療デバイスの第１の静的位置で基準ベースに取り付けられる。
【００３２】
好ましくは、数値的手順は、円筒形基準手段の仮想の幾何学的表現を使用するステップを備える。
【００３３】
方法のさらに他の実施形態では、円筒形基準手段は、医療デバイスに対して、固定された位置にある。
【００３４】
方法の他の実施形態では、画像化された標的構造を検出するステップは、第１組のデジタルデータを使用することにより行われる。第１組のデジタルデータは、標的構造の、または標的構造の特定の様態の、幾何学的表現または近似を規定してもよい。
【００３５】
方法の他の一実施形態では、標的構造に対する医療デバイスの所望の第２の位置、および／または追加医療デバイスの仮想の幾何学的表現が、コンピュータを使用して、第２組のデジタルデータから取り出される。第２組のデジタルデータは、外科手術計画を規定するデータセット、または／および標的構造に対する、医療デバイスの所望の位置だけを規定するデータセットであってもよい。
【００３６】
さらに他の一実施形態では、方法は、少なくとも１つの第２の医療画像に対する局所座標系の位置と、第１の医療画像に対する局所座標系の位置との間の関係を、１組の円筒形基準手段に固定されたグローバル座標系で決定するステップをさらに備える。
【００３７】
方法の他の実施形態では、標的構造はインプラントを備える。
【００３８】
方法の他の実施形態では、標的構造は解剖学的構造を備える。
【００３９】
方法のさらに他の実施形態では、標的構造は、器具、用具、および／または円筒形基準手段を備える他の医療デバイスを備える。
【００４０】
方法の他の一実施形態では、追加医療デバイスは、インプラントを、たとえば、骨ねじ、器具、用具、および／または他の医療デバイスを備える。
【００４１】
方法の他の一実施形態では、ステップＡ）の前に、
医療デバイスの円筒形基準手段を取り囲む少なくとも一部、および標的構造の関係のある部分が、画像センサの画像フィールドの中に投影可能であるように、光学軸、焦点、および画像フィールドを備える画像センサを有するＸ線撮影デバイスを、医療デバイスおよび標的構造に対して位置決めするステップ
をさらに備える。
【００４２】
方法の他の実施形態では、第１組のデジタルデータは、コンピュータのデータ記憶装置に、手術前に記憶される。
【００４３】
方法のさらに他の実施形態では、第２組のデジタルデータは、コンピュータのデータ記憶装置に、手術前に記憶される。第２組のデジタルデータは、外科手術計画に関与する医療デバイスおよび／または標的構造の所望の相対位置を含む、骨接合処置または整形外科処置の外科手術計画を備えることができる。
【００４４】
他の一実施形態では、方法は、補正パラメータの値をロボット位置決めデバイスに送信するステップをさらに備える。
【００４５】
さらに他の実施形態では、方法は、ロボット位置決めデバイスを用いて、標的構造に対して、所望の第２の位置に医療デバイスを位置決めするステップをさらに備える。
【００４６】
他の実施形態では、方法は、ステップＡ）の前に、
医療デバイスを取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸、高さｈ、および中心を有する円筒形基準手段を備える医療デバイスを提供するステップと、
医療デバイスを、標的構造に、または標的構造に対して、第１の静的位置にある基準ベースに取り付けるステップと
を備える。
【００４７】
他の実施形態では、方法は、
標的構造に対して、医療デバイスに対する所望の第２の位置を計画するステップと、計画された第２の位置を、第２組のデジタルデータとして、コンピュータのデータ記憶装置に記憶するステップと
をさらに備える。
【００４８】
他の実施形態では、方法は、
標的構造を基準とした、医療デバイスの実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の補正パラメータの値を、コンピュータの表示装置上に表示するステップ
をさらに備える。
【００４９】
他の実施形態では、方法は、好ましくは、表示された補正パラメータの値を使用することにより、標的構造に対して所望の第２の位置に医療デバイスを手動で位置決めするステップをさらに備える。
【００５０】
さらに他の一実施形態では、方法は、機械的に調節可能なデバイスを使用することにより、および表示された補正パラメータの値を使用することにより、標的構造に対して所望の第２の位置に医療デバイスを位置決めするステップをさらに備える。
【００５１】
方法の他の実施形態では、Ｘ線撮影デバイスを用いて医療画像の中に標的構造を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部を検出するステップが、自動的に行われる。
【００５２】
方法の他の実施形態では、標的構造に対する医療デバイスの所望の第２の位置、および／または追加医療デバイスの仮想の幾何学的表現が、コンピュータのデータ記憶装置に記憶された第２組のデジタルデータから自動的に取り出される。
【００５３】
方法の他の実施形態では、第１組のデジタルデータは、標的構造の、または標的構造の特定の特徴の、幾何学的表現または近似を規定する。
【００５４】
方法の他の一実施形態では、数値的手順は、
ｉ）医療画像内の円形円筒基準手段のレンズ状の投影を自動的に検出し、円筒形基準手段のレンズ状の投影の、２つの交点、ならびに第１および第２の頂点を決定するステップと、
ｉｉ）直径ｄ、長手方向の軸、中心、および高さｈを有する円筒形基準手段の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｉｉｉ）円筒形基準手段の仮想の幾何学的表現を使用して、２つの交点、ならびに第１および第２の頂点を表現する仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｉｖ）円筒形基準手段の仮想の幾何学的表現の仮想投影ポイントを、レンズ状の投影の２つの交点ならびに第１および第２の頂点と照合することにより、円筒形基準手段の位置および向きを反復して決定するステップと
を基本的に備える。
【００５５】
好ましくは、仮想の幾何学的表現は、円筒形基準手段の高さｈ、直径ｄ、および中心の位置の値を含む。
【００５６】
他の実施形態では、デバイスは、医療デバイスを標的構造または基準ベースに取り付けることができるようにする取付手段をさらに備える。
【００５７】
デバイスの他の実施形態では、基準ベースは、標的に対して静的に拘束される。
【００５８】
他の実施形態では、デバイスは、外科手術用具またはインプラントを受け入れ、案内するためのガイド構造を備える。外科手術用具またはインプラントは、ドリルビット、ねじ、ガイドワイヤ、ねじ回し、タップ、外科用メス、カニューレ、もしくは同等品、または指定された経路に沿って患者の身体内部に位置決めされる任意の他の対象物とすることができる。
【００５９】
デバイスのさらに他の実施形態では、ガイド構造は、円筒形基準手段に対して固定された位置に位置決めされる。
【００６０】
デバイスのさらに他の実施形態では、ガイド構造は、円筒形基準手段に対して、所望の位置に、位置決め可能である。
【００６１】
他の実施形態では、デバイスは、少なくとも１つの自由度に対して、標的構造または基準ベースに対して医療デバイスを手動で再位置決めするための機械的手段を備える。この機械的手段は、
−第１の状態から第２の状態に、止めねじまたはスライダにより動作させられる、平行移動および／または回転の調節用の機構、
−６つの自由度に対する調節、および特定の位置に厳密に固定することを可能にする曲げやすいアームのような曲げやすくロック可能な機械的手段、
−外力に対して２つの部材間で静的位置を維持することを可能にする一方で、静的摩擦力を超えることにより位置の操作を同時に可能にする、たとえば、髄内釘と骨の間の摩擦で係合する接続
とすることができる。
【００６２】
デバイスの他の実施形態では、医療デバイスは、医療デバイス自体を再位置決めすることなく、所望の計画に調和させるために、１つまたは複数の追加医療デバイスを受け入れるのに適している。たとえば解剖学的プレート固定のために使用される追加医療デバイス、たとえば、骨プレート、ねじの長さ、および／またはねじの向き。
【００６３】
デバイスの他の一実施形態では、医療デバイスの実際の第１の位置は、少なくとも１つの機械的スケールまたはデジタルスケール上に示される。たとえば、機械的回転もしくは平行移動のスケールが医療デバイスに取り付けられる、または粘着ラベル上に印刷されたスケールが患者の皮膚に貼られる。
【００６４】
デバイスの他の一実施形態では、医療デバイスの実際の第１の位置が、有線接続または無線伝送によりコンピュータに転送される。
【００６５】
デバイスの他の実施形態では、医療デバイスは、Ｘ線投影で目に見える放射線不透過構造をさらに備える。放射線不透過構造は、Ｘ線画像の中に投影された放射線不透過構造の仮想の幾何学的表現と位置合わせすることができる。
【００６６】
他の実施形態では、デバイスは、標的構造に対して医療デバイスを所望の第２の位置に位置決めするための、コンピュータ制御アクチュエータを備える。
【００６７】
デバイスのさらに他の実施形態では、医療デバイスは外科手術用具を、好ましくは、照準デバイスを備える。照準デバイスは、インプラント、骨、手術台などの基準ベースに、または患者の皮膚もしくは同等のものに取り付けられることができる。
【００６８】
デバイスの他の実施形態では、医療デバイスは、インプラントに取付可能な挿入ハンドルを備える。
【００６９】
さらに他の実施形態では、医療デバイスは、整形外科または骨接合のインプラントを、たとえば髄内釘を備える。
【００７０】
他の一実施形態では、医療デバイスは、複数の円筒形基準手段を、好ましくは、２つまたは３つの円筒形基準手段を、互いに対して既知の位置に備える。円筒基準手段の場合、６つの自由度に対して対象物の位置を決定するために、少なくとも第２の円筒基準手段が必要である。さらに、標的中心点間の既知の距離が、詳細には透視投影を使用するとき、投影平面に垂直な方向に位置を決定する精度を高めるために使用されることができる。
【００７１】
デバイスの他の実施形態では、すべての円筒形基準手段は、等しいサイズを有する。好ましくは、円筒形基準手段すべての長手方向の軸は平行である。等しいサイズを有する円筒形基準手段を備える構成、および／または平行な長手方向の軸構成を備える配置が作成しやすく、最大可能な視野角の通路を許容し、すべての円筒形基準手段が医療画像で目に見えることを保証する。
【００７２】
デバイスの他の実施形態では、円筒形基準手段の長手方向の軸は、規定された手法で、互いに対して角度をなして配置される。好ましくは、円筒形基準手段の直径ｄに対する高さｈの比は異なる。角度をなす長手方向の軸を有する円筒形基準手段の配置、および／または異なる比ｈ／ｄを有する円筒形基準手段の構成により、円筒形基準手段の投影から、円筒形基準手段の各々を一意に割り当てることが可能になり、仮想および実際の投影標識構造を反復して照合する間に、数値的手順が極小値に、したがって、間違った解に集束するリスクをなくする。
