(57)【要約】【課題】  コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに整形外科用インプラントを登録するシステムを提供する。【解決手段】  本システムは、人工股関節の大腿骨側構成要素もしくはヒップステムとされる異なるサイズの複数のインプラントを有する。該インプラントの各々に対しては事前定義相対位置にて登録デバイスが係合可能である。登録デバイスは、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する。コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第2基準構造体もまた、インプラントに着脱可能に固定される。登録デバイスおよび第2基準構造体上に配置された各基準要素の相対位置は、複数のインプラントの各々に対して異なることから、ナビゲーション・システムはインプラントの公称サイズを決定することが可能となる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおいて整形外科用インプラントを登録するシステムであって、
異なるサイズとされた複数のインプラントと、
前記複数のインプラントの各々に対して第1事前定義相対位置において係合可能な登録デバイスと、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおいて登録可能な少なくとも一つの基準要素を各々が有する第1基準構造体および第2基準構造体であって、当該第1基準構造体は所定箇所にて前記登録デバイスに配設され、当該第2基準構造体は前記複数のインプラントの各々に対して着脱可能に固定可能である、第1基準構造体および第2基準構造体と、を備え、
前記登録デバイスが前記第1事前定義相対位置にて係合され且つ前記第2基準構造体が前記複数のインプラントの内から選択された一つのインプラントに固定されたときに、前記複数のインプラントの各々に対する前記第1および第2基準構造体の相対位置は異なる、システム。
【請求項２】
前記第1および第2基準構造体の各々は、非線形的に配置された少なくとも３つの基準要素を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第1基準構造体は、第1パターンを画成すべく非線形的に配置された少なくとも３つの基準要素を有し、前記第2基準構造体は、第2パターンを画成すべく非線形的に配置された少なくとも３つの基準要素を有し、前記第1および第2パターンは識別可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第2基準構造体は、事前定義箇所において、前記複数のインプラントの各々に対して着脱可能に固定可能な取付用特定構造要素を有する操作ツール上に取付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記登録デバイスは、前記複数のインプラントの内の第1インプラントおよび第2インプラントの遠位端部を受容する少なくとも一つの漸進的空間を画成し、前記第1および第2インプラントは、前記少なくとも一つの漸進的空間内において前記登録デバイスに係合することから、前記第1および第2インプラントの係合用特定構造要素は、前記第1基準構造体から夫々、等しくない第1および第2距離に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
異なるサイズとされた前記複数のインプラントの各々は、遠位端部および近位端部を有するステム部分とネック部分とを画成する略Ｌ字状形態を有し、且つ、
前記複数のインプラントの各々は、前記ネック部分上に配設された突出部を有し、該各突出部は共通形態を有し、前記登録デバイスは、第2事前定義相対位置において、前記突出部に係合する係合用特定構造要素を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記登録デバイスは、少なくとも一つのテーパ付きスロットを有し、各テーパ付きスロットは、前記複数のインプラントの内の少なくとも一つのインプラントの少なくとも一部を受容すべく形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも一つのテーパ付きスロットは、第1方向または該第1方向と正反対の第2方向のいずれかから、前記複数のインプラントの内の一つのインプラントの少なくとも一部を受容すべく形成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記テーパ付きスロットは、前記第1方向および前記第2方向の両方に関して内方にテーパ付けされる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
骨に移植される整形外科用インプラントをコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録するシステムであって、
ステム軸心を画成する長寸ステムを各々が有する整形外科用のインプラントであって異なるサイズとされた整形外科用の複数のインプラントと、
前記複数のインプラントの各々の前記ステム軸心に沿い第1事前定義相対位置にて前記複数のインプラントの各々の前記ステムに係合可能な登録デバイスと、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有し且つ所定箇所にて前記登録デバイス上に配設される第1基準構造体と、を有する、システム。
【請求項１１】
前記第1基準構造体は、非線形的に配置された少なくとも３つの基準要素を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第2基準構造体であって、前記複数のインプラントの各々に対して着脱可能に固定可能である第2基準構造体を更に有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のインプラントの各々は、前記ステム軸心に対して所定角度で延在する突出部を更に有し、且つ、
前記登録デバイスは、前記ステム軸心に対する前記突出部の回転配向を決定するために、第2事前定義相対位置にて前記突出部の各々に係合可能な係合用特定構造要素を更に有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記登録デバイスは、前記長寸ステムに係合するための少なくとも一つの漸進的空間を有する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１５】
前記登録デバイスは、前記複数のインプラントの前記ステムに係合するために異なるサイズとされた複数の漸進的空間を有し、且つ、
前記複数の漸進的空間の内の少なくとも一つの漸進的空間は、第1方向と、該第1方向の逆である第2方向との両方に関して内方にテーパ付けされるべく徐々に変化される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第2基準構造体を更に有し、
前記第2基準構造体は、前記複数のインプラントの各々に対して着脱可能に固定可能な取付用特定構造要素を有する操作ツールに対して事前定義箇所にて着脱可能に取付けられる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
整形外科用インプラントをコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する方法であって、
ステム軸心を画成すると共に遠位端部および近位端部を有するステムであって、前記遠位端部が前記近位端部よりも小さな断面積を有するステムを備えるインプラントを、提供する段階と、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第1基準構造体を備える登録デバイスであって、事前定義軸心方向箇所にて前記ステムに係合可能な登録デバイスを提供する段階と、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第2基準構造体が取付けられた操作ツールを、前記インプラントに取付ける段階と、