【００７３】
本発明によるデバイスは、好ましくは、髄内股関節インプラントを配置するのに適している。
【００７４】
本発明によるデバイスは、解剖学的骨折整復に、詳細には、骨折した長骨の回転ミスアライメントを調節するのに適している可能性がある。
【００７５】
本発明によるデバイスは、髄内釘の遠位インターロッキングに適している可能性がある。
【００７６】
本発明によるデバイスは、骨の、詳細には、近位上腕骨の解剖学的プレート固定に適している可能性がある。
【００７７】
本発明によるデバイスは、骨ねじの挿入に適している可能性がある。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態について、例によって、添付図面を参照して、以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明によるデバイスの一実施形態の概略斜視図を示す。
【図２】本発明による方法の一実施形態で使用される医療デバイスの他の一実施形態の斜視図を示す。
【図３】較正ボルトが挿入された、図２の本発明による方法の実施形態で使用される医療デバイスの実施形態の斜視図を示す。
【図４】本発明による方法のさまざまな実施形態で使用される医療デバイスの他の一実施形態の斜視図を示す。
【図５】本発明による方法の一実施形態で使用される医療デバイスの他の実施形態の斜視図を示す。
【図６】本発明による方法の一実施形態で使用される医療デバイスのさらに他の実施形態の斜視図を示す。
【図７】本発明による方法の他の一実施形態で使用される医療デバイスのさらに他の実施形態の斜視図を示す。
【図８】本発明による医療デバイスのさらに他の実施形態の斜視図を示す。
【図９ａ】本発明による医療デバイスの他の一実施形態の略図を示す。
【図９ｂ】本発明による医療デバイスの他の一実施形態の略図を示す。
【図１０】本発明による医療デバイスの各実施形態で使用される円形円筒基準手段の中心投影法の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
一般的臨床手順の簡単な説明：
・インプラントが、たとえば髄内釘１１０、および／または円筒形基準手段１６を、たとえば穿孔を装備した器具が、患者の解剖学的組織に対しておおよそ配置される。
・手術室で利用可能な従来のＸ線撮影デバイス２０で、たとえばＣアームで、最小限１つの医療画像５０を撮ることにより、現在の状況が、静的に取り込まれる。Ｃアームは、すべての関係のある円筒形基準手段１６および関係のある解剖学的組織が医療画像５０で見えるという条件の下で、任意の方向に向けられる。
・次いで、１つまたは複数の医療画像５０が、関係のある要素（器具、インプラント、解剖学的組織）すべての空間情報を得るために、本発明による数値的手順を含む特定のアルゴリズムにより処理される。アルゴリズムおよび数値的手順は、Ｘ線撮影デバイス上、またはＣアームに接続された外部コンピュータ上に実装されることができる。非無菌手術室職員、たとえばＸ線技術者が、ソフトウェアを動作させることができる。
・所望のインプラント位置の計画作成は、手術中に撮られた医療画像５０に基づき行われる。計画作成は、手動で、または画像処理アルゴリズムにより自動的に行われることができる。
・次いで、必要とされる、互いに対する要素の再位置決めが計算される。
・計画に従って要素を再位置決めし、案内するために、以下の取組みが可能である：
ａ）受動案内式。ソフトウェアが、必要とされる補正値を表示ユニット上に表示する。外科医が、それに従って機械式照準デバイスを調節する。本発明による方法の静的性質によれば、実際の状況の医療画像が取り込まれ、所望の外科手術計画と調和するように、必要な調節が計算される、または
ｂ）画像案内式。ソフトウェアが、ガイド標識構造を表示ユニット上に表示する。外科医が、繰り返しＸ線撮影制御することにより、器具またはインプラント上の構造の投影を、ガイド標識構造を用いて手動で照合する、または
ｃ）能動案内式。補正値が、器具および／またはインプラントを自動的に調節するロボット位置決めデバイスに送られる。能動的に案内されるシステムの原理は、アクチュエータが、計算された補正パラメータの値に従って再位置決めを自動的に行うという点で、受動的に案内される解決策と異なる。詳細には、いくつかの自由度が調節される必要がある、複雑な用途では、外科医による不正確で起こりうる手術ミスが回避される場合がある。
・対照画像が撮られ、器具、インプラント、および／または解剖学的組織が望み通り位置合わせしたことを確認するために、対照計算が実行される。
・その後、外科的介入が外科医により行われる。
【００８１】
１つまたは複数の医療画像５０の処理は、以下のステップを含むことができる：
コンピュータ３２および医療画像５０を使用して、数値的手順を用いて、局所座標系２４に対する円筒形基準手段１６の位置を計算することにより、Ｘ線撮影デバイス２０に固定された局所座標系２４に対する医療デバイス１の実際の第１の位置を決定するステップ；
Ｘ線撮影デバイス２０を用いて医療画像５０の中に標的構造１０を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部を検出するステップであって、画像化された標的構造１０の検出は第１組のデジタルデータを使用することにより行われることができるステップ。第１組のデジタルデータは、標的構造の、またはテンプレートとして使用されることができる標的構造の特定の様態の、幾何学的表現または近似を規定してもよい。この第１組のデジタルデータは、コンピュータ３２のデータ記憶装置に手術前に記憶されることができ、画像化された標的構造の少なくとも一部の検出を自動的または半自動的に行うことができるようにする；および
コンピュータ３２を使用することにより、標的構造１０に対する医療デバイス１の実際の第１の位置を計算するステップ。
【００８２】
撮られた医療画像５０に基づく所望のインプラント位置の計画作成は、コンピュータ３２を使用して、標的構造１０に対する医療デバイス１の所望の第２の位置を取り出すステップ、および／または追加医療デバイス３、たとえば骨ねじ７５０の仮想の幾何学的表現を取り出すステップを含むことができる。それにより、標的構造１０に対する医療デバイス１の所望の第２の位置、および／または追加医療デバイス３の仮想の幾何学的表現が、コンピュータ３２を使用して、第２組のデジタルデータから取り出されることができる。この第２組のデジタルデータは、手術前に確立され、コンピュータ３２のデータ記憶装置に記憶されることができ、医療デバイス１、および／または標的構造１０、および／または外科手術計画に関与する追加医療デバイス３の仮想の幾何学的表現の、所望の相対位置を含む骨接合または整形外科の処置の外科手術計画を含むことができる。これにより、コンピュータ３２のデータ記憶装置に記憶された第２組のデジタルデータから自動的または半自動的に、標的構造１０に対する医療デバイス１の所望の第２の位置を取り出すことができるようになる。
【００８３】
互いに対して要素を再位置決めするのに必要な計算が、コンピュータ３２を用いて、標的構造１０に対する医療デバイス１の実際の第１の位置と所望の第２の位置の間の補正パラメータの値、および／または医療デバイス１に対する追加医療デバイス３の所望の位置を規定する値を計算するステップを備えることができる。互いに対するすべての要素の実際の相対位置を計算した後、状況が、補正パラメータに加えて、コンピュータ３２の表示装置３３上にさらに可視化されることができる。
【００８４】
本発明による方法のさまざまなステップだけでなくこれらの組合せについて、以下の実施例１〜５で、より詳細に説明される。
【００８５】
図１は、Ｘ線撮影デバイス２０と、Ｘ線撮影デバイス２０に電気的に接続されたコンピュータ３２と、円筒形基準手段１６を備える医療デバイス１とを含む、本発明によるデバイスの一実施形態を示す。コンピュータ３２は、本発明による方法ステップを行うようにプログラムされる。円筒形基準手段１６は、医療デバイス１の周囲の材料と異なる密度、長手方向の軸１８、高さｈ、直径ｄ、および中心４７を有する（図１０）。コンピュータ３２は、１つまたは複数のデジタルスケールを示して、標的構造１０に対する医療デバイス１の実際の第１の位置と所望の第２の位置の間の補正パラメータの値、および／または医療デバイス１に対する追加医療デバイス３の所望の位置を規定する値を表示することが可能にする表示装置３３を備える。医療デバイス１は、図２および図３を参照して以下で説明されるように、照準デバイス７として構成されることができる。標的構造１０は、インターロッキング孔１１１を含む遠位端を有する髄内釘１１０を備える。Ｘ線撮影デバイス２０は、局所座標系２４を規定し、光学軸２１、焦点２２、および画像フィールド２５を有する画像センサ２３を備える。
【００８６】
図２および図３には、髄内釘１１０の遠位ロッキングで使用するための照準デバイス７（図１）として構成された医療デバイス１が示されている。医療デバイス１は、３つの円筒形基準手段１６と、ガイド本体２００を貫通するガイド孔として構成されることができる、複数のガイド構造５とを含むことができる、医療デバイス１の一方の端部に配置されたガイド本体２００を基本的に備える。医療デバイス１の他方の端部に、アダプタの形の取付手段２が配置される。取付手段２を用いて、医療デバイス１は、標的構造１０に、詳細には髄内釘１１０（図１）に、または手術台のような基準ベースに取り付けられることができる。取付手段２と、円筒形基準手段１６を含むガイド本体２００との間に、機械手手段６が配置され、標的構造１０を形成する髄内釘１１０（図１）に対して医療デバイス１のガイド本体２００を手動で再位置決めすることができるようにする。機械的手段６は、ガイド本体２００の平行移動調節用スケール９と、６つの自由度に対する医療デバイス１の調節、および所望の位置に厳密に固定することを可能にする複数の関節接合を備える曲げやすくロック可能なアームとを含む機構を備える。図３に示されるように、外科手術前に、特定のインプラント、たとえば髄内釘１１０（図１）に対する事前較正を可能にする較正ボルト１３がガイド構造５の中に挿入されることができる。ガイド構造５は、円筒形基準手段１６に対して固定された位置に位置決めされることができる。
【００８７】