前記インプラントを前記操作ツールに固定したまま前記事前定義軸心方向箇所にて前記インプラントに前記登録デバイスを係合し、且つ、前記第1および第2基準構造体の位置を前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する段階と、
前記第2基準構造体に対する前記インプラントのステムの位置を決定する段階と、を有する、方法。
【請求項１８】
前記第2基準構造体に対する前記インプラントのステムの位置を決定する段階に続き、前記インプラントのステムから前記登録デバイスを係合解除する段階を更に有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記インプラントは、前記ステム軸心に対して所定角度にて延在する突出部を有し、
当該方法は、
前記登録デバイスを事前定義相対位置にて前記突出部に係合させ、且つ、前記第1および第2基準構造体の相対位置を前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する段階と、
前記ステム軸心に対する前記突出部の回転位置を決定する段階と、を更に有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数のインプラントが提供され、前記複数のインプラントの各々は、ステム軸心を画成する異なるサイズとされたテーパ付きステムを有し、前記ステムの各々は遠位端部および近位端部を有し、前記遠位端部は前記近位端部より小さな断面積を有し、前記操作ツールは前記複数のインプラントの各々に対して事前定義箇所にて取付け可能であり、
当該方法は、前記操作ツールに対する取付け及び前記登録デバイスとの係合のために前記複数のインプラントの内の一つのインプラントを選択する段階を更に有し、且つ、
前記第2基準構造体に対して前記インプラントのステムの位置を決定する前記段階は、選択されたインプラントのサイズを前記第1および第2基準構造体間の距離に基づいて決定する段階を更に有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記登録デバイスは少なくとも一つの漸進的空間を形成し、且つ、
前記登録デバイスを前記インプラントに係合する前記段階は、前記テーパ付きステムを前記漸進的空間に挿入する段階を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記登録デバイスは、第1方向と、該第1方向の逆である第2方向との両方に関して内方にテーパ付けされるべく徐々に変化する少なくとも一つの漸進的空間を形成し、且つ、
前記登録デバイスを前記インプラントに係合する前記段階は、前記第1方向または前記第2方向のいずれかから前記テーパ付きステムを前記漸進的空間内に挿入する段階を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
整形外科用のインプラントと、
整形外科用の前記インプラント上に着脱自在に取付けられた少なくとも一つのワイヤループと、
前記ワイヤループとコンピュータ支援式ナビゲーション・システムとの間に作用可能に連結された通信手段であって、前記ワイヤループにより検知された磁界を表示するナビゲーション・システムにワイヤループから信号を伝達する通信手段と、を有する、
コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおいて使用されるアセンブリ。
【請求項２４】
前記通信手段は、前記ワイヤループに作用可能に連結された通信ケーブルを有する、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記少なくとも一つのワイヤループは少なくとも２つのワイヤループから成り、該ワイヤループの各々はループ軸心を画成し、該各ワイヤループは相対的に固定された箇所に配設され、各前記ループ軸心は相互に直交する配向で配置される、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記少なくとも一つのワイヤループ、前記インプラントに着脱自在に取付けられた手術器具に取付けられる、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
コンピュータ支援式ナビゲーション・システムと共に使用される登録デバイスであって、
少なくとも一つの整形外科用のインプラントに対して第1事前定義相対位置において係合可能である少なくとも一つの第1機構と、少なくとも一つの手術器具に対して第2事前定義相対位置において係合可能である少なくとも一つの第2機構とを有する本体と、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第1基準構造体であって、該第1基準構造体は所定箇所にて前記登録デバイスに配設され、該第1基準構造体は、所定箇所にて手術器具上に配設された第2基準構造体と、所定箇所にて整形外科用のインプラントに配設された第3基準構造体との両者と協働すべく形成された第1基準構造体と、
前記本体上における前記各機構の内の一つの機構に対してインプラントまたは器具が係合されたとき、別の基準構造体に関する前記第1基準構造体の相対位置は、選択されたインプラントもしくは器具のサイズを決定すべくコンピュータ支援式ナビゲーション・システムにより利用される、登録デバイス。
【請求項２８】
少なくとも幾つかの前記第1機構は、複数のテーパ付きスロットを有し、該テーパ付きスロットの各々は、少なくとも一つのインプラントの少なくとも一部を受容すべく形成される、請求項２７に記載の登録デバイス。
【請求項２９】
前記テーパ付きスロットは各々、第1方向または該第1方向と正反対の第2方向のいずれかから一つのインプラントの少なくとも一部を受容すべく形成される、請求項２８に記載の登録デバイス。
【請求項３０】
前記テーパ付きスロットは、前記第1方向および前記第2方向の両方に関して内方にテーパ付けされる、請求項２９に記載の登録デバイス。
【請求項３１】
少なくとも幾つかの前記第2機構は、手術器具のハンドルを受容すべく形成される、請求項２７に記載の登録デバイス。
【請求項３２】
手術用具をコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録するシステムであって、
異なるサイズとされた複数の手術用具と、
前記複数の手術用具の各々に対して第1事前定義相対位置にて係合可能な登録デバイスと、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおいて登録可能な少なくとも一つの基準要素を各々が有する第1基準構造体および第2基準構造体であって、当該第1基準構造体は所定箇所にて前記登録デバイス上に配設され、当該第2基準構造体は前記複数の手術用具の内の任意の一つの手術用具上に配設される第1基準構造体および第2基準構造体と、を有し、
前記登録デバイスが前記第1事前定義箇所にて係合され且つ前記第2基準構造体が前記複数の手術用具の内から選択された一つの手術用具上に配設されたときに、前記複数の手術用具の各々に対する前記第1および第2基準構造体の相対位置は異なる、システム。
【請求項３３】
前記複数の手術用具は、手術器具に適合すべく形成されて異なるサイズとされた複数のハンドルを有する、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
手術器具をコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する方法であって、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を含む第1基準構造体が取付けられた手術器具を提供する段階と、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を含む第2基準構造体を有する登録デバイスであって、前記手術器具に対して事前定義箇所にて係合可能な登録デバイスを提供する段階と、
前記登録デバイスを前記事前定義箇所にて前記手術器具と係合し、且つ、前記第1および第2基準構造体の位置を前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する段階と、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにより前記手術器具のサイズを決定する段階と、を有する、方法。
【請求項３５】
関連するハンドルに対して手術用具を取付ける段階と、
前記ハンドルに固定された前記手術用具に対して前記登録デバイスを係合する段階と、
前記コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにより前記手術用具およびハンドルのアセンブリのサイズを確認する段階と、を更に有する、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2003年2月4日に出願された特許出願第10/357,754号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は登録デバイスに関し、より詳細には、コンピュータ支援式外科的ナビゲーション・システムにおいて整形外科用インプラント（移植物）の位置を登録するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
手術器具および他の対象物の制御式位置決めは、多くの手術処置において極めて重要であり、手術処置の間において対象物を適切に位置決めする種々の方法が開発されている。斯かる方法は、機械的案内部材およびコンピュータ支援式ナビゲーション・システムの両方を使用する。コンピュータ支援式ナビゲーション技術は典型的に、関連する解剖学的構造の術前画像を獲得する段階と、この解剖学的構造の３次元モデルを表現するデータベースを生成する段階とを有する。手術処置において用いられる関連ツールおよび他の対象物は典型的に、術前に定義される既知の固定的な（、すなわち、一定の）幾何学形状を有する。手術処置の間において、使用されつつある対象物の位置が解剖学的座標系に登録され、且つ、対象物と解剖学的構造との相対位置を示すグラフィック表示がリアルタイムで計算されると共に外科医に対して表示されることで、関連する解剖学的構造に関して外科医が対象物を適切に位置決めして操作することを支援する。
【０００４】
斯かる画像誘導式処置においては、対象物を位置決めして制御するためにロボット式アームが使用されるか、または、外科医は対象物を手動的に位置決めすると共に該対象物および解剖学的構造の相対位置の表示を使用して該対象物を位置決めしても良い。当該技術分野において知られている種々のコンピュータ支援式ナビゲーション・システムの例は、米国特許第5,682,886号明細書、第5,921,992号明細書、第6,096,050号明細書、第6,348,058 B1号明細書、第6,434,507 B1号明細書、第6,450,978 B1号明細書、第6,490,467 B1号明細書および第6,491,699 B1号明細書に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、異なるサイズとされた複数の整形外科用インプラントに係合可能な登録デバイスを提供する。該登録デバイスは、インプラントの各々に対して事前定義された相対位置にて係合可能である。登録デバイス上には第1基準構造体が配設され、且つ、インプラントに対しては第2基準構造体が着脱可能に固定される。第1および第2基準構造体の各々はコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有することから、第2基準構造体に対するインプラントの位置および／または配向が決定もしくは較正されうる。第2基準構造体に対するインプラントの位置を較正した後、登録デバイスはインプラントから係合解除される。第2基準構造体は、操作ツール上に取付けられ得ると共に、該操作ツールは次に、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムを用いてインプラントをその移植位置に載置すべく用いられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その一形態においては、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに整形外科用インプラントを登録するシステムから成る。該システムは、異なるサイズとされた複数のインプラントと、該複数のインプラントの各々に対して第1事前定義相対位置にて係合可能な登録デバイスとを有する。該システムはまた、第1基準構造体および第2基準構造体も有する。基準構造体の各々は、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する。第1基準構造体は所定箇所にて登録デバイスに配設され、且つ、第2基準構造体は複数のインプラントの各々に対して着脱可能に固定可能である。登録デバイスが第1事前定義箇所にて係合され且つ第2基準構造体が各インプラントの内から選択された一つのインプラントに固定されたときに、複数のインプラントの各々に対する第1および第2基準構造体の相対位置は異なる。
【０００７】
第1および第2基準構造体は、非線形的に位置された少なくとも３つの基準要素を有する。第1および第2基準構造体の基準要素は、識別可能な第1および第2パターンを画成し得る。第2基準構造体は、複数のインプラントの各々に対して着脱可能に固定可能な取付用特定構造要素を有する操作ツール上にも取付けられ得る。
【０００８】
インプラントは、近位大腿骨に挿入される複数のヒップステムとされ得る。ヒップステムは、ステム部分およびネック部分を画成する略Ｌ字状形態を有し得る。ステム部分は遠位端部および近位端部を有する。ヒップステムの各々は、近位端部の近傍に配置された取付用接合領域であって操作ツールに固定可能な取付用接合領域も有する。登録デバイスは、複数のヒップステムの内の第1ヒップステムおよび第2ヒップステムの遠位端部を受容する少なくとも一つの漸進的空間、すなわち徐々に変化する空間を有する。第1および第2ヒップステムは少なくとも一つの漸進的空間内で登録デバイスに係合することから、第1および第2ヒップステムの係合用特定構造要素は第1基準構造体から夫々、等しくない第1および第2の距離に配置される。ヒップステムの各々は、ネック部分上に配設された突出部も有し得るものであり、突出部の各々は共通形態を有する。基準部材は、突出部に対して第2事前定義相対位置にて係合する係合用特定構造要素を有し得る。
【０００９】
本発明は、その別の形態においては、骨に移植される整形外科用インプラントをコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録するシステムを備える。該システムは、ステム軸心を画成する長寸ステムを各々が有する異なるサイズとされた複数の整形外科用インプラントと、複数のインプラントの各々のステムに対して該複数のインプラントの各々のステム軸心に沿う第1事前定義相対位置にて係合可能な登録デバイスとを有する。登録デバイスには所定箇所に、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第1基準構造体が配設される。登録デバイスは、ステムに対して第1事前定義相対位置にて係合する少なくとも一つの漸進的な（すなわち、徐々に変化する）係合用特定構造要素を有し得る。一実施形態においては、漸進的な係合用特定構造要素は複数のテーパ付きスロットを有し、該テーパ付きスロットの各々は、少なくとも一つのインプラントの少なくとも一部を一方向のみから受容すべく形成される。代替実施形態においては、テーパ付きスロットは各々、各インプラントの内の一つのインプラントの少なくとも一部を、第1方向または該第1方向と正反対の第2方向のいずれかから受容すべく形成される。
【００１０】
本発明は、更に別の形態においては、整形外科用インプラントをコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する方法から成る。該方法は、ステム軸心を画成するステムを有するインプラントを提供する段階を有する。ステムは遠位端部および近位端部を有し、遠位端部は近位端部より小さな断面積を有する。コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する第1基準構造体を有する登録デバイスも提供される。登録デバイスは、ステムに対し、事前定義軸心方向箇所にて係合可能である。本方法は、インプラントに対して操作ツールを取付ける段階を有する。操作ツールには、第2基準構造体が取付けられる。第2基準構造体は、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録可能な少なくとも一つの基準要素を有する。本方法はまた、インプラントを操作ツールに固定したまま事前定義軸心方向箇所にてインプラントに登録デバイスを係合し、且つ、第1および第2基準構造体の位置をコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する段階と、第2基準構造体に対するインプラントのステムの位置を決定する段階も有する。