図４は、標的構造１０（図示されず）を形成する解剖学的構造に対する孔あけおよびねじ挿入のような一般的インプラント挿入手順のための医療デバイス１を示す。医療デバイス１は、複数の円筒形基準手段１６と、ガイド本体２００を貫通するガイド孔として構成されることができる、１つまたはいくつかのガイド構造５とを含む、医療デバイス１の一方の端部に配置されたガイド本体２００を基本的に備える。医療デバイス１の他方の端部に、アダプタの形の取付手段２が配置される。取付手段２を用いて、医療デバイス１は、標的構造１０に、または手術台のような基準ベースに取り付けられることができる。取付手段２と、円筒形基準手段１６を含むガイド本体２００との間に、機械的手段６が配置され、標的構造１０に対して医療デバイス１のガイド本体４００を手動で再位置決めすることができるようにする。機械的手段６は、２つまたは３つの回転自由度でガイド本体２００の調節を可能にするスケール９と、６つの自由度に対する医療デバイス１の調節、および所望の位置に厳密に固定することを可能にする複数の関節接合を備える曲げやすくロック可能なアームとを含む機構を備える。スケール９を含む機構は、Ｘ線撮影リングの形でＸ線撮影構造１４を備えることができる、または球形のガイド本体２００が、放射線不透過性とすることができ、反復Ｘ線透視法により、標的構造１０（図示されず）に対するガイド構造５の水平移動位置決めを追跡することができるようにする。平行移動位置決め手順を容易にするために、標的円（図示されず）のようなガイド標識構造がＸ線画像の中に投影されてもよい。あるいは、医療デバイス１は、標的構造１０に対して医療デバイス１を所望の第２の位置に位置決めするための、コンピュータ制御アクチュエータを備えることができる。医療デバイス１の位置は、有線接続または無線伝送によりコンピュータに転送されることができる。
【００８８】
図５は、股関節ねじ５１０またはブレードを大腿骨頭５２０の中心の中に制御して配置するための医療デバイス１の一実施形態を示す。股関節ねじ５１０を挿入する前に、医療デバイス１は、２つの自由度で、すなわち髄内釘１１０の挿入の深さ、および髄内釘１１０の軸を中心とする回転を調節することができる。医療デバイス１は、挿入ハンドル８と、髄内釘１１０および股関節ねじ５１０を含む髄内股関節インプラントとの組合せを基本的に備えることができる。挿入ハンドル８は、ガイド構造５（図示されず）および外科手術器具の取付けを可能にする、一方の端部にある取付手段２と、複数の円筒形基準手段１６と、大腿骨頭５２０により形成された標的構造１０に対して医療デバイス１を、髄内釘１１０の軸に対して回転可能に、同軸上に再位置決めすることが可能にする機械的手段６とを備える。医療デバイス１は、標的構造１０に対する髄内釘１１０の回転および平行移動の再位置決めを読み取るためのスケール９を備える。スケール要素９を骨に一時的に固定するためのピン５５０が、機械的手段６の末端部に配置される。
【００８９】
図５を参照して説明されたような、髄内釘１１０を制御して配置するための医療デバイス１の他の実施形態が、図６に示されている。医療デバイス１は、挿入ハンドル８と髄内釘１１０の組合せを基本的に備えることができる。挿入ハンドル８は、ガイド構造５（図示されず）および外科手術器具の取付けを可能にする、一方の端部にある取付手段２と、複数の円筒形基準手段１６と、大腿骨により形成された標的構造１０に対して医療デバイス１を、髄内釘１１０の軸に対して回転可能に、同軸上に再位置決めすることが可能にする機械的手段６とを備える。機械的手段６は、髄内釘１１０と、骨（図示されず）により形成された標的構造１０との間に摩擦で係合する接続を備え、外力に対して医療デバイス１と標的構造１０の間の静的位置を維持することを可能にする一方で、同時に、静的摩擦力を超えることにより相対位置の操作を可能にする。スケール９は、骨に対する髄内釘１１の相対的な回転および平行移動の再位置決めを示すために骨に取り付けられる。スケール９を骨に一時的に固定するためのピン６５０が、スケール９に取り付けられる。
【００９０】
図７は、近位上腕骨骨折固定の実施例での、プレートインプラント７１０を制御して位置決めするための医療デバイス１の他の一実施形態を示す。角をなして安定したロッキング骨ねじ７５０の理想的なねじの長さが、本発明による方法の一実施形態を使用することにより、標的構造１０を形成する上腕骨頭７２０に対して、医療デバイス１の実際の位置に対して決定されることができる。医療デバイス１は、挿入ハンドル８および上腕骨プレート７１１により形成される。挿入ハンドル８は、一方の端部にある、外科手術器具およびインプラントのためのガイド構造５と（またはガイド構造５の取付けを可能にする）、複数の円筒形基準手段１６と、挿入ハンドル８を上腕骨プレート７１１に結合するための結合部材７６０とを備える。上腕骨プレート７１１は、上腕骨頭７２０に対する医療デバイス１の実際の位置を維持するために、上腕骨に一時的にクランプされることができる。医療デバイス１は、骨ねじ７５０として構成される１つまたは複数の追加医療デバイス３を受け入れるように構成される。本発明による方法の一実施形態を適用することにより、骨ねじ７５０のねじの長さが、医療デバイス１に対する追加医療デバイス３の所望の位置を規定する値を、すなわち、コンピュータ３２を用いて計算された骨ねじ７５０の挿入の深さを使用することにより、決定される。
【００９１】
図８は、整形外科または外傷のインプラント、たとえば、追跡目的のための、複数の円筒形基準手段１６を備える、大腿股関節インプラントからなる医療デバイス１の一実施形態を示す。骨に対して、または他の医療手段、たとえば、標的構造１０を形成する寛骨臼カップに対する医療デバイス１の位置は、本発明による方法の一実施形態の円筒形基準手段１６を使用することにより決定されることができる。
【００９２】
図９ａは、標的構造１０（図示されず）に、または基準ベースに取り付けるための取付手段２と、サイズが等しく、長手方向の軸１８が平行な３つの円筒形基準手段１６とを備える医療デバイス１を概略的に示す。図９ｂは、標的構造１０（図示されず）に、または基準ベースに取り付けるための取付手段２と、長手方向の軸１８が互いに対して規定された手法で角度をなして配置され、かつ円筒形基準手段１６の直径ｄに対する高さｈの比が異なる、３つの円筒形基準手段１６とを備える医療デバイス１を概略的に示す。
【００９３】
（実施例１）
髄内股関節インプラントの配置
髄内股関節インプラントは、近位大腿骨骨折の処置のためにしばしば使用される。髄内釘１１０が、大腿骨の髄内チャネルの中に挿入され、股関節ねじ５１０またはブレードが、髄内釘１１０を通って大腿骨頭５２０（図５）の中に挿入される。粗鬆症の骨では特に、この股関節ねじ５１０を正確に配置することが、安定して固定するために重要である。大腿骨頭５２０の中心に位置決めすることを達成するためには、現在の慣行では、２つの直交する平面での反復したＸ線使用を伴う。髄内釘１１０の位置が、２つの自由度で、すなわち、釘挿入の深さ、および釘の軸を中心とする回転で調節されることができる。
【００９４】
この手順を簡素化するために、本発明による医療デバイス１は、インプラント、または円筒形基準手段１６を有する釘挿入ハンドル８を備える。円筒形基準手段１６の投影だけでなく、（完全な球として近似された）大腿骨頭５２０の投影も表示する、２つの傾いた（必ずしも直交しない）Ｘ線画像から、大腿骨頭５２０の空間位置が、髄内釘１１０に対して得られる。大腿骨頭５２０の内側で股関節ねじ５１０の中心位置を達成するように、釘挿入の深さを調節するための、および釘を回転させるための補正値が、コンピュータ３２の表示装置３３上に表示される。さらに、互いに対する、関係のある要素すべての現在の位置が、同様に表示装置３３上に可視化されることができる。インプラントの実際の位置、およびこの位置について行われた調節を示す、図６の図５による基準スケール９が、近位大腿骨５２０に一時的に取り付けられる。補正パラメータの値に従ってインプラントの位置を調節した後に、標準的な外科手術手順が行われることができる。
【００９５】
（実施例２）
解剖学的骨折整復：脚の回転の調節
長骨の髄内釘打ち後の共通の厄介な問題が、負傷した肢の回転異常である。骨片が、髄内釘１１０の軸を中心に自由に回転することができる。操作者にとって、単純なＸ線投影からこの断片の解剖学的向きを規定することは困難である。
【００９６】
本発明による方法およびデバイスは、髄内釘１１０を所定の位置にロックする前に、近位大腿骨断片に対して、たとえば遠位大腿骨断片の向きを調節することができるようにする。図２による医療デバイス１が、ガイド構造５または機械的手段６を必要とせずに、医療デバイス１と髄内釘１１０の間に既知の向きで大腿骨髄内釘１１０の挿入ハンドル８に厳密に取り付けられる。医療デバイス１は、円筒形基準手段１６がハンドル８に取り付けられた剛性のアームとすることができる。髄内釘１１０の遠位インターロッキングのために同様に使用されることができるので、好ましくは図２による医療デバイス１が使用される。１つまたは２つの医療画像５０、たとえばＸ線画像を撮ることにより本発明による方法を行い、内側顆および外側顆の最後部の様態を医用画像５０中の標的構造１０として識別することにより、髄内釘１１０に対する遠位大腿骨の向きの計算が可能になる。両方の顆間の標準化された距離を仮定する場合、１つの医療画像５０で十分である。手順の間にこの距離が測定されなければならない場合、２つの医療画像５０が必要である。たとえば、実施例１で説明されたように近位ロッキングから知られている、大腿骨頭５２０に対する髄内釘１１０の既知の向きにより、大腿骨の現在の前傾を計算することができるようになる。次いで、前傾は、患者の脚を手動で回転させることにより補正されることができ、手順は、所望の前傾に据え付けられるまで反復されることができる。
【００９７】
（実施例３）
髄内釘の遠位インターロッキング
髄内釘１１０は髄内チャネルの内側に偏向するので、髄内釘１１０を所定の位置に遠位にロックすることは困難である。遠位インターロッキング孔１１１（図１）の位置は、確実に孔をあけて、横断するロッキングボルトを挿入するために、外側から予測されることができない。
【００９８】
本発明による方法およびデバイスは、実施例２に類似する、髄内釘１１０の挿入ハンドル８に厳密に取り付けられた、図２および図３による医療デバイス１を使用することにより、上記の問題を解決することができるようにする。さらに、医療デバイス１は、ドリルビットおよびインターロッキングボルトを受け入れ、案内するために、髄内釘１１０のインターロッキングパターンと調和するガイド構造５を備える。さらに、医療デバイス１は、２つの自由度で、すなわち、穿孔軸に垂直な平面内の２つの平行移動、または１つの平行移動、および穿孔軸に平行な軸を中心とする１つの回転で、規定された機械的調節を可能にする。医療デバイス１と髄内釘１１０の間の距離が既知であるので、医療画像５０内のインターロッキング孔１１１の投影の中心を標的構造１０として自動的に識別することにより、インターロッキング孔１１１と医療デバイス１の間の位置合わせを計算するには、単一の医療画像５０で十分である。２つの補正値が、医療デバイス１上に据え付けられた自由度に従って、システムにより計算される。これらの補正を実行した後に、インターロッキングボルトの穿孔および挿入が行われることができる。
【００９９】