【００１１】
本方法はまた、第2基準構造体に対するインプラントのステムの位置を決定する段階に続き、インプラントのステムから登録デバイスを係合解除する段階も有する。インプラントは、ステム軸心に対して所定角度にて延在する突出部も有し、本方法は、登録デバイスを事前定義相対位置にて突出部に係合させ、且つ、第1および第2基準構造体の相対位置をコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する段階と、ステム軸心に対する突出部の回転位置を決定する段階とを更に有する。
【００１２】
本方法の代替実施形態においては、複数のインプラントが提供され、インプラントの各々は、ステム軸心を画成する異なるサイズとされたステムを有する。ステムはテーパ付けされる。各ステムは遠位端部および近位端部を有し、遠位端部は近位端部より小さな断面積を有する。操作ツールは、インプラントの各々に対して事前定義箇所にて取付可能であり、本方法は、操作ツールに対する取付け及び登録デバイスとの係合のために、複数のインプラントの内の一つのインプラントを選択する段階を更に有する。第2構造に対してインプラントのステムの位置を決定する段階は、選択されたインプラントのサイズを第1および第2基準構造体間の距離に基づいて決定する段階を更に有する。登録デバイスは、少なくとも一つの漸進的空間を画成し、登録デバイスをインプラントに係合する段階は、テーパ付きステムを漸進的空間に挿入する段階を有する。代替実施形態において、少なくとも一つの漸進的空間は第1方向と第2方向との両方に関して内方にテーパ付けされた空間から成り、第1方向は第2方向の逆である。
【００１３】
本発明は、別の形態においては、手術用具をコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録するシステムであって、異なるサイズとされた複数の手術用具と、該複数の手術用具の各々に対して第1事前定義相対位置にて係合可能な登録デバイスとを有するシステムから成る。本システムはまた好適には、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおいて登録可能な少なくとも一つの基準要素を各々が有する第1および第2基準構造体であって、当該第1基準構造体は所定箇所にて登録デバイスに配設され、且つ、当該第2基準構造体は複数の手術用具の各々に対して着脱可能に固定可能である第1基準構造体および第2基準構造体も有する。更に、登録デバイスが第1事前定義箇所にて係合され且つ第2基準構造体が各手術用具の内から選択された一つの用具に固定されたときに、複数の手術用具の各々に対する第1および第2基準構造体の相対位置は異なる。一好適実施形態においては、複数の手術用具は、異なるサイズとされた複数のヤスリ・ハンドルを有する。本発明はまた、ヤスリ・ハンドルなどの手術器具をコンピュータ支援式ナビゲーション・システムに登録する方法にも関する。
【００１４】
本発明は、更に別の形態においては、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおいて使用されるアセンブリ（組立体）からなる。該アセンブリは、整形外科用インプラントと、該整形外科用インプラント上に着脱自在に取付けられた少なくとも一つのワイヤループと、該ワイヤループとコンピュータ支援式ナビゲーション・システムとの間に作用可能に連結される通信手段であって、ワイヤループにより検知された磁界を表示するナビゲーション・システムにワイヤループから信号を伝達する通信手段とを有する。
【００１５】
この通信手段は、ワイヤループに作用可能に連結された通信ケーブルとされてもよい。少なくとも一つのワイヤループは、少なくとも２つのワイヤループを有してもよく、該ループの各々はループ軸心を画成し、各ループは相対的に固定された（、すなわち、相対的に一定の）箇所に配設され、各ループ軸心は相互に直交する配向で位置される。ワイヤループは、インプラントに取付けられた手術器具上に取付けられる。
【００１６】
本発明の上述のおよび他の特徴および目的ならびにそれらを達成する方法は、添付図面とあわせて本発明の実施形態に関する記述を参照すれば更に明らかとなり且つ本発明自体が更に良好に理解されよう。
【００１７】
幾つかの図面を通し、対応する参照符号は対応する部材を表す。本明細書中に示された例示内容は発明の一実施形態を示すが、以下に開示される実施形態は網羅的であることを意図しておらず、且つ、開示された厳密な形態に発明の範囲を限定すると解釈されることを意図していない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１には、本発明の一実施形態に係る登録デバイス20が示される。登録デバイス20は、グリップまたはハンドル部分22、本体24、および、少なくとも一つのスロット（溝部）を有する。図１の実施形態においては、本体24には、異なるサイズとされた３つのテーパ付スロット26、28、30が形成される(但し、スロットの個数が必要に応じて変更されてもよいことは当然である)。スロットの各々は、２つの対向側面26a、26b；28a、28b；30a、30bと底面26c、28c、30cとにより画成され、且つ、複合テーパを画成する。本体24の実質的に平坦な上側表面32には、非線形的に配置された少なくとも３つの基準要素が取付けられるが、この実施形態においては４つの基準要素34が示される。図示された実施形態においては、基準要素34は、以下において相当に詳細に論じられるコンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおいて登録可能な反射球体（reflective  spheres)である。図１において理解され得る如く、本体24は、固定箇所（一定の箇所）において各基準要素34が取付けられた一体的基準構造体を形成する。各基準要素34は、本体24から突出する夫々の支柱36上に取付けられる。本発明は、適切な形態の少なくとも一つの基準要素と共に使用され得ることも考えられる。
【００１９】
ハンドル22の逆側となる本体24の末端縁部38上には、３つの凹所40、42および44が在る。凹所40は、股関節用インプラントのネック・ステムに密接に嵌合すべく形成される。凹所42は円錐形状を有し、凹所44は異なる直径の２つの同心の円筒部分を有する。当然ながら、凹所の個数および形態は、該凹所に対して係合が意図された構成要素の所望個数および形式に適応すべく、必要に応じて変更されてもよい。例示された登録デバイスは、ステンレス鋼材料で形成されるが、アルミニウムまたはプラスチック材料の如き他の適切な材料が使用されてもよい。
【００２０】
図２に最適に見られる如く、登録デバイス20は、人工股関節の大腿骨側構成要素すなわちヒップステム46に係合され得る。本発明と共に使用され得るヒップステムの例は、米国特許第5,480,453号明細書および第5,326,376号明細書に開示されている。ヒップステム46は、概略的にＬ字状形態を有し、ステム軸心49を画成する長寸ステム部分48と、ネック軸心51を画成するネック部分50とを有する(図２Ａ)。ネック上には突出部52が配置され、該突出部上には、寛骨臼カップ内における位置決めのための(不図示の)プロテーゼ（補綴）・ボールが取付けられる。典型的にヒップステムは種々のサイズで製造され、その場合にヒップステムの全体的な形態は実質的に一定かつ比例的であるが、異なるサイズの患者に適合する所定範囲のサイズを提供すべく寸法は変更される。本明細書中に記載される実施形態は、人工股関節用インプラントを登録する登録デバイスに関するが、本発明の概念は他の形式の人工インプラントならびに手術用具にも適用可能である。
【００２１】
図２および図２Ａは、第1インプラント46、および、点線による第2インプラント46aを示している。第1および第2ヒップステム46、46aは共通設計態様を有するが異なるサイズであり、第2ヒップステム46aはヒップステム46よりも僅かに小寸である。図示された実施形態においては、突出部52、52aはサイズおよび形状が同一であり、ヒップステムと大腿骨側ボールとの間の共通の取付用接合領域を提供している。付加的に、図３に示された如く、各ステムはテーパ付けされ、且つ、遠位端部54は、ステム48の近位端部56よりも小さな断面積を有する。図示された各ステムは、２つのテーパ角度を画成する複合テーパを有する。
【００２２】
ヒップステム46の各々は、ステム48の近位端部56の近傍において該ヒップステムの近位縁部上に配置された取付用接合領域も有する。ヒップステムは典型的に、ステム挿入器と称されることも多い操作ツールに対して該ヒップステムを着脱自在に取付けるために用いられる取付用接合領域を有する。種々の斯かる接合領域は知られている。たとえば図２Ａに示された如く、ステム46の取付用接合領域58は螺条付きボア（穴部）であり、操作ツールすなわちステム挿入器60は、当該技術分野にて知られている様式でヒップステム46を該操作ツール60に固定すべくボア58に螺着係合するネジ付シャフト62を有する。ステム挿入器60をヒップステム46に取付けた後、ステム挿入器60は、ヒップステム46を直接的に取り扱う代わりにヒップステム46を操作すべく用いられる。ステム挿入器60は、ヒップステム46を大腿骨内の最終移植位置に位置決めした後、ヒップステム46から取り外される。
【００２３】
ステム挿入器60に対しては、固定的相対位置（、すなわち一定の相対位置）において少なくとも一つの基準要素34が取付けられた堅固な基準構造体64が固定される。基準構造体64は、アルミニウム、別の金属、プラスチック、または、任意の適切な材料で形成され得る。ステム挿入器60上に基準構造体64を着脱自在に取付けるために、蟻継ぎ継手66が用いられる。基準構造体64は螺条付き留め具68により、ステム挿入器60上の所望箇所に堅固に固定される。代替実施形態においては、基準構造体64は、ステム挿入器60に対して恒久的に固定されるか、または、それと一体的に形成されてもよい。
【００２４】
基本的な操作ツール構造体であって事前定義箇所において基準構造体64が取付けられる操作ツール構造体は、習用の操作ツールとされ得る。図示された実施形態は、インプラント46に対してツール60を固定するためにネジ付シャフトを利用するが、操作ツールをインプラントに固定するために他の取付用特定構造要素(attachment feature)が使用されてもよい。たとえば、インプラントは円滑な壁部とされたボアを有し、操作ツールは該ボア内に取り外し可能に固定され得る拡開可能なコレット（collet)を有してもよい。更に、本発明は、たとえば人工膝関節用の代替的インプラントと、斯かるインプラントと共に適合使用され得る操作ツールと共に使用されてもよい。
【００２５】
基準構造体が取付けられるとともに本発明と共に用いられる操作ツールの例は、ホーグ等(Hoag et al.)により2002年7月12日に出願されて“整形外科用インプラントを把持するツール(TOOL FOR GRIPPING AN ORTHOPEDIC IMPLANT)”と称された米国特許出願第10/194,874号明細書、および、ホーグ等(Hoag et al.)により2002年7月12日に出願されて“整形外科用インプラントを取り外し可能に把持するツール(TOOL FOR RELEASABLY GRIPPING AN ORTHOPEDIC IMPLANT)”と称された米国特許出願第10/194,744号明細書により記載されている。
【００２６】
そのステム操作機能に加え、基準構造体64を自身上に取付けることでステム挿入器60は、該ステム挿入器60がステム46から係合解除されるまで概略的に固定される相対位置（、すなわち、ほぼ一定の相対位置）において基準構造体64をステム46に着脱可能に固定する役割も果たす。以下で論じられる如く、登録ブロック20は、ヒップステム46に対してステム挿入器60を取付けた後で基準構造体64に対するヒップステム46の相対位置を決定すべく用いられることができることから、コンピュータ支援式外科的ナビゲーション・システムは、基準構造体64の箇所および配向を検知することによりヒップステム46を追尾することができる。
【００２７】
本発明の他の実施形態においては、操作ツールを介する代わりに、一つ以上の基準要素を有する基準構造体がインプラントに対して直接的かつ着脱自在に取付けられる。その様に直接的に取付けられた基準構造体は、インプラントの追尾は提供するが、ツール60により提供される操作機能は提供しない。
【００２８】
ヒップステム46の位置および配向をコンピュータ支援式ナビゲーション・システム80が正確に追尾するために、ヒップステム46の位置は、基準構造体64の位置により較正されねばならない。次に、斯かる較正を実施するための登録デバイス20の使用法が記載される。
【００２９】
登録デバイス20は、本実施形態において示される３つのテーパ・スロット26、28、30を備える。各スロットの対向側面、たとえば表面28a、28bは、それらの間に漸進的空間(graduated space)すなわち徐々に変化する空間を画成する。スロット26、28、30により画成される空間は、登録デバイス20の使用が意図されて異なるサイズとされたヒップステム46の各々に対して登録デバイス20を一意的に係合すべく形成される。
【００３０】
図示された実施形態においては、登録デバイス20は、約１０通りの異なる公称サイズを有する一連のヒップステムに対して形成されている。スロット26、28、30の各々は、３通りもしくは４通りの異なる公称サイズにより使用されるべく形成され、すなわち、スロット26は小寸側の各サイズを、スロット28は中間の各サイズを、且つ、スロット30は大寸側の各サイズを受容する。所望であれば、各スロットに挿入されるべき適切な単一のサイズ(もしくは複数のサイズ)を表すマークがスロット26、28、30上にまたはその近傍に付加されてもよい。図３に最もよく示されているように、各ステム48は、矢印27、29、31により夫々表される方向においてスロット26、28、30に挿入される。
【００３１】
各ステム46の製造に特有の寸法許容差の結果として、特定の公称サイズのステム46は、狭い変動幅で関連スロットに係合する。たとえば図３において参照番号90で表された一群のラインは、ステム46aの製造許容差に基づいてインプラント46aがスロット28に係合する箇所の２つの極限箇所および中点を表している。これらの係合箇所は、ステム46aと操作ツール60との間の係合用接合領域を表す範囲91へと変換される。同様に、各ライン92は、インプラント46が表面28aおよび28bに係合する２つの極限箇所および中点を表し、且つ、範囲93はステム46と操作ツール60との間の係合用接合領域の箇所を表している。このことは、(図３においてはライン92のみが示されるが)各ライン92により表された事前定義相対位置において係合するインプラント46と、(図３においてはライン90のみが示されるが)ライン90により表される事前定義相対位置において係合する更に小寸のインプラント46aの輪郭とを示す図２および図２Ａを参照することでも理解され得る。
【００３２】
スロット26、28、30は、異なるサイズとされた各インプラントに関してインプラントと操作ツールとの間の係合用接合領域91、93が重複しない様に形成される。同一のツール60が各インプラント46に係合すべく使用されることから、異なる公称サイズのインプラント46の各々は、登録デバイス20に対する基準構造体64の所定範囲の位置であって他の任意の公称サイズのインプラント46の範囲とは重複しない一意的な所定範囲の位置を定義する。このことは図２において例証されるものであり、図２は、操作ツール60上に配設された各基準要素34を実線で示すことで、インプラント46が登録デバイス20と係合されたときの基準要素の相対位置を表し、且つ、点線輪郭34aで示すことで、更に小寸の公称サイズのインプラント46aが登録デバイス20に係合されたときの各基準要素の相対位置を表している。異なる公称サイズの各インプラント46に対して、基準構造体64の所定範囲の位置が重複しない様に登録デバイス20を形成することにより、ナビゲーション・システム80は、公称サイズのインプラントのステムを登録デバイス20上の適切なスロット26、28、30に挿入した後、該インプラントを決定することができる。登録デバイス20をインプラント46に係合するに先立ち、各インプラント46の種々の公称サイズの寸法はナビゲーション・システム80に入力される。