技術的に強く求められる手順を簡素化し、単一のＸ線への必要とされる正味のＸ線被曝を低減するという利点とは対照的に、この解決策の欠点は、この解決策が特定の一群の釘に関連するということに認められることができる。いくつかの医療デバイス１がいくつかの釘設計に対して実現される必要がある。本発明による医療デバイス１の他の実施形態が、さまざまな髄内釘１１０を一般的に使用することを目標に設定する必要がある。医療デバイス１は、さまざまなインターロッキングパターンのための、穿孔軸に垂直な平面内で釘軸を横断する１つの平行移動または回転の自由度で調節を可能にする器具ガイド構造５を備える。さらに、医療デバイス１は、照準デバイス７として構成され、機械的手段６として、さまざまな釘挿入ハンドル８に取り付けることができるようになるアダプタセクションとして構成された取付手段２を有する曲げやすくロック可能なアームを備える。髄内釘１１０が骨の中に挿入される前に、医療デバイス１は、医療デバイス１を挿入ハンドル８に取り付けて、既知の長さを有する較正ボルト１３（図３）を、ガイド構造５を通して、対応するインターロッキング孔１１１の中に置き、この位置で曲げやすいアームをロックし、髄内釘１１０から医療デバイス１を取り除くことにより、事前に較正される。髄内釘１１０の移植後、医療デバイス１は再度取り付けられ、単一の画像５０が取り込まれ、本発明による方法に従って処理される。髄内チャネルの内側で釘が屈曲するのを補償するために、単一の補正値が計算され、コンピュータ３２の表示装置３３上に描かれる。医療デバイス１は、それに従って、機械的手段６を使用して調節される。その後、穿孔およびねじ挿入が安全に行われることができる。
【０１００】
実施例１〜３で説明された手順は、ａ）近位ロッキングから、ｂ）骨折の整復を解剖学的に調節することにより、ｃ）遠位インターロッキングまで、釘固定手順全体を支援するように組み合わせられてもよい。ステップｂ）とｃ）を組み合わせることがさらに合理的なようである。単一の医療デバイス１、および医療デバイス１の円筒形基準手段１６を表示する単一の医療画像５０、髄内釘１１０のインターロッキング孔（複数可）１１１、ならびに遠位大腿骨顆が、遠位大腿骨断片の解剖学的向き、ならびにドリルとインターロッキング孔（複数可）１１１の間の位置合わせの両方を規定するのに十分である。
【０１０１】
（実施例４）
近位上腕骨の解剖学的プレート固定
詳細には、近位上腕骨で骨折を固定するために、固定要素を正確に配置することが最も重要である。特に、粗鬆症の骨では、骨の蓄えが限られており、固定障害が発生する可能性が高い。ねじが関節接合の中に入り込むリスクを伴う皮質に近接してねじが置かれるべきである。
【０１０２】
本発明による方法およびデバイスは、複数の円筒形基準手段１６を装備した挿入ハンドル８と、前記挿入ハンドル８に厳密に取り付けられたプレートインプラント７１０とを備える、図７による医療デバイス１を使用することにより、上述の問題を解決することができるようにする。標準的な外科手術手順により、プレート７１１は、近位上腕骨に対して位置決めされ、現在の位置に一時的にクランプされる。円筒形基準手段１６の投影だけでなく、（完全な球として少なくとも部分的に近似された）上腕骨頭の投影も表示する、最小限２つの傾いた（必ずしも直交しない）Ｘ線画像から、上腕骨頭７２０の空間位置が、プレート７１１に対して得られる。上腕骨頭の近似を向上させるために、傾いたＸ線の数が増やされてもよい。近位上腕骨断片を固定するためにプレート本体の中に挿入されるべき、角をなして安定したロッキングねじ７５０の位置および方向が既知であるので、上腕骨頭の近似を使って、ねじ方向ベクトルの貫入ポイントが計算されることができる。関節の中に入り込むことなく、軟骨下骨に接近する目的の、それぞれのねじの長さが計算され、表示装置上に描かれる。要素間の実際の位置合わせが、表示装置上に、同時に可視化されることができる。外科医は、現在の位置合わせおよびねじ構成を受け入れる選択肢を有する、またはプレートを再位置決めし、許容可能な位置合わせにて据え付けられるまで、説明された手順を再度行ってもよい。
【０１０３】
（実施例６）
ねじ挿入の一般的な解決策
解剖学的構造の内側で、事前に規定された経路に沿ってねじ、ガイドワイヤ、ドリルビット、または同等の品目のような外科手術インプラントおよび器具を挿入し、使用するための、本発明による一般的取組みが、以下で説明される。
【０１０４】
たとえば図４による医療デバイス１が、基準ベースに、たとえば、手術台または患者の骨の部分に取り付けられる。医療デバイス１に取り付けられた円筒形基準手段１６の投影だけでなく、標的とされる解剖学的構造、たとえば骨盤内の仙腸関節、または脊椎内の椎体の投影も表示する、最小限２つの傾いた（必ずしも直交しない）Ｘ線画像が撮られる。所望のインプラントまたは器具の経路が、Ｘ線内に直線をデジタル的に置くことにより、すべての画像の中に外科医により手動で示される。本発明による方法を使用することにより、標的経路の空間的な向きおよび位置が、画像から、医療デバイスに対して計算される。医療デバイスのガイド構造を所望の標的経路に位置合わせさせるために、平行移動および／または回転の補正パラメータがシステムにより提供される。平行移動および回転の自由度は、さまざまな手法で実現されてもよく、たとえば、医療デバイスは、２つの自由度で、制御された回転調節を可能にするガイド本体として球を備えてもよい。平行移動調節は、ガイド本体を再位置決めし、Ｘ線画像の中に投影された標的円とガイド本体の投影を調和させることにより、反復Ｘ線透視法により行われてもよい。ガイド構造と仮想標的経路の間の位置合わせが達成されたときに、外科的介入が行われることができる。
【０１０５】
図１０は、医療デバイス１内の円形円筒基準手段１６の位置を決定するために行われるステップを示す。前記円形円筒基準手段１６は、円筒形基準手１６が、医療デバイス１を取り囲む材料より低い密度を有するように、穿孔として構成されることができる。円筒形基準手段１６は、長手方向の軸１８、直径ｄ、高さｈ、および中心４７を有する。詳細には、前記ステップは、以下のステップを備える：
Ａ）中心放射線２６を有する、理想的には点のエネルギー放射源２９と、表示装置３３を備えるコンピュータ３２に電気的に接続された画像センサ２３を有する受信デバイスとを含むＸ線撮影デバイス２０を用いて、円筒形基準手段１６のレンズ状の投影４２で１つの単一医療画像５０（図６の描画平面内に概略的に示される）を取り込むステップ。中央放射線２６と、円筒形基準手段１６の長手方向の軸１８との間の角形成範囲は、円筒形基準手段１６の投影４２が医療画像５０上で見えなければならないように制限される。
Ｂ）前記コンピュータ３２で実行される数値的手順を使用して、前記単一の医療画像５０から円筒形基準手段１６の位置および向きを決定するステップ。前記数値的手順は基本的に、
ａ）前記医療画像５０内の前記円筒形基準手段１６の前記レンズ状の投影４２を自動的に検出し、前記円筒形基準手段１６の前記レンズ状の投影４２の２つの交点３５、３６ならびに第１および第２の頂点３７、３８の投影ポイントを決定するステップと、
ｂ）前記直径ｄ、前記長手方向の軸１８、前記中心４７、および前記高さｈを有する前記円筒形基準手段１６の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｃ）円筒形基準手段１６の仮想の幾何学的表現の向きおよび位置に応じて、前記円筒形基準手段１６の前記仮想の幾何学的表現を使用して、前記２つの交点３５、３６ならびに前記第１および第２の頂点３７、３８を表す仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｄ）前記円筒形基準手段１６の前記仮想の幾何学的表現の前記仮想投影ポイントを、前記２つの交点３５、３６ならびに前記第１および第２の頂点３７、３８と照合することにより、前記円筒形基準手段１６の位置および角度方向を反復して決定するステップとを基本的に備え、前記円筒形基準手段１６は、以下の３つの自由度を有する。
−前記エネルギー放射源２９の中心と円筒形基準手段１６の前記中心４７の間で測定された局所座標系２４のｚ軸上の位置Ｚ。前記円筒形基準手段１６の前記仮想の幾何学的表現は、投影の中心４４および前記エネルギー放射源２９の中心により決定される中心線４３に沿ってスライドすることができる。投影の前記中心４４は、ｈ／Ｈ→０に対する中心線投影５１の近似である。円筒形基準手段１６の座標ｘおよびｙが、各Ｚ位置に対して一意に得られることができる。したがって、１つの円筒形基準手段１６が、５つの自由度を決定するが、アルゴリズムは、３つの自由度だけを必要とする。
−前記長手方向の軸１８と、Ｘ線撮影デバイス２０に対して固定された前記局所座標系２４のｙ−ｚ平面内で測定された前記中心線４３との間の角度α。
−前記長手方向の軸１８と、前記局所座標系２４のｘ−ｙ平面内で測定された前記中心線４３との間の角度β。
【０１０６】
上述の数値的手順は、円筒形基準手段１６の位置を計算するための数値的取組みを含み、以下の数学的関係に基づく。
【０１０７】
円筒基準手段の空間的な位置および向きを決定する数値的取組み：
手順は、Ｘ線撮影デバイス２０の投影が、理想化された中心投影法に基づくという数学的条件と関係がある。エネルギー放射源２９として使用される点状のＸ線源が、既知の距離Ｈの原点から投影平面４９に放射線を送り出す。
【０１０８】
手順は、以下の基本的ステップを組み入れる：
１．画像処理アルゴリズムを使用することにより、前記医療画像５０内の前記円筒形基準手段１６のレンズ状の投影４２を自動的に検出し、重要な標識構造を、すなわち、前記円筒形基準手段１６のレンズ状の投影４２の２つの交点３５、３６ならびに第１および第２の頂点３７、３８を決定するステップ。仮定：ｈ／Ｈ→０で、中心線投影５１は投影の中心４４に近づく。
２．前記円筒形基準手段１６の仮想の幾何学的表現、および上述の標識構造に対応する仮想投影ポイントをシミュレートするステップ。
３．数値的最適化ルーチンを用いて前記仮想の幾何学的表現の角度方向および位置を反復して最適化して、円筒形基準手段１６の実際の空間的な位置および向きを決定するステップ。
【０１０９】
説明された手順が単一の円形円筒基準手段１６に対して行われた場合、円筒形標的１６は回転対称であるので、５つの自由度が得られることができることを理解されたい。２つ以上の円筒形基準手段１６を使用することにより、対象物を６つの自由度で拘束することが可能になる。
【０１１０】
円筒形基準手段の、または１組の円筒形基準手段の向きの反復決定
既知の属性ｄ（直径）およびｈ（長さ）を有する、前記円筒形基準手段１６の仮想の幾何学的表現が生成される。前記円筒形基準手段１６の仮想の幾何学的表現は、１つの平行移動自由度を有する。前記円筒形基準手段１６の仮想の幾何学的表現は、投影の中心４４および前記エネルギー放射源２９の中心により決定される中心線４３に沿ってスライドすることができる。スライドする位置は、Ｚ（図１０）により制御される。他の２つの回転自由度（α、β）を用いると、前記円筒形基準手段１６の前記仮想の幾何学的表現の位置は、完全に拘束される。
【０１１１】