【００３３】
図示された実施形態はテーパ付きスロットを利用するが、本発明によれば代替的で漸進的な係合用特定構造要素が採用されてもよい。たとえば代替実施形態においては、整形外科用インプラントは、当該表面間に空間を画成する各表面を有し、登録デバイスは、この空間内に嵌合することでインプラントに対する事前定義位置にてインプラントに係合する漸進的突出部を有してもよい。
【００３４】
図２および図２Ａに最もよく示されるように、ステム挿入器60の軸心は、取付けられたヒップステム46のステム軸心49と同軸的に位置決めされる。ステム48が、スロット26、28、30の内の一つのスロット内に係合可能に挿入され且つ基準構造体24、64の相対位置が夫々登録デバイス20およびステム挿入器60上に配置されたとき、コンピュータ支援式ナビゲーション・システム80のプロセッサは、ヒップステム46の公称サイズ、ステム軸心49の配向、および、軸心49により定義されるラインに沿うヒップステムの位置、すなわち、ヒップステム46の軸心方向位置を計算し得る。但しそれは、ステム48がスロット26、28、30の内の一つのスロット内に挿入されたときに、軸心49に対するネック50の回転的もしくは角度的な配向は計算しない。図２Ａに示される如く、登録デバイス20の図示された実施形態は、表面32から基準要素34が突出するのと同一方向においてヒップステム46のネック50が突出する様に構成される。
【００３５】
ネック50の角度的配向を決定するために、ステム48はスロット28から取り外され、且つ、突出部52は、凹所40内への挿入により登録デバイス20に係合される。凹所40は、各インプラント46上に配置された夫々の突出部52の共通形状に関するテーパと整合すべく僅かにテーパ付けされた側壁を有する。図３に示される如く、操作ツール60に固定されたステム46の突出部52を凹所40に対して整合して係合することで、軸心49の回りにおける且つ基準構造体64に対する突出部52およびネック50の回転位置は、本体24および基準構造体64の夫々の相対位置に基づきナビゲーション・システム80により決定することができる。
【００３６】
光学的追尾システムと共に使用されるときに、登録デバイス20および基準構造体64は、当該基準点が配置される基準構造体の箇所および配向を定義すべく、非線形に位置された少なくとも３つの基準点を必要とする。登録デバイス20および基準構造体64上に配設された基準要素により定義されるパターンもまた異なり得ることから、ナビゲーション・システム80は、各群の基準要素に関連する対象物を更に容易に識別かつ特定し得る。
【００３７】
登録デバイスは、ヒップステム46の他にも、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおける他の対象物の位置を較正するために使用されてもよい。たとえば図４は、本体24上に取付けられた基準要素34により定義される基準構造体に対して既知配向を有する実質的に平坦な表面32と係合して載置された寛骨臼カップ94を示している。カップ94を係合する操作ツール96には基準構造体64が取付けられ、登録デバイス20は、操作ツール96に取付けられた基準構造体64の較正に使用され、一方で操作ツール96は、当該技術分野において知られているように寛骨臼カップの移植の間において寛骨臼カップを取り扱う習用の器具でもある。ツール96が寛骨臼カップ94に固定されたとき、表面32から基準構造体64までの距離は、寛骨臼カップ94の公称サイズに依存する。故に表面32によるカップ94の登録は、該カップ94を移植するに先立ち、器具96上に正しいサイズのカップ94が取付けられたことを確認するために使用され得る。
【００３８】
同様に凹所42および44は、本体24上に取付けられた要素34に対して既知の箇所にあり且つ既知の配向を有し、これらの凹所は、コンピュータ支援式ナビゲーション・システムにおける種々の手術器具または対象物の座標を較正すべく使用され得る。たとえば凹所42、44の内で選択された方に対し、デジタル化プローブ、リーマ、千枚通し(awl)または他の対象物の先端が係合されることができる。
【００３９】
次に図５および図６を参照すると、登録デバイスの第２実施形態が図示かつ記載される。図１から図４に示された実施形態の類似特定構造要素に対応する、この実施形態の特定構造要素は、ダッシュ(')記号を付すること以外、同一の参照番号が付される。第２実施形態は登録デバイス20'と表され、該登録デバイス20'は、ハンドル22'および本体24'を有する。
【００４０】
他の実施形態と同様に登録デバイス20'は、基準要素34'、少なくとも一つのテーパ付きスロット、および、少なくとも一つの凹所を有する。但し、図５および図６の実施形態においては、スロットは、他の実施形態におけるのと異なる様に形成される。より詳細にはこの実施形態は、各々が両端部からテーパ付けされたスロット102、104および106を有する。故にスロット102、104および106は各々、(図５において矢印“A”により表された)第1方向から内方にテーパ付けされ、且つ、第1方向と逆の(矢印“B”により表された)第2方向からも内方にテーパ付けされる。特にスロット102は、隆起部102Cにより分離される第1テーパ部分102Aおよび第2テーパ部分102Bを有する。同様に、スロット104および106は各々、第1テーパ部分104A、106A、第2テーパ部分104B、106Bおよび隆起部104C、106Cを有する。
【００４１】
故に、図５および図６の実施形態において(ヒップステムなどの)インプラントは、第1方向もしくは第2方向のいずれかから各スロット内に受容されることができるが、これは、同一数のスロットに対し、図１から図４の実施形態と比較して２倍の挿入箇所を提供する。より詳細には、第１実施形態(図３)においては、２つの外側スロットが(矢印27および31により表された)一方向からヒップステムを受容し、且つ、他の２つのスロットの間に配置された第3スロットは、矢印29により表される逆方向からヒップステムを受容する(ことで、全ての３つのスロットに対する合計で３つの挿入箇所となる)。これと対照的に、図５および図６の実施形態において、３つのスロット(102、104および106)の各々は、方向Aまたは方向Bのいずれかからヒップステムを受容することができる(ことで、全ての３つのスロットに対する合計で６つの挿入箇所となる)。当然ながら、スロットの個数は、この実施形態または第１実施形態に示された３つから変更されてもよい。
【００４２】
使用に際してヒップステム46は、(図２に示された)登録デバイス20に係合されるのと同一様式で登録デバイス20'に係合されるが、上述された如く、ヒップステムは、方向Aまたは方向Bのいずれかから各スロット内に受容されることができる。図５および図６の実施形態の一つの利点は、登録デバイスの本体のサイズの増大を必要とせずに他の実施形態と比較して広範囲のサイズのヒップステムの登録が許容されることである。
【００４３】
適切なサイズのヒップステムを対応スロットに整合させることを容易にすべく、本明細書中に記載された実施形態のいずれのものにおいても登録デバイス20にマークを配備することができる。たとえば図５に示された如く、マーク110は、テーパ部分106Aが9mmから10mmの直径を備えたヒップステムの受容を意図することを表し；マーク120は、テーパ部分106Bが11mmから12mmの直径を備えたヒップステムに対して意図されることを表し；マーク130は、テーパ部分104Aが13mmから14mmの直径に対することを表し；マーク140は、テーパ部分104Bが15mmから16mmの直径に対することを表し；マーク150は、テーパ部分102Aが17mmから18mmの直径に対することを表し；且つ、マーク160は、テーパ部分102Bが19mmより大きな直径に対することを表している。各マークは好適には食刻されるが、登録デバイスの本体上に別様にして恒久的に配備されてもよい。
【００４４】
登録デバイス20'と登録デバイス20との間の別の相違は、末端縁部38'上に配備される機構に関する。第１実施形態における図１および図２は凹所40、42および44を示しているが、これらは第２実施形態においても配備され且つ図６において参照番号40'、42'および44'により表される。より詳細には、凹所40/40'は(図３に示された如く)ヒップステム・インプラントのネックに係合すべく構成される。同様の様式で、(円錐形状を有する)凹所42/42'および(異なる直径の２つの同心の円筒部分を有する)凹所44/44'は、デジタル化プローブ、リーマ、千枚通し、ヤスリなどの先端の如き他の対象物に係合すべく形成される。凹所もしくは他の機構の個数および構成は、システムにおける較正もしくは確認が意図された任意の所望の個数および形式の対象物を受け入れるべく変更されることができる。
【００４５】
機構40'、42'および44'に加えて図５および図６の実施形態は、ヤスリ・ハンドル(rasp handle)と６度(six degree)のテーパを有するヒップステム・インプラントのネックとに係合する機構も有する。より詳細には、ヤスリ・ハンドル109などのヤスリ・ハンドルに係合すべく機構108が配備され、該機構108は、右脚に使用されるヤスリに対して使用されるハンドルと係合される(“R”により表される)部分、および、左脚に使用されるヤスリに対して使用されるハンドルと係合される(“L”により表される)部分を有する。図示された実施形態においては、機構108は、２つの雄突出部112および２つの雌凹所114を有し、その各群(すなわち一つの雄突出部および一つの雌凹所)は、ヤスリ・ハンドル109の末端上の対応形状に夫々係合すべく形成される。当然ながら機構108は、ヤスリ・ハンドルをヤスリに接続するために、このハンドルの端部上で利用される他の形式の形状に適応すべく変更されることができる。
【００４６】
ヤスリ・ハンドル109を較正するために、ヤスリ・ハンドルの末端は、機構108の適切な部分(すなわち、図６に示された如く、右側ヤスリ・ハンドルに対して“R”とマークされた上部、または、左側ヤスリ・ハンドルに対して“L”とマークされた下部のいずれか)に係合される。係合されたなら、図５に示された様式で登録デバイス20'は、複数の基準要素34'を有する基準構造体64'が取付けられたヤスリ・ハンドル109を(ナビゲーション・システムへと)較正すべく使用されることができる(この場合に基準構造体64'および基準要素34'は、前述された基準構造体64および基準要素34と本質的に同一様式で機能する)。基準構造体64'は、ステム挿入器60に対して基準構造体64を取付けるために上述された方法の如き任意の知られている方法により、ヤスリ・ハンドル109に確実に取付けられる。ヤスリ・ハンドル109は、ナビゲーション・システム80がハンドル109に関する基準構造体64の正確な箇所を理解することを可能とするように、単独で較正される。ハンドルが較正された後、ハンドル109に対しては(不図示の)ヤスリが取付けられ、ヤスリの先端は、大寸窪み42'などの末端縁部38'上の機構の内の適切な機構内に挿入されることで、システムがヤスリの位置を確認かつ記録することが可能となる。
【００４７】
ヒップステム46の移植に戻ると、大腿骨におけるヒップステムの適切な位置決めは、患者の適切な脚部長さの再確立に関して非常に重要である。当該技術分野において知られているように、大腿骨などの解剖学的構造に関する関連寸法データは、解剖学的構造の画像から獲得されたデータを用いて決定され、解剖学的構造のモデルを表現するデータベースが生成される。解剖学的構造のモデルは、解剖学的構造の一連の２次元画像を獲得することで構築される。代替的に解剖学的構造のモデルは、既知の空間的関係を有する一群の２次元画像、または、３次元形態の解剖学的構造に関する情報を伝えるべく用いられることができる他のデータ構造とされてもよい。解剖学的構造のモデルは、術前計画の目的および術中ナビゲーションの目的で、種々の視点からの解剖学的構造の表示を生成すべく使用されてもよい。解剖学的構造のモデルなどを生成すべく採用されうる種々の技術は、当該技術分野においてよく知られており、コンピュータ断層撮影法(CT)、磁気共鳴撮像法(MRI)、陽電子放出断層撮影法(PET)、超音波走査および螢光透視撮像法などの技術が挙げられる。
【００４８】
斯かる撮像技術により獲得された解剖学的構造のモデルは、実際の解剖学的構造に関するインプラントの相対位置および配向の決定および表示を容易にすることにより、インプラントの術中誘導に対して使用されることができる。たとえば、解剖学的構造のモデルが既知の空間的関係を有する一群の２次元画像であれば、斯かる画像の幾つかが手術処置の間において同時に表示される。画像におけるインプラントの位置を表示すると共に、異なる視点からの画像、たとえば、ｘおよびｙ座標軸に沿うインプラント移動の表示を容易にする一つの画像、および、ｚ軸に沿うインプラント移動の表示を容易にする別の画像も表示することにより、個々の画像が、協働することで解剖学的構造に対するインプラントの３次元での移動を表現してもよい。
【００４９】
参考目的で、関心事項である実際の解剖学的構造により定義される座標系は、本明細書中では解剖学的座標系と称され、且つ、解剖学的構造のモデルにより定義される座標系は画像座標系と称される。画像式誘導処置において使用されるインプラントの固定サイズおよび形状に関するデータもまた術前に決定されることで、異なる公称サイズのインプラントの各々の、または、その適切な部分の３次元モデルが獲得される。
【００５０】
斯かる画像誘導式外科技術に対しては骨格要素などの堅固な解剖学的構造が良好に適しており、別個の座標系を定義すべく個々の骨格要素が使用されてもよい。たとえば骨格要素などの異なる堅固な構造が相対移動に委ねられ、たとえば患者の大腿骨および寛骨臼が手術処置の間において相対的に移動され、異なる骨格要素に対して別個の３次元モデルおよび座標系が生成されてもよい。たとえば股関節置換処置の間において、大腿骨の切除の間においては第1座標系を定義する大腿骨の３次元モデルが利用される一方で、寛骨臼の調製の間においては骨盤の３次元モデルにより定義される別体の座標系が利用される。
【００５１】
コンピュータ式画像誘導(computer implemented image guidance)とも称されるコンピュータ支援式ナビゲーションを用いて外科術を行う場合、画像座標系は解剖学的座標系に登録され、且つ、インプラントまたは他の追尾対象物の位置もまた画像座標系内に登録される。実際の解剖学的構造およびインプラントの両方が登録された後、インプラントの相対位置および配向は、既に獲得された解剖学的構造およびインプラントの３次元モデルに基づき該解剖学的構造およびインプラントの画像を共に表示することで、外科医に対して伝達される。
【００５２】
当該技術分野においては、画像座標系内における手術器具もしくは整形外科用インプラントなどの他の対象物の登録もしくは位置特定と共に、実際の解剖学的構造を表す３次元モデルにより該構造を登録することで、対象物および実際の解剖学的構造の相対位置の表示を容易にするコンピュータ式画像誘導システムが知られている。解剖学的構造を画像座標系に登録する既知の方法としては、一つ以上の走査技術により認識可能に移植された基準マーカの使用が挙げられる。代替的に、インプラントは、該インプラントに関して接触されまたは既知配向とされたデジタル化プローブまたは同様のデバイスを物理的に位置決めすることで、位置決定されてもよい。基準インプラントを用いる代わりに、解剖学的な目印となる各特定構造要素を整列させることで２つの座標系を登録することも可能である。米国特許第6,236,875 B1号明細書および第6,167,145号明細書は両者ともに複数の剛体を登録して、それらの相対位置を表示する方法を記載している。
【００５３】
手術器具もしくは整形外科用インプラントなどの他の対象物の登録もしくは位置特定と、画像座標系に登録されている解剖学的座標系に関する対象物動作の追尾とを可能とする種々の技術を採用する追尾デバイスも知られている。たとえば、対象物に対して既知配向で固定された反射ターゲットもしくは位置特定用エミッタにより反射もしくは発射される光を検出する光学的追尾システムは、対象物の位置を決定し、且つ、解剖学的構造の３次元モデルを表現する画像座標系内における該対象物の位置を登録するものとして知られている。たとえば、斯かる追尾システムは、赤外線光に感応する別体の荷電結合素子(CCD)に各々が焦点合わせされる一つ以上のレンズを有するセンサ・ユニットの形態を取り得る。該センサ・ユニットは、対象物に関して固定されて非線形的に位置された３つ以上の発光ダイオード(LED)により発せられた赤外線光を検出する。このセンサ・ユニットより捕捉された画像をプロセッサが分析し、該プロセッサは対象物の位置および配向を計算する。画像座標系内にセンサ・ユニットの位置を登録することにより、解剖学的構造に対して対象物が移動されるときに、画像座標系に登録されている解剖学的構造に対する対象物の位置が決定かつ追尾される。