前記円筒形基準手段１６の前記仮想の幾何学的表現の向きから、前記２つの交点３５、３６ならびに前記第１および第２の頂点３７、３８を表す４つの仮想投影ポイントが得られる。
【０１１２】
前記円筒形基準手段１６の前記仮想の幾何学的表現の、最適化された向きを処理するために、３つの自由度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｆｒｅｅｄｏｍ、ＤＯＦ）（α、β、Ｚ）を使用して、実際の投影ポイントおよび対応する仮想投影ポイントの、前記重要な標識構造間のずれに対する大域的最小を見つけ出すために、数値最適化ルーチンが使用される。レンズ状の投影４２が非対称であるために（セグメントｂおよびｃが、中心投影法の性質のために、非対称に見える）、単一の画像から円筒形基準手段１６の向きに対する一意の解を計算することが可能である。
【０１１３】
手順は、互いに対する既知の距離および位置合わせを有する複数の円形円筒基準手段１６を使用することにより拡張されることができる。円筒形基準手段１６すべての仮想投影標識構造と実際の投影標識構造の間のすべてのずれが全部、前記３つの自由度にわたり数値的に最小化される。この取組みには以下の利点がある：
ａ）１組の円形円筒基準手段１６（少なくとも２つ）を備える対象物の位置が、６つの自由度で追跡されることができ、それにより、完全に拘束される。
ｂ）円筒形基準手段１６の中心点４７間の距離を考慮することにより、Ｚ次元を決定する精度が高まる。
ｃ）式中の追加の冗長な標識構造を用いると、手順の精度が高まり、間違った解（極小）にアルゴリズムが収束するリスクが低下する。
【０１１４】
１組の円筒形基準手段に対する２つの斜投影から、拘束されない標的構造の空間位置を決定するための数値的手順
Ｘ線投影内部の重要な標的構造の、たとえば骨の頭頂もしくは縁、または大腿骨頭／上腕骨頭の中心の、空間中の位置を再構成することを目的とするとき、前述の手順が以下のように使用されることができる：
１．標的構造１０および円筒形基準手段１６が、画像化の間に静的位置に留まるという前提条件の下で、標的構造１０および１組の円筒形基準手段１６の２つの傾いた医療画像５０を得る。
２．両方の医療画像５０内に、標的構造１０の重要な標識構造、および１組の円筒形基準手段１６の投影を検出する。
３．前述の手順を使用することにより、Ｘ線撮影デバイス２０に、厳密に結合された局所座標系２４（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ、ＣＯＳ）の座標で、両方の医療画像５０内の、１組の円筒形基準手段１６の空間的な位置および向きを決定する。
４．１組の円筒形基準手段１６に、厳密に結合された１組のグローバル座標で、両方の局所ＣＯＳ間の関係を決定する。
５．両方の医療画像５０について、Ｘ線撮影デバイス２０のエネルギー放射源の中心に対して投影された、標的構造１０の標識構造により決定された直線をグローバル座標系に変換する。
６．両方の直線の交点が、１組の円筒形基準手段１６に対する、標的構造１０の標識構造の空間位置を規定する。
【０１１５】
手順は、斜投影の数を増やすことにより拡張されることができることを理解されたい。より多くの画像が、より複雑な幾何学的構造の、より正確な２Ｄ−３Ｄ変換を可能にする。しかしながら、これにより、同時に、手順の複雑さ、ならびに操作者、手術室職員、および患者への放射線被曝が増大する。
【０１１６】
本発明のさまざまな説明が上記で行われたが、さまざまな特徴が単独で、またはこれらの任意の組合せで使用されることができることを理解されたい。それに応じて、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に定められるように規定される。
【図１】
2015508297.tif 000003
【図２】
2015508297.tif 000004
【図３】
2015508297.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015508297.tif 000009
【図８】
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【図９ａ】
2015508297.tif 000011
【図９ｂ】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月27日(2012.12.27)
【手続補正１】
【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】
標的構造（１０）または基準ベースに対して、医療デバイス（１；３）の位置決めするための補正パラメータの値のコンピュータ支援決定のための方法であって、
Ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）の、および標的構造（１０）の医療画像（５０）を得るステップであって、円筒形基準手段（１６）は、医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度を有するステップと、
Ｂ）コンピュータ（３２）および医療画像（５０）を使用して、数値的手順を用いて、局所座標系（２４）に対して円筒形基準手段（１６）の位置を計算することにより、Ｘ線撮影デバイス（２０）に固定された局所座標系（２４）に対する医療デバイス（１）の実際の第１の位置を決定するステップと、
Ｃ）コンピュータ（３２）を使用することにより、医療デバイス（１）に対して標的構造（１０）の実際の第１の位置を計算するステップと、
Ｄ）コンピュータ（３２）を使用して、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置を取り出すステップ、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現を取り出すステップと、
Ｅ）コンピュータ（３２）を用いて、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の、１つまたは複数の補正パラメータの値、および／または医療デバイス（１）に対して追加医療デバイス（３）の所望の位置を規定する値を計算するステップと
を備え、
Ｆ）数値的手順は、
ｉ）医療画像（５０）内の円筒形基準手段（１６）の投影（４２）を自動的に検出し、円筒形基準手段（１６）の投影（４２）内部に最小限４つの特徴的標識構造を決定するステップと、
ｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｉｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用して、前記特徴的標識構造を表現する仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｉｖ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現の仮想投影ポイントを、円筒形基準手段（１６）の投影（４２）の特徴的標識構造と照合することにより、円筒形基準手段（１６）の位置および向きを反復して決定するステップと
を基本的に備える方法。
【請求項２】
ステップＣ）の前に、
Ｂ１）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、医療画像（５０）の中に標的構造（１０）を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部を検出するステップ
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｘ線撮影デバイス（２０）が、光学軸（２１）および焦点（２２）を有し、方法は、ステップＢ）の前に、
Ａ１）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、医療デバイス（１）の、および標的構造（１０）の、少なくとも第２の医療画像（５０）を得るステップであって、少なくとも第２の医療画像（５０）の光学軸（２１）は、第１の医療画像（５０）を得るときの光学軸（２１）の位置に対して角度をなして調節されるステップ
をさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
Ａ２）第１の医療画像（５０）の局所座標系（２４）の位置に対して、少なくとも１つの第２の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置を決定するステップ
をさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
２Ｄ−３Ｄ再構成が、少なくとも１つの第２の医療画像（５０）および第１の医療画像（５０）から得られる、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
医療画像（５０）が、円筒形標的（１６）を含む医療デバイス（１）の少なくとも一部の投影、および標的構造（１０）の少なくとも一部の投影を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
医療デバイス（１）が、標的構造（１０）に、または標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の第１の静的位置で基準ベースに取り付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
数値的手順が、円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用するステップを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
円筒形基準手段（１６）が、医療デバイス（１）に対して、固定された位置にある、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
画像化された標的構造（１０）を検出するステップが、第１組のデジタルデータを使用することにより行われる、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ステップＤ）の下で、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現が、コンピュータ（３２）を使用して、第２組のデジタルデータから取り出される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの第２の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置と、第１の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置との間の関係を、１組の円筒形基準手段（１６）に固定されたグローバル座標系で決定するステップをさらに備える、請求項３から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