【００５４】
代替的な位置特定システムは、無線周波数で電磁信号を発しまたは可視光線を発する位置特定用エミッタを採用してもよい。本発明と共に使用され得る他の形式の位置特定システムは、放射線不透過性の基準要素または他の識別要素を採用する。対象物の事前定義箇所にて該対象物に物理接触されて該対象物の位置を登録する物理的なデジタル化プローブを採用することも可能である。
【００５５】
開示された実施形態においては、位置特定システムは光源を有し、基準要素34/34'はその光を反射する。位置特定システムは反射光を検出し、個々の基準要素34/34'の箇所を既知の手法により計算する。基準要素34/34'は、N2V1C5、カナダ、オンタリオ、ウォータールー、ランドール通り１０３(103 Randall Dr., Waterloo, Onterio, Canada, N2V1C5)に営業所を置くノーザン・デジタル社(Northern Digital Inc.)から入手可能である。ノーザン・デジタル社は、Optotrak(登録商標)およびPolaris(登録商標)の商標名で、本発明と共に使用され得る画像式誘導システムを提供している。本発明はまた、上述の如きまたは別様に当該技術分野で知られている他のコンピュータ支援式ナビゲーション・システムと共に使用されることができる。たとえば、ミネソタ、ミネアポリス(Minneapolis, Minnesota)に本社を置くメドトロニク社(Medtronic, Inc.)は、本発明と共に使用可能なFluoroNav(商標)仮想螢光透視鏡システム(Virtual Fluoroscopy System)などの様にStealthStation(登録商標)の商標名で種々のコンピュータ支援式手術ナビゲーション・システムを製造して販売している。
【００５６】
図７は、ステム挿入器60および登録デバイス20上に夫々配設された各基準要素34の位置を検出する位置センサ82と、処理ユニット84と、ディスプレイ画面86と、入力デバイス88とを有するナビゲーション・システム80を概略的に示している。基準要素34'と共に同様のシステムも使用される。
【００５７】
本発明の代替実施形態は、追尾対象物の位置および配向を決定するために、光学的追尾の代わりに磁界を利用するコンピュータ支援式ナビゲーション・システムと共に使用されることができる。当該技術分野においては、本発明と共に使用されるべく適合された磁界と共に使用される種々の基準要素は知られている。たとえば、対象物の位置および配向を決定すべく磁界を使用する公知のシステムは、米国特許第5,913,820号明細書、第6,381,485 B1号明細書、第6,402,762 B2号明細書、第6,474,341 B1号明細書、第6,493,573 B1号明細書および第6,499,488 B1号明細書に記載されている。
【００５８】
図８は、ワイヤループの形態、この場合には、磁界ナビゲーション・システムにおいて使用され得るポリマ・ハウジング76内に配設され且つポリマ・ボビン74の回りに巻回された銅線コイル72の形態を取る基準要素70を概略的に示している。ワイヤループ72の軸心は、ワイヤ・コイル72が巻回されるボビン74の円筒状シャフトにより画成される。ハウジング76は、該ハウジング76とその内部に配置されたワイヤループ72を取付けるための、一端から突出するネジ付きシャフト78を有する。ワイヤループ72は、ケーブル73を介してコンピュータ支援式ナビゲーション・システムのプロセッサと通信する。代替的に、ワイヤループ72と、無線信号を用いるプロセッサとの間の無線通信が用いられてもよい。二つ以上の斯かるループ72は、相互に直交する配向で好適に固定されてよく、例えば、斯かるループの各々は、直交座標系の３つの軸の内の一つの軸に平行に配置された軸を有する。(図８においては、ワイヤループ72は、Z軸に平行に延在する軸を有して示される。)
【００５９】
作用領域内で既知特性の磁界を生成し且つ相互に直交する各ワイヤループ72によりその磁界を検知することで、各ループ72と、手術器具もしくはそれに取付けられた整形外科用インプラントなどの剛性対象物により形成される基準要素の位置および配向が計算される。その様に相互に直交して配向された各磁界センサ72の位置および配向の決定法は、当該技術分野において知られている。磁界センサを形成すべく単一のワイヤループ72を使用し、その位置および配向を、複数の箇所から磁界を生成することで決定することも知られている。
【００６０】
図示された実施形態においては、ワイヤループ72は円筒コイルであるが、他のループ形状が採用されてもよい。ワイヤループ72は、種々の方法でステム挿入器60などの操作ツールまたはヤスリ・ハンドル109に取付けられ得る。例えば、ワイヤループは、特別に加工されたポケット内に載置され、例えば機械的な手段、糊もしくはエポキシなどの接着剤的な手段、または、他の適切な手段により所定位置に保持される。それはまた、ループを収容するハウジング76などの固定具、または、内部にワイヤループ挿入物が成形されたプラスチック・ネジなどを介して器具またはインプラントに取付けられることもできる。斯かる固定具によれば、既存の器具に対するワイヤループの取付けが容易とされる。ナビゲーション器具はまた、それと一体的なコイルと共に製造され、または、ワイヤループを巻回するための取付け部材を有することができる。斯かる器具は、金属、非鉄金属、プラスチックおよび複合材料などの種々の材料を用いて製造されることができる。この様に器具および固定具の材料を選択することで、単用の使い捨て式器具もしくは固定具の提供が容易とされる。
【００６１】
コンピュータ支援式ナビゲーション・システムを利用し、人工股関節を移植する手術処置において採用され得る他の手術用具は、2003年2月4日に出願されて“解剖学的構造のマーキングに有用な手術用ナビゲーション器具(SURGICAL NAVIGATION INSTRUMENT USEFUL IN MARKING ANATOMICAL STRUCTURES)”と称された米国特許出願第10/357,959号明細書においてマクギンレー等(McGinley et al.)により、および、2003年2月4日に出願されて“回転式手術器具のための誘導システム(GUIDANCE SYSTEM FOR ROTARY SURGICAL INSTRUMENT)”と称された米国特許出願第10/357,592号明細書においてマクギンレー等により記載されている。
【００６２】
本発明は例示的な設計形態を有するものとして記載されたが、本発明は本開示の精神および範囲内で更に改変されてもよい。故に本出願は、本発明の概略的原理を用いる本発明のいかなる変形形態、使用法および適合法をも包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る登録デバイスの斜視図である。
【図２】ヒップステムが登録用スロット内に挿入されている登録デバイスの平面図である。
【図２Ａ】ヒップステムが挿入されているスロットに沿う図２の断面図である。
【図３】ヒップステムのネック部が登録用開口に挿入されている登録デバイスの平面図である。
【図４】寛骨臼カップに係合されている登録デバイスの側面図である。
【図５】ヤスリ・ハンドルが係合して示された登録デバイスの別実施形態の平面図である。
【図６】図５の登録デバイスの端部斜視図である。
【図７】コンピュータ支援式ナビゲーション・システムと、ヒップステムに係合されている登録デバイスとの概略図である。
【図８】基準要素の代替実施形態の概略的分解図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０    登録デバイス
２４    本体、第一基準構造体
３４    基準要素
４６    ヒップステム、インプラント
６４    基準構造体、第二基準構造体
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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