標的構造（１０）がインプラント（３０）を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
標的構造（１０）が解剖学的構造を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
標的構造（１０）が、器具もしくは用具、および／または円筒形基準手段（１６）を備える他の医療デバイス（１）を備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
追加医療デバイス（３）が、インプラント、器具、または用具を備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ステップＡ）の前に、
医療デバイス（１）の円筒形基準手段（１６）を取り囲む少なくとも一部、および標的構造（１０）の関係のある部分が、画像センサ（２３）の画像フィールド（２５）の中に投影可能であるように、光学軸（２１）、焦点（２２）、および画像フィールド（２５）を有する画像センサ（２３）を備えるＸ線撮影デバイス（２０）を、医療デバイス（１）および標的構造（１０）に対して位置決めするステップ
をさらに備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第１組のデジタルデータが、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に、手術前に記憶される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
第２組のデジタルデータが、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に、手術前に記憶される、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
補正パラメータの値をロボット位置決めデバイスに送信するステップをさらに備える、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ロボット位置決めデバイスを用いて、標的構造（１０）に対して所望の第２の位置に医療デバイス（１）を位置決めするステップをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ステップＡ）の前に、
医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸（１８）、高さｈ、および中心（４７）を有する円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）を提供するステップと、
医療デバイス（１）を、標的構造（１０）に、または標的構造（１０）に対して第１の静的位置で基準ベースに取り付けるステップと
を備える、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
ステップＤ）の前に、
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）に対する所望の第２の位置を計画するステップと、計画された第２の位置を、第２組のデジタルデータとして、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に記憶するステップと
をさらに備える、請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
Ｇ）標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の補正パラメータの値を、コンピュータ（３２）の表示装置（３３）上に表示するステップ
をさらに備える、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
好ましくは、表示された補正パラメータの値を使用することにより、標的構造（１０）に対して所望の第２の位置に医療デバイス（１）を手動で位置決めするステップをさらに備える、請求項１から１９または請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
機械的に調節可能なデバイスを使用することにより、表示された補正パラメータの値を用いて、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）を所望の第２の位置に位置決めするステップをさらに備える、請求項１から１９または請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
ステップＣ）でＸ線撮影デバイス（２０）を用いて医療画像（５０）の中に標的構造（１０）を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部の検出が、自動的に行われる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現が、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に記憶された第２組のデジタルデータから自動的に取り出される、請求項１から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
第１組のデジタルデータが、標的構造（１０）の、または標的構造（１０）の特定の特徴の、幾何学的表現または近似を規定する、請求項１０から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
数値的手順が、
ｉ）医療画像（５０）内の円形円筒基準手段（１６）のレンズ状の投影（４２）を自動的に検出し、円筒形基準手段（１６）のレンズ状の投影（４２）の２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）を決定するステップと、
ｉｉ）直径ｄ、長手方向の軸（１８）、中心（４７）、および高さｈを有する円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｉｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用して、２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）を表現する仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｉｖ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現の仮想投影ポイントを、レンズ状の投影（４２）の２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）と照合することにより、円筒形基準手段（１６）の位置および向きを反復して決定するステップと
を基本的に備える、請求項１から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
仮想の幾何学的表現が、円筒形基準手段（１６）の高さｈ、直径ｄ、および中心の位置（４７）に対する値を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
標的構造（１０）または基準ベースに対して、医療デバイス（１）のコンピュータ支援位置決めのためのデバイスであって、
ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）と、
ｂ）Ｘ線撮影デバイス（２０）に電気的に接続されたコンピュータ（３２）と、
ｃ）医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸（１８）、高さｈ、および中心（４７）を有する円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）と
を含み、
ｄ）コンピュータ（３２）は、請求項１に記載の方法のステップＢ）〜Ｆ）を行うように適切にプログラムされる
ことを特徴とするデバイス。
【請求項３３】
医療デバイス（１）を標的構造（１０）または基準ベースに取り付けることができるようになる取付手段（２）をさらに備える、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
基準ベースが、標的構造（１０）に対して静的に拘束される、請求項３２または３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
外科手術用具またはインプラントを受け入れ、案内するためのガイド構造（５）を備える、請求項３２から３４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３６】
ガイド構造（５）が、円筒形基準手段（１６）に対して固定された位置に位置決めされる、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
ガイド構造（５）が、円筒形基準手段（１６）に対して所望の位置に位置決め可能である、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３８】
少なくとも１つの自由度に対して、標的構造（１０）または基準ベースに対して医療デバイス（１）を手動で再位置決めするための機械的手段（６）を備える、請求項３２から３７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３９】
医療デバイス（１）が、医療デバイス（１）自体を再位置決めすることなく、所望の計画に調和させるために、１つまたは複数の追加医療デバイス（３）を受け入れるのに適している、請求項３２から３８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４０】
医療デバイス（１）の実際の第１の位置が、少なくとも１つの機械的スケールまたはデジタルスケール（９）上に示される、請求項３２から３９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４１】
医療デバイス（１）の実際の第１の位置が、有線接続または無線伝送によりコンピュータに転送される、請求項３２から４０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４２】
医療デバイス（１）が、Ｘ線投影で見える放射線不透過構造（１４）をさらに備える、請求項３２から４１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４３】
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）を所望の第２の位置に位置決めするための、コンピュータ制御アクチュエータを備える、請求項３２から４２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４４】
医療デバイス（１）が、外科手術用具を、好ましくは照準デバイス（７）を備える、請求項３２から４３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４５】
医療デバイス（１）が、インプラントに取付可能な挿入ハンドル（８）を備える、請求項３２から４４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４６】
医療デバイス（１）が、整形外科用インプラントまたは骨接合用インプラントを備える、請求項３２から４５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４７】
医療デバイス（１）が、複数の円筒形基準手段（１６）を、好ましくは、２つまたは３つの円筒形基準手段（１６）を、互いに対して既知の位置に備える、請求項３２から４６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４８】
円筒形基準手段（１６）がすべて等しいサイズを有する、請求項４７に記載のデバイス。
【請求項４９】
円筒形基準手段（１６）すべての長手方向の軸（１８）が平行である、請求項４７または４８に記載のデバイス。
【請求項５０】
円筒形基準手段（１６）の長手方向の軸（１８）が、規定された手法で、互いに対して角度をなして配置される、請求項４７または４８に記載のデバイス。
【請求項５１】
円筒形基準手段（１６）の直径ｄに対する高さｈの比が異なる、請求項４７または４９または５０に記載のデバイス。
【請求項５２】
髄内股関節インプラントを配置するための、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５３】
解剖学的骨折整復用の、詳細には、骨折した長骨の回転ミスアライメントを調節するための、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５４】
髄内釘の遠位インターロック用の、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５５】
骨の、詳細には、近位上腕骨の解剖学的プレート固定用の、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５６】
骨ねじを挿入するための、請求項３２から５１のいずれか一項に記載のデバイス。
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月14日(2014.8.14)
【手続補正１】
【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】
標的構造（１０）または基準ベースに対して、医療デバイス（１；３）の位置決めするための補正パラメータの値のコンピュータ支援決定のための方法であって、
Ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）の、および標的構造（１０）の医療画像（５０）を得るステップであって、円筒形基準手段（１６）は、医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度を有するステップと、
Ｂ）コンピュータ（３２）および医療画像（５０）を使用して、数値的手順を用いて、局所座標系（２４）に対して円筒形基準手段（１６）の位置を計算することにより、Ｘ線撮影デバイス（２０）に固定された局所座標系（２４）に対する医療デバイス（１）の実際の第１の位置を決定するステップと、
Ｃ）コンピュータ（３２）を使用することにより、医療デバイス（１）に対して標的構造（１０）の実際の第１の位置を計算するステップと、
Ｄ）コンピュータ（３２）を使用して、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置を取り出すステップ、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現を取り出すステップと、
Ｅ）コンピュータ（３２）を用いて、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の、１つまたは複数の補正パラメータの値、および／または医療デバイス（１）に対して追加医療デバイス（３）の所望の位置を規定する値を計算するステップと
を備え、
Ｆ）数値的手順は、
ｉ）医療画像（５０）内の円筒形基準手段（１６）の投影（４２）を自動的に検出し、円筒形基準手段（１６）の投影（４２）内部に最小限４つの特徴的標識構造を決定するステップと、
ｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｉｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用して、前記特徴的標識構造を表現する仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｉｖ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現の仮想投影ポイントを、円筒形基準手段（１６）の投影（４２）の特徴的標識構造と照合することにより、円筒形基準手段（１６）の位置および向きを反復して決定するステップと
を基本的に備える方法。
【請求項２】
ステップＣ）の前に、
Ｂ１）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、医療画像（５０）の中に標的構造（１０）を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部を検出するステップ
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｘ線撮影デバイス（２０）が、光学軸（２１）および焦点（２２）を有し、方法は、ステップＢ）の前に、
Ａ１）Ｘ線撮影デバイス（２０）を用いて、医療デバイス（１）の、および標的構造（１０）の、少なくとも第２の医療画像（５０）を得るステップであって、少なくとも第２の医療画像（５０）の光学軸（２１）は、第１の医療画像（５０）を得るときの光学軸（２１）の位置に対して角度をなして調節されるステップ
をさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
Ａ２）第１の医療画像（５０）の局所座標系（２４）の位置に対して、少なくとも１つの第２の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置を決定するステップ
をさらに備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
２Ｄ−３Ｄ再構成が、少なくとも１つの第２の医療画像（５０）および第１の医療画像（５０）から得られる、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
医療画像（５０）が、円筒形標的（１６）を含む医療デバイス（１）の少なくとも一部の投影、および標的構造（１０）の少なくとも一部の投影を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
医療デバイス（１）が、標的構造（１０）に、または標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の第１の静的位置で基準ベースに取り付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
数値的手順が、円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用するステップを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
円筒形基準手段（１６）が、医療デバイス（１）に対して、固定された位置にある、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
画像化された標的構造（１０）を検出するステップが、第１組のデジタルデータを使用することにより行われる、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ステップＤ）の下で、標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現が、コンピュータ（３２）を使用して、第２組のデジタルデータから取り出される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの第２の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置と、第１の医療画像（５０）に対する局所座標系（２４）の位置との間の関係を、１組の円筒形基準手段（１６）に固定されたグローバル座標系で決定するステップをさらに備える、請求項３から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
標的構造（１０）がインプラント（３０）を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
標的構造（１０）が解剖学的構造を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
標的構造（１０）が、器具もしくは用具、および／または円筒形基準手段（１６）を備える他の医療デバイス（１）を備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
追加医療デバイス（３）が、インプラント、器具、または用具を備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ステップＡ）の前に、
医療デバイス（１）の円筒形基準手段（１６）を取り囲む少なくとも一部、および標的構造（１０）の関係のある部分が、画像センサ（２３）の画像フィールド（２５）の中に投影可能であるように、光学軸（２１）、焦点（２２）、および画像フィールド（２５）を有する画像センサ（２３）を備えるＸ線撮影デバイス（２０）を、医療デバイス（１）および標的構造（１０）に対して位置決めするステップ
をさらに備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第１組のデジタルデータが、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に、手術前に記憶される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
第２組のデジタルデータが、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に、手術前に記憶される、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
補正パラメータの値をロボット位置決めデバイスに送信するステップをさらに備える、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ステップＡ）の前に、
医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸（１８）、高さｈ、および中心（４７）を有する円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）を提供するステップと、
医療デバイス（１）を、標的構造（１０）に、または標的構造（１０）に対して第１の静的位置で基準ベースに取り付けるステップと
を備える、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
ステップＤ）の前に、
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）に対する所望の第２の位置を計画するステップと、計画された第２の位置を、第２組のデジタルデータとして、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に記憶するステップと
をさらに備える、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
Ｇ）標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の実際の第１の位置と所望の第２の位置との間の補正パラメータの値を、コンピュータ（３２）の表示装置（３３）上に表示するステップ
をさらに備える、請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
ステップＣ）でＸ線撮影デバイス（２０）を用いて医療画像（５０）の中に標的構造（１０）を投影することにより受信された、画像化された標的構造の少なくとも一部の検出が、自動的に行われる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）の所望の第２の位置、および／または追加医療デバイス（３）の仮想の幾何学的表現が、コンピュータ（３２）のデータ記憶装置に記憶された第２組のデジタルデータから自動的に取り出される、請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
第１組のデジタルデータが、標的構造（１０）の、または標的構造（１０）の特定の特徴の、幾何学的表現または近似を規定する、請求項１０から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
数値的手順が、
ｉ）医療画像（５０）内の円筒基準手段（１６）のレンズ状の投影（４２）を自動的に検出し、円筒形基準手段（１６）のレンズ状の投影（４２）の２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）を決定するステップと、
ｉｉ）直径ｄ、長手方向の軸（１８）、中心（４７）、および高さｈを有する円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を生成するステップと、
ｉｉｉ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現を使用して、２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）を表現する仮想投影ポイントを決定するステップと、
ｉｖ）円筒形基準手段（１６）の仮想の幾何学的表現の仮想投影ポイントを、レンズ状の投影（４２）の２つの交点（３５、３６）ならびに第１および第２の頂点（３７、３８）と照合することにより、円筒形基準手段（１６）の位置および向きを反復して決定するステップと
を基本的に備える、請求項１から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
仮想の幾何学的表現が、円筒形基準手段（１６）の高さｈ、直径ｄ、および中心の位置（４７）に対する値を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
標的構造（１０）または基準ベースに対して、医療デバイス（１）のコンピュータ支援位置決めのためのデバイスであって、
ａ）Ｘ線撮影デバイス（２０）と、
ｂ）Ｘ線撮影デバイス（２０）に電気的に接続されたコンピュータ（３２）と、
ｃ）医療デバイス（１）を取り囲む材料と異なる密度、長手方向の軸（１８）、高さｈ、および中心（４７）を有する円筒形基準手段（１６）を備える医療デバイス（１）と
を含み、
ｄ）コンピュータ（３２）は、請求項１に記載の方法のステップＢ）〜Ｆ）を行うように適切にプログラムされる
ことを特徴とするデバイス。
【請求項３０】
医療デバイス（１）を標的構造（１０）または基準ベースに取り付けることができるようになる取付手段（２）をさらに備える、請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
基準ベースが、標的構造（１０）に対して静的に拘束される、請求項２９または３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
外科手術用具またはインプラントを受け入れ、案内するためのガイド構造（５）を備える、請求項２９から３１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３３】
ガイド構造（５）が、円筒形基準手段（１６）に対して固定された位置に位置決めされる、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
ガイド構造（５）が、円筒形基準手段（１６）に対して所望の位置に位置決め可能である、請求項３２に記載のデバイス。
【請求項３５】
少なくとも１つの自由度に対して、標的構造（１０）または基準ベースに対して医療デバイス（１）を手動で再位置決めするための機械的手段（６）を備える、請求項２９から３４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３６】
医療デバイス（１）が、医療デバイス（１）自体を再位置決めすることなく、所望の計画に調和させるために、１つまたは複数の追加医療デバイス（３）を受け入れるのに適している、請求項２９から３５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３７】
医療デバイス（１）の実際の第１の位置が、少なくとも１つの機械的スケールまたはデジタルスケール（９）上に示される、請求項２９から３６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３８】
医療デバイス（１）の実際の第１の位置が、有線接続または無線伝送によりコンピュータに転送される、請求項２９から３７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３９】
医療デバイス（１）が、Ｘ線投影で見える放射線不透過構造（１４）をさらに備える、請求項２９から３８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４０】
標的構造（１０）に対して医療デバイス（１）を所望の第２の位置に位置決めするための、コンピュータ制御アクチュエータを備える、請求項２９から３９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４１】
医療デバイス（１）が、外科手術用具を、好ましくは照準デバイス（７）を備える、請求項２９から４０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４２】
医療デバイス（１）が、インプラントに取付可能な挿入ハンドル（８）を備える、請求項２９から４１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４３】
医療デバイス（１）が、整形外科用インプラントまたは骨接合用インプラントを備える、請求項２９から４２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４４】
医療デバイス（１）が、複数の円筒形基準手段（１６）を、好ましくは、２つまたは３つの円筒形基準手段（１６）を、互いに対して既知の位置に備える、請求項２９から４３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項４５】
円筒形基準手段（１６）がすべて等しいサイズを有する、請求項４４に記載のデバイス。
【請求項４６】
円筒形基準手段（１６）すべての長手方向の軸（１８）が平行である、請求項４４または４５に記載のデバイス。
【請求項４７】
円筒形基準手段（１６）の長手方向の軸（１８）が、規定された手法で、互いに対して角度をなして配置される、請求項４４または４５に記載のデバイス。
【請求項４８】
円筒形基準手段（１６）の直径ｄに対する高さｈの比が異なる、請求項４４または４６または４７に記載のデバイス。
【請求項４９】
髄内股関節インプラントを配置するための、請求項２９から４８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５０】
解剖学的骨折整復用の、詳細には、骨折した長骨の回転ミスアライメントを調節するための、請求項２９から４８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５１】
髄内釘の遠位インターロック用の、請求項２９から４８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５２】
骨の、詳細には、近位上腕骨の解剖学的プレート固定用の、請求項２９から４８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５３】
骨ねじを挿入するための、請求項２９から４８のいずれか一項に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2015508297.tif 000014
2015508297.tif 000015
2015508297.tif 000016
2015508297.tif 000017